Brevet FR2338086A1 — publié le 19770812

La présente invention concerne un appareil séparateur d mouvement cyclonaire, du type comportant un corps séparateur, muni moyens propres å provoquer, par centrifugation, une sépa- ration entre un gaz et des particules plus denses en suspension dans ledit gaz, ledit corps étant pourvu d'un orifice d'entrée tangentielle ou axiale pour ledit gaz et les particules en suspension, et d'un orifice de sortie axiale pour ledit gaz débar- rass des particules. Cet appareil peut titre du type des cyclones bien connus dans la technique (entrée tangentielle) ou du type à mise en rotation par des aubages (entrée axiale). Quant auxdites particules en suspension, il peut s'agir de particules de poussiers ou de gouttelettes, l'appareil étant alors mis en oeuvre, par exemple, derrière un laveur de gaz. Lors du fonctionnement d'un tel appareil, on constate souvent que l'orifice de sortie est le siège d'importants phénomènes parasites, donnant naissance à des pulsations d basse fréquence (1 à 5 cycles/seconde), qui se propagent d'aval en amont de lwap- pareil, faisant vibrer toute la structure, ainsi que les charpentes de support, ce qui porte évidemment préjudice d la tenue mdca- nique de ces éléments et augmente leur fatigue. En outre, une telle mise en vibration de l'ensemble de l'appareil n'est pas favorable d une bonne séparation, car elle se répercute sur les écoulements gazeux. Le but de la présente invention est de remédier à ces in convénients et, pour ce faire, un appareil du type ci-dessus difini est caractérisd en ce que dans ledit orifice de sortie est disposé axialement un corps d'obturation partielle dudit orifice, è profil déterminé,et propre à isoler de l'air extérieur la zone centrale en dépression dudit corps séparateur, et son prolongement dans ledit orifice de sortie. On a constaté, de façon surprenante, que la présence d'un tel corps i profil déterminé dans l'orifice de sortie supprimait pratiquement toutes les vibrations constatées jusqu'alors, et par suite remédiait efficacement aux inconvénients susmentionnés. On suppose que ce résultat remarquable s'explique par le profil des pressions dans l'orifice de sortie du corps séparateur. Il existe en effet, dans la zone axiale de cet orifice, une intense dépression, établissant une conunication entre l'air extérieur et la zone en dépression du corps séparateur. Par SUiteSlbir atmophérique est aspiré dans la zone axiale de l'orifice de sortie et dans le corps séparateur, et se mélange ensuite avec la zone périphérique de la veine gazeuse, laquelle est à la fois en mouvement axial vers l'extérieur et en rotation autour de l'axe de l'orifice. On suppose que cette entrée d'air atmosphérique dans le corps sdpara- teur ne se produit pas de façon continue, mais de façon pulsatoire, ce qui donne naissance aux phénomènes parasites et aux vibrations susmentionnés. Grtce à l'invention, ainsi, ledit corps d'obturation partielle, permettant d'isoler de l'air extérieur la zone centrale en dépression du corps séparateur et son prolongement dans l'o- rifice de sortie, coupe court à toute vitration, en comblant essentiellement la zone axiale en dépression de l'orifice de sortie de l'appareil Par suite, l'écoulement de gaz ne peut se produire que vers l'aval, et l'air extérieur ne peut plus entrer dans l'appareil, par sa sortie, et ne peut plus perturber le mouvement cyclonaire. De préférence, le profil dudit corps d'obturation partielle est déterminé essentiellement de sorte qu'il n(y ait pratiquement pas, sur sa surface latérale, de décollement de la veine de gaz traversant ledit orifice de sortie. Dans un appareil dont ledit orifice de sortie a essentiellement la forme d'un convergent-divergent, on prévoit encore avantageusement que ledit corps d'obturation partielle a la forme de deux portions coniques s'élargissant vers la sortie, séparées par une portion essentiellement cylindrique disposée approximativement à hauteur du col dudit convergent-divergent. Cette disposition permet commodément d'obtenir un écoulement gazeux homogène dans l'orifice de sortie. Sous une forme plus simple, on peut toutefois prévoir que ledit corps d'obturation partielle a la forme d'une portion de cône s'élargissant vers la sortie. De préférence, ledit corps d'obturation partielle est relié aux parois dudit orifice de sortie par des supports profilés couchés dans le lit de l'écoulement du gaz de sortie. De la sorte, ces supports ne troublent pas l'écoulement gazeux dans l'orifice de sortie et nentraSnent pas d'accroissement de la perte de charge. Un mode d'exécution de l'invention est décrit ci-dessous à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux figures 2 et 3 dudessin annexé dans lequel - la: figure 1 représente schématiquement, en coupe axiale, la sortie d'un appareil séparateur à mouvement cyclonaire connu dans la technique antérieure - la figure 2 représente schématiquement en coupe axiale un appareil séparateur équipé conformément à l'invention ; et - la figure 3 représente schématiquement, à titre de variante, la forme d'un corps profilé. L'appareil de type connu repésenté à la figure 1 comporte un corps séparateur 1 muni de moyens propres à provoquer, par centrifugation, une séparation entre un gaz pénétrant par son entrée 2, et des particules plus denses, par exemple des particules de poussière oudeigouttelettes. L'entrée 2 est repr4- sentée très schématiquement ; il peut s'agir d'un orifice d'entrée tangentielle ou axiale, et lesdits moyens, en cas d'entrée axiale, peuvent Otre constitués par des ailettes radiales inclinées, propres à donner au gaz parcourant le corps 1 un mouvement giratoire (suivant la flèche f), donnant naissance à une centrifugation des particules, lesquelles se séparent du courant dudit gaz en s'écoulant le long des parois latérales du corps 1, ensuite de quoi elles sont récupérées de façon quelconque, par exemple par des wgouttibres". La sortie "gaz épuré" du corps 1 peut etre constituée par un convergent-divergent axial 3 communiquant en principe avec l'atmosphère. On a constaté que le fonctionnement d'un tel appareil donnait naissance à d'importantes vibrations à basse fréquence, comme cela a été dit plus haut, vibrations qui mettent toute la structure à dure épreuve, surtout lorsque l'appareil est de grandes dimensions. On suppose que ces vibrations sont produites par l'air extérieur pénétrant axialement et de façon pulsatoire dans le corps séparateur 1, dont la zone axiale en dépression communique avec cet air extérieur par une zone axiale 4 également en dépression, apparaissant dans l'orifice de sortie 3. Quoiqu'il en soit, on s'est aperçu que1 de façon surpre prenante, on éliminait pratiquement toutes les vibrations dans un appareil selon la figure 2, équipé conformément à 1 'in- vention, notamment en disposant dans l'axe de l'orifice de sortie 3 un corps profil d'obturation partielle 5, occupant précisèment l'espace en dépression 4 des appareils -connus. Ce corps empoche ainsi la naissance de la zone axiale en dépression dans l'orifice de sortie 3 et donc empoche toute communication entre l'air extérieur et la zone axiale en dépression du corps séparateur 1, de l'aval vers l'amont. De préférence, le profil du corps 5 est déterminé plus ou moins expérimentalement, de sorte que ne soit constaté, sur sa surface latérale, aucun décollement de la veine de gaz traversant l'orifice de sortie 3. Comme représenté sur la figure, le corps 5 a la forme de deux portions de cane 6 et 7 s'élargissant vers l'aval et séparées par une portion cylindrique 8 disposée approximativement à hauteur du col 9 du convergent-divergent 3. On pourrait toutefois choisir la forme simplifiée repré- sentée à la figure 3, où le corps 5 ne comporte qu'une partie conique, à condition d'accepter le cas échéant un résidu de pulsations de niveau certes négligeable. Quelle que soit la forme exacte du corps 5, on prOvoit cependant de le relier aux parois latérales de l'orifice de sortie 3 par des supports profilés 10 radiaux, couchés dans le lit du vent, pour éviter à cet endroit toute perturbation de 14coulement et toute perte de charge. Sur la figure 2, on a encore représenté, en 12, une ailette de mise en rotation du gaz chargé de particules de poussière ou de gouttelettes et, en 13, une canalisation périphérique de récupération des particules ou gouttelettes, communiquant avec le corps 1 par des fentes longitudinales (non représentées). Fina lement,de façon classique, lesdites particules ou gouttelettes sont récupérées à la sortie d'une "gouttière" 14, à la base de la canalisation 13. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Appareil séparateur à mouvement cyclonaire, du type comportant un corps séparateur, muni de moyens propres à provoquer, par centrifugation, une séparation entre un gaz et des particules plus denses en suspension dans ledit gaz, ledit corps étant pourvu d'un orifice d'entrée tangentielle ou axiale pour ledit gaz et les particules en suspension, et d'un orifice de sortie axiale pour ledit gaz débarrassé des particules, caractérisé en ce que dans ledit orifice de sortie est disposé axialement un corps d'obturation partielle dudit orifice, à profil déterminé, et propre à isoler de l'air extérieur la zone centrale en dépression dudit corps séparateur, et son prolongement dans ledit orifice de sortie, et en ce que ledit orifice de sortie a essentiellement la forme d'un convergent-divergent. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil dudit corps d'obturation partielle est déterminé essentiellement de sorte qu'il n'y ait pratiquement pas, sur sa surface latérale, de décollement de la veine de gaz traversant ledit orifice de sortie. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit corps d'obturation partielle a la forme de deux portions coniques s'élargissant vers la sortie, séparées par une portion essentiellement cylindrique disposée approximativement à hauteur du col dudit convergent-divergent. 4. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit corps d'obturation partielle a la forme d'une portion de cône s'élargissant vers la sortie. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit corps d'obturation partielle est relié aux parois dudit orifice de sortie par des supports profilés couchés dans le lit de l'écoulement du gaz de sortie.