Brevet FR2646102A1 — publié le 19901026

Appareil de centrifugation B cloison hElicoidale pour la séparation de phases diverses composant un iôlango â traiter. La présente invention concerne un appareil de centrifugation pour la séparation de phases diverses composant un mélange à traiter. Une génération d'appareils connus décrits dans les brevets français nO 2.468.410 et nO 2.575.676 ainsi que dans la demande de brevet français nO 88 10654 comporte un rotor dit à fentes, générateur de veines helicoidales vives tournant plus vite que le rotor et au sein desquelles le mélange est soumis à un champ centrifuge de séparation très intense. Ce rotor est constitué par un empilage de plaques planes ou tronconiques ajourées faisant corps avec un arbre central. Chaque plaque délimite des ajourages et est écartée de celle qui la précède et de celle qui la suit, suivant un pas constant. La différence de pression entre l'amont et l'aval du rotor est telle que le mélange circule ô travers les ajourages suivant des veines hélicoidales vives présentant une vitesse de rotation supérieure à celle des plaques. La pente des veines est définie par le bord arrière d'un ajourage d'une plaque et le bord arrière de l'ajourage consécutif de la plaque suivante (si l'on considère le sens de rotation du rotor). Ainsi, l'enveloppe de chaque veine est définie par les bords arrière et les bords avant des ajourages consécutifs des plaques. Quel que soit le type d'appareil mis en oeuvre, chaque veine hélicoidale vive est guidée à travers chaque ajourage d'une plaque - soit par un rebord arrière-aval situé à l'arrière de l'ajourage (si l'on considère le sens de la rotation) et faisant saillie sur la face aval de la plaque (si l'on considère le sens de l'écoulement) ainsi que par un bord franc avant, - soit par un rebord avant-amont et un bord franc arrière, - ou bien par des rebords tels que définis ci-dessus. Les rebords peuvent être perpendiculaires aux plaques ou mieux inclinés suivant la pente des veines ou un angle plus accentué. Les parties pleines des plaques et leurs rebords constituent des pièges dans lesquels stagnent ou séjournent à faible taux de renouvellement des lames fluides hélicoidales mortes maintenues ainsi prisonnières du rotor. Dans ces lames mortes, la phase lourde s'achemine, étant guidée par les rebords, vers la périphérie du rotor. Ces lames mortes ont une section perdue non négligeable par rapport à la section transversale de l'enceinte fixe ou du bol tournant dans lequel le rotor est monté, de sorte que la section débitante de l'appareil qui pratiquement est celle des veines vives est relativement réduite par rapport à la section théorique de passage de l'enceinte fixe ou du bol tournant. La présente invention a pour but de réduire au minimum la section des lames mortes qui est une section perdue en ce qui concerne le débit de l'appareil. Dans ce but et conformément à l'invention, le rotor comporte au moins un dispositif de cloisonnement hélicoïdal faisant corps avec un organe coaxial d'entraînement en rotation, ce dispositif guidant et contenant au moins une veine hélicoidale vive. Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse, le dispositif de cloisonnement comporte au moins deux cloisons hélicoidales décalées angulairement de façon symétrique l'une par rapport à l'autre, afin de guider au moins deux veines hélicoidales vives. La ou chaque cloison hélicoidale dite pseudoconique aval est générée par une droite convergeant de la périphérie vers le centre aval. Ainsi, la section perdue correspond sensiblement à l'épaisseur de la ou des cloisons hélicoidales et dès lors, elle est bien inférieure à celle des lames mortes des appareils antérieurs. La ou chaque cloison hêlicoidale pseudoconique aval fait corps avec des barrières disposées en travers de l'écoulement des veines hélicoidales vives entre deux cloisons consécutives, ces barrières faisant saillie sur la face sous-jacente de la ou des cloisons considérées. 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 élévation-coupe illustrant une première forme de réalisation d'un rotor à cloison hélicoidale dite pseudoplane, conforme à l'invention, monté dans une enceinte fixe d'un appareil dont les autres composants ne sont pas représentés. - la figure 2 est une élévation développée à plat montrant trois cloisons hélicoidales du rotor selon la figure 1, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 représentant une première variante de réalisation du rotor, lequel fait application de deux cloisons hélicoidales identiques calées sur le même arbre à 1800 l'une de l'autre, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 concernant une deuxième variante de réalisation du rotor, lequel fait application de quatre cloisons hélicoidales identiques calées sur le même arbre à 900 l'une de l'autre. - la figure 5 est une élévation illustrant une deuxième forme de réalisation du rotor, lequel comporte une seule cloison hélicoidale dite pseudoconique. - la figure 6 est une élévation développée à plat et projetée sur un même plan, montrant deux cloisons hélicoidales du rotor selon la figure 5. - la figure 7 est une coupe illustrant une troisième forme de réalisation du rotor, lequel comporte une cloison hélicoidale pseudoconique aval et une cloison hélicoidale pseudoconique amont. Ainsi que cela ressort des figures 1 à 4, l'appareil comporte, dans une enceinte fixe 1 sensiblement cylindrique, un arbre coaxial motorisé 2 faisant corps avec un rotor 3 qui tourne dans le sens de la flèche T. Un ventilateur 4 engendre en amont du rotor 3, un écoulement axial (dans le sens de la flèche F) du mélange à traiter dont la phase légère est gazeuse et dont la phase lourde peut être solide, liquide ou elle-même gazeuse. Le ventilateur peut être calé sur l'arbre 2 ou bien motorisé independamment et monté sur une gaine aval. Bien entendu, si la phase légère du mélange est liquide, le moyen forçant l'écoulement est une pompe. Avantageusement et bien que cela ne soit pas absolument nécessaire, le rotor 3 coopère en amont avec un distributeur rotatif 5 constitué par des aubages 6 ou au moins un disque ajouré, non représenté, du type de ceux décrits dans les documents antérieurs précités. La chute de pression en amont qui résulte de l'aspiration axiale aval générée par le ventilateur 3 ou autre à travers le rotor est transformée par le distributeur rotatif 5 ou l'entrée du rotor lorsque ce rotor est exempt de distributeur, en une vitesse hélicoidale. Egalement de façon avantageuse et bien que cela ne soit pas absolument nécessaire, le rotor 3 coopère en aval avec un redresseur rotatif 7, à aubages 8 par exemple. Suivant la première forme de réalisation illustrée par les figures 1 et 2, le rotor 3 est constitué par une cloison hélicoidale unique 9 qui délimite un tunnel hélicoïdal 10 dans lequel s'écoule suivant la flèche E une veine hélicoidale vive 11 de mélange, lancée suivant la pente de la cloison 9 par le distributeur 5 ou la zone d'entrée du rotor, veine dont la vitesse de rotation est plus grande que celle du rotor. La veine 11 est alors le siège d'un champ centrifuge plus intense que celui dO à la seule rotation dudit rotor, de sorte que la séparation des phases est particulièrement efficace, la phase lourde migrant è la périphérie. Suivant une première variante de réalisation du rotor illustrée par la figure 3, le rotor 3 comporte deux cloisons hélicoidales 9.1 et 9.2 -décalées angulairement l'une de l'autre de 1800. Dès lors, ces cloisons sont imbriquées et si le pas de chacune d'elles est "p", le pas des veines hélicoidales vives 11.1 et 11.2-qu'elles délimitent est moitié et égal à "p/2". Suivant une deuxième variante de réalisation du rotor illustrée par la figure 4, le rotor 3 comporte quatre cloisons hélicoidales 9.1 ô 9.4 décalées angulairement l'une de l'autre de 900 et axialement de "p/4", si "p" est le pas de chacune d'entre elles. Ainsi, quatre veines hélicoidales vives 11.1 à 11.4 d'épaisseur sensiblement égale à "p/4" tournent cte à cote dans le même sens et à la même vitesse suivant des mouvements hélicoidaux. Ainsi que cela ressort des figures 1 à 4, les cloisons hélicoidales 9 sont générées par des droites perpendiculaires ô l'axe de rotation. Dès lors, elles peuvent être assimilées aux plaques planes ajourées décrites dans les documents - antérieurs précités. Par analogie, ces cloisons sont dénommées cloisons pseudoplanes. Par ailleurs, il est bien évident qu'au contact et au voisinage de ces cloisons, il se forme dans les veines hélîcoidales vives 9 des couches superficielles 12 d'écoulement ralenti dont la vitesse de rotation est sensiblement égale ô celle du rotor. Ces couches 12 peuvent être stabilisées au moyen de barrières radiales 13 et 14. Il se forme ainsi, comme dans les appareils décrits dans les documents antérieurs précités, des lames mortes 12 d'épaisseur limitée, dans lesquelles la phase lourde se trouve piégée et guidée vers la périphérie. Dans le cas de cloisons hélicoidales 9 dites pseudoplanes, les barrières 13 font saillie sur la face sous-jacente desdites cloisons et les barrières 14, sur la face sus-jacente de celles-ci. Suivant une deuxième forme de réalistion illustrée par les figures 5 et 6, le rotor 3 comporte au moins une cloison hélicoidale 15 qui est générée par une droite 16 convergeant de la périphérie vers le centre aval. Dans ce cas particulièrement avantageux, la couche superficielle ralentie 12 chargée de phase lourde se forme plus facilement contre la face sous jacente 17 de la cloison 15. Que le rotor comporte une (figure 5) ou plusieurs cloisons dites hélicoidales pseudoconiques aval 15 imbriquées, les faces desdites cloisons peuvent être lisses et la phase lourde s'achemine vers la périphérie. Cependant, il peut être avantageux de placer des barrières 18 sur la face sous-jacente 17 de la ou des cloisons, notamment pour mieux conduire la phase lourde vers la périphérie et éviter son remélange. Bien qu'une première variante de réalisation ne soit pas représentée isolément sur le dessin, le rotor 3 peut aussi être constitué par une ou plusieurs cloisons hélicoidales dites pseudoconiques amont 19 (se reporter 9 la figure 7 qui montre une variante plus complexe) dont les génératrices convergent vers l'amont. Dans ce cas également, les cloisons 19 peuvent être lisses (moitié gauche de. la figure 7) ou bien elles peuvent avantageusement comporter des barrières 20 faisant saillie sur leur face sus-jacente (moitié droite de ladite figure- 7). Ces cloisons 15 et 19 sont qualifiées pseudoconiques car elles rappellent les plaques coniques ajourées décrites dans les documents antérieurs précités. Une deuxième variante de réalisation est illustrée justement par la figure 7. Le rotor comporte au moins une cloison hélicoidale dite pseudoconique aval 15 et au moins une cloison hélîcoidale dite pseudoconique amont 19 convergeant l'une vers autre à la périphérie, mais laissant subsister un passage 21 entre elles. Comme précédemment, les cloisons 15 et/ou 19 peuvent être lisses et/ou munies de barrières. De toute façon, ces cloisons 15 et 19 délimitent. entre elles, un tunnel 22 divergeant vers la périphérie et un tunnel 23 convergeant vers la périphérie, ces tunnels canalisant deux veines hélicoidales superposées qui communiquent entre elles près de l'enceinte fixe 1 par le passage 21 continu ou discontinu. Il est bien évident que ces différentes formes de réalisation et variantes font application du procédé défini dans la revendication 1 du brevet français nO 2.468.410. Elles proposent cependant un autre mode d'exécution du rotor grâce auquel la fabrication de celui-ci est plus économique pour les grands diamètres. Cette fabrication peut être obtenue par assemblage et frettage de lamelles rayonnantes, ou encore par superposition de tronçons hélicoidaux d'ouverture angulaire inférieure à 3600, exécutés par fluotournage et venus avec des manchons susceptibles d'être enfilés sur l'arbre et de buter les uns sur les autres. Bien entendu, les rotors 3 décrits dans ce qui précède s'appliquent - ô des appareils à enceinte fixe dits ô contre-courant, dans lesquels la fuite périphérique chargée de phase lourde s'achemine en sens axial opposé à celui de l'écoulement du mélange, - å des appareils à enceinte fixe dits équicourants dans lequels ladite fuite et le mélange s'écoulent dans le même sens axial, - à des appareils ô bol tournant ayant sensiblement la même vitesse de rotation que le rotor, pour le traitement de liquides chargés. REVENDICATIONS 1.- Appareil de centrifugation pour la séparation de phases diverses (gazeuses, liquides, solides) composant un mélange ô traiter, cet appareil comportant, dans une enceinte fixe (1) ou un bol tournant, un rotor (3) à travers lequel s'écoulent des veines hélicoidales vives (11) du mélange qui tournent plus vite que le rotor, caractérisé en ce que le rotor (3) comporte au moins un dispositif de cloisonnement hélicoidal (9 ; 15 ; 19) faisant corps avec un organe coaxial d'entraînement en rotation (2), ce dispositif guidant et contenant au moins une veine hélicoidale vive (11). 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de cloisonnement comporte au moins deux cloisons hélicoidales (9 ; 15 ; 19) décalées angulairement de façon symétrique l'une par rapport à l'autre, afin de guider au moins deux veines hélicoïdales vives (9.1, 9.2 ; 9.1 ô 9.4) 3.- Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou chaque cloison hélicoïdale dite pseudoconique aval (15) est générée par une droite (16) convergeant de la périphérie vers le centre aval. 4.- Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou chaque cloison hélicoïdale dite pseudoconique amont (19) est générée par une droite convergeant de la périphérie vers le centre amont. 5.- Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de cloisonnement comporte au moins une cloison hélicoïdale dite pseudoconique aval (15) générée par une droite convergeant de la périphérie vers le centre aval et au moins une cloison hélicoïdale dite pseudoconique amont (19) générée par une droite convergeant de la périphérie vers le centre amont, des passages (21) étant ménagés à la périphérie entre la ou -les cloisons aval et la ou les cloisons amont. 6.- Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou chaque cloison hélicoïdale dite pseudoplane (9) est générée par une droite perpendiculaire à l'axe de rotation. 7.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la ou chaque cloison hélicoïdale (9, 15; 19) fait corps avec des barrières (13, 14 ; 18, 20) disposées en travers de l'écoulement des veines hélicoïdales vives (11) entre deux cloisons consécutives, ces barrières faisant saillie sur l'une au moins des faces de la cloison considérée sur une hauteur limitée afin de générer des pseudo lames mortes minces (12) en surface des veines vives et de guider la phase lourde vers la périphérie. 8.- Appareil selon les revendications 3 et 7 ou 5 et 7, caractérisé en ce que les barrières (18) font saillie sur la face sous-jacente (17) de la ou des cloisons hélicoïdales pseudoconique aval (15). 9.- Appareil selon les revendications 4 et 7 ou 5 et 7, caractérisé en ce que les barrières (20) font saillie sur la face sus-jacente de la ou des cloisons hélicoïdales pseudoconiques amont (19). 10.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les barrières (13, 14) font saillie sur les deux faces de la ou des cloisons hélicoïdales pseudoplanes (9). 11.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, applicable à la séparation d'un mélange dont la phase principale est gazeuse et comportant, qu'il soit du type à contre courant ou du type équicourant, un ventilateur aval ou autre moyen forçant l'écoulement du mélange, caractérisé en ce que la première spire amont de la ou des cloisons hélicoïdales (9 ; 15 ; 19) fait corps avec un distributeur rotatif (à aubes, à disques ajourés...) 12.- Appareil selon l'une quelconque-des revendications 1 à 11, applicable à la séparation d'un mélange dont la phase principale est gazeuse et comportant, qu'il soit du type à contrecourant ou du type équicourant, un ventilateur aval ou autre moyen forçant l'écoulement du mélange, caractérisé en ce que la dernière spire aval de la ou des cloisons hélicoïdales fait corps avec un redresseur rotatif.