"Installation pour le tamisage de liquides contenant des solides" Priorité d'une demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique déposée
le 23 novembre 1973, sous le n[deg.] 418.286 au nom de Walter J. TALLEY,
Jr.
La présente invention est relative à des installations
ou dispositifs assurant la concentration de solides contenus dans
un liquide soumis à un procédé de tamisage centrifuge. Elle se rapporte plus particulièrement à un concentrateur pyramidal continu pour des solides contenus dans un liquide entrant, la charge centrifuqe sur ce liquide entrant étant de l'ordre de 10<1> à 10 2 - g.
On a créé des concentrateurs centrifuges et des centrifugeuses pour concentrer les solides contenus dans des eaux de rebut et matières similaires. Des concentrateurs centrifuges comportent généralement une structure à tamis essentiellement cylindrique,
qui est mise en rotation autour d'un axe vertical. La matière concentrée dans des concentrateurs centrifuges de ce genre conserve. une quantité importante de fluide. Ce fluide retenu, l'orientation verticale du concentrateur et les faibles forces centrifuges permettent à la matière concentrée de tomber ou de se déplacer depuis la structure à tamis cylindrique sous l'effet de la pesanteur. Pour arriver à cette opération continue, les forces centrifuges développées par la rotation de la structure à tamis cylindrique ne doivent pas être suffisamment importantes pour empêcher le concentré de tomber ou de se déplacer de haut en bas en raison de la pesanteur. Il en résulte que ces concentrateurs fonctionnent généralement avec une charge centrifuge sur le concentré à l'endroit de la structure à tamis, qui est inférieure à 10 g.
De tels concentrateurs centrifuges sont décrits notamment dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.727.768, 3.737.038 et 3.743.094.
Un concentrateur utilisant un système de distribution comportant une partie rotative est décrit dans la demande de brevet aux
Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 340.087 déposée le 12 mars 1973 au nom
de Talley.
On dispose également de centrifugeuses pour la concentration de liquides contenant des solides. Ces centrifugeuses sont souvent d'une forme conique. Toutefois, elles sont généralement conçues pour fonctionner à une vitesse créant une force centrifuge supérieure à 1000 g. Cette force centrifuge élevée amène le concentré à se transformer en un gâteau pratiquement exempt de liqui-de. Il est souvent nécessaire, sur de telles centrifugeuses, que le concentré ou gâteau résultant soit poussé hors de la centrifugeuse par un mécanisme continu ou discontinu, en plus des forces centrifuges dynamiques.
Dans ces centrifugeuses coniques, il est nécessaire que les éléments de tamisage soient réalisés sous forme d'une plaque présentant des perforations ou sous forme d'un tamis, avec une structure importante soutenant la plaque ou le tamis à l'encontre des forces centrifuges élevées qui sont créées.
La présente invention est relative à un système d'épaississement centrifuge, qui comprend des structures de tamis pyramidales. Il y a deux structures de ce genre, qui sont disposées symétriquement autour d'un axe commun. L'utilisation de deux structures de ce genre augmente la capacité de l'unité sans doubler de façon correspondante les exigences en puissance et les frais. La matière entrante est dirigée vers l'extrémité la plus petite de chaque structure pyramidale tronquée et elle est ensuite répartie vers la série des tamis associés à chaque structure pyramidale, grâce à un système de distribution rotatif. Les vitesses angulaires envisagées dans le cadre de la présente invention sont telles qu'un support structural pour la série des segments de tamis n'est pas nécessaire. Cependant, les vitesses angulaires sont suffisantes
pour créer un concentré sensiblement plus sec que celui obtenu par les actuels concentrateurs centrifuges. De plus, la présente invention prévoit un procédé continu dans lequel le concentré est amené à circuler de force vers l'extrémité la plus grande de chaque structure pyramidale en raison de la composante tangentielle des forces centrifuges développées. Une seconde forme de réalisation
<EMI ID=1.1>
tronquées disposées en série afin d'assurer une capacité plus élevée d'épaississement ou l'obtention d'un effluent plus clair.
Un but de la présente invention est de prévoir un appareil d'épaississement pyramidal centrifuge, permettant la séparation continue des solides contenus dans un liquide entrant.
Un autre but de l'invention est de prévoir un appareil d'épaississement pyramidal centrifuge assurant des forces centrifùges de l'ordre de 10 <1> à 10 <2> g.
Un autre but encore de l'invention est de prévoir un appareil d'épaississement pyramidal centrifuge, comportant une double structure pyramidale agencée de façon symétrique autour d'un axe commun de rotation.
Un autre but de l'invention est de prévoir un appareil d'épaississement pyramidal centrifuge, comportant une structure
de tamis pyramidale, disposée autour d'un axe horizontal de rotation et utilisant un dispositif de distribution rotatif pour diriger le liquide entrant vers la structure de tamis pyramidale rotative.
Un but encore de l'invention est de prévoir un appareil d'épaississement pyramidal centrifuge, comportant deux structures de tamis pyramidales, les deux tamis pyramidaux pouvant être utilisés en série ou en parallèle.
On prévoit donc un appareil d'épaississement pyramidal centrifuge qui utilise deux structures de tamis pyramidales, qui sont entraînées à une vitesse angulaire suffisante pour créer des forces dynamiques sur le liquide entrant et le concentrer, forces qui sont de l'ordre de 10<1> à 300 g. D'autres buts et avantages encore de l'invention apparaîtront plus clairement de la description donnée ci-après avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en élévation d'une installation <EMI ID=2.1>
carter extérieur et l'unité de commande.
La figure 2 est une vue en bout de l'installation illastrée par la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation et en coupe, prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2; un conduit d'admission a été tourné de 90[deg.] pour les besoins de l'illustration, et en outre la structure de tamis pyramidale tronquée de gaucha a été sectionnée pour montrer son intérieur, tandis que la structure de tamis pyramidale tronquée de droite n'a pas été sectionnée pour montrer sa surface externe. La figure 4 est une vue en coupe prise suivant la ligne 4-4 de la figure 1. La figure 5 est une vue en plan de détail de la partie à tamis de la forme de réalisation suivant l'invention. La figure 6 est une vue en coupe plus détaillée, prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2 et illustrant l'une des structures de tamis pyramidales et le système de distribution.
La figure 7 est une vue en coupe transversale, prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2 et illustrant une seconde forme de réalisation, suivant laquelle deux structures de tamis pyramidales sont prévues en série.
En considérant maintenant les dessins, on y a représenté un appareil d'épaississement pyramidal centrifuge, désigné d'une manière générale par la référence 10, et qui est disposé sur une base de support 12 et entraîné par un moteur 14 à l'intervention d'une unité de commande variable 16. La puissance est transmise
à l'unité 10 par un arbre 18 qui est monté dans des paliers 20 et
22. Ces derniers sont supportés sur des supports verticaux 24
<EMI ID=3.1>
L'appareil d'épaississement pyramidal centrifuge 10 comprend un carter cylindrique 26 qui comporte un corps cylindrique
et des panneaux extrêmes pleine, enfermant la structure de tamisage. Des trappes d'accès sont prévues dans le corps du carter cylindrique 26. Ces trappes sont fermées par des couvercles 28 et 30, Une autre ouverture d'accès 32 est prévue centralement sur le
corps du carter, au voisinage de la surface inférieure de celui-ci. Cette ouverture d'accès 32 est également pourvue d'un couvercle 34 qui peut être enlevé suivant les nécessités. Le corps du carter centrifuge 26 est subdivisé en trois segments 36, 38 et 40 pour
la facilité de l'assemblage et la séparation durant les réparations. Les segments 36, 38 et 40 sont assemblés de façon traditionnelle
à l'endroit de flasques 42 et 44. Des ouvertures d'entrée 46 et
48 sont prévues de part et d'autre du carter cylindrique 26. On peut employer l'une ou l'autre ou les deux ouvertures d'entrée
46 et 48. Des collecteurs d'égouttement sont également représentés sur les figures 1 et 2, ces collecteurs s'étendant vers le bas dans la structure de support 12.
En considérant plus particulièrement l'intérieur d'une telle structure, telle qu'illustrée par les figures 3 et 6, deux structures de tamis pyramidales tronquées, désignées d'une façon générale par les références 50 et 52, sont illustrées cosse étant disposées symétriquement autour d'un axe commun défini par l'arbre
18. Les structures de tamis comportent leurs petites extrémités disposées du côté de l'extérieur de l'unité, tandis que les grandes extrémités de ces structures sont donc disposées au voisinage du milieu de l'unité. L'axe de symétrie commun défini par l'arbre
18 est disposé essentiellement horizontalement. Un espace est prévu entre les grandes extrémités des structures de tamis pyramidales tronquées pour donner un accès au dispositif de distribution de liquide entrant et pour permettre la décharge du concentré depuis cette structure à tamis.
Les deux structures de tamis pyramidales sont identiques et une seule sera donc décrite ci-après. La structure pyramidale
50 comprend un châssis pour le montage de segments de tamis. Ce châssis comprend une première plaque de structure 54 qui est essentiellement circulaire et présente un trou concentrique. Une seconde plaque structurale 56 est prévue à la base de la structure de tamis pyramidale 50. Cette seconde plaque structurale 56 est également essentiellement circulaire et présente un trou circulaire concentrique 58. Les plaques 54 et 56 sont parallèles et sont montées autour d'un axe de symétrie commun. Entre cette première plaque 54 et la seconde plaque 56, s'étendent des éléments en forme de T 60, dont la section transversale est mieux illustrée par la <EMI ID=4.1> que 54 et à la seconde plaque 56 pour former le châssis rigide
de support du tamis. Chaque élément en forme de T 60 est également disposé près du bord externe de la première plaque structurale
54 et il s'étend vers le bas et vers l'extérieur par rapport à l'axe de symétrie de la structure, en direction du bord interne
de la seconde plaque structurale 56, au voisinage du trou circulaire
<EMI ID=5.1>
structure pyramidale de tamis et chaque élément en forme de T
60 peut varier de 5 à 30[deg.] ou plus. Cet angle inclus peut être choisi en fonction de la matière générale à traiter, des tamis utilisés, de la vitesse de rotation employée, du degr� de siccité requis, du degré de clarté exigé dans l'effluent, et des dimensions maxima admissibles pour l'unité. Ces divers facteurs seront discutés ci-après. A l'extrémité la plus petite de la structure de tamis pyramidale, un élément transversal plat est disposé entre deux éléments en forme de T 60 adjacents. De même, à l'extrémité la plus grande de la structure de tamis pyramidale 50,
des éléments transversaux 64 s'étendent entre les éléments en forme de T 60 qui sont adjacents. Les éléments transversaux 64 peuvent s'étendre pour recouvrir partiellement la seconde plaque structu-
<EMI ID=6.1> concentré ne circule pas vers l'extérieur de la plaque structurale
56. On peut également prévoir un trou 58 qui serait octagonal.
Le trou concentrique 58 peut comporter une surface qui est angulaire de manière à correspondre à l'angle inclus du châssis en vue d'améliorer la circulation du concentré à l'intérieur de la structure.
La structure de tamis 50 est fixée à l'arbre de commande
18 grâce à un collier 66 disposé tout autour de cet arbre 18 et calé sur celui-ci par une clavette 68. La surface externe de ce collier 66 est d'allure conique de manière à recevoir un moyeu 70. Ce dernier présente un alésage d'allure conique et peut être attiré en contact rigide avec le collier 66 grâce à des boulons 72.
Une plaque de fixation 74 est soudée tout autour du moyeu 70. Cette plaque de fixation est boulonnée sur la première plaque structurale
54 en diverses positions 76. De la sorte, la fixation de chacune des structures de tamis pyramidales tronquées 50 et 52 sur l'arbre
18 est réalisée de manière que ces structures puissent être mises en rotation.
Des segments de tamis trapézoïdaux 78 sont disposés entre les éléments en forma de T 60. Ces segments de tamis trapézoïdaux
78 comportent un châssis 80 présentant une section de U, et des barres de support 82. Le chassis en forme de U 80 reçoit la toile de tamis 84 et une barre de retenue 86. Les tamis sont tendus fortement en travers du châssis 80 et ils peuvent Atre de n'importe quelle dimension choisie de mailles, en fonction de la dimension des particules que l'on doit tamiser. La forme de réalisation illustrée comporte huit segments de tamis trapézoïdaux 78 disposés chacun entre huit éléments en forme de T 60.
Les segments de tamis individuels 78 sont maintenus sur
le châssis de la structure de tamis pyramidale par des éléments à section en U 88. On peut voir ces derniers éléments sur la figure <EMI ID=7.1>
pour recevoir les éléments en forme de U 88. Un bouton de blocage
92 est ensuite vissé sur le goujon 90 pour comprimer les éléments en forme de U 88 contre les châssis de tamis 80. Un écrou de blocage 94 se monte sur les extrémités des goujons 90. Le bouton de blocage 92 peut être dévissé jusqu'à l'écrou de blocage 94. Ceci permet l'enlèvement et le remplacement d'un segment de tamis trapézoïdal 78.
Le liquide entrant est dirigé par l'une ou l'autre ou les
<EMI ID=8.1>
partition du liquide entrant. L'ouverture d'entrée 48 a été tournée, sur la figure 3, de 90[deg.] autour de l'axe de symétrie de l'unité pour la clarté de l'illustration. Le conduit de distribution du liquide entrant est prévu concentriquement tout autour de l'arbre ' de commande 18. Pour recevoir le liquide entrant par l'ouverture d'entrée 48 et pour distribuer ce liquide vers l'une et l'autre extrémité de l'appareil d'épaississement, un joint est formé par chaque ensemble à collier et plaque de fixation prévu à l'une
et l'autre extrémité du conduit de distribution 94 du liquide entrant. Une plaque de déviation 96 est prévue à l'extrémité interne de chaque moyeu 70. Un segment externe tronconique 98 est prévu sur chaque plaque de déviation 96 pour rediriger le liquide entrant vers le centre de l'unité et vers l'extérieur en direction des tamis. Les espaces compris entre les extrémités du conduit de distribution de liquide entrant 94 et de la plaque de déviation 96 forment des orifices annulaires par lesquels le liquide entrant est dirigé. Pour que chaque orifice puisse être modifié afin de s'accommoder de débits différents, des colliers 100 sont disposés tout autour du conduit de distribution de liquide entrant 94. Chaque collier 100 peut être fendu de manière appropriée pour qu'une ten-sion puisse y être appliquée grâce à une bande de serrage 102. De
<EMI ID=9.1>
vers ou à l'écart de la plaque de déviation 96 pour modifier l'orifice annulaire ainsi défini.
Au fur et à mesure que le liquide entrant se déplace vers l'extérieur depuis la plaque de déviation 96, un dispositif est prévu pour distribuer ce liquide contre les structures de tamis
50 et 52. Dans la présente forme de réalisation, ce dispositif de distribution comprend des aubes radiales 104 prévues sur chaque structure de tamis pyramidale tronquée 50 et 52 entre le conduit de distribution de liquide entrant et le châssis de chaque structure de tamis. Chaque aube 104 est dirigée radialement vers le centre d'un segment de tamis trapézoïdal 78. En conséquent, il y a autant d'aubes 104 que de segments de tamis 78. Ceci améliore la possibilité que le liquide entrant, circulant depuis chaque aube
104, entre en contact avec une portion de tamis de la structure de tamis pyramidale tronquée 50 ou 52.
Trois anneaux de support 106,
108 et 110 sont disposés à l'arrière des aubes et y sont fixés. Ces anneaux de support 106, 108 et 110 agissent pour renforcer du point de vue structural les dispositifs de distribution, ainsi que pour empêcher le liquide entrant qui rebondit de retourner vers le conduit de distribution 94. Une plaque circulaire 112
est fixée à une extrémité du dispositif de distribution. Cette plaque 112 s'étend depuis l'anneau 110 jusqu'au bord externe des aubes 104. La plaque 112 empêche un passage direct du liquide entrant depuis le dispositif de distribution vers la sortie de concentré. Le dispositif de distribution est amené à tourner avec les structures de tamis pyramidales tronquées 50 et 52 grace à une plaque de montage 114. Cette plaque de montage 114 est boulonnée sur la première plaque 54 de chaque structure de tamis pyramidale tronquée 50 ou 52. Pour assurer une distribution maximum vers les structures de tamis 50 et 52, le dispositif de distribution balaye une proportion importante du volume intérieur de chacune des structures de tamis pyramidales tronquées 50 et 52. Le liquide entrant sortira par l'orifice annulaire existant à l'endroit de la pla-
<EMI ID=10.1>
104, disposées radialement. Ceci créera une vitesse angulaire dans le liquide entrant, en le soumettant ainsi à des forces centrifuges. Ce liquide entrant se déplacera alors vers l'extérieur en direction des segments de tamis 78 pour y être traité. Une certaine quantité du liquide entrant rebondira depuis les structures de tamis et rentrera dans le dispositif mobile de distribution. Les aubes mobiles 104, disposées radialement, intercepteront à nouveau et redistribueront ce liquide effluent en direction des segments de tamis 78. Les aubes radiales 104 suivent le contour de l'intérieur des structures de tamis pyramidales tronquées 50 et
52. Toutefois, les aubes 104 sont réglées à une courte distance
à l'écart des segments de tamis 78 afin qu'une distribution plus large se produise sur chaque segment de tamis 78.
Après la distribution du liquide entrant vers les divers segments de tamis 78, la vitesse angulaire des structures de tamis
50 et 52 amènera ce liquide entrant à se séparer en un effluent tamisé traversant les segments de tamis trapézoïdaux 78 et en un concentré restant à l'intérieur des structures de tamis pyramidales
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à l'écart du segment de tamis 78, pour tomber vers le fond du carter cylindrique 26. Les parties externes de ce carter 26 sont transformées en deux collecteurs d'effluent, se vidant par les lumières de collecteur 116 et 118, ces collecteurs recevant l'effluent des deux structures de tamis pyramidales rotatives 50 et 52. L'effluent passant par les lumières de collecteur 116 et 118 peut alors être récolté, pour être évacué ou soumis à un autre traite-ment.
Le concentré tendra à se déplacer vers l'extrémité la plus grande de chacune des structures de tamis pyramidales tronquées 50 et 52 pour être finalement déchargé par l'une ou l'autre structure de tamis dans la portion centrale du carter cylindrique
26, formant collecteur de concentré. La pesanteur permettra la descente du concentré vers une lumière de collecteur 120 où le concentré pourra être récolté et évacué.
Pour séparer de façon efficace le concentré à partir de l'effluent après le traitement, un premier anneau tronconique 122 est disposé sur chacune des secondes plaques structurales 56 des structures de tamis pyramidales tronquées 50 et 52. Chaque anneau conique 122, disposé sur les structures de tamis 50 et 52, est amené à tourner avec elles. La rotation résultante tendra à déplacer l'effluent à l'écart du centre du carter cylindrique, vers les collecteurs d'effluent 116 et 118. Un anneau tronconique similaire 124 est disposé de l'autre coté de chacune des secondes plaques structurales 56 pour diriger le concentré d'une façon similaire en direction du collecteur de concentré 120. Un joint à labyrinthe est formé par des plaques annulaires 126 et 128 s'étendant vers l'intérieur, prévues tout autour de chaque seconde plaque structurale 56.
Ces plaques 126 et 128 sont montées directement sur le carter cylindrique 26 à l'endroit des flasques 42 et
44. De la sorte, l'effluent et le concentré peuvent être séparés efficacement en utilisant une barrière physique simple et la rotation des unités.
Deux systèmes de pulvérisation de nettoyage 129 et 130 sont établis tout autour de chacune des structures de tamis pyrami-
<EMI ID=12.1>
nes 129 sont utilisés pour créer une pulvérisation en retour des tamis durant la rotation de l'unité. Ceci peut se faire durant l'opération de séparation de l'unité et peut s'utiliser avec des matières exceptionnellement visqueuses pour aider à séparer la matière et à l'envoyer vers la grande extrémité de chaque structure de tamis pyramidale 50 ou 52. Les systèmes de pulvérisation de nettoyage 130 sont disposés à l'intérieur des structures de tamis et sont amenées à projeter une pulvérisation vers l'extérieur, à la surface interne des segments de tamis trapézoïdaux 78. Les systèmes de pulvérisation 130 peuvent également Atre employés durant le fonctionnement normal de l'unité.
De la sorte, le fonctionnement de l'unité est réalisé grâce à la rotation commune des structures de tamis pyramidales tronquées 50 et 52 à l'intervention d'un couple créé sur l'arbre
18, et par l'introduction du liquide à traiter dans le système par les ouvertures d'entrée 46 et/ou 48. Le liquide entrant est alors amené à traverser les orifices annulaires créés par les plaques
de déviation 96 pour aller vers les aubes rotatives radiales 104. Depuis ces dernières, le liquide est distribué vers les structures de tamis pyramidales tronquées 50 et 52 en vue du tamisage. En employant deux structures de tamis à l'intérieur d'un seul système, on atteint un avantage important en ce qui concerne le volume traité par unité de temps. En môme temps, les frais et les exigences en puissance ne sont pas augmentés d'une quantité égale.
De la sorte, la présente invention est plus pratiqua, plus économique et plus compacte qu'une seule structure de tamis. En outre, les forces dynamiques créées par la rotation de l'unité et par le mouvement du liquide entrant tendent à s'égaliser en raison de la mise en place symétrique des structures de tamis. Ceci réduit les exigences de support et d'autres charges structurales.
<EMI ID=13.1>
et analytiquement dans la détermination des diverses proportions et vitesses de cette unité. Le système est conçu pour une utilisation avec une large variété de matières solides introduites dans le liquide entrant. Certaines eaux résiduelles et certaines matières solides de végétaux forment des concentrés du type boue, qui ont une consistance épaisse et gluante. Par contre, la sciure et d'autres matières solides similaires tendent à former un tassement solide plus influencé par un frottement que par la viscosité d'un fluide. En conséquent, chaque liquide entrant soumis au système exige Une étude empirique pour déterminer les conditions optima qui doivent être utilisées pour assurer sa séparation.
Parmi les divers facteurs à considérer, une caractéristique fondamentale de la présente invention est la nature des structures de tamis pyramidales elles-mêmes. Les segments de tamis tra- pézoïdaux 78 constituent une sorte de support pour la toile de tamisage 84. Cependant, les tamis ne sont pas supportés à un degré qui serait nécessaire pour des forces centrifuges de l'ordre de 1000 g, que l'on emploie normalement dans les centrifugeuses coniques. En outre, la matière entrante doit circuler sous l'influence de la rotation de chaque structure de tamis pyramidale tronquée 50 ou 52 sans éjection physique périodique du concentré. En conséquent, il est avantageux que le concentré reste assez fluide afin qu'il puisse se déplacer continuellement vers le centre de l'unité afin de s'évacuer par le collecteur de concentré 120.
En outre, une pression centrifuge extrême sur le concentré, au fur et à mesure qu'il se déplace sur le tamis, tendrait à amener des particules à traverser la toile de tamis; alors que normalement elles ne le feraient pas. De ce fait, la présente invention est conçue pour créer une charge centrifuge sur le concentré, qui reste dans un intervalle
<EMI ID=14.1>
matières que l'on envisage de tratt er grâce à l'unité suivait l'in-vention ne rencontreront pas les désavantages précédents.
Un autre facteur qui doit être considéré est l'angle inclus tel que mesuré entre l'axe de symétrie de l'une ou l'autre unité et la surface d'un segment de tamis quelconque 78, Cet angle dépendra de la résistance à l'écoulement des solides que l'on traite. On croit que l'angle inclus peut descendre jusqu'à 5[deg.]. On a trouvé qu'un angle de 30[deg.] est acceptable pour de nombreuses utilisations. On croit qu'un angle inclus préféré sur les tamis pyramidaux est de l'ordre de 15 à 20[deg.]. L'angle optimum pour un produit donné quelconque doit être déterminé empiriquement et il dépend de la viscosité naturelle du fluide comprenant les solides, ainsi que de la compaction et de l'effet de séchage du mouvement centrifuge. Dans la plupart des applications, le but à atteindre par une variation de l'angle de la structure pyramidale est d'assurer une relation
de force entre la composante tangentielle de la force centrifuge
et la composante normale de cette force �entrifuge, le long des segments de tamis, de telle sorte que le concentré commencera à se dé-
<EMI ID=15.1>
pyramide.
L'amplitude effective des forces centrifuges imposées sur
le concentré s'obtiendra de n'importe quelle équation théorique impliquant la relation entre la composante normale et la composante tangentielle de la force centrifuge. Cependant, le coefficient de friction ou le facteur de résistance du fluide tendra à varier en réponse à des changements dans l'amplitude de la force centrifuge. On croit que ceci résulte d'un certain nombre de raisons. En premier lieu, avec la force centrifuge accrue, le concentré devient plus sec, ce qui a habituellement pour résultat une viscosité et une fric-
<EMI ID=16.1>
produira, ce qui a pour résultat uns friction accrue. Le coefficient
<EMI ID=17.1> plitude de la force centrifuge, en ce que les tamis constituent des surfaces d'entremêlement plutôt que de simples surfaces de friction. De la sorte, le concentré peut s'entremêler dans ces surfaces de tamis. En conséquent, dans la détermination de l'angle inclus des structures de tamis pyramidales 50 et 52, il est nécessaire de considérer à la fois la relation entre les composantes tangentielle et normale de la force centrifuge, et également l'effet de l'amplitude de la force centrifuge sur les propriétés de friction et sur la viscosité du concentré.
Une autre considération dans la détermination de l'angle inclus et des forces centrifuges imposées est la qualité du débit. On a déterminé que l'effluent tamisé est d'autant plus propre que
le système est mis en rotation plus lentement, c'est-à-dire que
les forces centrifuges sont plus basses. De façon correspondante, le concentré est d'autant plus sec que la force centrifuge est plus élevée. Inversement, avec une augmentation de la force centrifuge, une plus grande quantité de matière traversera le tamis. En outre, avec une diminution de la force centrifuge, une plus grande quantité d'eau restera dans le concentré. De la sorte, une condition optimum pour une utilisation donnée quelconque doit être déterminée
par une variation de la vitesse de l'unité.
Une forme de réalisation qui convient pour la plupart des applications comprend des cages à tamis, ayant des angles inclus de
20[deg.] et tournant à environ 450 tours par minute. L'intervalle des forces centrifuges se développant à l'extrémité élevée d'une telle unité aura de 75 à 100 g.
La figure 7 présente une seconde forme de réalisation qui utilise les mêmes structures de tamis mais exige un système différent de distribution du liquide entrant. Le but du dispositif illustré par la figure 7 est de convertir le système à circulation parallèle de la première forme de réalisation en un système à circulation
"Plant for sieving liquids containing solids" Priority of a patent application in the United States of America filed
November 23, 1973, under n [deg.] 418.286 in the name of Walter J. TALLEY,
Jr.
The present invention relates to installations
or devices ensuring the concentration of solids contained in
a liquid subjected to a centrifugal sieving process. It relates more particularly to a continuous pyramidal concentrator for solids contained in an incoming liquid, the centrifugal load on this incoming liquid being of the order of 10 <1> to 10 2 - g.
Centrifugal concentrators and centrifuges have been created to concentrate solids contained in waste water and the like. Centrifugal concentrators generally have an essentially cylindrical screen structure,
which is rotated around a vertical axis. The material concentrated in centrifugal concentrators of this kind preserves. a significant amount of fluid. This retained fluid, the vertical orientation of the concentrator and the low centrifugal forces allow the concentrated material to fall or move from the cylindrical screen structure under the effect of gravity. To achieve this continuous operation, the centrifugal forces developed by the rotation of the cylindrical screen structure must not be large enough to prevent the concentrate from falling or moving up and down due to gravity. As a result, these concentrators generally operate with a centrifugal load on the concentrate at the location of the screen structure, which is less than 10 g.
Such centrifugal concentrators are described in particular in the patents of the United States of America n [deg.] 3,727,768, 3,737,038 and 3,743,094.
A concentrator using a distribution system comprising a rotating part is described in the patent application to
United States of America n [deg.] 340,087 filed March 12, 1973 in the name
by Talley.
Centrifuges are also available for the concentration of liquids containing solids. These centrifuges are often conical in shape. However, they are generally designed to operate at a speed creating a centrifugal force greater than 1000 g. This high centrifugal force causes the concentrate to turn into a virtually liqui-free cake. It is often necessary on such centrifuges that the resulting concentrate or cake be pushed out of the centrifuge by a continuous or discontinuous mechanism, in addition to dynamic centrifugal forces.
In these conical centrifuges, it is necessary that the sieve elements be made in the form of a plate having perforations or in the form of a sieve, with a large structure supporting the plate or the sieve against the high centrifugal forces. that are created.
The present invention relates to a centrifugal thickening system, which comprises pyramidal sieve structures. There are two such structures, which are arranged symmetrically around a common axis. The use of two such structures increases the capacity of the unit without correspondingly doubling the power requirements and costs. The incoming material is directed towards the smaller end of each truncated pyramidal structure and it is then distributed towards the series of screens associated with each pyramidal structure, thanks to a rotary distribution system. The angular velocities contemplated within the scope of the present invention are such that structural support for the series of screen segments is not required. However, the angular speeds are sufficient
to create a concentrate that is significantly drier than that obtained by current centrifugal concentrators. In addition, the present invention provides a continuous process in which the concentrate is forced to flow towards the larger end of each pyramidal structure due to the tangential component of the centrifugal forces developed. A second embodiment
<EMI ID = 1.1>
truncated arranged in series in order to ensure a higher capacity of thickening or to obtain a clearer effluent.
An object of the present invention is to provide a centrifugal pyramidal thickening apparatus, allowing the continuous separation of the solids contained in an incoming liquid.
Another object of the invention is to provide a centrifugal pyramidal thickening apparatus providing centrifugal forces of the order of 10 <1> to 10 <2> g.
Yet another object of the invention is to provide a centrifugal pyramidal thickening apparatus, comprising a double pyramidal structure arranged symmetrically about a common axis of rotation.
Another object of the invention is to provide a centrifugal pyramidal thickening apparatus, comprising a structure
pyramidal screen, disposed around a horizontal axis of rotation and using a rotary dispensing device to direct incoming liquid to the rotating pyramidal screen structure.
Another object of the invention is to provide a centrifugal pyramidal thickening apparatus, comprising two pyramidal sieve structures, the two pyramidal sieves being able to be used in series or in parallel.
A centrifugal pyramidal thickening apparatus is therefore provided which uses two pyramidal sieve structures, which are driven at an angular speed sufficient to create dynamic forces on the incoming liquid and to concentrate it, forces which are of the order of 10 <1 > to 300 g. Still other objects and advantages of the invention will emerge more clearly from the description given below with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 is an elevational view of an installation <EMI ID = 2.1>
outer casing and control unit.
Figure 2 is an end view of the installation illustrated by Figure 1. Figure 3 is an elevational view in section, taken along line 3-3 of Figure 2; an intake duct was rotated 90 [deg.] for illustration purposes, and additionally the gaucha truncated pyramidal screen structure was sectioned off to show its interior, while the truncated pyramidal screen structure of right has not been sectioned to show its outer surface. Figure 4 is a sectional view taken along line 4-4 of Figure 1. Figure 5 is a detailed plan view of the screen portion of the embodiment according to the invention. Figure 6 is a more detailed sectional view taken along line 3-3 of Figure 2 and illustrating one of the pyramidal screen structures and the delivery system.
Figure 7 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of Figure 2 and illustrating a second embodiment, in which two pyramidal screen structures are provided in series.
Considering now the drawings, there is shown a centrifugal pyramidal thickening apparatus, generally designated by the reference 10, and which is disposed on a support base 12 and driven by a motor 14 at the intervention of '' a variable control unit 16. The power is transmitted
to the unit 10 by a shaft 18 which is mounted in bearings 20 and
22. These are supported on vertical supports 24
<EMI ID = 3.1>
The centrifugal pyramid thickening apparatus 10 comprises a cylindrical housing 26 which has a cylindrical body
and full end panels, enclosing the sifting structure. Access hatches are provided in the body of the cylindrical casing 26. These hatches are closed by covers 28 and 30. Another access opening 32 is provided centrally on the
housing body, in the vicinity of the lower surface thereof. This access opening 32 is also provided with a cover 34 which can be removed as required. The body of the centrifugal housing 26 is subdivided into three segments 36, 38 and 40 for
ease of assembly and separation during repairs. Segments 36, 38 and 40 are assembled in the traditional way
at the location of flanges 42 and 44. Inlet openings 46 and
48 are provided on either side of the cylindrical housing 26. One or the other or both inlet openings can be used.
46 and 48. Drip collectors are also shown in Figures 1 and 2, these collectors extending downwardly into the support structure 12.
Considering more particularly the interior of such a structure, as illustrated by FIGS. 3 and 6, two truncated pyramidal sieve structures, generally designated by the references 50 and 52, are illustrated with the terminal being arranged symmetrically. around a common axis defined by the shaft
18. The screen structures have their small ends disposed on the side of the exterior of the unit, while the large ends of these structures are therefore disposed near the middle of the unit. The common axis of symmetry defined by the shaft
18 is arranged essentially horizontally. A space is provided between the large ends of the truncated pyramidal screen structures to provide access to the incoming liquid delivery device and to allow discharge of the concentrate from this screen structure.
The two pyramidal sieve structures are identical and therefore only one will be described below. The pyramidal structure
50 includes a frame for mounting sieve segments. This frame includes a first structural plate 54 which is substantially circular and has a concentric hole. A second structural plate 56 is provided at the base of the pyramidal screen structure 50. This second structural plate 56 is also substantially circular and has a concentric circular hole 58. The plates 54 and 56 are parallel and are mounted around an axis. of common symmetry. Between this first plate 54 and the second plate 56, extend T-shaped elements 60, the cross section of which is better illustrated by <EMI ID = 4.1> than 54 and to the second plate 56 to form the rigid frame
screen support. Each T-shaped element 60 is also disposed near the outer edge of the first structural plate
54 and it extends downwards and outwards with respect to the axis of symmetry of the structure, towards the inner edge
of the second structural plate 56, in the vicinity of the circular hole
<EMI ID = 5.1>
pyramidal sieve structure and each T-shaped element
60 can vary from 5 to 30 [deg.] Or more. This included angle can be chosen according to the general material to be treated, the sieves used, the rotational speed used, the degree � required dryness, the degree of clarity required in the effluent, and the maximum allowable dimensions for the unit. These various factors will be discussed below. At the smaller end of the pyramidal screen structure, a flat cross member is disposed between two adjacent T-shaped members 60. Likewise, at the larger end of the pyramidal sieve structure 50,
transverse members 64 extend between the adjacent T-shaped members 60. The cross members 64 may extend to partially cover the second structural plate.
<EMI ID = 6.1> concentrate does not flow to the outside of the structural plate
56. It is also possible to provide a hole 58 which would be octagonal.
The concentric hole 58 may have a surface which is angular to match the included angle of the frame to improve the flow of concentrate within the structure.
The screen structure 50 is attached to the drive shaft
18 by means of a collar 66 arranged all around this shaft 18 and wedged thereon by a key 68. The outer surface of this collar 66 is conical in shape so as to receive a hub 70. The latter has a bore d tapered shape and can be drawn into rigid contact with collar 66 by bolts 72.
A mounting plate 74 is welded all around the hub 70. This mounting plate is bolted to the first structural plate.
54 in various positions 76. In this way, the attachment of each of the truncated pyramidal sieve structures 50 and 52 to the shaft
18 is made such that these structures can be rotated.
Trapezoidal screen segments 78 are disposed between the T-shaped members 60. These trapezoidal screen segments
78 have a frame 80 having a U section, and support bars 82. The U-shaped frame 80 receives the screen fabric 84 and a retaining bar 86. The screens are stretched tightly across the frame 80 and they can be of any chosen mesh size, depending on the size of the particles to be sieved. The illustrated embodiment has eight trapezoidal screen segments 78 each disposed between eight T-shaped elements 60.
The individual sieve segments 78 are held on
the frame of the pyramidal sieve structure by U-section elements 88. These latter elements can be seen in figure <EMI ID = 7.1>
to receive U-shaped elements 88. A locking button
92 is then screwed onto the stud 90 to compress the U-shaped elements 88 against the screen frames 80. A locking nut 94 mounts on the ends of the studs 90. The locking knob 92 can be unscrewed up to l Locknut 94. This allows the removal and replacement of a trapezoidal screen segment 78.
The incoming liquid is directed by either or both
<EMI ID = 8.1>
partition of incoming liquid. The inlet opening 48 has been rotated, in Figure 3, by 90 [deg.] Around the axis of symmetry of the unit for clarity of illustration. The inlet liquid distribution duct is provided concentrically all around the control shaft 18. To receive the liquid entering through the inlet opening 48 and to distribute this liquid to either end of the tube. thickening apparatus, a joint is formed by each collar and fixing plate assembly provided at one
and the other end of the distribution duct 94 of the incoming liquid. A diverter plate 96 is provided at the inner end of each hub 70. A frustoconical outer segment 98 is provided on each diverter plate 96 to redirect incoming liquid to the center of the unit and outward to the sides. sieve. The spaces between the ends of the incoming liquid distribution duct 94 and the deflection plate 96 form annular orifices through which the incoming liquid is directed. So that each orifice can be modified to accommodate different flow rates, collars 100 are arranged all around the inlet liquid distribution conduit 94. Each collar 100 can be split appropriately so that a tension can be there. be applied by means of a clamping band 102. From
<EMI ID = 9.1>
towards or away from the deflection plate 96 to modify the annular orifice thus defined.
As the incoming liquid moves outward from the deflection plate 96, a device is provided to distribute this liquid against the screen structures.
50 and 52. In the present embodiment, this distribution device comprises radial vanes 104 provided on each truncated pyramidal screen structure 50 and 52 between the inlet liquid distribution duct and the frame of each screen structure. Each vane 104 is directed radially toward the center of a trapezoidal screen segment 78. Accordingly, there are as many vanes 104 as there are screen segments 78. This improves the possibility of the incoming liquid flowing from each vane.
104, contacts a screen portion of the truncated pyramidal screen structure 50 or 52.
Three support rings 106,
108 and 110 are arranged at the rear of the vanes and are attached thereto. These support rings 106, 108 and 110 act to structurally strengthen the dispensing devices, as well as to prevent the incoming rebounding liquid from returning to the dispensing conduit 94. A circular plate 112
is attached to one end of the dispensing device. This plate 112 extends from the ring 110 to the outer edge of the vanes 104. The plate 112 prevents a direct passage of the incoming liquid from the dispensing device to the concentrate outlet. The dispensing device is rotated with the truncated pyramidal screen structures 50 and 52 by a mounting plate 114. This mounting plate 114 is bolted to the first plate 54 of each truncated pyramidal screen structure 50 or 52. For To ensure maximum distribution to the screen structures 50 and 52, the distribution device scans a significant proportion of the interior volume of each of the truncated pyramidal screen structures 50 and 52. Incoming liquid will exit through the existing annular port at the location. of the pla-
<EMI ID = 10.1>
104, arranged radially. This will create angular velocity in the incoming liquid, thereby subjecting it to centrifugal forces. This incoming liquid will then travel outward toward the screen segments 78 for processing. A certain amount of the incoming liquid will rebound from the screen structures and enter the mobile dispensing device. The radially disposed movable vanes 104 will again intercept and redistribute this effluent liquid towards the screen segments 78. The radial vanes 104 follow the contour of the interior of the truncated pyramidal sieve structures 50 and
52. However, the vanes 104 are set at a short distance
away from screen segments 78 so that a wider distribution occurs on each screen segment 78.
After distributing the incoming liquid to the various screen segments 78, the angular velocity of the screen structures
50 and 52 will cause this incoming liquid to separate into a screen effluent passing through the trapezoidal screen segments 78 and into a concentrate remaining within the pyramidal screen structures.
<EMI ID = 11.1>
away from the screen segment 78, to fall towards the bottom of the cylindrical casing 26. The outer parts of this casing 26 are transformed into two effluent collectors, emptying through the manifold openings 116 and 118, these collectors receiving the effluent from the two rotating pyramidal sieve structures 50 and 52. The effluent passing through the manifold ports 116 and 118 can then be collected, to be discharged or subjected to other treatment.
Concentrate will tend to travel to the larger end of each of the truncated pyramidal sieve structures 50 and 52 to be eventually discharged from either sieve structure into the central portion of the cylindrical housing.
26, forming a concentrate collector. Gravity will allow the concentrate to descend to a collector lumen 120 where the concentrate can be collected and discharged.
To effectively separate the concentrate from the effluent after processing, a first frustoconical ring 122 is disposed on each of the second structural plates 56 of the truncated pyramidal sieve structures 50 and 52. Each conical ring 122, disposed on the structures of sieves 50 and 52, is caused to rotate with them. The resulting rotation will tend to move the effluent away from the center of the cylindrical housing, toward the effluent collectors 116 and 118. A similar frustoconical ring 124 is disposed on the other side of each of the second structural plates 56 to direct. concentrate in a similar fashion towards the concentrate collector 120. A labyrinth seal is formed by inwardly extending annular plates 126 and 128 provided all around each second structural plate 56.
These plates 126 and 128 are mounted directly on the cylindrical housing 26 at the location of the flanges 42 and
44. In this way, the effluent and the concentrate can be separated efficiently using a simple physical barrier and the rotation of the units.
Two cleaning spray systems 129 and 130 are established all around each of the pyramid screen structures.
<EMI ID = 12.1>
129 are used to create a back spray from the screens during the rotation of the unit. This can be done during the unit separation operation and can be used with exceptionally viscous materials to help separate the material and send it to the large end of each pyramid 50 or 52 screen structure. Cleaning spray systems 130 are disposed within the screen structures and are caused to project an outward spray on the inner surface of the trapezoidal screen segments 78. The spray systems 130 can also be employed during the process. normal operation of the unit.
In this way, the operation of the unit is achieved thanks to the common rotation of the truncated pyramidal sieve structures 50 and 52 to the intervention of a torque created on the shaft.
18, and by introducing the liquid to be treated into the system through the inlet openings 46 and / or 48. The entering liquid is then brought through the annular orifices created by the plates.
deflection 96 to the radial rotary vanes 104. From these, liquid is distributed to the truncated pyramidal sieve structures 50 and 52 for screening. By employing two sieve structures within a single system, a significant advantage is achieved in the volume processed per unit time. At the same time, the cost and power requirements are not increased by an equal amount.
As a result, the present invention is more practical, more economical and more compact than a single screen structure. In addition, the dynamic forces created by the rotation of the unit and by the movement of the incoming liquid tend to equalize due to the symmetrical placement of the screen structures. This reduces the requirements for support and other structural loads.
<EMI ID = 13.1>
and analytically in determining the various proportions and rates of this unit. The system is designed for use with a wide variety of solids introduced into the incoming liquid. Some residual water and some plant solids form sludge-like concentrates, which have a thick, sticky consistency. In contrast, sawdust and other similar solids tend to form a solid settlement more influenced by friction than by the viscosity of a fluid. Therefore, each incoming liquid subjected to the system requires empirical study to determine the optimum conditions that should be used to ensure its separation.
Among the various factors to be considered, a fundamental feature of the present invention is the nature of the pyramidal sieve structures themselves. The trapezoidal screen segments 78 provide a kind of support for the screen fabric 84. However, the screens are not supported to a degree which would be necessary for centrifugal forces on the order of 1000 g, which one does. normally used in conical centrifuges. Further, the input material must flow under the influence of the rotation of each truncated pyramidal sieve structure 50 or 52 without periodic physical ejection of the concentrate. Therefore, it is advantageous that the concentrate remains sufficiently fluid so that it can move continuously towards the center of the unit in order to drain out through the concentrate collector 120.
Further, extreme centrifugal pressure on the concentrate, as it moves over the screen, would tend to cause particles to pass through the screen fabric; when normally they would not. Therefore, the present invention is designed to create a centrifugal load on the concentrate, which remains within a range.
<EMI ID = 14.1>
materials which it is envisaged to be processed by virtue of the unit followed by the invention will not encounter the foregoing disadvantages.
Another factor that must be considered is the included angle as measured between the axis of symmetry of either unit and the area of any sieve segment 78. This angle will depend on the resistance to l flow of the solids being treated. It is believed that the included angle can go down to 5 [deg.]. An angle of 30 [deg.] Has been found to be acceptable for many uses. A preferred included angle on pyramidal sieves is believed to be in the range of 15-20 [deg.]. The optimum angle for any given product must be determined empirically and depends on the natural viscosity of the fluid comprising the solids, as well as the compaction and drying effect of the centrifugal motion. In most applications, the goal to be achieved by varying the angle of the pyramid structure is to ensure a relationship
of force between the tangential component of the centrifugal force
and the normal component of this force � entrifuge, along the sieve segments, so that the concentrate will begin to dissolve.
<EMI ID = 15.1>
pyramid.
The effective amplitude of the centrifugal forces imposed on
the concentrate will be obtained from any theoretical equation involving the relationship between the normal component and the tangential component of the centrifugal force. However, the coefficient of friction or resistance factor of the fluid will tend to vary in response to changes in the magnitude of the centrifugal force. This is believed to result from a number of reasons. First, with the increased centrifugal force, the concentrate becomes drier, which usually results in viscosity and fric-
<EMI ID = 16.1>
will produce, which results in increased friction. The coefficient
<EMI ID = 17.1> fullness of centrifugal force, in that the screens are intermingling surfaces rather than mere friction surfaces. In this way, the concentrate can become entangled in these sieve surfaces. Therefore, in determining the included angle of the pyramidal sieve structures 50 and 52, it is necessary to consider both the relationship between the tangential and normal components of the centrifugal force, and also the effect of the amplitude. centrifugal force on the frictional properties and on the viscosity of the concentrate.
Another consideration in determining the included angle and imposed centrifugal forces is the quality of the flow. It has been determined that the screened effluent is cleaner the more
the system is rotated more slowly, i.e.
centrifugal forces are lower. Correspondingly, the higher the centrifugal force is the drier the concentrate is. Conversely, with an increase in centrifugal force, more material will pass through the sieve. Also, with a decrease in centrifugal force, more water will remain in the concentrate. In this way, an optimum condition for any given use must be determined.
by varying the speed of the unit.
One embodiment which is suitable for most applications includes screen cages, having included angles of
20 [deg.] And rotating at about 450 revolutions per minute. The range of centrifugal forces developing at the high end of such a unit will be 75-100 g.
Figure 7 shows a second embodiment which uses the same sieve structures but requires a different system for delivering the incoming liquid. The purpose of the device illustrated in Fig. 7 is to convert the parallel circulation system of the first embodiment into a circulation system.