Brevet FR2558389A1 — publié le 19850726

,58389 La présente invention concerne des perfectionnements apportes à, ou concernant le classement et/ou le triage ou calibrage et, plus particulièrement, l'invention concerne un équipement et un procédé pour classer et/ou trier ou calibrer des particules solides véhiculées par du gaz. La présente invention concerne le classement et/ou le triage ou calibrage de combinaisons de gaz/solides, de liquides/solides ou de liquides. En particulier, mais non exclusivement, l'invention concerne le classement et/ou le triage ou calibrage de particules de matières solides véh-cu- lées par du gaz. Le classement et le triage ou calibrage de matières particulaires peut être important, notamment dans- les domaines du broyage dé charbon pulvérisé ou, d'une façon générale, dans le traitement des matières minérales. On effectue de façon classique un tel classement et un tel cali- brage ou triage en utilisant un écoulement tournoyant ou tourbillonnaire, assisté dans certains cas par l'utilisation d'éléments rotatifs comme des pales d'agitateurs ou rotors. Théoriquement, il est souhaitable de refouler cet écou- iement tournoyant ou tourbillonnaire dans un anneau étroit et de garantir que l'écoulement ne soit pas symétrique. L'écoulemenr.t doit également suivre un type à tourbillon forcé de profil de vitesse tangentielle, c'est-à-dire que la vitesse tangentielle doit diminuer proportionnellement au rayon, et doit présenter un faible niveau de turbulence. En pratique, l'équipement que l'on utilise doit posséder la possibilité de permettre de faire varier la dimension de "coupure't, dans le cas idéal de la faire varier d'un facteur i Je 3 à 4, par exemple entre 20 et 80 micrométres. La coupure doi.t également être aussi nette que possible. En outre, le rapport de la charge ce particules au gaz doit être aussi élev qfù possible pour maintenir l'équipement aussi petit que possible et donc aussi peu onéreux que possible, et 'es etxilences concernant la pression de refoulement du ou des ventilateurs doivent e8re aussi réduites que possible. Un objet de la présente invention consiste à fournir un moyen perfectionné pour classer et/ou trier ou calibrer des combinaisons de gaz/solides, de liquide/solides ou de -liquide/liquide de manière que, dans le cas des combinaisons comportant des solides, ceux-ci soient classés ou triés selon leurs dimensions et, dans le cas des combinaisons liquide/ liquide, les liquides soient classés selon leur densité. Selon un premier aspect de l'invention, un équipement pour classer et/ou trier ou calibrer des combinaisons de gaz/solides, de liquide/solides ou de liquide/liquide, comprend une chambre à tourbillon principal présentant une entrée pour la combinaison et une sortie de décharge, et une chambre à tourbillon secondaire coupant la chambre à tourbillon principal et y débouchant, de sorte que, en ser- vice, un tourbillon secondaire est engendré dans la chambre à tourbillon secondaire et est entraîné par un tourbillon - principal dans la chambre à tourbillon principal, un'consti- tuant de la combinaison étant capturé par le tourbillon secondaire et étant déposé dans la chambre à tourbillon secondaire, et la combinaison étant ainsi soumise à classe- ment et/ou à triage de calibrage. Commodément, la chambre à tourbillon secondaire est close et il ne se produit ainsi pas d'écoulement net à travers la limite séparant les chambres principale et secon- daire. On prévoit un dispositif pour enlever le constituant déposé dans la chambre secondaire. L'entrée dans la chambre à tourbillon principal peut être tangentielle ou bien elle peut avoir une forme en spi- rale. Avantageusement, un passage annulaire peut être formé au sein de la chambre à tourbillon principal,de sorte qu'en service la combinaison entrante suive un trajet tourbillon- naire au sein du passage. Le passage annulaire peut être formé à l'aide d'un corps cylindrique ou conique qui s'étend dans la chambre. Le corps peut être mobile le long de la chambre pour permettre d'effectuer un féglage en vue de faire varier le classement ou le triage ou calibrage de la combi- naison. La chambre à tourbillon secondaire interagit commode- ment avec le passage annulaire et débouche dans, ce passage annulaire ménagé dans la chambre principale, et la chambre secondaire peut aussi comporter un corps cylindrique ou coni- que au voisinage de la limite entre les deux chambres. Le corps cylindrique prévu dans la chambre à tourbillon secon- daire peut être mobile le long de cette chambre pour prendre une position complémentaire de celle du corps se trouvant dans la chambre principale. En variante, la chambre à tourbillon secondaire peut comporter un prolongement faisant saillie dans la chambre à tourbillon principal, le prolongement étant mobile de manière à pouvoir occuper différentes positions dans le but de faire varier la coupure requise pour le classement ou le triage ou calibrage. Dans une autre variante, un élément rotatif peut être monté au sein de la chambre à tourbillon secondaire. L'élément peut comporter des pales et, en service, il peut être mis en rotation à des vitesses différentes en vue de modifier la coupure de classement ou de triage/calibrage selon les nécessités et/ou il peut être mis en rotation dans le même sens que le tourbillon secondaire ou en sens opposé à celui- ci. Dans une autre variante encore, un corps cylindrique ou conique peut être disposé au sein de la chambre à tourbil- lon secondaire, de manière à y former un passage annulaire. LJe corps peut être mobile le long de la chambre secondaire. On peut faire varier le degré de recouvrement existant 36 par exemple entre les chambres à tourbillon principal et secondaire, comme moyen d'effectuer une variation dans le mécanisme de coupe pour classement et/ou calibrage. Commodément, cette variation du degré de recouvrement entre les chaibres à tourbillon principal et secondaire peut etre réalisée par la présence d'un organe d'obturation régla- ble disposé à la limite commune des deux chambres, l'organe pouvant s' étendre ou se rétracter en travers de la limite 255838 9 commune-pour varier de dimensions et faire ainsi varier le degré de recouvrement des volumes. L'équipement peut être orienté verticalement ou hori- zontalement. Selon un second aspect de l'invention, celle-ci fournit un procédé pour classer et/ou trier ou calibrer des combi- naisons de gaz/solides, de liquide/solides ou de liquide/ liquide, comprenant les étapes consistant à introduire une combinaison, telle qu'indiquée ci-dessus, dans une chambre à tourbillon principal dans laquelle un écoulement tourbil- lonnaire est provoqué, à séparer, selon sa dimension et/ou sa densité, un constituant de la combinaison envoyée dans une seconde chambre à tourbillon dans laquelle un second tourbillon est engendré et est entraîné par le tourbillon principal, à entrainer le constituant dans le tourbillon secondaire en vue d'une précipitation dans la chambre à tourbillon secondaire, et à décharger de la chambre à tourbi-- lon principal les autres constituants de la combinaison, de manière A classer ou trier par calibrage les éléments de la combinaison. La combinaison peut être introduite tangentiellement Qo par un trajet. en forme de.spirale dans la chambre à tourbillon principal. et on l'oblige à y suivre un trajet tourbillonnaire. Le trajet tourbillonnaire peut commodément être de forme annulaire, et l'on doit pouvoir faire varier la lon- gueur du trajet tourbillonnaire annulaire pour pouvoir choisir la dimension ou la densité voulue du constituant. On peut obliger le tourbillon,circulant dans la chambre à tourbillon secondaire, à suivre un trajet annulaire, dont on doit pouvoir faire varier la longueur. En variante, on peut disposer un élément rotatif dans la chambre à tourbillon secondaire, et l'on peut faire varier la vitesse de cet élément de manière à régler le triage, selon la dimension ou la densité du constituant. A titre d'exemple seulement, on décrit ci-après cinq formes de réalisation de l'équipement pour classer et/ou trier ou calibrer des combinaisons gaz/solides, liquide/ solides ou liquide/liquide, et des procédés pour la mt en oeuvre de cet équipement, en référence a& ens d'accompagnement sur lesquels: la figure 1 est une coupe latérale schématique d'une première forme de réalisation; la figure 2 est une vue schématique en bout de l'équipement représenté sur la figure 1; la figure 3 est une coupe latérale schématique d'une seconde forme de réalisation; i0 la figure 4 est une vue schématique en bout de l'équi- pement représenté sur la figure 3; la figure 5a est une coupe schématique en bout d'une troisième forme de réalisation; la figure 5b est une coupe schématique en bout d'une variante de la forme de réalisation représentée sur la figure a; la figure 6 est une vue schématique en bout d'une quatrième forme de réalisation; et la figure 7 est une vue schématique en bout d'une cinquième forme de réalisation. En se référant aux figures 1 et 2, on voit, représenté de manière générale en 1, un appareil classeur et/ou trieur, et qui comprend un corps 2 cylindrique creux délimitant une chambre 4 à tourbillon principal, disposée horizontalement et comportant un tronçon 6 d'entrée à plus grande section, présentant une entrée tangentielle 8. Le tronçon 6 loge un organe 10 de stabilisation, de type chicane ou déversoir, destiné à exercer un effet de stabilisation avant l'entrée dans la chambre principale 4o Une tige cylindrique 12 massive s'etend coa-.ialewent dans le corps 2 pour y délimiter un &troit passage annulaire 14, et cette tige peut être déplacée horizontalement dani. la chambre 4. Une chambre 16 à tourbillon secondaire coupe la chambre principale 4 dans laquelle elle débouche en 17, la ahambre ' 16 étant de forme curviligne et comportant, au voisinage de la chambre 4, un tron-on 18 incurvé menant à un tronçon lznraJ..re 20 situé au-dessous. Une tige cylindrique 22 2S58389 massive est disposée au sein de la chambre 16, près de la limite entre les deux chambres, et cette tige peut être déplacée le long de la chambre 16, cette tige 22 étant de façon appropriée profilée, comme représenté, pour correspon- dre à, et épouser, la paroi de la chambre à tourbillon prin- cipal. Pour faire fonctionner la première forme de réalisa- tion, on introduit par l'entrée 8 une combinaison gaz/solides, par exemple des particules de charbon entraînées dans de l'air; l'organe 10 stabilise l'écoulement de la combinaison dans le tronçon 6. Un écoulement tourbillonnaire est engendré dans la chambre 4 à tourbillon principal et, en même temps, un tourbillon secondaire est engendré dans la chambre 16 secondaire et il est entraîné par le tourbillon principal. L'écoulement tourbillonnaire principal s'effectue dans le passage annulaire 14 dont la longueur est déterminée par la position de la tige 12. La position de la tige 12 est choisie de manière à donner une "coupe" choisie ou à permettre d'obtenir un constituant de dimensions voulues à enlever par le tourbillon secondaire, et la positiqn: de la tige 22 est ajustée de manière que la longueur de la chambre à tourbillon secondaire au voisinage de la limite corresponde à la longueur du passage annulaire 14. Les extrémités des tiges 12 et 22 sont ainsi verticalement alignées, comme représenté. A mesure que l'écoulement tourbillonnaire parcourt le trajet annulaire, une partie des particules est séparée, en fonction de leur taille, par une ouverture 17 pour pénétrer dans la chambre à tourbillon secondaire et cette partie est capturée par le tourbillon secondaire en rotation dans cette chambre. Les particules sont précipitées, comme montré par exemple en 21, dans la chambre à tourbillon secondaire et on peut les en enlever selon les nécessités. Les autres constituants de la combinai- son sont déchargés par une sortie de décharge appropriée (non représentée). On comprendra que l'on peut prévoir plus d'une chambre à tourbillon secondaire le long de la chambre à tourbillon principal, les tiges de réglage étant placées de Farn-:e à permettre d'obtenir des fractions ou coupes de Gffierantes dimensions, selon les nécessités. En se référant maintenant aux figures 3 et 4, on voit que les principaux éléments de la seconde forme de réalisa- tion sont les mêmes que ceux de la première forme de réali- sation, à l'exception d'une entrée 8' en spirale, qui est destinée à introduire directement un écoulement tournoyant dans le passage annulaire 14. On peut aussi faire varier les positions relatives de l'entrée 8' et de la limite entre les deux chambres de façon à assurer un réglage de la coupe, en fonction de la dimension, du constituant passant dans la chambre secondaire 16. En se référant à la figure 5a, on voit une troisième i5 forme de réalisation comprenant une chambre 34 à tourbillon principal, ayant une entrée tangentielle (non représentée), l'écoulement tourbillonnaire étant indiqué par des flèches A. Une chambre 36 à tourbillon secondaire coupe la chambre 34 dans laquelle elle débouche, l'écoulement tourbillonnaire qui s'effectue dans cette chambre 36 étant indiqué par des flèches B. Une paroi 38, dirigée vers l'avant, de la chambre 36, comporte un prolongement 40 faisant saillie dans la chambre 34, Le prolongement 40 peut être réglable en position de manière à assurer un réglage var.iable de la fraction séparée, en fonction de sa taille, et envoyée dans la chambre 36. Le prolongement 40 garantit que seules des fractions a plus grosses particules sont collectées dans la chambre 36, les fractions plus fines étant déviées par les remous de l'cou].ement et étant renvoyées dans l'écoulement tourbil- l3nnaîre principal. En se référant à la figure 5b, on voit une variante d la troisième forme de réalisation représentée sur la figure 5a, le prolongement 40 étant, dans ce cas, remplacé par un obturateur 41 qui peut s'étendre et se rétracter en tavers de la l!imie commune ouverte 42 entre la chambre 34 a tourbillon principal et la chambre 36 à tourbillon eo.udaire. En faisant varier la position de l'obturateur 41, on règle la fraction de coupe, en fonction de la dimernsion, de la matière capturée dans la chambre 36 à tour- billon secondaire. La figure 6 illustre une quatrième forme de réalisa- tion, dans laquelle une chambre 50 à tourbillon secondaire coupe une chambre 52 à tourbillon principal, dans laquelle elle débouche, les écoulements tourbillonnaires étant respectivement indiqués par des flèches B et A. Dans cette forme de réalisation, un rotor 54 muni de palettes ou d'ailettes est disposé coaxialement au sein de la chambre 50. Une combinaison de gaz et de solides est introduite dans la chambre principale 52, un tourbillon principal étant engendré, et un tourbillon secondaire étant engendré dans la chambre 50 et étant entraîné par le tourbillon principal. On fait tourner le rotor 54 dans'le même sens que:les flèches B ou en sens opposé. On peut faire varier la vitesse de rotation pour obtenir des fractions ou coupes, correspondant à des dimensions différentes, des particules capturées- par le tourbillon secondaire. La présence du rotor 54 et sa rotation modifient la structure du tourbillon secondaire et, ainsi, la capacité de classement et/ou de triage ou calibrage de la chambre secondaire. Comme il n'y a pas d'écoulement net de gaz pénétrant dans la chambre secondaite- et que les particules entraînées par le gaz se concentrent au voisinage des parois de la chambre, il n'y a pas d'écoule- ment net de particules en direction du rotor et, donc, il se produit peu d'érosion de ce rotor. Les particules ne heurtent pas les pales du rotor puisqu'il n'y a pas d'écoule- ment radial net en direction du centre, et les particules précipitent à la base de la chambre à tourbillon secondaire. En se référant maintenant à la figure 7, on voit que la cinquième forme de réalisation utilise une chambre 60 à tourbillon principal et une chambre 62 à tourbillon secon- daire, laquelle coupe la chambre 60 dans laquelle elle débouche. Une tige 64 s'étend concentriquement au sein de la chambre 62 et coopère avec elle pour délimiter un passage annulaire 66. On peut déplacer la tige 64 le long de la chambre 62 pour faire varier la coupe ou fraction au const- tuant e.niev, ear. fonction de sa taille. En service, une combinaison gaz/solides, par exemple, est introduite tangzn- tiellement dans la chambre principale 60 dans laquelle un tourbillon principal est engendré. En même temps, un tourbil- lon secondaire est engendré dans la chambre 62 et il est entrainé par le tourbillon principal. Les particules solides sont projetées vers la périphérie de la chambre principale , et une fraction de ces particules, correspondant à la taille d'un ou plusieurs constituants, est dirigée vers la chambre secondaire 62 dans laquelle elle est emprisonnée par le tourbillon secondaire qui circule dans la passage annulaire 66, les particules précipitant à la base de la chambre 62. Il ne se produit pas d'écoulement net de gaz à travers la limite entre les chambres 60 et 62. La tige 64 est en forme de cylindre droit, mais elle peut, dans une autre forme de réalisation (non représentée) avoir une forme conique ou effilée. La présernte invention englobe aussi une forme de réali- sation (non représentée) dans laquelle on peut faire varier, par exemple de 2 % à 10 %, le degré de recouvrement entre les chambres à tourbillon principal et à tourbillon secon- daire, c'est-à-dire l'étendue de la région d'intersection des chambres, afin de faire varier la dimension des particu- les de la fraction ou coupe de constituant enlevée de la combinaison traversant la chambre à tourbillon principal. Au pourcentage inférieur de recouvrement, seules des frac- tions assez grossières seront capturées. On doit comprendre que, si le fonctionnement des formes -da réa]isation a été décrit à propos d'une conbinaison gaz/ scJides, d'autres comb.naisons, telles que celles auxquelles on a fait référence dans le present mémoire, peuvent tout aussi bien être classées et/ou triées ou calibrées par la mise ern oeuvre de ii'quipement et du procédé de la présente 3z5 nvenntion. REVENDICATIONS 1. Equipement pour classer, trier, ou calibrer des combinaisons de gaz/solides, de liquide/solides ou de liquide/ liquide, cet équipement comprenant une chambre à tourbillon principal présentant une entrée de réception de la combinai- son et une sortie de décharge de celle-ci, équipement carac- térisé en ce qu'il comporte une chambre (16,36,50,62) à tourbillon secondaire qui coupe la chambre (4,34,52,60) à tourbillon principal et débouche dans cette chambrede soûle qu'en service un tourbillon secondaire est engendré dans la chambre (16,36,50,62) à tourbillon secondaire et est entraîné par un tourbillon principal circulant dans la chambre (4,34,52,60) à tourbillon principal, un constituant de la combinaison étant capturé par le tourbillon secondaire et étant déposé dans la chambre (16,36,50,62) à tourbillon secondaire, en réalisant ainsi le classement ou le triage de la combinaison. 2. Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (16,36,50,62) à tourbillon secondaire est ferméede sorte qu'il ne se produit pas d'écoulement- net à travers la limite séparant les chambres principale (4,34,52,60) et secondaire (16,36,50,62). 3. Equipement selon la revendication 1 ou 2, caractée-- risé en ce qu'il comporte des moyens pour enlever le consti- tuant déposé dans la chambre (16,36,50,62) à tourbillon secondaire. 4. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée (8) de la chambre (4) à tourbillon principal est tangentielle. s5. Equipement selon l'une quelconque des revendications- 1 à 3 précédentes, caractérisé en ce que l'entrée (8') de la chambre (4) à tourbillon principal est en forme de spirale. 6. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un passage annulaire (14) est formé au sein de la chambre (4) à tourbillon principal. Equipement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le passage annulaire (14) est formé à l'aide d'un corps (12) cylindrique ou conique qui s'étend dans!-:ab r (4) à tcarbillon principal. b. Equipement selon la revendication ", caractérisé en ce que le corps (12) peut être déplacé le long de la chambre (4) à tourbillon principal. 9. Equipement selon l'une quelconque des revenaica- tions 6 à 8, caractérisé en ce que la chambre (16) à tourbil- lon secondaire-coupe le passage annulaire (14) dans lequel elle débouche (17). 10. Equipement selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre (16) à tourbillon secondaire comporte un corps (22) cylindrique ou conique près de la limite (17) entre les chambres (14,16) à tourbillon principal et à tour- billon secondaire. Il. Equipement selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps (22) présent dans la chambre (16) à tour- billon secondaire peut être déplacé le long de celle-ci. 12. Equipement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre (36) à tour- billon secondaire comporte un prolongement (40) faisant saillie dans la chambre (34) à écoulement principal! 13. Equipement selon la revendication 12, caractérisé en ce que le prolongement (40) peut être déplacé pour assurer différents degrés de saillie dans la chambre (34) à tourbillon principal. 14. Equipement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérise en ce qu'un élément (54) rotatif est monté dans la chambre (50) à tourbillon secondaire. 1.5. Equipement seion la revendication 14, caractérisé 3 ean ce que l'élément rotatif (54) comporte des ailettes ou 16. Equipement selon la revendication 14 ou 15, carac- trisae en ce que l'élément rotatif (54) est destiné à être as en rotation à des vitesses différentes afin de faire varier, selon les necessités, le classement ou la c-oupure de triage ou calibrage. 17. Equipament selon l'une qaelconqua des revendica- Z558389 à2 tions 14 à 16, caractérisé en ce que l'élément rotatif (54) est destiné à tourner dans le même sens que le tourbillon secondaire (B) ou en sens contraire. 18. Equipement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'un corps (22) cylindrique ou conique est logé dans la chambre (16) à tourbillon secondaire, de manière à former un passage annulaire. 19. Equipement selon la revendication 18, caractérisé en ce que le corps (22) peut être déplacé le long de la chambre (16) à tourbillon secondaire. 20. Equipement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'on peut faire varier le degré de recouvrement entre la chambre à tourbillon principal et la chambre à tourbillon secondaire. 21. Equipement selon la revendication 20, -caractérisé en ce qu'il comporte un obturateur (41) à la limite commune (42) entre les chambres (34,36) à tourbillon principal et à tourbillon secondaire, et en ce que cet obturateur (41) peut être étendu et rétracté en travers de cette limite afin de faire varier le degré de recouvrement. 22. Procédé pour classer, trier ou calibrer des combi- naisons de gaz/solides, de liquide/solides ou de liquide/ liquide, procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à introduire une telle combinaison dans une chambre (4,34,53,60) à tourbillon principal, dans laquelle un écoulement tourbillonnaire (A) est provoqué, à séparer en fonction de la dimension et, le cas échéant ou en variante, en fonction de la densité, un constituant de la combinaison pour l'envoyer dans une chambre (16,36,50, 62) à tourbillon secondaire dans laquelle un tourbillon secondaire (B) est engendré et entraîné par le tourbillon principal (A), à entraîner le constituant dans le tourbillon secondaire (B) pour le précipiter dans la chambre (16,36,50, 62) à tourbillon secondaire et à décharger les autres cons- tituants de la combinaison pour les faire sortir de la chambre (4,34,53, 60) à tourbillon principal, de sorte que l'on classe, trie ou calibre la combinaison. i3 23. Procédé selon la revendication 22, caract-- en ce cu'on inzrcduit tangentiellemer.t (8) cu par uni el:an b s en forme de spirale (8') la combinaison dans une chamora (4) à tourbillon prir.cipal et l'on oblige ainsi la c&mbinai- son à suivre un trajet tourbillonnaire au sein de cette chambre. 24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que le trajet tourbillonnaire s'effectue dans un passage de forme annulaire. 25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'on peut faire varier la longueur du trajet tour- billonnaire dans le passage annulaire. 26. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'on oblige le tourbillon circulant dans la chambre (62) à tourbillon secondaire à suivre un trajet annulaire (66). 27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'on peut faire varier la longueur du trajet annu- laire (26) dans la chambre (62) à tourbillon secondaire.