Appareil pour débiter des volumes dosés d'une suspension
La présente invention a pour objet un appareil pour débiter des volumes dosés d'une suspension.
Jusqu'à présent, la conversion en une alimentation intermittente d'un flux d'alimentation à partir d'un écoulement continu d'une suspension de solides dans un véhicule liquide, et en particulier de solides fibreux en suspension dans. un véhicule liquide, a donné lieu à diverses difficultés avec le matériel classique conçu pour traiter des liquides et cela par suite de bouchage, de ségrégation de solides, de retenue de matières fibreuses sur les sièges de soupapes, etc.
L'appareil pour débiter des volumes dosés d'une suspension suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir destiné à contenir cette suspension et muni d'une entrée et d'une digue de trop-plein communiquant avec une sortie, un plongeur placé dans ce réservoir pour être immergé dans la suspension, un dispositif à mouvement vertical alternatif monté au-dessus du réservoir et relié par un arbre vertical au plongeur pour impartir à celui-ci ledit mouvement vertical alternatif, des moyens d'agitation de la suspension se trouvant dans le réservoir et des moyens pour impartir au plongeur une course de longueur réglable, l'arbre vertical étant monté à son extrémité supérieure au dispositif à mouvement alternatif et y étant tourillonné pour sa rotation et des moyens étant disposés pour lui impartir cette rotation.
La fig. 1 est une coupe partielle d'une forme d'exécution particulière de l'appareil objet de l'invention.
La fig. 2 est, à échelle agrandie, une vue en coupe d'un détail de construction.
L'appareil représenté en référence au dessin comprend un réservoir 10 contenant une suspension 12 et présentant une digue de trop-plein 16 communiquant avec une sortie 18. Ce réservoir 10 est recouvert d'un couvercle muni d'un évent de fumées 20, d'un orifice d'entrée 14 et d'une ouverture 22 pour un arbre. Une crosse 24 clavetée pour monter et descendre en coulissant avec un mouvement alternatif vertical est montée dans une charpente rigide 26 au-dessus du réservoir. Un arbre vertical 28 est monté avec son extrémité supérieure maintenue dans la crosse 24 au moyen d'une bague de retenue 30 pour se déplacer alternativement avec ladite crosse 24 et est tourillonné dans cette crosse 24, pour sa rotation, au moyen des roulements 32; il s'étend vers le bas dans le réservoir 10.
Un plongeur 34 est placé concentriquement autour de l'arbre 28. I1 est constitué par un cylindre creux fermé à chaque extrémité et présente un manchon axial intérieur 35 à travers lequel s'étend l'arbre 28. Une garniture 36 et un écrou de maintien 38 sur chaque extrémité du manchon 35 empêchent la suspension de s'introduire entre ce manchon 35 et l'arbre 28. Le plongeur 34 est fixé à l'arbre 28 et est mis en place de façon réglable verticalement sur ledit arbre au moyen de vis de pression 40 à travers chacun des écrous de maintien 38 pour l'entraîner en rotation et en mouvement alternatif vertical avec l'arbre 28 pour son immersion dans la suspension 12. Un agitateur 42 est fixé à l'arbre 28 en dessous du plongeur 34, et un stabilisateur d'arbre 44 est également fixé à l'arbre 28 au voisinage de l'extrémité inférieure de celui-ci.
Ce stabilisateur consiste en un anneau de masse élevée fixé à l'extrémité libre d'un arbre pour en empêcher les vibrations. Un mouvement rotatif donné à l'arbre 28 provient d'un réducteur à engrenages 46, entraîné par un moteur 48 et comprend un élément d'engrenage creux à travers lequel s'étend de façon coulissante l'arbre 28. L'élément d'engrenage creux 50 et l'arbre 28 sont munis de plusieurs chemins de clavettes adjacents 52 et 54 respectivement, dans lesquels sont disposées des clavettes 56, les chemins de clavettes 54 dans l'arbre 28 étant plus longs que la course verticale maximum de l'arbre 28 dans son mouvement alternatif vertical. La crosse 24 est reliée à un piston 57 d'un mécanisme 58 comprenant un cylindre de pression pour donner le mouvement alternatif à la tige de piston 60.
Ce mécanisme 58 est actionné depuis une source de pression hydraulique ou pneumatique (non représentée) par l'intermédiaire de la soupape à quatre voies actionnée par solénoïde 62 sensible à des micro-contacts 64 et 66 reliés respectivement à des solénoïdes 68 et 70. Des bras verticalement réglables 72 et 74 sont fixés à la tige de piston 60 au moyen d'un collier 76 et contactent les micro-contacts 64 et 66 respectivement pour établir et couper le courant électrique qui excite les solénoïdes 68 et 70. Ces bras verticalement réglables 72 et 74 déterminent la longueur de la course verticale alternative transmise à la crosse 24 et au plongeur 34 dans le réservoir 10.
Une minuterie 78 dans le circuit électrique entre le solénoïde 70 et le microcontact 66 est utilisée pour contrôler l'intervalle de temps entre le débit de volumes mesurés successifs de la suspension. L'arbre 28 est muni d'un organe d'étanchéité 80 à auto-assise, disposé concentriquement autour de l'arbre 28 sur l'ouverture pour arbre 22 dans le couvercle du réservoir. L'organe d'étanchéité 80 est biseauté sur au moins une partie de sa face d'assise et est lesté d'en dessus au moyen d'un collier 82, afin de faciliter son assise dans un siège correspondant 83 situé dans le couvercle 23 du réservoir.
Pour faire fonctionner l'appareil, un flux d'alimentation continu de la suspension est introduit via l'entrée 14 - dans le réservoir 10 et l'on impartit la vitesse désirée de rotation et la course verticale alternative désirée à l'arbre 28 et donc au plongeur 34 et à l'agitateur 42. Lorsque le niveau de la suspension 12 dans le réservoir 10 atteint le niveau de trop-plein de la digue 16, la course descendante du plongeur est amorcée pour débiter un volume déterminé de la suspension à la sortie à chaque cycle de l'opération. A la course montante du plongeur, le niveau de la suspension tombe en dessous du niveau de la digue, et il n'y a plus d'évacuation de celle-ci par-dessus la digue, et à la course descendante suivante le plongeur déplace un volume déterminé de suspension qui passe par-dessus la digue dans l'orifice de sortie.
L'ampleur de ce volume est déterminée par les dimensions du plongeur et la longueur de la course de déplacement.
Le réservoir peut commodément être un récipient cylindrique vertical comme représenté dans le dessin. Toutefois, on peut varier le réservoir comme on le veut, tant pour les dimensions que pour la forme. La condition nécessaire minimum de dimensions est qu'il doit être suffisamment grand pour procurer un espace annulaire suffisant pour l'écoulement de la suspension autour du plongeur et par-dessus la digue de trop-plein sans obstruction ou retenue.
Quant à sa forme, le réservoir peut avoir diverses configurations géométriques, la seule condition nécessaire étant qu'il n'y ait pas dans ce réservoir audessous du niveau de la suspension des espaces ne pouvant pas être efficacement agités. L'orifice d'entrée au réservoir doit naturellement être suffisamment grand pour laisser passer le flux de la suspension sans bouchage ou retenue.
Le niveau de la digue de trop-plein communiquant avec la sortie du réservoir régit automatiquement le niveau de la suspension dans ce réservoir et, à cette fin, il est de préférence réglable dans un plan vertical, la sortie étant suffisamment grande pour recevoir n'importe quel volume désiré et prédéterminé de la suspension déplacée du réservoir. On peut faire varier à volonté le profil de découpe de la digue pour contrôler la nature du trop-plein. Par exemple, la découpe de la digue peut être rectangulaire, en trapèze renversé, encochée en V > , V , encochée en U et autres à volonté.
Le plongeur est un cylindre rigide, clos et creux, comme représenté, de dimensions suffisantes pour déplacer la quantité requise de la suspension, lors de la course descendante dans l'intervalle de temps requis. Toutefois, au lieu d'un profil cylindrique creux, ce plongeur peut être massif et peut avoir d'autres formes géométriques, par exemple sphérique, cubique, en cône régulier, en cône renversé, ou des combinaisons de ces formes, pour faire varier la vitesse de déplacement de la suspension lorsque cet organe de déplacement se déplace par sa course descendante.
Dans une variante, le plongeur est fixé de façon réglable à l'arbre pour faciliter l'élévation ou l'abaissement de sa position verticale dans le réservoir par rapport à la masse de la suspension qui se trouve dans celui-ci, afin d'obtenir à volonté une plus ou moins grande immersion pour déplacer et délivrer la quantité désirée de la suspension à la sortie. Le plongeur pourrait être rendu solidaire de façon permanente de l'arbre ou d'un raccord équivalent avec le dispositif alternatif vertical.
L'agitation est une fonction nécessaire afin de surmonter toute tendance des solides à la ségrégation ou au dépôt hors du véhicule liquide, et de maintenir une répartition uniforme des solides d'un bout à l'autre de la suspension. Dans la machine représentée, une turbine à aubes ouvertes et retournées est fixée à l'arbre en dessous du plongeur. Dans des variantes, d'autres types d'agitateurs comme des lames, des pales, des ailettes, des barres et autres équivalents à cette turbine à aubes ouvertes et retournées peuvent être utilisés. Ces agitateurs peuvent être fixés directement au plongeur et supprimer ainsi la nécessité d'un agitateur séparé.
Le degré d'agitation doit être suffisant pour maintenir une répartition uniforme des solides d'un bout à l'autre lors du pas sage du véhicule liquide dans le réservoir et empêcher une ségrégation ou une séparation des solides d'avec elle, mais ne doit pas être vigoureux au point de provoquer un tourbillonnement ou un éclaboussement important, car un tourbillonnement et/ou un éclaboussement importants peuvent entraver le fonctionnement convenable de l'appareil.
Dans l'appareil représenté, on remarquera qu'un stabilisateur d'arbre 44 est fixé à l'arbre près de son extrémité inférieure, afin de réduire au minimum les oscillations de cet arbre. Pour certaines sortes de suspensions, l'extrémité inférieure de l'arbre pourrait être montée à coulisse et rotativement dans un palier approprié fixé au fond du réservoir, auquel il ne faudrait pas de stabilisateur d'arbre. Dans une variante où un agitateur séparé est installé ou dans laquelle le plongeur est muni de lames, pales, ailettes et autres d'agitation, il n'est pas nécessaire que l'arbre s'étende en dessous de l'organe de déplacement.
On remarquera dans le dessin que l'arbre est muni d'un organe d'étanchéité à auto-assise pour fermer l'ouverture pour arbre du couvercle du réservoir.
Cet organe d'étanchéité à auto-assise est commodément fait d'une matière plastique inerte non abrasive et peut être installé autour de l'arbre, en pratiquant une entaille radiale dans le sens axial à travers cette matière et en l'agrafant autour de l'arbre. Cet organe d'étanchéité est biseauté sur au moins une partie de sa face d'assise et est lesté d'en dessus au moyen d'un collier ajusté lâchement - ou dispositif équivalent pour en faciliter l'assise. Un avantage de cet organe d'étanchéité d'arbre est qu'il permet un jeu relativement grand entre le couvercle rigide du réservoir et l'arbre, si bien que si l'arbre est décentré en cours d'opération il n'en résulte aucun dommage pour le couvercle du réservoir ou l'arbre.
Au cas où l'arbre est momentanément décentré en cours d'opération, l'organe d'étanchéité s'ajuste aisément de lui-même pour maintenir l'étanchéité.
Un tel organe d'étanchéité d'arbre est particulièrement utile pour réduire au minimum les fuites du contenu du réservoir, en cas d'éclaboussement dans le réservoir où l'extrémité inférieure de l'arbre n'est pas montée dans un palier.
Outre l'agitation, l'autre fonction nécessaire de l'appareil représenté est celle de déplacement et de débit de portions déterminées de la suspension se trouvant dans le réservoir, cette fonction est accomplie au moyen d'un mécanisme comportant un cylindre de pression relié par l'intermédiaire de la crosse 24 et de l'arbre 28 au plongeur. Ce mécanisme peut être soit hydraulique soit pneumatique, ou une combinaison d'hydraulique et de pneumatique, et on se rendra compte-que l'on peut disposer de diverses soupapes actionnées par solénoïdes, de divers circuits à minuterie et autres pour actionner de tels cylindres sur n'importe quel cycle désiré et à n'importe quelle vitesse désirée de déplacement.
Dans des variantes on pourrait utiliser d'autres dispositifs mécaniques, tels que leviers, cames et autres, lesquels pourraient être utilisés au lieu d'un cylindre de pression alternatif pour impartir une course verticalement alternative au plongeur.
L'exemple qui suit se rapporte à une application pour débiter des volumes déterminés d'une suspension de nitrocellulose fibreuse, dans l'eau, à un centrifugeur pour séparer l'eau de la nitrocellulose. En référence au dessin, le réservoir utilisé était un récipient cylindrique avec fond en cuvette, d'un diamètre intérieur de 89 centimètres et d'une hauteur de paroi latérale de 99 centimètres, avec une digue de tropplein à bord droit de 30 centimètres de long. Le plongeur était un récipient cylindrique ayant un diamètre extérieur de 51 centimètres et une hauteur de droit-côté de 20 centimètres avec des extrémités en cuvette standard, concentriquement placé autour d'un arbre de 7,6 centimètres de diamètre.
Une turbine à aube ouverte et retournée à six lames, de 51 cm de diamètre, était montée sur l'arbre en dessous du plongeur, et on faisait tourner cet arbre à 84 t. p. m. au moyen d'un réducteur d'engrenages de la manière illustrée dans le dessin et décrite plus haut, et actionné par un moteur de 10 H. P. et 1760 t. p. m.
L'arbre était fixé à une crosse verticalement alternative actionnée par un mécanisme hydrauliquepneumatique de 7,6 centimètres de diamètre réglé pour une course de 10 centimètres, muni d'un circuit approprié minuterie-soupape à solénoïde et d'interrupteur de fin de course à chaque extrémité de la course alternative pour fonctionner sur le cycle suivant:
Course descendante de déplacement 1,4 seconde
Course de retour montante. 1,4 seconde
Séjour en haut
de la course ascendante 3,2 secondes
Cycle total 6,0 secondes
Une pression d'huile à 3,5 kg/cm9 actionne le piston dans le cylindre de pression pour la course montante et une pression d'air à 4,5 kg/cm9 actionne piston dans le cylindre de pression pour la course descendante.
La suspension, contenant approximativement 5 /o de nitrocellulose fibreuse en suspension dans de l'eau, était introduite de façon continue dans le réservoir à la vitesse de 137 litres par minute et 13,7 litres de cette suspension étaient déplacés du réservoir une fois par chaque cycle de six secondes, les conditions exposées ci-dessus étant réglées pour satisfaire aux exigences d'un centrifugeur fonctionnant sur un cycle de 6 secondes. Pendant le fonctionnement de l'appareil, il n'y eut pas de ségrégation ou de dépôt de solides provenant de la suspension et il n'y eut aucune obstruction ou retenue de nitrocellulose en un point quelconque.