Brevet FR2515061A1 — publié le 19830429

La présente invention concerne les machines du type "epura -teur d'air" ou " filtre d'air " ou encore " cyclone de dépoussiè- -rage ". Ces machines ont pour but de séparer l'air des poussières dont il peut être chargé. Dans les cyclones le rendement est d'environ 95%. Il est possible d'envisager plusieurs cyclones en serin, ju qutà dépoussi -èrage total. Mais les pertes de charge de chaque cyclone se oumu- -lent et la force motrice nécessaire devient exaglree. De plus, une batterie de cyclones n'est jamais sire a 100 %. Lors d'un plus plus important de poussières, il y a "bourrage". Et la poussière peut s'échapper par la cheminée de sortie. Outre la pollution de l'ambi -ance, cet échappement peut avoir un autre inconvénient: les poussières Peuvent avoir une valeur marchande, d'où une Perte financière. C'est le cas par exemple d'un air chargé en poussières de farine. Chaque fois donc que l'on recherche une épuration absolument sire, et c'est le cas en minoterie, on a recours a des filtres. Les filtres utilisés sont constitués de manches généralement cylindri -ques en tissus filtrants, laine, coton, ou synthétiques. L'air peut être envoyé soit à l'intérieur des manches, et ce sont alors des filtres à air "refoulé" soit autour des manches, et ce sont des filtres à air n aspiré". Dans les deux cas le dégommage est néces- -saire. Il consiste à nettoyer les manches d'une façon périodique, car les poussières retenues oar le tissu filtrant, colmatent dt autant plus vite ce dernier, que l'air est plus poussièreux. Il existe plusieurs procédés de dégommage. Les manches peuvent être secouées mécaniquement. C'est un procédé ancien bruyant, et qui maltraite les manches, raccourcissant leur durée de service. Les manches Peuvent être dégommées par de l'air à haute pression souffle à contre-courant.-Cet air est distribué en continu, dans toutes les manches simultanément, par un rateau ui se oromène de haut en baso Les manches peuvent aussi être dégommes oar de l'air comprimé injecté à contre-courant, et distribué alternativement dans chaque manche. Ces deux derniers procédés sont actuellement les plus utilisés. Ils donnent satisfaction techniauement. Mais les filtres utilisant ces procédés content cher. Dans le premier cas le mécanisme balladeur du rateau et le ventilateur haute Pression, sont onéreux.Dans le second cas, le compresseur d'air et le sys -tème de distribution Par programmateur et électro-valves, sont encore Dlus onnreux. Ceci explique pourquoi les petits moulins lesquels sont encore une majorité en France, ne peuvent s'équiper de tels filtres. Ils utilisent alors quelquefois des filtres dits "statiques" ou " grouses filtrants". Il s'agit simplement de manches sans dégommage et sans reprise des farines. Dans ce cas il faut donc Prévoir un nombre surabondant de manches La perte de charge de tels filtres, vite colmatés, est très importante, augmentant donc la force motrice nécessaire. Et le meunier doit souvent venir secouer les manches et ramasser les farines.Son filtre reste l'une des rares machines, sinon la seule, ne fonction -nant pas en automatique dans son usine. L'épuration de l'air selon cette présente invention, est destinée à éviter les inconvénients technises des cyclones et a des groupes filtrants, et obtenir les mêmes performances techniques que celles des filtres. Ceci pour un coût de fabrication très infé -rieur, permettant son acquisition par tous les meuniers. Cet épu- -rateur d'air n'a qu'un seul moteur, de faible puissance - 1 KW Le dégommage des manches est assuré oar le ventilateur principal de l'installation et celui-ci assure aussi la reprise des farines en continu. Cet épurateur d'air est constitué d'un cyclone associé à un filtre. Il est destiné à l'épuration de l'air ayant servi au trans -ort Pneumatique des produits de mouture pour ooulin d'une capacité de 100 tonnes 7ar 24 heures. Son but est d'utiliser au maximum 1' effet cyclonique, car la force centrifuge est le moyeu le plus éco- nomique pour émarger l'air et la farine. L'effet cyclonique est com -plété par les winches filtrantes dégommées sar une aspiration du ventilateur servant au transport pneumatique.Ce dégommage est efficace malgr une nression moleste de ce ventilateur - environ I000 mm C3- car contrairement aux filtres existants, ils n'y a pas injection d'air à contre-courant. L'aspiration de dégommage se fait par l'in -térieur les manches, comme l'arrivée d'air. Ce le-ci est momentané -ment interrompue dans la manche en dégommage. Enfin il faut noter que l'air entrant dans les manches a déjà été épuré dans la partie cyclone, d'où moindre colmatage des manches. Outre ces caractéristique particulières, cet épurateur a été conçu pour répondre à quelques critères plus généraux: a) entrée tangentielle Pour assurer l'effet cyclonique maximum. b) Calculer le diamètre et la hauteur en fonction du débit d'air choisi, et avoir une cheminée centrale, organe essentiel pour obtenir l'effet cyclonique. c) Sviter que l'air ne passe directement dans les manches sans subir l'effet cyclonique. Pour cela, alimenter les manches par leur partie supérieure, grâce à la cheminée centrale et à une casquette de répartition d) Réduire au maximum les pertes de charge dues à la machine et faire en sorte qu'elle soit comprise dans les limites des filtres actuellement existants, entre I00 et I50 mm CE. e) Construire une machine entièrement automatique, tant Pour le dégommage que flou la reprise des farines. En cas de bourrage de la machine accident qui peut toujours survenir, surtout à la mise en route de l'installation, il n'y aura aucune inter- -vention à l' intérieur de la machines Une trappe dite de "débourrage" permettra 3 l'operateur de vidanger la farine accumulée dans le fond de la partie cyclone, cette farine des -cendant de la partie supérieurs par gravité, descente aidée par un racleur rotatif. CALCULS THEORIQUES ET PRATIQUES ≈A- Détermination du débit d'air La machine est prévue pour filtrage de l'air du service Dneu -matique des produits Je mouture, pour moyen moulin à blé tendre capacité de IOO To/24 h. On suppose un diagramme classique avec 5 broyeurs, 4 claquers, 6 convertisseurs, blutage comprenant en outre 2 divisueurs-sécheurs et 2 vibro-centrifuges. Soit au total I9 cir -cuits. Le débit au 31 est de 4200 Kg.n. La vitesse d'air est de 20 mm/sec au 3I, et I8 et I6 mXsec our les autres cassages. la dépression est de l'ordre de I000 mm CE. Les diamètres des tubes vont te I20 à 55 min Le total des débits d'air nous donne 96,2 M3/min. + 5% pour les faites les écluses d'air des micro-cyclones, soit 101 N3/min. Les chiffres sont majorés de 20% pour tenir compte des différences possible de diagrammes, des piquages, des remontées à farines éventuelles. Oit I20 M3/min. retenus. B- Recherche des dimensions de la partie cyclone a) Détermination du diamètre d'entrée La vitesse d'entrée est V = 20 m/sec. en admettant une perte e charge de ## = I,5 min /M CE, ce qui est raisonnable. Le diamètre d'entrée sera donc #e = 355 min et la section d'entrée: b) Détermination du diamètre du cyclone be diamètre de la cheminée centrale doit être ch > e ceci afin de diminuer la vitesse d'air. On peut admettre dans la cheminée centrale ssP = 0,2 avec V = 10 m/sec soit P h = 500 env. Hors le raDport classique considéré comme optimum dans la théorie des cyclones est: #cy/#ch=2,5 Soit ici #cy = 2,5 x 0,500 = 1,250 D'autre part si Ve/15 Alors Vcy est compris entre 1,333 et 1,666 m/sec. On aura : Scy, = Se x 12 = 1,18776 M2 Scy" = Se x 15 = 1,4848 M2 En prenant #cy = 1,250 on a Scy = 1,227 et Scy/Se = 1,227/0,09898 = 12,1 ce qui convient e La vitesse Vcy pera : Vcy = @/12,4 = 1,613 m/sec. c) Contrôle de Fefficacité de décantation On peut appliquer la loi de Stockes car les diamètres des particules à décanter sont compris entre 1/10 et 1/1000 de MM. On peut calculer ruel sera le diamètre théorique de la plus fine parti -cule décantée on I mètre cinéaire de chute: g D soit v= avec: I 8 # g = accélération de la pesanteur. q = masse volumique de la poussière à la vitesse constante de chute: v = viscosité de l'air = 0,0000I7 D = # de la particule Et si v = I,6I3 m/sec. la for-nule devient: en ayant ris # = IOOO Kg/M3, chiffre admissible pour Poussières de farine. Eh fait le cas ne sera pas aussi favorable car si dans un cyclone nous bénéficions de la force centrifuge, il faut tenir compte de la remontée centrale de l'air, qui tend à éloigner la particule de la surface convexe. Cependant on peut considérer la vitesse Vcy = I,613 m/sec. comme satisfaisante, mais il faudra alors se contenter d'un diamètre supérieur pour la particule, par exemple : Dmax = I5 # . Ce Dmax correspond en fait à 90 % environ de la masse des poussières en suspension d) Détermination de la résistance du cyclone. Cette résistance, ou perte de charge, est liée au diamètre du cyclone, #cy et au diamètre de la cheminée centrale, #ch. mour avoir des rangées de manches # 160 . ce ui est bien. e) Diamètre de la plus grosse particule susceptible de s'échapper: On suppose sa masse volumique # = I000 Kg/M3 a ci de Stockes dit ;e tar l'effet de la force centrifuge mV2 F = e devient c R f) Hauteur de la partie cyclone: - Partie verticale minimum pour entrée è section rectang- -laire équivalente à section cylindrique #e = 355 mm soit Se = 0,09898 : d'où 0,200 x 0,500 = OIOO @ 0,09898 - Il faut une hauteur cylindrique suffisante pour profiter de l'effet centrifuge et faire en sorte que l'air ne s'échappe uas trop vite.Et la hauteur totale doit permettre à une particule de D = II,5 # de se décanter. circonférence du cyclone # I250: Ccy = ##cy = I250 x 3,I4 = 3,927 m tant donnée la section d'entrée, chaque filet d'air sera d'une hauteur h=0,5. Soit deux filets au mètre de hauteur Longueur de décantation sur I mètre de hauteur: 2 x 3,927 1 7,855 lesquels sont parcourus en V = 20 m/sec soit en 2,546 secondes. Vitesse de chute d'une particule D = max 9,81 x I000 x II,5 = 4,23978 m/sec. I8 x O,ooo 0I7 La hauteur de chute nécessaire sera : 2,54 x 4,24 = I0,77 m. La hauteur verticale nécessaire sera donc: hv = ##### = I,37 Pour tenir compte de la trainée dûe à la force centrifuge on prend un coefficient le sécurité k = I,5 d'où: Hv = I,37 x I,5 = 2 mètres environ. La hauteur de la partie cylindrique sera suffisante pour éviter que le bras du distributeur de dégommage ne se trouve dans le zone cônique où il risquerait de perturber les hélices plates reportant les filets d'air au centre. Si Hcyl = #cy = I200, la partie cônique sera: Hcon = Hv - Hcyl = 800 mm C - Dimensions de la partie filtre -e tissu filtrant est supposé déterminé. Les manches ont un diamètre de I60 mm, existant dans le commerce. a) Détermination de l'entr'axe minimum entre deux manches: Il peut être exprimé en angle, les manches étant sur une cir -conférence. Soit 3 mm épaisseur du tissu et jonc de 4 min sur le support de manche. Le diamètre extérieur nécessaire pour chaque man -che sera : 160 + 8 + 6 = 174 mm = De soit re = 87 mm Pour les panches disposées sur # 670, cas le plus délicat, le minimum sera les deux manches tangentes soit ce= re = 87 mm. c 0,087 si Co = 0,087 sur Ro=0,335 pour R1 = 1, o1 = o/Ro @ 0,335 0,2598 et pour C1 = 0,2597, are A1=0,2604 soit 2Ao = 0,5208 Et pour Ro = 0,335 2Ao = 2A1/o = 0,1745 m. o 2A1 = env. 0,5239 are de &alpha; = 30 qui est done l'entr'axe minimum b) Détermination du nombre de manches : N Plusieurs solutions ont été envisagées: I2 manches sur # I020 + I2 sur # 670 = 24 manches 18 " " 12 = 30 " 18 " " 9 " = 27 " 16 " " 8 " = 24 " La solution qui convient et est retenue est N+= 25 soit: : 15 panches sur # 1020 + 10 sur # 670 sur # 1020 avec c=3,204,432 on a &alpha;1 = 24 sur # 670 avec c=2,104,872 on a &alpha;2 = 36 Sur # 1020 aucun problème car long. are Be > 0,220 Sur # 670 pour &alpha;1 = 36 # are 0,6283 pour R1=I pour R = 0,335 are Ae = 0,21048 ce qui est convenable par rapport au minimum de 0,1754. Il est inutile de diviser le # 670 en parties égales. Il vaut mieux serrer des manches deux à deux pour évater qu'emes ne se ran - prochent trop de celles situées sur # 1020. On peut admettre : &alpha; @ = 310 au lieu de DE = 300 minimum Pour = 310 et R = 1 , corde = 0,5345 , arc = 0,54II pour R = 0,335 " = 0,I78 arc = I8I27 Il reste ainsi des Passages entre les manches pour le montage, la vérification des manches, passage des tubes de graissage,... c) Détermination de la hauteur des manches: Nt= 25, mais il y a toujours une manche en dégommage; le nombre utile de manches sera donc: N r Nt- I = 24 superficie filtrante car mètre de hauteur de filtre: Sfl = 24 (# Dh) = I2,0637 M2 Pour les filtres statiques on compte 2,5 M3/M2 et pour les filtres à dégommage par jet d'air, 6 M3/N2. Ici nous Pouvons prendre 5 M3/M2, soit le double d'un filtre statique. En effet l'air est déjà épuré dans la partie cyclone, et nous avons un dégommage assez efficace .La hauteur nécessaire sera donc: Q m /min Hf f = I,989 soit 2 mètres 5 x d) Calcul de la résistance dûe au filtre: De passage dans le tissu filtrant peut-être assimilé à un brusque rétrécissement de section, selon théorème de Carnot: P ( U1 U2 )2 d'où la formule 2 ## = # U22 (## - 1) avec S2 = section de passage Sm = section de rétrécissement (régime laminaire) o = masse spécifique de l'air = I,293 kg/M3 à OOC, et 76N Hg. mais nous avons ici T 300 environ et P = I000 min SE soit # = I, 5 Surface filtrante: 24 HR# = 24,I274 M2 Le filtre doit retenir les particules de D II,5 sont déjà retenues par le cyclone. La limite inférieure peut être considérée à D = I Le filtrage se fera donc sur les particules de La section en régime laminaire sera 0,8 S/4 = U2= vitesse de Passage dans S2 correspond à L'abaque donne 50 mm/sec On a done: #p = 115/2.50 (6032/4,825 - I) = 89,85 = 90 mm/M env. e) Perte de charge totale de la machine: cheminée centrale de remontée #ch = 480 mm longueur 3 m. donne une perte de charge de : 3 x 0,25 = 0,75 soit env. I min CE pour tenir compte de la casquette de répartition. La resistance totale de la machine sera donc: (## cyclone + ##cheminée) + ## filtre = 55 + 90 = 145 mm CE ce qui est beaucoup mais encore raisonnable car compris dans les limites admises pour ce genre de machine ( entre 100 et 160 mm CE). PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT L'entrée de l'air poussièreux se fait tangentieilement Dar la buse (I). Voir dessins ci-joints. L'air subit un effet cycloni -que dans la Partie (2). es poussières se déposent au fond du cane (3). Elles sont transportées par les racleurs (4) et (5) vers l'entrée de l'écluse d'air à axe vertical (6). Cette écluse du type 1,étoile" en fonte asin6e. est commandée mar un moto-réducteur (7) non visible sur dessins, par l'intermédiaire d'une boite d'angle (8) à roue et vis sans fin.Le rotor de l'écluse transporte les poussières dans la boite de sortie (9) d'où elles sont reprises par l'aspiration du ventilateur principal de l'inatallation. Cette reprise se fait par un coude (10) à 453 et rayon r 500 min pour faciliter le lancement lu produit. L'air du trmeport pneunstique de reprise provient toujours de la partie suPérieure de la machine tar l'intermédiaire de la manche alors en dégommage. L'écluse doit être bien étanche car il ne faut pas aspirer dans le fond du cyclone par l'intermédiaire de la reprise pneumatique. L'air ayant été épuré dans la partie cyclone et arrivant au fond du cône (3) , remonte au centre et gagne la cheminée centrale (II). Cette dernière l'amène dans la casquette de répartition ( I2). L'air épuré entre ainsi dans les manches (I3) du filtre, par la partie sumerieure. Il traverse le tissu filtrant , et c'est un air propre qui se trouve a l'extérieur des manches. Cet air remonte vers le capot (I4) et gagne la cheminée d'évacuation (15). A l'intérieur de cette dernière un electro-ventilateur hélicoïdal assure une décom -Pression à 11 extérieur des manches, facilitant le filtrage et diminuant la perte de charge dde a la résistance du filtre. Son installation est donc recommandée, mais non indispensable. L'arbre vertical (I7) de l'écluse porte un excentrique (I8) lequel porte lui-même une palette (19). Celle-ci fait tourner une roue à dents (20)montée sur un arbre vertical (21) dans l'axe de la machine. L'arbre (2I) est creux. Il porte les racleurs (4) et (5). Il comporte une première culotte ( 22) et une seconde culotte (23) L' ensemble de ces culottes et des goulottes (24) terminant les conduits, ainsi que leur support (25) sera appelé "distributeur". Le distributeur est animé d'un mouvement rotatif saccadé dû à la palette (19) engrènant la roue (20). A chaque saccade du distribu -teur l'une des deux goulottes (24) vient se placer sous une manche qui est alors mise en aspiration par l'arbre creux (21) et la boite de sortie (9). Les goulottes sont appliquées sur la bride inférieure support des manches , par deux forts ressorts de commression (26) prenant appui sur le support (25), et maintenu par des guides coulissant i'un'dans l'autre. Il faut éviter que l'aspiration dans la manche en dégommage e tasse par a partie upérieure. L'arbre creux (2I) est donc prolongé par un arbre plein (27) maintenu Par un palier lisse (28j reposant sur la casquette. Cet arbre (27) entr-ine un support (29) tournant z l'intérieur de la casquette de répartition et venant placer deux plaques de fermeture (30) et (31) 3 l'entrée des manches. oimultanément lorsque une goulotte (2iy vient se placer en asmira- -tion sous une manche, une plaque de fermeture (30j ou (31) vient fermer l'arrivée d'air dans la manche correspondante. Le dégommage neut donc se faire. iles poussières dégommées descendent par l'arbre creux (21) et rivent sans la boite de sortie (9) où elles retrouvent les poussières provenant de l'écluse et sont reprises ensemble. Les manches sont maintenues tendues par des circlips de serrage sur des supports supérieurs et inférieurs à jonc (31)o Le bourrage est un accident pouvant survenir à la mise en route sutout, sur toute machine de ce genre.Une sonde de niveau rotative (32) est installée sur une Paroi. Elle asservit le moteur du ventilateur DrinciDal du transport pneumatique de l'installation. Elle arrêtera le ventilateur et toute i'usine Par un relai tempo- -risé réglable, après allarme sonore et lumineuse sur tableau syncotique. Le débourrage se fera par l'ouverture manuelle de la vanne à tirette (33). Les racleurs (4) et (5) amèneront les farines à l'écluse (6) et le rotor de celle-ci les feront tomber dans la boite de sortie (9). La machine comporte encore 4 tortes de visite (34) permettant de surveiller les manches et de les changer alors usure. Elle com porte aussi un hublot de contrôle (35) dans la partie conique. Elle possède enfin des pieds de hauteur variable pour appui sur plancher, mais qui ne sont Das représenter sur les dessins. Cette machine a été conçue principalement pour épurer ltair des petits et moyens oulins.Elle peut servir aussi à l'épuration de l'air de fson des sasseurs ou de l'air d'aspiration sur n'importe quelle machine. Elle est adaptée à la semoulerie à la matrerie, et toute industrie des céréales. Son emploi neut être envi -sagé dans n'importe quelle industrie ou le besoin se fait sentir d'épurer de l'air chargé de poussières : scieries, fabriques de pan -neaux le narticules, silos, huileries, provenderies, ect..Elle meut êtr utile dans tous es services ou la manipulation en sacs ou en vrac orod-lit de a poussière, tar exemple tri de sacs postaux, mines, carrières, installations de concassage. on emploi permet de réduire les coûts d'investissement et les codes le fonctionrement. REVENDICATIONS I - Epurateur d'air constitue d'un cyclone surmonté d'un filtre à air refoulé. Le filtre est constitué de manches cylin -driques en tissu filtrant. 2 - épurateur d'air selon revendication I caractérisé par le fait qu'une cheminée centrale dans la partie cyclone assure un véritable et efficace effet cyclonique, et permet d'alimenter le filtre nar sa partie supérieure. 3 - Epurateur d'air selon revendication 2 caractérisé Par le fait que le dégommage des manches est assuré par une aspiration à l'intérieur des manches, cette aspiration servant également à la remontée des soussières. Un même axe central rotatif, distribue l'aspiration sous es manches et obture l'arrivée d'air supérieur correspondante.