Brevet FR2247290A1 — publié le 19750509

La présente invention concerne un séparateur dynamique du type cyclone pour fluides liquides ou gazeux comportant un orifice de chargement pour le fluide à séparer, un ou plusieurs orifices de récupération et ut manchon central9 Le fonctionnement des séparateurs cyclones classiques est basé sur un procédé suivant lequel le mouvement rotatif du flux de fluide est produit par un changement de direction du flux injecté à l'aide de plusieurs déflecteurs ou grâce à la disposition particulière de l'orifice d'arrivée et de l'orifice d'évacuation du séparateur. Pour la séparation des poussières, les séparateurs connus ne permettent de réaliser qu'une séparation brute car ils ne séparent que les fractions grossières des poussières, Les fractions très fines traversent le séparateur avec le fluide. Ceci constitue un inconvénient très important malgré le fait qutun tel séparateur connu est d'une construction très simple, facile à entretenir et drun fonctionnement snr. Le pouvoir de séparation des séparateurs dynamiques cyclones connus commence, par exemple pour la poussière de quartz, à une grosseur de grain de l'ordre de 5 à 10 pe Mais les particules les plus fines qui peuvent être séparées peuvent présenter des dimensions plus grandes, de l'ordre de 20 à 40pe Cette limite est trop élevée pour pouvoir considérer un tel séparateur seul comme séparateur de poussières. Le rendement d'un tel séparateur dynamique est normalement de l'ordre de 75 à 90 %. Avec des matériaux constitués de particules de plus grandes dimensions, on peut obtenir par contre un rendement plus élevé. L'efficacité d'un séparateur dynamique ne dépend pas seulement de la grosseur des grains de la matière à séparer mais également de la vitesse d'écoulement avec laquelle le fluide est injecté dans le séparateur, de la différence entre les poids spécifiques de la matière à séparer et du fluide et de la configuration géométrique et des dimensions du séparateur. L'efficacité de séparation peut directement être influencée par la différence de pression produite dans le séparateur par le passage du fluide0 Parmi les différents types de séparateurs dynamiques existants, on peut ici citer les séparateurs dits "séparateurs à rendement intensif" qui présentent une résistance à l'écoule- ment d'air qui est, par exemple, supérieur à 100 mm WC.Un autre type de séparateur couramment utilisé est le séparateur à étages multiples comprenant dans un espace de grandes dimensions plusieurs séparateurs de dimensions réduites et qui sert à séparer la poussière fine de la partie de charge dont on a déjà séparé les poussières plus grossières dans le séparateur de plus grandes dimensions0 La technique antérieure connatt également un séparateur dynamique cyclone dans lequel l'enveloppe extérieure présente une rainure annulaire dirigée vers le bas dans laquelle la poussière est plus facilement récupérée que dans les séparateurs à enveloppe lisse, On citera encore des séparateurs dans lesquels le manchon central est entrainé en rotation par le fluide lui m8me ce qui se traduit par une accélération du mouvement rotatif du fluide et ainsi par une séparation plus efficace, La présente invention a pour objet de concevoir un séparateur dynamique cyclone dudit type permettant d'obtenir un rendement de séparation considérablement plus élevé que celui obtenu avbc les séparateurs de la technique antérieure0 L'invention a également pour objet de concevoir un séparateur dynamique dans lequel, grtce à un rendement de séparation élevé, le préséparateur et le séparateur secondaire peuvent titre combinés sous forme d'un seul dispositif ce qui permet de réduire le cotte l'encombrement, l'entretien et la consommation d'énergie du séparateur ainsi obtenus Enfin, l'invention a pour objet de concevoir un séparateur dynamique qui peut servir aussi bien pour la séparation des gaz que pour la séparation des liquides, qui est d'un fonctionnement très sflr et peut être utilisé à des températures ambiantes normales et également à des températures très élevées de l'ordre de 500 C à 600" C. Dans le séparateur suivant la présente invention, ledit manchon est entrainé en rotation par un dispositif de commande extérieur et, de préférence, par l'intermédiaire d'un arbre traversant ledit manchon en direction longitudinale, de sorte que le fluide est entrainé dans un mouvement rotatif accéléré puissant dirigé vers le bas et autour dudit manchon central. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en se référant aux dessins annexés montrant à titre d'exemples des vues schématiques de deux modes de réalisation du séparateur dy namique cyclone selon l'invention0 Dans le séparateur selon l'invention représenté à la figure 1, le fluide à séparer est chargé en direction tangentielle à travers une tubulure de chargement 1. Le fluide est entrainé dans une direction circulaire et vers le bas autour d'un manchon central 2 du séparateur car 1 'extrémité inférieure de ce tube 2 est ouverte.Les particules les plus lourdes du fluide sont ainsi projetées dans la partie périphérique extérieure du flux entrainé en rotation et descendent le long de la chemise extérieure 3 du séparateur dans l'entonnoir cylindroconique de récupération 40 Le flux de fluide purifié s'écoule en direction axiale à travers le manchon central 2 et est évacué.à travers une tubulure de sortie 7o Suivant l'invention, la rotation du fluide à séparer est produite à l'aide d'une source d'énergie extérieure 9 entrainant en rotation le manchon central 2 à l'aide d'un arbre traversant ce manchon et qui est supporté convenablement par des paliers non représentés0 La partie intérieure du fluide est ainsi soumise à des forces centrifuges très puissantes0 Le mouvement de rotation peut, de plus, titre renforcé, par exemple par un ventilateur ou un élément equivalent 5 monté sur l'extrémité libre de l'arbre 8 au niveau de l'ouverture du manchon central 2 ou des parties en saillie longitudinales 6 prévues sur la paroi extérieure du manchon central 2. Les parties en saillie peuvent également s'étendre en direction transversale, La figure 2 montre un autre mode de réalisation du séparateur selon l'invention. Ici le flux de fluide, tel que la vapeur ou la poussière, est envoyé comme à la figure 1, à travers un orifice de chargement 1 dans le séparateur0 Le manchon central 2 du séparateur est traversé par l'arbre 8 et entrainé en rotation, comme à la figure 1, par des moyens de commande extérieurs 9. L'arbre 8 peut, par exemple, titre entrainé par l'intermédiaire de poulies à gorge et d'une courroie en VO On notera ici, en particulier, que l'extrémité inférieure du manchon central n'est pas fermée mais ouverte, L'extrémité supérieure du manchon central est reliée, de préférence, par soudage à un ventilateur 11, de sorte que le manchon central 2 forme, en réalité, la tubulure d'aspiration du ventilateur Il. La chemise du manchon 2 présente des perforations 10 de dimensions convenables qui sont fonction de chaque application particulière0 Les perforations sont distri buées sur toute la surface de la chemise du manchon 2o Les matières telles que l'eau ou la poussière qui s'accumulent après leur séparation du flux de fluide, au fond du cyclone sont retirées de temps à autre à l'aide de moyens d'extraction non représentés ici0 Le séparateur cyclone représenté à la figure 2 fonctionne de la manière suivante : le flux de fluide arrivant à travers la tubulure de chargement 1 et qui peut être constitué de vapeur ou de poussière est entrainé dans un mouvement rotatif puissant accéléré dirigé légèrement vers le bas et autour du manchon central 2 qui est entrainé par les moyens de commande extérieurs 9.Le manchon 2 est fermé à son extrémité inférieure et présente une enveloppe extérieure perforée par des trous 10 de dimensions convenables0 Grâce au mouvement de rotation puissant, les particules à séparer sont projetées contre la paroi extérieure 3 du séparateur et descendent dans l'entonnoir de recupé- ration conique 4 d'où elles sont évacuées de temps à autre par des moyens d'extraction non représentés ici. Le fluide pur est aspiré dans le manchon central 2 à travers les trous 10 pratiqués dans l'enveloppe de celui-ciO Dans ce mode de réalisation du séparateur selon l'invention, le flux de fluide est maintenu dans son mouvement de rotation pendant sa montée dans le manchon 2 jusqu'au ventilateur Il et le flux est ensuite évacué à travers la tubulure de sortie 7. Avec le séparateur selon l'invention, conçu de la manière décrite ci-dessus, on peut réaliser lesdits buts de l'invention. Avec le séparateur selon l'invention, on peut obtenir des courbes de séparation considérablement supérieures à celles obtenues avec les séparateurs cyclones connus, De plus, on obtient certains autres avantages par rapport aux dispositifs de la technique antérieure0 Les séparateurs cyclones classiques ne permettent pas la séparation des poussières, à l'exception de quelques cas très rares (poussières très grossières) tandis que le séparateur suivant la présente invention présente une grande finesse de séparation permettant de combiner les préséparateurs et séparateurs secondaires sous forme d'un seul dispositif ce qui réduit considérablement le coût, l'encombrement, l'entretien et la consommation d'énergie du séparateur ainsi obtenu. Les filtres secs utilisés couramment pour la purification de fluides gazeux sont sensibles à une importante charge de poussière à la qualité des gaz et à la détérioration de la matière du filtre, De plus, ils ne résistent pas aux températures supérieures à 250 C. De plus, les filtres présentent l'inconvénient qu'on risque leur colmatage par gel dans des milieux froids, Le séparateur selon la présente invention, dans lequel le manchon central perforé sert de filtre métallique à mailles très fines, peut entre utilisé à des températures ambiantes normales et, de plus, à des températures très élevées jusqu'à des valeurs de l'ordre de 500e C à 600 CO Le manchon central perforé du séparateur selon l'invention reste complètement propre après son arrêt et on élimine ainsi tout risque de colmatage, Le diamètre du séparateur selon l'invention peut être très grand car le fonctionnement de ce dispositif ne dépend pas de la vitesse d'écoulement du fluide envoyé dans le séparateur comme dans les séparateurs à plusieurs étages ou les séparateurs lourds connus0 on peut ainsi utiliser des faibles vitesses d'écoulement pour envoyer le fluide dans le séparateur de sorte que les phénomènes d'usure et traction auxquels est soumis le dispositif sont considérablement réduits0 D'une manière similaire, l'usure du ventilateur du séparateur devient négligeable car, grâce à l'importante efficacité de séparation obtenue, les matières solides restant dans le fluide traversant le manchon central du séparateur présentent une grosseur de grains extrdmement réduite Les dispositifs représentés aux figures 1 et 2 constituent simplement deux modes de réalisation montrant l'utilisation d'une source d'énergie extérieure pour augmenter la vitesse de rotation du flux de fluide0 La commande de la rotation du manchon central à l'aide d'un dispositif de commande extérieur peut être réalisée de différentes manières. il n'est, par exemple, pas nécessaire d'utiliser un arbre traversant toute la longueur du manchon central. L'arbre peut s'arrêter au niveau du ventilateur car le manchon central est relié par son extrémité supérieure audit ventilateur0 En variante, l'arbre peut également traverser toute la longueur du manchon central et s'étendre au-delà de celui-ci à travers l'entonnoir de récupération vers l'extérieur où il est convenablement supporté dans un palier d'un type connu. La configuration géométrique du séparateur peut, bien entendu, entre différente de celle représentée icio Bien entendu, l'invention ntest pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ici mais on pourra y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention REVENDICATIONS lo Séparateur dynamique du type cyclone pour fluides liquides ou gazeux comportant un orifice de chargement pour le fluide à séparer, un ou plusieurs orifices de récupération et un manchon central, caractérisé en ce que ledit manchon est entrainé en rotation par un dispositif de commande extérieur et, de préférence, par l'intermédiaire d'un arbre traversant ledit manchon en direction longitudinale de sorte que le fluide est entrainé dans un mouvement rotatif accéléré puissant dirigé vers le bas et autour dudit manchon central, 2.- Séparateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit manchon central est ouvert à son extrémité inférieure 3.- Séparateur suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le mouvement de rotation du fluide est produit par un ventilateur ou un organe similaire disposé au niveau de l'ouverture inférieure dudit manchon central. 4.- Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit manchon central présente, sur sa paroi extérieure des parties en saillie produisant le mouvement de rotation du fluide0 5.- Séparateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit manchon central est fermé à son extrémité inférieure0 6.- Séparateur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ltenveloppe dudit manchon central présente des perforations de dimensions convenables et qui sont distribuées sur toute sa surface, 7.- Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ledit manchon central est relié par son extrémité supérieure à un ventilateur, 8,- Séparateur suivant les revendications 5 à 7 prises dans leur ensemble caractérisé en ce que le fluide pur, dont les particules sont séparées par projection sur la paroi extérieure du séparateur, est aspiré dans le manchon central à travers lesdites perforations e 9.- Séparateur suivant les revendications 5 à 8, prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le fluide pur aspiré dans ledit manchon central reste en mouvement rotatif pendant sa montée dans ce manchon jusqu'audit ventilateur.