FR2709985A1 - Apparatus intended to remove liquid from an air/liquid separator - Google Patents
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Abstract
Description
APPAREIL DESTINE A EVACUER DU LIQUIDE D'UNAPPARATUS FOR REMOVING LIQUID FROM A
SEPARATEUR AIR-LIQUIDEAIR-LIQUID SEPARATOR
La présente invention se rapporte à un appareil destiné à évacuer du liquide d'un séparateur air-liquide, et plus spécialement un dispositif qui élimine la nécessité d'une pompe séparée dans la The present invention relates to an apparatus for discharging liquid from an air-liquid separator, and more particularly to a device which eliminates the need for a separate pump in the
conduite de sortie de liquide.liquid outlet line.
Dans des environnements à faible gravité ou à gravité zéro, de l'air est utilisé pour entraîner et transporter initialement du liquide non contenu. Le mélange air-liquide doit alors être séparé et les composants renvoyés vers leurs systèmes pour utilisation. Des séparateurs du type à cyclone ou à tourbillon sont idéaux pour cette application lorsque In low gravity or zero gravity environments, air is used to entrain and initially transport uncontained liquid. The air-liquid mixture must then be separated and the components returned to their systems for use. Cyclone or vortex separators are ideal for this application when
de grands volumes de liquide ou d'air sont impliqués. large volumes of liquid or air are involved.
Des séparateurs rotatifs du type dynamique sont actuellement utilisés pour les petits volumes (inférieurs à 1,42 m3 par minute d'air et 3,8 litres Dynamic type rotary separators are currently used for small volumes (less than 1.42 m3 per minute of air and 3.8 liters
par minute de liquide).per minute of liquid).
Les séparateurs du type à tourbillon sont bien connus dans l'état de la technique et comportent de manière typique un boîtier généralement cylindrique ayant une extrémité inférieure de forme conique, le mélange air-liquide étant introduit dans la partie supérieure du boîtier par l'intermédiaire d'une conduite d'entrée s'étendant d'une manière générale tangentiellement. le mouvement circulaire du mélange amène le liquide plus lourd à s'accumuler sur les parois du boîtier et à tomber vers le fond conique du séparateur. L'air séparé est extrait du centre du Vortex-type separators are well known in the art and typically include a generally cylindrical housing having a conical bottom end, the air-liquid mixture being introduced into the upper part of the housing through of an inlet pipe extending generally tangentially. the circular movement of the mixture causes the heavier liquid to accumulate on the walls of the housing and fall towards the conical bottom of the separator. The separated air is extracted from the center of the
boîtier par l'intermédiaire d'un tube de sortie d'air. housing via an air outlet tube.
L'eau recueillie au fond du boîtier doit être enlevée The water collected at the bottom of the housing must be removed
du dispositif pour une utilisation continue. of the device for continuous use.
Une des manières actuelles d'évacuer ce liquide accumulé est d'avoir une pompe dans une conduite de sortie de liquide qui communique avec le réservoir de collecte d'eau. Le fonctionnement de la pompe est commandé par des capteurs à électrode dans la section de réservoir conique du séparateur à tourbillon qui détectent quand l'eau s'est accumulée à un niveau prédéterminé. Une fois que l'eau atteint ce niveau, la pompe est mise en route et l'eau pompée hors du séparateur. La condition de "mise en route" de la pompe est temporisée en fonction du volume du liquide devant One of the current ways of evacuating this accumulated liquid is to have a pump in a liquid outlet pipe which communicates with the water collection tank. The operation of the pump is controlled by electrode sensors in the conical tank section of the vortex separator which detect when the water has accumulated to a predetermined level. Once the water reaches this level, the pump is started and the water pumped out of the separator. The pump start-up condition is timed depending on the volume of the liquid in front
être évacué du réservoir.be evacuated from the tank.
Bien qu'ils soient généralement efficaces, ces systèmes souffrent de différents inconvénients. Les capteurs à électrode, du fait qu'ils viennent en contact avec l'eau, peuvent éventuellement se dégrader, les rendant ainsi inefficaces ou imprécis. De même, les capteurs peuvent être perturbés par la présence de bulles d'air dans l'eau au point d'indiquer de manière incorrecte qu'il n'y a pas d'eau. De même, ce système ne peut facilement être lié à un débit souhaité, du fait que la pompe est habituellement en "marche" ou Although generally effective, these systems suffer from various drawbacks. The electrode sensors, because they come into contact with water, can possibly degrade, making them ineffective or imprecise. Similarly, the sensors can be disturbed by the presence of air bubbles in the water to the point of incorrectly indicating that there is no water. Likewise, this system cannot easily be linked to a desired flow rate, since the pump is usually "on" or
bien "à l'arrêt".well "at a standstill".
Ces systèmes empêchent également l'utilisation de pompes courantes, telles que des pompes à engrenage ou des pompes centrifuges. Les pompes à engrenage ne peuvent être utilisées du fait de la présence possible de poussières ou de débris dans le liquide, qui ont au moins pour résultat une usure excessive des pompes à engrenage ou bien éventuellement les rendent totalement inefficaces. Les pompes centrifuges ne peuvent être utilisées du fait qu'il est possible de perdre le fluide d'amorçage, les rendant These systems also prevent the use of common pumps, such as gear pumps or centrifugal pumps. Gear pumps cannot be used due to the possible presence of dust or debris in the liquid, which at least results in excessive wear of the gear pumps or possibly makes them totally ineffective. Centrifugal pumps cannot be used because it is possible to lose the priming fluid, making them
ainsi totalement inefficaces.thus totally ineffective.
Selon un premier aspect, l'invention concerne un appareil destiné à évacuer du liquide d'un séparateur air-liquide ayant une partie de collecte de liquide. Cet appareil comportent des moyens définissant une chambre ayant une paroi périphérique et un espace intérieur en communication avec la partie de collecte de liquide du séparateur airliquide de telle sorte que le liquide dans la partie de collecte de liquide peut entrer à l'intérieur de la chambre; des moyens d'entraînement associés de manière opérationnelle à la chambre de façon à faire tourner la chambre autour d'un axe afin d'amener ainsi du liquide dans la chambre à être déplacé contre la paroi périphérique; et un tube de pitot ayant une première extrémité disposée à l'intérieur de la chambre de façon adjacente à la paroi périphérique de telle sorte que du liquide accumulé sur la paroi périphérique passe à travers le tube de pitot lorsque la chambre tourne, et une deuxième extrémité disposée à l'extérieur de la chambre et du séparateur According to a first aspect, the invention relates to an apparatus intended for discharging liquid from an air-liquid separator having a liquid collecting part. This apparatus comprises means defining a chamber having a peripheral wall and an interior space in communication with the liquid collecting part of the airliquid separator so that the liquid in the liquid collecting part can enter inside the chamber. ; drive means operatively associated with the chamber so as to rotate the chamber about an axis so as to cause liquid in the chamber to be moved against the peripheral wall; and a pitot tube having a first end disposed inside the chamber adjacent to the peripheral wall so that liquid accumulated on the peripheral wall passes through the pitot tube when the chamber rotates, and a second end arranged outside the chamber and the separator
air-liquide.liquid air.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système de séparation air-liquide qui comporte un séparateur air-liquide du type à tourbillon ayant une entrée de mélange air-liquide, une sortie d'air et une partie de réservoir destinée à recueillir du liquide séparé, et des moyens destinés à pomper le liquide hors de la partie de réservoir. Ces derniers comportent des moyens définissant une chambre ayant une paroi périphérique et un espace intérieur en communication avec la partie de collecte de liquide du séparateur air-liquide de telle sorte que le liquide dans la partie de collecte de liquide peut entrer à l'intérieur de la chambre; des moyens d'entraînement associés de manière opérationnelle à la chambre de façon à faire tourner la chambre autour d'un axe afin d'amener ainsi du liquide dans la chambre à être déplacé contre la paroi périphérique; et un tube de pitot ayant une première extrémité disposée à l'intérieur de la chambre de façon adjacente à la paroi périphérique de telle sorte que du liquide accumulé sur la paroi périphérique entre et passe à travers le tube de pitot lorsque la chambre tourne, et une deuxième extrémité disposée à l'extérieur de la chambre et du According to a second aspect, the invention relates to an air-liquid separation system which comprises an air-liquid separator of the vortex type having an air-liquid mixture inlet, an air outlet and a tank part intended for collecting separate liquid, and means for pumping the liquid out of the tank portion. The latter include means defining a chamber having a peripheral wall and an interior space in communication with the liquid collecting part of the air-liquid separator so that the liquid in the liquid collecting part can enter inside bedroom; drive means operatively associated with the chamber so as to rotate the chamber about an axis so as to cause liquid in the chamber to be moved against the peripheral wall; and a pitot tube having a first end disposed inside the chamber adjacent to the peripheral wall so that liquid accumulated on the peripheral wall enters and passes through the pitot tube when the chamber rotates, and a second end disposed outside the chamber and the
séparateur air-liquide.air-liquid separator.
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un système de séparation air-liquide de l'état de la technique. La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un système de séparation air-liquide incorporant la Figure 1 is a schematic sectional view of an air-liquid separation system of the prior art. Figure 2 is a schematic sectional view of an air-liquid separation system incorporating the
présente invention.present invention.
La figure 3 est une vue en coupe de l'appareil d'évacuation de liquide selon la présente invention. La figure 4 est une vue partielle dans la Figure 3 is a sectional view of the liquid discharge apparatus according to the present invention. Figure 4 is a partial view in the
direction des flèches IV-IV de la figure 3. direction of arrows IV-IV of figure 3.
Le système de séparation air-liquide connu est illustré sur la figure 1 et comporte un séparateur du type à tourbillon 10 ayant une entrée de mélange air-liquide 12, un tube de sortie d'air 14 et un tube de sortie de liquide 16. Le séparateur à tourbillon 10 possède un boîtier globalement cylindrique 18 avec un réservoir inférieur tronconique 20. Une pompe 22 est associée de manière opérationnelle au tube de sortie de liquide 16. Le fonctionnement de la pompe 22 est commandé par une commande de pompe 24 qui comprend un capteur à électrode 26 s'étendant dans la zone de The known air-liquid separation system is illustrated in FIG. 1 and comprises a vortex-type separator 10 having an air-liquid mixture inlet 12, an air outlet tube 14 and a liquid outlet tube 16. The vortex separator 10 has a generally cylindrical housing 18 with a frustoconical lower reservoir 20. A pump 22 is operatively associated with the liquid outlet tube 16. The operation of the pump 22 is controlled by a pump control 24 which comprises an electrode sensor 26 extending in the area of
collecte de liquide du séparateur.separator liquid collection.
Lors de l'utilisation, le mélange air-liquide entre dans le séparateur 10 par l'entrée 12 dans la direction des flèches 28 et suit une trajectoire hélicoïdale de déplacement à l'intérieur du boîtier 18 du fait de l'emplacement globalement tangentiel du tube d'entrée 12. Ce déplacement est indiqué par des flèches 30 sur la figure 1. Ce mouvement hélicoïdal amène le liquide plus lourd à s'accumuler sur l'intérieur du boîtier 18 et à passer vers le bas dans la section de réservoir conique 20 afin de se retrouver dans le réservoir conique comme cela est illustré en 34. L'air est évacué dans la direction des flèches 32 par l'intermédiaire du tube de sortie d'air 14 disposé de manière centrale. Une fois que le liquide 34 recueilli dans le réservoir conique 20 atteint un niveau prédéterminé, il est détecté par le capteur à électrode 26 qui actionne alors la pompe 22 par l'intermédiaire de la commande de pompe 24. Le liquide est pompé hors In use, the air-liquid mixture enters the separator 10 through the inlet 12 in the direction of the arrows 28 and follows a helical path of movement inside the housing 18 due to the generally tangential location of the inlet tube 12. This movement is indicated by arrows 30 in FIG. 1. This helical movement causes the heavier liquid to accumulate on the inside of the housing 18 and to pass downwards in the conical tank section 20 in order to end up in the conical tank as illustrated in 34. The air is evacuated in the direction of the arrows 32 by means of the air outlet tube 14 disposed centrally. Once the liquid 34 collected in the conical tank 20 reaches a predetermined level, it is detected by the electrode sensor 26 which then actuates the pump 22 via the pump control 24. The liquid is pumped out
du système comme cela est indiqué par la flèche 36. of the system as indicated by arrow 36.
La figure 2 est similaire à la figure 1, mais illustre l'appareil selon la présente invention associé au séparateur à tourbillon 10. Le séparateur à tourbillon 10 peut être n'importe quel séparateur connu FIG. 2 is similar to FIG. 1, but illustrates the apparatus according to the present invention associated with the vortex separator 10. The vortex separator 10 can be any known separator
et, comme dans la description de la figure 1, comporte and, as in the description of FIG. 1, comprises
un boîtier globalement cylindrique 18 ayant une partie de réservoir de forme conique 20. L'entrée de mélange air-liquide 12 communique avec l'intérieur du boîtier 18 afin de diriger le mélange air-liquide dans le boîtier suivant une trajectoire globalement tangentielle de telle sorte qu'il suit une trajectoire de déplacement globalement hélicoïdale une fois à l'intérieur du boîtier 18. Ceci est indiqué par les flèches 30 sur la figure 2. Comme cela a été précédemment décrit, l'eau se sépare de l'air et s'accumule sur l'intérieur du boîtier 18 et passe, par gravité, vers le bas dans le réservoir de forme conique 20. L'air est extrait par l'intermédiaire du tube de sortie d'air 14 comme cela est indiqué par les flèches 32. Le fonctionnement du séparateur du type à tourbillon 10 avec la présente invention est le même que celui décrit en liaison avec l'état de la technique illustré sur la figure 1. Toutefois, l'appareil selon la présente invention évacue du réservoir 20 le liquide accumulé sans la nécessité d'une pompe séparée. Comme cela est mieux illustré sur la figure 3, l'appareil comporte une chambre 38 disposée de façon rotative à l'intérieur d'un boîtier fixe 40. La chambre 38 comporte une paroi périphérique 42, une paroi supérieure 44, et une paroi inférieure 46. Comme cela est illustré sur la figure 4, la chambre 38 est de configuration générale a generally cylindrical housing 18 having a conically shaped reservoir portion 20. The air-liquid mixture inlet 12 communicates with the interior of the housing 18 in order to direct the air-liquid mixture in the housing along a generally tangential trajectory of such so that it follows a generally helical displacement trajectory once inside the housing 18. This is indicated by the arrows 30 in FIG. 2. As has been previously described, the water separates from the air and accumulates on the inside of the housing 18 and passes, by gravity, downwards into the conical tank 20. The air is extracted via the air outlet tube 14 as indicated by the arrows 32. The operation of the vortex-type separator 10 with the present invention is the same as that described in connection with the state of the art illustrated in FIG. 1. However, the apparatus according to the present invention evacuates eue of the reservoir 20 the liquid accumulated without the need for a separate pump. As is better illustrated in FIG. 3, the device comprises a chamber 38 rotatably disposed inside a fixed housing 40. The chamber 38 has a peripheral wall 42, an upper wall 44, and a lower wall 46. As illustrated in FIG. 4, the chamber 38 is of general configuration
cylindrique.cylindrical.
La chambre 38 est reliée à un moteur d'entraînement 48, qui peut être fixé à une partie du boîtier fixe 40, par un arbre d'entraînement 50. La paroi supérieure 44 de la chambre 38 définit une ouverture 52 qui communique avec l'intérieur de la The chamber 38 is connected to a drive motor 48, which can be fixed to a part of the fixed housing 40, by a drive shaft 50. The upper wall 44 of the chamber 38 defines an opening 52 which communicates with the inside the
partie de réservoir 20 du séparateur à tourbillon 10. tank part 20 of the vortex separator 10.
N'importe quel type connu de joint 54 peut être interposé entre la paroi supérieure 44 de la chambre rotative 38 et le boîtier fixe 40 afin d'empêcher le liquide 34 recueilli dans le réservoir 20 d'entrer à l'intérieur du boîtier fixe 40 à l'extérieur de la Any known type of seal 54 can be interposed between the upper wall 44 of the rotary chamber 38 and the fixed housing 40 in order to prevent the liquid 34 collected in the tank 20 from entering inside the fixed housing 40 outside the
chambre rotative 38.rotary chamber 38.
Plusieurs ailettes d'aspiration 56 s'étendant vers le bas depuis l'intérieur de la paroi supérieure 44 et à l'intérieur de la chambre rotative 38. Comme cela est illustré sur la figure 4, les ailettes d'aspiration 56 s'étendent d'une manière générale radialement vers l'extérieur depuis le centre de la chambre rotative 38 et peuvent être droites, comme cela est illustré, ou bien être courbes suivant la nécessité Several suction fins 56 extending downward from the inside of the upper wall 44 and inside the rotary chamber 38. As illustrated in FIG. 4, the suction fins 56 extend generally radially outward from the center of the rotary chamber 38 and may be straight, as shown, or be curved as necessary
de chaque application spécifique.of each specific application.
En fonctionnement, la rotation de la chambre 38 amène les ailettes d'aspiration, qui sont conçues sous la forme d'ailettes de déplacement d'air, à créer une légère dépression dans la chambre 38 afin d'aspirer le liquide 34 du réservoir de séparateur à tourbillon à l'intérieur de la chambre 38. La rotation de la chambre 38 amène le liquide à l'intérieur de la chambre à s'accumuler le long de l'intérieur de la paroi périphérique 42, comme cela est illustré en 58 sur la In operation, the rotation of the chamber 38 causes the suction fins, which are designed in the form of air displacement fins, to create a slight depression in the chamber 38 in order to suck the liquid 34 from the reservoir. vortex separator inside the chamber 38. The rotation of the chamber 38 causes the liquid inside the chamber to accumulate along the inside of the peripheral wall 42, as illustrated in 58 on the
figure 3.figure 3.
La paroi périphérique 42 peut définir une partie de collecte de liquide 42a ayant une configuration globalement concave dirigée vers l'intérieur de la chambre 38. Un tube de pitot 60 possède une extrémité d'entrée qui s'étend dans cette partie de collecte de liquide concave 42a de telle sorte que, lorsque la chambre 38 tourne, l'eau est forcée dans l'extrémité d'entrée et à travers le tube de pitot 60. Le tube de pitot 60 est fixe et peut passer à travers la paroi supérieure 44 de la chambre 38 à l'intérieur de la chambre en rotation le long de l'axe de rotation 62. Le tube de pitot 60 s'étend vers l'extérieur du dispositif et sert à évacuer du liquide The peripheral wall 42 can define a liquid collecting part 42a having a generally concave configuration directed towards the interior of the chamber 38. A pitot tube 60 has an inlet end which extends into this liquid collecting part concave 42a so that, when the chamber 38 rotates, the water is forced into the inlet end and through the pitot tube 60. The pitot tube 60 is fixed and can pass through the upper wall 44 from the chamber 38 inside the rotating chamber along the axis of rotation 62. The pitot tube 60 extends towards the outside of the device and serves to evacuate liquid
dans la direction des flèches 36 sur la figure 3. in the direction of the arrows 36 in FIG. 3.
Tout air qui peut être séparé du liquide dans la chambre 38 peut être évacué par l'intermédiaire d'un passage 64 défini à travers l'arbre d'entraînement 50 et dirigé dans un passage d'évacuation d'air 66. Le passage d'évacuation d'air 66 peut communiquer avec le tube de sortie d'air 14, comme cela est illustré sur la figure 2. Un filtre 68 peut être associé de manière opérationnelle à l'entrée du passage 64 à l'intérieur de la chambre 38 afin d'empêcher le colmatage des passages par des débris quelconques qui peuvent être entraînés dans l'air. Le passage d'évacuation d'air maintient également une légère dépression à l'intérieur de la chambre rotative 38 afin d'aider à l'aspiration du liquide dans la chambre. Une fois que le liquide 34 est en contact avec les ailettes 56, les forces centrifuges poussent l'eau devant être recueillie sur Any air that can be separated from the liquid in the chamber 38 can be evacuated via a passage 64 defined through the drive shaft 50 and directed into an air evacuation passage 66. The passage d the exhaust air 66 can communicate with the air outlet tube 14, as illustrated in FIG. 2. A filter 68 can be operatively associated with the inlet of the passage 64 inside the chamber 38 in order to prevent clogging of the passages by any debris which may be entrained in the air. The air discharge passage also maintains a slight depression inside the rotary chamber 38 in order to assist in the aspiration of the liquid into the chamber. Once the liquid 34 is in contact with the fins 56, the centrifugal forces push the water to be collected on
l'intérieur de la paroi périphérique 42. the interior of the peripheral wall 42.
Comme cela peut se voir, la présente invention élimine la nécessité de tout dispositif de détection destiné à détecter le niveau d'eau et élimine les problèmes inévitablement associés à ces systèmes de détection. L'appareil élimine également la nécessité de pompes externes, tout en conservant les avantages des séparateurs à tourbillon à grande capacité d'écoulement. L'invention conserve les caractéristiques de pompage positives des séparateurs rotatifs sans les inconvénients de la relativement faible capacité As can be seen, the present invention eliminates the need for any detection device for detecting the water level and eliminates the problems inevitably associated with these detection systems. The device also eliminates the need for external pumps, while retaining the benefits of high flow capacity vortex separators. The invention retains the positive pumping characteristics of rotary separators without the drawbacks of the relatively low capacity.
d'écoulement de ces séparateurs rotatifs. flow of these rotary separators.
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