Brevet FR2576526A1 — publié le 19860801

Appareil séparateur centrifuge pour le traitement d'un mélange comprenant au moins une phase gazeuse, avec collecte horizontale forcée de la phase lourde. La présente invention concerne un appareil séparateur centrifuge d'un type particulier décrit dans le brevet français n" 2.468.410 ou la demande de brevet français numéro 85 00139 du 7 Janvier 1984, pour le traitement d'un mélange comprenant au moins une phase gazeuse. Un appareil de ce type comporte, dans une enceinte fixe, un équipage tournant constitué par un rotor de traitement à disques ajourés décalés angulairement de l'un à l'autre, en amont par un distributeur rotatif et en aval par un ventilateur avec interposition éventuelle d'un redresseur rotatif, le mélange à traiter s'écoulant de façon laminaire à travers les ajourages des disques suivant des veines hélicoidales vives tournant beaucoup plus vite que le rotor et séparées des lames hélicoidales mortes tournant sensiblement à La même vitesse que ce rotor et dans lesquelles la phase lourde à séparer s'achemine entre les disques jusqu'à la partie fixe de l'enceinte où elle est collectée et évacuée. Dans L'appareil du brevet français n" 2.468.410, le mélange à traiter et la phase lourde séparée circulent à contre-courant. En effet, cet appareil étant supposé à axe vertical, la chambre du ventilateur est disposée au-dessus du rotor, tandis que la gaine ou chambre d'aspiration se trouve située en-dessous ; le mélange à traiter circule donc du bas vers le haut, alors que la phase lourde précipitée sur la paroi de l'enceinte fixe, à travers éventuellement des déflecteurs fixes, doit circuler du haut vers le bas à l'extérieur de ladite gaine. L'expérience montre que l'évacuation de la phase lourde séparée est relativement difficile dans certains cas, par exemple lorsqu'il s'agit d'un liquide épais et visqueux, de particules solides ayant tendance à colmater où à se remettre en suspension ... et ceci de façon d'autant plus sensible que dans ledit appareil, un écoulement de fuite hélicoidal, en provenance principalement des lames mortes, a tendance à s' établir à la périphérie de L'enceinte vers le haut, en s'opposant alors à la descente de la phase lourde. Dans l'appareil de la demande de brevet français n" 85 00139 du 7 Janvier 1985, le mélange à traiter, l'écoulement de fuite et la phase lourde circulent sur le modèle équicourant. En effet, cet appareil étant supposé à axe vertical, la chambre d'aspiration est disposée au-dessus du rotor, tandis que la chambre collectrice de la phase gazeuse séparée est située en-dessous et communique à travers L'arbre creux dudit rotor avec la chambre du ventilateur, elle-même placée au-dessus de la chambre d'aspiration dont elle est séparée par une cloison ; La partie périphérique de L'enceinte, entourant le rotor et la chambre collectrice de la phase gazeuse, débouche dans un cyclone recueillant l'écoulement de fuite et la phase lourde. Le mélange à traiter circule donc du haut vers Le bas, de même que L'écoulement de fuite et la phase lourde circulent aussi vers Le bas. L'expérience montre que dans les cas difficiles, l'évacuation de la phase lourde reste également avec ledit appareil une opération délicate n'excluant pas les colmatages, les remises en suspension partielles, les évacuations brusques avec La phase légère La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en procédant à une collecte horizontale et éventuellement verticale forcée de La phase lourde. Dans ce but de collecter et conformément à L'invention, si l'on considère Le sens de l'écoulement de la phase lourde le Long de la paroi fixe de L'enceinte, La surface intérieure de cette paroi est conformée pour que le jeu entre elle et l'enveloppe périphérique des disques soit croissant de l'amont vers l'aval, la phase lourde qui se trouve dans cet espace intermédiaire où un écoulement de fuite s'établit, étant forcée à s'acheminer vers l'aval. Suivant une forme de réalisation, la surface intérieure de la paroi fixe de l'enceinte est conique en s'écartant du rotor vers l'aval, ses génératrices étant de préférence droites. Suivant une autre forme dé réalisation, la surface intérieure de la paroi fixe de l'enceinte présente des gradins annulaires dont les ressauts prolongeant sensiblement les disques et les échelons se coupent, au plus près du rotor, suivant des arêtes circulaires définissant une enveloppe conique qui s'écarte dudit rotor vers l'aval de L'écoulement de la phase Lourde. Selon un premier mode d'exécution, les échelons sont sensiblement cylindriques. Selon un deuxième mode d'exécution, les échelons sont coniques pour diverger vers l'amont. Dans ce but de collecter et conformément à l'invention, la paroi fixe de l'enceinte délimite des canaux longitudinaux débouchant latéralement dans L'espace intermédiaire défini entre cette paroi et l'enveloppe périphérique des disques, ces canaux étant conformés pour transformer l'écoulement sous champ centrifuge entretenu dans l'espace intermédiaire en une pluralité d'écoulements cycloniques. Suivant une forme de réalisation préférentielle, L'axe de chaque canal est situé dans un plan radial du rotor ; la section des canaux est circulaire et présente en arrière, si L'on considère le sens de rotation du rotor, une rampe de captage ; l'axe de chaque canal est parallèle à L'axe du rotor ; chaque canal est à section constante. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, sur le dessin annexé. Sur ce dessin : - la figure 1 est une perspective arrachée montrant un premier appareil connu par le brevet français nO 2.468.410, auquel les perfectionnements de l'invention peuvent s'appliquer, - la figure 2 est une élévation-coupe illustrant un deuxième appareil connu par la demande de brevet français numéro 85 00139 du 7 Janvier 1985, auquel les mêmes perfectionnements de l'invention peuvent s'appliquer. - les figures 3 à 5 sont des coupes axiales partielles concernant trois formes de réalisation des perfectionnements apportés à l'un quelconque des appareils selon les figures 1 et 2, - les figures 6 à 8 sont des vues en plan partielles prises suivant la ligne VI-VI de la figure 3, montrant plusieurs modes d'exécution de la section droite des canaux selon les figures 3 à 5, - la figure 9 est une élévation latérale partielle prise suivant la ligne IX-IX de la figure 6, illustrant une variante de réalisation des canaux selon les figures 3 à 5, - les figures 10 et 11 sont des vues analogues å la figure 9 prises respectivement suivant les lignes X-X de la figure 4 et XI-XI de la figure 5. Ainsi que cela apparaît cLairement sur la figure 1, le premier appareil avant perfectionnement comporte une enceinte fixe 1 dans Laquelle est disposé un équipage tournant mû en rotation par un dispositif d'entraînement tel qu'un moteur électrique. Cet équipage comporte, calés sur un arbre menantcommun 2 - un rotor de traitement 3 constitué par un empilage de disques ajourés 4, - un distributeur rotatif 5 situé en amont du rotor si L'on considère le sens F d'écoulement axial du mélange à traiter, - éventuellement, un redresseur rotatif 6 disposé en aval du rotor, - et un ventilateur 7 calé sur l'arbre 2 en aval du redresseur 6. Les disques 4 du rotor 3 délimitent des ajourages 8 séparés par des parties pleines 9 présentant en saillie des rebords 10 dits arrière amont si l'on considère le sens T de rotation et le sens F d'écoulement. Les disques sont écartés et décalés angulairement les uns des autres, de telle façon que la pente de l'écoulement hélicoidal des veines vives du mélange à travers les ajourages 8 se trouve déterminée ; cet écoulement à plus grande vitesse tangentielle que le rotor est dû à la chute de pression amont engendrée par le ventilateur 7 et à la transformation de celle-ci par le distributeur 5 en une vitesse hélicoidale. Les veines vives s'écoulent plus vite, relativement à des lames mortes intercalaires piégées dans le rotor par les parties pleines 9 et leurs rebords 10. L'enceinte 1 est solidaire d'un empilage de déflecteurs tronconiques 11 qui piègent la phase la plus dense séparée s'échappant des veines vives notamment par L'intermédiaire des lames mortes sous l'effet des champs centrifuges auxquels lesdites veines et lames sont soumises. La phase la plus dense s'écoule le long de la paroi de l'enceinte 1 dans le sens G qui est opposé au sens F de L'écoulement du mélange à travers une gaine d'aspiration 12 disposée à l'intérieur de ladite enceinte. Du jeu est prévu - entre les disques 4 et les déflecteurs 11 pour permettre la rotation de l'équipage tournant, ce jeu étant réduit au minimum en disposant ces disques et ces déflecteurs en prolongement très précis les uns des autres. - entre les déflecteurs 11 et la paroi de l'enceinte 1 pour permettre l'évacuation contre celle-ci vers l'amont de la phase séparée la plus dense. Ces jeux font donc apparaitre deux fentes annulaires 12 et 13 à travers lesquelles des fuites se produisent vers l'aval en entraînant cette phase la plus dense, en faible quantité d'ailleurs. Le rendement de la séparation se trouve donc réduit, cet inconvénient résultant en particulier du fait que L'écoulement du mélange (sens F) et l'écoulement de -la phase la plus dense (sens G) se produisent à contre-courant. Dans le deuxième appareil illustré par la figure 2, ces écoulements s'établissent sur le modèle équicourant. Ce deuxième appareil avant perfectionnement comporte une enceinte fixe 1 dans laquelle est disposé un équipage tournant mû en rotation par un dispositif d'entraînement, tel qu'un moteur électrique. Cet équipage comporte, comme celui du premier appareil, calés sur le même arbre menant commun 2 : - un rotor de traitement 3 constitué par un empilage de disques ajourés 4, - un distributeur rotatif 5 situé en amont du rotor si l'on considère le sens F d'écoulement axial du mélange à traiter, le distributeur formant, dans L'exemple représenté, le premier disque du rotor, - éventuellement un redresseur rotatif, - et un ventilateur 7 calé sur L'arbre 2 à proximité du redresseur, le ventilateur étant situé en aval du rotor. Le rotor 3 est semblable à celui du premier appareil quant à son organisation et à son fonctionnement. Simplement, les ajourages 8 des disques 4, décalés angulairement de l'un à l'autre et séparés par des parties pleines 9, sont bordés par des rebords 10, 14 et 15 ; si l'on considère le sens T de rotation du rotor et le sens F' d'écoulement du mélange, on constate que les rebords radiaux 10 font saillie en arrière amont sur les parties pleines et les rebords radiaux 14 en avant aval sur lesdites parties pleines, tandis que les rebords arqués périphériques 15 bordent les ajourages. Ce deuxième appareil diffère du premier par le fait que le rotor est monté à l'envers. Dès lors, l'enceinte 1 comporte - en amont, une chambre d'aspiration 16 branchée sur la source de mélange par une tubulure tangentielle 17 et séparée par une cloison 18 d'une chambre convergente 19 communiquant avec la volute 20 du ventilateur 7 qui refoule la phase la moins dense à travers une tubulure tangentielle 21 de cette volute, - en aval, une chambre 22 de collecte de la phase légère, séparée par une culotte 23, d'une part, d'une chambre périphérique 24 de collecte de la phase lourde entourant le rotor et, d'autre part, d'un cyclone 25 rassemblant et é-vacuant la phase lourde, les chambres communiquant entre elles à travers une partie tubulaire 26 de l'arbre 2 qui présente des ouvertures 27, 28 débouchant à cet effet dans lesdites chambres. Il résulte de cette organisation particulière, que le mélange gazeux s'achemine par écoulements hélicoidaux à travers le rotor 3 dans le sens axial F' et que l'écoulement de fuite s'achemine également sous forme hélicoidale dans la chambre périphérique 24 suivant Le sens axial G qui est celui de la phase lourde. Il est important de remarquer qu'il s'agit d'écoulements équicourants, les sens F' et G étant les mêmes. Dans le deuxième appareil, L'écoulement de fuite ne contrarie pas l'écoulement de la phase lourde. Cependant, dans certains cas, il se produit dans la chambre périphérique 24, soit un colmatage total ou un rétrécissement suffisant porque la phase lourde continuant à se séparer ait tendance à s'acheminer en sens inverse à la flèche G, soit des turbulences qui remettent en partie au moins la phase lourde séparée, en suspension dans la phase légère parvenant dans la chambre de collecte 2?. Comme précédemment,le rendement de la séparation se trouve réduit dans ces cas particuliers. Pour remédier à cet inconvénient, une collecte horizontale et éventuellement verticale 7llustrée par les figures 3 à Il peut être prévue. Suivant la première forme de réalisation schématisée sur les figures 3 et 6, La paroi fixe de l'enceinte 1 dé limite des canaux longitudinaux 29 ayant une forme cylindrique de section circulaire dont l'axe 30 est parallèle à l'axe du rotor 3. Les canaux débouchent par une fente 31 dans l'espace intermédiaire 13 ou 24 défini entre la surface intérieure 32 de l'enceinte et l'enveloppe extérieure 33 des disques 4 dudit rotor. Ces canaux sont répartis sur toute la surface 32 afin -de développer des mini-cyclones et de transformer L'écoulement centrifuge entretenu dans cet espace 13 ou 24 (des fuites chargées de phase lourde) en une pluralité d'écoulements cycloniques. Dans chaque canal, il s'établit donc un phénomène de cyclone alimenté par cet écoulement de fuite et la phase lourde se stabilise dans une zone intermédiaire sans possibilité de se précipiter contre la paroi du canal. La colonne intermédiaire de phase lourde s'achemine dans un état de suspension (et non de glissement sur un solide) dans le sens de la flèche G vers l'extrémité d'évacuation du canal considéré, étant donné que l'extrémité opposée est fermée par une couronne 34 fermant aussi l'espace intermédiaire 13 ou 24. Si L'appareil est vertical, la phase lourde est également soumise à la gravité et parvient alors plus vite et plus complètement à l'extrémité d'évacuation. D'ailleurs, et ainsi que cela ressort de la figure 10, .chaque canal peut présenter une section elliptique 35, trapézoidale 36, rectangulaire 37 ou carrée 38 Selon la variante de la figure 8, il peut être avantageux que chaque canal présente en arrière, si l'on considère le sens T de rotation du rotor, une rampe inclinée 39 de captage des particules lourdes et ceci, quelle que soit la forme de la section du canal considéré 29, 35, 36, 37 ou 38. Selon l'autre variante de la figure 9, il peut être intéressant de soumettre la colonne de phase lourde à un effet de paroi tendant à la maintenir écartée de cette paroi. A cet effet, si l'on considère le sens G d'écoulement périphérique de la phase Lourde et le sens T de rotation du rotor, l'axe de chaque canal 29 (ou 35 à 38) peut être incliné de l'amont vers l'aval et l'arrière. L'axe 40, de préférence droit, fait alors un angle "a" avec L'axe 41 du rotor et cet angle est déterminé en fonction notamment de la vitesse circonférentielle de ltécoulement de fuite dans l'espace 13 ou 24. Suivant la deuxième forme de réalisation représentée sur Les figures 4 et 10, la paroi fixe de l'enceinte 1 délimite toujours une pluralité de canaux cylindriques 42 dont l'axe 43 de chacun est incliné dans un plan radial de L'amont vers l'aval et l'extérieur, si l'on considère le sens axial G d'écoulement périphérique de la phase lourde. Chaque canal débouche dans l'espace intermédiaire 13 ou 24 par une fente 44 de largeur variable, étant donné que la section utile du canal considéré varie entre la section ouverte amont 45 (faible ouverture angulaire) et la section fermée aval 46 (grande ouverture angulaire). Le phénomène de cyclone s'établit difficilement en amont, mais le fond 47 de chaque canal étant en pente vers l'aval et l'extérieur, La section de passage entre rotor et fond de canal croit de l'amont vers l'aval.Dès lors, L'écoulement de La phase lourde vers L'aval se trouve favorisé par effet aérodynamique ; en outre, la force intervenant dans le phénomène transitoire au moment où la phase lourde pénètre à chaque niveau dans les canaux, entre l'écoulement centrifuge entretenu et l'écoulement cyclonique, croit de l'amont vers l'aval et il en est de même pour la composante de cette force le long de la pente de sorte que l'écoulement de la phase lourde se trouve aussi, pour cette raison, favorisé. Suivant la troisième forme de réalisation ressortant des figures 5 et 11, la paroi fixe de L'enceinte 1 délimite une pluralité de canaux 48 ayant un effet composé de cyclone et de pente mieux contrôlé que dans la deuxième forme de réalisation. Les canaux 48 sont coniques et de préférence à génératrices droites. Ils divergent, si l'on considère le sens G d'écoulement axial de la phase lourde, de l'amont vers L'aval et vers l'extérieur. Dans L'exemple représenté où la conicité de chaque canal est relativement faible, où également les sections de passage petite amont 49 et grande aval 50 sont fermées bien que débouchant dans l'espace intermédiaire 13 ou 24 par une fente 51, l'axe 52 du canal considéré 48 est lui aussi incliné de l'amont vers L'aval et vers l'extérieur. Bien entendu, les variantes selon les figures 7, 8 et 9 décrites pour la première forme de réalisation sont applicables à la deuxième et à la troisième. REVENDICATIONS 1.- Appareil séparateur centrifuge pour le traitement d'un mélange comprenant au moins une phase gazeuse avec collecte horizontale forcée de la phase lourde, comportant, dans une enceinte fixe (1), un équipage tournant constitué par un rotor de traitement (3) à disques ajourés (4) décalés angulairement de l'un à L'autre, en amont par un distributeur rotatif (5) et en aval par un ventilateur (7) avec interposition éventuelle d'un redresseur rotatif (6), le mélange à traiter s'écoulant de façon laminaire à travers les ajourages (8) des disques (4) suivant des veines hélicoidales vives tournant beaucoup plus vite que le rotor et séparées par des lames hélicoidales mortes tournant sensiblement à la même vitesse que ce rotor et dans lesquelles la phase lourde à séparer s'achemine entre les disques jusqu'a la partie fixe de l'enceinte où elle est collectée et évacuée, caractérisé en ce que la paroi fixe de l'enceinte (1) délimite des canaux longitudinaux (29, 35 à 38, 42, 48) débouchant dans l'espace intermédiaire (13 ou 24), défini entre cette paroi (32) et l'enveloppe périphérique (33) des disques (4), ces canaux étant conformés pour transformer L'écoulement sous champ centrifuge entretenu dans l'espace intermédiaire en une pluralité d'écoulements cycloniques. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de chaque. canal est situé dans un plan radial du rotor. 3.- Appareil selon La revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (40) de chaque canal est incliné, si L'on considère le sens (G) d'écoulement périphérique de la phase lourde et le sens de rotation (T) du rotor, de l'amont vers l'aval et l'arrière. 4.- Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la section des canaux (29, 42, 48) est circulaire. 5.- Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la section des- canaux (35, 36, 37, 38 ...) est élliptique, trapézoidale, rectangulaire, carrée ou autre. 6.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'axe (30) de chaque canal (29, 35, 36, 37 ou 38) est parallèle à l'axe du rotor. 7.- AppareiL selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'axe (43, 52) de chaque canal (42, 48) est incliné, si l'on considère le sens (G) d'écoulement périphérique de la phase lourde, de l'amont vers l'aval et l'extérieur. 8.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que chaque canal (29, 35, 36, 37, 38, 42) est à section constante. 9.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que chaque canal (48) est à section croissante, si l'on considère le sens (G) d'écoulement périphérique de la phase lourde, de L'amont vers l'aval 10.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la section de chaque canal (29) présente en arrière, si l'on considère le sens (T) de rotation du rotor, une rampe de captage (39).