Brevet FR2281791A1 — publié le 19760312

La présente invention se rapporte à des séparateurs cyclones servant à extraire des particules solides d'un milieu gazeux porteur. Les séparateurs cyclones de type classique comportent en générai une tour de séparation dans laquelle on introduit un gaz porteur de matières solides'par sa partie supérieure, tangentiellement et vers le bas pour engendrer un écoulement descendant en hélice sur la paroi intérieure de la tour de séparation. Cet écoulement en hélice de gaz change de sens au voisinage de la partie inférieure de la tour de séparation et il remonte suivant un courant en hélice dans sa partie centrale verticale. Les particules solides se séparent de ltécoulement en hélice de gaz sous l'influence de la force centrifuge et ellesstaccumulent à la partie inférieure de la tour jusqu-'à ce qu'on les en retire.De la sorte, l'écoulement en spirale de gaz qui remonte dans la partie verticale centrale de la tour de séparation contient une moins grande quantité de particules solides. Par conséquent, on munie cette tour de séparation, à sa partie supérieure, d'un tuyau de sortie monté suivant l'axe de la tour, de façon que seul ltécoulement ascendant en hélice puisse s'échapper de la tour. On fait descendre ce tuyau de sortie plus bas que ltextrémité supérieure de la tour de séparation d'une certaine quantité de façon que l'écoulerent d'arrivée qui renferme les particules, ne puisse pas pénétrer dans ce tuyau de sortie. Mais on a constaté qutil se forme une couche limite sur la face extérieure de la partie du tuyau de sortie qui pénètre dans la tour de séparation, ce qui provoque un ralentissement notable de ltécoulement du gaz. De la sorte, les particules qui se trouvent au voisinage de la face extérieure du tuyau de sortie ne sont pas emprisonnées dans l'écoulementhXélicoldal descendant du gaz d'arrivée et peuvent descendre indépendamment de l'écoulementhélicoldal descendant et elles sont aspirées dans le tuyau de sortie par ltécoulement hélicodal ascendant, ce qui a pour effet d'augmenter fâcheusement la teneur du gaz de sortie en particules solides. L'invention vise un séparateur cyclone comportant des moyens qui permettent de supprimer l'inconvénient signalé plus haut, de la couche limite autour du tuyau de sortie. Ltinvention vise également un séparateur cyclone comportant des éléments servant à engendrer un fort écoulement hélicoldal descendant le long de la surface extérieure delta partie du tuyau de sortie qui pénètre dans la tour de séparation, de manière que la quasi totalité des particules solides transportées par le gaz d'arrivée se trouve emprisonnée dans l'écoulement hélicoldal descendant. De façon plus précise, l'invention a pour objet un séparateur -cyclone comportant des moyens servant à introduire de l'air accélérateur à l'entrée de la tour de séparation, en vue de supprimer ou tout au moins de réduire au minimum, les inconvénients de la couche limite le long de la surface extérieure du tuyau de sortie. Conformément à l'invention, la tuyauterie de sortie se compose d'une série de tuyaux de sortie coaxiaux, et il est prévu des moyens servant à engendrer un courant hélicoldal descendant dans chaque espace annulaire compris entre deux de ces tuyaux de sortie. B'autfes caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation. Sul ces dessins, - la figure 1 est une coupe verticale d t une forme de réalisation du séparateur cyclone selon l'invention, et - la figure 2est une coupe transversale suivant la ligne II - II de la figure i. Le séparateur cyclone tel que représenté, en particulier sur la figure 1, comporte une tour de séparation 1, ayant en gros la forme d'un tronc de cône retourné, et comportant, plus exactement, une partie supérieure cylindrique 2 et d'une partie inférieure conique 3. L'extrémité inférieure de cette tour de séparation 1 communique avec une chambre 4 de rassemblement des particules. A l'extrémité supérieure de la tour de séparation 1, se trouve une chambre d'admission 5 présentant un passage d'entrée 6 6 monté tan- gentiallement à cette chambre d'admission 5, comme représenté sur la figure 2. Dans la chambre d'admission 5, est logé un tuyau cylindrique de sortie 7 qui descend de la paroi supérieure 5a de la chambre 5, dans la partie cylindrique 2 de la tour de séparation 1. Comme cela est bien connu des spécialistes des sépa- rateurs cyclones, le gaz qui renferme des particules est introduit par le passage d'admission 6, tangentiellement dans la chambre d'admission 5 et il descend en formant une hélice le long de la surface intérieure de la paroi de la tour de séparation i, comme indiqué par les flèches 8 sur la figure 1. A l'extrémité inférieure de la tour de séparation 1, l'écoulement de gaz change de sens et remonte en formant un écoulement ascendant en forme d'hélice, suivant la partie centrale de la tour de séparation 1. Dans la partie supérieure de cette tour de séparation 1, cet écoulement ascendant en hélice pénètre dans le tuyau de sortie 7.Au cours de ces opérations, les particules solides que renferme le gaz sont séparées du courant gazeux sous l'effet de la force centrifuge et elles se rassemblent dans la chambre collectrice 4. Conformément à ltinvention, une tuyauterie auxiliaire de sortie 9 est montée dans le tuyau de sortie 7, à une faible distance de celui-ci, dans le sens radial Cette tuyauterie auxiliaire de sortie 9 se compose d'une série de tuyeussylindriques coaxiaux 9' et 9". Le tuyau situé le plus à l'intérieur (9") communique à son extrémité supérieure avec une chambre de sortie 10 qui communique elle-mme, avec un conduit de sortie 11.Dans les espaces annulaires compris entre les tuyaux 9 et 9M et les tuyaux 9 et 9V, est logée une série d'aubes de guidage Slicoldal 12, et un ventilateur 15 fournit de l'air à ces espaces' annulaires, par l'intermédiaire des conduits 13 et 14. De plus, le conduit 14 qui part du ventilateur 15, est branché également sur un conduit 16 qui cpmporte une buse de sortie 17 débouchant dans le passage d'entrée 6 de la chambre d'admission 5 (figure 2). De la sorte, l'air envoyé par le ventilateur 15 dans les conduits 14 et 16 se déverse par la buse 17 dans la chambre d'admission 5 afin d'accélérer la circulation de l'air d'arrivée. Cette accélération de l'air d'arrivé diminue efficacement la couche limite qui se forme sur la surface extérieure du tuyau de sortie 7 par conséquent, on peut notabLement dlminuer effet de cette couche limite, et la quasi totalité des particules solides que contient le gaz d'arrivée est transportée-par ltécoulement descendant en hélice. Le gaz qui pénètre dans le tuyau de sortie 7 en provenance de la tour de séparation 1, risque de contenir de fines particules de matières solides qui n'ont pas été chassées parla force centrifuge de l'scoulamant hélicoïdal de gaz dans la chambre de séparation 1. De telles particules fines ont normalement tendance à monter le long de la surface intérieure du tuyau de sortie 7. Con formément à l'invention, l'air envoyé par le ventilateur 15 dans les conduits 13 et 14 pénètre dans l'intervalle entre les tuyaux 7 et 9' et les tuyaux 9' et 9" et constitue un écoulement hélicoldal descendant le long des parois intérieures des tuyaux 7 et 9'. L'écoulement hélicoldal descendant d'air le long de la surface intérieure du tuyau 7 a pour effet de faire tomber les particules fines qui montent le long de la surface intérieure et de las renvoyer dans la tour de séparation 1.Etant donné que la concentration en particules dans le tuyau de sortie 7 est à son maximum dans la zone située le long de sa surface intérieure, une fraction importante des particules fines entraSnées par le gaz de sortie, se-trouve ainsi capturé et renvoyée dans la tour de separation 1. Les particules fines qui sont demeurées dans le gaz de -sortie se concentrent en majeure partie dans la zone située le long de la surface intérieure du tuyau de sortie 9', et ces particules sont entraSnees vers le bas par l'écoulement hélicoldal descendant, dans l'intervalle entre les tuyaux-9' et 9".Il convient de remarquer que, si on augmente le nombre des tuyaux de sortie constituant la tuyauterie auxiliaire de sortie, on peut arriver à capturer pratiquement la totalité des particules fines transportées par le gaz de sortie. On peut prévoir, entre les tuyaux 7 et 9', un dispositif de résistance à ltécoulement, pour que la vitesse de ltécoulement hélicoldal descendant soit plus grande dans l'espace annulaire intérieur que dans l'espace extérieur, pour augmenter l'effet assuré par l'invention. Exemple : Dans un séparateur cyclone comportant une tour de séparation 1 d'un diamètre de 750mm à sa partie supérieure 2 et un tuyau de sortie 7, d'un diamètre de 325mm et d'une longueure de 600mm, on ajoute, conformément à l'invention, la tuyauterie auxiliaire de sortie. On introduit de la poudre de lait écrémé avec de l'air par le passage d'admission, suivant un débit de 32 m3 à la minute. On introduit l'air d'accélération suivant un débit de 11 m3 à la minute. On introduit également de l'air dans l'espace compris entre le tuyau 3 de sortie 7 et la tuyauterie 9, suivant un débit de 30 m à la mi- nute. Les résultats obtenus sont les suivants Technique Ecoulement Air Ecoulament antérieure descendant accélérateur descendant dans le seul dans le tuyau de tuyau de sortie sortie et air accéléra teur Quantités de poudres déver- 4,60 1,80 1,47 0,25 sées (en kg à l'heure) Rendement de la séparation 99,54 99,82 99,85 99,98 (en %) REVENDICATIONS 1. Séparateur cyclone comprenant une tour de sXpara- tion délimitant intérieurement une chambre de séparation, des organes d'admission servant à introduire du gaz contenant desparticules solides dans ladite chambre de séparation à sa partie supérieure, de manière que le gaz constitue un écoulement hélicoldal descendant le long de la paroi intérieure de la tour de séparation, puis change de sens pour constituer un écoulement hélicoldal ascendant le long de sa partie centrale, et, dans la partie supérieure de la chambre de séparation, une tuyauterie de sortie permettant le passage de ce courant hélicoidal ascendant de gaz, ce séparateur cyclone étant caractérisé par le fait que des organes d'alimentation en air d'accé lération sont prévus dans lesdits organes d'admission pour déverser de l'air accélérateur dans le sens du courant de gaz d'arrivée, et que ladite tuyauterie de sortie se compose d'une série de tuyaux de sortie, avec un espace annulaire entre chacun de ces tuyaux et le suivant, des moyens étant prévus pour engendrer un écoulement héli- cotidal descendant dans ces espaces. 2. Séparateur-cyclone selon la revendication t, caractérisé par le fait que la partie supérieure de la chambre de séparation comporte une chambre d'admission, lesdits organes d'admission comprenant un passage d'admission qui débouche t-angentiellement dans la chambre d'admission, et lesdits organes d'alimantation en air d'accélération comprenant une -buse qui déverse de l'air accélérate-ur dansle passage d'admission, dans le sens de la chambre d'admission. 3. Séparateur cyclone selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite tuyauterie de sortie comprend un tuyau de sortie qui descend de la partie supérieure de la tour de sépasa- tion et pénètre dans la chambre de séparation sur une certaine longueure, et une tuyauterie auxiliaire de sortie logée dans ce tuyau de sortie dont elle est écartée d'une certaine distance dans le sens radial, cette tuyauterie auxiliaire se composant d'une série de tuyaux auxiliaires montés l'un à l'intérieur de l'autre, et dont chacun est à une certaine distance du voisin, dans le sens radia-i. 4. Séparateur cyclone selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les organes servant à engendrer l'écoulement hélicoïdal descendant comprennent les aubes hélicoidalse de guidage logées dans chacun desdits intervalles radiaux et des ventilateurs servant à faire circuler un courant d'air descendant dans chacun de ces espaces radiaux,