Brevet FR2531874A1 — publié le 19840224

L'invention concerne un dispositif de dépoussiérage, en particulier pour la ventilation des mines, comprenant un séparateur centrifuge rotatif qui possède au moins une roue, ayant des aubes radiales placées à peu près dans des plans axiaux, qui tourne à l'intérieur d'un carter fixe, les ex- trémités extérieures des aubes rejoignant des parois péri- phériques qui tournent avec elles et auxquelles elles sont de préférence soudées, ainsi que des soufflantes qui font passer le courant d'air dans le séparateur centrifuge et au moins un dispositif de pulvérisation d'eau ou de production d'un brouillard d'eau qui est introduit dans le courant d'air qui pénètre dans le séparateur centrifuge placé en amont de ce dernier Dans un dispositif dépoussiéreur de ce genre, les particules de poussière sont alourdies dans l'air qui s'écoule par l'eau pulvérisée ou réduite en brouillard Dans le séparateur centrifuge, l'air chargé des particules de poussière est mis en rotation et la force centrifuge projet- te les particules de poussière alourdies d'eau vers l'exté- rieur Un dispositif de ce genre est connu, par exemple, par le brevet AT-PS 366 780 Selon ce brevet, deux étages de sé- paration centrifuges, équipés de roues à aubes, sont montés axialement l'un derrière l'autre Une paroi qui s'étend dans la direction périphérique, et dont le diamètre croit dans le sens de l'écoulem 2 nt de l'air, est reliée aux extrémités extérieures des aubes de chaque étage de séparation Dans la zone de plus grand diamètre de chaque étage de séparation, il y a une fente de passage par laquelle l'eau, avec les par- ticules de poussière, est projetée dans lespace du carter qui entoure le séparateur centrifuge L'eau chargée des par- ticules de poussière doit parcourir un trajet axial relati- vement long, en suivant la paroi qui s'élargit en forme de cône, jusqu'à ce qu'elle arrive à la fente de sortie et soit projetée à l'extérieur Cela réduit l'efficacité du sépara- teur centrifuge Pour obtenir tout de même un effet de sé- paration avec un dépoussiéreur de ce genre, il faut que le nombre d'aubes de la roue à aubes soit relativement impor- tant afin que les particules d'eau chargées de poussière se déplacent radialement vers l'extérieur le long des aubes et le grand nombre d'aubes accroît encore la résistance au pas- sage dans le dispositif centrifuge, ce qui à nouveau, abais- se son rendement. L'invention a pour but d'améliorer l'action de sé- paration du dispositif centrifuge d'un dépoussiéreur Cette invention a principalement pour objet un dépoussiéreur qui comporte des parois s'étendant dans la direction de la péri- phérie qui ont un diamètre qui diminue par paliers dans le sens du déplacement, ces paliers délimitant des espaces an- nulaires qui font saillie à l'extérieur et au moins une fen- te de passage ménagée au fond de chaque palier, dans le sens de la périphérie, et dans lequel la longueur axiale d'un pa- lier est d'au plus 1/4, de préférence 1/8 à 1/10, de la lon- gueur du séparateur centrifuge, tandis que l'effet de dé- placement de la soufflante, qui est placée à l'extrémité de sortie du séparateur centrifuge et qui est de préférence une soufflante radiale à plusieurs étages, est renforcé par une soufflante axiale placée à l'extrémité d'entrée du sépara- teur centrifuge Du fait que la longueur axiale d'un palier est très faible par rapport à la longueur totale du sépara- teur centrifuge et qu'il y a une fente de passage au fond de chaque palier, le trajet axial que les gouttelettes d'eau doivent parcourir jusqu'à ce qu'elles puissent sortir par cette fente est réduit au minimum Par conséquent, pour un séparateur centrifuge de même longueur, le rendement de la séparation est amélioré Comme le diamètre des parois qui s'étendent dans le sens de la périphérie diminue de palier en palier, le bord du palier qui suit, vu dans la direction axiale, dépasse le bord de l'étage précédent vers l'inté- rieur et, ainsi, il est touché par le courant d'air Il en résulte que les gouttelettes d'eau arrivent dans les espaces annulaires délimités par les paliers et sont évacuées par les fentes de passage L'effet de déplacement de la soufflan- te radiale placée à l'extrémité de sortie du séparateur é- tant renforcé par une soufflante axiale placée à l'extrémité d'entrée du séparateur centrifuge, la vitesse de déplace- nment de l'air est régularisée, dans une large mesure, sur toute la longueur du dispositif centrifuge, en particulier lorsque la soufflante axiale placée à l'extrémité d'entrée est réalisée de telle manière qu'elle compense les pertes de charge qui se produiraient à l'extrémité d'entrée si la soufflante radiale montée à l'extrémité de sortie était uti- lisée seule. Selon l'invention, les parois qui s'étendent dans le sens de la périphérie forment, en section axiale, des paliers en dents de scie Les flancs raides de ces paliers sont tournés vers le courant d'air de sorte que leurs faces tournées vers le courant d'air, font un angle d'au moins 90 avec l'axe, et que les fentes qui s'étendent dans le sens de la périphérie rejoignent les flancs raides des paliers Cela favorise l'action du courant d'alimentation sur les arêtes des paliers pour l'évacuation des gouttelettes d'eau Si les -flancs raides des paliers sont perpendiculaires à l'axe, ils reçoivent perpendiculairement les gouttelettes d'eau proje- tées vers l'extérieur Si l'angle formé par ces flancs de paliers avec l'axe est un peu supérieur à 90 , cela provoque en outre l'apparition d'une composante de l'écoulement en di L- rection des fentes de passage qui, on le sait, rejoignent Le fond du palier, et les gouttelettes d'eau sont poussées vers ces fentes de passage Il est indiqué que les flancs peui in- clinés ou aplatis des paliers soient coniques, avec un dia- mètre qui augmente dans le sens de l'écoulement, ce qui pro- voque la formation d'un écoulement vers les fentes de pas- sage. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les parois qui s'étendent dans la direction de la périphérie, sont constituées par un assemblage d'anneaux qui délimitent des espaces annulaires en saillie vers l'extérieur et les fentes qui s'étendent dans la direction de la périphérie, et dont le diamètre intérieur diminue de palier en palier, dans le sens de l'écoulement de l'air On obtient ainsi un mode de construction dont la conception est simple Les dif- férents anneaux peuvent être soudés aux anneaux extérieurs des aubes et constituer ainsi un sous-ensemble avec-le ro- tor La disposition est alors de préférence telle que les anneaux sont coniques à l'intérieur et à l'extérieur, leur diamètre augmentant dans le sens de l'écoulement, que l'ex- trémité de plus grand diamètre d'un anneau chevauche l'ex- trémité de plus petit diamètre de l'anneau suivant, que l'extrémité de plus petit diamètre des anneaux est élargie par une nervure annulaire faisant saillie à l'extérieur et présente une surface frontale à peu près perpendiculaire à l'axe, et que les fentes de passage qui s'étendent dans la direction de la périphérie sont délimitées par la nervure annulaire et la partie chevauchante de l'anneau Des fentes de passage coniques sont ainsi constituées Elles sont diri- gées obliquement vers l'extérieur dans le sens du déplace- ment et, ainsi, sur le plan de l'aéraulique, leur position est-favorable La nervure annulaire qui fait saillie à l'ex- térieur forme un bord ayant en coupe une forme de crochet. Comme ce bord est chevauché par l'anneau précédent, cela em- pêche de manière sure les gouttelettes d'eau de retourner de l'extérieur à l'intérieur du dispositif centrifuge. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la disposition est telle que la longueur des paliers est é- gale à environ 8 à 9 % du diamètre moyen des parois qui s'é- tendent dans la direction de la périphérie et que le diamètre de ces parois diminue d'environ 1 /l à chaque palier L'angle du cône selon lequel le diamètre des parois qui s'étendent dans la direction de la périphérie diminue, dans le sens de l'écoulement, est donc très faible Le nombre de paliers est relativement élevé, de sorte que les caractéristiques de llé- coulement sont à peu près les mêmes dans toutes les zones axiales du séparateur centrifuge Selon l'invention, il est judicieux que la longueur axiale des parois qui s'étendent dans la direction de la périphérie, soit d'au moins 50 /I, de préférence environ 70 %, du diamètre moyen de ces parois. Etant donné l'uniformisation des conditions d'écoulement, cette dimension axiale du séparateur centrifuge est suffi- sante pour débarrasser l'air des gouttelettes d'eau chargées de particules de poussière, si bien que, avec un mode de réalisation relativement compact, on peut obtenir un effet de dépoussiérage complet. Selon l'invention, la roue à aubes ne possède que de deux à cinq aubes, de préférence trois Par conséquent, par rapport aux dispositifs centrifuges connus, qui ont un grand nombre d'aubes, les pertes de charge de-l'air qui pas- se dans le séparateur sont fortement réduites Une telle ré- duction du nombre d'aubes est rendue possible par la bonne évacuation de l'eau due au grand nombre de paliers et de fentes de passage des parois qui s'étendent dans la direc- tion de la périphérie. Selon un autre mode de réalisation préféré de loin- vention, les parois rotatives qui s'étendent dans la direc- tion de la périphérie, sont entourées par un système de guidage fixe, pourvu de surfaces de guidage inclinées vers l'avant et vers l'extérieur, dans le sens de rotation du sé- parateur Ce système de guidage recueille l'eau qui sort en direction des fentebs de passage de forme coniqẻ, et le re- tour de gouttes d'eau à l'intérieur du dispositif centrifuge est évité de manière s re L'eau chargée de poussière, qui est recueillie par le système de guidage, passe dans une cu- vette collectrice, d'o elle est évacuée par aspiration. Selon l'inventions il est avantageux que l'extrémi- té de sortie du dispositif centrifuge soit séparée du carter fixe de façon étanche, par un joint à labyrinthe dont l'in- terstice cylindrique débouchant à l'intérieur du dispositif centrifuge, est dirigé dans le sens opposé à celui de l'é- coulement Ce joint à labyrinthe sépare de façon étanche l'intérieur du séparateur et le carter qui l'entoure Du fait que l'interstice en labyrinthe qui débouche à l'inté- rieur du séparateur, est dirigé face au sens d'écoulement, ce dernier accro Xt la pression exercée sur cet interstice annulaire Cela évite un écoulement allant de l'intérieur du carter vers l'intérieur du séparateur en passant par le labyrinthe, et cela interdit de manière sûre que de l'humi- dité parvienne dans l'air qui sort de la centrifugeuse. C'est donc seulement de l'air sec qui sort du séparateur. Selon l'invention, il est judicieux que les aubes du séparateur centrifuge et les soufflantes soient montées, d'une façon qui est en elle- même connue, sur un arbre commun, et que l'angle compris entre les pales de la soufflante ra- diale reliée au séparateur centrifuge à leur bord d'attaque, et la tangente soit augmentée par rapport à l'angle d'entrée habituel de l'air au repos, et qu'il soit par exemple de 450 à 550 En raison de la rotation de la roue à aubes du sépa- rateur, l'air qui sort de celui-ci pénètre dans la soufflan- te axiale en effectuant une certaine rotation, et on en tient compte en augmentant l'angle des pales de la soufflante au bord d'attaque Cependant, cette augmentation a certaines li- mites et c'est pourquoi, selon un mode de réalisation avan- tageux de l'invention, les aubes présentent, à l'extrémité de sortie, une zone de redressement courbée en sens opposé à celui de la rotation Cela réduit la rotation de l'air qui sort du séparateur A l'extrémité d'entrée, les aubes de cel- le-ci peuvent présenter une zone de redressement courbée vers l'avant Cela a pour effet que le courant d'air qui passe de la soufflante axiale montée en amont au séparateur est, dans une large mesure, orienté axialement Il est indiqué que la réalisation soit telle que l'étendue axiale des zones de re- dressement augmente de l'intérieur vers l'extérieur, de telle sorte que l'on ait à peu près les mêmes conditions d'écoule- ment dans toutes les zones radiales. Les avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront d'ailleurs au cours de la description ci-des- sous,d'unexem Dle de réalisation, représenté aux dessins an- nexés et donné à titre d'exemniple non limitatif Sur les des- sins: la Fig 1 est une coupe axiale du dépoussiéreur; la Fig 2 est une coupe suivant la ligne II de la figure 1; la Fig 3 est une coupe axiale partielle de la pa- roi tournante du séparateur centrifuge, qui s'étend dans la direction de la périphérie; la Fig 4 montre une aube de la roue à aubes, en coupe selon la ligne IV-IV de la Fig 1; la Fig 5 est une coupe du rotor de la soufflante radiale, suivant la ligne V-V de la Fig 1. Sur la figure 1, 1 désigne une buse qui sert à pul- vériser de l'eau L'air entre dans le sens de la flèche 2. 3 désigne une natte qui est, par exemple, formée par l'em- pilage de couches de métal déployé et qui assure un meilleur tourbillonnement de l'air et de l'eau pulvérisée. La roue à aubes 5 du dispositif centrifuge, une souf- flante axiale 6 montée en amont de la roue à aubes 5 et une soufflante radiale qui comporte deux étages 7 et 8, sont mon- tées sur un arbre commun 4 sures en rotation 9 désigne des parois reliées de manière rigide aux aubes 12 du séparateur centrifuge, qui s'étendent dans la direction de la périphé- rie; 11 est un système de guidage qui entoure ces parois. Sur la figure 3, les parois 9 sont représentées à plus gran- de échelle, en coupe axiale. L'air est-aspiré par la soufflante radiale à deux étages 7, 8 à travers l'espace intérieur du dispositif cen- trifuge 10 et à travers la soufflante radiale 6, qui envoie l'air dans la centrifugeuse, l'écoulement de l'air est ren- forcé - Les parois 9 sont constituées par différents anneaux coniques 13 qui sont soudés aux aubes 12 du dispositif cen- trifuge, et se chevauchent A leur extrémité de plus faible diamètre, les anneaux 13 présentent des nervures annulaires 14 qui font saillie à l'extérieur L'extrémité élargie des anneaux 13 surplombe ces nervures annulaires 14 et, entre chaque nervure annulaire 14 et l'anneau qui la précède, il y a un interstice de passage 15 Sous l'effet de la force centrifuge, les gouttelettes d'eau chargées de poussière sont projetées radialement vers l'extérieur, ainsi que l'in- dique la flèche 16, tandis-que l'air sec s'écoule dans une large mesure axialement dans le sens de la flèche 17 Les anneaux 13 sont disposés en gradins et le diamètre intérieur de ces anneaux diminue, de gradin en gradin, d'une longueur a qui correspond à environ 1 % du diamètre intérieur moyen d des parois 9 s'étendant dans la direction de la périphérie. Entre les différents anneaux, se trouve des creux 18 en sail- lie vers l'extérieur, qui sont délimités par les flancs rai- des 19 et les flancs aplatis 20 des anneaux 13 Le flanc rai- de-19 est perpendiculaire à l'axe 4 Les gouttelettes d'eau chargées de poussière qui sont projetées vers l'extérieur, passent ainsi le long des flancs aplatis 20 des anneaux 13 et frappent les flancs raides 19, ce qui les amène dans les fentes de passage 15. Comme les anneaux 13 surplombent les nervures annu- laires 14, le retour de gouttes d'eau à l'intérieur du dis- positif centrifuge 10 est empêché dès le départ Les nervu- res 14 donnent aux anneaux 13 une section en forme de crochet qui empêche l'eau de retourner dans le dispositif centrifuge. Le système de guidage 11 comporte des surfaces de guidage 21 qui sont inclinées vers l'extérieur, vers l'avant, dans le sens de rotation de la roue à aubes Les surfaces de guidage du système de guidage recueillent en outre l'eau qui sort par les fentes de passage 15 et la conduisent, dans une cuvette collectrice 22, d'o elle est évacuée par une pompe dans une conduite 23. Les aubes 12 de la roue à aubes 5 comporte une zone de redressement courbée 24 à leur extrémité de sortie et une zone de redressement courbée 25 à leur extrémité d'en- trée, ainsi que le montre la figure 4 26 est la represen- tation schématique de la coupe d'une pale de la soufflante radiale 6 La zone de redressement 25 est courbée vers l'a- vant dans le sens de rotation indiqué par la flèche 27, et elle dévie donc l'air qui arrive en lui faisant prendre la direction axiale La zone de redressement 24, a l'extrémité de sortie, est courbée en sens inverse du sens de rotation 27 et réduit ainsi la rotation de l'air qui sort Cependant, l'air parvaient encore avec une certaine torsion aux aubes 28 de la soufflante axiale 7 et les bords d'attaque 29 font donc u N angle cdl, par rapport à la tangente, plus im- portant qu'il ne serait nécessaire pour l'aspiration d'air au repos La position des aubes qui serait nécessaire à cet effet est indiquée en trait mixte en 28 e. A l'extrémité de sortie, les parois 9 du dispositif centrifuge sont séparées de façon étanche, par un joint a labyrinthe 30, du carter 31 qui entoure le dispositif L^in- terstice cylindrique en labyrinthe 32 qui débouche à l'inté- rieur du dispositif centrifuge est dirigé en sens inverse du courant d'air (flèche 17), de sorte que la pression augmente dans cet interstice annulaire, ce qui empêche de manière sû- re le retour de l'air humide du carter 31 ou du système de guidage 11. 1 e IZ r V E N D I C A T I N S - 1 Dépoussiéreur, en particulier pour la ventila- tion de mines, comportant un séparateur centrifuge rotatif qui comporte au moins une roue à aubes ( 5) tournant à l'in- térieur d'un carter fixe et ayant des aubes ( 12) radiales situées à peu près dans des plans axiaux, dont les extrémi- tés extérieures rejoignent des parois ( 9) qui s'étendent dans la direction de la périphérie et qui tournent avec les aubes ( 5),auxquelles elles sont de préférence soudées, des soufflantes ( 6, 7 et 8) qui font passer l'air dans le sépa- rateur centrifuge et au moins un dispositif ( 1) monté en a- mont du séparateur centrifuge, pour pulvériser de l'eau ou produire un brouillard d'eau qui est amené au courant d'air pénétrant dans le séparateur centrifuge, caractérisé en ce que le diamètre des parois ( 9) qui s'étendent dans la direc- tion de la périphérie diminue par paliers dans le sens de l'écoulement, ces paliers délimitant des espaces annulaires ( 18) en saillie vers l'extérieur: en ce qu'au moins une fen- te de passage ( 15), s'étendant dans la direction de la péri- ph 4 rie, est ménagée dans le fond de chaque palier; en ce que la longueur axiale d'un palier est au plus de 1/4, de préférence 1-/8 à 1/10, de la longueur du séparateur centri- fuge, et en ce que l'effet de déplacement de la soufflante ( 7 et 8) placée à l'extrémité de sortie du séparateur cen- trifuge, qui est de préférence une soufflante radiale à plu- sieurs étages, est renforcé par une soufflante axiale ( 6) placée à l'extrémité d'entrée du séparateur centrifuge. 2 Dépoussiéreur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les parois ( 9) qui s'étendent dans la di- rection de la périphérie, ont des sections axiales étagées, à la façon de dents de scie, les flancs raides ( 19) des pa- liers étant tournés vers le courant d'air et de sorte que leurs côtés tournés vers le courant d'air font avec l'axe un angle d'au moins 900, et les fentes ( 15) qui s'étendent - dans la direction de la périphérie, rejoignant ces flancs il raides ( 19) des paliers. 3 Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les flancs ( 20) faiblement in- clinés des paliers sont coniques, avec un diamètre qui croit dans le sens de l'écoulement. 4 Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que les parois ( 9) qui s'étendent dans la direction de la périphérie, sont constituées par un assemblage d'anneaux ( 13) qui délimitent les espaces an- nulaires ( 18) en saillie vers l'extérieur et les fentes ( 15) s'étendant dans la direction de la périphérie et dont le diamètre intérieur diminue de palier en palier, dans le sens du passage de l'air. Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les anneaux l'extrémité de plus petit diamètre des anneaux ( 13) est é- largie par une nervure annulaire ( 14) qui fait saillie vers l'extérieur et présente une surface frontale a peu près per- pendiculaire à l'axe; et en ce que les fentes de passage ( 15) qui s'étendent dans la direction de la périphérie, sont délimitées par la nervure annulaire ( 14) et par la partie chevauchante de l'anneau ( 13)o 6 Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que la longueur des paliers est d'en- viron 8 à 9 % du diamètre moyen des parois ( 9) qui s'éten- dent dans la direction de la périphérie et en ce que le dia- mètre de ces parois diminue d'environ 1 % à chacun des pa- liers. 7 Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que la longueur axiale des parois ( 9) qui s'étendent dans la direction de la périphérie, est d'au moins 50 o, de préférence environ 70 U, du diamètre moyen de ces parois. 8 Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la roue à aubes ( 5) possède de deux à cinq aubes ( 12), de préférence trois. 9 Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 a 8, caractérisé en ce que les parois rotatives ( 9), s'é- tendant dans la direction de la périphérie, sont entourées d'un système de guidage ( 11) fixe ayant des surfaces de guidage ( 21) inclinées vers l'extérieur et vers l'avant dans le sens de rotation du séparateur centrifuge. Dépoussiéreur selon l'une des revendications I a 9, caractérisé en ce que l'extrémité de sortie du sépa- rateur centrifuge est séparée de façon étanche du carter fixe 31 par un joint à labyrinthe ( 30) dont l'interstice cy- lindrique à labyrinthe ( 32) qui débouche à l'intérieur du séparateur centrifuge est dirigé en sens inverse du sens d'é- coulement de l'air (flèche 17). 11 Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les aubes ( 12) présentent, a leur extrémité de sortie, une zone de redressement ( 24) cour- * bée en sens inverse du sens de rotation et, à leur extrémité d'entrée, une zone de redressement ( 25) courbée vers l'avant dans le sens de rotation. 12 Dépoussiéreur selon la revendication 11, carac- térisé en ce que l'étendue axiale des zones de redressement ( 24, 25) s'accroit de l'intérieur vers l'extérieur. 13 Dépoussiéreur selon l'une des revendications 1 a 12, caractérisé en ce que les aubes ( 12) du séparateur centrifuge et les soufflantes ( 6, 7 et 8) sont montées de manière connue en soi, sur un arbre commun ( 4); et en ce que l'angle compris entre les pales ( 28) de la soufflante radiale ( 7 et 8) raccordée au séparateur centrifuge au bord d'attaque et la tangente, est plus grand que l'angle d'entrée habituel pour de l'air au repos et est par exemple de 45 à