FR2589755A1 - Procede et dispositif pour separer les differentes phases de milieux coulants a plusieurs phases - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION EST RELATIVE A UN PROCEDE ET A UN DISPOSITIF POUR SEPARER LES DIFFERENTES PHASES DE MILIEUX COULANTS A PLUSIEURS PHASES. LE DISPOSITIF DE SEPARATION COMPORTE UN CARTER 1 POURVU D'UNE OUVERTURE D'ENTREE ET D'UNE OUVERTURE DE SORTIE, PRESENTANT UNE SECTION DROITE DECROISSANTE, DELIMITANT LA CHAMBRE D'ECOULEMENT AYANT LA FORME D'UN SOLIDE DE REVOLUTION, LEQUEL DISPOSITIF SE CARACTERISE EN CE QUE LA SURFACE 31 DU CARTER 1 DELIMITANT LA CHAMBRE D'ECOULEMENT 32 EST CONFORMEE SUIVANT LA SURFACE DE COURANT DU TOURBILLON POTENTIEL.

Description

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour

séparer les différentes phases de milieux

coulants à plusieurs phases.

Pour séparer les phases de mélanges comprenant des gaz et des matières granuleuses solides, il est bien connu d'utiliser ce qu'on appelle des aérocyclones. On sépare

en général en leurs phases des mélanges comprenant des liqui-

des et des solides granuleux dans ce qu'on appelle des hydro-

cyclones.L'hydrocyclone convient au mieux également pour

séparer les différentes phases de liquides formant des mélan-

ges, lorsque les phases ne forment pas d'émulsion entre elles et que leurs densités sont différentes. Dans le cas des deux cyclones, on fait couler les milieux à séparer en phases dans un champ de force centrifuge, en utilisant l'effet du champ de force centrifuge dans lequel les phases de plus forte

densité sont déplacées avant les phases de plus faible densité.

Même si les différents cyclones se sont avérés appropriés dans la pratique, ils présentent des inconvénients

consistant en ce que, dans des conditions Théologiques forte-

ment perturbées, ils ne peuvent séparer des phases parfaite-

ment pures. Les problèmes liés aux conditions rhéologiques résultent de la configuration géométrique. Cependant, les écoulements perturbés provoquent toujours en même temps des pertes d'énergie, ce qui d'une part amoindrit le rendement

et, d'autre part, a un effet négatif sur la qualité de la sé-

paration. Dans les cyclones, la section de passage et la direction de l'écoulement changent de façon discontinue en

certains endroits, ce qui entraîne un écoulement dissymétrique.

L'écoulement dissymétrique prenant forme pendant l'entrée passe dans un espace symétrique dans la partie cylindrique et la partie inférieure conique du cyclone, et dans les tubes de sortie, sans que l'écoulement lui-même puisse prendre une

configuration d'écoulement symétrique. Dans le trajet dis-

symétrique précédent, les pertes d'énergie sont en effet si élevées que l'énergie de rupture résiduelle suffit seulement à maintenir l'écoulement dissymétrique sur la géométrie symétrique, l'énergie nécessaire pour la conversion ne peut

déjà être assurée.

L'écoulement s'améliore légèrement sur le trajet inférieur de la partie conique du cyclone o le milieu est obligé de s'écouler sur une trajectoire de rayon constamment décroissant, et en même temps la vitesse de circulation

des gaz augmente (au détriment de l'énergie potentielle).

La vitesse de circulation augmente jusqu'à ce que la totalité de l'énergie potentielle soit convertie en énergie cinétique, les pertes dues à la conversion d'énergie étant également couvertes, bien entendu. Le rayon de la trajectoire

d'écoulement ne peut alors plus diminuer, du fait que l'éner-

gie nécessaire n'est plus disponible. Il se forme corrélati-

vement un tube de courant qui ne peut s'achever, dans le

cadre des lois de la physique, ni en un liquide, ni en un gaz.

Lorsque le rayon de la section droite inférieure du cyclone est supérieur à celui du tube de courant, le tube de courant sort du cyclone; si le rayon est plus petit,

il monte et sort par le "tube à cyclone" (tube de tourbillon-

nement) supérieur, dans l'hypothèse o le rayon de ce dernier est supérieur à celui du tube de courant. Si l'on choisit alors le rapport des sections droites de sortie supérieure et inférieure corrélativement, le tube de courant sort par

en bas comme par en haut et entraîne (activant l'environne-

ment) le milieu extérieur dans les deux sens. Cela implique donc que l'écoulement forme le tube de courant en s'écoulant de l'extérieur vers l'intérieur dans la région inférieure du cône, au détriment de la conversion de la fraction potentielle

de l'énergie de rupture encore disponible.

En tenant compte du fait qu'il s'écoule en général en même temps dans les cyclones deux phases de caractère différent (par exemple, de l'air et un solide ou de l'eau et un solide), la phase de plus forte densité tend à se diriger

vers la paroi du cyclone sous l'effet de la force centrifuge.

La phase qui parvient à la paroi du cyclone (le solide) se concentre dans la région inférieure du cône, de sorte que

le tube de courant se forme sur le solide, ou s'y achève.

Compte tenu du fait que, sur la surface du tube de courant, la matière ne peut ni sortir, ni entrer, le tube de courant n'est formé que par les éléments de phase (éléments gazeux ou éléments liquides) qui participent à la formation, ainsi que par les grains de solide qui ont été entraînés à partir

des grains concentrés par la résistance du gaz ou du liquide.

Bien entendu, tous les grains qui n'ont pu être centrifugés

dès le départ forment les éléments du tube de courant.

Dans le cadre de ce qui vient d'être décrit, on ne pourrait non plus séparer des phases gazeuses ou liquides pures à l'aide d'un cyclone si les grains pouvaient être retirés par centrifugation de l'environnement du tube de

courant, du fait que le tube de courant s'achevant (ou s'ache-

vant partiellement) sur la matière solide concentrée entraîne

les grains au moment de la formation.

Dans les cyclones, il y a encore quelque chose qui milite également contre la séparation de la phase pure,

à savoir le fait qu'en général la partie supérieure d'évacua-

tion est plus courte que la hauteur de la partie cylindrique et qu'il y règne la pression de l'environnement, de sorte que la phase qui y passe peut sortir librement. Ainsi, une quantité considérable de la phase mélangée sort à l'extérieur, avant que le champ de force centrifuge ait pu sélectionner

les grains solides.

Un autre inconvénient des hydrocyclones consiste, encore, en ce que l'on ne peut les utiliser avec succès pour la concentration, la séparation des phases et le triage que lorsque l'écoulement de sortie libre est garanti pour les deux ouvertures de sortie, sinon les pertes d'écoulement de sortie consomment la partie restante de l'énergie. En d'autres termes, dans les cyclones, l'énergie qui a été introduite,

dans le canal d'amenée, en tant que somme de l'énergie ciné-

tique et de l'énergie potentielle est entièrement consommée.

En résumé, le rendement des cyclones reste bien

en-deçà de la valeur souhaitée pour les installations moder-

nes, du fait que la conformation est insatisfaisante du

point de vue de la technique des fluides et de l'énergétique.

L'invention vise à supprimer les inconvénients précités.

L'invention a pour objet un procédé et un disposi-

tif pour séparer les différentes phases de milieux coulants à plusieurs phases, qui permettent d'améliorer dans une large mesure la qualité de séparation et de réduire largement

la consommation d'énergie.

L'invention part du fait que l'on ne peut garantir l'absence de perturbation de l'écoulement tourbillonnaire que lorsque la chambre d'écoulement est limitée le long de la surface de courant. Les surfaces de courant constituent les surfaces à travers lesquelles les éléments du milieu à écoulement tourbillonnaire ne peuvent en aucun cas passer,

en d'autres termes elles forment les surfaces le long des-

quelles s'écoulent ces éléments. Si alors la chambre d'écoule-

ment est délimitée par une surface de courant convexe (un cylindre de tourbillonnement), la composante tourbillonnaire se comportera à l'intérieur de la surface de courant comme si elle précédait la séparation (dans l'hypothèse o l'on s'assure d'une même quantité et qualité pour l'alimentation en énergie). Lorsque la chambre d'écoulement est délimitée de l'extérieur et de l'intérieur par de telles surfaces de

courant, les pertes d'énergie sont réduites au minimum.

Si alors la phase plus dense, s'accumulant au contact de la

surface extérieure, est séparée à l'aide d'un canal "d'arra-

chement" ("d'écorçage"), qui est également délimité par des surfaces de courant, les pertes d'énergie sont minimales, même à la sortie. On améliore ainsi dans une large mesure la

qualité de séparation, et le bilan énergétique prend égale-

ment une tournure très favorable.

On s'est également rendu compte du fait qu'on peut réduire dans une large mesure les pertes d'entrée et garantir pratiquement la parfaite symétrie de l'écoulement dès l'entrée, lorsqu'on introduit des milieux en quantité identique pendant l'unité de temps à l'extrémité supérieure du domaine tourbillonnaire de toutes parts à travers une

section d'entrée.

Sur la base de ces faits, on atteint le premier objectif grâce à un procédé de séparation des différentes phases de milieux coulants à plusieurs phases, au cours

duquel on fait subir au milieu dans le champ de force centri-

fuge un écoulement en spirale se poursuivant à une vitesse croissante, les différentes phases étant séparées entre elles selon la distance à l'axe du champ de force centrifuge, et au cours duquel, dans le cadre de l'invention, on fait effectuer au milieu un mouvement tourbillonnaire potentiel, et l'on sépare mutuellement les différentes phases à l'aide des canaux "d'écorçage" délimités par les surfaces de courant de

la chambre de tourbillonnement.

Selon un mode d'exécution avantageux du procédé selon l'invention, on adapte énergétiquement et du point de vue de la technique des fluides les canaux "d'écorçage" à

la chambre de tourbillonnement.

Il s'avère approprié que le milieu à plusieurs phases soit introduit tangentiellement par un canal d'entrée concentrique coaxial se raccordant radialement de l'extérieur

à la chambre de tourbillonnement, sous un angle aigu.

On considère en outre comme avantageux d'évacuer la phase de support en la faisant revenir dans le tube de

courant formé le long de l'axe de la chambre de tourbillonne-

ment. On atteint le second objectif de l'invention au moyen d'un dispositif de séparation des différentes phases d'un milieu coulant à plusieurs phases, qui comporte un carter pourvu d'une ouverture d'entrée et d'une ouverture de sortie,

de section droite décroissante, embrassant la chambre d'écou-

lement ayant la forme d'un solide de révolution, et dans lequel, dans le cadre de l'invention, la surface du carter délimitant la chambre d'écoulement est conformée selon la

surface de courant du tourbillon potentiel.

Selon un mode de réalisation avantageux du dispo-

sitif selon l'invention, on utilise un canal d'entrée en spirale, se raccordant à l'extrémité de plus grande section droite de la chambre d'écoulement le long d'une ouverture

d'entrée concentrique.

On considère comme avantageux que le dispositif comporte un canal d'entrée de section droite rectangulaire,

dont la dimension radiale est constante, et dont les généra-

trices sont parallèles à l'axe du carter.

Il est en outre avantageux que l'ouverture d'en-

trée comporte une surface intérieure se raccordant à la

surface délimitant la chambre d'écoulement du carter.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, il se raccorde au canal d'entrée une ouverture d'évacuation concentrique, située à l'extérieur de l'ouverture d'entrée et, à travers elle, un canal d'évacuation en spirale de

section droite croissante.

Selon un autre mode de réalisation avantageux du dispositif selon l'invention, le canal d'entrée comporte une surface d'arrêt en forme d'anneau circulaire centrée

sur l'axe du carter, réduisant l'ouverture d'entrée de l'inté-

rieur. Il est en outre avantageux que la surface du carter délimitant la chambre d'écoulement soit formée, entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie, par au moins deux sections de surface suivant des surfaces de courant différentes. Selon un autre mode de réalisation' avantageux du dispositif selbn l'invention, il est formé sur la surface

du carter délimitant la chambre d'écoulement, entre l'ouver-

ture d'entrée et l'ouverture de sortie, au moins une ouvertu-

re concentrique dite "d'écorçage", à laquelle se raccorde

un canal d'évacuation en spirale de section droite croissan-

te. Selon un autre mode de réalisation avantageux, un tube d'évacuation est disposé concentriquement suivant l'axe du carter, tube dont l'extrémité située du côté de l'ouverture de sortie du carter débouche à l'intérieur du carter, tandis que son autre extrémité est à l'extérieur du

carter au-dessus de l'ouverture d'entrée.

Le dispositif comporte avantageusement une struc-

ture appropriée pour le déplacement axial du tube d'évacua-

tion. Il est en outre avantageux de disposer entre

l'extrémité du tube d'évacuation située du côté de l'ouver-

ture de sortie et l'ouverture de sortie un élément de retour qui présente une surface de courant s'adaptant à la surface du carter, et se raccordant à la surface coaxiale revenant

à l'intérieur du tube d'évacuation.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'élément de retour est fixé à la tige de manoeuvre placée à l'intérieur du tube d'évacuation, reliée à la structure

appropriée pour le déplacement axial.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, la face de l'élément de retour située du côté de l'ouverture

de sortie comporte un évidement conique.

Dans certains cas, il peut être avantageux que la section de la surface du carter délimitant la chambre d'écoulement (qui est placée en direction de l'ouverture de

sortie) ait une conformation concave, vue de l'axe du car-

ter.

Enfin, on considère comme avantageux que l'extré-

mité du carter située du côté de l'ouverture de sortie soit

réalisée sous la forme d'un élément de retour, et que l'ouver-

ture de sortie soit réalisée sous la forme d'une ouverture d'évacuation concentrique se raccordant radialement à la

surface du carter délimitant la chambre d'écoulement.

Par rapport aux solutions antérieures, l'utilisa-

tion du procédé et du dispositif selon l'invention permet d'améliorer considérablement la qualité de séparation, tout

en obtenant une économie d'énergie importante.

On a la possiblité de réduire les pertes à la

sortie et à l'entrée, on peut régler le processus de sépara-

tion. Pour l'acheminement ultérieur de la phase sortante, une

énergie potentielle correspondante peut être cédée.

On va décrire à présent avec davantage de détails l'invention, sur quelques exemples d'exécution non limitatifs, en regard du dessin annexé dont: la figure 1 représente schématiquement une partie

du carter du dispositif du premier Exemple, en coupe longitu-

dinale; la figure 2 représente le schéma développé dans le plan du bord supérieur du détail du dispositif de la figure 1, ou selon le premier Exemple, avec un diagramme représentant le mode d'amenée du milieu à séparer; la figure 3 est une vue de face schématique du canal d'entrée du dispositif du Fremier Exemple;

la figure 4 est une vue de dessus schématique du canal d'en-

trée du dispositif selon le premier exemple de réalisation;

la figure 5 est une coupe longitudinale schémati-

que d'une partie du carter du dispositif selon le premier Exemple, avec le canal d'entrée qui se raccorde;

la figure 6 est une coupe longitudinale schémati-

que de la partie du dispositif selon le second Exemple située en direction du canal d'entrée; la figure 7 est une vue de dessus schématique du dispositif de la figure 6; la figure 8 est une vue en partie de face et en partie en coupe longitudinale du dispositif conforme au troisème Exemple de réalisation; la figure 9 représente, en coupe longitudinale, l'extrémité du dispositif conforme au quatrième Exemple de réalisation l'extrémité réalisation l'extrémité réalisation l'extrémité réalisation l'extrémité réalisation située du côté de l'ouverture de sortie; la figure 10 est une coupe longitudinale de du dispositif conforme au cinquième Exemple de située du côté de l'ouverture de sortie; la figure 11 est une coupe longitudinale de du dispositif conforme au sixième Exemple de située du côté de l'ouverture de sortie; la figure 12 est une coupe longitudinale de du dispositif conforme au septième Exemple de située du côté de l'ouverture de sortie; la figure 13 est une coupe longitudinale de du dispositif conforme au huitième Exemple de située du côté de l'ouverture de sortie; la figure 14 est une vue en partie de face et en partie en coupe longitudinale du dispositif conforme au

neuvième Exemple de réalisation.

Le dispositif selon le premier Exemple de réalisa-

tion comporte un carter 1 ayant la forme d'un solide de

révolution, délimité supérieurement par un plan 3 perpendi-

culaire à l'axe de symétrie 2 du carter 1. L'intersection de la surface intérieuredu carter 1 et du plan 3 est un cercle

de rayon rf. La paroi du carter 1 comporte une surface inté-

rieure 31 qui suit une surface de courant du tourbillon po-

tentiel ayant pour axe l'axe de symétrie 2. La surface 31 est éventuellement convexe, vue de l'axe de symétrie 2, ce qui n'est pas cependant absolument indispensable. Il est par contre d'une extrême importance que la section droite du carter 1 soit continuellement décroissante (décroissance monotone) au moins par sections, du côté d'entrée (plan 3) au

côté de sortie non représenté sur la figure 1.

La surface 31 de la paroi du carter 1 délimite un volume 32 dans lequel le milieu à séparer pénètre suivant la ligne d'intersection formant le cercle de rayon rf, le plan 3

et la surface 31 dans la direction d'une flèche 4. La direc-

tion d'entrée désignée par la flèche 4 est une courbe épousant la forme de la surface 31. Bien entendu, l'entrée occupe une section droite annulaire de hauteur Ah. La valeur de la hauteur bh est déterminée par la largeur d'une ouverture d'entrée 7 formée le long du plan 3, dirigée de la ligne d'intersection du plan 3 et de la surface 31 du carter 1 vers

l'intérieur (figure 5).

Pour pouvoir maintenir la symétrie souhaitée, la même quantité de fluide doit passer par chaque section droite élémentaire de l'ouverture d'entrée 7 pendant l'unité de temps. Pour y parvenir, il se raccorde à l'ouverture d'entrée

7 un canal concentrique présentant une section droite rectan-

gulaire, dont les génératrices sont parallèles à l'axe de

symétrie, dont la dimension radiale s (la largeur) est cons-

tante, tandis que sa dimension axiale h ( la hauteur) diminue, sur un tour complet le long de la périphérie K = 2erf, de la valeur h = h à la valeur h = 0 (figure 2). On satisfait à cette condition du fait que le canal d'entrée 5 suit, en commençant au-dessus du plan 3, avec un angle de filetC(, une spirale le long de la surface latérale intérieure d'un cylindre imaginaire de rayon rf les parties situées au-dessous du plan 3 étant interrompues, avec: tgo(= h 2wrf

L'extérieur du canal d'entrée 5 constitue, de fa-

çon appropriée, une courbe osculatrice d'ordre supérieur de la surface latérale cylindrique imaginaire de rayon rf (voir Brevet hongrois HU-PS165 483), là o il s'éloigne du carter 1 (figure 4). Dans la section du canal d'entrée 5 quittant le carter 1, s'achevant dans l'ajutage d'entrée non représenté de façon détaillée ici, la section droite diminue de façon monotone jusqu'au point de contact de la courbe osculatrice

précitée(figure 4).

En bas du canal d'entrée 5, dans le plan 3, est formée une surface d'arrêt 6 concentrique en forme d'anneau circulaire (figure 5), ce qui implique que l'ouverture d'entrée 7 est délimitée par la paroi extérieure du canal d'entrée 5

d'un rayon rf et le bord extérieur de la surface d'arrêt 6.

La surface d'arrêt 6 empêche que la phase (phase de support) de plus faible densité pénètre dans une chambre 32 du carter

1 avant la phase de plus grande densité.

Le dispositif des figures 6 et 7 diffère de

la description précédente, dans la mesure o la paroi exté-

rieure du canal d'entrée 5 parallèle à l'axe de symétrie 2 est prolongée vers le bas et o il est formé, dirigé de l'ouverture d'entrée 7-vers l'extérieur, un canal de transfert

annulaire concentrique 8 auquel se raccorde un canal d'éva-

cuation 9 ("cochléiforme") de section droite rectangulaire, suivant en spirale le pourtour du carter 9, s'élargissant

de façon monotone.

Avec ce dispositif, on a la possiblité d'évacuer directement par le canal 9, dans la direction de la flèche , les grains les plus grossiers se séparant dans le canal

d'entrée 5. Ainsi, les grains grossiers n'usent pas la surfa-

ce 31, ils n'empêchent pas la séparation des grains plus fins dans la chambre 32, ce qui signifie une amélioration de la sélectivité et du rendement du dispositif. Cette solution est particulièrement avantageuse pour des milieux dont les phases se séparent relativement facilement les unes des autres (par exemple, le mélange d'air et de matière solide,

une suspension aqueuse, etc...).

Le canal d'évacuation 9 ne doit pas obligatoire-

ment présenter une section droite rectangulaire. On peut utiliser n'importe quel profil (par exemple, une section

droite circulaire).

Le canal d'évacuation 9 de section droite unifor-

mément croissante (de façon appropriée linéairement croissante), augmente l'énergie potentielle du courant de matière évacué au détriment de l'énergie cinétique. Cela réduit d'une part

les pertes à la sortie, et permet, d'autre part, l'achemine-

ment ultérieur du milieu évacué, par exemple à un niveau

supérieur au niveau du dispositf.

Dans le cas du dispositif selon la figure 8, le canal d'entrée 5, l'ouverture d'entrée 7 et la surface d'arrêt 6 ont une même conformation, comme dans le cas de la solution selon les figures 3 à 5, sauf que la chambre d'écoulement 32 du carter 1 est délimitée supérieurement par une surface 33 convexe, vue de l'axe de symétrie 2, épousant la forme du plan 3. La surface 33 est conformée de façon à suivre une surface de courant du tourbillon potentiel se formant

dans la chambre d'écoulement.

Tout autour de l'axe de symétrie 2 du carter 1,

on trouve le tube d'évacuation concentrique 17 dont l'extré-

mité supérieure sort du carter 1 au-dessus de l'ouverture d'entrée 7 et du canal d'entrée 5, tandis que l'extrémité inférieure débouche dans la zone de l'extrémité inférieure du carter 1 (présentant une section droite réduite), mais

n'atteint pas l'ouverture de sortie concentrique 21 s'élar-

gissant coniquement vers le bas, formée à l'extrémité infé-

rieure du carter 1. La partie inférieure de la surface 33 se raccorde, en épousant la forme du tube d'évacuation 17, à une surface cylindrique. Le tube d'évacuation 17 peut se

déplacer dans les deux sens grâce à une structure non repré-

sentée dans la direction de l'axe de symétrie 2, et il peut être fixé dans n'importe quelle position voulue à l'intérieur

des limites données.

Il se raccorde à la surface intérieure 31 du carter 1, à peu près après le 1/3 supérieur, une ouverture "d'écorçage" concentrique 13 délimitée par les surfaces 11, 12. L'ouverture "d'écorçage" se raccorde au canal d'évacuation en spirale 9 déjà décrit en regard des figures 6 et 7, de section droite croissant de façon monotone. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, le canal 9 présente une section droite circulaire, mais une section droite qui diffère de

celle-ci est également possible.

Après l'ouverture "d'écorçage" 13, l'intérieur du carter 1 continue par la surface 14 qui est également une surface de courant, mais se trouve à l'intérieur du prolongement imaginaire de la surface 31 (plus près de l'axe de symétrie 2).

Le canal d'évacuation 9 qui se raccorde à l'ouver-

ture "d'écorçage" est adpatée du point de vue de l'énergéti-

que et de la technique des fluides à la chambre d'écoulement 32. Par adaptation énergétique, il faut entendre que l'énergie cinétique et l'énergie potentielle du milieu qui s'écoule et leur somme sont identiques de part et d'autre du point de raccordement de la chambre de tourbillonnement et de la chambre d'écorçage. Par adaptation du point de vue

de la technique des fluides, il faut entendre qu'au raccorde-

ment, la valeur absolue de la vitesse d'écoulement résultante, ainsi que la vitesse de circulation dominante sont identiques

de part et d'autre (en valeur et en direction).

Entre l'extrémité inférieure du tube d'évacuation 17 et l'ouverture de sortie 21, on trouve un élément de retour 16 qui comporte une surface 15 adaptée à la surface 14 du carter 1 (parallèle dans la position de la figure 8), qui se raccorde dans la section revenant vers l'axe de symétrie

2 avec la surface cylindrique de la tige 34 disposée concen-

triquement à l'intérieur du tube 17, portant l'élément 16.

La face (inférieure) de l'élément 16 située du côté de l'ouver-

ture de sortie 21 comporte un évidement conique concentrique 27.

En s'adaptant intérieurement à l'extrémité infé-

rieure du carter 1, dans la position inférieure (II), l'élé-

ment 16 obture complètement l'ouverture de sortie 21, tandis

que, dans sa position supérieure (I), en s'adaptant à l'ex-

trémité inférieure du tube d'évacuation 17, il obture ce dernier. Une structure (non représentée ici) permettant son

mouvement axial se raccorde à la tige 34.

Le dispositif représenté sur la figure 8 fonctionne

de la façon suivante.

Le milieu à plusieurs phases est introduit par le canal d'entrée 5 et l'ouverture d'entrée 7 de telle façon qu'il entre toujours la même quantité partout le long de la périphérie pendant l'unité de temps. La surface d'arrêt 6 empêche que la phase de support puisse pénétrer dans la

chambre d'écoulement 32 avant la phase plus dense.

Dans la chambre 32, le milieu arrive (pratiquement sans perte d'énergie) en prenant un mouvement tourbillonnaire de plus en plus rapide entre les surfaces 31, 33, tandis que la phase plus dense s'amasse sur la surface 31, la phase

la moins dense sur la surface 33.

C'est dans l'ouverture d'écorçage 13 qu'a lieu la séparation du courant partiel (de la phase la plus dense) entre les surfaces 31, 14 suivant les surfaces de courant pratiquement sans perte d'énergie, du fait que tant la fraction séparée que la fraction restant dans la chambre 32 continuent

à s'écouler entre les surfaces de courant, le canal d'évacua-

tion 9 étant adapté à la chambre 32 au point de raccordement,

en se référant à ce qui précède.

Bien entendu, il est possible d'utiliser en même temps plusieurs ouvertures d'écorçage 13 et plusieurs canaux d'évacuation 9, qui effectuent toujours la séparation le long d'une surface de courant respective, de sorte que le

milieu à séparer se décompose en fractions en nombre quel-

conque. Dans la partie inférieure du carter 1, la phase plus dense du milieu, qui subsiste encore, passe entre les surfaces 14, 15 pour parvenirà l'ouverture de sortie 21. La phase moins dense (de support) est par contre ramenée à l'aide de l'élément 16 et évacuée par le tube 17 dans la

direction de la flèche 20.

On peut régler la fraction de phase plus dense et de phase moins dense en faisant monter ou descendre l'élément de retour 16 (ce qui est indiqué par une flèche 18). On peut augmenter ou réduire l'intervalle de réglage en faisant monter ou descendre le tube 17 (ce qu'on a indiqué par la flèche 19). Du point de vue de la qualité de séparation, il est extrêmement avantageux que des grains de plus en

plus fins s'accumulent au voisinage du tube 17, de l'ouvertu-

re d'entrée 7 à l'ouverture de sortie 21. Plus les grains sont fins, plus leur vitesse de descente est faible, mais en même temps les grains doivent parcourir un trajet de plus en plus court jusqu'à la surface 14, de sorte qu'ils parviennent dans un champ de force centrifuge de plus en plus intense. Cet

effet supplémentaire se présente aussi, bien entendu, lors-

qu'il faut séparer des phases de même état d'agrégation (par

exemple, un mélange d'eau et d'huile).

L'évidement 22 formé sur la face inférieure de l'élément 16 sert à stabiliser le tube de tourbillonnement d'air 23 qui se forme lors de l'évacuation de la phase la

plus dense.

Dans le cas du dispositif de la figure 8, il suffit de revêtir le canal d'entrée 5, la surface 31, les surfaces 11, 12 et le canal d'évacuation 9 d'un revêtement résistant à l'usure. Par contre, dans le cas du dispositif des figures 6 et 7, on ne revêt que le canal d'entrée 5, le

canal de transfert 8 et le canal d'évacuation 9 d'un revête-

ment résistant à l'usure.

Le dispositif selon la figure 9 diffère de celui de la figure 8 o au niveau de l'élément 16 correspondant à

la position supérieure (I), la surface 14 s'élargit en direc-

tion radiale, dans la mesure o l'élément 16 pourrait, avec sa surface 15, séparer la phase de support avec une pureté

d'autant plus forte.

Dans le cas de la solution de la figure 10, on utilise au-dessous du niveau correspondant à la position supérieure (I) de l'élément 16, une surface 24 concave vue

* de l'axe de symétrie (creuse) s'élargissant absolument jus-

qu'à l'ouverture de sortie 21, également avec pour objectif

de pouvoir retirer une phase de support d'autant plus pure.

Dans le cas de la solution de la figure 11, l'ouverture de sortie 21 est formée par l'ouverture d'écorçage

concentrique latérale 26 de conformation analogue à l'ouver-

ture d'écorçage 13 décrite en regard de la figure 8 et com-

portant un canal d'évacuation 27 semblable au canal d'évacua-

tion 9 de cette figure, mais d'une section rectangulaire.

La partie inférieure du carter 1 a une conformation semblable à celle de l'élément de retour 16 décrit en regard des figures 8 à 10 (sauf que l'on ne peut modifier sa position axiale, bien entendu), la surface intérieure 15 guidant de la façon indiquée la phase de support vers l'intérieur du tube 17. Dans ce cas, il n'y a pas de tige 34 à l'intérieur du tube 17, de sorte que sa place peut être occupée par le tube de tourbillonnement d'air 25. On effectue, dans ce cas, le réglage d'une part en faisant monter ou descendre le tube 17, d'autre part en modifiant l'étranglement du canal 27. Dans le cas de la solution de la figure 12, on ne prévoit pas de tube d'évacuation 17, la chambre 32 est simplement fermée supérieurement par la surface de courant de conformation structurale (c'est-à-dire par le plan 3 de la

figure 5). L'écoulement se propage alors jusqu'au rayon inté-

rieur le plus petit possible, à l'intérieur duquel se forme le tube de tourbillonnement d'air 25. L'ouverture d'écorçage 26 et le canal d'évacuation 27 sont conformés de la même façon que dans le cas de la solution de la figure 11, mais

l'ouverture de sortie ressemble à celle des figures 6 à 10.

La phase de support quitte ici le système par l'ouverture

de sortie 21.

La solution de la figure 13 diffère de celle de la figure 12, dans laquelle une ouverture d'écorçage 28 se

raccorde également à la surface 15 (elle ressemble à l'ouver-

ture d'écorçage 13 de la figure 8), par le fait que la surface 12 va jusqu'à l'axe de symétrie 2 et y forme le pied du

tube de tourbillonnement 25. L'ouverture 28 constitue l'ouver-

ture de sortie. Le canal d'évacuation ressemble au canal 9 selon la figure 8. Dans le cas de cette solution, la phase

de support sort par le canal 29 dans lequel l'énergie poten-

tielle augmente aux dépens de l'énergie cinétique, c'est-

à-dire que la poursuite de l'acheminement peut être effectuée

dans des conditions favorables.

Enfin, on a indiqué sur la figure 14 un Exemple dans lequel chaque courant partiel individuel, donc non seulement les phases séparées par les ouvertures 13,16 (et par

les autres ouvertures intermédiaires éventuelles non repré-

sentées), mais également la phase de support, peuvent être

prélevées à l'aide de canaux d'évacuations respectifs sembla-

bles 9, 27, 29.

Dans le cas de la solution de la figure 14, le tube de tourbillonnement 25 est soumis à la pression de l'environnement extérieur en raison de la communication par un conduit 30 du plan 3 (qui limite supérieurement le volume).

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 ) Procédé de séparation des différentes phases de milieux coulants à plusieurs phases, au cours duquel on fait subir au milieu dans le champ de force centrifuge un écoulement suivant une spirale se poursuivant à une vitesse croissante, et l'on sépare les différentes phases entre

elles selon les distances à l'axe du champ de force centri-

fuge, caractérisé en ce qu'on fait subir au milieu un tourbil-

lonnement potentiel eten ce qu'on sépare les différentes phases entre elles à l'aide de canaux "d'écorçage" délimités

par les surfaces de courant de la chambre de tourbillonnement.

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on adapte les canaux d'écorçage à la chambre de tourbillonnement du point de vue de l'énergétique et de la

technique des fluides.

3 ) Procédé selon la revendication 1 ou la reven-

dication 2, caractérisé en ce qu'on fait pénétrer tangentiel-

lement le milieu à plusieurs phases par le canal d'entrée se raccordant radialement de l'extérieur à la chambre de tourbillonnement, concentrique et coaxial par rapport à

celui-ci, sous un angle aigu.

4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'on évacue la phase de support en la faisant revenir dans un tube de courant se

formant suivant l'axe de la chambre de tourbillonnement.

) Dispositif de séparation des différentes phases de milieux coulants à plusieurs phases, qui comporte

un carter (1) pourvu d'une ouverture d'entrée et d'une ouver-

ture de sortie, présentant une section droite décroissante, délimitant la chambre d'écoulement ayant la forme d'un solide de révolution, caractérisé en ce que la surface (31) du carter (1) délimitant la chambre d'écoulement (32) est conformée

suivant la surface de courant du tourbillon potentiel.

6 ) Dispositif selon la revendication 5, carac-

térisé en ce qu'il comporte un canal d'entrée (5) en spirale raccordé à l'extrémité de plus grande section droite de la chambre d'écoulement (32) suivant une ouverture d'entrée

concentrique (7), d'une section droite linéairement décrois-

sante. 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il est prévu un canal d'entrée (5) de section droite rectangulaire dont la dimension radiale est constante et dont les génératrices sont parallèles à l'axe du carter (1).

8 ) Dispositif selon la revendication 6 ou la re-

vendication 7, caractérisé en ce que l'ouverture d'entrée (7) comporte une surface intérieure (35) qui se raccorde à la surface du carter (1) délimitant la chambre d'écoulement (32).

9 ) Dispositif selon la revendication 6 ou la re-

vendication 7, caractérisé en ce qu'au canal d'entrée (5), il se raccorde à l'extérieur de l'ouverture d'entrée (7) une

ouverture d'évacuation concentrique (8) et, par l'intermé-

diaire de celle-ci, un canal d'évacuation (9) en spirale

d'une section droite croissante.

) Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 6 à 9, caractérisé en ce que le canal d'entrée (5) comporte une surface d'arrêt (6) en forme d'anneau circulaire centrée sur l'axe du carter (1), réduisant de l'intérieur

l'ouverture d'entrée (7).

11 ) Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dicatiors 5 à 10, caractérisé en ce que la surface (31) du carter (1) délimitant la chambre d'écoulement est formée entre l'ouverture d'entrée (7) et l'ouverture de sortie (21) par au moins deux sections de surface (31, 14) différentes suivant

des surfaces de courant.

12 ) Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 5 à 11, caractérisé en ce qu'il est formé sur la surface (31) du carter (1) délimitant la chambre d'écoulement (32) entre l'ouverture d'entrée (7) et l'ouverture de sortie (21), une ouverture "d'écorçage" concentrique (13) à laquelle se raccorde un canal d'évacuation en spirale (9) de section

droite croissante.

13 ) Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 5 à 12, caractérisé en ce qu'un tube d'évacuation (17) est disposé concentriquement suivant l'axe du carter (1), tube dont l'extrémité située du côté de l'ouverture de sortie (21) du carter (1) débouche à l'intérieur du carter (1), tandis que l'autre extrémité est en dehors du carter (1)

au-dessus de l'ouverture d'entrée (7).

14 ) Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce qu'il est prévu une structure appropriée pour le

déplacement axial du tube d'évacuation (17).

) Dispositif selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisé en ce qu'un élément de retour (16) est placé entre l'extrémité du tube d'évacuation (17) située du côté de l'ouverture de sortie et l'ouverture de sortie (21), lequel élément présente une surface de courant qui se raccorde à la surface coaxiale s'adaptant à la surface

(31) du carter (1) et revenant à l'intérieur du tube d'éva-

cuation (17).

16 ) Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que l'élément de retour (16) est fixé à la tige de manoeuvre (34) disposée dans le tube d'évacuation (17), qui est reliée à une structure appropriée pour le déplacement axial. 17 ) Dispositif selon la revendication 15 ou la revendication 16, caractérisé en ce que la face de l'élément de retour (16) située du côté de l'ouverture de sortie (21)

comporte un évidement conique (22).

18 ) Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 17, caractérisé en ce que la section de la -

surface (14) du carter (1) délimitant la chambre d'écoulement

(32), située du côté de l'ouverture de sortie, a une conforma-

tion concave, vue de l'axe du carter (1).

19 ) Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 5 à 18, caractérisé en ce que l'extrémité du carter (1) située du côté de l'ouverture de sortie (21) est réalisée

sous la forme d'un élément de retour (16) et en ce que l'ouver-

ture de sortie (21) est réalisée sous la forme d'une ouvertu- re d'évacuation concentrique (26) se raccordant radialement

à la surface (14) du carter (1) délimitant la chambre d'écou-

lement (32).