Brevet FR2614221A1 — publié le 19881028

La présente invention concerne le matériel destiné à la séparation des matériaux en fractions et a notamment pour objet des classificateurs ayant un dispositif sépara- teur dans lequel est appliqué le principe de deux forces s'opposant l'une à l'autre: une force centrifuge et une force entraînant les particules par un courant gazeux (forces de Stokes). L'invention peut s'appliquer à différents procédés technologiques, dans lesquels on utilise des matériaux pulvérulents d'une granulométrie imposée. Il est très efficace d'appliquer la présente invention en micro-électronique, pour la production de poudres à meuler de la céramique etc. A l'heure actuelle, on connaît différents types de classificateurs à air à force centrifuge. On connaît, par exemple, un classificateur selon le certificat d'auteur de l'U.R.S.S. nO 740305, 1980, comportant un corps abritant un rotor qui porte une rangée de disques servant à créer un mouvement tourbillonnaire d'un mélange poudre-gaz, qui passe à travers "une zone de séparation" (Par "zone de séparation", on entend la zone d'un espace dans lequel le matériau est séparé en fractions). Cette zone est formée par les bords des disques. La fraction grossière est éjectée en dehors alors que la fraction fine est entraînée par le courant de gaz à travers la partie creuse du rotor, vers la tubulure de sortie. L'inconvénient du dispositif réside dans la grande dispersion des dimensions du matériau sur la limite de séparation et dans la limitation de la plage inférieure de séparation entre 5 et 10 microns. Cet inconvénient est dû à ce que l'étendue de la "zone de séparation" est petite et sa configuration tridimensionnelle est telle que les particules du matériau qui sont occasionnellement tombées de cette zone ne sont plus soumises à la séparation. En outre, le matériau n'est pas sourmis entièrement au tourbillonnement par les disques réalisés selon la concep- tion décrite. 2 6 1 4 2 2 1 On connaît également un classificateur (cf. brevet d'invention de la R.F. A. n0 3303078, 1983), comportant un corps à l'intérieur duquel est logé un rotor sur lequel sont fixés rigidement des disques disposés coaxialement, liés l'un à l'autre à l'aide d'aubes qui servent à faire tourbillonner le mélange du matériau dispersé dans l'air introduit dans le corps à travers la tubulure d'entrée. Le matériau séparé est évacué à travers la partie intérieure de la tubulure de sortie. L'inconvénient du dispositif réside dans le fait qu'il impose d'assurer de hautes vitesses de rotation du rotor, jusqu'à 20000 t/mn, dans le but d'obtenir une limite de séparation dans la plage de 4 à 8 microns du fait que la "zone de séparation" est encore plus étroite car elle est formée par la surface extérieure du dispositif séparateur. Le but de la présente invention est de supprimer ces inconvénients des classificateurs à air à force centrifuge. On s'est donc proposé de mettre au point un classi- ficateur à force centrifuge dans lequel le dispositif séparateur serait réalisé de manière à assurer la sépara- tion efficace du matériau en abaissant en même temps les limites de séparation jusqu'à une valeur entre 1 et 2 microns, les vitesses de rotation du rotor étant relati- vement lentes. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un classificateur à force centrifuge pour la séparation d'un matériau finement dispersé, comportant un corps à l'inté- rieur duquel est disposé un rotor d'entraînement sur lequel est fixé rigidement un couple de disques disposés coaxialement et servant à faire tourbillonner le mélange, dispersé dans l'air, introduit à travers la tubulure prévue dans le corps et refoulé entre ces disques et évacué à travers la partie creuse du rotor dans la tubulure de sortie, caractérisé, selon l'invention, en ce que les parties périphériques des surfaces des disques orientées l'une vers l'autre sont exécutées avec des arrondissements faits suivant des rayons et en ce que ces parties sont équidistantes l'une par rapport à l'autre. Il est avantageux de pratiquer un orifice pour l'éva- cuation de la fraction grossière au voisinage du bord du disque de plus grand diamètre dans la paroi latérale du corps et d'équiper le disque de plus petit diamètre de battes pour assurer la désagrégation supplémentaire du matériau arrivé. Selon l'un des modes de réalisation du classifica- teur, un disque complémentaire est fixé rigidement, disposé coaxialement par rapport au disque principal qui le suit et formant avec celui-ci une "zone de tourbillonnement" du matériau à séparer. La sortie de cette zone a la forme d'une rangée d'orifices disposés suivant la périphérie du disque principal, ces disques étant montés avec un espacement par rapport au dernier disque fixé sur le rotor, et une tubulure est prévue dans le corps pour introduire partiellement le gaz dans ledit espacement. Ce mode de réalisation du classificateur permet d'assurer une haute qualité de la séparation en cas de séparation de fractions particulièrement fines, dont les dimensions sont de 1 à 2 microns au maximum. L'essentiel de l'invention revendiquée consiste en ce que les arrondissements, faits suivant des rayons, des parties périphériques orientées l'une vers l'autre, des disques,assurent un contournement progressif du gaz transportant les particules du matériau lorsqu'il entre dans l'espace entre les disques. Dans ce cas, la résultante des deux forces principales, agissant dans le classifica- teur à air à force centrifuge à savoir: la force de Stokes et la force centrifuge, est orientée de manière que toutes les particules du matériau parviennent vers la surface de l'un des disques tournants et notamment vers le disque qui a la surface concave. "L'effet de cyclone" de l'éjection des particules du courant de gaz qui prend un virage contribue lui aussi à cette orientation des particules. Les particules arrivées au disque sont entraînées en un mouvement rotatif à une vitesse identique. Les particules arrivées à la surface du disque ne sont soumises, selon le profil de Poiseuille, qu'à l'action de la force de Stokes et ne subissent que l'action des forces centrifuges qui entraîne les particules à la rencontre du courant de gaz en les emportant vers l'entrée dans l'espace entre les disques. Ainsi, le matériau est soumis plusieurs fois à l'entraînement. Sous l'effet de ces évolutions, de grosses particules sont entraînées vers la paroi latérale du corps et sont évacuées vers l'extérieur à travers l'orifice prévu dans cette paroi, alors que de petites particules sont entrainées de la "zone de séparation" vers l'intérieur de l'espace entre les disques et sont évacuées à travers la partie creuse du rotor dans la tubulure de sortie de la fraction fine. En réalisant des arrondissements suivant des rayons sur les parties susmentionnées des surfaces des disques et en gardant, en même temps, leur disposition équidistante, on a réussi à introduire le courant de gaz dans l'espace entre les disques sans aucune perturbation et à influencer d'une manière favorable l'efficacité de la séparation. En pratiquant l'orifice d'une dimension limitée pour le prélèvement de la grosse fraction dans la paroi latérale du corps au voisinage du bord du disque de grand diamètre, on assure l'épuration supplémentaire de grosses particules avant qu'elles ne soient évacuées du corps. En outre, grâce aux battes prévues sur la surface de l'un des disques suivant lequel coule le mélange gaz- poudre initial, on assure une destruction supplémentaire des agrégats de particules qui se forment dans le matériau finement dispersé du fait qu'une dispersion plus profonde des particules est nécessaire à une séparation d'une qualité plus élevée. En utilisant le disque complémentaire sur le rotor, on obtient la "zone de tourbillonnement" du matériau, formée par les surfaces opposées l'une à l'autre des disques complémentaire et principal. Quelle que soit la quantité de particules, toutes les particules du matériau, qui ont passé par les orifices pratiqués dans la périphérie du disque principal, acquièrent une vitesse circonférencielle identi- que, ce qui augmente, sans doute, la capacité de passage du classificateur. Dans le but d'évacuer la grosse fraction, qui constitue la plus grande portion du matériau de départ, on a prévu un espacement entre les disques formant la "zone de tourbillonnement" et le disque formant la "zone de séparation" pour assurer l'évacuation de grosses particules de la fraction, idépendamment du taux d'augmentation du débit du classificateur. En vue d'aspirer, des grosses particules, la fraction plus fine, on introduit, à l'encontre du courant de grosses particules vers l'espace- ment entre les disques, une portion de gaz en l'amenant à travers la tubulure prévue dans le corps. L'emploi de l'invention donne la possibilité, même en utilisant des vitesses peu élevées de rotation du rotor jusqu'à 5000 t/mn, de baisser la limite de séparation jusqu'à 1 à 2 microns et assure, en fonction des propriétés de l'adhésivité et de la densité des matériaux, un rende- ment de 0,4 à 5 kg/heure. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente, en coupe axiale, un classi- ficateur à force centrifuge selon l'invention; - la figure 2 représente une tubulure pour l'intro- duction de grosses fractions du matériau; - la figure 3 représente un mode de réalisation du classificateur comportant trois disques de séparation, en coupe axiale; et - la figure 4 est une coupe faite suivant la ligne IV-IV de la figure 3. Le classificateur à force centrifuge (figure 1) pour la séparation d'un matériau finement dispersé, conforme à l'invention, comporte un corps cylindrique 1, ayant une tubulure 2 pour l'introduction du gaz et du matériau à traiter et un orifice 3 dans sa paroi latérale,pourvu d'une tubulure 4 pour l'évacuation de la grosse fraction (figure 2). Le corps 1 (figure 1) renferme un rotor 5 placé suivant son axe et ayant un organe d'entraînement 6 disposé à l'exté- rieur. Des disques 7 et 8 sont montés coaxialement et fixés rigidement sur le rotor 5. L'un des disques a un plus grand diamètre et est monté par rapport à l'autre de façon que l'espace formé entre eux soit relié tant à la tubulure d'entrée 2 qu'à l'espace intérieur du rotor 5 et à la tubulure de sortie 9 de gaz et de la petite fraction. La tubulure 4 aboutit à une trémie 10 (figure 2) servant à la collection de la fraction fine. L'orifice 3 (figure 1) est disposé sur la paroi latérale du corps 1 au voisinage du bord du disque 7. Des battes 11 sont prévues sur la surface du disque 8, surface orientée vers la tubulure d'entrée 2, tandis que les secteurs périphériques des surfaces des disques 7 et 8 opposés l'un à l'autre sont réalisés avec des arrondissements suivant des rayons et sont équidistants l'un de l'autre. La figure 3 illustre un mode de réalisation du classificateur dans lequel un disque complémentaire 12 est monté sur le rotor 5 du côté de l'introduction du matériau, disposé coaxialement par rapport au disque principal 8 qui le suit. Les disques 12 et 8 forment entre eux une "zone de tourbillonnement" du matériau. La sortie de cette zone est réalisée sous forme d'une rangée d'orifices 13 (figure 4) disposés suivant la périphérie du disque 8. Dans cette variante, les disques 12 et 8 (figure 3) sont réalisés avec des diamètres indentiques et leurs bords sont rigidement associés l'un à l'autre. Les disques 12 et 8 sont montés avec un espacement par rapport au disque 7, dont le diamètre est égal à celui des disques précédents qui forment avec lui la "zone de séparation" du matériau en fractions. Une tubulure 14 est prévue dans le corps 1 pour l'introduction du gaz dans l'espacement formé entre les disques. Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 fonctionne de la manière suivante. Le gaz transportant le matériau finement dispersé de départ entre, à travers la tubulure 2, dans le corps 1, et coule suivant le disque tournant 8, qui le fait tour- billonner. Les battes 11 contribuent à la désagrégation du matériau entraîné par le gaz. Le matériau à traiter parvient dans la "zone de séparation" formée par les arrondissements réalisés suivant les rayons des secteurs périphériques, orientés l'un vers l'autre, des surfaces des disques. En passant à travers la "zone de séparation", dont l'étendue peut être réglée par les profils des surfaces, opposées l'une à l'autre, des disques 8 et 7, le matériau est séparé dans cette zone en deux fractions. Les grosses particules pour lesquelles la force centrifuge est supérieure à la force de l'entraînement du courant de gaz (forces de Stokes), sont rejetées vers la surface latérale du corps 1 et sont évacuées à travers l'orifice 3 et la tubulure 4 dans la trémie 10 tandis que les petites particules sur lesquelles agit une force de Stokes qui est supérieure à la force centrifuge sont entraînées par le courant de gaz vers l'intérieur de l'espace entre les disques et sont évacuées à travers la cavité intérieure du rotor 5 vers la tubulure 9. Le dispositif, représenté sur la figure 3, fonctionne de la manière suivante. Un matériau finement dispersé est introduit par le gaz qui le transporte dans la "zone de tourbillonnement" formée par les surfaces opposées l'une à l'autre des disques 12 et 8 et est désagrégé complémen- tairement par les battes 11. Dans la "zone de tourbillon- nement", toutes les particules du matériau passent à travers les orifices 13 dans le disque 8 et acquièrent une vitesse de rotation identique. Les plus grosses particules débou- chent immédiatement à travers cet espacement entre les disques dans le corps 1 tandis que l'autre portion du matériau parvient dans"la zone de séparation" formée essentiellement par les arrondissements des secteurs des disques 8 et 7. Les particules pour lesquelles la force centrifuge est supérieure à la force de Stokes se déplacent suivant la surface concave du disque 7 et débouchent par l'espacement entre les disques dans le corps. La fraction fine est entraînée par le courant de gaz à travers les orifices du disque 7 et est évacuée à travers la tubulure 9. A son tour, on introduit par la tubulure 14,dans le corps les portions de gaz qui, en circulant par l'espacement entre les disques, sépare les particules fines de la grosse fraction et se dirige avec la fraction fine vers la tubulure 9. La grosse fraction s'accumule dans la trémie 10. Grâce à la présence de la "zone de séparation" d'une grande étendue, et à sa configuration tridimensionnelle perfectionnée, on obtient la possibilité de réaliser la séparation de matériaux finement dispersés jusqu'à une limite de séparation comprise entre 1 et 2 microns aux vitesses relativement lentes de rotation du rotor. - REVENDICATIONS - 1. Classificateur à force centrifuge pour la sépara- tion d'un matériau finement dispersé, comportant un corps à l'intérieur duquel est logé un rotor d'entraînement qui porte des disques fixés rigidement et disposés coaxialement et destinés au tourbillonnement du mélange air-matériau dispersé refoulé à travers la tubulure prévue dans le corps et évacué entre les disques à travers la partie creuse du rotor vers une tubulure, caractérisé en ce que les parties périphériques des disques (7 et 8) opposées l'une à l'autre sont réalisées avec des arrondissements, réalisés suivant des rayons, et en ce que ces parties sont équidistantes l'une par rapport à l'autre. 2. Classificateur à force centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un orifice (3) est pratiqué au voisinage du bord du disque (7) dans la paroi latérale du corps (1) et en ce que le disque (8) est pourvu des battes (11) pour la désagrégation supplémentaire du matériau à traiter. 3. Classificateur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que, du côté de l'introduction du matériau sur le rotor (5), un disque complémentaire (12) est fixé rigidement, disposé coaxialement par rapport au disque principal (8), qui le suit, et formant avec ce dernier la "zone de tourbillonnement" du matériau, en ce que la sortie de cette zone est réalisée sous forme d'une rangée d'orifices (13) disposés sur la périphérie du disque (8), ces disques (12, 8) étant montés avec un espacement par rapport au disque (7) et une tubulure (14) étant prévus dans le corps (1) pour l'introduction partielle du gaz dans ledit espacement.