Brevet FR2182111A1 — publié le 19731207

La présente invention concerne un cyclone pour le triage et la séparation de particules à grains fins. De tels appareils pour le triage et la séparation de particules fines sont connus. Ces appareils comportent en général un 5 corps cylindrique avec un tube d'admission axial pour les particules, ce tube étant placé dans l'une des faces extrêmes du corps cylindrique et un tube d'évacuation axial pour le gaz épuré et les particules non encore séparées, ce tube axial étant placé sur l'autre face extrême du corps cylindrique. De 10 plus des arrivées d'air secondaire sont agencées sur la paroi du corps cylindrique, ces arrivées étant tangentielles et dirigées obliquement par .Rapport au tube d'admission des particules. Un intervalle annulaire, entourant le tube d'admission des particules et débouchant dans une trémie, est prévu 15 pour évacuer les particules séparées dans le corps cylindrique. Sous l'effet de l'introduction du gaz brut, chargé de particules, et Me l'admission d'air secondaire qui se fait dans une direction opposée, il se forme, dans le corps cylindrique, un écoulement dit rotatoire qui est constitué par un 20 écoulement interne, axial et hélicoïdal et par un écoulement externe et également hélicoïdal, dans la zone avoisinant la paroi du corps cylindrique, ces deux écoulements ayant des composantes opposées dans le sens axial. Le courant de gaz brut, arrivant par le tube d'admission est par des aubages 25 mis en rotation , de sorte que les particules chassées de l'écoulement interne parviennent dans l'écoulement externe, et sont par une couche de cet écoulement circulaire externe évacuées par un espace annulaire entourant le tube d'admission des particules, dans une trémie ou dans un système d'évacuation 30 approprié. De tels cyclones présentent un taux de séparation très élevé, même pour les particules les plus fines,comme le montre le diagramme représenté sur la figure 1. Sur ce diagramme, on a représenté le taux de séparation en fonction 35 du diamètre des particules, le taux de dépoussiérage d'un cyclone classique étant représenté par la courbe I. A l'examen de cette courbe, il apparaît que toutes les particules supérieures à 5 microns sont pratiquement séparées à 100 %. Mais des particules inférieures à 5 microns sont également déposées 40 dans la trémie. Lorsqu'il s'agit d'un triage il faut, par 73 15047 2 2182111 20 contre, que les particules inférieures à une certaine dimension ne soient pratiquement pas séparées et que les particules supérieures à cette dimension le soient en totalité.La courbe II correspond au diagramme idéal d'un appareil séparateur pour lequel 5 le "grain limite" est de 10 microns.On a déjà recherché à rendre un cyclone apte au triage en réduisant la pression d'air secondaire et/ou la rotation initiale donnée par les aubages à l'intérieur du tube d'admission des particules, de façon à "dégrader" ainsi le taux de séparation.Le taux de dépoussiérage en fonction 10 de la granulométrie, que l'on obtient ainsi,est représenté sur la courbe III,laquelie n'est qu'une approximation très inexacte de la courbe idéale de séparation II.Ceci montre par conséquent qu'il ne suffit pas d'opérer à puissance réduite pour parvenir au résultat souhaité et obtenir une courbe de séparation plus tranchée 15 La présente- invention a donc pour but de perfectionner un cyclone du type précité, de façon qu'il puisse aussi être utilisé en appareil de triage avec une courbe de séparation amélio'-rée. Selon l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que la section droite du tube d'admission des particules est au maximum égale à la moitié de celle du corps cylindrique constituant la chambre de cyclonage, et que les buses d'air secondaire sont disposées sur une seule couronne annulaire. Le fait que 1'admission des particules soit réalisée sous la forme d'un tube ayant un diamètre très inférieur 25 à celui de la chambre de cyclonage permet à toutes les particules pénétrant dans cette chambre d'être soumises pratiquement aux mêmes conditions géométriques initiales, c'est-à-dire que le même mouvement hélicoïdal est communiqué à pratiquement toutes les particules. Le fait que les buses d'air secondaire soient agencées sur une seule couronne annulaire a pour effet que les seules particules à être évacuées par la sortie inférieure sont celles qui,dans la chambre de cyclonage ont, sous l'effet de la force centrifuge eu le temps de sortir de l'écoulement rotatoire central avant d'atteindre un niveau exactement défini dans la chambre de cyclonage.Cela permet donc une séparation des particules en fonction de la dimension de leur grain plus tranchée qu'en recourant à un cyclone utilisé à puissance réduite. De plus, afin d'obtenir des conditions permettant une séparation plus nette des particules en fonction 40: de leur grosseur de grain, le tube d'évacuation pénètre dans 50 35 73 15047 3 2182111 la chambre de cyclonage, l'extrémité 'inférieure de ce tube se terminant à une faible distance verticale au-dessus des embouchures des buses d'air secondaire. On crée ainsi, dans la chambre de cyclonage, une arête vive qui joue en même temps le 5 rôle de frontière pour les particules à séparer dans ladite chambre de cyclonage. Afin de communiquer tin mouvement hélicoïdal au flux de particules entrant, il est avantageux que des aubages soient agencés dans l'embouchure du tube d'admission des 10 particules. Ce tube d'admission peut alors être monté de façon que sa position soit ajustable axialement, afin de permettre de régler la séparation pour des "grains limites" différents. Pour séparer les particules sortant du cyclone, on peut en outre prévoir que l'évacuation est constituée 15 de plusieurs tubes concentriques. Comme, à un niveau déterminé à l'intérieur de la chambre de cyclonage, les particules sont à des distances de l'axe de la chambre de cyclonage qui sont différentes du fait des différences de force centrifuge auxquelles elles sont soumises en raison de leurs différences de grosseur, 20 cette disposition permet alors, grâce à l'évacuation des particules par différentes trajectoires annulaires concentriques, d'obtenir une séparation supplémentaire des particules qui n'ont pas encore été séparées avant d'atteindre le niveau des buses d'air secondaire. Il est alors avantageux que le tube d'é-25 vacuation ou les tubes d'évacuation agencés concentriquement soient montés de façon que leur position soit ajustable axia- • lement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de l'exemple non limitatif 30 suivant décrit en se référant au dessin annexé sur lequel : la figure 1 représente tin diagramme illustrant le taux de dépoussiérage ; la figure 2a représente schématiquement, en coupe longitudinale la structure d'un cyclone selon l'inven-35 tion ; la figure 2b est une coupe transversale suivant IIB - IIB de la figure 2a ; la figure 3 représente schématiquement un dispositif dont le système d'évacuation comporte plusieurs 40 tubes concentriques. 73 15047 4 2182111 La figure 2 montre la structure de principe d'un cyclone selon l'invention. Cet appareil présente un corps cylindrique 1 dans lequel pénètre par en dessous, un tube d'admission 2 pour les particules à trier. Selon l'invention, la 5 surface de la section droite de l'embouchure 3 de ce tube d'admission 2 est au maximum égale à la moitié de celle du corps cylindrique . Des aubages 4 peuvent être disposés dans l'embouchure 3 du tube d'admission afin de conférer un mouvement rotatoire aux particules introduites, ainsi qu'à l'air qui les 10 porte. Les particules pénètrent alors, avec l'air porteur, et cela sous la forme d'un écoulement rotationnel dans le corps cylindrique 1 constituant la chambre de cyclonage proprement dite. Les particules lourdes sont alors projetées vers l'extérieur, dès qu'elles sont au-dessus de l'embouchure 3 du tube d'ad-15 mission 2, et parviennent à proximité de la paroi interne de la chambre de cyclonage. On peut aussi, sans aubages parvenir à créer un champ tourbillonnaire suffisant, rien qu'en déviant vers l'intérieur au-dessus de l'embouchure d'admission 3 la couche d'écoulement externe. Une couronne de buses 5 pour l'air 20 secondaire est, en outre, installée au-dessus de l'embouchure 3 du tube d'admission 2. Grâce à ces buses, l'air secondaire est insufflé, via la conduite d'arrivée 6 et la chambre 7> dans la chambre de cyclonage 1, et cela dans une direction qui est à la fois tangentielle et inclinée obliquement par rapport à l'em-25 bouchure d'admission 3. L'air secondaire, dans la zone proche des parois de la chambre de cyclonage est alors animé d'un mouvement hélicoïdal descendant en direction du tube d'admission 2. Les particules déjà projetées vers l'extérieur sont captées par ce courant extérieur rotatoire et sont évacuées, par un espace 30 annulaire 9 entourant le tube d'admission et rétréci par un diaphragme 8 dans une trémie 10 d'où, elles peuvent être acheminées vers l'extérieur par une sortie 11. Ainsi, grâce à .l'air secondaire insufflé par la couronne de buses 5» toutes les particules qui, en dessous 35 de celle-ci , sont déjà séparées et sont parvenues dans le courant rotatoire , sont recueillies dans la trémie 10. Les particules plus petites, moins sensibles à la force centrifuge et qui se trouvent encore dans la zone intérieure de l'écoulement rotatoire, sont évacuées vers l'extérieur par le tube d'évacuationl2 73 15047 5 2182111 aménagé dans la face frontale située du côté opposé à l'admission 2, de la chambre de cyclonage 1 et peuvent ainsi être extraites dans un dépoussiéreur classique. Comme les particules sont, PS-r u21 tube d'ad-5 mission d'un diamètre relativement petit par rapport à celui de la chambre de cyclonage amenées dans celle-ci avec un mouvement rotatoire sensiblement identique, elles parviennent toutes dans le même champ de centrifugation. Du fait de leurs différences de masse, les particules introduites sont soumises à des forces 10 centrifuges différentes, de sorte que les trajectoires selon # lesquelles elles sont chassées vers l'extérieur sont elles aussi différentes. Il s'ensuit que les plus grosses particules sont projetées vers l'extérieur très tôt après leur entrée dans la chambre de cyclonage, tandis que les particules plus petites 15 ne parviennent dans la zone extérieure que lorsqu'elles ont atteint un niveau supérieur dans la chambre de cyclonage. Ainsi, il est possible de déterminer exactement, pour une géométrie donnée et des caractéristiques d'écoulement connues, à quel niveau se trouvant au-dessus de l'orifice d'admission 3 20 dans la chambre de cyclonage 1 des particules d'une grosseur déterminée se sont déplacées vers l'extérieur jusqu'à la paroi de la chambre de cyclonage. Le courant rotatoire extérieur n'entraîne , par conséquent, que les particules qui, en dessous de la couronne 5 de buses, sont parvenues jusqu'à la zone 25 de la paroi de la chambre de cyclonage. Le tube d'évacuation 12 peut, en outre, servir à la détermination du "grain limite". Soutes les particules qui, dans la chambre de cyclonage, sont déjà parvenues dans le tube d'évacuation 12 ne sont , en effet, pas séparées. 30 En d'autres termes, toutes les particules qui, du fait des forces centrifuges auxquelles elles sont soumises, sont , dans la chambre de cyclonage, parvenues à la hauteur du bord inférieur 13 du tube d'évacuation 12, en un point se trouvant sur un diamètre supérieur à celui de ce dernier, sont captées par l'air 35 secondaire et évacuées vers le bas- Ainsi, l'extrémité inférieure du tube de sortie 12 constitue une limite susceptible d'être établie avec précision pour déterminer quelles particules seront séparées et celles qui ne le seront pas, de sorte que la distance comprise entre l'embouchure d'admission 3 et la 40 couronne de buses 5 ou le bord inférieur 13 du tuyau de sortie, 73 15047 6 2182111 détermine avec précision la grosseur de grain à partir de laquelle toutes les particules seront séparées, c'est-à-dire que cette distance permet de fixer, dans des limites relativement étroites, la grosseur du "grain limite". On peut ainsi, en mo-5 difiant cette distance ajuster le dispositif de façon que la séparation se fasse à partir d'un autre grain limite. Afin de pouvoir procéder à cet ajustement, le tube d'admission 2 est monté déplaçable axialement dans une monture 14 se trouvant à l'extrémité inférieure de la chambre.1 10 de cyclonage. En outre, le tube d'évacuation 12 peut aussi être agencé dans ■une monture 15, située à l'extrémité supérieure de la chambre de cyclonage 1, de façon à pouvoir être déplacé a-xialement. Ainsi, il est possible de régler avec précision la distance comprise entre l'orifice d'admission 3 et la couronne 15 de buses 5 ou le bord inférieur 13 du tube d'évacuation, distance dont dépend la valeur du grain limite et qui permet, par conséquent, de le choisir.Un tel appareil de cyclonage permet donc un triage en deux fractions, avec séparation complète de la fraction ayant les plus gros grains, ce qui se traduit par 20 une courbe de séparation du genre de la courbe IV représentée sur la figure 1, Comme le montre la figure 1, la courbe qu'il est possible d'obtenir présente un tracé qui est sensiblement plus proche de celui de la courbe de séparation idéale II que ne l'est celui de la courbe III obtenue par la seule réduction 25 de puissance avec des cyclones classiques. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné dans la description relative à la figure 2, les particules de grosseurs différentes se trouvent , à une hauteur déterminée de la chambre de cyclonage-, à des distances axiales différentes. Ce fait 30 peut être mis à profit pour obtenir un triage supplémentaire des particules qui ne sont plus captées par la couronne de buses 5» ce que montre la figure 3* Sur le côté sortie de la cham^ bre de cyclonage, on a agencé non pas tm urique tube d'évacua*-tion, mais, dans le cas représenté ici, cinq tubes 26 à 30, 35 qui sont concentriques, de façon à disposer d'une sortie axiale 20 et de cinq intervalles annulaires de sortie, 21 à 25,qui sont concentriques à cette sortie. Ainsi, chaque intervalle annulaire capte des particules se trouvant sur un autre diamètre de la chambre de cyclonage, au-dessus de la couronne de 73 15047 7 2182111 buses 5* Comme le montrent les indications portées à côté des conduites de sortie 31 à 36, les particules les plus fines sont évacuées par le canal axial 2C, tandis que les différents espaces annulaires 21 à 25 conduisent chacun, vers l'extérieur, 5 des particules de diamètres croissants. Ainsi, cet appareil , si l'on tient compte de la séparation dans la trémie 10 peut servir à séparer sept fractions au total, qui sont évacuées séparément par les conduites d'évacuation 31 à 37» Dans ce cas, le tube d'admission peut, lui aussi, être guidé dans une 10 monture 14, de façon que sa position soit réglable axialement, tout comme les tubes de sortie 26 à 36 dans la monture 15. 73 15047 2182111 REVENDICATIONS 1. Cyclone pour le triage et la séparation de particules à grains fins comportant un corps cylindrique avec un tube d'admission axial pour les particules, ce tube 5 étant placé^dans^l'une des faces extrêmes du corps cylindrique et un tube/d'évacuation placé dans l'autre face extrême, ainsi qu'avec des buses d'air secondaire, qui agencées sur la paroi du corps cylindrique sont tangentielles et dirigées obliquement par rapport au tube d'admission des particules, et au 10 moins un orifice de sortie des particules entourant concentri-quement le tube d'admission, caractérisé par le fait que la surface de la section droite du tube d'admission des particules est au maximum égale à la moitié de celle du corps cylindrique constituant la chambre de cyclonage et par le fait que 15 les buses d'air secondaire sont disposées sur me unique couronne annulaire. 2. Cyclone selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube d'évacuation pénètre dans la chambre de cyclonage, et que l'extrémité inférieure de ce tube 20 d'évacuation se termine à faible distance au-dessus des orifices de sortie des buses d'air secondaire. 3. Cyclone selon la revendication 1, caractérisé par le-fait que des aubages sont agencés dans l'embouchure du -tube d'admission des particules. 25 4. Qj;clone selon la revendication 1 ou 3, ca ractérisé par le fait que le tube d'admission des particules est monté déplaçable axialement. 5. Cyclone selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le système d'évacuation des particules 30 est constitué de plusieurs tubes concentriques. 6. Cyclone selon la revendication 2 ou 5» caractérisé par le fait que les tubes d'évacuation des particu les sont montés déplaçables axialement.