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Turbines

Des systèmes de turbine hautement efficaces développés pour les exigences individuelles dans le domaine des technologies de mélange

Ces dernières années, les exigences relatives aux systèmes de mélange dans les applications industrielles ont constamment augmenté. La conception des turbines, la sélection d'un système de mélange adapté, ainsi que la disposition des composants individuels sur l’agitateur ont un impact décisif sur l'ingénierie du processus et les propriétés mécaniques.

Cela concerne non seulement les agitateurs mais également les réacteurs et leurs composants. L’optimisation globale des turbines classiques avec des aspects spécifiques à l’industrie est à la base du développement de la gamme de turbines EKATO qui définit constamment de nouvelles normes dans le domaine des technologies de mélange.

Catégories de turbine

Dans le domaine des technologies de mélange, une grande variété de turbines est utilisée pour un grand nombre d’applications. Les différents designs peuvent être associés à quelques types de base. Les dimensions et les désignations de ces derniers sont définies dans la norme DIN 28131. Par principe, il est pertinent de classer les agitateurs en fonction des critères suivants :

En pratique, les turbines sont généralement classées en fonction du sens d’écoulement primaire.

En plus du flux axial ou radial désiré, chaque agitateur génère également un flux tangentiel en transmettant le mouvement de rotation au liquide. Un flux en trois dimensions prévaut donc dans la cuve de mélange. Ce champ d'écoulement est fortement influencé par les composants dans le réservoir. Le flux tangentiel non désiré dans le système d’agitation peut souvent être réduit en installant des déflecteurs sur la paroi de la cuve.

 

Turbines classiques

TURBINE

Une turbine de pompage axial typique pour les matériaux à faible viscosité est la turbine à trois lames. Cette turbine polyvalente est particulièrement adaptée pour l’homogénéisation et la mise en suspension. Le motif d'écoulement présente une forte aspiration axiale et un flux de décharge fortement regroupé dans la plage de l'écoulement turbulent. Le flux du jet de sortie est dévié en bas et atteint la surface au niveau de la paroi de la cuve. Le liquide est accéléré dans la zone de l’hélice.

TURBINES À PAS DE PALES 

Un motif de flux assez comparable est produit par la turbine à pas de pales à quatre lames avec un angle de lame de 45°. Cependant, une composante radiale plus importante est formée. À l’opposé de la turbine, la zone d’application est étendue ; des viscosités jusqu'à 20 000 mPa peuvent être traitées. La plage d’application s'étend donc jusqu’au régime d'écoulement laminaire et à turbine mais l’efficacité est relativement faible du fait de la forme très simple de la lame.

TURBINES À RUBAN HÉLICOÏDAL

La turbine à ruban hélicoïdal convient pour l’homogénéisation de matériaux à haute viscosité. Elle est composée d'une hélice en forme de ruban qui est fixé sur la tige par des barres transversales. Contrairement à l’hélice, le flux axial n’est pas causé par les différences de pression, mais par un effet de déplacement dans le régime d'écoulement laminaire. L’un des inconvénients de la turbine à ruban hélicoïdal est l’utilisation obligatoire de traverses pour la stabilisation. Cela empêche l’installation de déflecteurs, de tubes plongeurs, etc. qui pourraient être avantageux ou nécessaires dans de nombreuses applications pratiques. Avec un rapport de diamètre de 0,9 à 0,99, la turbine à ruban hélicoïdal est proche de la turbine fonctionnant sur la paroi.

Les turbines à flux radial génèrent un flux radial dirigé essentiellement vers la paroi de la cuve puis est ensuite dévié vers le bas et vers le haut. Cela entraîne la formation de deux vortex annulaires à rotation opposée. Cela provoque un flux axial vers la turbine depuis le haut et le bas. 

TURBINES À DISQUE À LAME PLATE

La turbine à disque à lame plate est un exemple de turbine à pompage radial couramment utilisée. Plusieurs (six en général) lames rectangulaires verticales sont disposées de façon symétrique le long de la circonférence sur un disque support à l’horizontale. La turbine à disque à lame plate est principalement utilisée pour les applications gazées. Dans ce cas, les inconvénients de cette turbine sont la limite de submersion relativement faible ainsi qu’une forte diminution de la puissance. L’extension aux autres tâches de mélange n’est possible que dans certaines conditions. Avec cette turbine, l’effet de mélange effectif se produit principalement dans la zone de cisaillement de l'écoulement radial.

DISQUES DISSOLVEURS

D’autres turbines à pompage radial typiques sont les disques dissolveurs, également appelés disques disperseurs. Le modèle EKATO DISSOLVER est composé d'un disque support sur lequel des éléments en forme de dent sont disposés à la verticale sur la circonférence du disque. Les disques dissolveurs conviennent pour les tâches de mélange nécessitant un degré de cisaillement élevé (par ex. pour émulsifier, concasser des solides et pour le broyage humide) et sont souvent utilisés en combinaison avec d'autres turbines comme système de mélange. Les forces de cisaillement locales élevées nécessaires sont donc obtenues avec des vitesses circonférentielles élevées dans un petit volume. Pour les matériaux à haute viscosité, une turbine à flux axial supplémentaire garantit une circulation suffisante dans la cuve.

TURBINES COURBES

La turbine courbe est une turbine relativement rapide avec (généralement) trois lames repliées vers l’arrière dans la direction du flux. La direction principale du flux est radiale. Le volume de flux axial dépend du ratio du diamètre et de l’espace libre au fond de la turbine. La turbine courbe est généralement utilisée avec un ou deux déflecteurs en forme de doigts dans le système de mélange pour homogénéiser et améliorer le transfert thermique dans les liquides à viscosité généralement faible. Cependant, son adaptabilité est limitée. Étant donné que la turbine courbe est conçue à l’origine pour les applications doublées de verre, elle n’est pas optimale en termes de dynamique des fluides et est donc de plus en plus remplacée par des turbines plus efficaces.

TURBINE À ANCRE

L’ancre est l’un des représentants typiques des turbines à flux tangentiel et est généralement composée de deux lames disposées en parallèle de la tige. Ces éléments sont connectés par une barre transversale qui suit le contour du fond de la cuve. Avec un rapport de diamètre de 0,9 à 0,99, la turbine à ancre a un faible espacement à la paroi. Sa tâche principale consiste à réduire l’épaisseur de la couche limite à haute viscosité adhérant à la paroi de la cuve afin d’intensifier l’échange de chaleur. Les turbines à doigts ou à cadre qui sont toujours utilisés de façon occasionnelle ont des propriétés similaires aux turbines à ancre. 

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