Brevet FR2511268A3 — publié le 19830218

FR 2511268 A3 19830218 FR 8115588 A 19810812 La présente invention concerne un cyclone pour la séparation de particules solides, telles que du sable,en suspension dans un liquide tel que l'eau. Les cyclones connus utilisés pour la séparation du sable de l'eau comprennent une conduite d'entrée débouchant tangentiellement dans une chambre de séparation cylindro-tronconique et un tube disposé suivant l'axe de cette chambre et destiné évacuer à l'extérieur du cyclone le liquide séparé des particules solides. La- suspension des particules solides dans le liquide pénètre à grande vitesse tangentiellement dans la chambre de séparation. Du fait de la force centrifuge, les particules solides sont projetées contre la surface interne du cyclone et se déplacent le long de cette surface,en se concentrant,vers la partie inférieure appelée sous-verse du cyclone, où elles sont évacuées à l'extérieur. Le liquide est capté dans l'axe de la chambre de séparation par le tube appelé sur-verse, par lequel ce liquide est évacué à l'extérieur. Les dimensions de la chambre de séparation et les sections de la conduite d'entrée et du tube de sur-verse sont calculées pour que la séparation solide-liquide soit optimale pour un débit d'entrée prédéterminé. En effet, la qualité de la sé-paration dépend essentiellement de la vitesse tangentielle donc du débit du mélange liquide-solide entrant dans le cyclone. Toutefois, dans de nombreux cas on est obligé de traiter la suspension solide-liquide à un débit inférieur ou supérieur au débit nominal du cyclone, pour éviter une gamme de fabrication infinie de cyclones. A cet effet, on dispose des deux moyens de réglage suivants - soit on agit sur la section du tube de sut- verse, - soit on recycle le liquide rejeté par la tube de sur-verse dans la conduite d'entrée. Dans le premier cas, la vitesee tangentielle de la suspension liquide-solide entrant dans le cyclone est différente de la vitesse optimale pour laquelle le tube a été construit. La qualité de la séparation (ou coupure) du liquide et du solide en est donc affectée. Dans le second cas, la puissance consommée par les pompes d'alimentation du cyclone est maintenue élevée même si le volume de la suspension liquide-solide à traiter est moins important que la valeur nominale. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients. Le cyclone visé par l'invention, comprend une conduite d'entrée débouchant tangentiellement dans la chambre de séparation du cyclone et un tube disposé suivant l'axe de cette chambre et destiné à évacuer à l'extérieur le liquide séparé des particules solides. Suivant l'invention, ce cyclone est caractérisé en ce que la conduite d'entrée comporte des moyens pour régler sa section d'entrée dans la chambre de séparation. Grâce à ces moyens de réglage, la vitesse tangentielle de la suspension solide-liquide à l'entrée du cyclone, est maintenue constante quel que soit le volume à traiter. Ainsi, la qualité de la séparation (ou coupure) est maintenue optimale dans tous les cas. De plus, la puissance consommée par le cyclone, pour son fonctionnement,diminue avec le volume à traiter. Selon une version avantageuse de l'invention, les moyens précités comprennent des organes d'étranglement interchangeables, destinés à être montés à l'intérieur de la conduite entrée, la forme et les dimensions de ces organes étant adaptées pour obtenir une section d'entrée variable. Ainsi, pour ajuster la section d'entrée du cyclone, il suffit de remplacer un organe d'étranglement par un autre. Selon une version préférée de l'invention, l'organe d'étranglement est constitué par un sabot fixé de façon amovible contre la face intérieure de la conduite d'entrée à l'opposé de la face de cette dernière qui est tangente au corps du cyclone, la face adjacente du sabot à ladite face intérieure de la conduite d'entrée épousant le profil de cette dernière. Un tal sabot qui présente de préférence une face inclinée par rapport à l'axe de la conduite d'entrée, a pour effet de dévier l'écoulement de la suspension solide-liquide vers la surface intérieure de la cambre de séparation du cyclone, en assurant ainsi de bonnes conditions de fonctionnement. D'autres particularités et avantages de l'inven- tion apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un cyclone conforme à l'inventions - la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe partielle, analogue à la figure 2, mais montrant un organe d'étrangle- ment différent de celui de la figure 2; - la figure 4 est une courbe representant la qualité de coupure en fonction du débit dans le cas d'un cyclone conforme à l'invention et d'un cyclone classique; - la figure 5 est une courbe représentant la puissance consommée en fonction du débit daims le cas d'un cyclone conï;'ormr a inent.ion et d'un cycJne classique. Dans la réalisation des figures 1 et 2, le cyclone pour la séparation de particules solides telles que du sable en suspension dans un liquide tel que l'eau, comprend un corps cylindrique supérieur 1 et une partie tronconique inférieure 2 déterminant en leur intérieur une chambre de séparation liquide-solide 3. A la partie supérieure du corps cylindrique 1, une conduite d'entrée 4 débouche tangentiellement dans la chambre de séparation 3. Dans cette chambre de séparation 3, pénètre un tube axial 3a également appelé sur-verse, destiné à évacuer à l'extérieur le liquide séparé des particules solides. La conduite d'entrée 4 comporte en son intérieur un sabot d'étranglement 5 qui a pour effet de réduire la section d'entrée S dans la chambre de séparation 3 à une valeur égale à S1 (voir figure 2). Ce sabot 5 est interchangeable avec d'autres sabots, tels que le sabot 5a représenté sur la figure 3 dont la forme et les dimensions sont adaptées pour obtenir une section d'entrée S2 plus importante que dans le cas de la figure 2. Dans la réalisation représentée, la conduite d'entrée 4 comprend un embout 6 fixé tangentiellement au corps 1 du cyclone et un élément de conduite 7 raccordé à cet embout. Le sabot 5 ou 5a est fixé de façon amovible au moyen d'une vis 8 et d'un écrou contre la face intérieure 9 de l'embout 6, à l'opposé de la face 10 de ce dernier qui est tangente au corps 1. La face 5b du sabot qui est adjacente à laface 9 de l'embout 6, épouse le profil de cette dernière. De plus, cette face 5b s'tend entre l'extrémité de l'élément de conduite 7 et l'ouverture 11 qui constitue l'entrée de l'embout dans la chambre de séparation 3. La face 5c du sabot qui est adjacente à l'en- trée 11 est disposée dans le prolongement de la surface intérieure du corps 1. La face 5d du sabot, dirigée vers l'intérieur de l'embout 6 est oblique par rapport à l'axe de ce dernier, en définissant ainsi une section décroissante entre l'extrémité de l'embout 6 adjacente à l'élément de conduite 7 et l'ouverture d'entrée 11 de cet embout. Par ailleurs, l'extrémité de la face oblique 5d adjacente à l'élément de conduite 7 eSt située sensiblement dans le prolongement de la surface intérieure 12 de cet élément 7. Le sabot 5, 5a est réalisé en une matière résistant aux liquides et à l'abrasion causée par les particules solides. Dans le cas d'une suspension de sable dans de l'eau, il est avantageux de réaliser le sabot 5, 5a en caoutchouc moulé autour de la vis de fixation 8. Le sabot 5, 5a est ainsi inséré dans la conduite d'entrée 4, sans créer dans cette dernière de saillie ou de perturbation susceptible de gêner l'écoulement de la suspension solide-liquide. En modifiant la section d'entrée de la conduite 4, c'est-à-dire en plaçant dans celle-ci un sabot 5, 5a de forme et dimensions adaptées, on maintien constante la vitesse tangentielle du cyclone quel que soit le volume de suspension solide-liquide à traiter. Pour mettre en évidence les avantages techniques du cyclone, conforme à l'invention, par rapport à un cyclone classique de même dimension, on a représenté sur les figures 4 et 5 les relevés comparatifs de la marche des deux types de cyclone. Ces cyclones sont dans les deux cas calculés pour un débit nominal de 220 m3/h. Sur la figure 4, la courbe en trait plein représente la variation de la qualité de coupure d50 (en microns) en fonction du débit D en m3/h. La courbe en pointillés est relative au cyclone classique. Ces courbes mettent en évidence les résultats suivants: Au débit nominal de 220 m3/h, les deux types de cyclone présentent sensiblement la même qualité de coupure sous une pression de 1 bar. Cette qualité de coupure d50 est égale à 29,5 microns. Avec un débit de 175 m3/h, soit le débit nominal moins 20%, dans le cas du cyclone classique et sans modification de la section du tube de-sur-verse, la pression d'entrée tombe à 0,65 bar et la qualité de coupure d50 s'élève à 34 microns. En réduisant la section du tube de sur-verse, la pression remonte à 7 bar mais la vitesse tangentielle à l'entrée et le point de coupure ne changent pas. A ce débit, le cyclone conforme à l'invention réglé avec une section d'entrée plus faible, conserve pour la suspension liquide-solide la même vitesse tangentiel le d'entrée. Etant donné que le débit est plus faible, la qualité de coupure est meilleure (d50 = 28 microns). Avec un débit de 264 m3/h, soit le débit nominal plus 20%, la pression augmente dans le cyclone classique. On agrandit la section du tube de sur-verse pour faire chûter la pression à 1 bar. La vitesse d'entrée est plus importante mais elle a tendance à être tourbillonnaire. La qualité de coupure est théoriquement de 31 microns mais en pratique elle est légèrement supérieure: d50 = 33 microns. La qualité de coupure sur le cyclone conforme à l'invention augmente peu puisque la vitesse tangentielle grâce au réglage de la section d'entrée, reste constante. La qualité de coupure obtenue est ainsi égale à 30 microns. Ces résultats montrent par conséquent que la qualité de coupure obtenue dans ie cas du cyclone conforme à l'invention est meilleure que dans le cas d'un cyclone classique lorsque le débit de la suspension solide-liquide varie à l'entrée du cyclone. Sur la figure 5, la courbe en trait plein représente la variation de la puissance P(en CV) en ionc- tion du débit D en m /h. La courbe en pointillés est relati- ve à un cyclone classique de même dimension. Ces courbes mettent en évidence les résultats suivants. Pour permettre au cyclone classique de fonetio ner à une vitesse tangentielle d'entrée constante (pour obtenir une meilleure qualité de coupure d50) on détermi- ne la dimension du cyclone en fonction du volume maximum du produit solide-liquide à traiter. Si ce volume diminue, une partie du liquide débarrassée des particules solides est recyclée vers l'entrée du cyclone pour maintenir un débit d'entrée constant. Dans ce eas, on consomme inutilement de la puissance comme on va le montrer ci-après. Dans le cyclone conforme à l'invention, on ajuste la section de la conduite b'entree suivant le débit du liquide-solide à traiter. a) Cas du débit maximum (264 m /h) sans recyclage du liquide: Dans le deux cas, la puissance absorbée par les pompes est égale à 37 CV. b) Cas du débit moyen (220 m /h) : dans le cas du cyclone classique, avec un recyclage du liquide évacué par le tuiXe de sur-e?se à raison de 44 m3/h, la puissance absorbée esc égal à 36 CV. Dans le cas du cyclone conforme à l'invention, et sans recyclage de liquide, la -puissance absorbée est égale à 31 CV. c) Cas du débit minimum (175 m3/h): Dans le cas du cyclone classique avec un recyclage du liquide vers l'entrée, à raison de 89 m3/h, la puissance absorbée est égale à 35 CV Dans le cas du cyclone conforme à l'invention, et sans recyclage, la puissance consommée est égale à 25 CV. Ces résultats montrent par conséquent que dans le cas du cyclone conforme à l'invention, on obtient un gain de puissance lorsque l'on maintient la qualité de la coupure par rapport à un cyclone classique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications, sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les sabots 5, 5a peuvent être remplacés par un volet réglable articulé au niveau de l'assemblage entre l'élément de conduite 7 et l'embout 6. L'utilisation de sabots en caoutchouc interchangeables est cependant préférée car l'articulation précitée risque de se bloquer ou de se détériorer sous l'effet des particules solides en suspension dans le liquide. REVENDICATIONS 1. Cyclone pour la séparation de particules solides en suspension dans un liquide, comprenant une conduite d'entrée (4) débouchant tangentiellement dans la chambre de séparation (3) du cyclone et un tube (3a) disposé suivant l'axe de cette chambre et destiné à évacuer à 11 extérieur, le liquide séparé des particules solides, caractérisé en ce que la conduite d'entrée (4) comporte des moyens (5, 5a) pour régler sa section d'entrée dans la chambre de séparation (3). 2. Cyclone conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent des organes d'étranglement (5, 5a) interchangeables destinés à être montés à l'intérieur de la conduite d'entrée (4), la forme et les dimensions de ces organes étant adaptées pour obtenir une section d'entrée variable. 3. Cyclone conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe d'étranglement est constitué par un sabot (5, 5a) fixé de façon amovible contre la face intérieure (9) de la conduite d'entrée (4) à l'opposé de la face (10) de cette dernière qui est tangente au corps (1) du cyclone, la face (5b) du sabot adjacente à ladite face intérieure (9) de la conduite d'entrée épousant le profil de cette dernière. 4. Cyclone conforme à la revendication 3, la conduite d'entrée (4) comprenant un embout (6) fixé tangentiellement au corps (1) du cyclone et un élément de conduite (7) raccordéà cet embout, caractérisé en ce que le sabot (5, 5a) s'étend entre l'extrémité de cet élément de conduite (7) et l'entrée (11) de l'embout (6) dans la chambre de séparation (3). 5. Cyclone conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le sabot (5, 5a) comporte une face (5c) adjacente à l'entrée (11) de l'embout et qui est disposée dans le prolongement de la surface intérieure du corps (1) du cyclone. 6. Cyclone conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le sabot (5, 5a) comporte une face (5d) dirigée vers l'intérieur de l'embout (6), qui est oblique par rapport à j'axe de cet embout et qui définit une section décroissante entre l'extrémité de l'embout (6) adjacente à l'élément de conduite (7) et l'entrée (11) dans la chambre de séparation (3). 7. Cyclone conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité de la face oblique (5d) adjacente à l'élément de conduite (7) est située sensiblement dans le prolongement de la surface intérieure (12) de cet élément de conduite. 8. Cyclone conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le sabot (5, 5a) est en caoutchouc. 9. Cyclone conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le sabot (5, 5a) est fixé dans la conduite d'entrée (4) au moyen d'une vis (8).