Brevet FR2846257A1 — publié le 20040430

i La présente invention concerne un appareil séparateur et épurateur de la pollution d'au moins un mélange fluide, comprenant: - un rotor d'axe de rotation vertical, monté dans un corps et présentant un empilage d'au moins deux plaques à ajourages s'étendant 5 radialement vers la paroi dudit corps et disposées sensiblement transversalement par rapport à l'axe de rotation du rotor, un espace annulaire subsistant entre la périphérie des plaques et la paroi du corps, ledit rotor coopérant avec des moyens pour générer un mouvement hélicodal ascendant du mélange à traiter dont le sens de rotation est le 10 même que celui du rotor, - un organe d'entrée du mélange à traiter situé au-dessus du rotor, cet organe comportant une chambre annulaire entourant une colonne centrale, ladite chambre étant en communication fluidique avec l'espace annulaire tandis que la colonne centrale disposée au-dessus du 15 rotor présente des extrémités supérieure et inférieure ouvertes afin de permettre le passage du flux ascendant, - des moyens pour générer dans l'espace annulaire un mouvement hélicoidal descendant du mélange à traiter dont le sens de rotation est le même que celui du rotor, lesdits moyens comportant un 20 distributeur hélicodal dans la partie supérieure de l'espace annulaire et une pluralité de pales qui s'étendent sensiblement longitudinalement et sensiblement radialement par rapport à l'axe de rotation du rotor, lesdites pales étant solidaires du rotor en rotation et disposées sous le distributeur hélicodal. - des moyens de collecte de la phase lourde situés sous le rotor, et, - un organe d'extraction du mélange traité, raccordé au corps au-dessus de l'organe d'entrée. Le mélange à traiter est par exemple un mélange gazeux ou 30 liquide pollué par des impuretés solides, liquides ou mixtes. Un appareil de ce type est connu par FR 2 768 067. Du fait de la position de l'organe d'entrée du mélange à traiter entre le rotor et l'organe d'extraction, l'écoulement du fluide dans l'appareil est cyclonique, un mouvement hélicodal périphérique descendant étant entretenu dans 35 l'espace annulaire ménagé entre la périphérie des plaques et la paroi du corps, tandis qu'un mouvement hélicodal ascendant est entretenu dans le rotor, le fluide passant par les ajourages des plaques. Le fluide est donc d'abord soumis au mouvement hélicodal descendant, dans lequel est réalisée une pré-séparation centrifuge, qui permet de séparer du fluide les particules les plus grosses, puis au mouvement hélicodal ascendant dans lequel est réalisée la séparation centrifuge finale. FR 2 468 410 décrit le procédé de collecte des phases lourdes dans le rotor. Le mélange traversant le rotor est entraîné en rotation à une vitesse angulaire supérieure à celle de l'équipage tournant que le mélange doit traverser, et ce mélange est divisé en une pluralité de veines 10 vives s'écoulant suivant des trajectoires hélicodales à travers l'équipage tournant et à une vitesse tangentielle supérieure à celle de ce dernier, ces veines vives étant séparées par des lames fluides hélicodales mortes maintenues prisonnières de l'équipage tournant et entraînées en rotation par ce dernier. Les forces centrifuges ont tendance à repousser les 15 particules et les phases lourdes radialement vers l'extérieur. Dans FR 2 768 067, les pales sont fixées à la périphérie des plaques du rotor, et il n'est pas prévu de cloisons pour séparer le flux ascendant du flux descendant. On conçoit donc qu'il peut s'établir des échanges fluidiques entre les deux flux, notamment dans la partie 20 supérieure du rotor, une partie du mélange à traiter pouvant se diriger vers la sortie du rotor après avoir franchi le distributeur et venant polluer le flux déjà traité. Le but de la présente invention est d'éviter cet inconvénient et de proposer une modification à l'appareil tel que mentionné dans 25 l'introduction qui empêche une partie du flux hélicoidal descendant de pénétrer dans le rotor, et qui permette en outre à la partie périphérique du flux ascendant, dans laquelle les impuretés se sont agrégées, d'être recyclée dans le flux descendant. L'invention atteint son but par le fait que l'appareil comporte en 30 outre une paroi annulaire fixe solidaire de la colonne centrale et entourant le rotor, ladite paroi séparant le flux hélicodal descendant du flux hélicodal ascendant et comportant des moyens pour réinjecter dans le flux hélicodal descendant au moins une partie du film pariétal du flux hélicodal ascendant. Très avantageusement les moyens pour réinjecter au moins une partie du film pariétal du flux hélicodal ascendant dans le flux hélicodal descendant sont constitués par des fentes sensiblement verticales ménagées dans la paroi annulaire et dont les bords sont écartés dans une direction sensiblement radiale. Les bords des fentes disposés en amont dans le sens de 5 l'écoulement tangentiel des deux flux sont écartés radialement vers l'extérieur, tandis que les autres bords disposés en aval sont écartés radialement vers l'intérieur. Les bords de fente aval dirigés radialement vers l'intérieur jouent le rôle d'écopes, et permettent de "peler" le flux hélicodal 10 ascendant. Les zones périphériques de ce flux, qui contiennent la plus grande densité de polluants est ainsi recyclé dans le flux hélicodal descendant. En revanche, les bords des fentes amont dirigées radialement vers l'extérieur jouent le rôle de bords de fuite pour le flux hélicodal descendant et empêchent l'introduction directe d'une partie du flux 15 hélicodal descendant dans le rotor. Avantageusement les pales sont reliées à la partie inférieure du rotor par des bras de support coudés dont la forme favorise le retournement du sens de circulation du mélange à traiter. De préférence ces bras supportent des pales supplémentaires 20 pour rejeter les déchets vers les moyens de collecte. De manière à rigidifier les pales, ces dernières sont reliées entre elles par une pluralité d'anneaux de raccordement coaxiaux au rotor. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée suivante faite à titre d'exemple non 25 limitatif et en référence aux dessins annexés, dans laquelle: La figure 1 est une vue en coupe selon un plan vertical d'un appareil conforme à l'invention; La figure 2 est une demi-vue en coupe de l'ensemble rotor et pales de l'appareil de la figure 1; La figure 3 est une coupe de la paroi fixe séparant le rotor de l'espace annulaire prise selon la ligne III-III de la figure 2; Les figures 4 et 5 montrent des variantes de réalisation des fentes de la paroi fixe; La figure 6 est une vue de dessus du distributeur hélicodal La figure 7 est une vue en coupe développée du distributeur de la figure 6. La référence générale 10 sur la figure 1 désigne un appareil séparateur et épurateur de la pollution d'au moins un mélange fluide, en particulier un mélange gazeux, selon l'invention. Cet appareil comporte un corps cylindrique fixe 12, d'axe I, un organe 14 d'entrée du mélange fluide 5 dans le corps 12, un rotor 16, qui est monté dans le corps 12 et qui présente un empilage d'au moins deux plaques 18 à ajourages qui s'étendent radialement vers la paroi du corps 12 tout en laissant subsister un espace annulaire 20 entre la périphérie des plaques et ladite paroi. Dans toute la suite, on considérera que l'axe de l'appareil est 10 vertical et que les moyens de collecte de la phase lourde sont situés vers le bas, ce qui est une disposition généralement avantageuse, qui permet de bénéficier à la fois du champ centrifuge et du champ gravitationnel. De manière connue, le rotor 16 coopère avec des moyens générant une chute de pression à la partie supérieure de l'appareil 10. Ce 15 rotor, dont le sens de rotation est indiqué par la flèche R, génère un mouvement hélicodal du mélange à traiter dans le même sens de rotation. L'appareil comprend en outre des moyens de collecte de la phase lourde situés sous le rotor, qui comprennent par exemple une 20 trémie de collecte 22 munie d'un moyen d'évacuation forcée 24 isolé de l'extérieur. Des goulottes peuvent être utilisées en lieu et place de la trémie 22. L'appareil comporte encore un organe 26 d'extraction du mélange traité qui est raccordé au corps cylindrique au-dessus de l'organe 25 d'entrée 14, lui-même disposé au-dessus du rotor 16. Les moyens pour générer la chute de pression, qui ne sont pas représentés, sont situés encore au-dessus de l'organe d'extraction 26. L'organe d'entrée 14 présente une chambre annulaire 28 dont l'extrémité supérieure 28A est fermée, tandis que l'extrémité inférieure 30 28B est ouverte et est raccordée à l'espace annulaire 20. L'organe 14 présente en outre une entrée 30 du mélange à traiter qui débouche dans la chambre annulaire 28. De manière avantageuse, comme le montre la figure 1, cette entrée 30 peut être réalisée par une volute d'entrée tangentielle. L'organe 14 présente encore une colonne centrale 32 qui est séparée de la chambre annulaire 28 par une paroi cylindrique 34. La colonne 32 présente une extrémité supérieure 32A ouverte et une extrémité inférieure 32B également ouverte. L'appareil comporte des moyens pour générer, dans l'espace annulaire 20, un mouvement hélicodal descendant de même sens de 5 rotation R que le rotor. La trajectoire du mélange fluide dans l'appareil, sans tenir compte des champs centrifuges, est indiquée par les flèches F. Plus précisément, le mélange fluide entrant dans l'appareil dans le sens E par l'organe d'entrée 14 tourne dans la chambre annulaire 28 et descend dans l'espace annulaire 20 en tourbillonnant, c'est-à-dire qu'il est animé 10 dans cet espace d'un mouvement hélicodal descendant. Ensuite, une fois parvenu sous le rotor, le mélange fluide inverse sa trajectoire pour décrire un mouvement hélicodal ascendant dans le rotor, passer dans la colonne centrale 32 de l'organe d'entrée 14, puis ressortir par l'organe d'extraction 26 comme l'indique la flèche S. Les moyens pour générer le mouvement hélicodal descendant comprennent un distributeur hélicodal 36 disposé dans la partie supérieure de l'espace annulaire 20. Comme on le voit mieux sur les figures 6 et 7, ce distributeur 36 se présente sous la forme d'un élément annulaire fixé sur la paroi du corps cylindrique 12 et comporte une 20 pluralité de lames fixes, obliques et incurvées, désignées par la référence générale 38. A la partie supérieure de la figure 6, la lame oblique 38A s'étend sur la somme des secteurs angulaires a et b. Sur le secteur angulaire b, elle se trouve sous la lame oblique 38B, de sorte que les lames obliques sont disposées en léger recouvrement axial. Le fait de faire 25 passer le mélange fluide tournant dans le sens R entre les lames obliques 38 accélère ce dernier et confère à sa vitesse tangentielle une composante vers le bas. L'inclinaison des lames 38 est calculée de telle sorte que cette vitesse tangentielle de rotation soit adaptée à celle du rotor. Les moyens pour générer le mouvement hélicodal descendant 30 comprennent également des moyens de guidage du mélange fluide dans l'espace annulaire 20 qui comportent une bague fixe 40 disposée entre l'extrémité inférieure de la paroi interne 34 de la chambre annulaire 28 et la périphérie de la plaque supérieure 18A du rotor 16. Le distributeur 36 est placé au niveau de cette bague 40. Les plaques 18 du rotor 16 peuvent être coniques, évasées vers le bas de l'appareil ou, comme dans l'exemple représenté, constituées par des disques radiaux qui, comme on le voit mieux sur la figure 3, comportent des ajourages. On peut choisir de munir les bords périphériques de ces plaques de jupes tronconiques évasées vers le bas qui jouent le rôle de déflecteur. Cette disposition n'est toutefois pas obligatoire comme on le verra dans la suite. L'appareil comporte une pluralité de pales 42 qui s'étendent sensiblement longitudinalement et sensiblement radialement par rapport à l'axe de rotation I du rotor 16. Ainsi, chaque pale 42 s'étend sensiblement dans un plan défini par l'axe I du rotor et par un rayon dudit rotor. Les 10 pales peuvent être légèrement inclinées par rapport à ce plan. Les pales 42 s'étendent dans l'espace annulaire 20 et sont solidaires du rotor 16 en rotation. On remarque sur les figures 1 et 2 que les pales 42 s'étendent sensiblement sur toute la hauteur de l'empilage des plaques 18 et sont 15 raccordées à la partie inférieure du rotor 16 ou à l'arbre d'entraînement de ce rotor 16 par des bras de support 50 coudés dont la forme favorise le retournement du sens de circulation du flux de mélange à traiter circulant dans l'appareil 10. Ainsi que cela se voit clairement sur les figures 1 et 2, la paroi 20 cylindrique 34 de la colonne centrale 32 se prolonge sous la bague 40 par une paroi annulaire 51 fixe qui entoure le rotor 16, et dont l'extrémité inférieure avoisine les bras de support 50. Cette paroi annulaire 51 sépare le flux hélicodal descendant circulant dans l'espace annulaire 20 du flux hélicodal ascendant circulant dans le rotor 16. Ces deux flux hélicodaux 25 tournent dans le même sens, c'est-à-dire dans le sens de rotation R du rotor 16. Cette paroi annulaire 51 présente des moyens 52 pour réinjecter une partie du film pariétal du flux hélicodal ascendant dans le flux hélicodal descendant. Ces moyens 52 sont constitués avantageusement, ainsi que 30 cela est montré sur la figure 3, par des fentes 53 sensiblement verticales ménagées dans la paroi annulaire 51 et dont les bords 54a et 54b sont écartés radialement. Si on définit l'amont et l'avant par rapport au sens de circulation des flux hélicodaux, descendant, dans l'espace annulaire 20, et ascendant dans le rotor 16, c'est-à-dire par rapport au sens de rotation R 35 du rotor 16, le bord de fente amont 54a est écarté radialement vers l'extérieur, tandis que le bord de fente aval 54b est écarté radialement vers l'intérieur, par rapport au diamètre nominal de la paroi annulaire 51. Le bord de fente aval 54b joue alors, lors du fonctionnement de l'appareil 1, le rôle d'un séparateur qui "épluche" une partie du film 5 pariétal du flux hélicoidal ascendant, cette partie étant recyclée dans le flux hélicodal descendant. En revanche, le flux hélicodal descendant est dévié légèrement vers l'extérieur par le bord de fente amont 54a, et aucun filet du flux hélicodal descendant ne peut pénétrer, lors du fonctionnement de l'appareil 1, à l'intérieur du rotor 16 par la paroi 10 périphérique 51. Lors du fonctionnement de l'appareil 1, le mélange pénétrant dans l'espace annulaire 20 par le distributeur 36, est soumis à un mouvement hélicodal descendant, entretenu en outre par les pales 42 en rotation dans le sens de rotation R. Ce flux hélicodal descendant est 15 soumis à une force centrifuge, et les particules ou phases les plus lourdes sont entraînées vers la périphérie de l'espace annulaire 20, et sont évacuées vers les moyens de collecte situés sous le rotor. Afin de faciliter l'évacuation vers le bas des particules ou phases lourdes, les bras coudés 50 comportent à leurs extrémités radiales des pales supplémentaires 55, 20 dirigées vers le bas et vers l'extérieur. Le mélange n'est pas entièrement épuré dans l'espace annulaire , mais les particules les plus lourdes au moins sont évacuées au pied de cet espace. Après le retournement du flux gazeux dans la zone inférieure 25 de l'espace annulaire, le flux gazeux pénètre par le bas dans le rotor 16, o il est soumis à un mouvement hélicodal ascendant. La vitesse tangentielle du flux ascendant est supérieure à la vitesse de rotation du rotor, notamment dans les zones vives. Les particules ou phases lourdes résiduelles du flux hélicodal 30 ascendant sont soumises à une force centrifuge considérable, et sont entraînées vers la périphérie du rotor 16. Les plaques 18 à ajourages comportent également des pièges à particules autour des ajourages qui sont dessinés de façon à guider les particules piégées vers la périphérie du rotor. Les particules ou phases lourdes se trouvent ainsi agrégées dans le 35 film pariétal du flux hélicodal ascendant au voisinage immédiat de la paroi annulaire fixe 51, ce film pariétal étant, du fait de la rotation, pelé par les bords des fentes aval 54b. Les figures 4 et 5 montrent des variantes de réalisation des moyens 52 pour réinjecter le film pariétal dans l'espace annulaire 20. Ces 5 moyens 52 peuvent être réalisés sous la forme d'écopes 52a ainsi que cela est montré sur la figure 4, ou sous la forme d'orifices de décharge 52b, comme représenté sur la figure 5. Ces écopes 52a ou orifices de décharge 52b étant réalisés par découpe et déformation de la paroi annulaire 51. Les particules ou phases lourdes résiduelles, contenues dans le 10 flux hélicodal ascendant, et s'agrégeant dans le film pariétal de ce flux ascendant sont ainsi positivement réinjectées dans l'espace annulaire 20, o elles subissent une nouvelle centrifugation. Le dispositif selon l'invention améliore ainsi de façon notable la purification du mélange, et assure l'évacuation d'un gaz propre par les moyens d'évacuation 26. Afin de rigidifier la structure de l'ensemble rotatif formé par les pales 42 et les bras de support 50, les pales adjacentes 42 sont reliées par une pluralité de tiges de raccordement 60 horizontales qui forment une pluralité d'anneaux de raccordement coaxiaux à l'axe I du rotor 16. La géométrie des pales 42 et des bras de support 50 est 20 étudiée de manière à assurer un écoulement aérodynamique favorisant la centrifugation des particules ou phases lourdes. Les bras de support 50 peuvent comporter dans leur zone coudée des orifices favorisant à cet endroit l'évacuation des particules vers les pales supplémentaires 55. Dans cette zone coudée, en effet, les forces centrifuges sont augmentées du ait 25 du faible rayon. REVENDICATIONS 1. Appareil séparateur et épurateur de la pollution d'au moins un mélange fluide, comprenant: - un rotor (16) d'axe de rotation vertical (I), monté dans un corps (12) et présentant un empilage d'au moins deux plaques (18) à ajourages s'étendant radialement vers la paroi dudit corps et disposées sensiblement transversalement par rapport à l'axe de rotation (I) du rotor 10 (16), un espace annulaire (20) subsistant entre la périphérie des plaques et la paroi du corps, ledit rotor coopérant avec des moyens pour générer un mouvement hélicoidal ascendant du mélange à traiter dont le sens de rotation (R) est le même que celui du rotor, - un organe (14) d'entrée du mélange à traiter situé au-dessus 15 du rotor (16), cet organe comportant une chambre annulaire (28) entourant une colonne centrale (32), ladite chambre étant en communication fluidique avec l'espace annulaire tandis que la colonne centrale disposée au-dessus du rotor présente des extrémités supérieure et inférieure ouvertes afin de permettre le passage du flux ascendant, - des moyens (36, 42) pour générer dans l'espace annulaire un mouvement hélicoidal descendant du mélange à traiter dans le sens de rotation est le même que celui du rotor, lesdits moyens comportant un distributeur hélicodal (36) dans la partie supérieure de l'espace annulaire (20) et une pluralité de pales (42) qui s'étendent sensiblement 25 longitudinalement et sensiblement radialement par rapport à l'axe de rotation (I) du rotor (16), lesdites pales étant solidaires du rotor en rotation et disposées sous le distributeur hélicodal (36), - des moyens (24) de collecte de la phase lourde situés sous le rotor, et, - un organe (26) d'extraction du mélange traité, raccordé au corps (12) au-dessus de l'organe d'entrée (14), caractérisé par le fait que l'appareil comporte en outre une paroi annulaire (51) fixe solidaire de la colonne centrale (32) et entourant le rotor (16), ladite paroi séparant le flux hélicodal descendant du flux 35 hélicodal ascendant et comportant des moyens (52) pour réinjecter dans le flux hélicodal descendant au moins une partie du film pariétal du flux hélicodal ascendant. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (52) pour réinjecter au moins une partie du film pariétal du 5 flux hélicodal ascendant dans le flux héliccidal descendant sont constitués par des fentes (53) sensiblement verticales ménagées dans la paroi annulaire et dont les bords (54a, 54b) sont écartés dans une direction sensiblement radiale. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que 10 les bords de fentes (54a) disposés en amont dans le sens de l'écoulement tangentiel des deux flux sont écartés radialement vers l'extérieur tandis que les autres bords (54b) disposés en aval sont écartés radialement vers l'intérieur. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 15 caractérisé par le fait que les pales (42) sont reliées à la partie inférieure du rotor (16) par des bras de support coudés (50) dont la forme favorise le retournement du sens de circulation du mélange à traiter. 5. Appareil selon la revendication 4 caractérisé par le fait que ces bras supportent des pales supplémentaires (55) pour rejeter les 20 déchets vers les moyens de collecte. 6. Appareil selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que les pales (42) sont reliées entre elles par une pluralité d'anneaux de raccordement (60) coaxiaux au rotor (16).