FR2513541A1 - RADIAL INJECTOR FOR SUCTION AND DIFFUSION OF A GAS IN A LIQUID - Google Patents

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Abstract

Radial injector for drawing in and distributing a gas in a liquid, having a motor-driven bladed wheel which is arranged on the underside of the injector housing and, on its upper side, is in contact with the gas fed in, while its underside dips into the liquid. The wheel has blades on both sides, all the blades being aligned approximately radially and the blades arranged on the upper side of the bladed wheel being connected at the circumference by a cylinder, the lower rim of which forms an annular gap in relation to the rim of the bladed wheel, which is preferably designed as a sharp edge.

Description

La présente invention concerne un injecteur radial destiné à l'aspiration et la répartition d'un gaz dans un liquide, avec un disque éjecteur, entraîné par moteur, disposé sur la face inférieure du carter de l'injecteur, qui est en contact, sur sa face supérieure, avec le gaz introduit, et, sur sa face inférieure, à l'état plongé, avec le liquide, ce disque étant pourvu d'aubes, ou analogues, sur chacune de ses faces. De tels injecteurs radiaux permettent d'introduire et de répartir un gaz sous forme de fines bulles dans un liquide. The present invention relates to a radial injector intended for the suction and distribution of a gas in a liquid, with an ejector disc, driven by a motor, disposed on the underside of the injector housing, which is in contact, on its upper face, with the gas introduced, and, on its lower face, in the submerged state, with the liquid, this disc being provided with blades, or the like, on each of its faces. Such radial injectors make it possible to introduce and distribute a gas in the form of fine bubbles in a liquid.

On connaît déjà, sous différentes formes de construction, des injecteurs radiaux pour l'introduction de gaz dans des liquides. Dans quelques appareils, l'ouverture à travers laquelle le gaz est expulsé sous l'effet de la dépression du liquide circulant devant la sortie, est prévue comme une fente entre un disque rotatif et l'enveloppe du tuyau par lequel le gaz est amené. Dans d'autres appareils, la partie du disque éjecteur qui déplace le gaz est analogue à une roue ou un volant de ventilateur ou de pompe, recouverte d'une plaque horizontale. D'autres appareils possèdent une chambre de diffusion de forme annulaire qui est montée à la suite du disque éjecteur dans la direction de l'écoulement. Il existe également des modes de réalisation dans lesquels le gaz est amené à travers l'arbre d'entrainement creux et par des canaux jusqu'au pourtour du disque éjecteur. Radial injectors are already known, in different forms of construction, for the introduction of gases into liquids. In some devices, the opening through which the gas is expelled under the effect of the depression of the liquid circulating in front of the outlet, is provided as a slit between a rotating disc and the envelope of the pipe through which the gas is supplied. In other devices, the part of the ejector disc which displaces the gas is analogous to a wheel or a flywheel of a fan or pump, covered with a horizontal plate. Other devices have an annular diffusion chamber which is mounted after the ejector disc in the direction of flow. There are also embodiments in which the gas is brought through the hollow drive shaft and through channels to the periphery of the ejector disc.

Dans la majorité des appareils de ce genre, l'arête de bord, sur laquelle le liquide vient en contact avec le gaz est émoussée ou arrondie. Il en résulte que le mélange entre le gaz et le liquide ne s'effectue pas directement sur le bord du disque éjecteur, mais seulement un peu après, de sorte que, fréquemment, la dispersion en fines bulles désirée n'est pas du tout obtenue. Toutes les formes de réalisation dans lesquelles un diffuseur annulaire monté à la suite doit favoriser le mélange intime de l'air et du liquide présentent l'inconvénient que la fente annulaire est facilement chargée de particules étrangères grossières contenues dans le liquide, ce qui influence défavorablement l'efficacité de l'appareil et même s'y oppose complètement.  In the majority of devices of this kind, the edge edge, on which the liquid comes into contact with the gas is blunt or rounded. As a result, the mixing between the gas and the liquid is not carried out directly on the edge of the ejector disc, but only a little later, so that frequently the desired dispersion in fine bubbles is not obtained at all . All the embodiments in which an annular diffuser mounted in succession must promote the intimate mixing of air and liquid have the disadvantage that the annular slot is easily loaded with coarse foreign particles contained in the liquid, which adversely influences the efficiency of the device and even completely opposes it.

Les exécutions connues avec des arbres prolongés, en partie également avec des arbres creux, constituent des solutions compliquées et relativement non économiques. Known designs with extended shafts, also partly with hollow shafts, are complicated and relatively uneconomical solutions.

La présente invention a pour but de constituer un injecteur du type mentionné au début, avec lequel les inconvénients des injecteurs connus sont évités, et qui assure un mélange intime du gaz amené avec le liquide à chaque endroit où le liquide atteint sa vitesse maximale. The object of the present invention is to constitute an injector of the type mentioned at the start, with which the drawbacks of known injectors are avoided, and which ensures an intimate mixture of the gas supplied with the liquid at each place where the liquid reaches its maximum speed.

Dans ce but, l'injecteur conforme à l'invention est caractérisé en ce que toutes les aubes du disque éjecteur sont orientées radialement, celles qui sont disposées sur la face supérieure du disque éjecteur étant reliées, sur le pourtour, par un cylindre, dont le bord inférieur forme une fente annulaire avec le bord du disque constitué, de préférence, comme une arête de couteau. For this purpose, the injector according to the invention is characterized in that all the vanes of the ejector disc are oriented radially, those which are arranged on the upper face of the ejector disc being connected, on the periphery, by a cylinder, of which the lower edge forms an annular slot with the edge of the disc formed, preferably, like a knife edge.

Ainsi, non seulement on obtient brusquement un mélange intime des fluides amenés pratiquement sans perte de frottement contre les parois. En outre, grâce au contact immédiat des deux fluides, directement dans la zone de vitesse maximale du liquide, lors de sa sortie du domaine des aubes sur le pourtour du disque, une introduction du gaz dans le liquide sous forme de fines bulles est assurée. Thus, not only is there suddenly obtained an intimate mixture of the fluids supplied practically without loss of friction against the walls. In addition, thanks to the immediate contact of the two fluids, directly in the zone of maximum speed of the liquid, when it leaves the field of the vanes around the periphery of the disc, an introduction of the gas into the liquid in the form of fine bubbles is ensured.

En outre, les aubes ou nervures orientées radialement sur chacune des faces du disque présentent des surfaces de contact aussi courtes que possible absorbant peu d'énergie.In addition, the blades or ribs oriented radially on each of the faces of the disc have contact surfaces that are as short as possible and absorb little energy.

En même temps, avec cette disposition, l'appareil est indépendant du sens de rotation. Le cylindre, qui relie entre elles les aubes du côté du gaz, permet également la réalisation d'une petite fente par rapport au carter d'injecteur contenant la chambre à gaz. Cette solution est également favorable du point de vue des tolérances, dans la fabrication de l'appareil.At the same time, with this arrangement, the device is independent of the direction of rotation. The cylinder, which connects the vanes on the gas side, also allows a small slot to be made with respect to the injector housing containing the gas chamber. This solution is also favorable from the point of view of tolerances, in the manufacture of the device.

L'invention est également caractérisée en ce que la face supérieure du disque éjecteur a une forme conique et est pourvue de rainures radiales, dont les extrémités donnent au bord du disque éjecteur à arête vive une forme en dents de scie qui contribue encore à un mélange intime du gaz avec le liquide. The invention is also characterized in that the upper face of the ejector disc has a conical shape and is provided with radial grooves, the ends of which give the edge of the ejector disc with a sharp edge a sawtooth shape which further contributes to mixing intimate gas with liquid.

Conformément à l'invention, il est, en outre, possi ble d'orienter la face inférieure du disque éjecteur perpendiculairement à l'axe de rotation. Grâce à cette disposition, l'effet de la force centrifuge du disque en direction radiale est totalement utilisé. According to the invention, it is also possible to orient the underside of the ejector disc perpendicular to the axis of rotation. Thanks to this arrangement, the effect of the centrifugal force of the disc in the radial direction is fully used.

L'invention est, en outre, caractérisée en ce que le cylindre qui relie entre elles les aubes sur la face supérieur du disque éjecteur recouvre avec jeu sur son côté inférieur, une ouverture circulaire du carter de l'injecteur, le côté intérieur du cylindre, dans la zone de la fente annulaire, se raccordant à une surface courbe offrant un faible coefficient de frottement avec l'air, les aubes qui interrompent la fente annulaire ayant une longueur maximale égale au 1/3 de l'extension radiale du disque éjecteur. Grâce au côté intérieur courbe du cylindre, l'aspiration du gaz est assurée sans perte de frottement trop important jusqu'à la fente annulaire. Grâce aux faibles dimensions des aubes en direction radiale, les surfaces de contact sur lesquelles pourraient se produire des pertes par frottement sont de courte longueur. The invention is further characterized in that the cylinder which interconnects the blades on the upper face of the ejector disc covers with clearance on its lower side, a circular opening of the injector housing, the inner side of the cylinder , in the area of the annular slot, connecting to a curved surface offering a low coefficient of friction with air, the vanes which interrupt the annular slot having a maximum length equal to 1/3 of the radial extension of the ejector disc . Thanks to the curved inner side of the cylinder, gas suction is ensured without too much loss of friction up to the annular gap. Due to the small dimensions of the blades in the radial direction, the contact surfaces on which friction losses could occur are short.

Enfin, conformément à l'invention, il est possible de prévoir que la fente annulaire entre le cylindre et le bord à arête vive est recouverte par un morceau de tuyau classique fixé au cylindre, qui fait saillie au-delà du bord, ou bien que, sur une ouverture de la conduite d'amenée de gaz, est prévu un flotteur, qui l'obture en cas de pénétration de liquide. On évite ainsi, pendant les périodes d'arrêt, une introduction de liquide dans la conduite d'amenée de gaz, de telle sorte que l'injecteur radial peut être amené à son débit maximal dès sa mise en marche. Finally, in accordance with the invention, it is possible to provide that the annular slot between the cylinder and the sharp-edged edge is covered by a piece of conventional pipe fixed to the cylinder, which protrudes beyond the edge, or else that , on an opening of the gas supply pipe, a float is provided, which blocks it in the event of liquid penetration. This avoids, during periods of stoppage, an introduction of liquid into the gas supply line, so that the radial injector can be brought to its maximum flow rate as soon as it is started.

L'invention est expliquée ci-après à propos d'un exemple de réalisation, avec référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique de l'injecteur radial conforme à l'invention, en service dans un récipient rempli de liquide, la figure 2 est une vue en coupe partielle verticale de l'injecteur de l'invention, et les figures 3 et 4 sont des variantes d'un dispositif obturateur pour le canal d'amenée de gaz de l'injecteur radial. The invention is explained below in connection with an exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings in which FIG. 1 is a schematic view of the radial injector according to the invention, in service in a container filled with liquid , Figure 2 is a partial vertical sectional view of the injector of the invention, and Figures 3 and 4 are variants of a shutter device for the gas supply channel of the radial injector.

D'après la figure 1, l'injecteur radial conforme à l'invention 1, est mis en place au centre d'un récipient de mélange 2, qui est rempli jusqu'à un niveau 3, avec le liquide à traiter, par exemple du purin. L'injecteur radial 1 est pourvu d'une canalisation électrique d'amenée 4, d'une haussière de soulèvement 5, d'un tuyau souple d'amenée d'air 6, et d'un dispositif 7 de raccordement au réseau électrique, muni d'un mécanisme d'horlogerie de connexion, non représenté. Le courant électrique alimente un moteur électrique 8. Sur la face inférieure du carter 9 de l'injecteur, se trouve un disque éjecteur 10, dont la surface supérieure est en contact avec l'air amené, et la surface inférieure est en contact avec le liquide contenu avec agitation dans le récipient 2. Des jambes 11 assurent un appui stable de l'injecteur 1 sur le fond du récipient 2. According to FIG. 1, the radial injector according to the invention 1 is placed in the center of a mixing container 2, which is filled to a level 3, with the liquid to be treated, for example liquid manure. The radial injector 1 is provided with an electrical supply pipe 4, a lifting hawser 5, a flexible air supply pipe 6, and a device 7 for connection to the electrical network, provided with a connection clock mechanism, not shown. The electric current feeds an electric motor 8. On the underside of the casing 9 of the injector, there is an ejector disc 10, the upper surface of which is in contact with the supplied air, and the lower surface is in contact with the liquid contained with agitation in the container 2. Legs 11 ensure stable support of the injector 1 on the bottom of the container 2.

D'après la figure 2, on voit que le carter 9 de l'injecteur radial 1 est pourvu, sur son côté inférieur, d'un appendice 12, lequel renferme la chambre pour l'air amené par la conduite 6 qui est fermée sur le côté inférieur par le disque éjecteur 10, lequel présente, sur sa face supérieure ainsi que sur sa face inférieure, des nervures 13, 14 orientées radialement. Les nervures supérieures 13 sont, en direction radiale, d'une longueur maximale égale au 1/3 du rayon du disque éjecteur 10 et sont réunies, sur le pourtour du disque, par un cylindre 15. Ce cylindre forme, avec le bord 16, à arête vive, du disque éjecteur 10, une fente annulaire 17, qui présente une section transversale dégressive,. par le côté intérieur recourbé 18 du cylindre 15, jusqu'à l'emplacement de sortie de l'air dans le liquide. From FIG. 2, it can be seen that the casing 9 of the radial injector 1 is provided, on its lower side, with an appendage 12, which encloses the chamber for the air supplied by line 6 which is closed on the lower side by the ejector disc 10, which has, on its upper face as well as on its lower face, ribs 13, 14 oriented radially. The upper ribs 13 are, in the radial direction, of a maximum length equal to 1/3 of the radius of the ejector disc 10 and are joined, around the periphery of the disc, by a cylinder 15. This cylinder forms, with the edge 16, with a sharp edge, from the ejector disc 10, an annular slot 17, which has a decreasing cross section ,. by the curved inner side 18 of the cylinder 15, up to the point of exit of the air in the liquid.

Le cylindre est engagé avec jeu dans l'ouverture 19 prévue sur la face inférieure de l'appendice de carter 12. The cylinder is engaged with clearance in the opening 19 provided on the underside of the housing appendage 12.

La face supérieure 20 du disque éjecteur 10 est constituée en forme de cône dont l'angle au sommet est égal au maximum à 150 degrés. The upper face 20 of the ejector disc 10 is made in the shape of a cone whose angle at the top is equal to a maximum of 150 degrees.

La face inférieure 21 du disque éjecteur 10 s'étend perpendiculairement à l'axe du disque et elle porte des aubes ou ailettes 14 qui s'étendent jusqu'au bord 16 du disque. The lower face 21 of the ejector disc 10 extends perpendicular to the axis of the disc and it carries vanes or fins 14 which extend to the edge 16 of the disc.

D'après la figure 2, il est visible que le liquide qui est déplacé vers l'extérieur, en direction des flèches 22, 23, par la force centrifuge, rencontre, sur le bord à arête vive 16, directement l'air qui est aspiré hors de la fente annulaire 17, auquel il se mélange intimement, en formant plusieurs petites bulle. Grâce à la surface courbe 18 et à la courte surface de contact des aubes 19, il ne se produit que de faibles pertes par frottement de parois pour l'air aspiré. From FIG. 2, it is visible that the liquid which is displaced towards the outside, in the direction of the arrows 22, 23, by centrifugal force, meets, on the sharp edge 16, directly the air which is sucked out of the annular slot 17, to which it mixes intimately, forming several small bubbles. Thanks to the curved surface 18 and the short contact surface of the blades 19, only slight friction losses of the walls occur for the air drawn.

Etant donné que, pendant les périodes d'arrêt, du liquide est refoulé par pression, à travers la fente annulaire 17 du disque éjecteur 10, dans la conduite d'amenée de gaz 6, il est fréquemment avantageux de.prévoir une soupape d'arrêt anti-retour. Une possibilité de réalisation consiste, d'après la figure 3, en ce que la fente annulaire 17, au pourtour du disque éjecteur 10, est recouverte par une pièce de tuyau souple en caoutchouc 24, qui dépasse légèrement au-delà de la surface supérieure chargée par du liquide, et qui, en fonctionnement du disque, est entourée par le courant de liquide et libère ainsi la fente annulaire. Since, during the shutdown periods, liquid is discharged by pressure, through the annular slot 17 of the ejector disc 10, into the gas supply line 6, it is frequently advantageous to provide a valve. non-return stop. One possible embodiment consists, according to FIG. 3, in that the annular slot 17, at the periphery of the ejector disc 10, is covered by a piece of flexible rubber hose 24, which protrudes slightly beyond the upper surface charged with liquid, and which, in operation of the disc, is surrounded by the current of liquid and thus releases the annular slot.

Une autre possibilité réside dans la disposition d'un flotteur 25 qui est placé, conformément à la figure 4, sur une ouverture 26 de la conduite d'amenée de gaz 6. Another possibility lies in the provision of a float 25 which is placed, in accordance with FIG. 4, on an opening 26 of the gas supply pipe 6.

Pour le fonctionnement correct et régulier de l'injecteur radial conforme à l'invention, il est judicieux de prévoir le diamètre d'entrée 27 du cylindre 15 d'une grandeur telle, qu'il corresponde au minimum à 90 % du diamètre 28 du disque éjecteur 10. For the correct and regular operation of the radial injector according to the invention, it is advisable to provide the inlet diameter 27 of the cylinder 15 of a size such that it corresponds to at least 90% of the diameter 28 of the ejector disc 10.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés, car l'injecteur radial conforme à l'invention convient également, par exemple, à la ventilation de moûts de fermentation (CO2) ainsi qu'à un traitement par l'air pour la clarification de boues de sédimentation et à la ventilation de viviers à poissons.  The invention is not limited to the embodiments shown, because the radial injector according to the invention is also suitable, for example, for the ventilation of fermentation musts (CO2) as well as for treatment with air. for the clarification of sedimentation sludge and for the ventilation of fish tanks.

Claims (7)

- R E V E N D I C A T I O N#S -- R E V E N D I C A T I O N # S - 1. Injecteur radial pour l'aspiration et la diffusion d'un gaz dans un liquide, avec un disque éjecteur centrifuge, entraîné par moteur, disposé sur le côté inférieur du carter de l'injecteur qui est en contact, sur sa face supérieure, avec le gaz amené, et, sur sa face inférieure avec le liquide dans lequel il baigne, et qui présente, sur chacune de ses faces, des aubes ou ailettes, injecteur caractérisé en ce que toutes les aubes (13, 14) du disque éjecteur (10) sont orientées radialement, en ce que les aubes (13) disposées sur la face supérieure du disque éjecteur sont reliées entre elles, sur le pourtour, par un cylindre (15) qui forme, avec le bord inférieur (18), de préférence constitué avec une arête vive (16), du disque éjecteur, une fente annulaire (17). 1. Radial injector for the suction and diffusion of a gas into a liquid, with a centrifugal ejector disk, driven by a motor, arranged on the lower side of the injector housing which is in contact, on its upper face, with the gas supplied, and, on its underside with the liquid in which it bathes, and which has, on each of its faces, vanes or fins, injector characterized in that all the vanes (13, 14) of the ejector disc (10) are oriented radially, in that the vanes (13) arranged on the upper face of the ejector disc are interconnected, on the periphery, by a cylinder (15) which forms, with the lower edge (18), of preferably formed with a sharp edge (16), the ejector disc, an annular slot (17). 2. Injecteur radial, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la face supérieure du disque éjecteur (10) est constituée en forme conique, et elle présente des rainures radiales, dont l'extrémité confère au bord à arête vive (16) du disque éjecteur (10), une forme en dents de scie. 2. radial injector according to claim 1, characterized in that the upper face of the ejector disc (10) is formed in a conical shape, and it has radial grooves, the end of which gives the edge with a sharp edge (16) of the ejector disc (10), a sawtooth shape. 3. Injecteur radial, suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la face inférieure du disque éjecteur (10) est orientée essentiellement perpendiculairement à l'axe de rotation. 3. radial injector according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the underside of the ejector disc (10) is oriented essentially perpendicular to the axis of rotation. 4. Injecteur radial, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le cylindre (15) qui réunit les aubes (13) sur la face supérieure du disque éjecteur (10), recouvre avec jeu, sur son côté inférieur, une ouverture circulaire (19) du carter d'injecteur (9, 12), en ce que le côté intérieur du cylindre, dans la zone de la fente annulaire (17), se raccorde à une surface courbe (18) à faible coefficient de frottement pour l'air, et en ce que les aubes (13) qui interrompent la fente annulaire (17) ont une longueur égale au maximum au 1/3 de l'extension radiale du disque éjecteur (10). 4. radial injector according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cylinder (15) which joins the blades (13) on the upper face of the ejector disc (10), covers with play, on its side lower, a circular opening (19) of the injector housing (9, 12), in that the inner side of the cylinder, in the region of the annular slot (17), is connected to a curved surface (18) with low coefficient of friction for air, and in that the vanes (13) which interrupt the annular slot (17) have a length equal at most to 1/3 of the radial extension of the ejector disc (10). 5. Injecteur radial, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fente annulaire (17) entre le cylindre (15) et le bord à arête vive (16) est recouverte par un morceau de tuyau souple flexible (24) fixé sur le cylindre (15) et qui dépasse le bord à arête vive (16) du disque. 5. radial injector according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the annular slot (17) between the cylinder (15) and the sharp edge (16) is covered by a piece of flexible flexible pipe (24) fixed on the cylinder (15) and which projects beyond the sharp edge (16) of the disc. 6. Injecteur radial, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, sur une ouverture (26) de la conduite d'amenée de gaz (6), est prévu un flotteur (25) qui obture l'ouverture en cas de pénétration de liquide. 6. radial injector according to any one of claims 1 to 4, characterized in that, on an opening (26) of the gas supply pipe (6), is provided a float (25) which closes the opening in case of liquid penetration. 7. Injecteur radial, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre d'entrée (27) du cylindre (15) s'élève à au moins 90 % du diamètre (28) du disque éjecteur centrifuge (10).  7. radial injector according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the inlet diameter (27) of the cylinder (15) amounts to at least 90% of the diameter (28) of the centrifugal ejector disc (10).
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