Brevet FR2263021A1 — publié le 19751003

La présente invention concerne un séparateur des flux gazeux chargés en particules et non chargés, destiné à séparer avec une dépense d'énergie extr8mement faible, un flux gazeux chargé en particules ou éléments plus lourds en deux larties, l'une très chargée en particules ou éléments lourds, l'autre très peu chargée, donc épurée. Plus particulièrement, ce séparateur met à profit l'effet de centrigugation que subissent des particules ou éléments lourds dans tout changement de direction entre autre dans un ventilateur centrifuge, On connaît déjà des équipements permettant de réaliser l'épuration d'un gaz chargé en particules, et utilisant effet de centrifugation. L'interposition de chicanes dans un conduit permet par exemple de faire se déposer les Fléments lourds dans les zones mortes derrière les chicanes à la fois en utilisant les effets de la force centrifuge et de la gravité. De même, des séparateurs "cyelone" permettent la séparation d'un gaz et des poussières contenues: un tel séparateur se compose d'un cylindre à axe vertical qui reçoit tangentiellement le courant à épurer, animé d'une grande vitesse.Sous l'influence de la fource centrifuge, les divers éléments contenus dans le flux se séparent ; le fluide épuré est évacué par une sortie axiale supérieure tandis que les particules dont on cherche l'élimination sont collectées dans une partie tronconique formant la partie inférieure de l'appareil. Dans les dispositifs décrits ci-dessus, qui généralement sont encombrants, les changements de direction qu1entrainent les chicanes, ou encore le mouvement de cyclone suivi d'une sortie axiale du flux gazeux, entrassent des pertes de charges importantes donc une consommation d'énergie également importante. la présente invention se propose de créer un séparateur n'entratnant pas de pertes de charges importantes et ne nécessitent pas la mise en oeuvre d'organes complexes sur le circuit du flux. A cet effet, l'invention concerne un séparateur des flux gazeux chargés en particules et non chargés, agissant par centrifugation du flux gazeux, caractérisé en ce qu'il se compose d'un conduit coudé constitué par une canalisation ou le collecteur périphérique en volute d'un ventilateur centrifuge et d'un ou plusieurs déflecteurs fixes ou mobiles séparant le flux en plusieurs veines et disposés à la sortie Wu coude dans lequel se produit la séparation par centrifugation des gaz, les veines chargées et non chargées étant extraites dans le meme conduit ou des conduits différents. Ainsi, le séparateur s'installe dans le flux de gaz, dans une zone où l'on peut mettre à profit l'effet de centrifugation, par exemple à la sortie d'un coude de cana lisation ou à la sortie du collecteur périphérique en volute d'un ventilateur centrifuge. Il présente l'avantage de ne pas produire de pertes de charges importantes car il se compose d'un déflecteur n'entratnant que peu de twlbulence, Selon une autre caractéristique le conduit coudé se divise, au niveau du séparateur, en deux conduits comportant à leur jonction deux déflecteurs agissant en cascade. Ainsi, le dispositif permet de séparer la veine chargée en particules de la veine épurée. De plus, l'installation des deux déflecteurs permet d'effectuer une épuration affinée. Enfin, les déflecteurs sont mobiles autour d'un axe, et l'on peut augmenter ou diminuer la section de la veine épurée afin d'en améliorer la qualité. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des divers modes de réalisation représentés schématiquement sur les dessins, dans lesquels - la figure 1 est une coupe schématique d'un séparateur composé d'un conduit coudé comportant un déflecteur - la figure 2 est une coupe schématique d'un séparateur installé sur le collecteur périphérique en volute d'un ventilateur centrifuge- - la figure 3 est une coupe suivant I-I d'un ventilateur à une seule ouie d'aspiration et de son collecteur représenté à la figure 2 ;; - la figure 3bis est une coupe suivant I-I d'un ventilateur à deux ouies d'aspiration et de son collecteur représenté à la figure 2 - la figure 4 est une coupe selon I-I du ventilat#ur de la figure 3 et de son collecteur équipé d'un autre séparateur 2 - la figure 4 bis est une coupe selon I-I du ventilateur de la figure 3bis, et de son collecteur#équi- pé d'un autre séparateur ;; - la figure 5 est une coupe schématique d'un séparateur composé d'un conduit comportant deux canalisations de sortie et deux déflecteurs Selon la figure 1, le séparateur se compose dtun conduit 1 coudé dans la zone ABS à l'intérieur de ce conduit 1 circule un flux gazeux L chargé en particules ou éléments lourds, circulant selon la flèche 2. La séparation se produit au niveau du déflecteur 3 disposé à la sortie du coude 1; au passage du déflecteur 3, le flux L est séparé en deux veines Vs et Ve(Vs =L -Ve) . Lors du passage du coude AB et du changement de direction en résultant, les particules les plus lourdes, par effet de centrifugation, se concentrent dans la veine gazeuse qui longe la rive concave du conduit .De déflecteur 3 sépare la veine Vs chargée en éléments lourds de la veine Ve qui se trouve ctté convexe de la rive du conduit et qui ne comporte pas d'éléments lourds Il est avantageux de disposer un axe 33 près du bord de fuite 32 pour permettre, par rotation du déflecteur 5, de faire varier la section de la gaine Ve épurée.Dans ce cas on réduira la perte de charge en donnsnt au déflecteur 3 la forme d'une aile à profil incurvé qui présente un bord d'attaque 31 effilé,un bord de fuite 32 arrondi et épais, et en faisant suivre dtun carénage fixe 34 qui réduira les turbulences Ainsi, en fonction de la qualité de l'épuration recherchée sur la veine Ve, on diminue ou on augmente la section Vs de la veine chargée en pu duits lourds à séparer du flux général 1. La figure 2 représente un tel séparateur monté à la sortie du collecteur périphérique en volute d'un ventilateur centrifuge Les figures 3 et 3bis,4 et 4bis, représentent une coupe selon les repères I-I de la figure 2, coupe située au niveau du séparateur . Les figures 3 et 4 correspondent à un ventilateur centrifuge à une seule ouie d'aspiration présentant une seule ouverture axiale 5 d'admission d'air . Les figures 3bis et 4bis correspondent à un ventilateur à deux ouies d'aspiration, c'est-à-dire possédant deux ouvertures axiales 5 et 6 d'admission d'air symétriques par rapport au disque plein 4 de la turbine. Sur ces figures, le conduit coudé est représenté par le collecteur 1 périphérique en volute du ventilateur centrifuge 0, la centrifugation des particules se faisant dans la zone coudée AB. La flèche 2 représente le flux L en amont du déflecteur, l'élément 3 étant le déflecteur séparant le flux amont L en deux veines Vs et Vs = L - Vs. La veine Vs est hachurée sur les figures 3 et 3bis, 4 et 4bis. Dans le ventilateur centrifuge, les gaz subissent deux changements de direction,#l'un à l'entrée de la roue lorsqu'ils rencontrent le disque plein 4, l'autre à la sortie de la roue lorsqu'ils rencontrent l collecteur 1 périphérique. Ces changements de direction concentrent les particules les plus denses le long du collecteur 1 périphérique et plus particulièrement à proximité du disque plein 4 de la turbine. Le déflecteur 3 est donc implanté en tenant compte de cette particularité. Si on désire sélectionner une veine non épurée Vs relativement importante par rapport à la veine totale ou si la turbine du ventilateur occupe une part importante de la largeur de celui-ci, on dispose le déflecteur en biais comme représenté sur les figures 3 et 3bis. Ce déflecteur délimite une veine Vs non épurée, plus large du cavé du disque plein 4 de la turbine que du c8té du ou des orifices d'aspiration 5 ou 5 et 6. Si, par contre, la turbine du ventilateur est assez étroite par rapport à la largeur de celui-ci, ou si l'on désire sélSctionner une veine non épurée relativement importante, on adopte les dispositions des figures 4 et 4bis. Sur le ventilateur à une seule ouie d'aspiration (figure 4), on divise le sélecteur en deux zones à l'aide d'une cloison fixe 7 parallèle au disque plein 4 de la turbine L'une de ces zones se situe en face de la turbine et est munie d'un déflecteur 3' qui peut, le cas échéant, ne pas exister. L'autre zone est pourvue d'un déflecteur 3. En jouant sur les deux déflecteurs 3 et 3' on peut faire varier l'importance de la veine épurée Vs sélectionnée. Sur le ventilateur à deux ouies d'aspiration (figure 4bis), on divise le sélecteur en trois zones à l'aide de deux cloisons fixes 7 parallèles au disque plein 4 de la turbine et situées à égale distance de part et d'autre de ce dernier. La zone située en face de la turbine est équipée d'un déflecteur 3' qui peut ne pas exister. Les deux autres zones situées de part et d'autre sont équipées d'un déflecteur 3 et 3". Les déflecteurs 3 et 3" doivent avoir la même positiion vis-à-vis du collecteur I périphérique. S'ils sont mobiles leur commande doit donc être simultanée. Par contre, ces deux déflecteurs 3 et 3" ne sont pas dans la même position par rapport au collecteur 1 périphérique et doivent être dissociés lorsque les orifices d'entrée de gaz 5 et 6 sont alimentés avec des gaz de composition ntayant pas la même teneur en produits lourds ou n'ayant pas la meme composition. La figure 5 est une coupe schématique d'un séparateur composé d'un conduit I se séparant en deux conduits Il et 12. Dans la partie AB, les éléments lourds sont centri Purgés et se concentrent dans la veine gazeuse qui longe la rive concave du conduit. On dispose, au niveau de l'angle de jonction 13 des deux conduits 11 et 12, deux déflecteurs 3 et 3' qui séparent le flux total L en trois veines Vs1, Vs2 et Vs, la veine Ve représentant le flux circulant dans le conduit 12. Le déflecteur 3 assure l'épuration prévue précédemment alors que le déflecteur 3', qui se situe en aval du déflecteur 3 dans le flux L - Vs1, affine cette opération pour améliorer ltefficacité de la séparation. Rn effet, ce séparateur effectue deux séparations étagées : le flux total L rencontre d'abord le déflecteur 3 qui le sépare en deux veines, l'une Vs1 chargée en particules, 11 autre L - Vs1 (QU Vs + Vs2) comportant un gaz épuré de la plus grande partie de ses éléments lourds. Le flux partiel L - Vs1 rencontre ensuite le deuxième déflecteur 3r, légèrement en aval par rapport au déflecteur 3, où la séparation est affinée : les éléments ou particules lourds de la veine L - Vs1 se concentrent le long de la face concave du déflecteur 3. A l'aide du second déflecteur 3', qui peut d'ailleurs entre fixe ou mobile, on sélectionne la veine gazeuse Vs2 longeant la face concave du déflec teur 3. On améliore ainsi 1 épuration de la veine L - Vsi - Vs2 sans accroîte sensiblement la perte de charge provo#e par la disjonction. Cette veine Vs2 peut être ensuite réunie ou non avec la veine principale Vs1. On note que l'angle # que font les conduits des vannes Vs1 et Ve peut varier selon les nécessités entre une valeur légèrement supérieure à 0 et un peu moins de 1800. On note également que le séparateur décrit à la figure 5 peut s'adapter sur le ventilateur décrit à la figure 2 en remplaçant le conduit de sortie il par le conduit 1 ci-dessus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Séparateur des flux gazeux chargés en particules et non chargés, agissant par centrifugation d'un flux gazeux, caractérisé en ce qu'il se compose d'un conduit coudé constitué par une canalisation ou par le collecteur périphérique en volute d'un ventilateur centrifuge, et d'un ou plusieurs déflecteurs fixes ou mobiles séparant le flux en plusieurs veines et disposés à la sortie du coude dans lequel se produit la séparation par centrifugation des gaz, les veines chargées et non chargées étant extraites dans le même conduit ou des conduits différents. 2 ) Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit coudé est un collecteur périphérique en volute d'un ventilateur centrifuge. 30) Séparateur selon la revendication I, caractérisé en ce que le collecteur périphérique en volute d'un ventilateur centrifuge a une seule ouie d'aspiration est séparé en deux zones par une cloison fixe parallèle au plan du disque de turbine qui comporte, chacune, un déflecteur mobile coupant le flux selon un plan parallèle à l'axe du ventilateur pour isoler une veine dans laquelle sont concentrés les éléments- chargés. 40) Séparateur selon 1a revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur périphérique en volute du ventilateur centrifuge à une seule ouie d'aspiration comporte un déflecteur mobile coupant le flux et formant avec la paroi concave de la volute et latérale, côté entrée d'air du ventilateur, une veine dans laquelle se concentrent les éléments chargés. 50) Séparateur selon l'une quelconque des revendications 1, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il se compose quand il est monté sur un ventilateur centrifuge à deux ouies d'aspiration, du séparateur d'un ventilateur centrifuge à une seule ouie d'aspiration et de son symétrique accolé, ltensem- ble présentant pour plan de symétrie celui du disque plein du ventilateur à deux ouies. 6~) Séparateur selon la revendication t, caPac*érisé en ce que le déflecteur a la forme d'une aile à profil incurvé présentant son bord d'attaque effilé au flux amont et son bord de fuite arrondi et épais au flux aval, bord de fuite à l'intérieur duquel un axe permet la rotation du déflecteur. 70) Séparateur selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le déflecteur mobile fait varier la section de la veine chargée et de la veine épurée permettant un accroissement de la qualité de séparation. 80) Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit coudé se divise, au niveau du séparateur, en deux conduits comportant à leur jonction deux déflecteurs agissant en cascade, le premier séparant la veine Vs1 la plus chargée du flux total L, le second séparant la veine Vs2 la plus chargée en particules du flux secondaire L Vs1, la veine restante L -# Vs1 - Vs2 étant épurée en particules et éléments lourds.