CA1285539C - Separateur tournant a vortex pour liquide heterogene - Google Patents
Separateur tournant a vortex pour liquide heterogeneInfo
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
Séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène. Des canaux d'injection introduisent une eau à
deshuiler avec une vitesse relative axiale à la périphérie d'une extrémité amont d'une chambre de séparation cylindrique tournant autour de son axe. L'eau purifiée sort à l'autre extrémité de cette chambre par une ouverture de sortie annulaire de rayon diminué pour constituer un écoulement du type vortex libre. L'huile est prélevée par un tube axial. L'invention trouve une application dans les plates-formes pétrolières.
Séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène. Des canaux d'injection introduisent une eau à
deshuiler avec une vitesse relative axiale à la périphérie d'une extrémité amont d'une chambre de séparation cylindrique tournant autour de son axe. L'eau purifiée sort à l'autre extrémité de cette chambre par une ouverture de sortie annulaire de rayon diminué pour constituer un écoulement du type vortex libre. L'huile est prélevée par un tube axial. L'invention trouve une application dans les plates-formes pétrolières.
Description
3S5i39 Séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène La présente invention concerne la séparation des deux phaAes d'un liquide hétérogène.
Dans de très nombreuses réalisations industrielles, on est amené à
séparer deux fluides non miscible~ de densités différentes, l'un des deux étant dispersé dans l'autre sous forme de globules qui peuvent être de très petite taille.
L'invention proposée concerne plus particulièrement l'épuration des eaux de rejet ou de réinjection sur des plates-formes pétrolières en mer. Dans ce cas particulier, on doit extraire des gouttelettes de pétrole en suspension dans un déhit principal d'eau. Cette opération dite "de deshuilage" doit être réali~ée par un appareil ou un ensemble d'appareil~ qui doit rassembler autant que possible quatre qualités essentielles :
Une première qualité est l'efficacité de séparation. Le taux d'épuration de l'eau rejetée par l'appareil doit etre maximum. On mesure habituellement cette efficacité par l'intermédiaire du diamètre de coupure de l'appareil, c'est-à-dire du diamètre des globules au-delà
duquel tous les globules de pétrole sont extraits du débit d'eau. Selon les valeurs de ce diamètre de coupure, on sera amené à effectuer l'épura-tion en une ou deux voire trois étapes dans autant de séparateurs de types di~férents connectés en série.
Une deuxième qualité est la compacité : Compte tenu du coût très éleve de la "tonne embarquée" sur plate-forme, les exploitants recherchent les appareils dont le poids et le volume sont les plus faible~ possibles. La compacité d'un appareil est surtout caractérisée par le temps de séjour du melange dans l'appareil : plus il sera faible, plus le volume et le poids sont réduits.
Une troisième qualité est la flexibilite en débit : En cours d'exploitation, les débits d'eau à traiter peuvent subir des variations de -50% à -100~ du débit nominal par exemple, sur des temps de quelques minutes. Il est donc important que les séparateurs puissent traiter ces débits fluctuants sans perte d'efficacité de deshuilage. De plus les utilisateurs recherchent des appareils de débit unitaire maximum de façon à pouvoir e~fectuer le traitement avec un nombre minimum d'appareils.
. .
:: ~
~2~
La quatrième qualité est une petite consommation d'énergie : La conso~mation d'énergie n'est pas un problème cruoial sur une plate-forme d'exploitation, mais les pressions disponlbles sont souvent limitées à
quelques bars. On peut néanmoins considérer qu'un appareil qui consomme de l'énergie le fait sous forme d'une perte de charge avec apparition de zones de cisaillement hydraulique intense qui vont fractionner les gouttes de pétrole en gouttelettes si petite~ qu'elles deviendront insé-parable~. On peut donc estimer gro~sièrement que plus la perte de charge néce~saire à aqsurer la qéparation est faible, plus l'efficacite de l'appareil sera bonne.
Des qualité~ plu9 OU moins analogues sont souhaitables pour d'autres opérations telles que la deshydratation du pétrole brut et le dégazage de liquides, et, plus généralement dan~ toutes les opérations indu trielles mettant en ~eu, soit des hydrocyclones soit des centrifu-geuses.
Dans des hydrocyclones connus utilisés pour le deshuilage, on creeun champ d'accélération intense par mise en rotation du fluide qui pénètre tangentiellement dans une chambre de séparation à paroi fixe pour y former un écoulement du type vortex`libre. Sous l'effet de la force centrifuge, le pétrole se concentre sur un barreau axial qu'on vient soutirer par une sortie ~pécifique. Cette Porce présente un maximum d'intensité à l'interface entre ce barreau et le liquide environnant.
~ans le~ centrifugeu~eq qui ont été développées pour la deshydratation du pétrole brut la mise en rotation du fluide est faite par l'intermédiaire des parois de la chambre de séparation qui e~t entraînée par une 30urce de puissance externe (moteur). Ces appareils établissent un écoulement de rotation en masse dans lequel la vitesse de rotation et la force centrifuge sont très faibles au voisinage de l'axe.
DanQ Qes conditions il est imposqible de concentrer suffisamment la phase légère pour pouvoir l'extraire facilement de la phase lourde. Au contraire dans un écoulement du type Vortex libre, les vitesses de rota-tion très élevées au voisinage de l'axe permettent la ~ormation d'un barreau stable de phase légère.
Par ailleurs le brevet ~rançais n 800 7244 publié sous le -` 1;285539 n Z 478 489 et son correspondant de~ ~tats Uniq d'Amérique n 4 443 331 décriven~ un séparateur utilisé dans l'industrie des pâtes à papier.
Dans cet appareil, on met en rotation le~ paroiq de la chambre de 3épara-tion et on crée dans son volume intérieur un écoulement du type vortex libre, la ~rayon de l'ouverture de sortie du liquide majoritaire étant plus petit que celui de l'ouverture d'entrée. Des guides d'accélération d'entrée entralnent le liquide d'entrée en rotation tout en l'éleignant radialement de l~axe du séparateur jusqu'au rayon de l'ouverture dientrée. Leur partie aval constitue des aubages d'injection qui lO imposent au liquide d'entrée un déplacement à rayon constant et qui sont inclinés sur l'axe de manière à donner à ce liquide, quand 11 sort de ces aubages pour entrer dans la chambre de séparatlon, une vitesse circonfé-rentielle absolue de même senq et plu~ grande que oelle de la paroi latérale tournante de cette ohambre. Le frottement de ce liquide 3ur cette paroi crée alors, au voisina~e de celle-ci, un gradient radial de la vitesse circonférentielle du liquide. Ce gradient engendre une agita-tion. Ce brevet français indique que, dans d'autres séparateurs, l"absence de toute agitation" préqente l'inconvénient que les "constituants fibreux" du liquide d'entrée "tendent à se structurer trè rapidement en un réseau cohérent qui................. interdit tout déplacement au 3ein du fluide".
De tels autres séparateurs sont des centrifugeuses décrites dans le brevet français n 2 091 170 correspondant au brevet américain n 3 862 714 (Boadway).
25La présente invention a pour but d'obtenir de manière simple une efficacité de sépara~ion améliorée par rapport aux séparateurs connus.
Elle a aussi pour but d'a~éliorer en même temps la compacité, la flexibilité en débit et la consommation d'énergie d'un séparateur notam-ment dans le cas où il faut séparer un fluide léger dispersé tel que de 30l'huile ou de l'air d'un liquide de base tel que de l'eau.
Elle a pour objet un séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène, ce séparateur étant prévu pour recevoir un débit d'un liquide d'entrée hétérogène constitué par un liquide de base et par des globules dispersés d'un fluide ajouté de densité différente de celle de 35ce liquide de base, ce séparateur étant de~tiné à fournir en sortie d'une ~85539 part un débit maioritaire d'un liquide de sortie principal constitué par ledit liquide de base débarassé au moins partiellement dudit fluide ajouté et d'autre part un débit minoritaire d'un fluide de sortie secondaire contenant une proportion accrue de ce fluide ajouté, - ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal et comportant une chambre de séparation allongée qui a une extrémité amont, une extrémité aval, et une paroi latérale qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée, - des moyens d'entraînement pour faire tourner ce-tte paroi autour de cet axe, - un conduit d'entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l'extrémité amont de cette chambre, - des moyens accélérateurs d'entree pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, et pour amener ce liquide à
une distance de cet axe sensiblement égale audit rayon d'entrée en lui donnant en même temps une vitesse circonférentielle accrue avant son introduction dans ladite chambre, - cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale formée à sa dite extrémité aval et présentant un rayon extérieur inférieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en créant dans cette chambre un écoulement du type vortex libre dans lequel la vitesse circonférentielle du liquide croit à partir de la paroi tournante jusqu'à une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassemble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité
vers cette zone axiale, - et au moins une ouverture de sortie secondaire pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide, ~.
~3553~
~ _ 5 _ - ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des canaux d'injection de liquide dans ladite chambre de séparation, ces canau~ étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante, a~ant chacun un axe de canal généralement coplanaire audit axe de séparateur, et étant répartis autour de ce dernier, chacun de ces canaux présentant une entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée à
la sortie desdits guides accélérateurs d'entrée ou à défaut de ces derniers, dudit conduit d'entrée, une sortie située à
une distance dudit axe sensiblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions transversales pour que la vi-tesse circonférentielle relative de ce liquide d'entree par rapport à ladite paroi tournante soit sensibement annulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaltre un gradient radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait con-tre cette paroi sur la longueur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à compenser au voisinage de cette paroi, l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petites dudit fluide ajouté.
De préférence, les moyens accélérateurs d'entrée sont constitués par des guides accélérateurs d'entrée répartis autour dudit axe et tournant avec cette paroi, chacun de ces guides présentant un bord intérieur à une distance de cet axe inférieure audit rayon d'entrée pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, chacun de ces guides s'étendant jusqu'à un bord extérieur plus loin de cet axe.
1a présente invention laisse subsister des gradients de vitesse, surtout au voisinage de ladite ~one axiale du vortex. Mais la turbulence inévitable dans cette - 5a -zone y présente des inconvenients diminues en raison de la valeur très importante qu'y prend la force centrifuge. Au contraire près de la paroi où la force centrifuge est rela-tivement faible, il semble important de limiter autant .
~L2~3S5~
que possible les gradients de vitesse, notamment le gradient radial de la vitesse circonférentielle.
sien entendu la présente invention est caractérisée par les dispositions prises et non par les explications de fonctionnement ci-dessus, qui ne sont donnees qu'à titre d'hypothèses.
Selon la présente invention on adopte de plus, de préférence et selon les cas, les dispositions avantageuses suivantes:
- Lesdits canaux d'injection sont cylindriques ou prismatiques et présentent une longueur supérieure à quatre fois et de préférence à six fois leur plus petite dimension transversale et ils sont parallèles audit axe.
- Ladite paroi latérale tournante est cylindrique, ladite ouverture de sortie principale formée dans un diaphragme de sortie occupant l'extrémité aval de la chambre de séparation, cette ouverture ayant un rayon extérieur compris entre 20% et 60% du rayon de cette paroi latérale.
- ~esdits canaux d'injection ont leurs sorties dans une couronne circulaire d'injection dont le cercle extérieur est au contact de ladite paroi tournante, ladite chambre de séparation comportant en outre une ogive d'entrée qui est coaxiale à cette chambre, qui présente une base coincidant avec le cercle intérieur de cette couronne, et qui pénétre dans cette chambre à partir de cette base avec des sections circulaires de rayons progressivement décroissants, la longueur de cette ogive étant inférieure au tiers de celle de cette chambre, de manière d'une part à offrir audit liquide d'entrée une section de passage annulaire d'aire progressivement croissante à partir de ladite couronne d'injection pour diminuer rapidement et sans turbulence sa vitesse axiale, et de manière d'autre part à centrer et à
stabiliser ledit vortex libre. Cette ogive est par exemple conique avec un demi-angle au sommet compris entre 10 et 40 .~ ''; , ~2~5539 ~- 7 ~
degrés et valant par exemple 20 degrés environ.
- L'invention s'applique avantageusement au cas où le séparateur est prévu pour recevoir un dit liquide d'entrée dans lequel ledit fluide ajouté dispersé présente une densité plus faible que celle dudit liquide de base, de sorte que ce fluide ajouté forme un barreau axial dans ladite chambre de séparation. Dans ce cas ladite ouverture de sortie secondaire est constituée par un tube de sortie secondaire à l'extrémité aval de la chambre de séparation, ce tube pénétrant coaxialement dans ladite chambre de séparation à travers ladite ouverture de sortie principale, qui est une ouverture annulaire autour de ce tube. Cette disposition de ce tube à l'aval permet d'éviter d'avoir à
prévoir une sortie secondaire axiale à l'extrémité amont du séparateur où elle serait gênante. Ledit conduit d'entrée comporte alors un tube d'entrée fixe coaxial à cette chambre, de manière ~ue le bord intérieur desdits guides accélérateurs d'entrée soit proche dudit axe et que la mise en rotation du liquide d'entrée par ces guides ne provoque pas dans ce liquide de cisaillements nuisibles susceptibles de casser lesdits globules du fluide ajouté et de rendre ces globules impossibles à séparer.
- Ledit conduit d'entrée comporte en outre, entre la sortie dudit tube d'entrée fixe et lesdits guides accelérateurs d'entrée, un tube d'entrée tournant solidaire de ces guides, de manière à commencer à entraîner le liquide d'entrée en rotation-avant qu'il rencontre les bords intérieurs de ces guides et à diminuer ainsi lesdits cisaillements nuisibles.
- Ledit tube d'entrée coaxial fixe est un tube de support rigide et porte extérieurement un palier amont, ladite paroi latérale cylindrique tournante étant munie d'un prolongement amont qui est coaxial et rigide et s'étend jusqu'à ce palier pour être supporté par celui-ci, un joint d'étanchéite étant disposé entre ce prolongement amont tournant et ce tube de ~' .-~ .;
~285~i39 ~ 7a -support fixe, entre l'extrémité de sortie de ce tube, et ce palier, de manière à empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
- Ladite ouverture de sortie principale se prolonge vers l'aval par un di~ergent jusqu'à une chambre de sortie principale de section de passage annulaire accrue autour dudit tube de sortie secondaire de manière à diminuer la consommation d'énergie du séparateur, la paroi latérale de cette chambre de sortie étant constituee par un prolongement aval coaxial rigide de ladite paroi latérale tournante de la chambre de séparation, ce prolongement portant extérieu-rement un palieraval qui s'appuie sur un support extérieur fixe et qui coopère avec. ledit palier amont pour maintenir ladite chambre de séparation, un joint d'étanchéité étant disposé entre ce support fixe et ce prolongement aval tournant, entre la sortie de ce prolongement et ce palier, de manière à empecher le liquide de parvenir à ce palier.
Selon la présente invention, il est également prévu un séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène, ce séparateur étant prévu pour recevoir un débit d'un liquide d'entrée hétérogène constitué par un liquide de : base et par des globules dispersés d'un fluide ajouté de densité différente de celle de ce liquide de base, ce séparateur étant destiné à fournir en sortie d'une part un débit majoritaire d'un liquide de sortie principal constitue par ledit liquide de base débarassé au moins partiellement dudit fluide ajouté et d'autre part un debit minoritaire d'un fluide de sortie secondaire contenant une proportion accrue de ce fluide ajouté, - ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal et comportant une chambre de séparation allongée qui a une : extrémité amont, une extrémité aval, et une paroi latérale qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée, ~- .
8S!~39 ~ 7b -- des moyens d'entraînement pour faire tourner cette paroi autour de cet axe, - un conduit d'entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l ' extrémite amont de cette chambre, 5 - cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale formee à sa dite extrémité aval et présentant un rayon extérieur inérieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en creant dans cette chambre un écoulement lû du type vortex libre dans lequel la vitesse circonférentielle du liquide croît à partir de la paroi tournante jusqu' à une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassemble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité
15 vers cette ~one axiale, - et au moins une ouverture de sortie secondaire pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide, - ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte 20 en outre des canaux d'in]ection de liquide dans ladite chambre de séparation, ces canaux étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante, ayant chacun un axe de canal coplanaire audit axe de séparateur, et étant répartis autour de dernier, chacun de ces canaux présentant une 25 entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée provenant dudit conduit d'entrée, une sortie située à une distance dudit axe sensiblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions 30 transversales pour que la vitesse circonférentielle relative de ce liquide d'entree par rapport à ladite paroi tournante soit sensiblement annulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaître un gradient ,.~
5S3~ .
- 7c -radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait contre cette paroi sur la longuèur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à compenser au voisinage de cette paroi l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relat vement petits dudit fluide ajoute.
A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ci-après plus particulièrement, à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre.
Il doit ~tre compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes .
~285539 ~onctions techniques. Lorsqu'un meme élément eqt représenté sur plusieurs ~igures il y est désigné par,un même signe de référence.
Lorsque un signe a été employé précédemment entre parenthèses c'était également à simple titre d'exemple non limitati~.
La figure 1 représente une vue générale en coupe axiale d~un sépa-rateur selon l'invention.
La ~igure 2 représente une vue en perspective des guides accélérateurs d'entrée et des conduits d'injection, de ce même séparateur avec arrachement partiel de sa paroi latérale.
Le séparateur décrit présente les dispositions précédemment mentionnées comme avantageuses selon l'invention.
Il comporte les élément~ suivants :
- Une chambre de séparation 2 dont la paroi latérale 10 est cylindrique de révolution autour de l'axe 8 du séparateur et s'étend entre deux extrémités amont 4 et aval 6.
- Des moyens d~entraInement constitués par un moteur 12 qui entraine une courroie 14 qui pa~se dans une gorge 16 ~ormée dan un prolongement amont 40 de la paroi 10 pour ~aire tourner cette dernière autour de son axe.
- Un conduit d'entrée constitué d'un tube rigide fixe 18 suivi d'un tube tournant 19 solidaire de la paroi 10. Ce tube fixe porte extérieurement deux roulements à billes 38 montés à l~intérieur du prolongement cylindrique rigide 40 pour constituer le palier amont précédemment mentionné et maintenir la paroi tournante 10.
; 25 - Dix guides accélérateurs d'entrée trapézoidaux 20 répartis angulairement autour de l'axe 8 à la sortie du tube 19. Le nombre de ces guides sur la figure e3t de six pour ~aciliter la compréhension du dessin. Chaque guide a un bord intérieur incliné 22 qui rejoint l'axe 8 à
son extrémité éloignée du tube 19, deux bords radiaux amont et aval et un bord extérieur axial à une distance de l'axe légèrement inférieure au diamètre de la chambre 2. Ces guides sont soudés par Ieurs bords radiaux amont au tube tournant 19.
Les dix bords intérieurs sont dispo~és selon les génératrices d'un cone ouvert vers ce tube 19 pour recevoir le liquide d'entrée. Ce dernier est entraîné en rotation et vers la périphérie, jusqu'au prolongement " 1~85~;3g g amont de la paroi 10.
- Vingt ou trente canaux d'injection 30 s'étendant axialement sur l'intervalle axial entre le~ guides 20 et l'entrée 4 de la chambre 2.
Ces canaux sont ~ormés par des parois radiales axiales 50 fixées sur la surface latérale cylindrique d'une pièce 52 el-le même fixée aux bords ; radiaux aval des guides 20. Cette pièce s'étend coaxialement à
l'intérieur du prolon~ement oylindrique de la paroi 10. A l'aval de cette pièce est fixée coaxialement une ogive d'entrée conique 38 qui pénétre dans la chambre 2 et qui dtune part forme avec la paroi 10 un conduit annulaire à section croissante et qui d'autre part stabilise le vortex dans cette chambre.
~ L'extrémité aval de la chambre 2 est occupée par une pièce 36 qui ; forme notamment le diaphragme de ~ortie précédemment mentionné, dont l'ouverture centrale constit.ue l'ouverture de sortie principale pour l'eau deshuilée. En aval de cette ouverture la surface iptérieure de cette pièce est d'abord conique pour constituer un divergent 42, puis alle devient cylindrique dans qa partie aval 46 pour constituer une chambre de sortie tournante 44 ~'ouvrant dans une chambre de sortie ~ixe.
Cette dernière communique avec une tubulure de sortie principale fixe 45 par laquelle l'eau deshuilée est évacuée du séparateur. Cette partie aval 46 constitue en même temps un prolongement aval rigide de la paroi 10 et porte extérieurement deux roulement~ à billes 48 qui constituent le palier aval précedemment mentionné et sont montés dans un corps aval creux fixe 47. Ce corps forme ladite chambre de sortie fixe d'où part la tubulure de sortie principale 45.
L'ouverture de sortie secondaire pour l'huile est constituée par ; un tube fixe 28 qui traverse axialement le corps aval 47 et le diaphragme de sortie 36.
Dans un cas particulier il s'agissait de traiter un débit d'eau de 1 l~s chargé d'une proportion d'huile de pétrole comprise entre 0,1 et 1%, cette huile ayant une densité de 0,85 environ. La chambre de séparation avait alors une longueur de 500mm et un diamètre intérieur de 60mm. Elle tournait à 1800 tours/minute. Les canaux d'injection avaient une longueur de 50mm et une dimension transversale radiale de 5mm, leur - 35 dimension transversale circonférentielle étant de 9mm environ.
, ~
s~9 - 1o -L'ouverture de sortie principale Pormée dans le diaphragme avait un diamètre de 20m~, le tube de sortie secondaire ayant un diamètre intérieur de 8mm.
Le conduit d'entrée avait un diamètre de 30mm.
3o ., ` ~,
Dans de très nombreuses réalisations industrielles, on est amené à
séparer deux fluides non miscible~ de densités différentes, l'un des deux étant dispersé dans l'autre sous forme de globules qui peuvent être de très petite taille.
L'invention proposée concerne plus particulièrement l'épuration des eaux de rejet ou de réinjection sur des plates-formes pétrolières en mer. Dans ce cas particulier, on doit extraire des gouttelettes de pétrole en suspension dans un déhit principal d'eau. Cette opération dite "de deshuilage" doit être réali~ée par un appareil ou un ensemble d'appareil~ qui doit rassembler autant que possible quatre qualités essentielles :
Une première qualité est l'efficacité de séparation. Le taux d'épuration de l'eau rejetée par l'appareil doit etre maximum. On mesure habituellement cette efficacité par l'intermédiaire du diamètre de coupure de l'appareil, c'est-à-dire du diamètre des globules au-delà
duquel tous les globules de pétrole sont extraits du débit d'eau. Selon les valeurs de ce diamètre de coupure, on sera amené à effectuer l'épura-tion en une ou deux voire trois étapes dans autant de séparateurs de types di~férents connectés en série.
Une deuxième qualité est la compacité : Compte tenu du coût très éleve de la "tonne embarquée" sur plate-forme, les exploitants recherchent les appareils dont le poids et le volume sont les plus faible~ possibles. La compacité d'un appareil est surtout caractérisée par le temps de séjour du melange dans l'appareil : plus il sera faible, plus le volume et le poids sont réduits.
Une troisième qualité est la flexibilite en débit : En cours d'exploitation, les débits d'eau à traiter peuvent subir des variations de -50% à -100~ du débit nominal par exemple, sur des temps de quelques minutes. Il est donc important que les séparateurs puissent traiter ces débits fluctuants sans perte d'efficacité de deshuilage. De plus les utilisateurs recherchent des appareils de débit unitaire maximum de façon à pouvoir e~fectuer le traitement avec un nombre minimum d'appareils.
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La quatrième qualité est une petite consommation d'énergie : La conso~mation d'énergie n'est pas un problème cruoial sur une plate-forme d'exploitation, mais les pressions disponlbles sont souvent limitées à
quelques bars. On peut néanmoins considérer qu'un appareil qui consomme de l'énergie le fait sous forme d'une perte de charge avec apparition de zones de cisaillement hydraulique intense qui vont fractionner les gouttes de pétrole en gouttelettes si petite~ qu'elles deviendront insé-parable~. On peut donc estimer gro~sièrement que plus la perte de charge néce~saire à aqsurer la qéparation est faible, plus l'efficacite de l'appareil sera bonne.
Des qualité~ plu9 OU moins analogues sont souhaitables pour d'autres opérations telles que la deshydratation du pétrole brut et le dégazage de liquides, et, plus généralement dan~ toutes les opérations indu trielles mettant en ~eu, soit des hydrocyclones soit des centrifu-geuses.
Dans des hydrocyclones connus utilisés pour le deshuilage, on creeun champ d'accélération intense par mise en rotation du fluide qui pénètre tangentiellement dans une chambre de séparation à paroi fixe pour y former un écoulement du type vortex`libre. Sous l'effet de la force centrifuge, le pétrole se concentre sur un barreau axial qu'on vient soutirer par une sortie ~pécifique. Cette Porce présente un maximum d'intensité à l'interface entre ce barreau et le liquide environnant.
~ans le~ centrifugeu~eq qui ont été développées pour la deshydratation du pétrole brut la mise en rotation du fluide est faite par l'intermédiaire des parois de la chambre de séparation qui e~t entraînée par une 30urce de puissance externe (moteur). Ces appareils établissent un écoulement de rotation en masse dans lequel la vitesse de rotation et la force centrifuge sont très faibles au voisinage de l'axe.
DanQ Qes conditions il est imposqible de concentrer suffisamment la phase légère pour pouvoir l'extraire facilement de la phase lourde. Au contraire dans un écoulement du type Vortex libre, les vitesses de rota-tion très élevées au voisinage de l'axe permettent la ~ormation d'un barreau stable de phase légère.
Par ailleurs le brevet ~rançais n 800 7244 publié sous le -` 1;285539 n Z 478 489 et son correspondant de~ ~tats Uniq d'Amérique n 4 443 331 décriven~ un séparateur utilisé dans l'industrie des pâtes à papier.
Dans cet appareil, on met en rotation le~ paroiq de la chambre de 3épara-tion et on crée dans son volume intérieur un écoulement du type vortex libre, la ~rayon de l'ouverture de sortie du liquide majoritaire étant plus petit que celui de l'ouverture d'entrée. Des guides d'accélération d'entrée entralnent le liquide d'entrée en rotation tout en l'éleignant radialement de l~axe du séparateur jusqu'au rayon de l'ouverture dientrée. Leur partie aval constitue des aubages d'injection qui lO imposent au liquide d'entrée un déplacement à rayon constant et qui sont inclinés sur l'axe de manière à donner à ce liquide, quand 11 sort de ces aubages pour entrer dans la chambre de séparatlon, une vitesse circonfé-rentielle absolue de même senq et plu~ grande que oelle de la paroi latérale tournante de cette ohambre. Le frottement de ce liquide 3ur cette paroi crée alors, au voisina~e de celle-ci, un gradient radial de la vitesse circonférentielle du liquide. Ce gradient engendre une agita-tion. Ce brevet français indique que, dans d'autres séparateurs, l"absence de toute agitation" préqente l'inconvénient que les "constituants fibreux" du liquide d'entrée "tendent à se structurer trè rapidement en un réseau cohérent qui................. interdit tout déplacement au 3ein du fluide".
De tels autres séparateurs sont des centrifugeuses décrites dans le brevet français n 2 091 170 correspondant au brevet américain n 3 862 714 (Boadway).
25La présente invention a pour but d'obtenir de manière simple une efficacité de sépara~ion améliorée par rapport aux séparateurs connus.
Elle a aussi pour but d'a~éliorer en même temps la compacité, la flexibilité en débit et la consommation d'énergie d'un séparateur notam-ment dans le cas où il faut séparer un fluide léger dispersé tel que de 30l'huile ou de l'air d'un liquide de base tel que de l'eau.
Elle a pour objet un séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène, ce séparateur étant prévu pour recevoir un débit d'un liquide d'entrée hétérogène constitué par un liquide de base et par des globules dispersés d'un fluide ajouté de densité différente de celle de 35ce liquide de base, ce séparateur étant de~tiné à fournir en sortie d'une ~85539 part un débit maioritaire d'un liquide de sortie principal constitué par ledit liquide de base débarassé au moins partiellement dudit fluide ajouté et d'autre part un débit minoritaire d'un fluide de sortie secondaire contenant une proportion accrue de ce fluide ajouté, - ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal et comportant une chambre de séparation allongée qui a une extrémité amont, une extrémité aval, et une paroi latérale qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée, - des moyens d'entraînement pour faire tourner ce-tte paroi autour de cet axe, - un conduit d'entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l'extrémité amont de cette chambre, - des moyens accélérateurs d'entree pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, et pour amener ce liquide à
une distance de cet axe sensiblement égale audit rayon d'entrée en lui donnant en même temps une vitesse circonférentielle accrue avant son introduction dans ladite chambre, - cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale formée à sa dite extrémité aval et présentant un rayon extérieur inférieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en créant dans cette chambre un écoulement du type vortex libre dans lequel la vitesse circonférentielle du liquide croit à partir de la paroi tournante jusqu'à une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassemble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité
vers cette zone axiale, - et au moins une ouverture de sortie secondaire pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide, ~.
~3553~
~ _ 5 _ - ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des canaux d'injection de liquide dans ladite chambre de séparation, ces canau~ étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante, a~ant chacun un axe de canal généralement coplanaire audit axe de séparateur, et étant répartis autour de ce dernier, chacun de ces canaux présentant une entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée à
la sortie desdits guides accélérateurs d'entrée ou à défaut de ces derniers, dudit conduit d'entrée, une sortie située à
une distance dudit axe sensiblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions transversales pour que la vi-tesse circonférentielle relative de ce liquide d'entree par rapport à ladite paroi tournante soit sensibement annulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaltre un gradient radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait con-tre cette paroi sur la longueur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à compenser au voisinage de cette paroi, l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petites dudit fluide ajouté.
De préférence, les moyens accélérateurs d'entrée sont constitués par des guides accélérateurs d'entrée répartis autour dudit axe et tournant avec cette paroi, chacun de ces guides présentant un bord intérieur à une distance de cet axe inférieure audit rayon d'entrée pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, chacun de ces guides s'étendant jusqu'à un bord extérieur plus loin de cet axe.
1a présente invention laisse subsister des gradients de vitesse, surtout au voisinage de ladite ~one axiale du vortex. Mais la turbulence inévitable dans cette - 5a -zone y présente des inconvenients diminues en raison de la valeur très importante qu'y prend la force centrifuge. Au contraire près de la paroi où la force centrifuge est rela-tivement faible, il semble important de limiter autant .
~L2~3S5~
que possible les gradients de vitesse, notamment le gradient radial de la vitesse circonférentielle.
sien entendu la présente invention est caractérisée par les dispositions prises et non par les explications de fonctionnement ci-dessus, qui ne sont donnees qu'à titre d'hypothèses.
Selon la présente invention on adopte de plus, de préférence et selon les cas, les dispositions avantageuses suivantes:
- Lesdits canaux d'injection sont cylindriques ou prismatiques et présentent une longueur supérieure à quatre fois et de préférence à six fois leur plus petite dimension transversale et ils sont parallèles audit axe.
- Ladite paroi latérale tournante est cylindrique, ladite ouverture de sortie principale formée dans un diaphragme de sortie occupant l'extrémité aval de la chambre de séparation, cette ouverture ayant un rayon extérieur compris entre 20% et 60% du rayon de cette paroi latérale.
- ~esdits canaux d'injection ont leurs sorties dans une couronne circulaire d'injection dont le cercle extérieur est au contact de ladite paroi tournante, ladite chambre de séparation comportant en outre une ogive d'entrée qui est coaxiale à cette chambre, qui présente une base coincidant avec le cercle intérieur de cette couronne, et qui pénétre dans cette chambre à partir de cette base avec des sections circulaires de rayons progressivement décroissants, la longueur de cette ogive étant inférieure au tiers de celle de cette chambre, de manière d'une part à offrir audit liquide d'entrée une section de passage annulaire d'aire progressivement croissante à partir de ladite couronne d'injection pour diminuer rapidement et sans turbulence sa vitesse axiale, et de manière d'autre part à centrer et à
stabiliser ledit vortex libre. Cette ogive est par exemple conique avec un demi-angle au sommet compris entre 10 et 40 .~ ''; , ~2~5539 ~- 7 ~
degrés et valant par exemple 20 degrés environ.
- L'invention s'applique avantageusement au cas où le séparateur est prévu pour recevoir un dit liquide d'entrée dans lequel ledit fluide ajouté dispersé présente une densité plus faible que celle dudit liquide de base, de sorte que ce fluide ajouté forme un barreau axial dans ladite chambre de séparation. Dans ce cas ladite ouverture de sortie secondaire est constituée par un tube de sortie secondaire à l'extrémité aval de la chambre de séparation, ce tube pénétrant coaxialement dans ladite chambre de séparation à travers ladite ouverture de sortie principale, qui est une ouverture annulaire autour de ce tube. Cette disposition de ce tube à l'aval permet d'éviter d'avoir à
prévoir une sortie secondaire axiale à l'extrémité amont du séparateur où elle serait gênante. Ledit conduit d'entrée comporte alors un tube d'entrée fixe coaxial à cette chambre, de manière ~ue le bord intérieur desdits guides accélérateurs d'entrée soit proche dudit axe et que la mise en rotation du liquide d'entrée par ces guides ne provoque pas dans ce liquide de cisaillements nuisibles susceptibles de casser lesdits globules du fluide ajouté et de rendre ces globules impossibles à séparer.
- Ledit conduit d'entrée comporte en outre, entre la sortie dudit tube d'entrée fixe et lesdits guides accelérateurs d'entrée, un tube d'entrée tournant solidaire de ces guides, de manière à commencer à entraîner le liquide d'entrée en rotation-avant qu'il rencontre les bords intérieurs de ces guides et à diminuer ainsi lesdits cisaillements nuisibles.
- Ledit tube d'entrée coaxial fixe est un tube de support rigide et porte extérieurement un palier amont, ladite paroi latérale cylindrique tournante étant munie d'un prolongement amont qui est coaxial et rigide et s'étend jusqu'à ce palier pour être supporté par celui-ci, un joint d'étanchéite étant disposé entre ce prolongement amont tournant et ce tube de ~' .-~ .;
~285~i39 ~ 7a -support fixe, entre l'extrémité de sortie de ce tube, et ce palier, de manière à empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
- Ladite ouverture de sortie principale se prolonge vers l'aval par un di~ergent jusqu'à une chambre de sortie principale de section de passage annulaire accrue autour dudit tube de sortie secondaire de manière à diminuer la consommation d'énergie du séparateur, la paroi latérale de cette chambre de sortie étant constituee par un prolongement aval coaxial rigide de ladite paroi latérale tournante de la chambre de séparation, ce prolongement portant extérieu-rement un palieraval qui s'appuie sur un support extérieur fixe et qui coopère avec. ledit palier amont pour maintenir ladite chambre de séparation, un joint d'étanchéité étant disposé entre ce support fixe et ce prolongement aval tournant, entre la sortie de ce prolongement et ce palier, de manière à empecher le liquide de parvenir à ce palier.
Selon la présente invention, il est également prévu un séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène, ce séparateur étant prévu pour recevoir un débit d'un liquide d'entrée hétérogène constitué par un liquide de : base et par des globules dispersés d'un fluide ajouté de densité différente de celle de ce liquide de base, ce séparateur étant destiné à fournir en sortie d'une part un débit majoritaire d'un liquide de sortie principal constitue par ledit liquide de base débarassé au moins partiellement dudit fluide ajouté et d'autre part un debit minoritaire d'un fluide de sortie secondaire contenant une proportion accrue de ce fluide ajouté, - ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal et comportant une chambre de séparation allongée qui a une : extrémité amont, une extrémité aval, et une paroi latérale qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée, ~- .
8S!~39 ~ 7b -- des moyens d'entraînement pour faire tourner cette paroi autour de cet axe, - un conduit d'entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l ' extrémite amont de cette chambre, 5 - cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale formee à sa dite extrémité aval et présentant un rayon extérieur inérieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en creant dans cette chambre un écoulement lû du type vortex libre dans lequel la vitesse circonférentielle du liquide croît à partir de la paroi tournante jusqu' à une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassemble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité
15 vers cette ~one axiale, - et au moins une ouverture de sortie secondaire pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide, - ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte 20 en outre des canaux d'in]ection de liquide dans ladite chambre de séparation, ces canaux étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante, ayant chacun un axe de canal coplanaire audit axe de séparateur, et étant répartis autour de dernier, chacun de ces canaux présentant une 25 entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée provenant dudit conduit d'entrée, une sortie située à une distance dudit axe sensiblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions 30 transversales pour que la vitesse circonférentielle relative de ce liquide d'entree par rapport à ladite paroi tournante soit sensiblement annulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaître un gradient ,.~
5S3~ .
- 7c -radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait contre cette paroi sur la longuèur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à compenser au voisinage de cette paroi l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relat vement petits dudit fluide ajoute.
A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ci-après plus particulièrement, à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre.
Il doit ~tre compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes .
~285539 ~onctions techniques. Lorsqu'un meme élément eqt représenté sur plusieurs ~igures il y est désigné par,un même signe de référence.
Lorsque un signe a été employé précédemment entre parenthèses c'était également à simple titre d'exemple non limitati~.
La figure 1 représente une vue générale en coupe axiale d~un sépa-rateur selon l'invention.
La ~igure 2 représente une vue en perspective des guides accélérateurs d'entrée et des conduits d'injection, de ce même séparateur avec arrachement partiel de sa paroi latérale.
Le séparateur décrit présente les dispositions précédemment mentionnées comme avantageuses selon l'invention.
Il comporte les élément~ suivants :
- Une chambre de séparation 2 dont la paroi latérale 10 est cylindrique de révolution autour de l'axe 8 du séparateur et s'étend entre deux extrémités amont 4 et aval 6.
- Des moyens d~entraInement constitués par un moteur 12 qui entraine une courroie 14 qui pa~se dans une gorge 16 ~ormée dan un prolongement amont 40 de la paroi 10 pour ~aire tourner cette dernière autour de son axe.
- Un conduit d'entrée constitué d'un tube rigide fixe 18 suivi d'un tube tournant 19 solidaire de la paroi 10. Ce tube fixe porte extérieurement deux roulements à billes 38 montés à l~intérieur du prolongement cylindrique rigide 40 pour constituer le palier amont précédemment mentionné et maintenir la paroi tournante 10.
; 25 - Dix guides accélérateurs d'entrée trapézoidaux 20 répartis angulairement autour de l'axe 8 à la sortie du tube 19. Le nombre de ces guides sur la figure e3t de six pour ~aciliter la compréhension du dessin. Chaque guide a un bord intérieur incliné 22 qui rejoint l'axe 8 à
son extrémité éloignée du tube 19, deux bords radiaux amont et aval et un bord extérieur axial à une distance de l'axe légèrement inférieure au diamètre de la chambre 2. Ces guides sont soudés par Ieurs bords radiaux amont au tube tournant 19.
Les dix bords intérieurs sont dispo~és selon les génératrices d'un cone ouvert vers ce tube 19 pour recevoir le liquide d'entrée. Ce dernier est entraîné en rotation et vers la périphérie, jusqu'au prolongement " 1~85~;3g g amont de la paroi 10.
- Vingt ou trente canaux d'injection 30 s'étendant axialement sur l'intervalle axial entre le~ guides 20 et l'entrée 4 de la chambre 2.
Ces canaux sont ~ormés par des parois radiales axiales 50 fixées sur la surface latérale cylindrique d'une pièce 52 el-le même fixée aux bords ; radiaux aval des guides 20. Cette pièce s'étend coaxialement à
l'intérieur du prolon~ement oylindrique de la paroi 10. A l'aval de cette pièce est fixée coaxialement une ogive d'entrée conique 38 qui pénétre dans la chambre 2 et qui dtune part forme avec la paroi 10 un conduit annulaire à section croissante et qui d'autre part stabilise le vortex dans cette chambre.
~ L'extrémité aval de la chambre 2 est occupée par une pièce 36 qui ; forme notamment le diaphragme de ~ortie précédemment mentionné, dont l'ouverture centrale constit.ue l'ouverture de sortie principale pour l'eau deshuilée. En aval de cette ouverture la surface iptérieure de cette pièce est d'abord conique pour constituer un divergent 42, puis alle devient cylindrique dans qa partie aval 46 pour constituer une chambre de sortie tournante 44 ~'ouvrant dans une chambre de sortie ~ixe.
Cette dernière communique avec une tubulure de sortie principale fixe 45 par laquelle l'eau deshuilée est évacuée du séparateur. Cette partie aval 46 constitue en même temps un prolongement aval rigide de la paroi 10 et porte extérieurement deux roulement~ à billes 48 qui constituent le palier aval précedemment mentionné et sont montés dans un corps aval creux fixe 47. Ce corps forme ladite chambre de sortie fixe d'où part la tubulure de sortie principale 45.
L'ouverture de sortie secondaire pour l'huile est constituée par ; un tube fixe 28 qui traverse axialement le corps aval 47 et le diaphragme de sortie 36.
Dans un cas particulier il s'agissait de traiter un débit d'eau de 1 l~s chargé d'une proportion d'huile de pétrole comprise entre 0,1 et 1%, cette huile ayant une densité de 0,85 environ. La chambre de séparation avait alors une longueur de 500mm et un diamètre intérieur de 60mm. Elle tournait à 1800 tours/minute. Les canaux d'injection avaient une longueur de 50mm et une dimension transversale radiale de 5mm, leur - 35 dimension transversale circonférentielle étant de 9mm environ.
, ~
s~9 - 1o -L'ouverture de sortie principale Pormée dans le diaphragme avait un diamètre de 20m~, le tube de sortie secondaire ayant un diamètre intérieur de 8mm.
Le conduit d'entrée avait un diamètre de 30mm.
3o ., ` ~,
Claims (12)
1. Séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène, ce sépara-teur étant prévu pour recevoir un débit d'un liquide d'entrée hétérogène constitué par un liquide de base et par des globules dispersés d'un fluide ajouté de densité différente de celle de ce liquide de base, ce séparateur étant destiné à fournir en sortie d'une part un débit majoritaire d'un liquide de sortie principal constitué
par ledit liquide de base débarassé au moins partiellement dudit fluide ajouté et d'autre part un débit minoritaire d'un fluide de sortie secondaire contenant une proportion accrue de ce fluide ajouté, - ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal et comportant une chambre de séparation allongée qui a une extrémité
amont, une extrémité aval, et une paroi latérale qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée, - des moyens d'entraînement pour faire tourner cette paroi autour de cet axe, - un conduit d'entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l'extrémité amont de cette chambre, - des moyens accélérateurs d'entrée pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, et pour amener ce liquide à une distance de cet axe sensiblement égale audit rayon d'entrée en lui donnant en même temps une vitesse circonférentielle accrue avant son introduction dans ladite chambre, - cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale formée à sa dite extrémité aval et présentant un rayon exté-rieur inférieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en créant dans cette cham-bre un écoulement du type vortex libre dans lequel la vitesse circon-firentielle du liquide croit à partir de la paroi tournante jusqu'à
une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassem-ble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité vers cette zone axiale, - et au moins une ouverture de sortie secondaire pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide, - ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des canaux d'injection de liquide dans ladite chambre de séparation, ces canaux étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante, ayant chacun un axe de canal généralement coplanaire audit axe de séparateur, et étant répartis autour de dernier, chacun de ces canaux présentant une entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée à la sortie desdits guides accélérateurs d'entrée, une sortie située à une distance dudit axe sen-siblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions transversales pour que la vitesse circonférentielle relative de ce liquide d'entrée par rapport à ladite paroi tournante soit sensiblement annnulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaître un gradient radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait contre cette paroi sur la longueur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à
compenser au voisinage de cette paroi l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petits dudit fluide ajouté.
par ledit liquide de base débarassé au moins partiellement dudit fluide ajouté et d'autre part un débit minoritaire d'un fluide de sortie secondaire contenant une proportion accrue de ce fluide ajouté, - ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal et comportant une chambre de séparation allongée qui a une extrémité
amont, une extrémité aval, et une paroi latérale qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée, - des moyens d'entraînement pour faire tourner cette paroi autour de cet axe, - un conduit d'entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l'extrémité amont de cette chambre, - des moyens accélérateurs d'entrée pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, et pour amener ce liquide à une distance de cet axe sensiblement égale audit rayon d'entrée en lui donnant en même temps une vitesse circonférentielle accrue avant son introduction dans ladite chambre, - cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale formée à sa dite extrémité aval et présentant un rayon exté-rieur inférieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en créant dans cette cham-bre un écoulement du type vortex libre dans lequel la vitesse circon-firentielle du liquide croit à partir de la paroi tournante jusqu'à
une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassem-ble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité vers cette zone axiale, - et au moins une ouverture de sortie secondaire pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide, - ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des canaux d'injection de liquide dans ladite chambre de séparation, ces canaux étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante, ayant chacun un axe de canal généralement coplanaire audit axe de séparateur, et étant répartis autour de dernier, chacun de ces canaux présentant une entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée à la sortie desdits guides accélérateurs d'entrée, une sortie située à une distance dudit axe sen-siblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions transversales pour que la vitesse circonférentielle relative de ce liquide d'entrée par rapport à ladite paroi tournante soit sensiblement annnulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaître un gradient radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait contre cette paroi sur la longueur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à
compenser au voisinage de cette paroi l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petits dudit fluide ajouté.
2/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits canaux d'injection sont cylindriques ou prismatiques et présen-tent une longueur supérieure à quatre fois leur plus petite dimension transversale.
3/ Séparateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits canaux d'injection sont parallèles audit axe.
4/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite paroi latérale tournante est cylindrique, ladite ouverture de sortie principale étant formée dans un diaphragme de sortie occupant l'extrémité aval de la chambre de séparation, cette ouverture ayant un rayon extérieur compris entre 20% et 60% du rayon de cette paroi latérale.
5/ Séparateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits canaux d'injection ont leurs sorties dans une couronne circulaire d'injection dont le cercle extérieur est au contact de ladite paroi tournante, - ladite chambre de séparation comportant en outre une cgive d'entrée qui est coaxiale à cette chambre, qui présente une base coincidant avec le cercle intérieur de cette couronne, et qui pénétre dans cette chambre à
partir de cette base avec des sections circulaires de rayons progressivement décroissants, la longueur de cette ogive étant infé-rieure au tiers de celle de cette chambre, de manière d'une part à offrir audit liquide d'entrée une section de passage annulaire d'aire progressivement croissante à partir de ladite couronne d'injection pour diminuer rapidement et sans turbulence sa vitesse axiale, et de manière d'autre part à centrer et a stabiliser ledit vortex libre.
partir de cette base avec des sections circulaires de rayons progressivement décroissants, la longueur de cette ogive étant infé-rieure au tiers de celle de cette chambre, de manière d'une part à offrir audit liquide d'entrée une section de passage annulaire d'aire progressivement croissante à partir de ladite couronne d'injection pour diminuer rapidement et sans turbulence sa vitesse axiale, et de manière d'autre part à centrer et a stabiliser ledit vortex libre.
6/ Séparateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite ogive d'entrée est conique avec un demi-angle au sommet compris entre 10 et 40 degrés.
7/ Séparateur selon la revendication 1, prévu pour recevoir un dit li-quide d'entrée dans lequel ledit fluide ajouté dispersé présente une densité plus faible que celle dudit liquide de base, de sorte que ce fluide ajouté forme un barreau axial dans ladite chambre de séparation, - ce séparateur étant caractérisé par le fait que ladite ouverture de sortie secondaire est constituée par un tube de sortie secondaire à
l'extrémité aval de ladite chambre de séparation, ce tube pénétrant coaxialement dans ladite chambre de séparation à travers ladite ouvertu-re de sortie principale, qui est une ouverture annulaire autour de ce tube, - ledit conduit d'entrée comportant un tube d'entrée fixe coaxial à cette chambre, de manière que le bord intérieur desdits guides accélérateurs d'entrée soit proche dudit axe et que la mise en rotation du liquide d'entrée par ces guides ne provoque pas dans ce liquide de cisaillements nuisibles susceptibles de casser lesdits globules du fluide ajouté et de rendre ces globules impossibles à séparer.
l'extrémité aval de ladite chambre de séparation, ce tube pénétrant coaxialement dans ladite chambre de séparation à travers ladite ouvertu-re de sortie principale, qui est une ouverture annulaire autour de ce tube, - ledit conduit d'entrée comportant un tube d'entrée fixe coaxial à cette chambre, de manière que le bord intérieur desdits guides accélérateurs d'entrée soit proche dudit axe et que la mise en rotation du liquide d'entrée par ces guides ne provoque pas dans ce liquide de cisaillements nuisibles susceptibles de casser lesdits globules du fluide ajouté et de rendre ces globules impossibles à séparer.
8/ Séparateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit conduit d'entrée comporte en outre, entre la sortie dudit tube d'entrée fixe et lesdits guides accélérateurs d'entrée, un tube d'entrée tournant solidaire de ces guides, de manière à commencer à entraîner le liquide d'entrée en rotation avant qu'il rencontre les bords intérieurs de ces guides et à diminuer ainsi lesdits cisaillements nuisibles.
9/ Séparateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit tube d'entrée coaxial fixe est un tube de support rigide et porte extérieurement un palier amont, - ladite paroi latérale cylindrique tournante étant munie d'un prolongement amont qui est coaxial et rigide et s'étend jusqu'à ce palier pour être supporté par celui-ci, un joint d'étanchéité étant disposé
entre ce prolongement amont tournant et ce tube de support fixe, entre l'extrémité de sortie de ce tube et ce palier, de manière a empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
entre ce prolongement amont tournant et ce tube de support fixe, entre l'extrémité de sortie de ce tube et ce palier, de manière a empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
10/ Séparateur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ladite ouverture de sortie principale se prolonge vers l'aval par un divergent jusqu'à une chambre de sortie principale de section de passage annulaire accrue autour dudit tube de sortie secondaire de manière à
diminuer la consommation d'énergie du séparateur, - la paroi latérale de cette chambre de sortie étant constituée par un prolongement aval coaxial rigide de ladite paroi latérale tournante de la chambre de séparation, ce prolongement portant extérieurement un pa-lier aval qui s'appuie sur un support extérieur fixe et qui coopère avec ledit palier amont pour maintenir ladite chambre de séparation, - un joint d'étanchéité étant disposé entre ce support fixe et ce prolongement aval tournant, entre la sortie de ce prolongement et ce palier, de manière à empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
diminuer la consommation d'énergie du séparateur, - la paroi latérale de cette chambre de sortie étant constituée par un prolongement aval coaxial rigide de ladite paroi latérale tournante de la chambre de séparation, ce prolongement portant extérieurement un pa-lier aval qui s'appuie sur un support extérieur fixe et qui coopère avec ledit palier amont pour maintenir ladite chambre de séparation, - un joint d'étanchéité étant disposé entre ce support fixe et ce prolongement aval tournant, entre la sortie de ce prolongement et ce palier, de manière à empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
11/ Séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène, ce séparateur étant prévu pour recevoir un débit d'un liquide d'entrée hétérogène constitué par un liquide de base et par des globules dispersés d'un fluide ajouté de densité différente de celle de ce liquide de base, ce séparateur étant destiné à fournir en sortie d'une part un débit majori-taire d'un liquide de sortie principal constitué par ledit liquide de base débarassé au moins partiellement dudit fluide ajouté et d'autre part un débit minoritaire d'un fluide de sortie secondaire contenant une proportion accrue de ce fluide ajouté, - ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal et compor-tant une chambre de séparation allongée qui a une extrémité amont, une extrémité aval, et une paroi latérale qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée, - des moyens d'entraînement pour faire tourner cette paroi autour de cet axe, - un conduit d'entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l'extrémité amont de cette chambre, - cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale formée à sa dite extrémité aval et présentant un rayon extérieur inférieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en créant dans cette chambre un écoulement du type vortex libre dans lequel la vitesse circonférentielle du liquide croît à partir de la paroi tournante jusqu'à une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassemble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité vers cette zone axiale, - et au moins une ouverture de sortie secondaire pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge ras-semble ce fluide, - ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des canaux d'injection de liquide dans ladite chambre de séparation, ces canaux étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante, ayant chacun un axe de canal coplanaire audit axe de séparateur, et étant répartis autour de dernier, chacun de ces canaux présentant une entrée pour recevoir ledit liquide d'entrée provenant dudit conduit d'entrée, une sortie située à une distance dudit axe sensiblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions transversales pour que la vitesse circonférentielle relative de ce liquide d'entrée par rapport à ladite paroi tournante soit sensiblement annulée quand ce liquida entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaître un gradient radial de vitesse circonférentielle qui ce continuerait contre cette paroi sur la longueur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à
compenser au voisinage de cette paroi l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petits dudit fluide ajouté.
compenser au voisinage de cette paroi l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petits dudit fluide ajouté.
12. Séparateur selon la revendication 1, 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens accélérateurs d'entrée sont constitués par des guides accélérateurs d'entrée répartis autour dudit axe et tournant avec cette paroi, chacun de ces guides présentant un bord intérieur à une distance de cet axe inférieure audit rayon d'entrée pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, chacun de ces guides s'étendant jusqu'à un bord extérieur plus loin de cet axe.
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