Brevet FR2628344A1 — publié le 19890915

Bol centrifuge travaillant en continu pour concentrer des substances solides en suspension L'invention concerne un bol centrifuge travaillant en continu pour concentrer des substances solides en suspension, dans lequel les substances solides concentrées sont dirigées depuis une enceinte à produit solide extérieure du bol, par l'intermédiaire de canaux, dans une chambre intérieure du bol centrifuge, à partir duquel les substances concentrées peuvent être extraites en continu, au moins une enceinte de rejet à vortex étant disposée entre les canaux et la chambre intérieure, enceinte à la délimitation extérieure de laquelle sont prévus les points 15. d'alimentation des canaux et dont l'évacuation, en sortant d'une zone radialement décalée de l'enceinte de rejet à vortex, est reliée à la chambre intérieure. Un bol centrifuge de ce type est déjà connu selon le document DE-5 36 13 335, les canaux débouchant dans une enceinte de rejet à vortex commune disposée concentriquement à l'axe de rotation. Du fait de l'effet de frottement, les substances solides parcourant l'enceinte de rejet à vortex subissent, en fonction de leur viscosité, une modification plus ou moins forte de la vitesse périphérique qu'elles possèdent lors de l'entrée dans la chambre de rejet à vortex. Cette modification de la vitesse périphérique, fonction de la viscosité, mène à une modification de la capacité de débit en substances solides, faisant qu'on règle dans certaines zones la concentration des substances solides extraites. Pour provoquer l'effet évoqué, il peut toutefois être nécessaire d'utiliser des enceintes de rejet à vortex d'étendue radiale importante, menant à une construction coûteuse. 2 26253 4 La présente invention a pour but de limiter la dépense constructive pour former des enceintes de rejet à vortex d'augmenter leur efficacité. Ce problème est résolu en ce qu'une enceinte de rejet à vortex séparée est affectée à chaque canal et est formée par deux surfaces de limitation, de préférence placées dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation du bol centrifuge et par une paroi circulaire les reliant, et dont l'étendue radiale est un multiple de son étendue axiale, les points d'alimentation des canaux se développant de préférence dans des plans passant par l'axe de rotation du bol centrifuae et les évacuations des enceintes de rejet à vortex étant disposées à distance de la paroi. De manière surprenante, il fut constaté qu'une résistance élevée est opposée au rejet d'un milieu hors d'enceintes de rejet à vortex de ce type. Cette résistance provient de la formation d'une rotation de rejet, ainsi que cela est connu dans les évacuations de fonds de réservoirs. La cause de cette rotation de rejet est située dans les forces de Coriolis agissant dans le champ centrifuge, qui sont les plus grandes dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation du bol centrifuge. Plus la position des surfaces de limitation des enceintes de rejet à vortex s'écarte fortement de ces plans, plus faible est la formation du vortex. En outre, la formation du vortex est fonction de la viscosité du milieu parcourant l'enceinte de rejet à vortex. Plus la viscosité du milieu est faible et ainsi le frottement liquide sur les parois de l'enceinte de rejet à vortex, plus importante est la formation de vortex, et inversement. On accroît ainsi également, avec une viscosité croissante, la capacité de passage du milieu à travers l'enceinte de rejet à vortex, pour une différence de pression motrice identique, et on l'abaisse avec une viscosité qui chute, faisant qu'est obtenue une incidence automatique sur la concentration du milieu. Du fait de 3 26283 ' leurs faibles dimensions, les enceintes de rejet à vortex peuvent être facilement fabriquées et logées dans le bol centrifuge. Selon un mode de réalisation avantageux, les enceintes de rejet à vortex sont disposées concentriquement par rapport à l'axe de rotation du bol centrifuge. Selon un autre mode de réalisation avantageux, chaque enceinte de rejet à vortex débouche avec son évacuation dans la zone extérieure d'une enceinte de rejet à vortex placée en aval et les évacuations des enceintes de rejet à vortex étant reliées à la chambre intérieure. Plusieurs enceintes de rejet à vortex peuvent également être affectées à chaque enceinte de rejet à vortex. L'effet d'étranglement en est encore accru, de sorte qu'en fonction de la propriété des substances solides, il est ainsi permis un ajustement du comportement de réglage. Les parois des enceintes de rejet à vortex peuvent être disposées en une forme choisie arbitrairement. Ceci permet une adaptation facile aux données constructives du bol centrifuge. Il est particulièrement simple de fabriquer des enceintes de rejet à vortex dont les parois sont disposées sous forme d'un ovale ou d'un cercle. De préférence, les enceintes de rejet à vortex sont réalisées sous forme de cavités situées dans une partie de bol et pourvues de pièces de têtes interchangeables, dans lesquelles sont disposées les évacuations. Par l'utilisation de pièces de tête interchangeables avec des évacuations de diamètres différents et des écartements différents par rapport aux points d'alimentation des canaux, il est facilement possible de modifier le comportement en réglage des enceintes de rejet à vortex. Le comportement de réglage des enceintes de rejet à vortex peut également être modifié par le fait que les pièces de tête peuvent être introduites à une profondeur différente dans les cavités. On modifie de ce fait la hauteur libre de l'enceinte de rejet à vortex. Selon un mode de réalisation avantageux, les enceintes de rejet à vortex débouchent avec leurs évacuations dans la. zone extérieure d'une unique enceinte de rejet à vortex placée en aval, disposée concentriquement par rapport à l'axe de rotation et reliée à la chambre intérieure par sa délimitation intérieure. L'efficacité des enceintes de rejet à vortex selon l'invention est en même temps complétée de manière avantageuse par l'enceinte de rejet à vortex concentrique. Pour obtenir un comportement de réglage satisfaisant des enceintes de rejet à vortex, sans modification du diamètre d'évacuation, même pour une teneur très fortement variable en substances solides, un organe d'étranglement s'ouvrant en fonction de la pression et de la viscosité peut être affecté à chaque évacuation d'une enceinte de rejet à vortex. Selon un autre mode de réalisation de l'organe d'étranglement, une membrane en matériau flexible située à l'ouverture de sortie de chaque évacuation est prévue pour organe d'étranglement et réalisée de façon qu'une fermeture à fente disposée dans la membrane s'ouvre automatiquement, avec une augmentation de section transversale, lorsque la pression croît. Selon un autre mode de réalisation de l'organe d'étranglement, un cône de soupape est prévu pour organe d'étranglement sur l'ouverture de sortie de chaque évacuation, et un élément élastique est affecté au cône de soupape pour produire une précontrainte en direction de l'ouverture de sortie de l'évacuation. Selon un autre mode de réalisation de l'organe d'étranglement, l'ouverture de sortie de l'évacuation est orientée radialement vers l'intérieur et qu'un corps de soupape mobile radialement, agissant sous l'influence de la 2628344 force centrifuge agissant sur lui, est affecté à l'ouverture de sortie. Diverses autres caractéristiques et avantages du dispositif l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Un mode de réalisation de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif aux dessins annexés auxquels: La figure 1 représente une coupe partielle du bol centrifuge, la figure 2 représente la coupe II-II selon la figure 1, la figure 3 représente une coupe partielle d'un bol centrifuge avec des enceintes de rejet à vortex placées les unes derrière les autres, la figure 4 représente une coupe partielle d'un bol centrifuge avec une enceinte de rejet à vortex concentrique placée en aval, la figure 5 représente une membrane servant d'organe d'étranglement, disposée à l'évacuation d'une enceinte de rejet à vortex, la figure 6 représente un cône de soupape sollicité élastiquement disposé à l'évacuation d'une enceinte de rejet à vortex, la figure 7 représente un corps de soupape mobile radialement, sollicité par la force centrifuge, disposé sur l'évacuation d'une -enceinte de rejet à vortex. Sur la figure 1, on désigne par 1 le bol centrifuge, dans le couvercle 2 duquel les canaux 3 se développent, en reliant une enceinte à substance solide 4 à des enceintes de rejet à vortex 5. Les enceintes 5 sont formées par les surfaces de délimitation 6 se développant dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation 8 du bol centrifuge 1 et d'une paroi circulaire 7 reliant les surfaces de délimitation 6. A partir des enceintes 5, des canaux 9 6 26283 4 prévus dans des pièces de têtes interchangeables 10 conduisent à une chambre intérieure 11 dans laquelle est disposée un organe de séparation 12. Les évacuations 9 sont disposées à distance suffisante de la paroi 7, faisant que le vortex de rejet peut se former sans entrave. Un -autre organe de séparation 14 disposé dans une chambre 13 sert à évacuer la phase liquide liquide séparée. L'alimentation de produit 15 débouche dans l'enceinte d'entrée 16. Les points d'alimentation 17 des canaux 3 débouchent à proximité des parois 7 dans les enceintes 5. Le produit centrifugé amené par l'alimentation de produit 15 est clarifié dans le bol centrifuge 1 et les substances solides séparées sont accumulées dans l'enceinte à substance solide 4 et guidées de là par des canaux 3, dans.les enceintes 5. Du fait des forces de Coriolis agissant dans les plans perpendiculairement à l'axe de rotation du bol centrifuge, il se forme sur les évacuation 9 des enceintes 5 un vortex d'évacuation, qui oppose une résistance accrue à l'évacuation des substances solides hors des enceintes 5. Le vortex d'évacuation, et ainsi la résistance, sont d'autant plus importants que les substances solides sont fluides, et inversement. Dans le cas d'un concentrat de substances solides fluide, on extrait ainsi moins de substances solides de l'enceinte à substances solides 4 que pour un concentrat visqueux. Du fait que la concentration en substances solides est influencée par la quantité des substances solides extraites, l'effet évoqué conduit à un réglage automatique, de la concentration en substances solides. Les substances -30 solides s'écoulant par les évacuations 9 dans la chambre intérieure 11 sont guidées sous pression hors du bol centrifuge par l'organe de séparation 12. On voit sur la figure 2 comment les enceintes 5 sont disposées concentriquement par rapport à l'axe de rotation 8 du bol centrifuge 1. On a représenté des enceintes de différentes formes, étant évident que l'on utilise que des enceintes de forme identiques pour une forme de réalisation concrète du bol centrifuge. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, l'effet de réglage s'accroît par le fait que chaque enceinte 5 avec son évacuation 9 débouche dans une enceinte de rejet à vortex 18 placée en aval, dont l'évacuation 19 débouche dans la chambre intérieure 11. Dans l'exemple de la figure 4 également, l'efficacité des enceintes 5 est encore accrue par une enceinte de rejet à vortex 20 concentrique placée en aval, dans laquelle débouchent toutes les évacuations 9 des enceintes 5. L'enceinte 20 est reliée par sa délimitation intérieure 21 à la chambre intérieure 11. On peut obtenir une autre influence sur la caractéristique des enceintes 5 si une partie du concentrat de substances solides dérivé du bol centrifuge 1 est à nouveau ramené dans l'enceinte à substances solides 4 du bol centrifuge ou aux points d'alimentations 17 des canaux 3. Dans la réalisation de la figure 5, des organes d'étranglement se composant de membranes flexibles 23 à fermetures à fente 24 et obturant les orifices de sortie 27 des évacuation 9 sont affectés aux évacuations 9. Les fermetures à fente 24 sont formées par deux en tailles se croisant au centre des membranes 23. De ce fait, l'effet d'étranglement des enceintes 5 est encore renforcé, en particulier pour les petites capacités de passage. Lorsque la viscosité du débit volume de substances solides s'accroit, la pression sur l'organe d'étranglement 22 augmente et provoque de ce fait un accroissement des sections transversales libérées par les fermetures à fente 24 et ainsi également un accroissement du débit volume de substances solides traversant les enceintes 5. La caractéristique de réglage de l'organe de laminage 22 agit ainsi dans le même sens que les enceinte 5 elles-mêmes. Dans ce mode de réalisation, les évacuations 9 des 8 2628344 enceintes 5 peuvent être choisies de tailles telles que pour les grandes quantités de substances solides il n'est produit aucun effet d'étranglement indésirable par les évacuations 9. Dans le cas de petites quantités de substances solides, on obtient par les organes d'étranglement 22 affectés aux évacuations 9 un étranglement supplémentaire par rapport à l'effet de vortex des enceintes 5, faisant qu'il est provoqué un réglage amélioré de la concentration en substances solides. S'il y a augmentation de la proportion de substances solides amenées au bol centrifuge, il y a d'abord augmentation de la concentration du débit volume en substances solides parcourant les enceintes 5. Lorsque la concentration en substances solides s'accroît, il y a aussi accroissement de la viscosité du débit volume de substances solides, faisant qu'une pression plus forte est exercée sur les organes d'étranglement 22, du fait de la limitation du vortex dans les enceintes 5, limitation dépendant de la viscosité. Leurs sections transversales s'agrandissent de ce fait automatiquement et permettent ainsi le passage des enceintes 5 à un débit volume. plus important. Pour les capacités de passage élevées, l'effet d'étranglement des organes d'étranglement 22 est sensiblement plus faible que l'effet d'étranglement des enceintes 5 elles- mêmes, de sorte que n'apparaît aucune incidence sur l'efficacité souhaitée. Sur la figure 6, l'organe d'étranglement 22 est réalisé sous forme de cône de soupape 25, pressé au moyen d'une élément élastique 26 contre l'orifice de sortie 27 de l'évacuation 9. Dans le cas d'augmentation de la viscosité des substances solides et d'un accroissement de pression lui étant relié, le cône de soupape 25 est déplacé vers le haut et libère ainsi une section transversale de rejet plus importante. Sur la figure 7, l'orifice de sortie 27 de l'évacuation 9 est orienté radialement vers l'intérieur. 9 2628344 On a prévu pour organe d'étranglement 22 un corps de soupape 28 mobile radialement, sous la forme d'une bille, pressée contre l'orifice de sortie 27 par la force centrifuge agissant sur elle. Le corps de soupape 28 est déplacé radialement vers l'intérieur en fonction du débit et de la viscosité et libère ainsi une section transversale plus ou mois importante. Il produit de ce fait à l'évacuation 9 une chute de pression qui dépend de la taille et du poids spécifique du corps de soupape 28. Le solution proposée ne nécessite aucune sorte d'injecteurs dans les canaux pour obtenir la concentration souhaitée en substances solides, ainsi que ceci est le cas dans les systèmes connus. On ne nécessite de ce fait qu'une différence de pression motrice minimale pour le passage des substances solides par les enceintes. La consommation de puissance du bol centrifuge est réduite de ce fait de manière avantageuse. :O REVENDICATIONS 1. Boc centrifuge travaillant en continu pour concentrer des substances solides en suspension, dans lequel les substances solides concentrées sont dirigées depuis une enceinte à produit solide extérieure du bol, par l'intermédiaire de canaux, dans une chambre intérieure du bol centrifuge, à partir duquel les substances concentrées peuvent être extraites en continu, au moins une enceinte de rejet à vortex étant disposée entre les canaux et la chambre intérieure, enceinte à la délimitation extérieure de laquelle sont prévus les points d'alimentation des canaux et dont l'évacuation, en sortant d'une zone radialement décalée de l'enceinte de rejet à vortex, est reliée à la chambre intérieure, caractérisé en ce qu'une enceinte de rejet à vortex (5) séparée est affectée à chaque canal (3) et est formée par deux surfaces de limitation, de préférence placées dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation (8) du bol centrifuge (1) et par une paroi (7) circulaire les reliant, et dont l'étendue radiale est un multiple de son étendue axiale, les points d'alimentation (17) des canaux (3) se développant de préférence dans des plans passant par l'axe de rotation (8) du bol centrifuge et les évacuations (9> des enceintes de reJet & vortex (5) étant disposées à distance de la paroi (7). 2. Bol centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enceintes de rejet & vortex (5) sont disposées concentriquement par rapport & l'axe de rotation (8) du bol centrifuge (1). 3. Bol centrifuge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque enceinte de rejet à vortex (5) débouche avec son évacuation (9) dans la zone extérieure d'une enceinte de rejet à vortex (18> placée en aval et les évacuations (19)-des enceintes de rejet à vortex (18) étant reliées à- la chambre intérieure (il>. Z628344 !!1 4. Bol centrifuge seion la revendication 5. caractérisé en ce que plusieurs enceintes de rejet à vortex (18) sont affectées 6 chaaue enceinte de rejet a vortex (5), 5. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parois (7) des enceintes de rejet à vortex (5) peuvent être disDosées en une forme choisie arbitrairement. 6. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisé en ce que les parois (7) des enceintes de rejet à vortex (5J sont disposées sous forme d'un ovale. - 7. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisé en ce que les parois (7) des enceintes de rejet à vortex (5) sont disposées sous forme d'un cercle. 8. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. caractérisé en ce que les parois (7) des enceintes de rejet à vortex (5) sont réalisées sous forme de cavités situées dans une partie de bol et pourvues de pièces de têtes (10) interchangeables, dans lesquelles sont disposées les évacuations (9). 9. Boi centrifuge selon la revendication 8. caractérisé en ce que les évacuations (9) situées dans les pièces de têtes (10) interchangeailes Deuvent avoir des diamètres différents. 10. Bol centrifuge selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les évacuations (9) situées dans les pièces de têtes (10) interchangeables peuvent présenter des écartements différents par rapport aux points d'alimentation (17) des canaux [3). 11. Bol centrifuge selon l'une quelconque ces revendications 8 & 10, caractérisé en ce que les pièces de têtes (10) peuvent être introduites a une profondeur différente dans les cavités, pour modifier de ce fait la hauteur libre de l'enceinte de rejet à vortex (5). 12 2628344 12. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les enceintes de rejet à vortex (5) débouchent avec leurs évacuations (9) dans la zone extérieure d'une unique enceinte de rejet à vortex (20) placée en aval, disposée concentriquement par rapport à l'axe de rotation (8) et reliée à la chambre intérieure (11) par sa délimitation intérieure (21). 13. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'un organe d'étranglement (22) s'ouvrant en fonction de la pression et de la viscosité est affecté à chaque évacuation (9) d'une enceinte de rejet à vortex (5). 14. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'une membrane (23) en matériau flexible située à l'ouverture de sortie (27) de chaque évacuation (9) est prévue pour organe d'étranglement (22) et réalisée de façon qu'une fermeture à fente (24) disposée dans la membrane (23) s'ouvre automatiquement, avec une augmentation de section transversale, lorsque la pression croît. 15. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'un cône de soupape (25) est prévu pour organe d'étranglement (22) sur l'ouverture de sortie (27) de chaque évacuation, et un élément élastique est affecté au cône de soupape (25), pour produire une précontrainte en direction de l'ouverture de, sortie (27) de l'évacuation (9). 16. Bol centrifuge selon l'une quelconque des% revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie (27) de l'évacuation (9) est orientée radialement vers l'intérieur et qu'un corps de-soupape (28) mobile radialement, agissant sous l'influence de la force centrifuge agissant sur lui, est affecté à l'ouverture de sortie (27).