Brevet FR2813203A1 — publié le 20020301

L'invention concerne une grille de séparation mécanique comportant plusieurs profilés d'entrée et profilés de séparation s'étendant parallèlement entre eux, deux profilés voisins formant une fente d'écoulement pour un fluide gazeux et à un premier plan de profilés, qui est formé par des profilés d'entrée fermés, sensiblement arrondis, faisant suite au moins deux autres plans de profilés situés derrière dans le sens d'écoulement, qui sont formés par des profilés de séparation sensiblement arrondis, ouverts vers le sens d'écoulement, et chaque profilé de séparation étant positionné derrière une fente d'écoulement du plan de profilés situé devant. On connaît différentes formes de profil pour des grilles de séparation mécaniques, une géométrie très simple du profil étant angulaire. Aussi bien les profilés d'entrée que les profilés de séparation présentent une géométrie angulaire du profil, le coude des profilés d'entée étant dirigé dans le sens d'écoulement, et les profilés de séparation étant disposés, dans le sens opposé au sens d'écoulement, chacun derrière une fente d'écoulement des profilés d'entrée situés devant. La grille de séparation mécanique, qui est réalisée de préférence en tant que module d'absorption de poussière et d'eau, élimine les particules de poussière, les gouttelettes d'eau, les insectes et la neige, des courants d'air. L'exploitation des résultats de la recherche fondamentale et l'optimisation aérodynamique du contour des grilles, assistée par ordinateur, ont conduit à développer des grilles de séparation d'un type nouveau. Sous l'effet d'une forte accélération et de la déviation de la retenue devant un espace mort, du point de vue de l'écoulement, d'importantes forces centrifuges agissent sur des particules transportées par le courant d'air, qui conduisent à des degrés élevés de séparation de la poussière et du liquide. La forme sans décollement du contour de la grille garantit de faibles coefficients de perte de charge totale, et la production d'un bruit aérodynamique réduit. Des études sur modèles concernant les degrés de séparation, les pertes de charge totale et les niveaux de pression de bruit, pour une arrivée droite et oblique du courant, ont été menées par comparaison avec des grilles de séparation classiques. Des études conduites sur des caissons d'aspiration d'origine de véhicules moteurs en soufflerie, et un grand nombre d'essais de fonctionnement ont conduit finalement à des géométries de profil de grille de plus en plus aérodynamiques. Le document WO 99/28011 indique un exemple de réalisation. Les longueurs de construction de ces profilés de grilles aérodynamiques sont limitées du fait de problèmes de rigidité. Si les profilés sont trop longs, il se produit des problèmes d'oscillation en raison de la moins grande rigidité, qui entraînent des degrés de séparation moindres et une moins longue durée de vie de la grille de séparation. L'invention a donc pour but d'indiquer une grille de séparation mécanique du type précité qui permette, outre une géométrie aérodynamique optimisée du profil de grille, une réalisation avec de plus grandes longueurs de profilés, sans que des problèmes d'oscillation ne se produisent. La solution suivant l'invention à ce problème consiste en une grille de séparation mécanique telle que les profilés d'entrée sont reliés, par une entretoise, aux profilés de séparation situés derrière, dans le sens d'écoulement, du troisième plan de profilés. Les avantages de cette forme de réalisation résident dans le fait qu'en reliant des profilés situés les uns derrière les autres, on obtient une plus grande rigidité de la grille profilée, sans qu'il se produise des pertes notables du degré de séparation. On obtient même parfois de meilleures valeurs. Le profil d'un profilé d'entrée est convexe sur le côté d'entrée ; il présente, aux points d'intersection avec le plan des sections de fente d'entrée les plus étroites, un bord profilé avec un angle d'environ 80 , et est formé, à partir de là, par deux bords profilés concaves, qui se prolongent, au point de contact tangentiel, par l'entretoise qui est perpendiculaire aux plans de profilés. Les profilés de séparation-du deuxième plan, de même que ceux du troisième plan, sont symétriques par rapport à leurs axes situés dans le sens d'écoulement et forment chacun deux branches dont les extrémités libres forment une fente de séparation. Les entretoises passent par la fente de séparation des profilés de séparation du troisième plan de profilés, et se relient à ceux-ci dans leurs lignes de sommet. Grâce à ce type de réalisation, les pertes de charge aérodynamique ne sont que peu influencées par l'entretoise située dans le sens d'écoulement. Les profilés de séparation du troisième plan de profilés correspondent essentiellement à des segments de cercle qui présentent un angle d'environ 135 . Les extrémités de branche des profilés de séparation du troisième plan de profilés se plient sous un angle de 80 vers l'intérieur et forment ainsi un angle d'environ 45 par rapport au sens d'écoulement. En outre, les extrémités repliées des branches de profilé de séparation du troisième plan de profilés présentent un parcours parallèle aux branches opposées des profilés de séparation du deuxième plan de profilés, qui sont formées aussi de segments de cercle et présentent un angle d'environ 290 . Les extrémités de branche du deuxième plan de profilés sont surépaissies vers l'intérieur, ce qui améliore encore le degré de séparation. Une autre forme de réalisation de l'invention, qui sert aussi à améliorer le degré de séparation, consiste en une saillie qui s'étend dans le deuxième plan de profilés, côté intérieur et le long de la ligne de sommet, toujours en direction de l'ouverture du profilé. Les contours extérieurs des branches, formant une paire, des profilés de séparation du deuxième plan de profilés, sont sensiblement en forme de cercle et correspondent vers leurs lignes de sommet à des droites tangentielles, ce qui fait que le contour extérieur de chaque profilé de séparation forme un angle d'environ 120 , sur le côté opposé au sens d'écoulement. De préférence, l'angle au sommet est légèrement arrondi. Du fait de cette forme en goutte, la zone de décollement de l'écoulement, appelée aussi zone d'eau morte, diminue avec ses tourbillons, ce qui a pour effet de réduire les pertes de charge. L'écartement entre les profilés d'entrée, qui forme la fente d'entrée, est inférieur à l'ouverture qui forme la fente de séparation des profilés de séparation situés derrière. De ce fait, les particules dont les angles d'entrée dans la grille profilée s'écartent légèrement de la direction d'entrée verticale, sont néanmoins captés encore par les profilés de séparation du deuxième plan de profilés. De préférence, l'écartement entre les profilés d'entrée, qui forme la fente d'entrée, est environ égal à 2/3 de l'ouverture qui forme la fente de séparation des profilés de séparation situés derrière. La largeur des profilés de séparation du troisième plan de profilés représente de préférence environ 2/3 de la largeur des profilés d'entrée. Mais on peut imaginer aussi d'autres rapports des grandeurs des profilés de séparation aux profilés d'entrée et des fentes d'écoulement aux ouvertures des profilés. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide d'une forme de réalisation préférée, représentée sur le dessin. La représentation montre sur la fig. 1, une vue en coupe du profil de la grille de séparation mécanique suivant l'invention. La vue en coupe du profil, représentée sur la fig. 1, d'une grille de séparation se compose de trois plans de profilés. Le premier plan de profilés est constitué de profilés d'entrée 1 fermés, sensiblement arrondis, le deuxième plan de profilés, situé derrière, est constitué de profilés de séparation 2 sensiblement arrondis, ouverts vers le sens d'écoulement, et le troisième plan de profilés, situé derrière le deuxième plan de profilés, est également constitué de profilés de séparation 3 sensiblement arrondis, ouverts vers le sens d'écoulement. Les profilés de séparation 2 du deuxième plan de profilés sont positionnés dans chaque cas, au milieu, derrière une fente d'écoulement 24 du plan situé devant. Les profilés de séparation 3 du troisième plan de profilés sont disposés derrière les profilés d'entrée 1, dans le sens d'écoulement 30. Les profilés d'entrée 1 sont reliés entre eux par des entretoises 8, aux profilés de séparation 3 du troisième plan de profilés. Le profil de chaque profilé d'entrée 1 est convexe sur son côté d'entrée 4 ; il présente, aux points d'intersection avec le plan des sections d'entrée les plus étroites, un bord profilé 5 avec un angle d'environ 80 , et est formé à partir de là, par deux flancs profilés 6 concaves, qui se prolongent au point 7 de contact tangentiel, par l'entretoise 8 qui est perpendiculaire aux plans de profilés. Les profilés de séparation 2 et 3 forment chacun deux branches respectivement 11 et 17 dont les extrémités libres 14 et 18 forment les fentes de séparation 25, 26. Les entretoises 8 passent par la fente de séparation 26 des profilés de séparation 3 du troisième plan de profilés et sont reliées à ceux-ci, au point 9 dans les lignes de sommet. Les liaisons présentent dans ce cas chacune deux rayons 10, dont la dimension correspond à peu près à l'épaisseur de l'entretoise. Les branches 11, qui forment une paire, des profilés de séparation 3 du troisième plan de profilés donnent des segments de cercle qui présentent un angle d'environ 135 . Les deux branches 11 des profilés de séparation 3 du troisième plan de profilés présentent chacune un bord profilé 12 qui forme un angle d'environ 80 et auquel se raccorde une extrémité de branche 14 qui se situe dans un angle d'environ 45 par rapport au sens d'écoulement 30. Les branches 17, formant une paire, des profilés de séparation 2 du deuxième plan de profilés, donnent des segments de cercle qui présentent un angle d'environ 290 . Les branches 17 des profilés de séparation 2 du deuxième plan de profilés présentent, à leurs extrémités de branche 18, des surépaisseurs dirigées vers l'intérieur, qui sont en contact tangentiel dans un plan, avec les points 7. En outre, les profilés de séparation 2 du deuxième plan de profilés présentent, côté intérieur et le long de leurs lignes de sommet, une saillie 19 qui s'étend en direction de l'ouverture de profilé 25. Cette saillie est de préférence parabolique et présente, au droit de sa liaison, deux rayons 20 dont la dimension correspond à peu près à la moitié de l'épaisseur de l'entretoise. Les contours extérieurs, sensiblement circulaires, des branches 17 des profilés de séparation 2 du deuxième plan de profilés, constituent, vers leurs lignes de sommet, des droites tangentielles 22, ce qui fait que le contour extérieur de chaque profilé d'écartement 2 forme un angle d'environ 120 , sur le côté tourné à l'opposé du sens d'écoulement. Le sommet 21 de l'angle est légèrement arrondi. De préférence, son rayon correspond approximativement à 1,5 fois l'épaisseur de l'entretoise. L'écartement, qui forme la fente d'entrée 24, entre les profilés d'entrée 1, est environ égal à deux tiers de l'ouverture formant la fente de séparation 25, des profilés de séparation 2 situés derrière, et la largeur des profilés de séparation 3 du troisième plan de profilés correspond environ à 2/3 de la largeur des profilés d'entrée 1. La section de fente d'écoulement 27, 28, 29 des deux côtés du profilé de séparation 2 du deuxième plan de profilés est la plus grande côté entrée entre les extrémités de branche 18 et les flancs de profilé 6, au point 27. Elle se rétrécit en continu dans le sens d'écoulement. Dans le plan de la largeur maximale des profilés de séparation 2 du deuxième plan de profilés, la section de fente d'écoulement atteint au point 28 sa plus petite valeur. A partir de ce plan, la section de fente d'écoulement s'élargit en continu conjointement avec la section qui commence ici de la fente de séparation 26. Au sommet 15 des extrémités de branche 14, la section de fente d'écoulement se sépare à nouveau de la fente d'écoulement 26, qui prend à cet endroit sa largeur maximale, et augmente en continu, jusqu'à ce qu'elle prenne sa valeur maximale, côté sortie, au point situé entre le bord profilé 12 et la droite tangentielle 22 opposée. Le principe d'action de la grille de séparation mécanique est décrit ci-après L'air chargé de particules s'écoule dans le sens d'écoulement 30 dans les fentes d'entrée 24 ; il est dévié des espaces morts 23 des profilés de séparation 2 du deuxième plan de profilés, et pénètre, des deux côtés du profilé de séparation 2 du deuxième plan de profilés, dans les fentes d'écoulement, au point 27. A cet endroit, l'air chargé de particules est accéléré par un rétrécissement de la fente d'écoulement dans la fente d'écoulement en arc, ce qui fait qu'au point 28, est atteinte la vitesse maximale et qu'ainsi la force centrifuge maximale agit sur les particules. A partir du point 28, le contour extérieur de la section de fente d'écoulement quitte sa trajectoire en arc, sur une droite tangentielle, qui est formée par l'entretoise 8. Pour la deuxième fois, l'air, entre-temps moins chargé de particules, est dévié devant un espace mort 16 des profilés de séparation 3 du troisième plan de profilés, et pénètre dans la zone de fente d'écoulement 29, quitte celle-ci au point situé entre les bords profilés 12 et les droites tangentielles 22 opposées des profilés de séparation 2 du deuxième plan de profilés, et sort enfin, à l'état épuré, de la grille profilée, dans la zone du troisième plan de profilés. La force centrifuge des particules fait que celles-ci ne peuvent suivre le courant d'air dévié, et qu'elles sont projetées à la manière d'un projectile dans les espaces morts 16, 23 et perdent à cet endroit leur énergie cinétique, du fait d'un rebondissement multiple sur les parois intérieures, elles retombent dans les espaces morts 16, 23 sous l'effet de leur force de gravité et sont ainsi séparées de l'air. REVENDICATIONS 1. Grille de séparation mécanique comportant plusieurs profilés d'entrée (1) et profilés de séparation (2, 3) s'étendant parallèlement entre eux, deux profilés voisins formant une fente d'écoulement pour un fluide gazeux et à un premier plan de profilés, qui est formé par des profilés d'entrée (1) fermés, sensiblement arrondis, faisant suite au moins deux autres plans de profilés situés derrière dans le sens d'écoulement, qui sont formés par des profilés de séparation (2, 3) sensiblement arrondis, ouverts vers le sens d'écoulement, et chaque profilé de séparation (2, 3) étant positionné derrière une fente d'écoulement (24, 28) du plan de profilés situé devant, caractérisée en ce que les profilés d'entrée (1) sont reliés, par une entretoise (8), aux profilés de séparation (3), situés derrière dans le sens d'écoulement, du troisième plan de profilés. 2. Grille de séparation mécanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil d'un profilé d'entrée (1) est convexe sur le côté d'entrée (4), présente, aux points d'intersection avec le plan des sections de fente d'entrée (24) les plus étroites, un bord profilé (5) avec un angle d'environ 80 , et est formé, à partir de là, par deux flancs profilés (6) concaves, qui se prolongent, au point (7) de contact tangentiel, par l'entretoise (8) qui est perpendiculaire aux plans de profilés. 3. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les profilés de séparation (2, 3), partagés suivant l'axe de symétrie, forment chacun deux branches (respectivement 17 et 11), et en ce que deux extrémités de branche (respectivement 18 et 14) libres, formant une paire, forment des fentes de séparation (25, 26). 4. Grille de séparation mécanique selon la revendication 3, caractérisée en ce que les entretoises (8) passent par la fente de séparation (26) des profilés de séparation (3) du troisième plan de profilés, et sont reliées dans les lignes de sommet, avec ceux-ci, en un point (9). 5. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les branches (11), formant une paire, des profilés de séparation (3) du troisième plan de profilés, donnent des segments de cercle qui présentent un angle d'environ 135 . 6. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les extrémités de branche (14), formant une paire, des profilés de séparation (3) du troisième plan de profilés, se plient vers l'intérieur sous un angle d'environ 80 , et forment un angle d'environ 45 par rapport au sens d'écoulement (30). 7. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les branches (17), formant une paire, des profilés de séparation (2) du deuxième plan de profilés, donnent des segments de cercle qui présentent un angle d'environ 290 . 8. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que les extrémités de branche (18), formant une paire, des profilés de séparation (2) du deuxième plan de profilés, sont surépaissies vers l'intérieur. 9. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les profilés de séparation (2) du deuxième plan de profilés présentent, côté intérieur et le long de leurs lignes de sommet, une saillie (19) qui s'étend en direction de l'ouverture de profilé (25). 10. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisée en ce que les contours extérieurs des branches (17), formant une paire, des profilés de séparation (2) du deuxième plan de profilés, sont sensiblement en forme de cercle et se présentent, vers leurs lignes de sommet, conformément à des droites tangentielles (22), ce qui fait que le contour extérieur de chaque profilé de séparation (2) forme un angle d'environ 120 sur le côté opposé au sens d'écoulement. 11. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'écartement entre les profilés d'entrée (1), qui forme la fente d'entrée (24), est inférieur à l'ouverture qui forme la fente de séparation (25), des profilés de séparation (2) situés derrière dans le sens d'écoulement. 12. Grille de séparation mécanique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'écartement entre les profilés d'entrée, qui forme la fente d'entrée (24), est environ égal à 2/3 de l'ouverture qui forme 1a fente de séparation (25) des profilés de séparation (2) situés derrière dans le sens d'écoulement. 13. Grille de séparation mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la largeur des profilés de séparation du troisième plan de profilés (3) représente environ 2/3 de la largeur des profilés d'entrée (1).