Brevet FR2452954A1 — publié le 19801031

On a décrit dans la demande de brevet français 74 34185 un séparateur centrifuge constitué par une canalisation coudée pourvue intérieurement de cloisons concentriques principales successives centrées sur l'axe de courbure de la canalisation pour diviser le passage d'écoulement du fluide en plusieurs canaux élementaires co-axiaux de faible epaisseur radiale, des moyens étant prévus dans chaque canal élementaire pour rec-ueillir les particules lourdes (ou respectivement légères) entraînées par le fluide et que la force centrifuge tend à concentrer contre la paroi de ce canal la plus éloignée de l'axe de courbure (ou respectivement la plus rapprochée de celui-ci).Cet appareil comprend au voisinage de l'extré- mite aval de la partie incurvée du canal considéré et contre la paroi qui delimite ce canal ltoppose de l'axe de courbure (ou respectivement en direction de celui-ci), une cloison auxiliaire dont le bord amont détermine avec la paroi precitée une entrée en forme de fente debouckant dans l'espace situé entre cette paroi et la cloison auxiliaire, lequel espace débouche a son tour dans une chambre collectrice inférieure située à l'extérieur de la canalisation, la cloison auxlliaire-se raccordant ávec la paroi adjacente précitée du canal de manière à déterminer avec la paroi en vis- - vis un passage divergent propre à être traversé par le fluide épuré. l'efficacité d'un-tel appareil dépend évidemment de l'étendue angulaire du coude car pour une meme vitesse de circulation du fluide, c'est elle qui détermine la duree de l'action séparatrice de la force centrifuge. On peut aisément prévoir pour ce coude un angle se rapprochant de 180 / mais au-del l'on se heurte à des difficultés constructives du fait que la canalisation doit alors affecter une conformation helicoldale. On peut d'autre part songer à augmenter l'efficacité en prévoyant plusieurs cloisons auxiliaires successives sur le parcours du fluide-dans chaque canaI élementaire et en associant à chacune de celles-ci un espace collecteur apprOprié. Mais ou bien on limite l'angle du coude à 180 et les cloisons auxiliaires successives sont alors tellement rapprochées que celles qui suivent la première dans chaque canal sont pratiquement sans effet utile, ou bien lton dépasse cet angle et llon aboutit l encore à une conformation hé licoSdale qui se complique ici de la présence des espaces collecteurs, lesquels doivent à tout le moins s'amorcer entre les spires successives. Une autre solution qui peut venir à l'esprit consiste à dispo ser sur la canalisation plusieurs coudes successifs orientés alternativement dans un sens et dans l'autre, chacun agissant ainsi pour poursuivre l'action séparatrice déjà en partie réalisée par le ou les précédents.Malheureusement pareille disposition comporte l'inconvénient rédhibitoire que dans chaque canal élémentaire ltorientation de la force centrifuge s'inverse au passage d'un coude au suivant, de sorte que les particule5 qui dans le premier étaient sollicitées vers l'une des parois de ce canal le sont alors vers l'autre dans le second, ce qui tend à les remettre en suspension dans le fluide et réduit dans une mesure considérable l'efficacité de ce second coude. I1 convient d'ajouter qu' l'entrée de chacun des coudes le régime d'écoulement du fluide tend à passer dans chaque canal élémentaire au régime dit irrotationnel correspondant au sens de courbure (vitesse inversement proportionnelle au rayon de giration), ce qui entraîne des tourbillons qui gênent l'effet séparateur de la force centrifuge, ce phénomène tendant d'ailleurs à s'exacerber au passage d'un coude au suivant, puisque la variation de courbure du trajet du fluide est là deux fois plus forte qu'à l'entrée du premier coude. Certes on peut diminuer l'im- portance de cet inconvénient en réduisant lBépaisseur radiale des canaux élémentaires, mais cet effet est très limité et de plus la présence des cloisons auxiliaires formant entrées des espaces collecteurs oblige en pratique à conserver une épaisseur minimale. La présente invention vise à remédier aux inconvénients qui précèdent. Conformément à l'invention la canalisation constituant séparateur centrifuge comprend plusieurs coudes successifs orientés alternativement dans un sens et dans l'autre, et certaines au moins des cloisons qui délimitent les canaux élémentaires dans chaque coude, sauf pour le dernier, ont leur arête terminale disposée entre celles initiales de deux cloisons successives du coude suivant et réciproquement de manière à ce que pour chacun de ces coudes l'écoulement sortant de certains de ses canaux se trouve divisé en deux fractions dans le coude suivant, la fraction qui s'écoulait contre la paroi extérieure (ou respectivement intérieure) du canal considéré s'écoulant également contre la paroi extérieure (ou respectivement intérieure) d'un canal du coude suivant. On comprend que de cette manière on évite l'inversion des couches de fluide chargé et de fluide non chargé au passage d'un coude au suivant dans tous les canaux intéressés, de sorte que ce coude suivant peut avoir un effet séparateur utile des son début, sans zone morte initiale d'importance notable. Suivant l'invention, en outre, on prévoit des cloisons auxiliaires associées à des espaces collecteurs vers certains aa moins des passages d'un coude'à un autre et pour certains au moins des canaux associes au coude amont correspondant au passage considéré. Enfin, et suivant une troisième caractéristique de l'inven- tion, dans un séparateur du genre en question l'on fait application de la disposition décrlte au brevet franchis 1 231 173 pour assurer ou à tout le moins favoriser l'établissement du régime irrotation- nel à l'entrée de certains au moins des canaux élementaires de certains au moins des coudes successifs de l'appareil. Plus particulierement vers certains au moins des passages d'un coude à un autre on conforme la façon indiquée dans ledit brevet certaines au moins des cloisons auxiliaires associées aux parois des canaux elementaires aus extrémités des coudes, Le dessin annexé, donne à titre d?exemplee permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer. Fig, 1 est une vue en plan avec coupe d'un séparateur centrifuge suivant l'invention. Fig. 2 est une vue reproduisant à plus grande échalle un détail de fig. 1, savoir la partie droite de llextrémité aval du deuxième coude du separateur. Fig. 3 est une coupe suivant III-III (fig. 2), cette vue indiquant en II-II le plan de coupe qui correspond fig. 2. Fig. 4 à 6 indiquent très schématiquement des variantes du séparateur de fig. 1. Fig. 7 est une coupe partielle montrant une disposition dans laquelle les C7 oisons príncipales des coudes successifs ne s'engagent pas les unes entre les autres, Le séparateur centrifuge indique en coupe en fig. 1 est prévu pour séparer des particules lourdes à partir d D un fluide qu'on supposera être constitue par un gaz. Ce séparateur comprend une canalisation rectiligne d'entrée 1, un premier coude 2 correspondant à un arc de cercle d'environ 235 dans le sens dextrorsum sur la figure, puis un second coude 3 semblable au precedent, mais oriente en sens inverse, et enfin une canalisation rectiligne de sortie 4 qui s'étend parallèlement à la canalisation d'entrée 1. On supposera que les canalisations et les coudes sont à section rectan gulaire. Chaque coude est divise par deux cloisons principales 9a, 2b, respectivement 3a, 3b, en trois canaux concentriques 2c, 2d, 2e, respectivement 3c, 3d et 3e, étant remarqué que les canaux les plus intérieurs 2e, 3e ont une largeur inférieure à celle des deux au @res 2c, 2d, respectivement 3c, 3d. On remarque qu'avec une telle disposition les deux aretes d'extrémité aval des cloisons 2a, 2b se situent substantiellement à une fraction de la largeur de l'entrée des canaux 3c, 3d du coude 3. A l'entrée du coude 2 il est prévu sur la paroi interne de chacun des trois canaux de celuici un bossage profilé conforme au brevet français 1 231 173 précité et destiné à assurer l'établis- sement du régime d'écoulement irrotationnel dans le canal intéressé. On trouve ainsi un premier bossage profilé 2f sur la face ex terieure de l'extrémité amont de la cloison Sa, un autre 2 sur celle de la cloison 213 et enfin un troisième 2h sur la paroi interne du coude 2. Lgextrémite aval du coude 2 comporte sur la face interne de la paroi extérieure de chaque canal un dispositif collecteur de parti- cules lourdes établi conrormément à ce qui a été décrit à la deman- de de brevet françals 74 34185.On retrouve ainsi pour chaque canal une cloison auxiliaire 21 2j, 2k dElimitan- un espace collecteur qui communique avec une chambre collectrice située au-dessous de la paroi inférieure du coude, lgagencement étant conforme à ce qu'on peut trouver dans cette demande, ainsi qu'on le rappellera plus en détail ci-après. On notera toutefois dès à présent que les cloisons auxiliaires comportent un profil semblable à celui des bossages 2f, 2g, -2h, de manière à assurer le maintien du régime d::écoulement irrotationnel dans les canaux 2c, 2d, 2e. Pour la meme raison les extrémités amont des cloisons principales 3a, 3b, en partie imbri quels entre celles aval des cloisons -2a, -2br sont également profilées dlune manière équivalente, comme indique en 3f et 3g pour amor- cer l'établissement de ce même régime dans les canaux 3c, 3d, 3e du coude 3. On retrouve vers l'extrémité aval du coude 3 une disposition identique à celle de l'extrémité correspondante du coude 2, savoir des cloisons auxiliaires 3i, 31, 3k, appliquées contre les faces intérieures de la paroi extérieure du coude et des extrémités des cloisons principales 3a, 3b, pour définir des espaces collecteurs des particules séparées, ces cloisons auxiliaires étant profilées de façon à assurer le maintien du régime d'écoulement irrotationnel dans les canaux 3c, 3d et 3e. Fig. 2 et 3 montrent comment sont établies les cloisons auxi- liaires et les elements qui leur sont associes. On voit que le bord ou arête amont de chaque cloison est fixe à une colonnette ronde 5 montée dans le canal considéré à une faible distance de sa paroi extérieure.Cette cloison présente un profil d'aile d'avion et son extremite aval vient se-raccorder à la paroi precitee (cloison 3a QU paroi extérieure du coude 3 en fig. 2). L'espace-ainsi délimité comunique à travers une grille 6, respectivement 7f avec une chambre collectrice inférieure 8, laquelle peut être de tout type approprio les grilles 6 et 7 n'étant d'ailleurs pas obligatoires). La chambre en question peut notamment être réalisée sous la forme dlune trémie reliée par une canalisation à un filtre ou cyclone qui permet d'extraire les particules à partir d'un faible débit de gaz assurant leur transport. Le fonctionnement général résulte des explications qui précèdent. Le gaz charge de particules arrive par la canalisation rectiligne 1. Les cloisons 2a et 2b le repartissent dans les trois canaux 2c, 2d, 2e à l'interieur desquelles il tourne regulièrement suivant le régime d'ecoulement irrotationnel grâce à la présence des bossages 2f, 2g, 2h et des cloisons auxiliaires profilees 2i, 21,-2kX Au cours de la rotation à l'intérieur du coude 2, les particules lourdes tendent à se concentrer contre la face extérieure des parois des canaux. Une forte proportion d'entre elles passe donc dans les espaces collecteurs délimites par les cloisons auxì- liaires 2i, 2j, 2k et retombe ainsi dans les chambres collectrices inférieures d'où elles peuvent être évacuées avec un faible débit gazeux. Dans chacun des deux canaux 2c, 2d, le courant gazeux peu charge qui circulait contre la paroi intérieure du canal, se trouve amene contre la paroi interieure du canal correspondant, respec tivement-3d, 3c du coude 3. De meme le courant gazeux charge circulant contre La paroi extérieure des canaux 2d, 2e passe contre la paroi exterieure des canaux correspondants 3d, 3c. On en conclut que des l'origine les canaux 3c et 3d reçoivent le courant charge contre leur paroi extérieure et le courant peu charge contre leur paroi intérieure, ce qui évite tout phénomène de mélange et de remise en suspension des particules à l'entrée du coude 3. On notera par ailleurs que le canal étroit 3e ne reçoit du canal 2c que le courant chargé circulant contre la paroi extérieure de celui-ci, ce qui contribue également à faciliter ses fonctions de séparateur centrifuge.En outre le profilage des bossages 2f, 2g, Sh et des cloisons auxiliaires 21, 2i, 2k, 3i, 3i, 3k, ainsi que des extrémités 3f, 32 et des cloisons auxiliaires, assure l'établissement et/ou le maintien du régime d'écoulement irrotationnel dans les canaux, ce qui là encore évite la formation de tourbillons et ga- rantit les meilleures conditions de séparation centrifuge. Bien en tendu les deux chambres collectrices telles que 8 peuvent comauni- quer l'une avec l'autre. Fig. 4 à 6 indiquent très schématiquement des variantes de disposition des coudes. Dans ces variantes on a indiqué par des rectangles les emplacements comportant des bossages profilés ou des cloisons auxiliaires agencées à la façon sus-exposée. Dans la fig. 4 on retrouve deux coudes successifs inversés 2" et 3 comme en fig. 1, mais avec cette différence que chacun ne s'étend que sur 90. En fig. 5 le premier coude 2" s'étend sur 90 tandis que le second 3 correspond à un arc de 180 . En fig. 6 on trouve un premier coude 2"' semblable au coude 2 de fig. 1; puis un autre 9 s'étendant sur 235 en sens inverse, puis un autre coude 10 identique au précédent, mais oriente en sens inverse, et enfin un coude 3"' identique au coude 3 de fig. 1. On comprend que dans toutes ces formes d 5 execution et dans toutes celles qu'on pourrait imaginer sur les mêmes bases, on obtient ainsi un effet séparateur efficace dans chaque coude, le gaz qui parvient à la canalisation de sortie 4 étant d'autant plus épuré que le nombre des coudes successifs est plus élevé, toutes autres conditions égales d'ailleurs. Fig. 7 montre une variante suivant laquelle les cloisons principales des coudes successifs ne s'engagent pas les unes dans les autres dans le sens longitudinal. Le premier coude, ici référence 1, comporte trois cloisons principales 11a, 11b, 11c (et non plus deux seulement comlae en fig. 1), chacune equipee d'une cloison auxiliaire lld, lle, llf (auxquelles s'ajoute une quatrième []g prévue sur la paroi extérieure du coude).Le second coude 12 possède lui aussi trois cloisons principales 12a, 12b, 12c, mais celles-ci ne comiaencent que dans le plan transversal des aretes terminales des précédentes et chacune comporte un bossage profilé d'entrée, respectivement 12d, 12e, 12f (plus l également un quatrième 12g sur la paroi extérieure du coude considere). On conçoit que le fonctionnement reste le même que celui expose plus haut. il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a ete donnée qut titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplagant les détails d'execution décrits par tous autres équivalents. Plus particulièrement, si l'on a suppose que le fluide considéré était un gaz, il est evident quron pourrait tout aussi bien traiter un liquide moyennant un dimensionnement convenable des divers éléments. On a également admis que le séparateur décrit devait extraire du fluide les particules lourdes, mais on conçoit qu'en inversant la position des cloisons auxiliaires (en les disposant sur la paroi intérieur des canaux elementairesJ on pourrait leur faire collec ter les particules légères. I1 serait également possible de coUbi- ner les deux dispositions. R E V E N D I C A T I O N S 1. Séparateur centrifuge constitue par une canalisation coudée aivisée intérieurement par des cloisons principales concentriques en plusieurs canaux elémentaires, des moyens étant prévus dans chaque canal pour recueillir les particules que la force centrifuge a concentrées contre l'une des parois de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs coudes successifs alternativement orientés en sens inverse les uns des autres. 2. Séparateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que certaines au moins des cloisons principales qui délimitent les canaux elementaires dans chaque coude, sauf pour le dernier, ont leur arete terminale disposée entre celles initiales de deux cloisons principales successives du coude suivant, respectivement entre une cloison principale de ce coude et. la paroi adjacente de celuici, de manière que pour chacun de ces coudes l'écoulement sortant de certains au moins de ses canaux se trouve divisé en deux fractions dans le coude suivant, la fraction qui s'écoulait contre la paroi extérieure (respectivement intérieure) du canal considéré s'coulant également contre la paroi extérieure (respectivement intérieure) d'un canal du coude suivant. 3. Séparateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que deux coudes successifs comportent le meme nombre de cloisons principales, l'un des canaux de celui qui se trouve en aval de l'autre ne recevant le fluide que de llun seulement des canaux élé- mentaires du précédent. 4. Séparateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le canal ne recevant le fluide que de l'un des canaux du coude precedent est de largeur inférieure à celle des autres canaux. 5. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens separateurs à certains au moins des passages d'un coude au suivant. 6. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caracterise en ce qu'il comporte à l'entree et à la sortie de certains au moins des canaux elementaires de chaque coude des surfaces profilées propres à établir ou à retenir le régime l'écoulement irrotationnel à l'intérieur du canal considéré. 7. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications qui précedent, du genre dans lequel les moyens séparateurs comprennent une cloison auxiliaire disposée au voisinage de l'une des parois du canal considéré de manière à déterminer entre elle-meme et cette paroi un espace collecteur ouvert à l'amont et fermé à l'aval, lequel débouche à son tour dans une chambre collectrice, caractérisé en ce que cette cloison est conformée de manière - constituer l'une des surfaces profilées destinées à assurer l'établissement ou le maintien du régime d'écoulement irrotationnel en aval de ladite cloison auxiliaire.