Brevet FR2655884A1 — publié le 19910621

CONTEXTE DE L'INVENTION L'invention concerne un salement redresseur d'écoulement utilisé dans 1a partie dVéchappement des particules fines faisant partie d'une trieuse à courant tourbillonnaire, ledit redresseur est disposé dans un cyclone qui fait partie d'un préchauffeur de particules en suspension, utilisé comme moyen de préchauffage des matériaux pour un appareil produisant du ciment, ainsi que d'autres cyclones en général. Pour cela, dans un cyclone qui comporte ledit élément redresseur, dans lequel on introduit un flux composite, qui contient une poudre ou un matériau granuleux et un fluide porteur arrivant tangentiellement dans un cylindre à tourbillon par l'ouverture supérieure de celui-ci ou la poudre ou les fines particules de matériau sont séparées r l'intérieur du cylindre b tourbillon, et qu'aprés séparation, cette poudre ou ces fines particules descendent dans le caisson cylindrique pour être évacuées par 1 ' ouverture inférieure de celui-ci, et dans lequel le fluide porteur qui continent encore une partie des poudres fines est évacuée vers le poste de traitement suivant à travers un tube d'échappement interne du fluide fixé au centre de la partie supérieure de l'extrémité du Carter cylindrique et qui s'ouvre vers l'intérieur dudit carter, un certain nombre de pales de guidage, constituées de lames courbes ayant: une largeur arbitraire plus petite que la moitis du diamètre intérieur dudit tube interne d'évacuation des fines particules qui sont fixées a la même et unique surface interne périphérique dudit tube interne, dans une position adéquate, de manière à pouvoir être déplacées, par des moyens d'action appropriêsr dans le sens axial du cylindre dtévacuationr de manière que l'écoulement tourbillonnaire dans le sens périphérique interne soit transformé en un écoulement axial (voir le brevet japonais publié a 52-149666), Ledit cyclone, qui comporte des pales correctrices fixées à l'extrémité avant du tube interne, peut réduire la perte de pression, comparativement ê un cyclone qui ne posséderait pas de telles pales de correction attachées au tube interne. Cependant, une baisse ds l'efficacité de captage est inévitable dans un tel séparateur. (Au contraire, si l'efficacité du captage devait être maintenue, une diminution de l'efficacité du captage n'est pas toujours souhaitable et n'est pas toujours satisfaisante). (voir le brevet japonais publié n* 52.149666) Un des buts de la présente invention est de réduire considérablement la perte de pression dans ledit cyclone sans faire baisser l'efficacité de captage. RESUME DE L'INVENTION Un premier dispositif redresseur de l'écoulement selon la présente invention, est caractérisé par le fait que des plaques de guidage sont situées à la périphérie d'un corps conique fictif, de façon à transformer les composantes de vitesse tangentielle associées a un écoulement tourbillonnaire uniquement en composantes de vitesses axiales Par ailleurs, selon une pression variable, 1' élément redresseur selon la présente invention est caractérisé par le fait que les plaques de guidage sont disposées sur une surface conique à la périphérie dtufl membre conique, pour transformer les composantes tangentielles de la vitesse, déterminant un écoulement en spirale, en composantes de vitesse uniquement axiale. Selon une autre variante, I'lément redresseur selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'un grand nombre de plaques de guidage en forme de triangles reposant sur le sommet et ayant chacune une surface courbe au moins à leur partie inférieurer sont disposées autour de l'axe central dudit élément conique redresseur, régulièrement espacées dans le sens angulaire, orientées de manière que les surfaces courbes desdites plaques de guidage rencontrent un courant tourbillonnaire qui court autour de la périphérie externe de l'élément conique. DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS Les figures 1 à il sont des vues représentant une possibilité de l'invention, dans laquelle la figure 1 est une vue en section transversale représentant un cyclone selon 1a présente invention; la figure 2 est une vue en plan, la figure 3 est une vue en perspective élargie représentant une partie essentielle représentée dans la figure 1 la ure 4 est une vue de face représentant la partie représentée dans la figure 3 ;; la figure 5 est une vue en plan de cBlle-ci la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 4 la figure 7 est une vue en section de la ligne VII-VII de la figure 4 la figure 8 est un graphique représentant la relation entre la vitesse tangentielle de l'air et la distance entre la paroli externe et le centre du cyclone ;; la figure 9 est une vue agrandie représentant une partie essentielle représentée à la figure 1 et les figures 10 et 11 sont des graphiques relatifs à la perte de pression et au pourcentage d'efficacité de ramassage les figures 12 à 17 sont des vues représentant une possibilité de l'invention différente de la possibilité précédente, et dans laquelle la figure 12 est une vue en section transvers d'un autre mode de réalisation du cyclone selon la présente invention la figure 13 en est une vue plane;; la figure 14 est une vue en section élargie représentant un élément redresseur la figure 15 est une vue en section élargie représentant une autre possibilité de l'élément redresseur, correspondant à la figure 14 les figures 16A et 17A sont des vues en plan représentant d ' autres possibilités de l'élément redresseur et les figures 16B et 17B sont respectivement des vues frontales de ces deux réalisations. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES Une explication sera fournie d1une première possibilité de la presente invention, faisant référence aux figures 1 à 7, Un tube interne est disposé concentriquement dans la partie supérieure de l'intérieur d'un cylindre à tourbillon 1, composé d'une partie cylindrique la et 'une partie en forme de cône inversé lb reliée à la partie inférieure de la première et un conduit d'admission 3 est disposé de façon tangentielle à la périphérie externe du cylindre à tourbillon 1. De plus, le cylindre à tourbillon l est réalisé avec dans Sa partie inférieure, un orifice de décharge 4 pour les matériaux en poudre ou granuleux. Dans cette disposition, un courant multiphase 5 compost de poudre et de matériau granuleux et d'air porteur est introduit dans le cylindre à tourbillon 1, tangentiellement à celui-ci par le conduit d'admission 3, de façon à produire un courant tourbillonnaire 7 dans le cylindre à tourbillon 1.Le courant tourbillonnaire 7 est déplacé de la partie supérieure a la partie inférieure du cylindre a tourbillon 1, tandis que les particules en suspension dans le gaz sont jetées sur la surface de la paroi du cylindre & tourbillon 1 sous l'effet de la force centrifuge, puis tombent le long de cette paroi interne et sont finalement évacuées par 'orifice de décharge 4. De plus, l'élément redresseur 100, composé d'un élément conique 10 et des plaques de guidage planes il, est situé dans un espace 8 directement en dessous de la partie inférieure 2a du tube interne 2, de façon concentrique avec ledit tube interne 2. Plusieurs plaques 11, et de préférence de quatre à six, sont disposées à la surface périphérique externe de l'élément conique 10 dans des directions où leur surface lia rencontre le courant en forma de spirale 7, tandis que leur partie longitudinale s'étend à la verticale. De plus, les parties supérieures ilb des plaques de guidage 11 sont disposées à l'extrémité de la partie inférieure 2a dudit tube interne 2. Chacune des plaques de guidage est légèrement recourbée vers la partie ascendante du courant tourbillonnaire, dans la partie 11c, différente de la partie supérieure iib, de façon à former une surface courbe lld.Les bords périphériques externes lie, des diverses plaques de guidage ainsi formés Il, sont situés à des endroits intérieurs au tube interne 2. Une poudre ou son équivalent, ayant un grain plus petit que celui de la poudre et du matériau granuleux séparés par le courant tourbillonnaire 7, prés de la paroi interne dudit cylindre 9 tourbillon 1, crée un courant tourbillonnaire 7 avec ledit air porteur et les autres, butant déplacés dans l'espace 8 directement au-dessous du tube interne, et sont guidés par les surfaces 11a des plaques de guidage courbées 11 situées dans l'espace 8, de façon b être transformée graduellement de courant tourbillonnaire 7 en courant ascendant 12. A ce stade, les composantes de la vitesse tangentielle V7 appartenant au courant tourbillonnaire 7, sont transformées en vitesse uniquement axiale , et dans cette condition, le courant est déplacé vers la prochaine phase de traitement par le tube interne 2. A ce moment, le courant, qui se trouve dans le cyclone 15, reçoit par l'effet T indiqué dans la figure 8.Une position dans laquelle la vitesse tangentielle de l'air V # (m/sec) devisent la plus haute qui puisse exister dans la partie du diamètre externe ou de la paroi externe du tube interne. Arien que la vitesse de l'air V " dans une zone qui contribue à l'action de la séparation des particules ne varie pas, la vitesse de l'air V s'approche de zéro à l'intérieur du tube interne, ce qui ne contribue pas à à la fonction de séparation. Plus précisément, tous les tourbillons, qui ne sont pas nécessaires à la séparation des particules et qui produisent une perte d'énergie, sont éliminés. Ce résultat peut Btre obtenu par un courant ascendant à partir d'un endroit situé au-dessous de l'élément conique, situé dans ltespace au-dessous du tube interne, maintenu par l'élément conique, de façon à réduire le fluide qui y passe, retenant la résistance du fluide, autant que possible, laquelle est inutile pour la séparation des particules dans cette partie, tout en redressant une partie importante du fluide passant à travers le cyclone en un courant axial par l'utilisation de l'élément redresseur dans l'espace directement en-dessous de l'extrémité inférieure du tube interne ou dans l'espace situé entre les plaques de guidage, puis en évacuant la fluide à l'extérieur du cyclone. Il est à noter que la ligne continue t représentée dans la figure 8, représente le cas ou aucun élément redresseur 100 n'est prévu, ou l'on a zéro seulement au centre o du cyclone. C'est-à-dire que dans ce cas, les tourbillons superflus, non nécessaires pour la séparation des particules, et qui produisent une perte d'énergie, existent dans le cylindre. De plus, un espace S à travers lequel un courant d'air A passe est progressivement élargi depuis la surface inférieure 10a jusqu'à la partie supérieure 10b du redresseur 10, et ainsi les taux d'écoulement du courant d'air A par surface unitaire sont à peu près égaux les uns aux autres dans l'espace s en entier. Donc, la perte d'énergie peut être diminuée et l'air porteur peut être évacué uniformément. Bien que la première réalisation de la présente invention ait été explique ci-dessus en se référant aux figures, cette invention n'est pas limitée à cette possibilité mais peut être réalisée en changeant une partie du système ou en y ajoutant, en partie, un autre système tout en gardant en vue l'esprit de l'invention. Par exemple, il a été expliqué dans la possibilité précédente que l'élément redresseur 100, composé de l'élément conique 10 et des plaques de guidage 11 est situé dans l'espace 5 directement au-dessous du tube interne 2, mais il est possible d'éliminer le membre conique 10, c'est-à-dire qu'il est possible de constituer l'élément redresseur 100 seulement en utilisant les plaques de guidage. De plus, l'élément redresseur 100 peut être utilisé, non seulement pour un cyclone, mais aussi pour la partie destinée à l'évacuation des particules fines d'un trieur pneumatique du type à tourbillon forcé. Dans la présente invention, comme indiqué plus haut, à l'exception de l'élément redresseur, comprenant l'élément conique et un certain nombre de plaques de guidage en forme de triangle renversé, ayant chacune une surface courbe formée dans au moins leur moitié inférieure r et disposée à la surface conique à la périphérie de l'élément conique, à des tances angulaires égales, autour de l'axe central, dans des directions dans lesquelles les surfaces courbes des plaques de guidage rencontrent un courant tourbillonnaire passant autour de la périphérie externe de l'élément conique, dans l'espace directement au-dessous de l'extrémité inférieure du tube interne Les plaques de guidage planes ne modifient pas le courant tourbillonnaire nécessaire pour la séparation des particules, en dehors du tube interne, et il est donc possible d'empêcher le courant d'abaisser le taux d'efficacité de ramassage de celui De plus, lorsque l'air porteur, apis sa séparation d'avec la poudre et le matériau granuleux, est déplacé dans l'espace directement au-dessous du tube interne, créant ainsi un courant tourbillonnaire, il est guidé par les surfaces courbes des plaques de guidage disposées dans l'espacer de façon à être modifié en un courant ascendant A ce stade, les composants de la vitesse tangentielle sont convertis en vitesse axiale, et à cette condition, l'air porteur passe à travers le tube interne. Ainsi, le courant tourbillonnaire ayant un diamètre plus petit que le diamétre du tubs interne, monte dans l'espace directement au-dessous du tube interne, comme dans le cas d'un cyclone ou rien nTest placé dans l'espace directement en-dessous du tube interne, et de cette façon il n1 apparaît aucune résistance inutile du fluide cause par un courant tourbillonnaire, en dépit de l'entraînement vers le bas qui s'exerce à l'extrémité inférieure du tube interne.De la mime façon, puisque la vitesse d'un courant tourbillonnaire nécessaire pour un entraînement vers l'extérieur du tube interne n'est pas diminuée, on ne constate aucune baisse dans l'efficacité du ramassage. Ainsi, suivant la présente invention, comme indiqué dans l'expérimentation suivante, la perte de pression peut être réduite dans une proportion de plus de 50 %, sans entraîner de perte dans l'efficacité du ramassage. En posant un taux d/D de 0.8 et en changeant le taux L/D, ou D est le diamètre du tube interne, L est la distance entre l'extrémité inférieure 2a du tube interne et l'extrémité inférieure lOOb de l'élément redresseur 100, et où d est le diamètre de l'extrémité inférieur de l'élément redresseur 100 (voir la figure 9), la baisse de pression P et l'efficacité de ramassages ont été mesurées pour en connaître les variations, le résultat de ces mesures est illustré à la figure 10. Dans cette figure, l'abscisse donne ledit taux L/D (négatif) et l'ordonnée gauche donne le taux A = P/Po de perte de pression, tandis que l'ordonnée droite donne le taux B /0d'efficacité du ramassage, ces rapports étant obtenus comparativement avec les valeurs correspondantes Po 1\o dans le cas où aucun élément redresseur n'est fourni Il est évident d'après cette figure que le coefficient de ramassage B = #/## qui est de 1.0 ne varie pas même quand L/D est modifié et, de plus, le taux de perte de pression A diminue au fur et à mesure que ladite distance L ou que la valeur négative de L/D grandit. Dans ce cas, il est préférable que ledit taux L/D soit plus grand que 1/4 et que l'extrémité inférieure 100b de l'élément redresseur ne soit pas en contact avec la partie cylindrique en forme de cône inversé lb. De plus, en fixant à 1*0 ledit rapport L/D, tout en changeant le rapport d/D entre le diametre d de l'extrémité inférieure de l'élément redresseur 100 et le diamètre D du tube interne, le taux de perte de pression A et le taux d'efficacité du ramassage B, ont été mesurés pour en connaître les variations, comme indiqué à la figure 11.Dans cette figure, l'abscisse donne ledit taux d/D (négatif) et l'ordonnée gauche donne le taux de perte de pression A, tandis que l'ordonnée droite donne le taux d'efficacité de ramassage B. I1 est évident d'après cette figure que le taux d'efficacité de ramassage B diminue lorsque ledit taux d/D dépasse 1.0, et de plus le taux de perte de pression A diminue lorsque redit taux d/D augmente. C'est-à-dire qu'il est préférable que le diamètre d de l'extrémité inférieure dudit élément redresseur 100 soit égal ou légèrement inférieur au diamètre D du tube interne. Ce qui suit est une présentation d'une seconde réalisation de la présente invention, qui est une variante de la possibilité décrite ci-dessus, et qui est illustrés par les figures 12 a 14. Un tube interne 2 est placé co-axialement dans la partie supérieure de l'intérieur d'un cylindre à tourbillon 1 composé d'une partie cylindrique la et d'une partie cylindrique en forme de cône inversé 1b, reliée à la partie inférieure de la partie cylindrique la, et le conduit interne 3 est dispose de façon tangentielle ê la périphérie externe du cylindre a tourbillon 1. De plus, le cylindre à tourbillon 1 comporte, à sa partie inférieure, une ouverture de décharge 4 pour la poudre et les matériaux granuleux Dans cette disposition, un courant multiphase 5, composé de poudre et de matériaux granuleux et d'alr porteur est versé dans le cylindre a tourbillon 1 à partir du conduit interne 3, de façon tangentielle pour provoquer un courant tourbillonnaire 7 dans le cylindre à tourbillon 1, qui est transféré de la partie supérieure à la partie inférieure du cylindre à tourbillon 1, tandis que les particules suspendues dans le gaz sont recueillies sur la surface de la paroi du cylindre à tourbillon par la force centrifuge, ces particules tombant le long de la paroi interne et étant ensuite évacuées à l'extérieur à travers une ouverture de décharge 4.De plus, l'élément redresseur 100, composé d'un élément conique 10 et de plaques de guidage 11, est placé dans un espace 8 directement au-dessous de l'extrémité inférieure 2a du tube interne 2. C'est-à-dire que l'élément conique 10 est placé dans l'espace 8 concentriquement au tube interne 2 et plusieurs plaques de guidage 11, de préférence quatre à six, sont disposes à la surface de la périphérie externe de l'élément conique 10. Le redresseur 10, comme indiqué à la figure 14, est ouvert à sa surface inférieure 10a, tandis qu'il est fermé à son sommet t il s'ensuit gu'un courant d'air A (courant d'air porteur ou autre) ne peut pas passer à l'intérieur du redresseur 10. De plus, chacune des plaques de guidage li a la forme d'un triangle qui est perpendiculaire à l'axe central. Les bords périphériques externes île, de toutes les plaques de guidage 11 ainsi formées, sont placés à l'intérieur du tube interne 2. ta poudre et le matériau granuleux qui n'ont pas encore été séparés par le courant tourbillonnaire 7, près de la paroi interne dudit cylindre à tourbillon 1, sont déplacés vers l'espace 8, directement au-dessous du tube interne 2, tout en créant le courant tourbillonnaire 7 avec ledit air porteur, puis sont guidés par la surface courbe lia des plaques de guidage 11 disposées dans l'espace 8, de façon à être graduellement transformés en un courant ascendant 12, venant du courant tourbillonnaire 7. A ce stade, la vitesse acquise par le courant tourbilionnaire 7 est changée en vitesse axiale seule, et dans ces conditions, elle passe à la prochaine étape de traitement en passant pas le tube interne 2. Bien que les réalisations de la présente invention aient ainsi été expliquées, la présente invention ne doit pas être limitée à celles-ci et l'installation de la présente invention peut être réalisée en étant partiellement modifiée ou en y ajoutant un autre élément. Par exemple, au lieu de fermer la partie allongée 10b de l'élément conique 10, tout en ouvrant la surface inférieure lOa, on pourrait ouvrir la partie supérieure lob, comme indiqué dans la figure 15, tandis que la surface inférieure 10a serait fermée, de façon à empêcher le courant d'air A de passer à l'intérieur du redresseur 10+ De plus, les plaques de guidage 11 pourraient être tordues comme indiqué dans les figures 16A, 16B, 17A et 17B. I1 est à remarquer que l'élément redresseur 100 peut être placé non seulement dans un cyclone, mais également dans la partie d'évacuation des particules fines d'un trieur pneumatique à courant tourbillonnaire forcie. REFERENCES 1. Cylindre à tourbillon lb. C6ne inversé 2. Tube interne 2a. Partie inférieure du tube interne 3. Conduit d'admission 4. Orifice de décharge 5. Courant multiphase 7. Courant tourbillonnaire 8. Espace au-dessous du tube interne 10. Redresseur ou élément cônique 10a. Surface inférieure du redresseur 10b Surface supérieure du redresseur 11. Plaques de guidage planes lia. Surface courbe des plaques llb. Partie supérieure des plaques 11c. Partie ascendante des plaques lld. Surface courbe des plaques lie. Bord périphérique externe des plaques 12, Courant ascendant 100. Elément redresseur A. Courant d'air D. Diamètre du tube interne d. Diamètre de l'extrémité inférieure de l'élément redresseur L. Distance entre le tube interne et le redresseur P. Baisse de pression S. Espace T. Effet du courant dans lé cyclone t, Ligne continue V7. Vitesse tangentielle A. Taux de perte de pression B. Taux d'efficacité de ramassage REVENDICATTONS 1 Un élément redresseur d'écoulement de la transformation d'un flux tourbillonnaire en un écoulement linéaire, caractérisé par le fait qu'il comprend des plaques de guidage (11) disposées autour d'une surface conique à la périphérie d'un élément conique imaginaire (10) par lequel les composantes de la vitesse tangentielle appartenant à un courant tourbillonnaire sont changées en vitesse uniquement axiale. 2, Un élément redresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément conique (10) ayant une périphérie à surface conique et des plaques de guidage ( disposées autour de ladite surface conique, par lequel les composantes de la vitesse tangentielle appartenant à un courant tourbillonnaire sont changées en vitesse uniquement axiale 3. Un élément redresseur selon la revendication 2, dans lequel ledit élément redresseur (10) comporte une surface inférieure (lova) ouverte et une surface supérieure (10b) fermée. 4. Un élément redresseur selon la revendication 2, dans lequel ledit élément redresseur (10) comporte une surface inférieure fermée (10a) et une surface supérieure ouverte (lOb). 5. Un élément redresseur selon ia revendication 2, dans lequel lesdites plaques de guidage (11) sont planes. 6. Un élément redresseur selon dans la revendication 5, dans lequel chacune des plaques de guidage (11) est une plaque de guidage en forme de triangle renversé ayant une moitie inférieure formée d'une surface courbe (Ila) disposée dans la direction dans laquelle la surface courbe (lld) entre en contact avec un courant tourbillonnaire (7) passant autour de la périphérie externe (ils) dudit élément conique (10). 7. Un élément redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend - un cône linéaire ayant un axe central et une périphérie à laquelle une surface conique est formée ; ; - un certain nombre de plaques de guidage (11) ayant la forme de triangles inversés ayant une moitié inférieure et formées, au moins dans ladite moitié inférieure, d'une surface courbe (11a), et disposées autour dudit axe central dudit élément conique (10) des des intervalles angulaires égaux dans des directions où les surfaces courbes (11a) desdites plaques de guidage 8. Un élémeflt redresseur selon la revendication 7, dans lequel ledit certain nombre de plaques de guidage (11) est de quatre à six.