FR2635023A1

FR2635023A1 - Centrifuge separating apparatus for the treatment of a liquid mixture

Info

Publication number: FR2635023A1
Application number: FR8810654A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-05
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1990-02-09

Abstract

The apparatus comprises a rotor 31 constituted by a stack of frustoconical plates 32 forming one body with each other and with a coaxial tubular shaft 33 for supplying the mixture, the plates being separated from each other and defining recesses (orifices) 34 which extend from the centre towards the periphery and are separated by solid portions which may have a projecting rim, especially a rear-downstream rim 36. According to the invention, the rotor 31 forms one body with a rotating bowl 1 and can interact with a peripheral barrier.

Description

Appareil séparateur centrifuge pour le traitent d'un mélange liquide.Centrifugal separator for treating a liquid mixture.

La présente invention concerne un appareil séparateur centrifuge pour le traitement d'un mélange liquide, en vue de séparer les phases liquides qui le composent ou de clarifier, par extraction d'une phase solide ou sédiment, le mélange liquide ou la phase liquide lourde séparée. The present invention relates to a centrifugal separator for the treatment of a liquid mixture, in order to separate the liquid phases which compose it or to clarify, by extraction of a solid or sediment phase, the liquid mixture or the heavy liquid phase separated .

Jusqu'à présent, le traitement d'un mélange liquide de ce type est effectué dans un appareil à bol tournant qui peut être du type schématisé en coupe axiale sur la figure 1 du dessin annexé. Until now, the treatment of a liquid mixture of this type is carried out in a rotating bowl apparatus which can be of the type shown diagrammatically in axial section in FIG. 1 of the appended drawing.

Cet appareil comporte un bol î dont un moyeu central 2 est emboité sur et accouplé à une fusée verticale 3. La fusée 3 est supportée par au moins un palier 4 d'un bati fixe 5 et reliée par un accouplement 6 à un dispositif 7 d'entraînement en rotation. Le bol 1 présente, dans l'exemple représenté, une paroi latérale cylindrique 8 et un fond 9 faisant corps avec le moyeu 2. La paroi latérale 8 est fermée par une paroi frontale lû ayant une forme tronconique prolongée par une tubulure centrale 11 qui forme un seuil de déversement de la phase liquide separée. This device comprises a bowl î of which a central hub 2 is fitted on and coupled to a vertical rocket 3. The rocket 3 is supported by at least one bearing 4 of a fixed frame 5 and connected by a coupling 6 to a device 7 d in rotation. The bowl 1 has, in the example shown, a cylindrical side wall 8 and a bottom 9 integral with the hub 2. The side wall 8 is closed by a front wall lu having a frustoconical shape extended by a central tube 11 which forms a threshold for discharging the separated liquid phase.

L'appareil comporte également un rotor 12 comportant une pluralité de cônes lisses 13 ou plaques tronconiques fixés à un fOt tubulaire coaxial 14 destiné à l'alimentation en mélange liquide par le haut. Le rotor ainsi constitué est démontable, mais pour faire rigidement corps avec le bol 1, notamment pendant la rotation à vitesse élevée, un dispositif d'accouplement est susceptible de relier le fût 14 au moyeu 2 ; ce dispositif peut comporter des nervures 15 dans le fût et des cannelures sur le moyeu, les nervures en prise avec les cannelures laissant toutefois subsister dans le fût de larges ouvertures pour le passage du mélange. The apparatus also comprises a rotor 12 comprising a plurality of smooth cones 13 or frustoconical plates fixed to a coaxial tubular fOt 14 intended for the supply of liquid mixture from above. The rotor thus formed is removable, but to form a rigid body with the bowl 1, in particular during rotation at high speed, a coupling device is capable of connecting the barrel 14 to the hub 2; this device may include ribs 15 in the barrel and grooves on the hub, the ribs in engagement with the grooves, however, leaving large openings in the barrel for the passage of the mixture.

L'appareil connu schématisé sur la figure 1 est un clarificateur permettant de séparer les sédiments solides 16 (flèches en trait plein) d'une phase liquide 17 (flèches en trait pointillé). Entre la paroi latérale 8 du bol 1 et les bords des cônes 13 est ménagée une zone périphérique 18 dans laquelle le mélange 19 en provenance du fOt 14 est distribué par le cône inférieur 20 et de laquelle ce mélange est réparti en couches annulaires 21 entre les cônes, couches qui communiquent avec le seuil 11 par des passages 22 délimités par les cônes 13 au voisinage du fOt 14. The known apparatus shown diagrammatically in FIG. 1 is a clarifier making it possible to separate the solid sediments 16 (arrows in solid line) from a liquid phase 17 (arrows in dotted line). Between the side wall 8 of the bowl 1 and the edges of the cones 13 is formed a peripheral zone 18 in which the mixture 19 from the fOt 14 is distributed by the lower cone 20 and from which this mixture is distributed in annular layers 21 between the cones, layers which communicate with the threshold 11 by passages 22 delimited by the cones 13 in the vicinity of the fOt 14.

Dans chaque couche 21, les particules de sédiment solide sont soumises à deux effets antagonistes
- l'effet séparateur centrifuge dû à la rotation du bol,
- et l'effet d'entraînement centripète dû à l'écoulement de la phase liquide entre les cones délimitant la couche considérée.In each layer 21, the particles of solid sediment are subjected to two antagonistic effects
- the centrifugal separating effect due to the rotation of the bowl,
- and the centripetal entrainment effect due to the flow of the liquid phase between the cones delimiting the layer considered.

Gr, la vitesse de la phase liquide dans ladite couche 21 croit, pour un débit déterminé, de la périphérie vers le centre, étant donné que la section annulaire de cette couche décroît dans ce même sens centripète. Gr, the speed of the liquid phase in said layer 21 increases, for a determined flow rate, from the periphery towards the center, since the annular section of this layer decreases in this same centripetal direction.

En conséquence, les particules solides grosses" sont soumises à I1 effet prédominant du champ centrifuge et parviennent sans trop de difficulté vers la zone 18 dans laquelle elles tendent à se précipiter sur la paroi latérale 8 du bol et à s'y accumuler. Consequently, the large solid particles "are subjected to the predominant effect of the centrifugal field and arrive without too much difficulty towards the zone 18 in which they tend to precipitate on the side wall 8 of the bowl and to accumulate there.

Nais, plus les particules solides deviennent "fines, moins l'effet centrifuge devient efficace et plus lent est leur cheminement vers la zone 18. A une certaine finesse correspondant à une densité relative déterminée, les particules solides sont en équilibre et en deçà elles sont entraînées par la phase liquide. C'est le point de coupure. However, the finer the solid particles become, the less efficient the centrifugal effect becomes and the slower their path towards zone 18. At a certain fineness corresponding to a determined relative density, the solid particles are in equilibrium and below them are entrained by the liquid phase. This is the cut-off point.

A ce premier inconvénient, selon lequel la clarification opérée par l'appareil est limitée en finesse, s'en ajoute un deuxième, selon lequel les sédiments ont tendance à être remis en suspension. To this first drawback, according to which the clarification operated by the apparatus is limited in finesse, is added a second, according to which the sediments tend to be resuspended.

En effet, la zone 18 est suffisamment épaisse pour permettre la circulation longitudinale du mélange liquide afin d'alimenter les couches 21. Les particules solides séparées par le champ centrifuge dans lesdites couches et s'acheminant contre l'effet d'entrainement vers la paroi latérale 8 du bol doivent donc traverser cette zone 18 et sont alors plus ou moins fortement "balayées" par la circulation longitudinale qui tend à les remettre en suspension. Indeed, the zone 18 is thick enough to allow the longitudinal circulation of the liquid mixture in order to supply the layers 21. The solid particles separated by the centrifugal field in said layers and moving against the entrainment effect towards the wall lateral 8 of the bowl must therefore cross this area 18 and are then more or less strongly "swept" by the longitudinal circulation which tends to resuspend them.

Un troisième inconvénient réside dans le fait que, si l'appareil n'est pas équipé d'un moyen d'évacuation automatique des sédiments, la zone périphérique 18 du bol se remplit progressivement de phase lourde solide déposée sur la paroi latérale 8. Les sédiments obstruent progressivement la section de passage de cette zone et peuvent alors être entraînés par le courant de mélange liquide. A third drawback lies in the fact that, if the device is not equipped with an automatic means for removing the sediment, the peripheral zone 18 of the bowl gradually fills with solid heavy phase deposited on the side wall 8. The sediments gradually obstruct the passage section of this area and can then be entrained by the flow of liquid mixture.

Un quatrième inconvénient est que les cônes sont sensibles au colmatage et que le choix de leur pente est critique. A fourth drawback is that the cones are sensitive to clogging and that the choice of their slope is critical.

Même lorsque l'appareil est équipé d'un dispositif de décolmatage automatique, il nécessite un nettoyage périodique des cônes, lesquels se recouvrent d'un dépôt adhérent permanent. Ce nettoyage est difficile et coûteux.Even when the device is equipped with an automatic unclogging device, it requires periodic cleaning of the cones, which are covered with a permanent adherent deposit. This cleaning is difficult and expensive.

L'appareil connu précité peut également être un séparateur de deux phases liquides de masses spécifiques différentes, ce séparateur intervenant ou non comme un clarificateur par élimination des éventuels sédiments solides de la phase liquide lourde. The aforementioned known device can also be a separator of two liquid phases of different specific masses, this separator acting or not as a clarifier by elimination of any solid sediments from the heavy liquid phase.

Pour la séparation des phases liquides légère 23 et lourde 24, l'appareil ne diffère du précédent que par les moyens schématisés sur la demi-coupe de la figure 2 du dessin annexé et exposés dans ce qui suit. For the separation of the light 23 and heavy 24 liquid phases, the apparatus differs from the previous one only by the means shown diagrammatically in the half-section of FIG. 2 of the appended drawing and described in the following.

Les cônes 13 présentent, en regard de l'interface 25 des phases liquides en cours de centrifugation, des ouvertures de communication 26 permettant au mélange en provenance du fût 14 de se répartir entre les couches 21. Par ailleurs, une cloison interne 27 faisant partie du rotor est disposée entre le cane aval et la paroi frontale 10 du bol 1 ; elle s'étend au-delà de l'interface 25 pour plonger dans la phase liquide lourde ; elle sépare une chambre collectrice de phase liquide lourde 28 d'une chambre collectrice de phase liquide légère 29 qui communiquent respectivement avec les seuils de déversement 11 et 30, le seuil 30 étant une tubulure faisant corps avec la cloison 27 et s'étendant à travers la tubulure Il et au-delà. The cones 13 have, opposite the interface 25 of the liquid phases during centrifugation, communication openings 26 allowing the mixture coming from the barrel 14 to be distributed between the layers 21. Furthermore, an internal partition 27 forming part the rotor is arranged between the downstream pipe and the front wall 10 of the bowl 1; it extends beyond the interface 25 to plunge into the heavy liquid phase; it separates a heavy liquid phase collecting chamber 28 from a light liquid phase collecting chamber 29 which communicate respectively with the discharge thresholds 11 and 30, the threshold 30 being a tube forming a body with the partition 27 and extending through tubing II and beyond.

Bien entendu, dans ces deux types d'appareils, il peut être avantageux d'évacuer les sédiments et à cet effet des dispositifs variés sont connus. Of course, in these two types of apparatus, it may be advantageous to remove the sediments and for this purpose various devices are known.

Un premier dispositif connu comporte dans la partie ventrue d'un bol biconique des buses à travers lesquelles un écoulement de fuite permanent est engendré, le liquide de fuite entraînant les sédiments. Il n'est utilisable que pour des sédiments suffisamment fins, homogènes et plastiques, peu perméables au passage du liquide. A first known device comprises in the belly portion of a biconical bowl nozzles through which a permanent leakage flow is generated, the leakage liquid entraining the sediments. It can only be used for sufficiently fine, homogeneous and plastic sediments, which are not very permeable to the passage of liquid.

Un deuxième dispositif connu, également à buses périphériques sur bol biconique ou cylindrique, comporte en plus un moyen de raclage continu assurant l'alimentation régulière des buses an sédiments et évitent des accumulations locales de sédiments dans le rotor. I1 présente les mêmes limitations. A second known device, also with peripheral nozzles on a biconical or cylindrical bowl, further comprises a continuous scraper means ensuring the regular supply of the sediment nozzles and avoiding local accumulations of sediment in the rotor. It has the same limitations.

d'utilisation que le premier. of use than the first.

Un troisième dispositif connu comporte dans un bol cylindrc-conique, généralement exempt de cônes, un convoyeur hélicoical faisant sortir les sédiments de l'anneau liquide en centrifugation vers le centre, ce qui permet d'obtenir une extraction de sédiments en quantités importantes et un essorage non négligeable. A third known device comprises in a cylindrical-conical bowl, generally free of cones, a helical conveyor bringing out the sediments from the liquid ring in centrifugation towards the center, which makes it possible to obtain an extraction of sediments in significant quantities and a significant spin.

Un quatrième dispositif connu comporte des lumières périphériques s'ouvrant périodiquement sous une commande hydraulique ou pneumatique. I1 permet une bonne souplesse d'adaptation avec toutefois une limitation quant au débit de solides à évacuer. A fourth known device comprises peripheral lights opening periodically under hydraulic or pneumatic control. I1 allows a good flexibility of adaptation with however a limitation as for the flow of solids to be evacuated.

Si ces appareils sont équipés de tels dispositifs d'évacuation des sédiments, ils présentent cependant toujours les deux premiers inconvénients particulièrement importants qui - sont exposés dans ce qui précède. If these devices are equipped with such sediment removal devices, they still have the first two particularly important disadvantages which - are set out in the foregoing.

Leur point de coupure constitue une limite inacceptable en ce sens que la phase liquide ne peut jamais être parfaitement clarifiée puisque les sédiments très fins ne sont pas extraits par centrifugation. Their cut-off point constitutes an unacceptable limit in the sense that the liquid phase can never be perfectly clarified since very fine sediments are not extracted by centrifugation.

Le risque de remise en suspension des sédiments n'est pas négligeable et impose un contrôle permanent de la clarification du liquide. The risk of resuspension of the sediments is not negligible and requires permanent control of the clarification of the liquid.

Par ailleurs, malgré ces dispositifs d'évacuation, les deux autres inconvénients exposés ne sont pas complètement éliminés, étant donné que le risque de colmatage existe toujours et nécessite de toute façon un entretien périodique du matériel, contraignant, difficile et coûteux. Furthermore, despite these evacuation devices, the two other drawbacks exposed are not completely eliminated, since the risk of clogging still exists and in any case requires periodic maintenance of the equipment, restrictive, difficult and costly.

Un autre type d'appareil séparateur centrifuge est décrit dans les brevets français 2.468.410 et 2.575.676. Another type of centrifugal separator is described in French patents 2,468,410 and 2,575,676.

Cet autre appareil connu comporte, ainsi que cela ressort des figures 3 et 5 à 8 du dessin annexé, un rotor 31 constitué par un empilage de plaques tronconiques ajourées 32-faisant corps avec un fût tubulaire d'alimentation 33. Chaque plaque 32 délimite des ajourages 34 et est écartée de celle qui la précède (sens de la flèche E définissant l'écoulement du mélange) et de celle qui la suit, suivant un pas constant. La différence de pression entre l'amont et l'aval du rotor est telle que le mélange circule à travers les ajourages suivant des veines vives hélicoïdales 35 (figures 6 à 8) présentant une vitesse de rotation supérieure à celle des plaques. La pente des veines est définie par le bord arrière d'un ajourage 34 d'une plaque 32 et le bord arrière de l'ajourage consécutif de la plaque suivante (si l'on considère le sens T de rotation du rotor).Ainsi, l'enveloppe de chaque veine est définie par les bords arrière et les bords avant des ajourages consécutifs des plaques. This other known device comprises, as can be seen from FIGS. 3 and 5 to 8 of the appended drawing, a rotor 31 constituted by a stack of perforated frustoconical plates 32-integral with a tubular supply barrel 33. Each plate 32 delimits openings 34 and is moved away from that which precedes it (direction of arrow E defining the flow of the mixture) and that which follows it, following a constant pitch. The pressure difference between the upstream and downstream of the rotor is such that the mixture circulates through the openings in the form of spiral helical veins 35 (FIGS. 6 to 8) having a speed of rotation greater than that of the plates. The slope of the veins is defined by the rear edge of an openwork 34 of a plate 32 and the rear edge of the consecutive openwork of the next plate (if we consider the direction T of rotation of the rotor). the envelope of each vein is defined by the rear edges and the front edges of the consecutive openings of the plates.

Pour obtenir le décalage angulaire des ajourages consécutifs déterminant la pente des veines, les plaques étant identiques entre elles peuvent être décalées angulairement de l'une à la suivante ou bien calées identiquement sur le fût pour que leurs ajourages soient alignés parallèlement à l'axe du rotor. I1 suffit, en effet, compte tenu de la pente des veines et du décalage angulaire des bords arrière ou avant des ajourages d'une même plaque, d'intervenir sur le pas des plaques pour déterminer le calage de celles-ci sur le fût tubulaire axial. To obtain the angular offset of the consecutive openings determining the slope of the veins, the plates being identical to each other can be angularly offset from one to the next or else wedged identically on the barrel so that their openings are aligned parallel to the axis of the rotor. It is sufficient, in fact, taking into account the slope of the veins and the angular offset of the rear or front edges of the openings of the same plate, to intervene on the pitch of the plates to determine the setting of these on the tubular barrel axial.

Par ailleurs, il peut être avantageux de guider les veines vives hêlidoidales 35 à travers chaque ajourage 34 d'une plaque 32,
- soit par un rebord arrière-aval 36 situé à l'arrière de l'ajourage (si l'on considère le sens T de la rotation) et faisant saillie sur la face aval de la plaque (si l'on considère le sens E de l'écoulement) ainsi que par un bord franc avant 37 (figure 6),
- soit par un rebord avant-amont 38 et un bord franc arrière 39 (figure 7),
- ou bien par des rebords 36 et 38 tels que définis ci-dessus (figure 8).Furthermore, it may be advantageous to guide the vivid helidoidal veins 35 through each perforation 34 of a plate 32,
- Either by a rear-downstream edge 36 located at the rear of the cut-out (if we consider the direction T of rotation) and projecting from the downstream face of the plate (if we consider direction E flow) as well as by a free leading edge 37 (FIG. 6),
either by a front-upstream edge 38 and a rear free edge 39 (FIG. 7),
- Or by edges 36 and 38 as defined above (Figure 8).

Les rebords 36 et 38 peuvent être perpendiculaires aux plaques 32 ou mieux inclinés, comme cela est représenté sur les figures 5 à 7, suivant la pente des veines 35 ou un angle plus accentué. The edges 36 and 38 can be perpendicular to the plates 32 or better inclined, as shown in FIGS. 5 to 7, along the slope of the veins 35 or a more accentuated angle.

Dans ces veines 35, le mélange à traiter s'écoule concentriquement à l'axe de rotation et non pas vers cet axe comme dans les appareils connus précités à bol tournant. Dès lors, la phase lourde n'est soumise qu'au champ centrifuge et ne subit pas un effet antagoniste d'entraînement. De plus, le champ centrifuge dans les veines vives 35 est plus intense que dans les lames mortes hélicoldales 40 qui séparent ces veines ; en effet, les veines vives tournent plus vite que le rotor, alors que les lames mortes sont pratiquement immobiles relativement à ce rotor. In these veins 35, the mixture to be treated flows concentrically with the axis of rotation and not towards this axis as in the aforementioned known devices with rotating bowl. Consequently, the heavy phase is only subjected to the centrifugal field and does not undergo an antagonistic effect of entrainment. In addition, the centrifugal field in the living veins 35 is more intense than in the dead helical blades 40 which separate these veins; in fact, the living veins rotate faster than the rotor, while the dead blades are practically stationary relative to this rotor.

Les ajourages 34 sont dénommés habituellement fentes, bien qu'ils présentent de préférence une forme trapézoïdale (figure 5). The openings 34 are usually called slots, although they preferably have a trapezoidal shape (Figure 5).

Les plaques 32 à fentes 34 sont couramment utilisées pour traiter un mélange gazeux dans une enceinte fixe. Elles peuvent également être utilisées pour traiter un mélange liquide, mais les frottements fluides dans l'enceinte fixe sont tels que la vItesse de rotation du rotor 31 est en pratique limitée. The slotted plates 32 are commonly used to treat a gas mixture in a fixed enclosure. They can also be used to treat a liquid mixture, but the fluid friction in the fixed enclosure is such that the speed of rotation of the rotor 31 is in practice limited.

Ainsi, la comparaison de deux appareils ayant un rotor de 560 mm de diamètre et débitant 4000 litres/heure adonné les résultats suivants
- le point de coupure est supérieur à 6 micromètres pour une densité relative de 0,1, avec un appareil à bol tournant du type précité entraîné à 4 000 tours/minute (30 cônes,
- le point de coupure est de 6 micromètres pour la même densité, avec un appareil à enceinte fixe et rotor à plaques à fentes entraîné à 900 tours/minute seulement (30 plaques).Thus, the comparison of two devices having a rotor of 560 mm in diameter and delivering 4000 liters / hour gave the following results
- the cut-off point is greater than 6 micrometers for a relative density of 0.1, with a rotating bowl device of the aforementioned type driven at 4,000 rpm (30 cones,
- the cut-off point is 6 micrometers for the same density, with a device with fixed enclosure and slotted plate rotor driven at 900 rpm only (30 plates).

Le résultat est donc au moins équivalent à l'appareil à enceinte fixe et rotor à plaques à fentes, mais pourrait être considérablement amélioré si la vitesse de rotation pouvait être accrue. The result is therefore at least equivalent to the device with fixed enclosure and slotted plate rotor, but could be considerably improved if the speed of rotation could be increased.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l'appareil à bol tournant et d'améliorer les performances de l'appareil à plaques ajourées. The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks of the rotating bowl apparatus and to improve the performance of the perforated plate apparatus.

Dans ce but et conformément à l'invention, le rotor à plaques ajourées coopère avec un bol tournant dans lequel il est disposé, le bol étant entraîné sensiblement à la même vitesse de rotation que le rotor. For this purpose and in accordance with the invention, the openwork plate rotor cooperates with a rotating bowl in which it is arranged, the bowl being driven at substantially the same speed of rotation as the rotor.

Avantageusement, le rotor fait corps avec le bol. Advantageously, the rotor is integral with the bowl.

Dans le cas où deux phases liquides doivent être séparées, une paroi frontale fait corps avec le bol en délimitant autour du fût un seuil pour le déversement de la phase liquide lourde séparée, tandis qu'une cloison interne frontale proche de cette paroi, faisant corps avec le bol et plongeant dans ladite phase lourde séparée au voisinage de l'interface hélicoldale de séparation, délimite autour du fût un seuil pour le déversement de la phase liquide légère séparée. In the case where two liquid phases must be separated, a front wall is integral with the bowl, delimiting around the barrel a threshold for the discharge of the separated heavy liquid phase, while an internal front partition close to this wall, forming a body with the bowl and plunging into said separated heavy phase in the vicinity of the helical separation interface, defines around the barrel a threshold for the discharge of the separated light liquid phase.

Le bol coopère, dans sa zone périphérique entourant le rotor et recevant les sédiments solides séparés à évacuer, avec une barrière proche du rotor et limitant l'écoulement de la phase liquide dans cette zone tout en laissant les sédiments s'acheminer vers un moyen de stockage ou d'évacuation. The bowl cooperates, in its peripheral zone surrounding the rotor and receiving the separated solid sediments to be discharged, with a barrier close to the rotor and limiting the flow of the liquid phase in this zone while allowing the sediments to flow towards a means of storage or disposal.

Suivant différentes formes de réalisation
- la barrière est constituée par des anneaux s'étendant en regard de certaines au moins des plaques et faisant corps avec le bol en ménageant éventuellement des passages pour les sédiments,
- la barrière est une vis racleuse portant contre le bol et s'étendant au voisinage du rotor qui fait corps avec celui-ci, cette vis qui peut faire corps avec une cage étant reliée à un dispositif d'entraînement en rotation lui permettant de tourner à une vitesse différentielle relativement au bol.According to different embodiments
the barrier is formed by rings extending opposite at least some of the plates and forming a body with the bowl, possibly providing passages for the sediments,
- The barrier is a scraper screw bearing against the bowl and extending in the vicinity of the rotor which is integral with the latter, this screw which can be integral with a cage being connected to a rotation drive device allowing it to rotate at a differential speed relative to the bowl.

- la barrière est une vis convoyeuse faisant corps avec le rotor et portant contre le bol, la vis étant enroulée en sens inverse de l'écoulement hélicoïdal et présentant, à son extrémité opposée au ou à chaque-seuil de déversement de la ou de chacune des phases liquides, une enveloppe tronconique proche de l'extrémité tronconique du bol qui délimite à l'intérieur du ou des seuils précités un seuil d'évacuation de la phase solide séparée et essorée. - The barrier is a conveyor screw integral with the rotor and bearing against the bowl, the screw being wound in the opposite direction to the helical flow and having, at its end opposite to or at each or each spill threshold of the or each liquid phases, a frustoconical envelope close to the frustoconical end of the bowl which delimits, inside the aforementioned threshold or thresholds, a threshold for evacuating the separated and wrung out solid phase.

Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent'ailleurs de la description détaillée qui suit en se référant aux figures 3 à 13, lesquelles sont précédées des figures 1 et 2 précitées concernant l'art antérieur. Various other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows with reference to Figures 3 to 13, which are preceded by Figures 1 and 2 above concerning the prior art.

Sur ce dessin
- la figure 3 est une coupe axiale analogue à la figure 1 montrant l'appareil conforme à l'invention dans sa réalisation exempte de dispositif automatique d'évacuation des sédiments,
- la figure 4 est une demi-coupe axiale analogue à la figure 2, illustrant la séparation de deux phases liquides,
- la figure 5 est une vue de dessus partielle d'une plaque tronconique ajourée,
- la figure 6 est une coupe prise concentriquement à l'axe de rotation suivant la ligne VI-VI de la figure 5 et développée à plat, se rapportant à un mode d'exécution d'une plaque,
- les figures 7 et 8 sont des vues analogues à la figure 6, concernant d'autres modes d'exécution d'une plaque,
- les figures 9 et 10 sont des demi-coupes axiales montrant deux types d'évacuation automatique des sédiments applicables à l'appareil de l'invention,
- la figure 11 est une demi-coupe axiale illustrant une première forme de réalisation d'une barrière empêchant le remélange à la périphérie des sédiments séparés,
- la figure 12 est une vue analogue à la figure 11 se rapportant à une deuxième forme de réalisation de la barrière.On this drawing
FIG. 3 is an axial section similar to FIG. 1 showing the apparatus according to the invention in its embodiment devoid of an automatic device for discharging sediment,
FIG. 4 is an axial half-section similar to FIG. 2, illustrating the separation of two liquid phases,
FIG. 5 is a partial top view of a perforated frustoconical plate,
FIG. 6 is a section taken concentrically with the axis of rotation along line VI-VI of FIG. 5 and developed flat, relating to an embodiment of a plate,
FIGS. 7 and 8 are views similar to FIG. 6, relating to other embodiments of a plate,
FIGS. 9 and 10 are axial half-sections showing two types of automatic sediment removal applicable to the apparatus of the invention,
FIG. 11 is an axial half-section illustrating a first embodiment of a barrier preventing remixing at the periphery of the separated sediments,
- Figure 12 is a view similar to Figure 11 relating to a second embodiment of the barrier.

- la figure 13 est une coupe axiale représentant une troisième forme de réalisation de la barrière. - Figure 13 is an axial section showing a third embodiment of the barrier.

Ainsi que cela ressort de la figure 3, les plaques tronconiques ajourées 32 du rotor 31 font corps avec le fût tubulaire d'alimentation 33 et s'étendent jusqutaudit fût en ne ménageant le long de celui-ci aucun passage longitudinal, de sorte que la communication à travers lesdites plaques ne peut être établie que par leurs ajourages 34 conformés pour générer les veines hélicoïdales vives 35. As can be seen in FIG. 3, the apertured frustoconical plates 32 of the rotor 31 are integral with the tubular supply barrel 33 and extend to the said barrel, leaving no longitudinal passage along the latter, so that the communication through said plates can only be established by their openings 34 shaped to generate the sharp helical veins 35.

Etant donné que le fût 33 est accouplé au moyeu 2 du bol 1, le rotor 31 est entraîné en rotation à la même vitesse angulaire que le bol 1. Dès lors, le mélange liquide 19 traversant le fût 33 et les passages délimités par les nervures 15 d'accouplement au moyeu 2 accélère et parvient dans le rotor 31 à la vitesse de rotation du bol 1 ; il s'écoule dans les veines hélicoïdales vives 35 à une vitesse de rotation supérieure, alors que le mélange constituant les lames mortes 40 jusqu'au contact avec la paroi latérale 8 du bol tourne sensiblement à la même vitesse que le rotor 31 et le bol 1. Dans ces conditions, il n'y a pas de gradient de vitesse angulaire entre le liquide entraîné par les plaques et le bol, de sorte-que les forces de frottement métal sur liquide ne risquent pratiquement pas de contraindre le rotor par freinage.Le rotor est donc conçu pour résister essentiellement aux forces centrifuges comme c'est le cas lorsqu'il traite un mélange gazeux dans une enceinte fixe. Since the barrel 33 is coupled to the hub 2 of the bowl 1, the rotor 31 is rotated at the same angular speed as the bowl 1. Consequently, the liquid mixture 19 passing through the barrel 33 and the passages delimited by the ribs 15 coupling to the hub 2 accelerates and reaches the rotor 31 at the speed of rotation of the bowl 1; it flows in the lively helical veins 35 at a higher speed of rotation, while the mixture constituting the dead blades 40 until contact with the side wall 8 of the bowl rotates at substantially the same speed as the rotor 31 and the bowl 1. Under these conditions, there is no angular velocity gradient between the liquid entrained by the plates and the bowl, so that the metal-liquid friction forces practically do not risk constraining the rotor by braking. The rotor is therefore designed to resist essentially centrifugal forces as it does when it processes a gas mixture in a fixed enclosure.

La séparation s'effectue donc dans les veines hélicoïdales vives 35 et les éléments de phase lourde (tels que les particules 16 des sédiments solides) sont soumis à cet effet uniquement au champ centrifuge ; les forces d'entraînement étant sensiblement tangentielles n'ont pas d'influence antagoniste. Il en est de même lorsque lesdits éléments quittent les veines et pénètrent dans les lames mortes. Elles rencontrent les surfaces coniques aval des plaques en glissant tangentiellement en raison de leur vitesse de rotation plus grande lors du franchissement des veines et s'acheminent sur les surfaces coniques aval jusqu'à la paroi 8 du bol 1.Lors de ce cheminement, les particules élémentaires lourdes s'agglomèrent avec d'autres et grossissent, cela s'accompagnant d'une amplification de l'effet séparateur, puisque la force centrifuge est proportionnelle au cube du rayon de chacune des particules considérées, alors que le frottement superficiel de freinage dans la phase légère qui est antagoniste est proportionnelle au carré de ce rayon. The separation is therefore carried out in the sharp helical veins 35 and the heavy phase elements (such as the particles 16 of the solid sediments) are subjected for this purpose only to the centrifugal field; the driving forces being substantially tangential have no antagonistic influence. It is the same when said elements leave the veins and enter the dead blades. They meet the conical surfaces downstream of the plates by sliding tangentially due to their greater speed of rotation when crossing the veins and are conveyed on the conical surfaces downstream to the wall 8 of the bowl 1. During this path, the heavy elementary particles agglomerate with others and grow larger, this being accompanied by an amplification of the separating effect, since the centrifugal force is proportional to the cube of the radius of each of the particles considered, while the surface friction of braking in the light phase which is antagonistic is proportional to the square of this radius.

Par ailleurs, la distance entre le bord périphérique des plaques 32 du rotor et la paroi 8 du bol est réduite par rapport - à ce qu'elle est dans les appareils connus précités à bol tournant. Furthermore, the distance between the peripheral edge of the plates 32 of the rotor and the wall 8 of the bowl is reduced compared to - than it is in the aforementioned known devices with rotating bowl.

Cette distance correspond à l'épaisseur de la zone périphérique 18.This distance corresponds to the thickness of the peripheral zone 18.

Celle-ci n'est plus destinée qutà recueillir la phase lourde sédimentaire et ne doit plus être maintenant le siège d'un écoulement de distribution périphérique du mélange, comme c'est le cas dans lesdits appareils connus à bol tournant. Dès lors, la phase lourde séparée ne risque plus d'être remise en suspension et entraînée par le mélange. Il est à noter que la phase liquide séparéeparvenue dans cette zone périphérique 18 tourne à la même vitesse que le bol et ne s'écoule axialement vers l'aval qu'à très faible vitesse. Les risques de remise en suspension' et d'entraînement des sédiments 16 sont donc très réduits.This is no longer intended only to collect the heavy sedimentary phase and must no longer be the seat of a peripheral distribution flow of the mixture, as is the case in said known devices with rotating bowl. Consequently, the separated heavy phase no longer risks being resuspended and entrained by the mixture. It should be noted that the separated liquid phase which has reached this peripheral zone 18 rotates at the same speed as the bowl and only flows axially downstream at very low speed. The risks of resuspension and entrainment of the sediments 16 are therefore very reduced.

Il peut être avantageux d'équiper le bol d'un dispositif d'évacuation automatique des sédiments afin d'éviter le risque d'obstruction de la zone 18 et de colmatage des plaques ajourées 32. It may be advantageous to equip the bowl with an automatic sediment evacuation device in order to avoid the risk of obstruction of the zone 18 and clogging of the perforated plates 32.

Ainsi, suivant un premier mode d'exécution illustré par la figure 9, le bol 1 présente une paroi biconique 41 dont la partie ventrue est munie de buses 42 pour l'évacuation des sédiments avec une fuite continue, de phase liquide. Les sédiments glissent vers les buses sous l'effet du champ centrifuge en raison de la pente appropriée des parties coniques de la paroi 41. Thus, according to a first embodiment illustrated by FIG. 9, the bowl 1 has a biconical wall 41, the bulging part of which is provided with nozzles 42 for the evacuation of the sediments with a continuous leak, of liquid phase. The sediments slide towards the nozzles under the effect of the centrifugal field due to the appropriate slope of the conical parts of the wall 41.

Suivant un deuxième mode d'exécution visible sur la figure 12 (si l'on fait abstraction d'une vis racleuse 50 décrite ci-après) la paroi cylindrique 8 du bol 1 comporte des buses 43 situées près de l'extrémité aval afin que les sédiments entraînés à faible vitesse axiale par la phase liquide y parviennent et en soient évacués avec un débit de fuite. According to a second embodiment visible in Figure 12 (if we disregard a scraper screw 50 described below) the cylindrical wall 8 of the bowl 1 has nozzles 43 located near the downstream end so that sediments entrained at low axial speed by the liquid phase reach it and are evacuated with a leak rate.

Suivant un troisième mode d'exécution représenté sur la figure 10, le bol 1 présente une paroi biconique 41 dont la partie ventrue 44 est une couronne délimitant des lumières 45 qui, lorsqu'elles sont ouvertes, permettent l'évacuation des sédiments avec un débit de fuite de phase liquide relativement important. According to a third embodiment shown in FIG. 10, the bowl 1 has a biconical wall 41 whose bulging part 44 is a crown delimiting lights 45 which, when they are open, allow the evacuation of the sediments with a flow relatively large liquid phase leakage.

Mais cette évacuation est intermittente, étant donné que lesdites lumières 45 sont susceptibles d'être fermées par un obturateur annulaire 46 relié par des bras 47 à un manchon central 48 attelé à un vérin hydraulique ou pneumatique non représenté.However, this evacuation is intermittent, given that said openings 45 are capable of being closed by an annular shutter 46 connected by arms 47 to a central sleeve 48 coupled to a hydraulic or pneumatic cylinder not shown.

Il peut être avantageux d'empêcher ou tout au moins de maîtriser l'écoulement axial vers l'aval de la phase liquide tout en laissant les sédiments s'acheminer vers un moyen de stockage ou d'évacuation. A cet effet, une barrière proche du rotor 31 coopère avec le bol 1 pour intervenir dans la zone périphérique 18. It may be advantageous to prevent or at least to control the axial flow downstream of the liquid phase while allowing the sediments to flow to a storage or disposal means. To this end, a barrier close to the rotor 31 cooperates with the bowl 1 to intervene in the peripheral zone 18.

Suivant une première forme de réalisation illustrée par la figure 11, il s'agit de piéger les sédiments dans le bol 1, en vue de les extraire après démontage de l'appareil et nettoyage du bol. La barrière est alors constituée par des anneaux 49 faisant corps avec la paroi latérale 8 du bol 1 et s'étendant en regard des plaques ajourées 32 jusqu'à leur voisinage. Ils peuvent être aussi nombreux que celles-ci ou bien moins nombreux et disposés suivant une répartition appropriée. According to a first embodiment illustrated in FIG. 11, it involves trapping the sediments in the bowl 1, with a view to extracting them after dismantling the device and cleaning the bowl. The barrier is then formed by rings 49 integral with the side wall 8 of the bowl 1 and extending opposite the perforated plates 32 to their vicinity. They can be as numerous as these or much fewer and arranged in an appropriate distribution.

Suivant une variante non représentée, les anneaux 49 peuvent être écartés de la paroi latérale 8 du bol et reliés à celle-ci par des pattes afin de délimiter entre elles des passages pour les sédiments. According to a variant not shown, the rings 49 can be separated from the side wall 8 of the bowl and connected to the latter by lugs in order to delimit between them passages for the sediments.

Suivant une deuxième forme de réalisation schématisée sur la figure 12, une vis racleuse 50 fait corps avec une cage 51 constituée en particulier par des barreaux longitudinaux fixés à un plateau 52 situé à proximité du fond 9 du bol 1. Les arbres du plateau et du fond du bol sont coaxiaux et reliés à un dispositif 53 d'entraînement en rotation à des vitesses différentielles. La vis racleuse 50 porte contre la paroi latérale 8 du bol pour racler les sédiments et les déplacer vers les buses 43. According to a second embodiment shown diagrammatically in FIG. 12, a scraper screw 50 is integral with a cage 51 constituted in particular by longitudinal bars fixed to a plate 52 located near the bottom 9 of the bowl 1. The trees of the plate and of the bottom of the bowl are coaxial and connected to a device 53 for driving in rotation at differential speeds. The scraper screw 50 bears against the side wall 8 of the bowl to scrape the sediments and move them towards the nozzles 43.

La cage 51 peut être disposée avec jeu autour du rotor 31, comme cela est représenté sur la figure 12, lorsque le rotor et le bol sont entraînés à la même vitesse de rotation. The cage 51 can be arranged with play around the rotor 31, as shown in FIG. 12, when the rotor and the bowl are driven at the same speed of rotation.

La cage 51 peut aussi être fixée sur les plaques ajourées 32 du rotor 31, auquel cas les vitesses de rotation du bol 1 et dudit rotor sont faiblement différentes l'une de l'autre. La différence entre ces vitesses de rotation est suffisamment faible pour qu'il ne sont pas nécessaire, pour des raisons de résistance, de réduire la vitesse maximale du rotor et ceci d'autant plus- que la cage 51 et la vis 50 participent à cette résistance pour la renforcer. The cage 51 can also be fixed on the perforated plates 32 of the rotor 31, in which case the rotational speeds of the bowl 1 and of said rotor are slightly different from each other. The difference between these rotational speeds is small enough that it is not necessary, for reasons of resistance, to reduce the maximum speed of the rotor and this all the more as the cage 51 and the screw 50 participate in this. resistance to strengthen it.

Quelle que soit la réalisation choisie, la vis racleuse 50 constitue la barrière opposée à l'écoulement de la phase liquide dans la zone périphérique 18. Whatever the embodiment chosen, the scraper screw 50 constitutes the barrier opposite to the flow of the liquid phase in the peripheral zone 18.

Suivant une troisième forme de réalisation schématisée sur la figure 13, une vis convoyeuse 54 coopère, en frottant contre, avec des parties cylindrique 55 et tronconique 56 du bol 1. According to a third embodiment shown diagrammatically in FIG. 13, a conveyor screw 54 cooperates, by rubbing against it, with cylindrical 55 and frustoconical parts 56 of the bowl 1.

La partie cylindrique de la vis 54 est fixée, directement ou par l'intermédiaire d'une cage à barreaux longitudinaux 57, avec un empilage de plaques ajourées 32 faisant corps aveus fût cylindrique 33. Dans ce fût s'étend coaxialement une tuyauterie 5 débouchant en regard d'un fond 59 dirigeant le mélange vers des ouvertures 60 ménagées dans ledit fût pour alimenter le bol et former un anneau tournant de liquide dans lequel plongent les plaques 32 du rotor 31. La partie cylindrique coopérante 55 du bol est solidaire d'une paroi frontale 10 munie du seuil 11 de déversement de la phase liquide séparée, seuil qui affleura la surface libre intérieure 61 de l'anneau liquide. The cylindrical part of the screw 54 is fixed, directly or by means of a cage with longitudinal bars 57, with a stack of perforated plates 32 forming a body with a cylindrical barrel 33. In this barrel coaxially extends a pipe 5 opening out opposite a bottom 59 directing the mixture towards openings 60 formed in said barrel to feed the bowl and form a rotating ring of liquid in which the plates 32 of the rotor 31 immerse. The cooperating cylindrical part 55 of the bowl is integral with a front wall 10 provided with the threshold 11 for discharging the separated liquid phase, a threshold which is flush with the internal free surface 61 of the liquid ring.

La partie tronconique de la vis 54 qui coopère avec la partie tronconique 56 du bol 1 fait corps avec un prolongement 62 du fût 14. Cette vis est orientée et entraînée pour que l'avancement des sédiments s'effectue à l'opposé de la phase liquide, laquelle s'échappe par le seuil 11. L'extrémité libre de la partie tronconique 56 du bol définit un seuil 63 d'évacuation des sédiments. Le diamètre de ce seuil est inférieur à celui du seuil 11. Dès lors, les sédiments sont sortis de l'anneau liquide par la vis 54 et tandis qu'ils cheminent sur la partie tronconique 56 du bol à l'intérieur de la surface libre 61 dudit anneau, - un essorage des sédiments est opéré sous l'action du champ centrifuge. Les sédiments essorés sont éjectés à travers la tubulure du seuil 63. The frusto-conical part of the screw 54 which cooperates with the frusto-conical part 56 of the bowl 1 forms a body with an extension 62 of the barrel 14. This screw is oriented and driven so that the advancement of the sediments takes place opposite to the phase liquid, which escapes through the threshold 11. The free end of the frustoconical part 56 of the bowl defines a threshold 63 for discharging the sediment. The diameter of this threshold is less than that of threshold 11. Consequently, the sediments are taken out of the liquid ring by the screw 54 and while they travel on the frustoconical part 56 of the bowl inside the free surface 61 of said ring, - a spin of the sediments is operated under the action of the centrifugal field. The drained sediment is ejected through the tubing of the threshold 63.

La vis convoyeuse 54 constitue la barrière précitée s'opposant à l'écoulement de la phase liquide dans la zone périphérique 18. The conveyor screw 54 constitutes the above-mentioned barrier opposing the flow of the liquid phase in the peripheral zone 18.

L'appareil décrit dans ce qui précède en se référant aux figures 3 et 5 à 13 est un clarificateur puisqu'il permet d'éliminer d'un mélange liquide, les sédiments solides. The apparatus described in the foregoing with reference to FIGS. 3 and 5 to 13 is a clarifier since it makes it possible to remove solid sediments from a liquid mixture.

Cet appareil peut aussi être, comme le montre la figure 4 un séparateur de phases liquides de masses spécifiques différentes qui constituent en partie au moins le mélange 19. This device can also be, as shown in FIG. 4, a liquid phase separator of different specific masses which partly constitute at least the mixture 19.

L'interface 25 entre le phase liquide légère 23 et la phase liquide lourde 24 est une surface cylindrique qui se stabilise dans les veines vives 35 sous la dépendance du réglage des seuils d'évacuation 30 et 11 respectivement de ces phases légère et lourde. La séparation peut donc être opérée comme dans l'appareil connu selon la figure 2, en disposant une cloison interne 27plongeant dans la phase liquide lourde au-delà de l'interface 25 ; cette cloison sépare la chambre 28 alimentant en phase liquide lourde le seuil 11, de la chambre 29 alimentant en phase liquide légère le seuil 30.The interface 25 between the light liquid phase 23 and the heavy liquid phase 24 is a cylindrical surface which stabilizes in the living veins 35 depending on the adjustment of the evacuation thresholds 30 and 11 respectively of these light and heavy phases. The separation can therefore be carried out as in the known device according to FIG. 2, by placing an internal partition 27 plunging into the heavy liquid phase beyond the interface 25; this partition separates the chamber 28 supplying the threshold 11 with heavy liquid phase, from the chamber 29 supplying the threshold 30 with light liquid phase.

Bien entendu, cet appareil peut être uniquement séparateur ou bien il peut être en même temps clarificateur. Dans ce dernier cas, il peut alors être équipé en plus, des moyens décrits dans ce qui précède en se référant aux figures 9 à 13. Of course, this device can be only a separator or it can also be a clarifier. In the latter case, it can then be additionally equipped with the means described in the foregoing with reference to FIGS. 9 to 13.

L'expérience a montré que l'appareil de l'invention est extrêmement avantageux ; ainsi, dans le cadre des essais précédents avec des appareils ayant un rotor de 560 mm de diamètre, une vitesse de 4 000 tours/minute, et débitant 4 000 litres/heure, le point de coupure est de 1,6 micromètre pour une densité relative de 0,1, avec un appareil dont le rotor à plaques ajourées fait corps avec un bol tournant, le nombre de plaques ajourées étant de 30 comme dans les deux autres appareils d'essai précités. Experience has shown that the apparatus of the invention is extremely advantageous; thus, in the context of the preceding tests with apparatuses having a rotor of 560 mm in diameter, a speed of 4,000 revolutions / minute, and delivering 4,000 liters / hour, the cut-off point is 1.6 micrometer for a density 0.1 relative, with a device whose rotor with perforated plates is integral with a rotating bowl, the number of perforated plates being 30 as in the two other test apparatus mentioned above.

Claims

1.- Centrifugal separator for the treatment of a liquid mixture (19) comprising at least one liquid phase (23, 24) and possibly a solid phase (16), comprising in particular a rotor (31) constituted by a stack of plates frustoconical (32) integral with each other and with a coaxial tubular barrel (33) for supplying a mixture, the plates being spaced from each other and delimiting openings (34) which extend from the center towards the periphery and are separated by solid parts which can project (if we consider the direction of rotation (T) of each plate to define the front or rear limit of an openwork and the helical flow direction (E) of the mixture through two openings offset angularly by two consecutive plates to define the upstream and downstream faces of the same plate), each a front-upstream edge (38) and / or a rear-downstream edge (36),

characterized in that the rotor (31) cooperates with a rotating bowl (1) in which it is arranged, the bowl being driven at substantially the same speed of rotation as the rotor.

2.- Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotor (31) is integral with the bowl (1).

3.- Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that, in the case where two liquid phases (23, 24) must be separated, a front wall (10) is integral with the bowl (1) delimiting around the barrel (33) a threshold (11) for the discharge of the separate heavy liquid phase (34), while an internal front partition (27) close to this wall (10), integrating with the bowl (1) and plunging in said separate heavy phase in the vicinity of the cylindrical separation interface (25) delimits around the barrel a threshold (30) for the discharge of the separated light liquid phase (23).

4.- Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the bowl (1) cooperates, in its peripheral zone (18) surrounding the rotor (31) and receiving the solid sediments (16) separated to be removed , with a barrier (49; 50; 54) close to the rotor and limiting the flow of the liquid phase in this zone while allowing the sediments to flow towards a means of storage or evacuation (42; 43; 45; 63).

5.- Apparatus according to claim 4, characterized in that the barrier is constituted by rings (49) extending opposite at least some of the plates (32) and being integral with the bowl (1) optionally providing passages for sediment.

6.- Apparatus according to claim 4, -caractérisé in that the barrier is a scraper screw (50) bearing against the bowl (1) and extending in the vicinity of the rotor (31) which is integral with it, this screw which can form a body with a cage (51) being connected to a rotary drive device (53) allowing it to rotate at a differential speed relative to the bowl.

7.- Apparatus according to claim 4, dependent on claim 1 or 3, characterized in that the barrier is a conveyor screw (54) integral with the rotor (31) and bearing against the bowl (1), the screw having , at its end opposite to or at each discharge threshold (11) of the or each of the liquid phases, a frustoconical envelope close to the frustoconical end (56) of the bowl (1) which delimits inside the abovementioned threshold or thresholds a threshold (63) for evacuating the separated and dewatered solid phase.