Brevet FR2560791A1 — publié le 19850913

L'invention concerne un transporteur à vis destiné à un appareil centrifuge, et plus particulière- ment un transporteur à vis perfectionné présentant une " *:...... a à.'... '' zit- 1 Urs ur face avant de sa lame ou de ses lames hélicoidales, à proximité du bord distal. L'invention permet au transpor- teur d'être entraîné sous un couple réduit et elle permet également de diminuer la teneur en humidité des solides déchargés par rapport à celle qu'il est possible d'attein- dre dans les mêmes conditions, à l'aide d'une surface de transport sensiblement plate. Des décanteurs centrifuges à transporteur à volute ou à vis sont bien connus. Généralement, ces appareils comprennent une cuve allongée montée de façon à pouvoir tourner sur son axe longitudinal, avec un trans- porteur à vis hélicoidale qui est monté coaxialement à l'intérieur de la cuve et qui est conçu pour tourner à une vitesse légèrement différente de la vitesse de rota- tion de la cuve. Cette dernière est effilée ou tronconique à son extrémité de décharge des solides. Le transporteur à vis comporte une ou plusieurs lames disposées en hélice qui peuvent être montées sur un moyeu ou un croisillon et qui sont disposées de façon à balayer la surface de la cuve de l'appareil tout en propulsant vers l'orifice de décharge de solides les solides séparés par centrifuga- tion. Un exemple d'un tel équipement dans lequel la lame est montée en hélice sur un moyeu est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 764 062. Dans le fonctionnement d'une centrifugeuse à transporteur à vis, une charge de solides et de liquides et introduite dans la cuve o, sous l'effet de la force centrifuge de la rotation de cette cuve, elle se sépare en ses parties constitutives, les solides les plus lourds étant déplacés vers l'extérieur par rapport aux liquides et amenés à proximité de la surface intérieure de la cuve. Etant donné que cette dernière et le transporteur à vis sont mis en rotation à des vitesses différentes détermi- nées, les solides appliqués par sédimentation contre la surface intérieure de la cuve sont transportés par la lame du transporteur le long de la surface annulaire de la cuve jusqu'à ce qu'ils soient déchargés par un ou plu- sieurs orifices situés à l'extrémité tronconique de la cuve. L'invention est conçue de manière que, dans un appareil centrifuge à transporteur à vis destiné à séparer en continu des mélanges de solides et de liquides, la surface avant de la lame du transporteur présente, à proximité de son bord distal ou libre, une surface incur- vée de courbure et de pente définies. Cette surface incur- vée est constituée par la partie de la lame destinée à- entrer en contact avec les solides une fois séparés, au moins à l'intérieur du tronçon tronconique de la cuve. La surface incurvée est concave dans la direction de l'orifice de décharge des matières solides et elle présente, dans un plan passant par l'axe de rotation de la lame, un profil tel que (i) une ligne contenue dans le plan et perpendiculaire à la surface de la cuve et une ligne droite; tangente à la pente du profil, à proximité immé- diate du bord libre, forment un angle a compris entre 10 et 70 , soustendu à l'intérieur de la cavité, (ii) la ligne droite tangente à la pente du profil la plus éloignée du bord libre (sur le côté opposé de la cavité) définit un angle B d'environ 7 à 90 sous-tendu à l'intérieur de la concavité avec une ligne disposée dans le plan et per- pendiculaire à l'axe. La surface incurvée propulse, pen- dant l'utilisation, les matières solides séparées vers l'orifice de décharge des matières solides, tout en les faisant culbuter en raison partiellement de la courbure de la surface et partiellement de la rotation de la cuve et de la lame à des vitesses différentes. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale par- tielle d'une centrifugeuse selon l'invention, la coupe passant par l'axe de rotation de la centrifugeuse; - la figure 2 est une coupe axiale partielle de la centrifugeuse, montrant un fragment de la cuve ainsi qu'une lame selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des coupes d'autres formes de réalisation de lames selon l'invention, suivant l'axe de rotation de la centrifugeuse, ces vues montrant par des flèches le trajet suivi par des matières solides se déplaçant à différents intervalles de transport; - la figure 5 est une coupe axiale partielle d'un transporteur à vis pour centrifugeuse constituant une autre forme de réalisation de l'invention; - la figure 6 est une coupe axiale partielle d'un transporteur à vis comportant une autre variante de configuration de lame selon l'invention; et - les figures 7, 8 et 9 sont des coupes par- tielles, par l'axe de rotation de la centrifugeuse, montrant d'autres configurations de la lame selon l'in- vention dont les surfaces sont constituées d'éléments d'usure rapportés. Comme représenté sur la figure 1, une centri- fugeuse 10 comprend une cuve ou un tambour 12 allongé dans la direction axiale, de section annulaire, qui reçoit un mélange de matières solides et liquides. Le tambour 12 est conçu pour tourner sur un axe longitudinal. Outre une partie principale 13 de forme sensiblement cylindrique, le tambour ou la cuve 12 comporte un tronçon extrême conique ou convergent 14 de forme sensiblement tronconique. La surface intérieure 34 du tronçon extrême 14 de la cuve 12 diminue progressivement de diamètre vers un orifice 16 de décharge de matières solides, la surface intérieure 34 de la cuve formant ainsi une "plage" 17 de séchage pour les solides se déplaçant vers l'ori- fice 16 et sortant du bain ou de la masse liquide (non représenté) formé par l'action centrifuge lorsque l'appareil 10 est en fonctionnement. Un transporteur à vis hélicoidale 18, compre- nant un moyeu 24 sur lequel est montée une lame 26, est disposé coaxialement à l'intérieur du tambour 12. La lame est formée en hélice et elle comporte plusieurs tours ou spires, par exemple des spires 26A, 26A' et 26A" dans la forme de réalisation de la figure 2. Le transpor- teur 18 est monté de façon à pouvoir tourner sur un axe commun avec le tambour 12 et il est conçu pour être entraîné à une vitesse légèrement différente de celle du tambour 12,ce qui a pour effet de transporter les matières solides dans une direction axiale par contact avec la surface avant ou menante de la lame 26. Le mélange de solides et de liquides est intro- duit comme charge à l'intérieur de la centrifugeuse 10 au moyen d'un tube fixe 20 d'alimentation. Le tube 20 pénètre dans une direction axiale et aboutit concentri- quement dans une chambre 22 d'alimentation définie par la surface intérieure du moyeu 24 et une cible 25. La charge introduite dans la chambre 22 en sort radialement par un passage 28 d'alimentation pour pénétrer dans une chambre 30 de séparation disposée entre la surface exté- rieure du moyeu 24 et la surface intérieure du tambour 12. L'effluent est déchargé par des ouvertures d'évacuation de liquide (non représentées). La lame 26 en forme d'hélice, faisant saillie vers l'extérieur, présente une surface avant ou surface menante 23 tournée dans la direction de l'orifice 16 de décharge. Le bord distal ou libre de la lame 26 est configuré de façon à épouser la surface intérieure 34 du tambour 12 de manière que, sous l'effet de la rotation du transporteur 18, le bord libre de la lame 26 soit rapproché de la surface intérieure 34 et effectue un mouvement de balayage par rapport à elle. En cours de fonctionnement, la partie de la surface avant 23 de la lame 26 qui est contiguë à la partie la plus distale de la même lame 26 forme une surface 27 de travail qui est en contact avec les matières solides se séparant de la charge sous l'effet combinée de la force centrifuge et des mouvements relatifs de rotation du transporteur 18 et du tambour 12. La forme incurvée ou la courbure du profil de la surface 27 de travail constitue le point crucial de la présente invention. La forme et la disposition de la courbure apparaissent aisément sur la figure 2, une cavité ou gorge T de la courbe profilée faisant face à l'orifice 16 de décharge. Il est essentiel, aux fins de la présente invention, que la section du profil de la surface 27 de travail passant par l'axe, à proximité immé- diate de l'extrémité distale de la surface 27, dépasse dans la direction de l'orifice 16 de décharge des matières solides afin de donner à la surface 27 un "angle d'appro- che" relativement faible avec la surface intérieure du tambour 12, et que l'extrémité du profil, en section, de la surface 27 de travail la plus éloignée du bord distal dépasse sous un angle suffisant pour produire une action de cascade sur les matières solides entrant en contact avec la surface 27 de travail pendant la rotation du transporteur 18. Par conséquent, les parties les plus distales de la surface 27 peuvent être considérées comme constituant une surface de propulsion des matières solides et les parties les moins distales de cette surface peu- vent être considérées comme formant une surface destinée à faire cascader les matières solides. L'angle a montré sur la figure 2 est l'angle formé dans un plan axial et sous-tendu à l'intérieur de la concavité entre une ligne 38 perpendiculaire à la sur- face intérieure 34 et une tangente 39 à la courbure de la surface 27 de transport, à l'extrémité de son avancée vers l'extérieur. L'expression "plan axial" utilisée dans le présent mémoire désigne un plan passant par l'axe longitudinal ou axe de rotation AT du tambour 12 et du transporteur 18. L'angle X également montré sur la figure 2 est l'angle formé dans un plan axial et sous-tendu à l'intérieur de la concavité définie par une ligne 38', tracée perpendiculairement à l'axe de rotation du trans- porteur 18, et une tangente 39' à la courbure de la sur- face 27 de travail, à l'extrémité de sa partie la moins distale. L'utilisation d'un angle a de 45 est préférée, bien que des angles a compris entre environ 10 et 700 soient utiles; l'angle B peut être compris entre environ 7 et presque 90 . L'angle a formé à l'extrémité de la partie la plus distale est responsable de l'enlèvement par pelage des matières solides 32 de la surface inté- rieure 34 du tambour et il permet au gâteau ou aux matières solides de s'élever en glissant le long de la surface courbe 27 de travail. Si l'angle a est inférieur à environ , l'action de pelage produite par la surface 27 de travail n'est pas sensible. Si l'angle a dépasse environ , l'extrémité de l'avancée la plus distale peut être structurellement affaiblie. La forme du profil en section de la courbure présentée par la surface 27 de travail peut varier large- ment. Une forme curviligne simple convient, mais d'autres formes telles qu'en fer à cheval, lancéolée, en doucine, en anse de panier ou autres (ces termes désignant globa- lement un arc) conviennent également. Bien qu'une surface de travail 27 formant une section de gorge lisse soit préférée, des profils présentant un ou plusieurs angles vifs situés à l'intérieur de la gorge peuvent, pour certaines charges, s'avérer d'un meilleur comportement que celui de surfaces plates de travail et ils entrent dans le cadre de l'invention. Il est également évident à l'homme de l'art que les dimensions globales ainsi que la forme du profil de la surface 27 de travail peuvent être ajustées pour convenir aux dimensions de la lame 26 et au type de matières solides à séparer. Les dimensions relatives des éléments formant le profil peuvent varier largement. En outre, la surface 27 de travail peut être formée sur toute la longueur de la lame 26 (mesurée dans la direction longitudinale du moyeu 19 du transporteur) ou sur une partie de cette longueur, par exemple uniquement sur la longueur de la plage 17. En outre, la configuration du profil de la surface de travail peut varier sur la longueur de la lame 26. L'utilisation d'une surface 27 de travail dont le profil de la section présente des configurations incurvées au moins dans la zone de la plage 17 s'est avérée particulièrement satisfaisante avec des charges contenant des particules de matières relativement denses; cependant, dans de nombreuses applications, le profil de configuration incurvée peut aussi bien être utilisé avantageusement dans le tronçon cylindrique du tambour. Comme représenté en particulier sur la figure 2, la surface 27 de travail des spires 26A, 26A' et 26A" de la lame 26 permet aux solides séparés 32 d'être collectés, chaque spire formant une accumulation supplémentaire. La quantité de solides 32 transportés par l'une quelconque des spires détermine si les solides 32 roulent sur eux- mêmes en étant déplacés vers l'orifice 16 ou cascadent sur eux-mêmes; comme montré sur les figures 3 et 4. Ainsi, en se référant à présent à la figure 3, lorsque l'épais- seur de la couche de matières solides 32 n'est pas suffi- sante pour atteindre un point P situé radialement vers l'intérieur, les solides 32, en étant déplacés, roulent en grande partie sur eux-mêmes (dans la direction des petites flèches); par ailleurs, lorsque la couche de matières solides 32 est suffisante pour dépasser le point P, comme illustré sur la figure 4, une action de cascade, également dans la direction des petites flèches, se produit le long de la surface 27 de travail. Dans tous les cas, le couple nécessaire pour déplacer les matières solides 32 est considérablement diminué par rapport à celui qu'il faut avec un transporteur séparant les mêmes cons- tituants d'une charge, mais utilisant des lames classiques dont l'angle a est de 0 . La surface 27 de travail du transporteur selon l'invention retire continuellement par pelage les matières solides de la surface intérieure 34 du tambour, permettant à ces solides 32 de glisser le long du profil incurvé de la surface 27 de travail au lieu d'être simplement poussés, comme c'est le cas lors de l'utilisation de lames classiques. D'une façon géné- rale, il est apparu que le couple demandé en cours de fonctionnement peut être réduit pour une charge donnée d'environ 30 % lorsque l'on utilise la configuration de lames perfectionnées selon l'invention, par rapport au couple demandé avec les lames classiques. Lorsqu'une action de cascade est appliquée aux matières solides 32, le gâteau formé par ces matières se redistribue de lui-même en avant de la lame 26 en mouvement, libérant ainsi le liquide retenu et séparant plus complètement le liquide des matières solides. On obtient ainsi un gâteau formé de matières solides séchées. Au cours d'essais effectués à l'aide des diverses surfaces perfectionnées de travail décrites dans le présent mémoire, on a obtenu une réduction de la teneur en humidité attei- gnant 28 %, c'est-à-dire passant d'une teneur en humidité de 14 % obtenue avec des lames normales ou classiques à une teneur d'environ 10 %. La raison pour laquelle la teneur en humidité est améliorée peut être imputée à la dislocation constante de la couche de "fines" sensible- ment imperméable, se produisant pendant l'action continue de cascade. Ainsi, dans des appareils de l'art antérieur, alors que les grains les plus gros de la matière se dépla- cent ou sont entraînés vers l'extérieur en direction de la paroi du tambour sous l'effet de la force centrifuge résultant de la rotation de ce tambour, les grains plus fins, capables de retenir davantage d'humidité intersti- tielle que les grains plus gros, restent dans une position intérieure par rapport aux grains plus gros. Cependant, dans le fonctionnement de l'appareil selon l'invention, le gâteau formé par les matières solides est soumis en continu à un mouvement de cascade et les fines sont sou- mises constamment à une redistribution à travers le gâteau, ce qui favorise l'élimination de l'humidité retenue. La figure 5 représente une partie d'une centri- fugeuse à transporteur à vis en cours de fonctionnement. Sur cette figure, la surface intérieure du liquide est désignée en 44 et la surface intérieure de la couche de matières solides est indiquée par une ligne discontinue 46. Il convient de noter que les matières solides s'accu- mulent dans les spires successives et que les conditions engendrant une action de cascade apparaissent lorsque les matières solides atteignent la zone 14 de la plage. Les figures montrent également une variation du profil de la surface 27 de travail des spires successives. La mécanique considérée pour la réalisation de la surface 27 de travail sur la lame 26 peut varier considérablement. Chacune des figures 1 à 9 représente une variante convenable. Hormis l'utilisation des lames 26 "incurvées" montrées sur la figure 2, dans chacune des formes de réalisation la surface 27 de travail est "rapportée" sur la lame 26. La fixation s'effectue commo- dément par une soudure W, bien que d'autres moyens de fixation puissent être utilisés. Le mode de fixation de la surface 27 de travail à la lame 26 peut varier d'une spire à l'autre, comme montré sur la figure 5, et il peut utiliser des éléments 48 comme représentés. Par ail- leurs, les courbures de la lame 26 peuvent coopérer avec des structures rapportées pour former une surface de travail de forme convenable comme montré sur la figure 6 o un élément 49, destiné à former une surface de travail de profil convenable, est fixé, généralement par des soudures W, à la lame 26 réalisée d'une seule piece avec le moyeu 24. Sur la figure 7, une plaque 50 d'appui, géné- ralement en acier inoxydable, est fixée à la lame 26 par des soudures W, comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 764 062 et No 4 328 925 Un élément d'usure 54 est disposé le long de la partie extérieure de la surface 27 de travail, en assemblage en queue d'aronde avec la plaque 50 de support qui est évidée en 56 pour des raisons de réduction de poids. Une surface durcie 58 est appliquée sur la partie intérieure de la surface 27 de travail, comme décrit également dans les brevets précités. Sur la figure 8, une plaque 50 d'appui supporte deux éléments d'usure 54 montés par des assemblages en queue d'aronde, et elle forme un épaulement rentrant 66 tel que les matières solides s'écoulant le long de la surface 27 de travail des éléments ne soient pas 1 0 bloquées entre eux à la suite d'une usure accrue de la surface 27 de l'élément le plus distal. La plaque 50 d'appui présente un évidement 56 pour des raisons de di- minution de poids. Sur la figure 9, une plaque 50 d'appui supporte plusieurs éléments d'usure 54 qui sont de préférence brasés sur cette plaque, comme décrit dans le brevet N 3 764 062 précité, bien que ces éléments puissent être fixés à la plaque 50 par tous moyens convenables. La plaque 50 présente également un évidement 56. La matière dont la surface 27 de transport est constituée n'est pas critique pour la présente inven- tion, mais elle est évidemment importante pour des rai- sons d'entretien et de fonctionnement à long terme de l'appareil lorsque les matières solides de la charge sont de nature abrasive. Comme illustré sur la figure 2, les lames 26A, 26A' et 26A", qui sont normalement réali- sées en acier trempé, peuvent être configurées de façon à présenter le profil curviligne demandé pour la présente invention, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une matière quelconque de surfaçage. Néanmoins, comme décrit précédemment, il est généralement préféré d'appliquer un élément rapporté, à surface façonnée, sur la lame 26. Ainsi, les figures 3, 4 et 5 représentent des structures dans lesquelles une bande incurvée en métal trempé forme la surface 27 de travail, cette bande étant fixée par les soudures W aux lames 26, et les figures 7, 8 et 9 illustrent l'utilisation d'une rangée radiale de plaques durcies et remplaçables, montées sur la lame 26 pour former une surface de travail 27 résistant à l'usure. Plusieurs avantages résultent d'une diminution du couple demandé pour le transport d'une quantité donnée de matières solidds. Outre la plus faible puissance demandée pour entrainer la centrifugeuse, les forces et l'usure affectant l'ensemble de transmission habituel- lement utilisé pour l'entraînement du transporteur à partir du tambour sont diminuées. Etant donné que le couple pouvant être supporté par la transmission limite la quantité de matières solides pouvant être transportées le long de la plage, la surface de travail de l'appareil selon l'invention permet à la centrifugeuse de transporter une grande quantité de matières solides à l'aide d'une transmission de capacité relativement faible. En outre, lorsque la teneur en humidité des matières solides est réduite, le coût de transport et de séchage de ces matières est également réduit. De plus, lorsque les matières solides déchargées sont brûlées pour être éliminées et/ou pour l'uti- lisation de leur chaleur de combustion, par exemple à l'aide de charbon, il faut moins de chaleur pour éliminer l'humidité des matières solides par vaporisation, ce qui a pour résultat un accroissement net de la chaleur de combustion. Il ressort de la description précédente que l'appareil pour centrifugeuse selon l'invention présente une configuration de surface de travail perfectionnée qui réduit notablement le couple demandé tout en amélio- rant sensiblement l'efficacité de l'élimination de l'hu- midité des matières solides. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de séparation en continu de mélanges de matières solides et liquides en constituants séparés par une action centrifuge, comprenant un tambour allongé (12) qui présente une surface intérieure (34) et qui comporte un tronçon cylindrique (13) conçu pour recevoir lesdits mélanges solides et liquides, et un tronçon tron- conique (14) qui présente un orifice (16) de décharge conçu pour décharger les matières solides (32) séparées du mélange, le tambour étant monté de façon à pouvoir tourner sur son axe longitudinal (AT) et des moyens (18) de transport comprenant au moins une lame (26) qui présente une surface avant (23) tournée dans la direction dudit orifice et un bord distal, ladite lame étant montée en hélice et coaxialement à l'intérieur du tambour, sur toute la longueur de la surface de ce dernier, de manière que le bord distal de ladite lame soit rapproché de la surface du tambour qu'il balaye, et des moyens étant destinés à faire tourner le tambour et la lame à des vitesses différentes, l'appareil étant caractérisé en ce que la surface avant de la lame comprend, à proximité immédiate de son bord distal et au moins à l'intérieur d'une partie du tronçon tronconique, une partie de surface incurvée (27), de courbure et de forme définies, conçue pour entrer en contact avec lesdites matières solides *après leur séparation, la partie de surface incurvée étant définie par une concavité de la surface avant, la courbure de la surface incurvée ayant un profil défini dans un plan passant par ledit axe de manière que (i) une première tangente droite (39) à la pente dudit profil, adjacente au bord distal, et une seconde ligne (38) dis- posée dans ledit plan et perpendiculaire à la surface du tambour, soustendent un angle a situé dans ladite concavité et compris entre 10 et 70 , et (ii) une troi- sième tangente droite (39') à la pente dudit profil, plus éloignée du bord distal, et une quatrième ligne (38), disposée dans ledit plan et perpendiculaire audit axe, sous-tendent un angle B situé à l'intérieur de ladite concavité et compris entre environ 7 et 90 , ladite partie de surface incurvée provoquant, en cours d'utilisation, une propulsion et un mouvement de cascade des matières solides séparées vers l'orifice de décharge des matières solides pendant que le tambour et la lame tournent à des vitesses différentes. 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la partie de surface incurvée s'étend dudit tronçon tronconique du tambour pour pénétrer au moins partiellement dans ledit tronçon cylindrique dudit tambour. 3. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite partie de surface incurvée est constituée par des éléments d'usure rapportés (54) fixés à la lame. 4. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite partie de surface incurvée comprend une rangée radiale d'élémeni d'usure rapportés (54) montés sur la lame. 5. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la lame, qui est montée le long d'un moyeu (24), forme un transporteur (18) monté coaxialement à l'intérieur du tambour. 6. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la courbure de la surface avant de la lame, telle que définie par le profil de la partie de surface incurvée, varie le long de ladite lame. 7. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la partie de surface incurvée s'étend sensiblement sur toute la longueur de la surface intérieure du tambour. 8. Appareil selon la revendication 7, caracté- risé en ce que l'angle a est d'environ 40 et l'angle B d'environ 50 . 9. Appareil selon la revendication 7, caracté- risé en ce que l'angle a varie de 10 à 50 le long de ladite surface et l'angle B varie de 7 à 75 . 10. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la partie de surface incurvée est réduite sensiblement à ladite partie tronconique de la surface intérieure du tambour. 11. Appareil selon la revendication 10, caracté- risé en ce que l'angle a est d'environ 40 et l'angle B d'environ 50 . 12. Appareil selon la revendication 10, caracté- risé en ce que l'angle a varie de 10 à 50 sur sa lon- gueur et l'angle e varie de 7 à 75 . 13. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la lame est constituée d'un métal plat et en ce que la partie de surface incurvée est formée sur la lame par cintrage du métal plat à la courbure définie à proximité du bord distal de la lame. 14. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la partie de surface incurvée est obtenue en partie par courbure appropriée de la lame et en partie par un élément rapporté (54) de forme convenant à la formation de ladite surface incurvée.