Brevet FR2585266A1 — publié le 19870130

L'invention a pour objet un appareil cyclonaire à écoulement axial destiné à la séparation des particules solides ou liquides en suspension dans un fluide et cons- titué par un corps tubulaire comprenant un aubage de mise en rotation du fluide, à l'extrémité d'entrée du fluide à épurer, un dispositif de récupération de l'énergie ci- nétique du fluide à son autre extrémité, et un noyau dis- posé dans l'axe du corps tubulaire, des fentes longitudi- nales étant découpées dans la paroi du corps tubulaire, entre ses extrémités, pour l'évacuation des particules séparées. Les appareils de ce type sont en général très efficaces pour séparer des particules dont la grosseur est égale ou supérieure à 10 microns. Par contre, pour des particules de dimensions inférieures leur efficacité de séparation est moindre. Le but de la présente invention est d'améliorer l'efficacité de séparation de ces appareils notamment pour des particules dont les dimensions sont comprises entre 5 et 10 microns. L'appareil de séparation cyclonaire objet de l'in- vention est caractérisé en ce que le corps tubulaire com- prend uneportion amont convergente et une portion aval divergente, en considérant le sens de circulation du fluide, et en ce que le noyau s'étend sur pratiquement toute la longueur du corps tubulaire et comprend, dans la portion divergente du corps tubulaire, une partie dont la section droite croit de l'amont vers l'aval. Le dispositif de récupération de l'énergie ciné- tique du fluide peut comporter, de manière connue, des aubes de redressement. Celles-ci seront placées soit a l'extrémité aval de la portion divergente du corps tubu- laire, soit entre ses extrémités. Dans le premier cas, le corps tubulaire pourra comporter une portion cylindrique en aval des aubes de redressement. De préférence, la par- tie à section croissante du noyau sera placée entre l'ex- trémité amont de la portion divergente et les aubes de - 2- redressement; la partie du noyau située en aval des aubes de redressement pourra être cylindrique ou avoir une section droite décroissante de l'amont vers l'aval. Les fentes d'évacuation des particules pourront être prévues dans la portion convergente du corps tubulaire, près de son extrémité aval, ou dans une portion cylindrique comprise entre les portions convergente et divergente. L'aubage de mise en rotation du fluide à traiter pourra être placé dans la portion convergente, près de sont extrémité amont, ou dans une portion cylindrique du corps tubulaire prévue à l'amont de la portion convergente. La partie du noyau s'étendant le long de la portion convergente du corps tubulaire pourra être cylindrique ou avoir une section droite décroissante de l'amont vers l'aval. Les dispositions selon l'invention permettent d'aug- menter le rendement de séparation en diminuant l'épais- seur de la couche limite périphérique au niveau des fentes d'évacuation des poussières et en régularisant le profil des vitesses dans la veine fluide, ce qui a pour effet de favoriser la migration des particules vers la périphérie du corps tubulaire. Elles permettent en outre de créer une forme favorable à la collecte des poussières lorsque plusieurs appareils du type décrit sont groupés dans un caisson. Pour une même efficacité de séparation l'inven- tion permet aussi de réduire la vitesse du fluide au niveau de l'aubage de mise en rotation et, par conséquent, son usure. L'accélération de la rotation dans le convergent améliore aussi considérablement la séparation des poussières tout en conservant un niveau de turbulence modéré grâce au noyau central qui supprime les d6collements axiaux et les courants de retour. La description qui suit se réfère au dessin l'accom- pagnant qui montre, à titre d'exemple non limitatif, plu- sieurs formes de réalisation de l'invention. 3 - Les figures 1 à 4 de ce dessin sont des vues, par- tiellement en élévation et partiellement en coupe, de quatre appareils de séparation cyclonaires à écoulement axial réalisés conformément à l'invention. Ces appareils sont constitués par un corps tubulaire de révolution 10 à l'intérieur duquel est placé un noyau allongé 12, à section circulaire, qui s'étend sur toute la longueur du corps 10 et dont l'axe coincide avec celui de ce dernier. L'extrémité avant du noyau 12 est profilée. Des aubes 14 de mise en rotation sont prévues à l'extré- mité amont de l'appareil par o entre le fluide à épurer et des aubes de redressement 16 sont disposées dans sa partie aval; ces aubes servent en outre au centrage du noyau dans le corps tubulaire de l'appareil. Dans la forme de réalisation de la figure 1, le corps de l'appareil comprend successivement, en se déplaçant dans le sens d'écoulement du fluide indiqué par les flèches, une portion amont, tronconique et convergente lOa, une portion intermédiaire cylindrique lob et une portion aval, tronconique et divergente 1Oc. La partie 12a du noyau comprise entre les aubes de mise en rotation 14 et le plan de raccordement des portions lob et 1Oc, a une forme cy- lindrique, la partie 12b comprise entre ce plan et les aubes de redressement 16 a une forme tronconique, sa section croissant régulièrement de l'amont vers l'aval, et la partie 12c située à l'aval des aubes 16 a également une forme cylindrique. Des fentes longitudinales 18 sont dé- coupées dans la portion lob du corps tubulaire 10 pour l'évacuation des particules séparées du fluide. Dans la forme de réalisation de la figure 2, la por- tion lOb a été supprimée et remplacée par un prolongement de la portion tronconique 10a dans lequel sont formées les fentes 18. Les formes de la portion 10c et du noyau 12 sont les mêmes que dans l'appareil de la figure 1. Dans l'appareil de la figure 3, le corps tubulaire comprend successivement, de l'amont vers l'aval, une portion -4 - cylindrique 10d, une portion tronconique convergente 1Oa, une partie tronconique divergente 10c et une portion cy- lindrique 10e. Les aubes de mise en rotation 14 sont si- tuées dans la portion 10d, les aubes de redressement 16 sont situées au raccordement des portions 10c et 10e et les fentes 18 sont formées dans la partie aval de la portion 10a. Le noyau 12 a une forme cylindrique entre les aubes 14 et le plan de raccordement des portions 10a et t10c (partie 12a), une forme tronconique, à section croissante, dans la portion O10c (partie 12b) et une forme tronconique, à section décroissante, dans la portion 10e (partie 12c'). Dans la forme de réalisation de la figure 4, le corps de l'appareil comprend successivement une courte , portion cylindrique 10d, une portion tronconique conver- gente 10a, une portion cylindrique 10b, une portion tron- conique divergente 10c et une portion cylindrique 10e. Les aubes 14 sont disposées dans la portion 10d, immé- diatement en amont du plan de raccordement des portions O10a et 10d, les aubes 16 sont placées dans la portion cylindrique 10e, immédiatement en aval du plan de raccor- dement des portions 10c et 10e et les fentes 18 sont prévues dans la partie aval de la portion cylindrique lob. La partie 12a' du noyau comprise entre les aubes 14 et le plan de raccordement des portions 10a et lob du corps de l'appareil a une forme tronconique, à section décrois- sante, la partie 12a" située dans la portion 10b a une forme cylindrique, la partie 12b située dans la portion 10c a une forme tronconique, à section croissante et la partie 12c' située en aval des aubes de redressement 16 a une forme tronconique, à section décroissante. Cet appareil sera utilisé dans le cas de séparations difficiles car il permet, grace au rétrécissement du noyau dans les por- tions 10a et 10b, d'obtenir une accélération centrifuge supérieure pour un même encombrement radial de l'appareil. -5- La conception particulière de ces appareils permet de créer une force centrifuge élevée dans la zone des fentes 16 avec une perte de charge relativement faible. Par ailleurs, la disposition des fentes 16 dans une portion r6trécie du corps de l'appareil facilite la sortie des particules et leur collecte lorsque plusieurs appareils sont disposes côte à côte dans un caisson. Dans la partie aval de l'appareil, la forme tronco- nique de la partie 12b du noyau permet une récupération maximale de l'énergie cinétique du fluide et, par conséquent, une réduction sensible de la perte de charge. L'ange au sommet de la partie tronconique 12b du noyau peut être égale ou supérieure à celui de la portion O10c du corps tubulaire, mais dans tous les cas la section droite du passage ménagé entre eux croit de l'amont vers l'aval. 258S266 - 6 - REVEND I C A T I ONS 1. Appareil cyclonaire à écoulement axial pour la séparation de particules en suspension dans un fluide, constitué par un corps tubulaire (10) comprenant un aubage (14) de mise en rotation à l'extrémité d'entrée du fluide à épu- rer, un dispositif de récupération de l'énergie cinétique du fluide à son autre extrémité, et un myau (12) disposé dans l'axe du corps tubulaire, des fentes longitudinales (18) étant découpées dans la paroi du corps tubulaire, entre ses extrémités, pour l'évacuation des particules séparées, caractérisé en ce que le corps tubulaire (10) comprend une portion amont -convergente (10a) et une portion aval divergente (1Oc), et en ce que le noyau (12) s'étend pratiquement sur toute la longueur du corps tubu- laire et comporte, dans la portion divergente (1Oc) du corps tubulaire, une partie (12b) dont la section droite croît de l'amont vers l'aval. - 2. Appareil de séparation selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte des aubes de redressement (16) placées à l'extrémité aval de la portion divergente (1Oc) du corps tubulaire. 3. Appareil de séparation selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le corps tubulaire (10) comprend une portion cylindrique (10e) en aval des aubes de redressement (16). 4. Appareil de séparation selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les aubes de redressement (16) sont pla- cées entre les extrémités de la portion divergente (10c) du corps tubulaire. 5. Appareil de séparation selon les revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie (12b) à section croissante du noyau s'étend entre l'extrémité amont de la - 7 - portion divergente (1Oc) du corps tubulaire et les aubes de redressement (16). 6. Appareil de séparation selon la revendication 5, carac- térisé en ce que la partie (12c) du noyau situ6e en aval des aubes de redressement (16) a une forme cylindrique. 7. Appareil de séparation selon la revendication 5, carac- térisé en ce que la partie (12c') du noyau située en aval des aubes de redressement (16) a une forme tronconique à section décroissante de l'amont vers l'aval. 8. Appareil de séparation selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les fentes longitudinales (18) sont formées dans la partie aval de la portion convergente (10a) du corps tubulaire. 9. Appareil de séparation selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que les fentes longitu- dinales (18) sont formées dans une portion cylindrique (lob) du corps tubulaire comprise entre les portions convergente (10a) et divergente (10c). 10. Appareil de séparation selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'aubage de mise en rotation (14) est placé dans la portion conver- gente (10a) du corps tubulaire, près de son extrémité amont. 11. Appareil de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'aubage de mise en rotation (14) est placé dans une portion cylindrique (1Od) du corps tubulaire prévue à l'amont de la portion convergente (10a). 12. Appareil de séparation selon l'une quelconque des reven- - 8 - dications pr6cédentes, caractéris6 en ce que la partie (12a') du noyau s'étendant dans la portion convergente (lOa) du corps tubulaire a une forme tronconique à section d6crois- sant de l'amont vers l'aval. 13. Appareil de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la partie (12a) du noyau s'étendant dans la portion convergente (1Oa) du corps tubulaire a une forme cylindrique.