Brevet FR2303958A1 — publié le 19761008

La présente invention se rapporte, d'une manière généraie, aux séparateurs de particules et concerne plus particuli#re- ment un dispositif de ce genre pour éliminer les impuretés, telles que le sable et la poussière, contenues dans les courants d'air alimentant certains moteurs0 L'influence de la présence de particules étrangères ou de saletés dans 11 air alimentant les moteurs à combustion sur le rendement et le fonctionnement général de ceux-ci est universellement reconnue. C'est ainsi, que dans les moteurs à combustion interne, tels que ceux utilisés dans les véhicules automobiles et autres, l'air impur diminue le rendement du moteur, abaisse la puissance et augmente la consonation de carburant.Dans les turbines à gaz, du type de celles utilisées dans les hélicoptères et autres, le fonctionnement dans une atmosphère chargée de sable se traduit par une augmentation spectaculaire de l'usure du moteur et a mis en évidence la nécessité d'un système de protection efficace de ces moteurs contre les particules transportées par l'air. Ce problèae est encore plus grave dans les moteurs de petites dimensions où la nature relativement fragile des composants et les grandes vitesses angulaires réduisent sensiblement les tolérances à la présence de particules de sable. Au cours des années, de nombreux séparateurs de sable et de poussière ont été imaginés. Comme exemples de tels séparateurs, on peut se référer aux brevets américains NO 3 371 471 et 3 534 548, tous deux délivrés à H. D.Connors; 3 673 771 de Dickey et 3 720 045 de Murphy, tous assignés à la société américaine Avco Corporation, qui est la Demanderesse de la présente invention. La protection accrue des moteurs assurée par ces appareils a plus que justifié leur utilisation. Toutefois, certains critères physiques imposés par les structures des moteurs limitent leur emploi0 A cela s'ajoute que ces appareils ne sont particulièrement utiles que sur les turbines à gaz. En conséquence, l'un des buts de l'invention est de fournir un séparateur de particules qui peut être adapté sur n'importe quel moteur existant. Un autre but de l'invention est de réaliser un séparateur de particules qui peut être utilisé sur les moteurs d'automobiles et de camions, ainsi que sur les turbines à gaz. L'invention se propose également de produire un séparateur de particules comportant un certain nombre de canaux juxtaposés. Enfin, l'invention a pour but de construire un séparateur de particules comportant un ensemble de panneaux pratiquement plats dont les dimensions peuvent être modifiées suivant les besoins. L'invention a pour objet un séparateur de particules perfectionné pour éliminer les particules étrangères des courants d'air alimentant les moteurs. Ce séparateur comprend un certain nombre de canaux élémentaires disposés côte à côte de manière à former un panneau pratiquement plat. La séparation des impuretés est réalisée en accélérant les particules à une vitesse élevée et en infléchissant le courant d'air de façon que, par inertie, les particules soient entraînées dans une zone de capture. Les particules ainsi piégées peuvent être retenues dans la zone de capture d'où on s'en débarrasse par la suite, ou bien peuvent être emportées vers un collecteur d'évacuation commun duquel elles peuvent être éjectées par dessus bord. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la Figure 1 est une vue latérale partielle, partiellement en écorché, d'une turbine à gaz équipée d'un séparateur de particules conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue en perspective d'un séparateur de particules selon l'invention; - la Figure 3 est une vue en plan du séparateur de la Figure 2; et, - la Figure 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, suivant la ligne 4-4 de la Figure 3. En se référant maintenant à la Figure 1, on voit un exemple de réalisation du séparateur de particules perfectionné de la présente invention, qui a été désigné en son entier par la référence 10. Dans le mode de réalisation représenté, le séparateur 10 est monté sur une turbine à gaz référencée en son entier par 12. Toutefois, comme il ressortira clairement de la description spécifique du séparateur 10, ce séparateur peut être utilisé sur n'importe quel type de moteur dont le fonctionnement nécessite la fourniture d'une certaine quantit d'air propre. Le séparateur 10 est fixé, par un moyen quelconque, en amont de l'ensemble générateur de gaz 14. L'ensemble 14 comprend un étage de compression 16 qui coopère avec le circuit d'entrée, désigné en son entier par 18. Le circuit 18 quitte l'étage de compression 16 pour entrer dans l'ensemble de combustion et de puissance 20 de la manière habituelle. Des moyens appropriés, tels qu'une volute 22, relient le séparateur 10 au générateur 14 et établissement un trajet de circulation entre le séparateur 10 et le circuit 18. En se référant maintenant aux figures 2-4, on voit que le séparateur 10 a la structure d'un panneau pratiquement plat dçlirita par un cadre 23. Le cadre 23 comprend deux parois d'extrémité 24 et 26 et deux parois latérales 28 et 30. A l'intérieur du cadre 23, un certain nombre de canaux élémentaires identiques, désignés en leur entier par 32, sont disposés entre les parois latérales 28 et 30. En se référant plus parti culièrement & la figure 4, on voit que les canaux élémentaires 32 délimitent, entre eux, un certain nombre de passages d'entrée d'air 34 et un certain nombre de passages de sortie d'air 36. On remarque que les passages d'entrée 34 sont décalés ou déportés par rapport aux passages de sortie 36, imposant ainsi un changement de direction v l'air qui y circule. Les canaux élémentaires 32 peuvent tre formés d'une na- titre quelconque, telle qu'une feuille de métal, de matière plastique ou autre. Chaque canal élémentaire comprend une partie antérieure arrondie 38, une paroi frontale avant 40, une paroi arrière 42, une partie arrière arrondie 44, cette partie arrière comportant une paroi d'entrée inclinée ou oblique 46, et une paroi latérale 48. On remarque qu'une paroi transversale 50 relie la paroi frontale avant 40 à la paroi frontale arrière 52 de la partie arrière arrondie 44, empochant ainsi la partie frontale arrondie 38 de se déplacer transversalement par rapport & la partie arrière arrondie 44. Les canaux 32 peuvent former des éléments unitaires, comme représenté. Les diverses parties et parois qui les composent pourraient être formées séparément et reliées ensuite les unes aux autres. Des ensembles partiels 32a et 32b sont montés aux extrémités du séparateur 10 afin de coopérer avec les canaux adjacents 32 pour produire un appareil complet. Les canaux 32 et les éléments 32a et 32b sont fixés entre les parois latérales 28 et 30 par un moyen quelconque. C'est ainsi que ces éléments pourraient être soudés ou brasés aux parois latérales respectives ou bien que chaque paroi latérale pourrait comporter un profil complémentaire pour recevoir les extrémités des divers canaux. Comme le montre la Figure 4, l'air et les particules entrent dans le séparateur 10 par le passage d'entrée délimité par la paroi arrière 42 de l'un des canaux et la paroi frontale avant 40 du canal voisin. La séparation des particules, représentées par des points, de l'air propre, figuré par des flèches, est réalisée en accélérant l'air et les particules à une vitesse élevée, puis en déviant ou en infléchissant le courant d'air vers la voie de sortie 36. A cause de leur grande inertie, les particules du courant d'air poursuivent leur chemin pratiquement en ligne droite sans s'infléchir avec le courant d'air. Les particules continuent ainsi vers l'arrière et gagnent une chambre d'accumulation ou de capture formée par la partie arrière 44.Le rebond nuisible des particules est minimisé par le parallélisme des parois 40 et 42 qui délimitent une voie d'entrée ayant des côtés parallèles. Ainsi, les particules traversent la voie d'entrée pratiquement en ligne droite et viennent frapper la paroi d'entrée inclinée 46. A cet endroit, les particules rebondissent en direction de l'entrée de la chambre collectrice et, de ce fait, n'ont pas d'effet nuisible sur l'effi- cacité du séparateur 10. La paroi d'entrée inclinée 46 et la paroi 42 délimitent entre elles une zone de section réduite, dans laquelle il se produit une augmentation de la vitesse et une réduction de la pression de l'air chargé de particules circulant vers entrée de la chambre collectrice. De plus, les particules qui entrent dans la chambre collectrice sont empochées d'en ressortir en rebondissant à cause du profil de la paroi d'entrée inclinée. On voit ainsi que les particules transportées par le courant d'air entrant dans le séparateur 10 sont retenues dans l'appareil-et qu'un courant d'air pratiquement sans particules est fourni au moteur. Les particules qui s'amassent dans les chambres de cap ture peuvent y être retenues en vue d'entre évacuées ultérieurement. toutefois, dans le mode de réalisation préféré représenté, un collecteur d'évacuation commun 57 est prévu pour recueillir les particules de toutes les chambres collectrices et pour les évacuer par dessus bord. Le collecteur 54 est fixé par un moyen quelconque à l'extérieur de la paroi latérale 30. La paroi latérale 30 est percée d'un certain nombres d'ouvertures 56. Les ouvertures 56 sont formées pour établir une communication entre le collecteur d'évacuation 54 et chacune des chambres collectrices définies par la partie arrondie arrière 44 de chaque canal. Comme le montre la figure 4, la partie arrondie arrière 44 et l'organe de support de la paroi inclinée 46 délimitent entre elles une chambre tubulaire de collection de particules. De l'air chargé de particules entre à grande vitesse dans ces chambres tubulaires le long d'un bord. Lorsque l'air chargé de particules entre sous faible pression le long d'un bord il se crée un état de turbulence à l'intérieur de chaque chambre, ce qui fait que les particules restent en suspension jusqutà ce qu'elles soient évacuées de la chambre par ltou- verture de communication 56 dans le collecteur d'évacuation 54. Un petit pourcentage du courant d'air, de l'ordre de 10%, traversant le séparateur 10 est perdu dans la chambre collectrice. Ce petit pourcentage d'air est suffisant pour entrainer les particules emprisonnées dans les chambres de capture vers le collecteur d'évacuation 54. Les particules sont enlevées du collecteur 54 par un moyen quelconque, par exemple, par une pompe 58, reliée à celuici par un conduit 57, qui est entraînée par une bote dtengrenages 60, et qui les évacue par dessus bord. Il est à noter que la distance que les particules doivent parcourir pour aller de l'entrée à la sortie du séparateur 10 a été réduite à un minimum grace à la présence d'un grand nombre de canaux de circulation. De plus, il est bien évident que de nombreuses modifications peuvent etre apportées à 11 exemple de réalisation représenté, pour satisfaire à divers paramètres qui dépendent de la géométrie fondamentale de l'entrée et des spécifications de performance du moteur sur lequel le séparateur doit être utilisé. Etant donné que chaque canal constitue en lui-même un séparateur complet avec un collecteur d'évacuation commun, il est clair que des canaux peuvent être ajoutés, enlevés, allongés ou raccourcis sans modifier sensiblement les performances.Il convient aussi de noter que l'influence de la gravité est insignifiante par rapport aux effets de l'inertie des particules et que, par conséquent, l'o- rientation du séparateur par rapport au sol n'a pas d'importance. Enfin, il est à remarquer que le fait que ce séparateur est placé en amont, il peut faire fonction de silencieux en ce qui concerne les bruits de 11 extrémité antérieure du moteur, ctest-à-dire, en en ce qui concerne les bruits aigus du compresseur. A cause de ses particularités structurales originales, le séparateur de particules de l'invention ne nécessite aucune modification des moteurs existants et son montage ne demande pas beaucoup de place. En effet, ce séparateur est relativement peu encombrant et peut être orienté dans n'importe quelle direction. On voit donc que 11 invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple représenté et décrit, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Séparateur de particules pour séparer et éliminer les particules étrangères présentes dans un courant d'air alimentant le passage d'admission d'air d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend 1 un cadre indépendant monté en amont dudit passage d'admission d'air du moteur, ledit cadre communiquant avec ledit passage d'admission;; un certain nombre de canaux élémentaires identiques juxtaposés en parallèle dans ledit cadre, les canaux adjacents définissant des passages tortueux séparés dont chacun comprend deux coudes inférieurs chacun à 90 chacun desdits passages ainsi d~li- mité par lesdits canaux adjacents ayant une entrée et une sortie d'air, ladite sortie d'air étant parallèle à ladite entrée, nais décalée transversalement par rapport à celle-ci, chacun desdits canaux élémentaires comprenant une paroi ayant une forme générale en S présentant une partie d'amont incurvée située à ladite entrée d'air et une partie d'aval incurvée à l'opposé située à ladite sortie d'air, lesdites parties de paroi d'amont et d'aval étant reliées à ladite entrée et à ladite sortie d'air, par une partie intermédiaire plane pratiquement parallèle audit passage, les extrémités desdites parties de paroi d'amont et d'aval incurvées s'étendant parallèlement auxdits passages, ce qui fait que les parties de paroi d'amont adjacentes desdits canaux définissent lesdits passages d'entrée d'air et que lesdites parties d'aval adjacentes desdits canaux définissent lesdits passages de sortie d'air, tandis que le côté convexe de ladite partie de paroi d'aval constitue un collecteur de particules aligné avec chacune desdites entrées d'ale afin de collecter et de capter les particules; un certain nombre de chambres identiques collectrices de particules, chacune desdites chambres étant constituée par le côté intérieur incurvé de chacune des parties de paroi d'aval et comportant chacune un étranglement d'entrée constitué par une paroi inclinée s'étendant depuis l'extrémité de la partie incurvée d'aval pour former une lèvre sur le bord des moyens de collection de particules, de sorte que ltair chargé de particules entre dans la chambre collectrice dans des conditions turbulentes; un certain nombre d'ouvertures prévues dans une paroi dudit cadre, la forme desdites ouvertures correspondant au profil des chambres collectrices, chacune desdites ouvertures communiquant avec une chambre collectrice pour ménager un passage permettant aux particules de traverser ladite paroi; et un collecteur commun d'évacuation en communication avec toutes les chambres collectrices. 2. Séparateur de particules selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens reliés au collecteur d'évacuation et permettant d'en éliminer les particules. 3. Séparateur de particules selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de la partie de paroi d'amont est reliée à la partie de paroi intermédiaire sensiblement plane au moyen d'une partie de paroi transversale inclinée d'aval.