Brevet FR2984969A1 — publié le 20130628

L'invention concerne un dispositif d'entrainement de fluide, notamment destiné à équiper des systèmes de séparation cyclonique. Les systèmes de séparation cyclonique permettent, par exemple, de récupérer, à l'aide d'un fluide (comme de l'eau ou de l'air) mis en mouvement, des éléments solides alors entrainés par ledit fluide vers un dispositif de séparation cyclonique dont le principe est de séparer les éléments solides ainsi entrainés dudit fluide. Pour cela, il est nécessaire d'avoir des dispositifs d'entrainement de fluide qui soient capables de mettre en mouvement une très grande quantité de fluide selon des débits très importants. D'autre part, ces dispositifs d'entrainement de fluide sont généralement situés en sortie du système de séparation cyclonique et n'ont à entrainer que du fluide très faiblement chargé. Toutefois, la présence d'éléments solides résiduels n'ayant pas été séparés pour différentes raisons au sein du système de séparation cyclonique peuvent passer à travers le dispositif d'entrainement de fluide se trouvant en sortie dudit système de séparation cyclonique. De plus, il existe des situations où il peut y avoir des hauteurs de remontée du fluide chargé d'éléments solides pouvant être très importantes (plusieurs dizaines, voire centaines de mètres). Dans ce cas, les pompes classiques ne permettent pas de tels relevages. D'autre part, les pompes classiques sont extrêmement sensibles à la présence d'éléments solides au sein du fluide qu'elles entrainent. Un but de l'invention est donc de fournir un dispositif d'entrainement de fluide à très haute vitesse selon des débits importants tout en étant simple, robuste et fiable vis-à-vis d'un fluide contenant des éléments solides. A cette fin, il est prévu, selon l'invention, un 5 dispositif d'entrainement de fluide comportant des moyens d'entrainement du fluide mis en oeuvre par un moteur entre une entrée du dispositif d'entrainement et une sortie du dispositif d'entrainement comprenant : une vis d'Archimède s'étendant entre 10 l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement, et - un carter enveloppant la vis d'Archimède, caractérisé en ce que la vis d'Archimède présente un pas d'hélice dont une valeur varie entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement. 15 Ainsi, l'utilisation d'une vis d'Archimède permet d'entrainer un fluide comportant des éléments solides, de manière robuste et fiable, du fait que la vis d'Archimède est relativement insensible à ce genre de particules, 20 contrairement à des ailettes d'hélice que nous retrouvons dans des pompes classiques de l'art antérieur. D'autre part, le fait que cette vis d'Archimède présente un pas dont une valeur varie entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement du fluide permet d'obtenir des 25 hautes vitesses et des débits importants. Alternativement, mais facultativement, le dispositif d'entrainement de fluide présente au moins l'une des caractéristiques techniques supplémentaires 30 suivantes : - la valeur du pas d'hélice varie en croissant entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement - la valeur du pas d'hélice varie d'un coefficient compris entre 1,05 et 2 entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement ; - la vis d'Archimède présente un diamètre dont une 5 valeur varie entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement ; - la valeur du diamètre de la vis d'Archimède varie en décroissant entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement ; 10 - la valeur du diamètre de la vis d'Archimède varie d'un coefficient compris entre 0,4 à 0,95 ; - le carter enveloppant la vis d'Archimède est de forme tronconique de révolution ; et - le carter enveloppant la vis d'Archimède est de 15 forme hyperboloïde de révolution. D'autre part, il est prévu, selon l'invention, un système de séparation cyclonique comportant un dispositif d'entrainement de fluide présentant au moins l'une des 20 caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront lors de la description ci-après d'un mode de réalisation préféré de l'invention. Aux 25 dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique de côté d'un système de séparation cyclonique équipé d'un dispositif d'entrainement de fluide selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique de dessus du 30 système de séparation cyclonique de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique de côté illustrant plus en détails la disposition d'un dispositif d'entrainement de fluide selon l'invention sur le système de séparation cyclonique de la figure 1 ; et, - la figure 4 est une vue de côté en demi-coupe du dispositif de séparation d'entrainement de fluide selon l'invention. En référence à la figure 1, nous allons décrire brièvement un système de séparation cyclonique. Le système de séparation cyclonique comporte une cuve de séparation 50 de forme, ici, tronconique de révolution. Elle comporte une arrivée 52 sensiblement tangentielle située au niveau d'une paroi latérale de la cuve de séparation 50. A travers cette arrivée 52, un flux de fluide I chargé en éléments solides est réalisé à travers une série de dispositifs d'entrainement de fluide 1 situés au sommet de la cuve de séparation 50 du système de séparation cyclonique. En référence à la figure 2, la série de dispositifs d'entrainement de fluide 1 selon l'invention sont, ici, au nombre de trois et uniformément répartis sur une circonférence d'un couvercle 51 de la chambre de séparation 50 du système de séparation cyclonique. Chacun des dispositifs d'entrainement de fluide 1 selon l'invention est fixé à l'aide de moyens de liaison 3 avec le couvercle 51 de la chambre de séparation 50 et sont mis en oeuvre par l'intermédiaire d'un moteur 4. Les moyens de communication 3 entre la chambre de séparation 50 et le dispositif d'entrainement du fluide 1 selon 30 l'invention sont situés sur le couvercle 51 de la chambre de séparation 50. Le moteur 4 entraine un arbre 10 du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention. En sortie du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention, est aménagée une canalisation d'éjection ou une tuyère d'éjection 2 qui permet de diriger le flux sortant de fluide S. Comme cela est visible sur la figure 3, les moyens de connexion 3 permettent de mettre en communication fluidique une ouverture aménagée dans le couvercle 51 de la chambre de séparation 50 du système de séparation cyclonique à l'entrée du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention. En référence à la figure 4, nous allons maintenant décrire plus en détails un mode de réalisation du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention. Le dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention comporte un carter 30 dont une surface externe est de forme tronconique de révolution selon un axe X. Le carter comporte une entrée 32 et une sortie 33 situées chacune à une extrémité du carter 30. Ces entrée 32 et sortie 33 forment les entrée et sortie du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention. D'autre part, le carter 30 comporte une surface intérieure 31 délimitant un conduit qui s'étend depuis l'entrée 32 jusqu'à la sortie 33. La surface intérieure 31 est de forme de révolution d'axe X. Dans une épaisseur du carter 30, entre sa surface interne 31 et sa surface externe, le carter 30 comporte des cloisonnements 34 délimitant des cellules 35 qui peuvent communiquer les unes avec les autres. Cela permet d'avoir un carter 30 présentant une certaine épaisseur tout en étant léger et robuste. Le dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention comporte, en outre, un arbre 10, de forme ici légèrement tronconique, s'étendant depuis l'entrée 32 jusqu'à la sortie 33 du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention. L'arbre 10 a pour axe, l'axe X de révolution des surfaces externe et interne 31 du carter 30. Au niveau de la sortie 33, l'arbre 10 est maintenu par un palier 11 aménagé dans un montant 12 s'étendant, de manière radiale vers l'axe X, depuis la surface interne 31 du carter 30 du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention, et ce de manière perpendiculaire à l'axe X. Au niveau de la sortie 32, l'arbre 10 est relié à un moteur d'entrainement 4 comme illustré sur la figure 3. Sur l'arbre 10, est aménagée une vis d'Archimède 20 qui, de ce fait, s'étend depuis l'entrée 32 jusqu'à la sortie 33 du carter 30 du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention. La vis d'Archimède 20 présente un pas d'hélice P dont une valeur varie tout le long de la vis d'Archimède, entre l'entrée 32 et la sortie 33. En particulier, la valeur du pas d'hélice P de la vis d'Archimède 20 varie de manière croissante entre l'entrée 32 et la sortie 33. Une telle variation croissante permet, pour une vitesse constante de rotation de l'arbre 10 donnée et, donc, de la vis d'Archimède 20, d'accélérer de manière progressive et continue le fluide entre l'entrée 32 et la sortie 33 du carter 30 du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention. De ce fait, cela permet d'obtenir, au niveau de la sortie 33, des débits importants du fluide entrainé par le dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention pour une vitesse de rotation donnée de la vis d'Archimède 20 montée sur l'arbre 10. Un coefficient de variation de la valeur du pas d'hélice P entre l'entrée 32 et la sortie 33 est compris entre 1,05 et 2. D'autre part, la forme de la surface intérieure 31 du carter 30 est agencée de sorte à être en regard de manière proche d'un bord radialement externe 21 de la vis d'Archimède 20. Un tel agencement permet d'avoir une très faible distance entre le bord radialement externe 21 de la vis d'Archimède 20 et la surface intérieure 31 du carter 30, et ainsi de minimiser la quantité de fluide pouvant passer entre le bord radialement externe 21 de la vis d'Archimède 20 et la surface interne 31 du carter 30. De cette manière, la surface interne 31 du carter 30 enveloppe la vis d'Archimède 20. Au surplus, la surface interne 31 du carter 30 étant de révolution, celle-ci présente un diamètre D en section dont une valeur varie entre l'entrée 32 du carter 30 et la sortie 33 du carter 30. Ici, la valeur du diamètre D varie de manière décroissante entre l'entrée 32 et la sortie 33 du carter 30 du dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention. Un coefficient de variation de ce diamètre D entre l'entrée 32 et la sortie 33 du carter 30 est compris entre 0,5 et 0,95. Par exemple, la surface interne 31 est de forme tronconique de révolution d'axe X, le bord radialement externe 21 de la vis d'Archimède 20 étant alors inscrite dans une enveloppe elle-même tronconique de révolution quasiment identique à la forme de la surface intérieure 31 du carter 30. En variante de réalisation, ici illustrée à la figure 4, la surface intérieure 31 présente une forme hyperboloïde de révolution d'axe X, la vis d'Archimède 20 étant elle-même inscrite dans cette même forme hyperboloïde de révolution d'axe X. De nouveau, cette variation en décroissance du diamètre D en section va permettre d'accélérer la vitesse d'éjection du fluide entrainé par le dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention pour un débit donné. Cette particularité associée à la variation de la valeur du pas d'hélice P de la vis d'Archimède 20 précédemment décrit permet d'obtenir un dispositif d'entrainement de fluide 1 qui permet d'entrainer selon des débits et des vitesses extrêmement importants un fluide pouvant comporter des éléments solides de manière simple, fiable et robuste. Une application pratique d'un dispositif d'entrainement de fluide 1 selon l'invention tel qu'il vient d'être décrit est l'entrainement des fluides dans un système de séparation cyclonique tel que précédemment décrit. Il est aussi possible d'utiliser de tels dispositifs d'entrainement de fluide 1 selon l'invention pour réaliser des injections de fluide à travers des buses d'injection afin de réaliser des mélanges homogènes dans des cuves à contenance très élevée. Bien entendu, il est possible d'apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.20 REVENDICATIONS1. Dispositif d' entrainement de fluide (1) comportant des moyens d'entrainement du fluide mis en 5 oeuvre par un moteur (4) entre une entrée (32) du dispositif d' entrainement et une sortie (33) du dispositif d'entrainement comprenant : - une vis d'Archimède (20) s'étendant entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement, et un carter (30) enveloppant la vis d'Archimède, caractérisé en ce que la vis d'Archimède présente un pas d'hélice P dont une valeur varie entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement. 2. Dispositif d'entrainement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du pas d'hélice P varie en croissant entre l'entrée (32) et la sortie (33) du dispositif d'entrainement. 3. Dispositif d'entrainement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur du pas d'hélice varie d'un coefficient compris entre 1,05 et 2 entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement. 25 4. Dispositif d'entrainement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vis d'Archimède présente un diamètre D en section dont une valeur varie entre l'entrée et la sortie du dispositif 30 d'entrainement. 5. Dispositif d'entrainement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur du diamètre D en 10 15 20section de la vis d'Archimède varie en décroissant entre l'entrée et la sortie du dispositif d'entrainement. 6. Dispositif d'entrainement selon la revendication 5 5, caractérisé en ce que la valeur du diamètre D en section de la vis d'Archimède varie d'un coefficient compris entre 0,4 à 0,95. 7. Dispositif d' entrainement selon l'une des 10 revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le carter enveloppant la vis d'Archimède est de forme tronconique de révolution. 8. Dispositif d'entrainement selon l'une des 15 revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le carter enveloppant la vis d'Archimède est de forme hyperboloïde de révolution. 9. Système de séparation cyclonique caractérisé en 20 ce qu'il comporte un dispositif d'entrainement selon l'une des revendications 1 à 8.