Brevet FR2259996A1 — publié le 19750829

L'invention concerne les dépoussiéreurs de l'air admis aux moteurs thermiques, notamment aux turbines a' gaz. T'air admis à une turbine à gaz doit etre débarrassé des corps solides en suspension pour éviter la détérioration des premiers étages de la turbine par effet de choc et par effet d'abrasion, ainsi que l'encrassement de ces mimes étages Un procédé classique de dépoussiérage consiste à retenir les corps étrangers par filtration de l'air d'ad -mis9ion à travers un matelas poreux avant son lntroduction dans le générateur de gaz. Ce procédé présente cependant un certain nombre d t in- -convénients, à savoir : - un encrassement progressif des filtres qui entraîne la nécessité de changer périodiquement lesdits filtres - l'apparition d'une porte de charge au passage du filtre et une perte de puissance correspondante pouvant facilement atteindre une valeur de l'ordre de 0555 de la puissance maximale de la turbine.Cette perte de charge peut devenir très importante dans certaines conditions cli -matiques particulières, notamment lorsque les filtres sont gelés ou imprégnés de neige, de sorte qu'on est obligé de prendre des mesures particulières, telles que, par exemple, la suppression des filtres, ce qui se traduit évidemment par des conséquences fâcheuses. - - un manque d'efficacité des filtres dans certaines circonstances, notamment lorsque de lteau traverse le filtre, se solidifie en aval de celui-ci, et est finalement entraînée dans la turbine par aspiration. - un poids et un encombrement relativement importants, ce qui est surtout désavantageux dans les installations montées sur des véhicules. te but de l'invention est de réaliser un dispositif de dépoussiéra0-e de l'air admis aux moteurs thermiques qui ne présente pas les inconvénients précités des filtres clas -sioues. A cet effet, le dispositif coivant l'invention com -prend : un tambour creux de centrifugation monté rotatif autour de son axe et entraîné en rotation à Qrc de vitesse par des Moyens d'entraînement appropriés ; un orifice axial l'entrée d'air à filtrer prévu à l'une des extrémités dudit tambour ; un orifice d'échappement d'aire dépoussiéré prévu à l'extrémité opposée dudit tambour ; une aine fixe d'air -mentation en air dépoussiéré raccordée par l'une de ses extrémités à l'orifice d'échappement du tambour par l'inter -médiaire d'un joint tournant sensiblement étanche, tandis que son autre extrémité est destinée à titre raccordée à l'orifice d'admission du moteur , un corps de révolution déflecteur de filets d'air, loge coaxialement à l'intérieur du tambour creux ; et au moins une aube d'entraînement en rotation de l'air à dépoussiérer, ladite aube étant montée dans l'intervalle annulaire compris entre la paroi intérieu- -re du tambour et la paroi extérieure du corps déflecteur. Ainsi, les filets d'air admis dans le tambour sont écartés de l'axe de rotation de celui-ci par le corps dé -flecteur et ils sont entratnés à grande vitesse par des aubes qui tournent dans l'intervalle annulaire compris entre le tambour et le corps déflecteur, de sorte que les partie -cules étrangères plus denses que l'air sont projetées contre la paroi intérieure du tambour, tandis que l'air débarrassé desdites particules est recueilli à l'extrémité aval du tambour, d'où il est ensuite dirigé vers la turbine. Dans un certain mode de réalisation, la paroi du tambour est pleine et l'axe de rotation dudit tambour est sensiblement vertical, l'orifice d'entrée d'air étant situé à la partie inférieure du tambour. Dans ces conditions, les corps étrangers projetés contre la paroi intérieure du tambour s'éliminent d'eux-memes par gravite à l'extrémité inférieure du tambour chaque fois que celui-ci s'arrete, Dans un autre mode de réalisation, la paroi du tam -bour est perforéé et ledit tambour est entouré, au moins autour de sa partie perforée, d'une gaine fixe collectrice de poussière pourvue d'un orifice d'évacuation desdites poussières. Le dépoussiéreur peut alors fonctionner sans interruption puisque les poussières s'évacuent au fur et à mesure qu'elles sont séparées de l'air traité. Dans une forme d'exécution avantageuse, un filtre en grille à mailles fines est disposé en amont de l'orifice d'entrée d'air du tambour de manière à assurer une première séparation grossière par simple effet de filtration, ce qui permet d'éliminer les corps solides de dimensions nota -bles, tels qu'insectes, grelons, ou oiseaux par exemple. Âccessoirement, le tambour rotatif peut jouer le rôle d'un premier étage de compression de l'air admis à la turbine. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation d'un dispositif dépoussiéreur suivant I 'invention. Sur ces dessins La figure L représente schématiquement, en coupe verticale, un premier mode de réalisation d'un dépoussiéreur suivant l'invention. La figure 2 est une coupe transversale horizontale faite suivant la ligne II-II de la figure Te La figure 3 est une coupe verticale schématique d'un autre mode de réalisation de dépoussiéreur à fonctionnement ininterrompu, et La figure 4 représente, également en coupe verticale, une variante du mode de réalisation de la figure 1. Le dépoussiéreur d'air représenté schématiquement sur les figures 7 et 2 est destiné à éliminer les corps étrangers de l'air qui doit être admis à un moteur thermique et, plus spécialement, mais non exclusivement, à une turbine à gaz. ae dépoussiéreur est constitué essentiellement d'un tabouer creux de centrifugation 1 monté à rotation autour d'un axe vertical et dont la partie inférieure est raccordée à une gaine 2 d'entrée de l'air à dépoussiérer. A l'intériéur du tambour rotatif 1 et coaxialement à celui-ci est disposé un corps de révolution 3 qui, pour des raisons évidentes de poids, est réalisé sous la forme d'un corps creux. le tambour I et le corps déflecteur 3 sont rendus solidaires l'un de l'autre par des aubes, notamment des aubes radiales 5 qui sont fixées respectivement à la surface intérieure du tambour rotatif I et à la surface extérieure du corps déflecteur 3, de manière à former des goussets d'entretoi -sement. L'ensemble formé par le tambour rotatif I et le corps déflecteur 3 est supporté par deux paliers, par exemple des paliers à billes 7, 8, dans lesquels tourillonent res -pectivement la gaine d'entrée d'air 2 solidaire de la par -tie inférieure du tambour rotatif I et un arbre 9 solidaire de l'extrémité supérieure du corps déflecteur 3. ltentratnement en rotation de l'ensemble tournant est assuré par tous moyens classiques appropriés, par exem -ple un moteur électrique asynchrone à cage d'écureuil ll. L'orifice de sortie de l'air dépoussiéré est constitué par l'espace annulaire compris entre l'extrémité supérieure aval de la paroi interne du tambour I et l'extrémité supé -rieure aval de la paroi externe du corps déflecteur 3. Cet espace est coiffé d'un collecteur annulaire fixe 13 dont les bords emboitent d'une manière sensiblement étanche les estrémités correspondantes du tambour et du corps déflec- -teur par des joints tournants représentés schématiquement en 17 et 18. Une gaine fixe 14 d'alimentation en air dépoussiéré est raccordée à ce collecteur. Enfin, un panier à mailles fines 16 est disposé autour de l'extrémité inférieure de la gaine d'entrée d'air 2 sur laquelle il est emboité d'une manière sensiblement étanche par un joint tournant 19. Le fond 16A de ce panier sert de réceptacle des poussières à chaque période d'arrêt du dépous -stSreurv Le fonctionnement du dispositif est le suivant : Ta partie @cbile constituée par le tambour rotatif et le corps déflecteur 3 reliés par les aubes 5 est entraînée en rotation à grande vitesse par le moteur électrique 11. l'air à traiter est aspiré à travers le panier 15 QJI assure déjà une filtration grossière en s'opposant au passage des corps solides de dimensions notables tels qu'insectes, gre -lons, ou oiseaux. Le flux d'air rencontre dans la gaine iten- -trée 2 et ses filets sont divisés par le corps déflecteur 3, autour de celui-ci, dans l'intervalle qui existe entre ce corps déflecteur et le tambour rotatif 1 où il est entrat- -né en rotation à grande vitesse autour de l'axe de l'appa -reil par les aubes 5.Les particules solides plus lourdes que l'air sont projetées, sous l'effet de la force centrifuge contre la paroi du tambour et s'y maintiennent, tandis Que les filets d'air continuent à monter et se rassemblent dans le collecteur 13 d'où ils sont conduits, par la gaine 14, au moteur thermique, notamment la turbine à gaz, à alimenter. Lorsqu'on arrête le moteur thermique et, par conséquent, le dépoussiéreur, les corps étrangers retombent sous l'effet de la gravité dans le panier 16 et se rassemblent sur le fond 16A de celui-ci d'où on peut les enlever. Dans le collecteur supérieur 13, sont disposés des aubages fixes (non représentés) qui redressent le flux d'air à sa sortie du tambour rotatif I de manière à récupérer, sous forme de pression statique, l'énergie cinétique des filets d'air sortant du tambour. Dans la disposition représentée, l'air aspiré subit un effet de compression. Si cet effet n'est pas recherché, il convient de donner au tambour une configuration symétrique par rapport à un plan transversal médian, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 4, le corps déflec -teur 3A e tant alors syrnétrique par rapport au même plan transversal, de façon que les conditions d'écoulement du fluide à 1 entrée et à la sortie du tambour soient comparables. Sur la figure 5 on a représenté un autre rsode de réalisation capable de fonctlonner en régime continu au cours duquel les poussières sont évacuées en permanence par une conduite de décharge. Dans l'exemple représenté, l'axe de rotation de l'appareil est encore disposé verticalement, mais cette condition est moins impérative que dans le mode de réalisation de la figure 1. La paroi du tambour 1C pré -sente un grand nombre de perforations 31 et elle est entou -rée, au moins autour de sa partie perforée, d'une gaine 32 pourvue d'un orifice 33 d'évacuation permanente des poussières.L'orifice 33 d'évacuation de l'air chargé en poussière est calibré de manière à contrôler le débit de cet air.. La gaine 32 est fixe et solidaire, par exemple, du collecteur supérieur 13 ; sa partie inférieure est rendue sensiblement étanche par rapport à la paroi extérieure du tambour rotatif 1C au moyen d'un joint tournant représenté schématiquement en 34.Les autres éléments de l'appareil sont semblables aux éléments correspondants du mode de réa -lisation de la figure 1 et l'on a conserve, pour les dési -gner, les mêmes chiffres de référence Le fond 16B du panier 16 peut avantageusement étre poreux et former une surface supplémentaire d'entrée d'air, étant donné qu'il n'est plus nécessaire de recueillir les poussières lorsqu'on arrête le dispositif, puisque lesdites poussières sont pro -jetées, a' travers les orifices 31, dans la gaine extérieure 32 d'où elles sont rérlilièrement évacuées dans l'orifice 33, sous l'effet de la légère sureression qui règne dans ladite gaine par rapport à l'ambiance extérieure L'air débarrassé de ses poussières est recueilli encore dans le collecteur 13, d'où il est conduit, par la gaine 14, à l'admission du moteur thermique. A noter que les poussières peuvent se déposer, au moins en partie, dans la gaine 32. Il convient de prévoir un volet de visite de cette gaine pour nerrnettre l'enlève- -ment périodique de ces poussières déposées dans la vaine collectrice. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux apodes de réalisation décrits et représentés ; on peut y apporter des modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir pour cela du cadre de l'inventionv REVENDICATIONS 1) Dispositif dépoussiéreur pour l'air dtadmission d'un moteur thermique, notamment d'une turbine à gaz, carac -térisé en ce qu'il comprend : un tambour creux de centri fugation monté rotatif autour de son axe et entraîné en rotation à grande vitesse par des moyens d'entrainement ; un orifice axial d'entrée d'air pollué prévu à l'une des extrémités dudit tambour ; un orifice d'échappement d'air dépoussiéré prévu à l'extrémité opposée dudit tambour ; une gaine fixe d'alimentation en air dépoussiéré raccordée, d'une part, à l'admission dudit moteur thermique, et d'autre part, par l'intermédiaire d'un joint tournant sensiblement étanche, audit orifice d'échappement du tambour ; un corps de révolution, déflecteur de filets d'air, logé coaxialement à l'intérieur du tambour creux ; et au moins une aube d'en -trainement en rotation de l'air à dépoussiérer, ladite aube étant montée dans l'intervalle annulaire compris entre la paroi intérieure du tambour et la paroi extérieure du corps défleeteur. 2) Dispositif dépoussiéreur selon la revendication I caractérisé en ce qu'un filtre en grille à mailles fines est disposd en amont de l'orifice axial d'entrée air du tambour creux. 5) i > ispositif dépoussiéreur selon l'une des revendi -cations 1 ou 2 caractérisé en ce que la paroi du tambour creux est pleine et en ce que~l'ase de rotation dudit tam -bour est sensiblement vertical, l'orifice d'entrée précité étant situé vers. le bas, 4) Dispositif dépoussiéreur suivant la revendication 3 caractérisé en ce qu'une cuvette collectrice de particules est disposée en dessus de l'orifice axial d'entrée d'air du tambour, les particules collectées par centrifugation sur la paroi interne du tambour tombant par 'ravité dans ladite cuvette lors de l'arrêt du tambour. 5) Dispositif dépoussiéreur suivant la revendication 4 caractérisé en ce que ladite cuvette fait partie intégrante du filtre à mailles fines précité. 6) Dispositif dépoussiéreur suivant l'une des reven -aicaíons I ou 2 caractérisé en ce Le la paroi du tambour creux est perforée et en ce que ledit tambour est entouré, au moins autour de sa partie perforée, par une gaine fixe collectrice de poussières pourvue d'us orifice calibré 'é- -vacuation des poussières collectées. 7) Dispositif suivant l'une quelconque des revendi -cations précédentes caractérisé en ce que l'orifice d'é- -chappement d'air dépoussiéré du tambour est un orifice axial. 8) Dispositif suivant l'une quelconque des revendi -cations I à 6 caractérisé en ce que l'orifice d'échappement d'air dépoussiéré du tambour est constitué par la couronne annulaire ouverte comprise entre l'extrémité aval de la paroi interne du tambour et l'extrémité aval de la paroi externe du corps déflecteur de révolution précité, et en ce que ladite couronne annulaire est coiffée d'un collecteur annulaire fixe dont les bords emboîtent de façon sensiblement étanche les extrémités du tambour et du corps déflecteur, la gaine fixe précitée d'alimentation en air dépoussiéré étant raccordée audit collecteur. 9) Dispositif dépoussiéreur suivant la revendication 8 caractérisé en ce que le collecteur annulaire précité est pourvu d'aubes fixes redresseuses du flux d'air dépous- -siéré, 10) Dispositif suivant l'une quelconque des revendi -cations précédentes caractérisé en ce que le tambour de centrifugation constitue un premier étage compresseur fournissant au moteur thermique de l'air dépoussiéré sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. 11) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes ilentratnenent en rotation de l'air sont fixées contre la face interne de la paroi l tépale du tambour. 12) Dispositif suivant la revendication I, caractérisé en ce que le corps déflectour est monté aussi à rotation sur son aube 13) Dispositif suivant la revendication 12, caracté -risé ell ce que es aubes d'entraînement en rotation de l'air sont fixées contre la paroi dudit corps déflecteur 14) Dispositif svivant la revendication 13, caracté- -risé en ce que les aubes d'entraînement en rotation de l'air sont fixées aussi contre la face interne de la paroi latérale du tambour et forment des goussets d'entretoisement entre le tambour et le corps déflecteur. 15) Dispositif suivant la revendication 14, caracté -risé en ce que l'ensemble constitué par le tambour et le corps déflecteur est supporté par deux caliers dans l'un desquels tourillonne l'extrémité amont dudit tambour, tandis que l'extrémité aval du corps déflecteur tourillonne dans l'autre desdits paliers 16) Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que, dans le collecteur annulaire, sont montés Ces aubages fixes destinés à redresser le flux d'air.