CH651765A5 - Appareil de separation centrifuge applicable notamment a l'epuration des melanges gazeux. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un appareil centrifuge pour la séparation des phases d'un mélange et plus spécialement les épurateurs en phase gazeuse destinés à lutter contre la pollution de l'air. Il convient, avant d'aborder les dispositions principales de l'invention, de rappeler les difficultés rencontrées à l'occasion de la séparation des phases d'un mélange quelconque en se référant aux appareils connus du genre en question.

La plupart des appareils comporte, dans une enceinte fixe ou tournante, un empilage de plaques circulaires ou assiettes, solidaires d'un axe de rotation entraîné par un moteur, un moto-agitateur ou un motoventilateur. Les plaques ou assiettes sont écartées les unes des autres le long de l'axe de rotation de l'entraînement par des entretoises de séparation, le mélange à épurer traverse axialement l'axe de rotation ou l'enceinte tournante, tout en étant soumis à l'action d'un champ centrifuge engendré par la rotation des assiettes.

Suivant une disposition connue, les plaques ou assiettes présentent des orifices décalés angulairement, de l'une à l'autre, de manière à former un nombre important de chicanes, dans le sens axial les entretoises et les parties pleines des assiettes constituant autant de barrières et de déviations à la progression axiale du flux à épurer. Un inconvénient propre à ce mode de réalisation est de laisser subsister près de l'axe de rotation des assiettes une zone morte, inactive, de sorte qu'une partie du mélange ne parcourt pas systématiquement une trajectoire suivant de près le rayon des assiettes, ce qui crée des accumulations de matières lourdes le long dudit axe de rotation des assiettes, accumulations qui encrassent l'appareil, engendrent un déséquilibre de l'équipage mobile et amoindrissent l'effet de séparation.

Le plus souvent, les orifices des assiettes sont des fentes droites et radiales parfois bordées de barrettes formées par exemple d'un rebord saillant destiné à conduire la phase lourde en direction de la paroi collectrice fixe ou tournante de l'enceinte de l'appareil.

Pour obtenir un rendement acceptable, on est amené à faire comporter à de tels appareils des empilages comprenant un grand nombre d'assiettes, parfois plusieurs dizaines, ce qui pose d'autres difficultés, par exemple une grande consommation de l'énergie d'entraînement, un balourd de l'équipage mobile, des difficultés pour maîtriser et contrôler la vitesse et la direction de circulation des veines de fluides à épurer, la complexité de fabrication de l'appareil et son coût élevé.

Suivant une variante d'exécution d'un appareil de séparation du genre en question comprenant un empilage d'assiettes à fentes, on décale angulairement les fentes d'un empilement d'assiettes pour obtenir des passages d'allure hélicoïdale du mélange à traiter. Cette disposition très caractéristique ne résout pas le problème de la circulation systématique du mélange à traiter le long de la totalité du rayon des assiettes à fentes, de sorte qu'il subsiste toujours dans la région centrale de l'équipage tournant, un court-circuit de la veine à épurer. Là encore, on tente de remédier à ce défaut en multipliant le nombre des assiettes et des fentes, ce qui conduit à la réalisation d'appareils encombrants et coûteux.

Cet encombrement et ce coût se trouvent encore augmentés du fait de la présence, dans les appareils connus, d'un collecteur extracteur fixe ou mobile, formé d'un empilement d'anneaux coaxial à l'équipage tournant, avec, bien entendu, une solution de continuité entre les assiettes du séparateur et les anneaux du collecteur. Il se crée, par ailleurs, dans la zone de séparation entre les assiettes et les anneaux, un courant annulaire ascendant ou descendant et, entre les assiettes, des différences de pression qui perturbent l'effet séparateur.

L'invention vise à réaliser un appareil de séparation centrifuge dans lequel la veine de mélange à épurer parcourt systématiquement une trajectoire selon le rayon des assiettes ou des plaques de séparation.

Elle vise encore à supprimer les accumulations de matières lourdes dans la zone de l'axe de rotation des assiettes ou des plaques, mais aussi, de par l'arrangement de ses éléments constitutifs, à simplifier la construction de l'équipage tournant.

Elle vise, en outre, à permettre le réglage de la vitesse et du débit de la veine de mélange à épurer au travers de l'appareil sans modifier la puissance et/ou la vitesse de l'entraînement.

Elle vise, enfin, à conduire sans rupture de parcours la phase extraite vers le collecteur évacuateur.

La présente invention propose à cet effet un appareil de séparation centrifuge comprenant, dans une enceinte fixe, un équipage mobile formé d'un dispositif séparateur comprenant plusieurs plaques de révolution superposées et ceinturées par des anneaux périphériques formant entretoises d'écartement entre les plaques, cet équipage étant mû en rotation par l'intermédiaire d'un moteur, d'un moto-agitateur ou d'un motoventilateur créant au travers de l'équipage un flux de circulation du mélange à épurer, caractérisé en ce que le dispositif séparateur de l'équipage mobile est composé de deux types de plaques différents alternativement superposés, l'un présentant une ouverture centrale et un voile périphérique plein, l'autre présentant un voile central plein et une série d'ouvertures périphériques régulièrement réparties sur au moins un cercle, grâce à quoi les plaques forment des parois de guidage obligeant le flux de mélange à épurer à parcourir une trajectoire selon la quasi-totalité du rayon de chaque type de plaque.

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Par cette disposition alternée de deux types de plaques différents, on crée des parois de guidage obligeant le flux de mélange à épurer à parcourir d'une façon systématique une trajectoire suivant le rayon de chaque type de plaque. Cette disposition a pour effet de soumettre d'un étage à l'autre la totalité du flux à plusieurs accélérations centrifuges successives sans court-circuit et, par suite, sans remontées ou accumulations de matières lourdes au voisinage de l'axe de rotation de l'équipage mobile.

Suivant une forme de réalisation particulière du dispositif séparateur, les anneaux périphériques qui séparent les plaques d'un jeu sont fixés directement au rotor du ventilateur. Cette disposition permet de diminuer la hauteur de l'équipage mobile. En combinaison avec la disposition précédente, il est avantageux de fixer les plaques du dispositif séparateur seulement par leur rebord périphérique entre les anneaux périphériques, grâce à quoi on supprime un palier inférieur de maintien de l'équipage tournant et la partie de l'arbre d'entraînement qui s'étend dans les appareils connus sur toute la hauteur de l'empilement des plaques.

Selon une disposition avantageuse, on fait comporter au ventilateur associé aux plaques de séparation, dans un espace central libre d'ailettes, un diaphragme pouvant prendre plusieurs positions axiales le long de l'arbre d'entraînement. On obtient par cette disposition un réglage de la vitesse et du débit du flux traversant l'appareil sans modifier la puissance du moteur d'entraînement, rendant un même modèle d'appareil adaptable à différents débits, par exemple dans la proportion de 1 à 4.

On notera encore que la paroi collectrice et évacuatrice de la phase séparée lourde peut être constituée par les anneaux qui séparent les plaques, de sorte que le parcours de cette phase n'est jamais interrompu par un courant perturbateur.

Des modes d'exécution de l'appareil selon l'invention seront décrits à titre d'exemple, en se référant au dessin joint, dans lequel:

la fig. 1 est une vue en perspective, en partie sectionnée et arrachée, montrant un premier mode d'exécution de l'appareil centrifuge suivant l'invention;

la fig. 2 est une vue complétant la fig. 1 et montrant partiellement en coupe les éléments constitutifs de l'appareil;

la fig. 3 est une vue en coupe montrant un second mode d'exécution de l'appareil centrifuge;

la fig. 4 est une vue de dessus d'une plaque à ouverture centrale et à voile périphérique plein;

la fig. 5 est une vue de dessus d'une plaque à voile central plein et à ouvertures périphériques;

la fig. 6 est une vue de dessus d'une plaque suivant une variante de la fig. 5;

la fig. 7 est une vue en coupe d'une plaque à voile central plein à épaisseur variable;

la fig. 8 est une vue en coupe montrant la combinaison de deux plaques différentes à épaisseurs variables.

Ainsi que le montrent les fig. 1 et 2, l'appareil est désigné par la référence générale 10. L'appareil comporte une enceinte fixe 11 dans laquelle est disposé un équipage mobile 12, formé d'amont en aval, suivant la flèche F, d'un dispositif séparateur 13, d'un ventilateur 14 et d'un moteur d'entraînement 15.

Dans l'exemple représenté, le dispositif séparateur et le ventilateur sont entraînés en synchronisme par l'arbre 16 du moteur 15. L'enceinte stationnaire 11 comprend, concentriquement au dispositif séparateur 13, une paroi annulaire 27 fixe destinée à recueillir la ou les phases lourdes extraites du mélange à épurer.

Le ventilateur 14 engendre un flux de circulation à travers l'ensemble de l'équipage tournant, dont le sens de circulation est donné par la flèche F. Le mélange traité, exempt de la phase lourde, est évacué par le ventilateur 14 soit à l'aide d'un conduit approprié à l'extérieur des bâtiments équipés de l'appareil pour le traitement de l'ambiance du local, soit directement à l'intérieur des bâtiments, notamment pendant l'hiver, ce qui a une incidence notable sur les économies d'énergie de chauffage.

Selon la première forme d'exécution des fig. 1 et 2, le dispositif séparateur 13 de l'équipage tournant est composé essentiellement de deux types de plaques séparatrices différentes respectivement 13a, 13b.

La plaque 13a présente une ouverture centrale 17 et un voile périphérique plein.

La plaque 13b présente un voile central plein et une série d'ouvertures périphériques 18 régulièrement réparties sur un cercle. Les deux types de plaques 13a, 13b sont alternativement superposées et ceinturées par des anneaux périphériques 19, formant entretoises d'écartement entre les plaques.

Les anneaux périphériques 19 sont percés d'orifices 20 de forme appropriée à l'importance et à la nature de la phase extraite, pour' l'évacuation de la ou des phases lourdes en direction de la paroi annulaire stationnaire 27. On notera que les entretoises qui séparent les plaques forment une paroi tournante à fonction collectrice et évacuatrice de la phase lourde séparée.

Dans ce mode d'exécution, le dispositif séparateur 12 totalise cinq plaques séparatrices, dont deux, 21 et 22, constituent une partie de l'enveloppe du jeu de plaques. Des résultats particulièrement satisfaisants ont été obtenus avec une plaque d'entrée 21 à ouverture centrale et à voile périphérique plein, une première plaque de traitement 13b à voile central plein et à ouvertures périphériques 18, une plaque intermédiaire 13a à ouverture centrale et voile périphérique plein, une seconde plaque de traitement 13b à voile central plein et à ouvertures périphériques 18, enfin une plaque de sortie 22 à ouverture centrale et voile périphérique plein. D'une manière surprenante, ce montage à trois plaques internes s'est révélé posséder un pouvoir séparateur bien supérieur aux systèmes antérieurs comportant le plus souvent douze disques et plus. Ce rendement est dû, dans la disposition de l'invention, à l'absence totale de zones mortes et de courants perturbateurs sur le parcours du mélange à épurer.

Dans cette première forme d'exécution, la plaque d'entrée 21 est fixée par son bord périphérique à l'anneau-entretoise 19. La première plaque de traitement 13b est fixée également par son bord périphérique entre l'anneau-entretoise 19 et l'anneau-entretoise 19b, mais aussi, en son centre, à l'arbre 16 du ventilateur. La plaque intermédiaire 13a se fixe également par son bord périphérique entre les anneaux-entretoises 19a, 19b. La seconde plaque de traitement 13b est montée identiquement à la première, tandis que la plaque de sortie 22 est montée identiquement et symétriquement à la plaque d'entrée 21. Dans le second mode de réalisation, représenté à la fig. 3, les anneaux-entretoises 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, qui séparent les plaques 13a, 13b, sont fixés directement au rotor 14a du ventilateur 14 par l'intermédiaire de goujons 23 qui traversent les entretoises et les plaques de séparation. Dans cette exécution, les plaques 13a, 13b sont fixées seulement par leur bord périphérique entre les anneaux-entretoises 19a, 19b, 19c, 19d, 19e.

Cette solution est très avantageuse, car elle permet de simplifier le montage en diminuant le nombre des composants et de raccourcir l'arbre 16 du ventilateur et la hauteur hors tout de l'appareil pour un même nombre de plaques de traitement.

Pour permettre de contrôler le débit et la vitesse de la veine de mélange à épurer, le ventilateur 14 comporte, dans l'espace 24 laissé libre d'ailettes 26, un diaphragme pouvant prendre plusieurs positions le long de l'arbre 16 du ventilateur. Ces positions différentes sont représentées en traits discontinus sur la fig. 3. Quel que soit le mode d'exécution, l'enceinte stationnaire 11 comporte à sa base, au droit de la paroi 27, une plaque de fond 17a pourvue d'orifices 17b pour l'évacuation des matières lourdes séparées du mélange. Si les matières extraites sont liquides, un ou deux orifices suffisent; si elles sont solides, le nombre d'orifices doit être augmenté, leurs dimensions accrues et ils doivent être disposés régulièrement le long de la paroi stationnaire 27.

Il est possible de prévoir, dans une variante d'exécution, à l'intérieur de la paroi stationnaire 27, une seconde paroi 27a concentrique à la première, solidaire ou non de l'équipage tournant, par conséquent mobile ou fixe, pour former une chambre annulaire dans la5

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quelle on peut loger des éléments de rétention ou de traitement des particules solides ou liquides et des molécules gazeuses, par exemple un filtre absolu en papier ou tissu, du charbon actif, un élément de précipitation électrostatique ou simplement des chicanes. On peut aussi loger ces mêmes éléments dans les intervalles existant entre les disques de traitement.

De la même manière, il est possible de prévoir, comme montré aux fig. 5 et 6, des plaques de traitement différentes. Ainsi, la plaque 13b de la fig. 5 présente des orifices sectoriels 18 disposés relativement espacés sur un cercle, alors que la plaque 13b de la fig. 6 présente des orifices sectoriels plus petits, mais plus nombreux et de formes différentes qui peuvent varier en fonction de la composition du mélange à traiter. Dans tous les cas, la section de passage total est sur chaque disque identique à celle qui la précède et identique à celle du disque à passage central, pour maintenir une vitesse uniforme de la veine de mélange à travers l'une quelconque des plaques de traitement.

Cette stabilisation de la vitesse traversante du fluide contribue grandement à la stabilité et à la qualité de la séparation des phases 5 du mélange.

Il est possible de réaliser des plaques (fig. 7 et 8) dont l'épaisseur est régulièrement accrue du centre vers la périphérie soit sur une face, soit sur les deux faces d'une plaque. Cette disposition a pour effet de diminuer très sensiblement entre deux plaques successives le 10 passage à travers lequel s'écoule radialëment le flux de mélange à traiter et, par conséquent, d'accroître la vitesse d'écoulement et de soumettre les particules composant la phase lourde à extraire à une accélération supplémentaire de même direction que la composante radiale de la force centrifuge qui est engendrée par la rotation de 15 l'équipage tournant.

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7 feuilles dessins

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1. Appareil de séparation centrifuge comprenant, dans une enceinte fixe, un équipage mobile formé d'un dispositif séparateur comprenant plusieurs plaques de révolution superposées et ceinturées par des anneaux périphériques formant entretoises d'écartement entre les plaques, cet équipage étant mû en rotation par l'intermédiaire d'un moteur, d'un moto-agitateur ou d'un motoventilateur créant au travers de l'équipage un flux de circulation du mélange à épurer, caractérisé en ce que le dispositif séparateur de l'équipage mobile est composé de deux types de plaques différents alternativement superposés, l'un présentant une ouverture centrale et un voile périphérique plein, l'autre présentant un voile central plein et une série d'ouvertures périphériques régulièrement réparties sur au moins un cercle, ce grâce à quoi les plaques forment des parois de guidage obligeant le flux du mélange à épurer à parcourir une trajectoire selon la quasi-totalité du rayon de chaque type de plaque.

2. Appareil de séparation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif séparateur comprend un ou plusieurs jeux de plaques de types différents, chaque jeu comprenant au moins une plaque d'entrée à ouverture centrale et voile périphérique plein, une plaque de traitement à voile central plein et à ouvertures périphériques, une plaque intermédiaire à ouverture centrale et voile périphérique plein, une plaque de traitement à voile central plein et à ouvertures périphériques, une plaque de sortie à ouverture centrale et voile périphérique plein.

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REVENDICATIONS

3. Appareil de séparation selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les anneaux périphériques qui séparent les plaques d'un jeu sont fixés directement au rotor de l'agitateur ou du ventilateur sur un cercle identique au cercle formé par ces anneaux.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques du dispositif séparateur sont fixées seulement par leur bord périphérique entre les anneaux périphériques qui séparent ces plaques.

5. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ventilateur comporte dans l'espace central libre d'ailettes un diaphragme de réglage de débit du flux traversant l'appareil, ce diaphragme pouvant prendre plusieurs positions axiales le long de l'arbre d'entraînement du ventilateur.

6. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques ont une épaisseur régulièrement croissante du centre vers la périphérie soit sur une face, soit sur les deux faces.