Brevet FR2696361A1 — publié le 19940408

Séparateur à cyclone L'invention concerne un séparateur à cyclone comportant une entrée tangentielle des gaz bruts, une sortie des gaz épurés en haut et une sortie des matières solides se trouvant en bas. Dans les séparateurs à cyclone connus de ce genre, il apparaît, juste derrière l'entrée, ce qu'on appelle un écoulement à pincement; le déplacement ainsi créé de l'écoulement tourbillonnaire donne des mélanges qui ne sont pas souhaitables. L'invention, élimine ces inconvénients; l'invention perfectionne un séparateur à cyclone du type indiqué plus haut de manière à obtenir un effet meilleur de séparation, tout en diminuant les pertes de charge. 15 Il est prévu, conformément à l'invention, de constituer l'entrée en un canal d'entrée en spirale, ouvert vers le séparateur à cyclone et d'une hauteur qui diminue et d'une largeur qui augmente vers l'extrémité du canal Par conséquent, l'axe médian longitudinal du canal d'entrée n'est pas à peu près dans un plan perpendiculaire au séparateur à cyclone L'axe médian longitudinal du canal d'entrée suit une ligne en spirale dont la distance à l'extrémité supérieure du séparateur cyclone augmente peu à peu On est sûr ainsi que le déplacement, qui apparaît sous l'effet de l'entrée des gaz bruts, est supprimé ou n'a lieu que dans une mesure qui n'a plus d'effet en pratique. Avantageusement, le canal d'entrée est délimité en haut et en bas par des parois obliques, de sorte que, dans le cas d'une section transversale au moins sensiblement trapézoïdale du canal, le plus long des deux côtés parallèles 5 (imaginaires) du trapèze soit du côté du séparateur Cette disposition contribue également à s'opposer au mélange indiqué précédemment. Mais avantageusement, on choisit une forme en spirale qui (lorsqu'on regarde le séparateur à cyclone selon une vue en plan) n'entoure sensiblement au maximum que sur environ 3600 le corps du séparateur à cyclone, et ce de telle sorte qu'en direction de l'extrémité du canal d'entrée, la hauteur du canal diminue jusqu'à s'annuler La première partie du canal d'entrée, qui entoure le séparateur sur un angle de 1800, a une section transversale sensiblement constante. Il faut mentionner qu'une forme trapézoïdale stricte n'est pas une exigence impérative et que, au contraire, on peut donner également une forme arrondie aux parois latérales inférieure ou supérieure du canal d'entrée. En outre il est avantageux que la partie supérieure ou le couvercle du séparateur à cyclone ne soit pas disposé horizontalement au-dessus du canal d'entrée Bien mieux, afin d'éviter des forces de frottement et un écoulement secondaire produit par ces forces et dirigé vers l'intérieur à proximité du couvercle, il est avantageux de donner à l'enveloppe du séparateur à cyclone une forme se rétrécissant coniquement vers le haut, dans la partie supérieure, de préférence dans la partie du canal d'entrée en spirale. L'invention vise en outre à améliorer et à modifier le tube plongeur de manière à satisfaire ainsi pour l'essentiel à l'exigence, indiquée plus haut, d'un meilleur effet de séparation Pour satisfaire à ces exigences, le tube plongeur reçoit une forme déterminée en coupe transversale, et ce de préférence de telle sorte que la section transversale du tube plongeur soit égale approximativement à 1,5 à 2 fois la section transversale d'entrée du canal d'entrée Il peut être également avantageux de munir l'extrémité inférieure du tube plongeur, d'évidements en5 forme de fente qui sont ouverts sur le bord et qui s'étendent au moins approximativement en direction du tube plongeur. Leur largeur peut diminuer vers le haut. Ces modifications pour le tube plongeur ont essentiellement les effets avantageux suivants: La répartition des vitesses radiales dirigées vers l'intérieur et surtout la réduction des grandes vitesses d'écoulement en direction de l'entrée du tube plongeur et la réduction, qui y est liée, de l'entraînement de particules grossières. Dans l'ensemble, on obtient une réduction du diamètre des grains de matière séparés Le diamètre des grains de matière séparés diminue continûment pour les fractions de gaz, qui s'évacuent dans le tube plongeur par la présence desdits évidements, et en outre pour les fractions de gaz, qui s'évacuent par l'ouverture inférieure de la partie rétrécie On obtient un diamètre minimum, nettement plus petit, des grains de matière séparés. En outre, la composante de tourbillonnement, qui augmente la perte de charge, dans le tube plongeur est supprimée par le fait que les effets de tourbillonnement sont freinés radialement par des courants de gaz qui pénètrent dans les évidements Il est important que ce redressement avantageux de l'écoulement puisse être obtenu sans effet de frottement supplémentaires néfastes sur les parois, mais par les moyens d'actions cinétiques de l'écoulement divisé. De préférence, le canal d'entrée est délimité en haut et en bas par des parois obliques, de sorte que, pour une section transversale au moins sensiblement trapézoïdale du canal, le plus long des deux côtés parallèles du trapèze35 soit du côté du séparateur. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'un séparateur à cyclone; la figure 2 représente, à plus grande échelle, le séparateur à cyclone de la figure 1, à savoir sa moitié supérieure, dont la partie de droite est représentée en coupe; la figure 3 est une vue en élévation d'une variante; et la figure 4 est une vue en projection en plan du séparateur de la figure 3. Le carter du séparateur cyclone est constitué essentiellement d'une partie supérieure 1 qui se rétrécit vers le haut en ayant une forme conique, d'une partie cylindrique 2 qui fait suite à la précédente vers le bas, et d'une partie inférieure 3 également conique de même dimension que la partie 1 et comportant une tubulure 4 en position20 basse, servant de sortie pour les matières solides En position centrée par rapport aux parties 1 à 3 est disposé, à l'intérieur du carter, un tube plongeur approximativement cylindrique 5, qui s'étend sensiblement sur les parties 1 et 2 et qui possède, à sa partie supérieure, une tubulure 6 servant de sortie pour les gaz épurés. En 7 se trouve une entrée pour les gaz bruts, qui est formée d'un canal ou serpentin d'entrée 8 de forme trapézoïdale en coupe transversale, ce canal entourant la partie 1 en spirale du haut (bord supérieur de la partie 1) au bord inférieur de la partie 1 lorsqu'on regarde le séparateur à cyclone de la figure, sur environ 2700 comptés circonférentiellement (vue en plan du séparateur), mais on peut également choisir un enroulement sur environ 300 à 3300. Le serpentin d'entrée 8 est posé dans une certaine mesure sur la partie 1, mais est ouvert en direction de l'intérieur du séparateur (voir également la représentation en coupe de la figure 2, moitié de droite). Au point d'entrée 7, qui s'étend tangentiellement au séparateur, le canal d'entrée 8 a, pour une section transversale trapézoïdale, une hauteur H, ainsi qu'une grande largeur bl et qu'une petite largeur b 2 Ces dimensions se modifient constamment en direction de la ligne médiane 9. Alors que le canal d'entrée a, dans la vue en coupe (moitié de droite de la figure 2), encore une hauteur h (H est supérieure à h) et de grandes largeurs Bl et B 2, mais toujours une forme trapézoïdale, le canal d'entrée 8 devient, à la ligne médiane 9, simplement la paroi conique de la partie 1 Cette forme particulière du canal d'entrée 8 donne une entrée extrêmement douce, sans effet discontinu de15 déplacement, de rupture et de mélange. L'extrémité inférieure du tube plongeur 5 s'étend en outre jusqu'au bord supérieur de la partie 3 et au-delà de la zone de la partie 2, en ayant des fentes 10 ouvertes sur le bord et dont la largeur diminue peu à peu vers la partie 1 Ces fentes 10 produisent l'effet mentionné de réduction du tourbillonnement. Dans le séparateur à cyclone des figures 3 et 4, la partie supérieure 1 est remplacée par une partie cylindrique 11 Mais dans ce cas également, la zone d'entrée en 7 est trapézoïdale; jusqu'à la ligne médiane 9, la hauteur H diminue peu à peu jusqu'à zéro, tandis que les largeurs augmentent conformément aux figures 1 et 2 En outre, la forme de réalisation des figures 3 et 4 a également une tubulure d'entrée 12 installée en amont qui améliore l'entrée30 tangentielle. Le diamètre intérieur du tube plongeur 5 est environ 1,5 fois plus grand que celui du canal d'entrée 8 au point 7. En outre, les sections transversales du canal d'entrée 8 sont également choisies de préférence de sorte que 6 2696361 la section transversale de ce canal ne diminue pas sensiblement (par exemple pour la première zone circonférentielle de 180 ), en dépit des variations indiquées de largeur et de hauteur; après que le canal d'entrée5 s'enroule sur 1800, il s'étend d'une manière tout à fait progressive vers le haut et vers le bas Comme cela est mentionné la hauteur du canal d'entrée 8 diminue jusqu'à s'annuler au niveau de la ligne médiane 9. REVENDICATIONS 1 Séparateur à cyclone comportant une entrée tangentielle des gaz bruts, une sortie des gaz épurés, en haut, formée d'un tube plongeur centré dans le séparateur, et une sortie des matières solides se trouvant en bas, caractérisé par le fait que l'entrée pour les gaz bruts est formée d'un canal d'entrée ( 8), qui est ouvert vers le séparateur et qui a une forme en spirale, et une largeur qui augmente et une hauteur qui diminue vers l'extrémité du canal. 2 Séparateur à cyclone suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le canal d'entrée ( 8) est délimité en haut et en bas par des parois obliques, de sorte que, pour une section transversale au moins sensiblement trapézoïdale du canal, le plus long des deux côtés parallèles du trapèze soit du côté du séparateur. 3 Séparateur à cyclone suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le canal d'entrée ( 8) entoure le séparateur sur environ 3600 C au maximum. 4 Séparateur à cyclone suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le canal d'entrée ( 8) entoure le séparateur sur environ 2700. Séparateur à cyclone suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la première partie du canal d'entrée ( 8), qui entoure sur un angle de 1800 le séparateur, a une section transversale sensiblement constante. 6 Séparateur à cyclone suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie supérieure ( 1) du séparateur se rétrécit vers le haut en ayant une forme5 conique. 7 Séparateur à cyclone suivant la revendication 1 ou 6, caractérisé par le fait que le canal d'entrée ( 8) s'étend pratiquement sur toute la hauteur de la partie conique ( 1) ou tronconique. 8 Séparateur à cyclone suivant les revendications 1, 6 ou 7, caractérisé par le fait que le tube plongeur ( 5) s'étend sur la hauteur de la partie conique ( 1) ou tronconique et d'une partie cylindrique ( 2), qui se raccorde vers le bas à la partie conique, du carter du séparateur. 9 Séparateur à cyclone suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube plongeur ( 5) comporte, à son extrémité inférieure, des évidements ( 10) ouverts sur le bord. Séparateur à cyclone suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que les évidements ( 10) s'étendent sous la forme de fentes au moins sensiblement dans la direction du tube plongeur ( 5). 11 Séparateur à cyclone suivant la revendication , caractérisé par le fait que la largeur des fentes diminue vers le haut. 12 Séparateur à cyclone suivant la revendication 1 et 2, caractérisé par le fait qu'à l'extrémité du canal, le plus court des deux côtés parallèles du trapèze coïncide avec la paroi extérieure du carter du séparateur. 13 Séparateur à cyclone suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre du tube plongeur est égal à environ 1,5 à 2 fois la section transversale du canal d'entrée au point d'entrée ( 7) de ce canal.