<Desc/Clms Page number 1>
Ensemble mélangeur pour l'incorporation d'additifs quelconques - en particulier gazeux - dans des liquides ou dans des eaux stationnaires, à titre de oomposants secondaires.
L'invention concerne un ensemble mélangeur pour l'incorporation de substances additives quelconques - par exemple de substances pulvérulentes, liquides, gazeuses, minérales ou organiques - dans des liquides, à titre de oomposants secondaires, à l'effet de préparer des mélan- ges, solutions, émulsions ou suspensions, en particulier en vue de la purification biologique d'eaux conservées dans de grands réservoirs, ou d'eaux libres, ou en vue de l'amenée d'air dans ces liquides à l'effet de les enrichir en oxygène, ledit ensemble mélangeur se composant d'un
<Desc/Clms Page number 2>
arbre d'entraînement tournant pouvant être plongé dans le liquide à traiter et d'une hélice mélangeuse tournant dans un plan sensiblement horizontal, l'amenée des compo- sants secondaires à incorporer se faisant par l'arbre a'en- traînement, de forme creuse,
ou par un tube support séparé entourant conoentriquement ce dernier.
De tels ensembles mélangeurs permettent également de procéder, avec une efficacité particulière, à des opé- rations physiques de natures diverses, à des réactions ohi- miques et aussi à des proceosus biologiques ; ils sont de préférence destinés à purifier biologiquement des eaux en grandes masses, qui peuvent être conservées dans des bas- sins de recueil, des réservoirs d'accumulation ou de dis- tribution ou encore se présenter sous formes d'eaux libres (laos), etest-à-dire à favoriser l'autopurification bio- logique de ces eaux.
On sait que les eaux courantes ont un pouvoir auto-purifiant biologique relativement élevé, d'une part parce que les substances et particules organiques qui y restent encore en suspension dans certaines conditions mo- yennes d'écoulement peuvent aisément absorber l'oxygène né- cessaire à leur destruction, et d'autre part parce que cet oxygène est rapidement remplacé par celui qui existe dans l'air frais qui se trouve au-dessus de ces étendues d'eau.
Au oontraire, dans les eaux sensiblemenstationnaires, c'est-à-dire immobiles ou en écoulement lent, les substances qui s'y trouvent à l'état de substances flottantes ou de substances décantables se déposent dans une large mesure, jusqu'à ce que cette "sédimentation relative" soit proche d'atteindre une certaine saturation ; lors de la déoompo- sition qui se produit encore partiellement au cours de la descente des particules organiques il apparaît tout d'abord
<Desc/Clms Page number 3>
un défioit en oxygène dans les oouches supérieures d'eau, puis finalement un état terminal de "oonsomption d'oxygène" pratiquement totale, de formation de sapropel, eto.. oe qui compromet bien entendu la qualité de ces eaux stationnaires.
On connaît des ensembles mélangeurs du type men- tionné au début, destinés à aérer des eaux usées, ou d'autres milieux liquides, ou encore à préparer des solutions, par exemple d'après le brevet français 1 238 593 ou le brevet autrichien 220 092. Dans le premier cas l'arbre d'entraîne- ment de l'hélice mélangeuse est entouré par un tuyau d'ame- bée immobile par lequel on introduit un oomposant secondaire - en particulier de l'air frais ; dans le second cas l'ame- née se lait par l'arbre tournant creux lui-méme, à l'extré- mité inférieure duquel sont disposés des bras d'aération com- portant des ouvertures de sortie d'air.
Dans ces dispositifs relativement simples connus jusqu'ici le "degré de mélangea- ge" que l'on peut atteindre pour une unité de volume du li- quide à traiter reste relativement limité - ou encore la puissance d'entraînement nécessaire à un effet donné est de même relativement grande. Il faut entendre ici par "degré de mélangeage" le mélangeage homogène d'un volume donné de li- quide avec une quantité définie du composant secondaire -par exemple avec de l'air frais.
On donnera, salon l'invention, une structure avan- tageuse à de tels ensembles de mélangeage destinés à incor- porer dans des liquides ou dans des eaux stationnaires, à titre de composants secondaires, des substances additives quelconques, en particulier gazeuses, en entourant d'une cou- ronne de guidage fixe l'hélice mélangeuse tournant horizonta- lement dans le liquide à traiter, ladite couronne étant, ra- dialement, à quelque distance du bord extérieur de ladite
<Desc/Clms Page number 4>
hélice, et concentrique à oelle-oi.
Cette oouronne fixe entourant l'hélice mélangeuse tournante a un profil approprié et une pente qui dépend es- sentiellement de la visoosité du liquide à traiter - pente de préférence ascendante du bord intérieur au bord extérieur, à la manière d'un entonnoir - lebord intérieur de cette cou- ronne de guidage étant en général à un niveau supérieur à l'hélioe.
Avec cet ensemble mélangeur, la couronne de guida- ge fixe peut, dans le cas le plus simple, avoir la forme d'une nappe de trono de cône, sur le bord intérieur de la- quelle on dispose.de préférence une gorge creuse. Dans une forme particulièrement avantageuse d'exécution de l'invention la couronne de guidage a un profil en forme de cloche ou de coupe. La couronne de guidage - d'une forme ou d'une autre peut également avoir sensiblement le profil d'une surlace sustentatrice.
Dans une autre forme avantageuse donnée à l'ensem- ble mélangeur l'arbre creux entraînant l'hélice ainsi que le tube porteur servent à amener deux composants secondaires séparés, qui arrivent à ces tubes par des ouvertures latérales
L'ensemble mélangeur réalisé selon l'invention est placé sensiblement verticalement, depuis le haut, dans le liquide à traiter, la tête émettrioe des tubes d'amenée et l'agitateur proprement dit - c'est-à-dire l'hélice mélangeuse tournante avec sa couronne de guidage fixe - devant se trou- ver à une distance suffisante au-dessus du fond du récipient considéré ou de la nappe d'eau.
Dans ces conditions la rota- tion de l'hélice mélangeuse projette continuellement le li- quida radialement vers l'extérieur et il apparaît au centre
<Desc/Clms Page number 5>
une zone de succion dans laquelle les divers composants se- condaires que l'on fait arriver par l'arbre creux d'entrai- nement ou par les tubes fixes d'amenée, montés concentrique- ment, sont aspirés selon une direction relativement rasante et intensivement mélangés dans le liquide en écoulement ra- dial ; en particulier la couronne de guidage fixe qui entoure ; concentriquement l'hélice tournante pilote avantageusement la ; circulation localisée du liquide, et rend nettement plus in- tense le mélangeage du liquide et des composants secondaires, ou encore augmente le domaine d'action de ces composants au sein du liquide.
L'hélice mélangeuse utilisée dans l'ensemble mé- langeur selon l'invention est en général à deux ou plusieurs pales et il est avantageux de donner à ses pales un prof il en spirale répondant, par exemple, à une fonction définie en coordonnées polaires par la relation générale r a/b + b [a et b étant des constantes¯7 , les pales peu- vent également, par leur forme générale, répondre à une fone- tion exponentielle définie en coordonnées polaires, r- a b ou r - e + b [a et b étant des constantes géné- raies et e la base des logarithmes naturels-7
Dans une forme préférée d'exécution de l'ensemble mélangeur l'hélice mélangeuse à plusieurs pales est agencée de telle sorte qu'entre deux pales successives, do profil général spiralé, on trouve chaque lois une entretoise de gui- date, ou plusieurs entretoises de guidage,
sensiblement hori- zontales sur la lace intérieure desquelles le liquide à trai- ; ter est attiré dans la zone de succion qui se forme, tandis que sur leur lace inférieure les composants secondaires, ame- nés axialement, s'écartent radialement de l'hélice mélangeuse la formation de tourbillons étant aussi réduite que possible.
<Desc/Clms Page number 6>
Dans les ensembles mélangeurs simples - o'est-à-di-,, re pour ceux où l'on 'amené qu'un seul composant secondaire, l'amenée se faisant, en particulier, par le tube porteur fixe concentrique à l'arbre d'entraînement de l'hélice - le dis- positif est agencé de telle sorte que l'hélioe mélangeuse porta chaque fois, entre deux pales successives, une entre- toise de guidage horizontale touchant son moyeu et s'amincis- sant vers son bord extérieur en formant un coin dont les deux faces, concaves, sont convenablement incurvées, ladite entre- toise s'étendant davantage vers l'extérieur sur la face con- cave en dépression (face intérieure) de la pale avant (dans le sens de rotation) que sur la face convexe en surpression (face extérieure) de la pale suivante.
four les ensembles mélangeurs comportant deux ou plusieurs tubes fixes d'amenée, concentriques à l'arbre d'en- traînement de l'hélice mélangeuse, c'est-à-dire lorsqu'il y a plusieurs oomposants secondaires, en nombre correspondant, on prévoit deux formes particulières de construction de l'hé- lice mélangeuse ou de la tête émettrice des tubes d'amenée, grâce à quoi on assure une arrivée aussi peu gênée et per- turbée que possible des divers composants secondaires dans le liquide circulant, l'effet de mélange étant donc obtenu avec un rendement élevé.
Dans un exemple d'exécution de cet ensemble mélan- geur les tubes d'amenée fixes et concentriques sont,de pré- férence, élargie en forme de trompette du côté de la tête émettrioe, tandis que, sur l'hélice mélangeuse on dispose chaque fois, entre deux pales successives, une entretoise de guidage en forme de pale, orientée horizontalement ainsi qu'une entretoise de guidage, concave sur ses deux faces,
<Desc/Clms Page number 7>
dirigée radialement et montée directement sur le moyen de l'hélice à quelque distance en dessous de la première entre- toise.
Dans une autre variante, cet ensemble mélangeur pour plusieurs composants secondaires est agencé de sorte que les tubes concentriques d'amenée sont étagés l'un par rapport à l'autre, en montant vers l'extérieur, au niveau de la tête émettrioe, les pales de l'hélice étant de même étagées - de façon à déborder les extrémités ouvertes des tubes - . On dis- pose alors chaque fois entre deux pales suooessives une entre-. toise par tube d'amenée, cette entretoise est orientée sensi- blement à l'horizontale et se raccorde au tube correspondant, les entretoises étant convenablement espacées ; on dispose également, à une certaine distance en dessous, une entretoise directement montée sur le moyeu.
On peut enfin, pour des ensembles mélangeurs com- portant un arbre d'entraînement creux servant à amener le composant secondaire envisagé ou un composant secondaire sup- plémentaire, les agencer avantageusement en ménageant dans le moyeu de l'hélice mélangeuse des canaux radiaux d'écoule- ment se raccordant à la lumière centrale de l'arbre creux et débouchant chaque fois entre deux pales d'hélioe, ceci de préférence à peu près à la hauteur de l'entretoise principale ; de guidage, disposée horizontalement.
On a représenté sur les dessins annexés plusieurs exemples d'exécution de l'ensemble de guidage selon l'inven- tion, destiné à incorporer des substances additives dans des liquides, à titre de composants secondaires. Sur ces dessins :; la Fig. 1 représente schématiquement le dispositif complet plongé en état de marche dans un liquide ; les Fig. 2 à 5 montrent la partie inférieure de
<Desc/Clms Page number 8>
l'ensemble mélangeur avec quatre variantes de la oouronne de guidage entourant l'hélice mélangeuse ; les Fig. 6, 7 et 8 représentent trois formes d'exé- oution de l'ensemble mélangeur aveo un ou plusieurs tubes d'amenée pour des composants secondaires ; la Fig. 9 est une coupe axiale de la tête émettrice d'un tube d'amenée, ainsi que du palier inférieur de l'arbre d'entraînement ;
la Fig. 10 est une vue par dessus de ce tube et de ce palier aveo coupe par X-X de la figure 9 :
La fig. 11 est une coupe verticale par XI-XI de la figure 10 d'un autre mode de réalisation du palier d'arbre ; la Fig. 12 est une vue sohématique par dessus d'une hélice mélangeuse à profil en spirale ; et les Fig. 13 à 16,17 et 18 trois formes d'exécution particulièrement avantageuses de l'hélice mélangeuse avec une ou plusieurs entretoises de guidage disposées horizontalement entre ses pales.
On voit sur la figure 1 la structure de principe de l'ensemble mélangeur complet selon l'invention, qui se trouve dans la position de fonotionnement prévue, son agitateur étant placé dans un liquide F. L'arbre 2 est entraîné au moyen du moteur 1 ; il tourillonne dans le tube-support vertioal 3, fixé à la carcasse du moteur, et porte à son extrémité infé- rieure une hélice mélangeuse 5. A l'intérieur du tube-support ooncentrique 3 ou encore dans l'arbre d'entraînement 2 on a agencé un canal d'amenée, ouvert vers le bas, pour le compo- sant secondaire A à incorporer par mélangeage - ou au besoin plusieurs de ces oanaux d'amenée - Ledit canal est rattaché à une canalisation d'amenée 32 par une vanne régulatrice 33.
Enfin, l'hélice mélangeuse est entourée, à une certaine
<Desc/Clms Page number 9>
;distance, dans le sens radial, de son bord extérieur par une couronne de guidage fixe et concentrique 60 guidant l'écoule- . ment du liquide qui défile devant l'hélice ; cette couronne de guidage est ici en forme de nappe tronconique, son bord intérieur étant au-dessus du niveau de la région de l'hélice.
Les figures 2 à 5 montrent ensuite quatre formes particulièrement avantageuses de la couronne de guidage en- tourant concentriquement l'hélice tournante 5. Dans le premier cas (Fig. 2) la couronne de guidage 61,-comme pour la fig. 1- a sensiblement la forme d'une nappe tronoonique qui se raccorde' par son bord intérieur à un manchon 61' en forme de gorge.
Dans le deuxième exemple (Fig. 3) la couronne de guidage a sensiblement le profil d'une surface sustentatrice, celle-ci s'amincissant vers son bord extérieur. Sur les figures 4 et 5 on a représenté une couronne de guidage 63 ou 64, bombée en forme de cloche, qui s'adapte de façon particulièrement favo- rable au oourant de circulation voisin. La couronne de guidage 60 entourant l'hélioe mélangeuse 5 peut également avoir, en section, une autre forme rhéologiquement favorable - par exem- ple parabololdique ou hyperbololdique. Ces diverses formes de profil, inclinées vers le bas ou vers le haut peuvent aussi, bien entendu - comme l'indique la figure 3 - être agencées comme des surfaces sustentatrices.
Pour tous ces types de couronne de guidage (60 à 64) ; l'inolinaison ou l'angle d'attaque peuvent être positifs ou négatifs ; ils dépendent dans chaque cas particulier de la viscosité du liquide F à traiter ainsi que du rapport quan- titatif, ou rapport des concentrations, des composants se- condaires à incorporer dans ce liquide.
Dans chaque cas la forme donnée au profil de la couronne de guidage 60 à 64 et
<Desc/Clms Page number 10>
la position de celle-ci, et plus particulièrement l'agencement du bourrelet formant son bord intérieur, doivent s'adapter le mieux possible au courant de circulation oréé dans le li- quide par l'hélioe mélangeuse tournante, et de plus assurer à cet écoulement une extension radiale aussi grande que possible;
on garantit de la sorte, dans une zone aussi étendue que possi- ble du liquide F, un mélangeage durable et intensif avec les composants secondaires incorporés, et donc une efficacité élevée,
Dans l'ensemble mélangeur représenté sur la figure 6, sans sa couronne de guidage pour simplitier, le tube-support 30 qui entoure l'arbre plein d'entraînement 2 amène de façon connue le oomposant secondaire A au voisinage de l'hélice mé- langeuse ;
le palier 36 monté en bas de ce tube-support 30 doit comporter des passages appropriés pour le composant secondaire A qui est aspiré, au cours du fonctionnement de l'appareil, par la zone de succion centrale de l'hélice mélangeuse 5'
La figure 7 représente le prinoipe d'un dispositif mélangeur destiné à incorporer ceux composants secondaires A et B au moyen de deux tubes d'amenée concentriques 20 et 30, le tube intérieur servant en même temps d'arbre d'entraînement (creux) pour l'hélice mélangeuse ; cet arbre creux 20 reçoit le composant secondaire A par des ouvertures latérales 24 situées entre deux bagues d'étanchéité 25, disposées dans,le tube-support concentrique 30 de part et d'autre de la tubulure d'amenée 22: le composant secondaire aspiré par l'hélioe mé- langeuse 5 sort ici par en bas dans la zone de succion.
Le palier d'arbre intérieur 36, monté dans le tube d'amenée ex- térieur 30 est bien entendu également pourvu, comme dans l'exem- ple précédent (Fig. 6) de passages pour le oomposant secondaire B.
<Desc/Clms Page number 11>
L'ensemble mélangeur selon la figure 8 est un exem- ple général d'un agencement destihé à incorporer dans un li- quide trois composants secondaires A, B et C et comportant trois tubes d'amenée concentriques 20,30 et 40. L'arbre d'entraînement 20 est - comme sur la figure 7 - un arbre creux le composant secondaire A étant introduit par la tubulure 22 disposée sur le tube-support 30 entre les bagues d'étanchéité 25 et pénétrant par des ouvertures latérales 24 dans l'arbre creux 20 ; en outre, le tube 30, support de l'arbre, qui est de même raccordé à une tubulure latérale d'amenée 32 - sert comme sur les figuras 6 et 7, à amener le deuxième composant secondaire 8. Eniin, on a disposé autour de ce tube-support d'arbre, 30, un deuxième tube fixe d'amenée 40, par lequel on introduit le troisième composant secondaire C, amené par la tubulure latérale 42.
Le$ deux tubulures d'amenée 22 et 32 montées sur le tube-support 30 pour les oomposants secondaires A et B sont bien entendu séparées par une bague d'étanchéité 25. Le tube d'amenée extérieur 40 peut être ouvert vers le bas*' Avec cette disposition, l'hélice mélangeuse 5 aspire en tour- nant tous les trois composants secondaires A, B et C dans sa zone de succion et les mélanges dans le liquide F qu'elle chas- se radialement sous pression.
Dans ces ensembles mélangeurs à plusieurs tubes d'a- menée verticaux et fixes 20,30 et 40 destinés à un nombre oorrespondant de composants secondaires A, B et C - qui peu- vent bien entendu aussi être introauits sous pression - on a également inséré sur.les canalisations 22,32, 42 allant à ces divers tubes d'amenée des organes de régulation (33 se- lon la figure 1, e.tc..) servant à doser les substances addi- tives à,incorporer. Ces organes régulateurs (par exemple des vannes magnétiques) peuvent avec avantage être pilotés auto- matiquement par des oapteurs électroniques plongés dans le
<Desc/Clms Page number 12>
liquide à traiter lui-même, F.. par exemple en fonction de la oonoentration des composants secondaires considérés, par exemple, de la teneur de l'eau en 02.
Finalement, les tubes concentriques d'amenée 20, 30,40 affectés aux divers oompo- sants secondaires peuvent également communiquer entre eux par de petites ouvertures - et de même, si cela est nécessaire, le tube d'amenée extérieur 30 ou 40 peut communiquer avec le liquide environnant F, ce qui permet un pré-mélangeage, par- fois souhaitable, des divers additifs.
On a représenté sur les figures 9 et 10 en l'agrandis- sant, le palier d'arbre 36 placé à l'extrémité inférieure du tube fixe d'amenée 30 pour l'arbre d'entraînement 2 ou 20, dans le mode d'exécution des ligures 6 à 8. Le corps 36 du palier oomporte des passades verticaux 37 - représentée ici par de simples perçages - au travers desquels le oomposant secondaire correspondant A ou B est extrait par aspiration du tube d'amenée 30 sous l'action de l'hélice mélangeuse 5 ; ces passages peuvent également avoir d'autres lormes ou di- mensions en lonction du mode de construction du palier 36, ou de la nécessité de s'adapter à la consistance ou à la vis- cosité des composants secondaires a incorporer.
La largeur des passages 37 dépend naturellement du débit débiré pour les fluides à incorporer ; c'est ainsi que ces passages 37 peuvent, par exemple, avoir la forme d'évidements seotoraux oonvena- blement espacés. La figure 11 représente - à l'aide d'une coupe longitudinale .décalée selon XI-XI de la figure 10 - un tel palier d'arbre comportant une disposition partiouliè- rement avantageuse des ouvertures de passage 38 destinées aux composants secondaifes, qui sont ioi disposées obliquement, dans le sens de la rotation, à la rencontre des pales 5 de
<Desc/Clms Page number 13>
l'hélice mélangeuse 5 ce qui provoque un mélangeage inten- sif des composants secondaires dans le courant principal du liquide circulant.
On a représenté sur la figure 12 une hélioe multi- pale 5 destinée à l'agitateur de l'ensemble mélangeur ; les pales 5' ont une forme générale spiralée. On a adopté ici, de façon particulièrement avantageuse une fonction exponen- tielle représentée en coordonnées polaires par : -- = a + b, ou, plus particulièrement : r- e + b, [e étant la base -des logarithmes naturels¯7. Avec des hélices mélangeuses , comportant des pales ainsi incurvées en fonction exponen- tielle on obtient en effet un mélangeage ou un rendement particulièrement élevés - c'est-à-dire que le mélangeage s'étend à un grand volume de liquide - eu égard à la puissan- ce appliquée par le moteur.
On a représenté sur les figures 13, 14 et 15 une ,autre forme d'exécution, particulièrement appropriée, de l'ensemble mélangeur selon l'invention, dans lequel - cas le plus simple - on ne fait arriver sur l'hélice mélangeuse 50 qu'un seul composant secondaire A, l'arrivée se faisant ,par le tube-support fixe 30, concentrique à l'arbre d'en- trainement 2, qui s'élargit en trompette au niveau de la tête émettrice 30'. Le palier monté à la partie inférieure de ce tube d'amenée 30 doit bien entendu comporter des passa- ges 37 destinés au fluide A qui sort du tube. L'hélice mélan- geuse 50 elle-même est fixée par son moyeu 51 sur l'extrémité 2' de l'arbre et munie de pales cintrées - trois par exemple - 52, incurvées en spirale.
Entre deux pales successives 52 se trouve chaque fois une entretoise de guidage horizontale 55 touchant le moyeu , comme on le voit sur la coupe verticale
<Desc/Clms Page number 14>
de la figure 15, faite selon XV-XV de la figure 14. Cette entretoise de guidage 55 s'amincit en coin vers son bord libre. Il est bon qu'elle présente un arrondi concave sur chaque face ; en outre, comme le montre la figure 14 il est préférable que l'entretoise de guidage 55 s'étende plus loin vers L'extérieur sur le côté concave, en dépression, de la pale située en avant dans le sens de la rotation, c'est-à- dire sur la face intérieure de cette pale, que sur le côté convexe, en surpression (c'est-à-dire sur la face extérieure) de la pale suivante.
La figure 16 représente un agencement avantageux d'une telle hélice mélangeuse 50, à laquelle on amène deux composants secondaires A et B, l'un (A) comme précédemment par le tube fixe 30 supportant l'arbre et l'autre (B) par l'arbre creux 20 lui-même, qui entraine l'hélice mélangeuse.
Le canal oentral 21 de cet arbre d'entraînement 20 va jus- qu'à l'extrémité 20' de l'arbre sur laquelle est, par son moyeu 51, emmanchée l'hélice mélangeuse 50. Des canaux ra- diaux d'écoulement 53, sont agenoés horizontalement dans le moyeu 51 de l'hélice ; ils se raccordent d'une part au canal central 21 du bout d'arbre 20' et débouchent d'autre part dans chaque intervalle entre deux pales 52. Il convient que ce soit en un point 54 situé à peu près au niveau de l'en- tretoise horizontale de guidage 55.
Lorsque cet ensemble mélangeur fonctionne le deuxième composant secondaire B sort donc du moyeu 51 de l'hélice mélangeuse 50 à peu près à mi-hauteur de ses pales 52 et se trouve donc arrivé entre deux branches d'écoulement radialement déviées par les en- tretoises horizontales de guidage 55 : celle du liquide circulant F et celle du premier composant secondaire A amené
<Desc/Clms Page number 15>
depuis le haut par le tube-support 30 ; on obtient ainsi un mélange particulièrement intime des trois composants F A et B.
On a représenté sur la figure 17 une forme d'exécu- tion préférée de ce type d'ensemble mélangeur dans lequel on amène deux composants secondaires A et C par deux tubes d'a- menée fixes 30 et 40 concentriques à l'arbre d'entraînement 2.
Les deux tubes d'amenée concentriques 30 et 40 sont, là encore,, élargis en trompette en 30t et 40' au niveau de la tête émet- trice. En outre, l'hélice mélangeuse 50 elle-même oomporte chaque fois entre deux pales 52,52 et pour chacun des tubes d'amenée 30 et 40, une entretoise de guidage 56 ou 57 se rac- cordant au tube en s'alignant sur lui - et prolongeant donc sans discontinuité le profil de la surface dudit tube et se terminant en aube horizontale. De plus, à une certaine dis- tance plus bas - de même que dans l'exemple décrit précédem- ment - on a disposé une entretoise de guidage 55, radiale et concave sur ses deux faces.
On voit aisément sur la ligure, grâce aux flèches indiquant l'écoulement, l'effet particu- lièrement favorable obtenu avec ce dispositif qui assure un mélange optimal entre le liquide F et les deux. composants se- condaires A et C qui sont introduits entre deux branches con- vergentes de l'écoulement du liquide F. On a enfin, représenté sur la figure 18 une variante de construction d'un tel en- semble mélangeur à deux tubes d'amenée concentriques pour deux oomposants secondaires A et C. Les deux tubes d'amenée 30 et 40 concentriques à l'arbre d'entraînement 2 sont ici étagés l'un par rapport à l'autre, en 30" et 40", dans la région de la tête émettrice, l'étagement étant ascendant vera l'extérieur.
Sur l'hélice mélangeuse 70 les pales 72 sont pourvues sur leur bord supérieur de gradins 73 et 74 corres- pondants - c'est-à-dire qu'ils viennent dépasser les extrémités
<Desc/Clms Page number 16>
ouvertes 30" et 40" des tubes. Entre deux pales 72-72 et pour chaque tube d'amenée 30 et 40 on a disposé chaque fois, se raccordant à la sortie 30" ou 40" de chaque tube, une entretoise de guidage sensiblement horizontale 76 ou 77 1 ces entretoises sont oonvenablement espacées, et de plus, une autre entretoise de guidage 75 est directement montée sur le moyeu 71 de l'hélice, un peu plus bas.
Sur toutes los hélices décrites ici, 5 ou 50 ou 70, utilisées dans l'ensemble mélangeur selon l'invention, les pales 5' ou 52 ou 72 peuvent en outre comporter des décou- pures, ou être munies de dents ou de doigts sur leurs bords, grâce auxquels on obtient un état tourbillonnaire supplé- mentaire, l'écoulement du liquide étant ainsi subdivisé, et donc un mélange particulièrement intime - o'est-à-dire à bulles fines - du liquide et des oomposants secondaires.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Mixing unit for the incorporation of any additives - in particular gaseous - in liquids or in stationary waters, as secondary components.
The invention relates to a mixing unit for incorporating any additive substances - for example powdery, liquid, gaseous, mineral or organic substances - into liquids, as secondary components, for the purpose of preparing mixtures. , solutions, emulsions or suspensions, in particular with a view to the biological purification of water stored in large reservoirs, or of free water, or with a view to bringing air into these liquids for the purpose of enriching them oxygen, said mixer assembly consisting of a
<Desc / Clms Page number 2>
rotating drive shaft which can be immersed in the liquid to be treated and a mixing propeller rotating in a substantially horizontal plane, the supply of the secondary components to be incorporated being effected by the drive shaft, of the form dig,
or by a separate support tube conoentrically surrounding the latter.
Such mixing assemblies also make it possible to carry out, with particular efficiency, physical operations of various kinds, ohmic reactions and also biological processes; they are preferably intended to biologically purify water in large masses, which can be stored in collection basins, accumulation or distribution reservoirs or else be in the form of free water (laos), and that is to say to promote the biological self-purification of these waters.
It is known that running water has a relatively high biological self-purifying power, on the one hand because the organic substances and particles which still remain in suspension in certain medium flow conditions can easily absorb the oxygen that is present. necessary for their destruction, and on the other hand because this oxygen is quickly replaced by that which exists in the fresh air which is above these bodies of water.
On the other hand, in waters that are sensitive to stationary, that is to say immobile or slowly flowing, the substances which are there in the form of floating substances or settleable substances are deposited to a large extent, until that this "relative sedimentation" is close to reaching a certain saturation; during the deoompo- sition which still occurs partially during the descent of the organic particles, it first appears
<Desc / Clms Page number 3>
an oxygen deficiency in the upper water layers, then finally a terminal state of practically total "oxygen consumption", of sapropel formation, and so on, which of course compromises the quality of these stationary waters.
Mixing units of the type mentioned at the start are known, intended to aerate waste water or other liquid media, or even to prepare solutions, for example from French patent 1,238,593 or Austrian patent 220. 092. In the first case, the drive shaft of the mixing propeller is surrounded by a stationary intake pipe through which a secondary component is introduced - in particular fresh air; in the second case, the inlet is fed by the hollow rotating shaft itself, at the lower end of which are arranged aeration arms comprising air outlet openings.
In these relatively simple devices known hitherto the "degree of mixing" which can be achieved for a unit of volume of the liquid to be treated remains relatively limited - or even the driving power necessary for a given effect. is also relatively large. By "degree of mixing" is meant here the homogeneous mixing of a given volume of liquid with a defined quantity of the secondary component - for example with fresh air.
According to the invention, an advantageous structure will be given to such mixing units intended to incorporate in liquids or in stationary water, as secondary components, any additive substances, in particular gaseous, by surrounding a fixed guide crown, the mixing propeller rotating horizontally in the liquid to be treated, said crown being radially at some distance from the outer edge of said
<Desc / Clms Page number 4>
helix, and concentric with oelle-oi.
This fixed crown surrounding the rotating mixing propeller has a suitable profile and a slope which depends essentially on the visoosity of the liquid to be treated - slope preferably upward from the inside edge to the outside edge, like a funnel - the inside edge of this guide crown generally being at a higher level than the helium.
With this mixer assembly, the fixed guide ring can, in the simplest case, have the shape of a cone section ply, on the inner edge of which there is preferably a hollow groove. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the guide ring has a bell-shaped or cup-shaped profile. The guide ring - of one form or another can also have substantially the profile of a lifting surlace.
In another advantageous form given to the mixer assembly, the hollow shaft driving the propeller as well as the carrier tube serve to supply two separate secondary components, which arrive at these tubes through lateral openings.
The mixer assembly produced according to the invention is placed substantially vertically, from above, in the liquid to be treated, the head emitting the supply tubes and the agitator itself - that is to say the mixing propeller. rotating with its fixed guide ring - must be located at a sufficient distance above the bottom of the container in question or the water table.
Under these conditions the rotation of the mixing propeller continually projects the liquid radially outwards and it appears in the center
<Desc / Clms Page number 5>
a suction zone in which the various secondary components which are made to arrive by the hollow drive shaft or by the fixed supply tubes, mounted concentrically, are sucked in a relatively grazing direction and intensively mixed in the radial flowing liquid; in particular the fixed guide ring which surrounds; concentrically the rotating propeller advantageously controls the; localized circulation of the liquid, and makes the mixing of the liquid and the secondary components much more intense, or even increases the range of action of these components within the liquid.
The mixing propeller used in the mixer assembly according to the invention is generally two or more blades and it is advantageous to give its blades a spiral profile corresponding, for example, to a function defined in polar coordinates. by the general relation ra / b + b [a and b being constants¯7, the blades can also, by their general form, correspond to an exponential function defined in polar coordinates, r- ab or r - e + b [a and b being general constants and e the base of natural logarithms-7
In a preferred embodiment of the mixer assembly, the mixing propeller with several blades is arranged such that between two successive blades, of general spiral profile, there is each law a guide spacer, or several spacers. guiding,
substantially horizontal on the inner lace of which the liquid trai; ter is drawn into the suction zone which is formed, while on their lower edge the secondary components, driven axially, move away radially from the mixing propeller, the formation of vortices being as small as possible.
<Desc / Clms Page number 6>
In simple mixing assemblies - oest-to-say, for those where only one secondary component is supplied, the supply being made, in particular, by the fixed carrier tube concentric to the propeller drive shaft - the device is arranged so that the mixing propeller each time carries, between two successive blades, a horizontal guide spacer touching its hub and thinning towards its outer edge forming a wedge of which the two concave faces are suitably curved, said spacer extending further outward on the concave face in depression (inner face) of the front blade (in the direction of rotation) than on the overpressure convex face (outer face) of the following blade.
furnace the mixing units comprising two or more fixed supply tubes, concentric with the drive shaft of the mixing propeller, that is to say when there are several secondary components, in corresponding number, two particular forms of construction of the mixing propeller or of the emitting head of the supply tubes are provided for, whereby the various secondary components in the circulating liquid are as unimpeded and disturbed as possible, the mixing effect therefore being obtained with a high yield.
In an exemplary embodiment of this mixer assembly, the fixed and concentric supply tubes are preferably enlarged in the shape of a trumpet on the side of the emitting head, while, on the mixing propeller, each times, between two successive blades, a blade-shaped guide spacer, oriented horizontally as well as a guide spacer, concave on both sides,
<Desc / Clms Page number 7>
directed radially and mounted directly on the propeller means at some distance below the first strut.
In another variant, this mixer assembly for several secondary components is arranged so that the concentric supply tubes are stepped with respect to each other, rising outwards, at the level of the emitting head, the propeller blades being similarly stepped - so as to overflow the open ends of the tubes -. There is then each time between two suooessive blades an inter-. height rod per supply tube, this spacer is oriented substantially horizontally and is connected to the corresponding tube, the spacers being suitably spaced; there is also, at a certain distance below, a spacer directly mounted on the hub.
Finally, it is possible, for mixing assemblies comprising a hollow drive shaft serving to supply the envisaged secondary component or an additional secondary component, to arrange them advantageously by leaving radial channels in the hub of the mixing propeller. flow connecting to the central lumen of the hollow shaft and opening each time between two helium blades, this preferably approximately at the height of the main spacer; guide, arranged horizontally.
Several exemplary embodiments of the guide assembly according to the invention, intended to incorporate additive substances into liquids, as secondary components, have been shown in the accompanying drawings. In these drawings:; Fig. 1 schematically represents the complete device immersed in working condition in a liquid; Figs. 2 to 5 show the lower part of
<Desc / Clms Page number 8>
the mixer assembly with four variants of the guide crown surrounding the mixing propeller; Figs. 6, 7 and 8 show three embodiments of the mixer assembly with one or more supply tubes for secondary components; Fig. 9 is an axial section of the emitting head of a supply tube, as well as of the lower bearing of the drive shaft;
Fig. 10 is a view from above of this tube and this aveo bearing sectioned by X-X of figure 9:
Fig. 11 is a vertical section through XI-XI of Figure 10 of another embodiment of the shaft bearing; Fig. 12 is a schematic view from above of a mixing propeller with a spiral profile; and Figs. 13 to 16, 17 and 18 three particularly advantageous embodiments of the mixing propeller with one or more guide struts arranged horizontally between its blades.
We see in Figure 1 the basic structure of the complete mixer assembly according to the invention, which is in the operating position provided, its stirrer being placed in a liquid F. The shaft 2 is driven by means of the motor. 1; it pivots in the vertical support tube 3, fixed to the motor frame, and carries at its lower end a mixing propeller 5. Inside the ooncentric support tube 3 or in the drive shaft 2 a supply channel has been arranged, open at the bottom, for the secondary component A to be incorporated by mixing - or if necessary several of these supply channels - Said channel is attached to a supply pipe 32 by a regulating valve 33.
Finally, the mixing propeller is surrounded, at a certain
<Desc / Clms Page number 9>
distance, in the radial direction, from its outer edge by a fixed and concentric guide ring 60 guiding the flow. ment of the liquid which passes in front of the propeller; this guide ring is here in the form of a frustoconical sheet, its inner edge being above the level of the region of the helix.
Figures 2 to 5 then show four particularly advantageous forms of the guide ring concentrically surrounding the rotating propeller 5. In the first case (Fig. 2) the guide ring 61, -as for FIG. 1- has substantially the form of a truncated layer which is connected 'by its inner edge to a sleeve 61' in the form of a groove.
In the second example (Fig. 3) the guide ring has substantially the profile of a lifting surface, the latter tapering towards its outer edge. FIGS. 4 and 5 show a guide ring 63 or 64, domed in the shape of a bell, which adapts particularly favorably to the neighboring circulation current. The guide ring 60 surrounding the mixing rotor 5 may also have, in section, another rheologically favorable shape - for example parabolic or hyperbololdic. These various profile shapes, inclined downwards or upwards, can of course also - as shown in FIG. 3 - be arranged as support surfaces.
For all these types of guide ring (60 to 64); the windage or the angle of attack can be positive or negative; they depend in each particular case on the viscosity of the liquid F to be treated as well as on the quantitative ratio, or ratio of the concentrations, of the secondary components to be incorporated into this liquid.
In each case the shape given to the profile of the guide ring 60 to 64 and
<Desc / Clms Page number 10>
the position of the latter, and more particularly the arrangement of the bead forming its inner edge, must adapt as best as possible to the flow of circulation oréé in the liquid by the rotating mixing propeller, and moreover ensure this flow radial extension as great as possible;
In this way, in as large a zone as possible of the liquid F, a durable and intensive mixing with the incorporated secondary components is guaranteed, and therefore a high efficiency,
In the mixer assembly shown in FIG. 6, without its guide ring for simplicity, the support tube 30 which surrounds the solid drive shaft 2 brings the secondary component A in a known manner to the vicinity of the mid-propeller. languid;
the bearing 36 mounted at the bottom of this support tube 30 must have suitable passages for the secondary component A which is sucked, during operation of the apparatus, by the central suction zone of the mixing propeller 5 '
Figure 7 shows the principle of a mixing device intended to incorporate those secondary components A and B by means of two concentric supply tubes 20 and 30, the inner tube serving at the same time as a drive shaft (hollow) for the mixing propeller; this hollow shaft 20 receives the secondary component A through lateral openings 24 located between two sealing rings 25, arranged in the concentric support tube 30 on either side of the supply pipe 22: the secondary component sucked in The mixing helium 5 exits here from below into the suction zone.
The inner shaft bearing 36, mounted in the outer feed tube 30 is of course also provided, as in the previous example (Fig. 6) with passages for the secondary component B.
<Desc / Clms Page number 11>
The mixer assembly according to FIG. 8 is a general example of an arrangement intended to be incorporated into a liquid three secondary components A, B and C and comprising three concentric supply tubes 20, 30 and 40. L ' drive shaft 20 is - as in Figure 7 - a hollow shaft the secondary component A being introduced through the pipe 22 disposed on the support tube 30 between the sealing rings 25 and entering through side openings 24 in the hollow shaft 20; furthermore, the tube 30, supporting the shaft, which is likewise connected to a lateral supply pipe 32 - serves as in figures 6 and 7, to bring the second secondary component 8. Finally, it has been arranged around of this shaft support tube, 30, a second fixed supply tube 40, through which is introduced the third secondary component C, supplied by the lateral pipe 42.
The two supply pipes 22 and 32 mounted on the support tube 30 for the secondary components A and B are of course separated by a sealing ring 25. The outer supply pipe 40 can be opened downwards * With this arrangement, the mixing propeller 5 aspirates by rotating all three secondary components A, B and C in its suction zone and the mixtures in the liquid F which it expels radially under pressure.
In these mixing units with several vertical and fixed feed tubes 20, 30 and 40 intended for a corresponding number of secondary components A, B and C - which can of course also be introduced under pressure - has also been inserted on.les pipes 22, 32, 42 going to these various supply tubes of the regulating members (33 according to FIG. 1, e.tc ..) serving to dose the additive substances to be incorporated. These regulating elements (for example magnetic valves) can advantageously be controlled automatically by electronic sensors immersed in the valve.
<Desc / Clms Page number 12>
liquid to be treated itself, F .. for example according to the oonoentration of the secondary components considered, for example, of the water content of 02.
Finally, the concentric feed tubes 20, 30, 40 assigned to the various secondary components can also communicate with each other through small openings - and likewise, if necessary, the outer feed tube 30 or 40 can communicate with each other. with the surrounding liquid F, which allows a premixing, sometimes desirable, of the various additives.
Is shown in Figures 9 and 10 enlarged, the shaft bearing 36 placed at the lower end of the fixed supply tube 30 for the drive shaft 2 or 20, in the mode d execution of figures 6 to 8. The body 36 of the bearing has vertical passages 37 - represented here by simple holes - through which the corresponding secondary component A or B is extracted by suction from the supply tube 30 under the action mixing propeller 5; these passages may also have other shapes or dimensions depending on the construction of the bearing 36, or the need to adapt to the consistency or viscosity of the secondary components to be incorporated.
The width of the passages 37 naturally depends on the flow rate delivered for the fluids to be incorporated; it is thus that these passages 37 may, for example, have the form of suitably spaced seotoral recesses. Figure 11 shows - with the aid of a longitudinal section shifted along XI-XI of Figure 10 - such a shaft bearing comprising a particularly advantageous arrangement of the passage openings 38 intended for the secondary components, which are ioi arranged obliquely, in the direction of rotation, where the blades 5 of
<Desc / Clms Page number 13>
the mixing propeller 5 which causes an intensive mixing of the secondary components in the main stream of the circulating liquid.
FIG. 12 shows a multi-blade rotor 5 for the agitator of the mixer assembly; the blades 5 'have a generally spiral shape. We have adopted here, in a particularly advantageous way, an exponential function represented in polar coordinates by: - = a + b, or, more particularly: r- e + b, [e being the base of natural logarithms ¯7. With mixing propellers, comprising blades thus curved in exponential function, a particularly high mixing or a particularly high efficiency is obtained - that is to say, the mixing extends to a large volume of liquid - in view of the power applied by the motor.
There is shown in Figures 13, 14 and 15 another embodiment, particularly suitable, of the mixer assembly according to the invention, in which - the simplest case - one does not make arrive on the mixing propeller 50 only one secondary component A, the arrival being made, through the fixed support tube 30, concentric with the drive shaft 2, which widens in a trumpet-like manner at the level of the emitting head 30 '. The bearing mounted at the lower part of this supply tube 30 must of course include passages 37 intended for the fluid A which leaves the tube. The mixing propeller 50 itself is fixed by its hub 51 on the end 2 'of the shaft and provided with curved blades - three for example - 52, curved in a spiral.
Between two successive blades 52 is located each time a horizontal guide spacer 55 touching the hub, as seen in the vertical section
<Desc / Clms Page number 14>
of Figure 15, made according to XV-XV of Figure 14. This guide spacer 55 tapers into a corner towards its free edge. It is good that it presents a concave rounding on each face; furthermore, as shown in figure 14 it is preferable that the guide strut 55 extends further outward on the concave, depressed side of the blade located forward in the direction of rotation, ie 'that is to say on the inner face of this blade, than on the convex side, in overpressure (that is to say on the outer face) of the following blade.
FIG. 16 shows an advantageous arrangement of such a mixing propeller 50, to which two secondary components A and B are brought, one (A) as before by the fixed tube 30 supporting the shaft and the other (B) by the hollow shaft 20 itself, which drives the mixing propeller.
The central channel 21 of this drive shaft 20 goes up to the end 20 'of the shaft on which, by its hub 51, the mixing propeller 50 is fitted. Radial flow channels 53, are arranged horizontally in the hub 51 of the propeller; they are connected on the one hand to the central channel 21 of the shaft end 20 'and on the other hand open into each gap between two blades 52. It should be at a point 54 located approximately at the level of the horizontal guide spacer 55.
When this mixer assembly is in operation, the second secondary component B therefore emerges from the hub 51 of the mixing propeller 50 at approximately half the height of its blades 52 and is therefore located between two flow branches radially deflected by the spacers. horizontal guide 55: that of the circulating liquid F and that of the first secondary component A brought
<Desc / Clms Page number 15>
from above through the support tube 30; a particularly intimate mixture of the three components F A and B.
There is shown in Figure 17 a preferred embodiment of this type of mixing assembly in which two secondary components A and C are fed by two fixed duct tubes 30 and 40 concentric with the shaft d. 'training 2.
The two concentric feed tubes 30 and 40 are, here again, widened in a trumpet shape in 30t and 40 'at the level of the emitting head. In addition, the mixing propeller 50 itself has in each case between two blades 52, 52 and for each of the supply tubes 30 and 40, a guide spacer 56 or 57 which connects to the tube while aligning itself with the tube. him - and thus prolonging without discontinuity the profile of the surface of said tube and ending in a horizontal blade. In addition, at a certain distance below - as in the example described above - a guide spacer 55, radial and concave on its two faces, has been placed.
One can easily see in the figure, thanks to the arrows indicating the flow, the particularly favorable effect obtained with this device which ensures an optimal mixture between the liquid F and the two. secondary components A and C which are introduced between two convergent branches of the flow of liquid F. Finally, FIG. 18 shows an alternative construction of such a mixer assembly with two tubes of concentric feed for two secondary components A and C. The two feed tubes 30 and 40 concentric with the drive shaft 2 are here stepped with respect to each other, at 30 "and 40", in the region of the emitting head, the staging being ascending to the outside.
On the mixing propeller 70 the blades 72 are provided on their upper edge with corresponding steps 73 and 74 - that is to say they come to protrude from the ends.
<Desc / Clms Page number 16>
open 30 "and 40" tubes. Between two blades 72-72 and for each supply tube 30 and 40, each time, connecting to the outlet 30 "or 40" of each tube, a substantially horizontal guide spacer 76 or 77 1 has been arranged. spaced apart, and in addition, another guide spacer 75 is directly mounted on the hub 71 of the propeller, a little lower.
On all of the propellers described here, 5 or 50 or 70, used in the mixer assembly according to the invention, the blades 5 'or 52 or 72 can also have cutouts, or be provided with teeth or fingers on the blade. their edges, thanks to which an additional swirling state is obtained, the flow of the liquid being thus subdivided, and therefore a particularly intimate mixture - that is to say with fine bubbles - of the liquid and the secondary components.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.