FR2482470A1 - Rotational stirring appts. for fluids - which flow radially outwards through tubular, rotating stirrer blades to accelerate mixing of fluids - Google Patents

Abstract

Stirrer is used to subject one or more materials to rotation and centrifugal or centripetal force. The stirrer subjects the materials to high pulsed speeds which fluctuate w.r.t. time. A pref. appts. uses a motor to rotate a vertical shaft carrying a box on its bottom end; and the base of the box is open. On the periphery of the box are two or more curved radial tubes. Due to the rotation of the shaft, the materials flow upwards into the box and then radially outwards through the tubes, so materials in a vessel contg. the stirrer are subjected to cyclic variations in stirring speed. Used esp. for the mixing of, and/or heat transfer between, liqs. and/or gases, and possibly solids, where rapid mixing and/or heat exchange is achieved.

Description

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux appareils rotatifs utilisés en particulier pour réaliser des opérations de mélange tels que notamment mélanges de milieux ou phases liquides ou gazeux, voire solides. The present invention relates to improvements made to rotary devices used in particular for carrying out mixing operations such as in particular mixing of liquid or gaseous or even solid media or phases.

On utilise couramment pour réaliser de tels mélanges des appareils dont les organes actifs, montés sur un arbre animé d'un mouvement de rotation, peuvent revêtir des formes les plus diverses et être constitués notamment par des palettes, des roues à aubes action centrifuge. ou hélicocentrifuge etc.... It is commonly used to make such mixtures of devices whose active members, mounted on a shaft driven in a rotational movement, can take the most diverse forms and be constituted in particular by pallets, centrifugal impellers. or helico-centrifugal etc ...

Dans le cas de tels appareils, la vitesse du jet de fluide provoqué par la rotation des organes tournants et à leur périphérie se trouve à peu près uniformément répartie de façon constante sur toute la périphérie de llappareil, c'est-à-dire sur 360".  In the case of such devices, the speed of the jet of fluid caused by the rotation of the rotating members and at their periphery is approximately uniformly distributed constantly over the entire periphery of the device, that is to say over 360 ".

Or, dans certaines applications, notamment dans celle des mélanges, il peut être intéressant de soumettre les différents points dtun milieu à une action puissante, mais brève, suivie d'un temps de repos plus ou moins long. However, in certain applications, in particular in that of mixtures, it may be advantageous to subject the various points of a medium to a powerful, but brief action, followed by a more or less long rest time.

Egalement dans le cas dtutilisation des appareils dont s'agit pour augmenter la convection à la surface d'un échangeur thermique, il est inté ressaut de diriger sur cet échangeur un fluide, non pas à vitesse constante, mais variable dans le temps Pour permettre dSatteindre,en particulier, ces buts, appareil rota- tif est, conformément à l'invention, agencé de façon à créer un jet de fluide auquel est imprimée une grande vitesse et tournant autour de l'axe dudit appareil de façon à soumettre successivement les différents points du milieu dans lequel il est placé, ou vers lequel il est dirigé, à un flux à grande vitesse, suivant un rythme pulsé. Also in the case of using the devices in question to increase the convection on the surface of a heat exchanger, it is useful to direct a fluid on this exchanger, not at constant speed, but variable over time To allow reaching , in particular, these objects, rotary apparatus is, in accordance with the invention, arranged so as to create a jet of fluid to which a high speed is printed and rotating around the axis of said apparatus so as to successively submit the various points of the medium in which it is placed, or towards which it is directed, at a high speed flow, following a pulsed rhythm.

Les divers caractéristiques et avantages de 15invention ressortiront de la description qui va suivre de quelques-unes de ses formes possibles de réalisation. 1l est bien précisé qu'il s'agit uniquement d'exemples non limtstatifs et que toutes autres formes, proportions et dispositions pourraient être adoptées sans sortir du cadre de l'invention. The various features and advantages of the invention will emerge from the following description of some of its possible embodiments. It is clearly stated that these are only non-limiting examples and that all other forms, proportions and arrangements could be adopted without departing from the scope of the invention.

Au cours de cette description, on se rafère aux dessins ci-joints
sur lesquels
les figures 1 et 2 sont des vues schématiques explicatives;
les figures 3 et 4 sont des vues schématiques respectivement en élévation et en plan d'une première forme de réalisation de l'invention;
la figure 5 est une vue, également en élévation, d'une variante de cette forme de réalisation;
les figures 6, 8, 10, 12 et 14 sont des vues en élévation, les figures 7, 9, 11, 13 et 15 sont des vues en plan, d'autres formes de réalisation de llinvention. During this description, we can refresh ourselves with the attached drawings
on which ones
Figures 1 and 2 are explanatory schematic views;
Figures 3 and 4 are schematic views respectively in elevation and in plan of a first embodiment of the invention;
Figure 5 is a view, also in elevation, of a variant of this embodiment;
Figures 6, 8, 10, 12 and 14 are elevational views, Figures 7, 9, 11, 13 and 15 are plan views, other embodiments of the invention.

Comme on l'a exposé plus haut, dans le cas d'appareils, tels que représenté à la figure 1 où les organes tournants se comportent comme des roues à actial certrifuge ou héliocerifuge, la vitesse, à la sortie de llappareil, se trouve à peu près uniformément répartie autour de l'appareil, c'est-àdire sur 360".  As explained above, in the case of devices, such as represented in FIG. 1 where the rotary members behave like wheels with a certrifuge or heliocerifuge actial, the speed, at the exit of the device, is at almost uniformly distributed around the device, that is to say 360 ".

Si, par un moyen quelconque et conformément à l'invention, la vitesse de sortie nlest plus répartie sur 360" mais concentrée sur un secteur déterminé représenté par l'angle i de la figure 2, cette vitesse sera, pour une même puissance appliquée sur l'arbre moteur, plus élevée. If, by any means and in accordance with the invention, the exit speed is no longer distributed over 360 "but concentrated on a determined sector represented by the angle i of FIG. 2, this speed will, for the same power applied to the motor shaft, higher.

En tournant l'appareil produira alors un jet à grande vitesse, tournant autour de son axe, comme le montre la figure 2. Dans ces conditions, tout point du milieu dans lequel tourne l'appareil, ou vers lequel il est dirigé, sera soumis, de façon discontinue, à un flux pulsé à grande vitesse, ce qui, comme on 1 'a déjà noté, présente des avantages importants dans certaines applications, notamment pour des opérations de mélange ou pour améliorer les échanges thermiques. By turning the device will then produce a jet at high speed, turning around its axis, as shown in Figure 2. Under these conditions, any point in the environment in which the device turns, or to which it is directed, will be subjected , discontinuously, at a high-speed pulsed flow, which, as already noted, has significant advantages in certain applications, in particular for mixing operations or for improving heat exchange.

L'invention peut être réalisée de façons fort diverses. On en décrira ci-après quelques-unes. The invention can be carried out in a variety of ways. Some of them will be described below.

Dans d'exemple traité aux figures 3 et 4, l'appareil consiste en une enceinte 1, solidaire d'un arbre 2, entraidé en rotation par le moteur 3. In the example treated in FIGS. 3 and 4, the apparatus consists of an enclosure 1, integral with a shaft 2, supported in rotation by the motor 3.

Cette enceinte présente un orifice inférieur d'entrée 4, de grande section, et elle est munie d'ajutages de sortie tubulaires 3, 3a, courbes, dont la courbure est orientée, pour un sens de rotation de l'appareil, de façon à provoquer sur le milieu dans lequel agit l'appareil, une action centrifuge. This enclosure has a lower inlet orifice 4, of large section, and it is provided with tubular outlet nozzles 3, 3a, curved, the curvature of which is oriented, for a direction of rotation of the device, so as to cause a centrifugal action on the medium in which the device acts.

Dans l'exemple dont s'agit, les ajutages 3, 3a sont au nombre de deux et diamétralement opposés. Il va de soi que leur nombre peut être quelconque et quelconque leur disposition sur la périphérie de l'appareil. In the example in question, the nozzles 3, 3a are two in number and diametrically opposite. It goes without saying that their number can be any and whatever their arrangement on the periphery of the device.

Le fluide entre par orifice 4 dans l'enceinte 1, passe dans les ajutages tubulaires 5, 5a, dgoù il sort, centrifugé, à la vitesse rotative #.  The fluid enters through orifice 4 in the enclosure 1, passes through the tubular nozzles 5, 5a, where it leaves, centrifuged, at the rotary speed #.

Tout point, extérieur à l'appareil, recevra, au moment où l'extrémité des ajutages tubulaires passera devant lui, du fluide à une vitesse V, résultante de v et de # R, vitesse de rotation périphérique de l'appareil. Il sera V et de fréquence
donc soumis à une vitesse, variable dans le temps, de valeur maximale # 2N puisque l'appareil comporte deux ajutages tubulaires, N étant la vitesse de rotation en tours par seconde, # = 2 # N la vitesse angulaire. Any point, outside the device, will receive, at the moment when the end of the tubular nozzles pass in front of it, fluid at a speed V, resulting from v and # R, peripheral speed of rotation of the device. It will be V and frequency
therefore subject to a speed, variable in time, of maximum value # 2N since the device has two tubular nozzles, N being the speed of rotation in revolutions per second, # = 2 # N the angular speed.

La courbure des ajutages tubulaires 5 et Sa est choisie de façon à créer un flux sensiblement radial. The curvature of the tubular nozzles 5 and Sa is chosen so as to create a substantially radial flow.

Eventuellement, l'enceinte peut, comme comme le montre la figure 5, com porter outre un orifice inférieur 4 dBe}rtrée, un orifice d'entrée supérieur 4a.  Optionally, the enclosure may, as shown in FIG. 5, include in addition to a lower 4 dBe} inlet, an upper inlet 4a.

L'appareil représenté aux figures 6 et 7 diffère de celui qui vient d'être décrit en référence aux figures 3 à 5, uniquement par le fait que les ajutages tubulaires 5, 5a du fluide sont inclus dans un carénage 6, de façon à éviter un entraînement parasite du fluide sous l'effet de la traînée exercée par ces ajutages. The device shown in Figures 6 and 7 differs from that which has just been described with reference to Figures 3 to 5, only in that the tubular nozzles 5, 5a of the fluid are included in a fairing 6, so as to avoid parasitic entrainment of the fluid under the effect of the drag exerted by these nozzles.

L'action d'un tel appareil est analogue à celle de l'appareil décrit précédemment. The action of such an apparatus is analogous to that of the apparatus described above.

Il en est de même de appareil que montrent les figures 8 et 9. The same is true of the apparatus shown in Figures 8 and 9.

Toutefois, dans ce cas, les ajutages de sortie sont élargis pour y loger à leur périphérie, ou au voisinage de cette dernière, des aubes telles que 7, qui ont pour rêle d'orienter convenablement la vitesse de sortie v , donc la vitesse résultante V, du fluide.However, in this case, the outlet nozzles are widened to accommodate there at their periphery, or in the vicinity of the latter, blades such as 7, which have the role of properly orienting the outlet speed v, therefore the resulting speed. V, fluid.

Conformément à la forme de réalisation représentée aux figures 10 et 11, l'appareil est constitué par une paroi verticale 8 mue en rotation par un arbre 2 et par deux séries d'aubages 9, 9a portées par des fiasques
10, 10a, solidaires de arbre 2, en forme de secteurs triangulaires, diamétralement opposés et dont la base, curviligne, épouse, quant à ses bords d'attaque et de fuite, la forme des aubages 9, 9a. Le fluide entre dans appareil verticalement par le haut et par le bas. n est centrifugé par les systèmes d'aubages et sort, à la hauteur de ces aubages, à la vitesse relative v, soit à la vitesse V absolue, résultante de v et de n R . Dans les zones situées entre les secteurs 10 et 10a, la vitesse relative v' est sensiblement radiale et la vitesse V très éloignée du rayon.Dans ces conditions, pour tout point non en mouvement atteint par le fluide propulsé par lrappareil, la vitesse du fluide varie de façon importante en grandeur et en direction, pendant une même rotation de l'appareil.According to the embodiment shown in Figures 10 and 11, the device is constituted by a vertical wall 8 rotated by a shaft 2 and by two series of blades 9, 9a carried by flanges
10, 10a, integral with the shaft 2, in the form of triangular sectors, diametrically opposite and whose base, curvilinear, matches, as for its leading and trailing edges, the shape of the blades 9, 9a. The fluid enters the device vertically from above and from below. n is centrifuged by the vane systems and leaves, at the height of these vane, at the relative speed v, that is to say at the absolute speed V, resulting from v and n R. In the areas between sectors 10 and 10a, the relative speed v 'is substantially radial and the speed V very far from the radius. Under these conditions, for any non-moving point reached by the fluid propelled by the device, the speed of the fluid varies significantly in size and direction during the same rotation of the device.

Suivant la forme de réalisation représentée aux figures 12 à 15, appareil est constitué par deux fiasques circulaires 11, pila, solidaires d'un arbre tournant 2 , reliés à leur périphérie par quatre séries d'aubages 12, 12a et 13, 13a, régulièrement réparties chacune dans un quart de la circonférence. According to the embodiment shown in Figures 12 to 15, the apparatus consists of two circular flasks 11, pila, integral with a rotating shaft 2, connected at their periphery by four series of blades 12, 12a and 13, 13a, regularly each distributed in a quarter of the circumference.

La courbure des aubes 12a, 13a est orientée de telle sorte que, pour un sens de rotation déterminé de l'appareil, ces aubes exercent sur le fluide une action centrifuge, sous une vitesse sensiblement radiale - (-
A l'inverse, la courbure des aubes 12et 13 est telle que, pour le même sens de rotation de ltappareil, ces aubes exercent sur le fluide une action centripète ou, à la limite, nulle.The curvature of the blades 12a, 13a is oriented so that, for a determined direction of rotation of the device, these blades exert a centrifugal action on the fluid, at a substantially radial speed - (-
Conversely, the curvature of the blades 12 and 13 is such that, for the same direction of rotation of the apparatus, these blades exert on the fluid a centripetal action or, at the limit, zero.

Dans ces conditions, il s'établit, comme le montre la figure 14, autour de 12appareil un courant de fluide réparti en deux boucles A et B, formées entre les séries d'aubages à courbures de sens opposé, ces deux boucles tournant autour de l'axe de l'appareil en même temps que ce dernier. Tout point extérieur reçoit donc des vitesses de fluide alternativement centrifuges et centripètes, condition favorable à une convection élevée dans le cas où des surfaces ou des tubes dJéchange thermique entourent ltappareil.  Under these conditions, there is established, as shown in FIG. 14, around the device a current of fluid distributed in two loops A and B, formed between the series of blades with curvatures of opposite direction, these two loops rotating around the axis of the device at the same time as the latter. Any external point therefore receives alternately centrifugal and centripetal fluid velocities, a condition favorable to high convection in the case where surfaces or heat exchange tubes surround the device.

L'appareil peut comporter un nombre pair quelconque de séries dtaubages, alternativement d'une orientation puis de l'autre. 1l peut comporter entre les aubages des zones fermées, comme le montre la figure 15. Dans cette forme de réalisation, les aubages 14 et 14adonnent un flux centrifuge et les aubages 15 et 15a un flux centripéte.  The apparatus may comprise any even number of series of dips, alternately from one orientation then from the other. 1l may have closed zones between the blades, as shown in FIG. 15. In this embodiment, the blades 14 and 14 have a centrifugal flow and the blades 15 and 15 have a centripetal flow.

Ces aubages sont séparés par des surfaces cylindriques extérieures 16, 16a et 17, 17a. These blades are separated by external cylindrical surfaces 16, 16a and 17, 17a.

Pour une même puissance sur 11 arbre, ces zones fermées assurent des vitesses centrifuges et centripètes plus grandes et une plus grande
séparation des flux centrifuges et centripètes, ce qui est favorable dans
certains cas d'utilisation.For the same power on 11 shafts, these closed zones ensure greater centrifugal and centripetal speeds and greater
separation of centrifugal and centripetal flows, which is favorable in
some use cases.

D'une façon générale, l'invention peut donner lieu à de nombreuses
variantes de réalisation sans que, ce faisant, on sorte de son cadre. In general, the invention can give rise to numerous
variant embodiments without, in doing so, leaving the framework.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1) Appareil rotatif destiné à mettre en mouvement le fluide dans lequel il est placé, ou vers lequel il est dirigé, comportant des organes animés d'un mouvement de rotation et imprimant au fluide une vitesse centrifuge ou centripète, ledit appareil étant caractérisé en ce qulil est agencé de façon à imprimer au fluide une vitesse élevée suivant un rythme pulsé, c'est à-dire variant dans le temps , de façon à soumettre successivement les différents points du milieu dans lequel il est placé ou vers lequel il est dirigé à un flux à grande vitesse suivant le même rythme pulsé. 1) Rotary device intended to set in motion the fluid in which it is placed, or to which it is directed, comprising organs animated by a rotational movement and imparting to the fluid a centrifugal or centripetal speed, said device being characterized in that that it is arranged so as to impart to the fluid a high speed in a pulsating rhythm, that is to say varying over time, so as to successively subject the various points of the medium in which it is placed or to which it is directed to a high speed flow following the same pulsed rhythm. 2) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en se qu'il est constitué par une enceinte mise en rotation dans laquelle pénètre le fluide, grâce à au moins un orifice qu'elle présente, et qui comporte, pour la sortie du fluide une pluralité d'ajutages tubulaires disposés et conformés de façon à créer autour de appareil un jet de fluide à grande vitesse tournant autour de l'axe dudit appareil. 2) Apparatus according to claim 1, characterized in that it is constituted by an enclosure rotated into which the fluid penetrates, thanks to at least one orifice which it has, and which comprises, for the outlet of the fluid a plurality tubular nozzles arranged and shaped so as to create around the apparatus a jet of fluid at high speed rotating around the axis of said apparatus. 3) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les ajutages de sortie du fluide présentent une courbure telle que la vitesse du jet fluide tournant soit sensiblement radiale.  3) Apparatus according to claim 2, characterized in that the fluid outlet nozzles have a curvature such that the speed of the rotating fluid jet is substantially radial. 4) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les ajutages de sortie du fluide sont deux à deux diamétralement opposés. 4) Apparatus according to claim 2, characterized in that the fluid outlet nozzles are two to two diametrically opposite. 5) Appareil suivant llune quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les ajutages de sortie du fluide sont inclus dans un carénage. 5) Apparatus according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the fluid outlet nozzles are included in a fairing. 6) Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ajutages de sortie du fluide consistent en des canaux ménagés dans le carénage et munis chacun à leur périphérie ou au voisinage de cette dernière, d'aubes incurvées destinées à orienter la vitesse de sortie du fluide 6) Apparatus according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the fluid outlet nozzles consist of channels formed in the fairing and each provided at their periphery or in the vicinity thereof, of curved blades intended to direct the fluid exit speed 7) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce quril consiste en une paroi verticale mise en rotation à laquelle se raccordent des flasques en forme de secteurs triangulaires comportant chacun à 1 eur base un système daubes, de courbure convenable.  7) Apparatus according to claim 1, characterized in that quril consists of a vertical wall rotated to which are connected flanges in the form of triangular sectors each comprising at 1 eur base a system of blades, suitable curvature. 8) Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les secteurs triangulaires en forme de flasques sont disposés de façon régulière sur l'arbre de mise en rotation de la paroi verticale, avantageusement diamétralement opposé s par leur sommet. 8) Apparatus according to claim 7, characterized in that the triangular sectors in the form of flanges are arranged in a regular manner on the shaft for rotating the vertical wall, advantageously diametrically opposite s by their apex. 9) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par deux flasques circulaires superposés entraidés en rotation et reliés par une pluralité de séries d!aubages; en nombre pair, régulière- ment réparties sur la périphérie des fiasques, deux séries successives d'aubages ayant des courbures opposées exerçant sur le fluide, les unes une action centrifuge, les autres une action centripète, de façon à établir autour de lappareil un écoulement du fluide réparti en deux boucles opposées et à soumettre tout point extérieur du fluide alternativement à une vitesse centrifuge et centripète.  9) Apparatus according to claim 1, characterized in that it is constituted by two superimposed circular flanges supported in rotation and connected by a plurality of series of blades! in an even number, regularly distributed over the periphery of the flasks, two successive series of blades having opposite curvatures exerting on the fluid, some a centrifugal action, the others a centripetal action, so as to establish a flow around the device of the fluid distributed in two opposite loops and to subject any external point of the fluid alternately to a centrifugal and centripetal speed.