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"Perfectionnements aux procédés de séparation des matières solides de différents poids spécifiques ."
La présente invention concerne la séparation des matières solides de différents poids spécifiques, telles que le charbon ou les pierres ou les minerais et les gangues, et se réfère aux types de procédés dans lesquels on utilise la pression de l'air ou d'un autre fluide gazeux, cette pression étant appliquée aux mati'ères disposées sous forme d'une couche ou d'une masse sur un support approprié, de façon à désagréger cette masse et à provoquer la strati- fication des matières qui la constituent d'après leurs poids spécifiques .
Un objet important de l'invention consiste à perfec- tionner ou à augmenter l'effet élévatoire sur la couche @
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ou la masse des matières et à provoquer ainsi des effets de séparation plus efficaces , ce résultat étant obtenu par un mode d'application perfectionné du principe de l'application statique de la pression décrit dans un brevet belge précédent du même inventeur n 341528 du 24 Mai 1928 et qui permet de séparer les matières d'a- près leurs poids spécifiques quelles que soient les dimensions des particules .
Dans ce brevet précédent on a montré qu'un effet élévatoire très avantageux et sur la couche ou la masse des matières dont les particules ont des dimensions quel- conques et dont les poids spécifiques sont différents , peut'être obtenu par l'utilisation d'une pression stati- que utilisée sous forme pulsatoire et appliquée à la couche de matières, l'application de cette pression avec une rapidité suffisante de pulsations donnant une stratification plus efficace des matières, ou'une pres- sion appliquée d'une manière uniforme en donnant une "fluidité" ou une désagrégation meilleure de la couche et en supprimant les risques de passage des gaz à travers la couché .Il s'ensuit que tout perfectionne- ment des conditions d'application de la pression pul- satoire permettra de perfectionner encore davantage l'action de stratification .
Une étude des conditions pulsatoires pneumatiques dans la boite à vent de l'appareil décrit dans le brevet du même inventeur ci-dessus mentionné a révélé que le caractère des pulsations de la pression se conforme aux lois des ondes sonores .On comprendra que dans les condi- tions de fonctionnement décrits dans ce brevet , l'ou-
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verture de l'appareil pulsatoire provoque la formation d'une onde de condensation à la sortie de l'appareil , cette onde se propageant sur toute la longueur de la boite à vent avec la vitesse de son ,cette onde étant suivie par une raréfaction d'après le principe bien connu .
L'onde ainsi produite est réfléchie par toute surface qu'elle rencontre dans le sens déterminé par l'an- gle formé par la surface réflectrice avec la ligne de propagation de l'onde .Toutefois ,si la boite à vent à une forme rectangulaire dans la direction de déplacement de l'onde, de telle manière que la paroi de la boite qui se trouve en face de l'appareil pulsatoire soit plane et perpendiculaire à cette direction, l'onde réfléchie retour- nera directement à l'appareil pulsatioire et sera de nou- veau réfléchie par celui-ci en répétant cette course comme précédemment .
Dans une telle boite à vent , si on n'ap- plique qu'une seule impulsion , l'onde se déplacera en arrière et en avant sur toute la longueur de la boite à vent jusqu'à ce qu'elle soit amortie par la viscosité de l'air et par les autres pertes par friction.Toutefois , si les impulsions sont appliquées périodiquement à une fréquence telle que chaque impulsion soit réglée de ma- nière à coïncider avec l'onde réfléchie créée par l'im- pulsion précédente , cette onde sera renforcée et traver- sera de nouveau la (boite à,vent avec une amplitude plus grande due à la superposition d'une onde sur l'autre.
De cette manière, on peut établir dans la boite à vent des conditions de résonnance .Il est évident que si la boite à vent à une forme défectueuse , et plus particulièrement si la paroi située en face de l'appareil pulsatoire ne forme pas un angle droit avec l'axe de l'onde, ou encore si elle ne forme pas une surface plane, les ondes ne seront pas
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réfléchies directement en arrière et en avant, mais seront décalées en créant une confusion et en rendant impos- sible un renforcement satisfaisant de l'effet pulsatoire qui a été décrit ci-dessus .
De ces considérations , on déduit qu'il est posai- ble d'établir ,dans la boite à vent,des variations de pression d'une amplitude considérable et de haute fré- quence.I,es expériences ont montré que la stratifica- tion des matières répand avec une grande sensibilité à cette amplitude plus forte de la pression vibratoire et que cela donne lieu à dee désagrégations ou une fluidification très sensiblement perfectionnée de la couche des matières en traitement ainsi qu'à une action de stratification bien meilleure, sans que l'air ait tendance à passer à travers la couche et à gêner les conditions de stratification désirées .
Ainsi , d'après la présente invention , la sépara- tion des matières est obtenue dans des conditions de pression pneumatiques comprenant la superposition des ondes de pression l'une à l'autre en synchronisme, chaque onde étant amplifiée par la superposition des autres ondes , de manière à établir des conditions de pression pulsatoire dans lesquelles l'amplitude de vibration ou le degré de variation de pression est aussi grand que possible.En pratique , on a trouvé possible de cette ma- nière d'obtenir un très haut degré de résonance .
Si on ne juge pas désirable d'appliquer les pulsa- tions avec la fréquence aussi élevée que celle des oscil- lations de l'air de la boite à vent , le renforcement ou l'amplification peut avoir lieu au second ou même à un autre retour quelconque de l'onde calculé de telle manière que chaque impulsion soit réglée de manière à
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se joindre à l'onde au moment où elle arrive à l'appareil pulsatoire. Dans ce cas, l'amplitude des fluctuations de la pression ne sera pas maintenue à un degré aussi élevé que ce serait le cas si l'on renforçait chaque onde de re- tour .Il se produira donc des réductions successives d'ampli- tude à chaque réflexion entre une des ondes de renforcement et la suivante .Dans ces conditions on obtient néanmoins un effet de stratification très efficace .
Afin de posséder les conditions ci-dessus mentionnées, l'appareil de séparation d'après l'invention comprend une boite à vent d'une section uniformet aussi rectangulaire que possible dans la direction de déplacement des ondes com- primées ,son extrémité la plus éloignée opposée à l'appa- reil pulsatoire ayant une forme rigoureusement plane et étant disposée à angle droit par rapport à cette direction de déplacement des ondes , ce qui permet de réfléchir les ondes vers l'appareil pulsatoire sans déflexion où distortion.
La longueur de la boite est calculée de telle manière en fonction de la fréquence de pulsation que les impulsions soient appliquées périodiquement , aux moments voulus pour renforcer les ondes réfléchies dans la boite à vent à leur retour vers la source qui produit les ondes .lorsqu'on applique l'invention avec un appareil du type décrit dans le brevet du même inventeur ci-dessus mentionné , la cons- truction de la boite à vent sera modifiée ou cette boite sera remplacée par uneautre construite de manière à satis- faire à ces conditions perfectionnées d'après l'invention.
Il est important que le fonctionnement de l'appareil pulsatoire soit cotrectement calculé .Si le règlage est incorrect, les impulsions données par l'appareil ne seront plus synchrones avec l'arrivée débondes réfléchies à l'ap- pareil pulsatoire et lerenforcement de l'ondene ...........
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sera pas obtenu : Au contraire , l'amplitude maximum de chaque onde sera celle due à une seule impulsion et chaque onde sera étouffée ainsi après un nombre élevé de réflexions.En outre , l'existence de plusieurs ondes dans la boite à vent à tout moment et non en phase l'une avec l'autre aurait pour résultat des troubles plus ou moins graves- dans la fluctuation de pression en raison de la cotncidence des noeuds de certaines ondes avec les ventres des autres .
Ceci aurait pour résultat de réduire l'amplitude des variations de pression.
La formule qui donne la fréquence de pulsation peut être obtenue de la manière suivante :
Si la longueur de la boite à vent est de I mètres et la vitesse de son dans l'air à la température qui existe dans la boite est de v mètres par seconde, le temps de déplacement d'une onde de compression du pulsa- teur vers l'extrémité opposée de la boite à vent et de retour au pulsateur sera de 2.1 secondes .Si l'onde effec- v tue n retours avant l'ouverture de l'appareil pulsatoi- re, le temps qui s'écoulera sera de n x 2.1 secondes v c'est à dire que les pulsations doivent être appliquées après chaque n x 2.1 secondes et qu'elles doivent se
V produire à un e fréquence de v par seoonde.Ceci défi-
2n.
1 nit la fréquence de pulsation si le renforcement dé l'onde se produit après chaque n retour .Le nombre n peut être égal à l'unité ou à tout au tilt 8 nombre entier d'après les considérations mécaniques et le type de l'appareil pulsatoire utilisé . La boite à vent doit avoir une longueur considérable puisque sans cela la fréquence de l'appareil pulsatoire serait trop élevée pour pouvoir être obtenue en pratique .
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On a également trouvé que plus les pulsations peu- vent être uniformément produites sur toute la section transversale de la boite à vent ,plus l'on se rapproche des conditions d'une vraie résonance dans le fonction- nement de l'appareil de séparation.Donc,la raideur de front des ondes et leur courte durée constituent des facteurs importants .Les résultats les plus avan- tageux dans un fonctionnement pratique ont été obtenus avec un appareil pulsatoire muni d'une série d'orifi- ces à soupapes disposés dans la paroi du fond de la boi- te à vent et comprenant une série de soupapes fonction- nant de manière à masquer et à démasquer des orifices donnés à des intervalles de temps successifs.Les soupa- pes peuvent être du type à tiroirs rotatifs,à palettes rotatives,à clapets oscillants,coulissants,
etc...... et plue la construction de l'appareil pulsatoire peut être amené en pratique à présenter une surface plane normale aux ondes réfléchies par l'extrémité opposé de la boite à vent , meilleur sera le résultat obtenu.
On peut remarquer en outre qu'en utilisant l'ap- pareil pulsatoire qui a été décrit dusqu'à présent, les impulsions et le volume de l'air fourni pour empêcher la diminution de pression due aux fuites à travers la couche des matières, peuvent être fournis simultané- ment pendant une seule opération par l'action combinée d'un ventilateur ou d'un autre appareil de soufflage approprié et du pulsateur .Toutefois il doit être en- tendu que ces impulsions ne dépendent pas de l'excès de la pression moyenne par rapport à la pression atmos- phérique et peuvent , par conséquent , être fournies
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par une source séparée .
Sur les dessins annexés on a représenté à titre d'exemple un appareil comportant un dispositif pulsatoire à diaphragme;ou à piston destiné à fonctionner d'après la présente invention .On a représenté également d'autres exem ples de construction:
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil de séparation comprenant un appareil pulsatoire du type à diaphragme ou à piston .
La figure 2 est une coupe transversale faite par la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 1 d'un appareil comprenant un dispositif pulsatoire du type à écrans rotatifs .
La figure 4 est une vue analogue d'un appareil sépara- teur muni d'un dispositif pulsatoire à plusieurs clapets .
La figure 5 est une coupe faite par la ligne 5-5 de la figure 4 , et , les figures 6 à 8 montrent d'autres formes de dispo- sitifspulsatoires .
Sur les dessins , la construction de la table de séparation a n'est pas représentée en détail . On suppose- ra que cette table est semblable à celle décrite dans le brevet belge du même inventeur déposé le 24 Mai 1928 pour "Appareil pour la séparation des matières solides ". Elle peut toutefois être de toule autre construction appropriée .
Ainsi, elle peut affecter la forme représentée dans un autre brevet du même inventeur n 341.528 et dont on a déjà parlé ci-dessus .
Dans chaque figure des dessins annexes , la able de
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séparation est suspendue au moyen de supports élastiques en acier b et peu t recevoir un mouvement de vibration par un excentrique relié à une tige c. d représente une trémis d'alimentation par laquelle les matières à séparer sont ame- nées sur la table a.
D'après la présente invention , et en se référant d'abord aux figures 1 et 2, on voit que la boite à vent é au-dessus de laquelle est montée la table de séparation a est de forme rectangulaire en coupe longitudinale et a une section sensiblement uniforme sur toute sa longueur .La section transversale est également rectangulaire , quoique ceci ne soit pas essentiel ?On peut, en eff et , adopter d'au- tres formes du moment qu'elles donnent le résultat désiré. l'Axe de la boite à vent est parallèle ou approximativement parallèle aux parties perforées a' de la table de sépara- tion.
Le dispositif pulsatoire , dans ce mode de construc- tion, comprend un diaphragme ou un piston f situé de pré- férence à l'extrémité arrière dela boite à -vent et organisé de manière à recevoir un mouvement de vibration par un excentrique g par l'intermédiaire d'une bielle de liaison h et d'une tige de piston k pivotant en l.m représente un organe de guidage pour la tige de piston .Le diaphragme ou le piston f est constitué par une feuille de caoutchouc ou d'une autre matière flexible n s'étendant à travers toute la section d'entrée de la boite à vent et maintenue entre deux feuilles o en aluminium ou en une autre matière appro- priée. De cette manière , on peut obtenir un piston dont la surface est plane et uniforme et se rapproche , autant que possible , de la surface de l'extrémité opposée de la boi- te e.
L'appareil comprend également un ventilateur p muni d'un appareil de réglage..!. permettant de fournir- une pres- sion d'air uniforme ou moyenne à la boite à vent e à tra-
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vers le conduit q et une plaque munie de petites perfora- tions r et constituant le fond de la boite à vent.La desti- nation de cette plaque est de permettre à l'air fourni par le ventilateur de pénétrer d'une manière uniforme sur toute la surface du fond de la boite .
Pédant le fonctionnement , l'air est envoyé par le ventilateur p d'une manière uniforme à travers le fond de la boite à vent et , pendant la vibration de la table , le pis- ton ou lediaphragme f est animé d'un mouvement de va et vient Il en résulte la formation de fluctuations de pression dans la boite a. vent.En faisant fonctionner le diaphragme µ une fréquence déterminée en fonction de la longueur de la boite à vent , on peut superposer les ondes de pression direc- tes aux ondes réfléchies de manière à établir des fluc- tuations de grande amplitude de la manière décrite ci- dessus .
La résistance de la plaque perforée r doit évidemment être telle que la pression oscillatoire ne puisse pas la traverser d'une manière suffisante pour produire un effet nuisible.Comme l'extrémité de la boite à vent opposée à celle où se trouve le dispositif pulsatoire est de forme plane, et comme elle est disposée à angle droit par rapport à la di- rection de propagation des ondes, on obtient la réflexion la plus favorable des ondes vers le dispositif pulsatoire.
La forme plane du dispositif pulsatoire , qui est disposée à angle droit par rapport à la direction de déplacement des ondes présente également un avantage puisqu'elle favorise la formation des ondes planes réfléchies ensuite sans distortion.L'effet obtenu avec cette disposition est l'effet bien connu de résonance, l'intensité de la compression étant déterminée par les déplacements du piston ou du diaphrag. me f par rapport à la longueur de la boite à vent e .
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Avec ce mode de construction de l'appareil , les déplacements du piston ou du diaphragme étant dûs- à un excentrique, suivant la loi sinusoïdale, ainsi que les oscillations de l'air dans la boite à vent .Par consé- quent , le piston et l'air peuvent vibrer en synchronisme.
Il sera clair qu'avec cette forme d'appareil le renforce- ment sera obtenu à chaque retour de l'onde puisque le piston ne peut s'arrêter entre deux vibrations' suivantes pour permettre les réflexions successives .La fréquence du pis- ton doit donc être la même que celle de l'air oscillant.
Si, toutefois , on utilisait une came d'un contour appro prié à la place de l'excentrique pour commander le pis- ton ou le diaphragme, les ondes pourraient être renforcées au deuxième retour ou à un retour quelconque autre que le premier comme il est facile de lacomprendre .
Dans le mode de construction de la figure 3 , on utili- se un dispositif pulsatoire établi sous forme d'un écran tournant ; cet appareil est d'ailleurs de même construc- tion que celui décrit dans le brevet français du même inventeur n 341528 mentionné plus haut .Dans cet appareil on prévoit deux écrans montés sur des disques à chaque extrémité de l'arbre u , le carter du dispositif étant relié avec la boite à vent proprement dite e par une partie tronconique v dont le but est de permettre la forma- tion d'impulsions à front plus raide qui ne pourraient pas être obtenues autrement par ce type d'appareil .Cette par- tie tronconique provoque une légère distortion des ondes réfléchies par l'extrémité la plus éloignée de la boite à vent,
mais comme l'inclinaison des parois de la partie v est faible et régulière/comme les ondes réfléchies sont renforcées à cotte extrémité par les impulsions dues au dispositif pulsatoire, les effets nuisibles sont très légers On a remarqué, en effet , en pratique que les dispositifs du type en question fonctionnent de manière à donner une
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résonance presque parfaite et donnent dans tous les cas une action de stratification très efficace .
Dans l'appareil représenté figures 4 et 5 , l'appareil pulsatoire comprend un dispositif w constitué par une série de palettes rotatives formant la paroi arrière de la boite à vent e . Ce dispositif comprend un cadre plat y dans le- quel est formé un certain nombre ,d'ouvertures en forme de fentes s'étendant horizontalement sur toute la hauteur de la boite à vent .Dans ces fentes sont montées des palet- tes tournantes 1 .
Les fentes x sont disposées aussi près que possible l'une de l'autte ou plutôt aussi près que le permet la résistance nécessaire des parties intermédiaires de la paroi 2 .De cette manière , les impulsions compressives sont produites aussi près que possible l'une de l'autre sur toute la surface de l'extrémité de la boite et réduisent la distortion au minimum .Des parois intermédiaires incli- a nées 2 peuvent être prévues sur les cotes des barres 2 pour guider l'air d'une manière favorable dans les fentes x .
Le contour des parties 2 suit la trajectoire des bords des palettes 1, la cadrer ayant une certaine épaisseur de telle sorte que des impulsions courtes et rapides soient produites à l'extérieur du dispositif à palettes w. Les palettes 1 peuvent tourner à une vitesse appropriée au moyen d'un engrenage conique ou d'un autre engrenage quel- conque qu'on n'a pas jugé utile de représenter .
Sur les figures 3 à 5, l'air est fourni par un venti- lateur et passe en totalité à travers le dispositif pul- satoire .On comprendra toutefois qu'on pourrait amener à. la boite à vent la pression moyenne nécessaire par exem- ple à travers le fond de la boite comme dans le cas des figures 1 et 2 .
Le mode de construction du dispositif pulsatoire re- présenté sur les figures 4 et 5 présente un avantage par rapport au mode de construction de la figure 3 en
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ce qu'il permet de donner à la boite à vent une forme plus exactement rectangulaire, la partie tronconique de la figure 3, qui constitue le prolongement de la boite étant sup- primée dans le mode de construction de la figure 4 ,grâce au fait que le dispositif pulsatoire est disposé sur toute la hauteur d'une des parois de la boite.L'avantage que pré- sente ce mode de construction sur le mode de construction à diaphragme représenté sur la figure 1 , est sa construc- tion plus robuste .La forme sensiblement plane du dispo- sitif w ,
la grande surface d'ouverture fournie par les fentes x et les établissements et arrêts rapides de l'arri- vée d'air obtenus par l'usage des palettes 1, permettent de rapprocher pratiquement les conditions de fonctionnement de la résonnance complète .
Le dispositif pulsatoire représenté sur la figure 6 comprend une série de clapets z montés l'un au-dessus de l'autre sur toute la hauteur de l'extrémité arrière de la boite e qui n'est munie d'aucun autre dispositif de ferme- ture.Ces clapets oscillent à la manière de lames de per- siennes .Les clapets peuvent être actionnés par des bras 3 montés sur les tiges des clapets et par une coulisse 4 actionnée par une came 5 et munie de broches qui pénè- trent dans les entailles pratiquées dans les bras 3 (voir figure 6)Le mouvanent de fermeture peut être effectué par un ressort 6.On a trouvé qu'avec ce mode de construction on peut obtenir une ouverture ou une fermeture très rapide des clapets, la surface plane représentée par les clapets z lorsqu'ils sont fermés donnand une réflexion très exacte des ondes de pression .
Sur la figure 7 est représenté un dispositif pulsa- toire à tiroir comprenant un organe fixe 7 muni d'ouvertu- res horizontales 8 quisétendent à travers toute la largeur de la boite à vent e et un écran 9 animé d'un mouvement de va et vient actionné par unecame 10 , un levier 11 et un ressort 12 de manière à ouvrir et à fermer les orifices 8
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comme il est facile de le comprendre .
La figure 8 représente-- un dispositif pulqatoire comprenant un certain nombre de soupapes tubulaires 13 montées dans des organes de guidage 14 fixés à la paroi 15 s'éten- dant à travers l'extrémité arrière de la boite à vent e .Les soupapes peuvent avoir la forme de disques placés aussi près que possible les uns des autres sur toute la surface de la paroi 15.Elles peuvent également affecter la forme plane en occupant toute la largeur de le boite à vent . Les soupa- pes peuvent être reliées .par des barres verticales 16 et peuvent, être ouvertes par des cames 17 et fermées par des ressorts 18. On peut, évidemment adopter d'autres dispositifs pour faire fonctionner les soupapes de la manière désirée en obtenant une ouverture et une fermeture rapides .
La boite à vent , au lieu d'être du type relié avec un dispositif qui fournit la pression et cui a été décrit ci- dessus , peut tre également du type disposé au dessus de la couche de matières et relié avec un dispositif aspiratoire .
Dans chaque cas , il est possible de provoquer des fluctua- tions de pression comme on l'a décrit ci-dessus en utilisant un dispositif pulsatoire .
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"Improvements to Methods of Separating Solids of Different Specific Weights."
The present invention relates to the separation of solids of different specific weights, such as coal or stones or ores and gangues, and refers to the types of processes in which air or other pressure is used. gaseous fluid, this pressure being applied to the materials arranged in the form of a layer or a mass on an appropriate support, so as to break up this mass and to cause the stratification of the materials which constitute it according to their specific weights.
An important object of the invention is to improve or increase the lifting effect on the layer @.
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or the mass of the materials and thus to cause more effective separation effects, this result being obtained by an improved mode of application of the principle of the static application of the pressure described in a previous Belgian patent of the same inventor n 341528 of 24 May 1928 and which makes it possible to separate materials according to their specific weight whatever the size of the particles.
In this previous patent it was shown that a very advantageous lifting effect and on the layer or the mass of materials, the particles of which have any dimensions and whose specific weights are different, can be obtained by the use of a static pressure used in pulsating form and applied to the layer of materials, the application of this pressure with sufficient pulsating rapidity to give a more efficient stratification of the materials, or a pressure applied in a uniform manner in giving a "fluidity" or a better disintegration of the layer and by eliminating the risks of gas passing through the coating. It follows that any improvement of the conditions of application of the pul- sory pressure will make it possible to further improve further the stratification action.
A study of the pneumatic pulsating conditions in the wind box of the apparatus described in the patent of the same inventor mentioned above revealed that the character of the pressure pulsations conforms to the laws of sound waves. It will be understood that in the conditions - operating functions described in this patent, the or-
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opening of the pulsating apparatus causes the formation of a condensation wave at the output of the apparatus, this wave propagating over the entire length of the wind box with the speed of sound, this wave being followed by a rarefaction of 'after the well-known principle.
The wave thus produced is reflected by any surface it encounters in the direction determined by the angle formed by the reflecting surface with the line of propagation of the wave. However, if the wind box has a rectangular shape in the direction of travel of the wave, such that the wall of the box which is in front of the pulsating apparatus is plane and perpendicular to this direction, the reflected wave will return directly to the pulsating apparatus and will be reflected again by the latter by repeating this course as before.
In such a wind box, if only one pulse is applied, the wave will travel back and forth along the entire length of the wind box until it is damped by the wind. viscosity of air and other frictional losses. However, if the pulses are applied periodically at a frequency such that each pulse is adjusted to coincide with the reflected wave created by the preceding pulse, this wave will be reinforced and will again cross the (wind box, wind with a greater amplitude due to the superposition of one wave on the other.
In this way, resonance conditions can be established in the wind box. It is obvious that if the wind box has a defective shape, and more particularly if the wall located in front of the pulsating device does not form an angle straight with the axis of the wave, or if it does not form a flat surface, the waves will not
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reflected directly back and forward, but will be offset creating confusion and making it impossible to satisfactorily enhance the pulsating effect which has been described above.
From these considerations, we deduce that it is possible to establish, in the wind box, pressure variations of considerable amplitude and high frequency.I, experiments have shown that the stratification materials spread with great sensitivity to this greater amplitude of the vibratory pressure and that this gives rise to very appreciably improved disintegration or fluidization of the layer of materials being treated as well as to a much better stratification action, without air tends to pass through the layer and interfere with the desired layering conditions.
Thus, according to the present invention, the separation of materials is achieved under pneumatic pressure conditions comprising the superposition of the pressure waves one on the other in synchronism, each wave being amplified by the superposition of the other waves. , so as to establish pulsating pressure conditions in which the amplitude of vibration or the degree of pressure variation is as large as possible. In practice, it has been found possible in this way to achieve a very high degree of resonance.
If it is not considered desirable to apply the pulsations with a frequency as high as that of the oscillations of the air of the windbox, the reinforcement or amplification can take place at the second or even at another. any return of the wave calculated in such a way that each pulse is adjusted so as to
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join the wave as it arrives at the pulsating apparatus. In this case, the amplitude of the pressure fluctuations will not be maintained to as great a degree as would be the case if each return wave were reinforced. So successive reductions in amplitude will occur. at each reflection between one of the reinforcing waves and the next. Under these conditions, however, a very effective stratification effect is obtained.
In order to have the above-mentioned conditions, the separation apparatus according to the invention comprises a wind box with a uniform cross-section as rectangular as possible in the direction of displacement of the compressed waves, its more end. remote opposite to the pulsating apparatus having a strictly planar shape and being disposed at right angles to this direction of movement of the waves, which makes it possible to reflect the waves towards the pulsating apparatus without deflection or distortion.
The length of the box is calculated in such a way as a function of the pulsation frequency that the pulses are applied periodically, at the times desired to reinforce the waves reflected in the wind box on their return to the source which produces the waves. the invention is applied with an apparatus of the type described in the patent of the same inventor mentioned above, the construction of the wind box will be modified or this box will be replaced by another built so as to satisfy these conditions. improved according to the invention.
It is important that the operation of the pulsating device is correctly calculated. If the setting is incorrect, the pulses given by the device will no longer be synchronous with the arrival of reflective floods at the pulsating device and the strengthening of the pulse. ondene ...........
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will not be obtained: On the contrary, the maximum amplitude of each wave will be that due to a single impulse and each wave will be muffled thus after a high number of reflections.In addition, the existence of several waves in the wind box at all moment and not in phase with each other would result in more or less serious disturbances in the fluctuation of pressure due to the co-incidence of the nodes of certain waves with the bellies of others.
This would result in reducing the amplitude of the pressure variations.
The formula which gives the pulse frequency can be obtained as follows:
If the length of the wind box is I meters and the speed of sound in air at the temperature that exists in the box is v meters per second, the travel time of a pulsator compression wave towards the opposite end of the windbox and back to the pulsator will be 2.1 seconds. If the wave makes n returns before the opening of the pulsator apparatus, the time that will elapse will be nx 2.1 seconds v i.e. the heartbeats must be applied after every nx 2.1 seconds and that they must be
V produce at a frequency of v per second.
2n.
1 nit the pulse frequency if the wave reinforcement occurs after every n return. The number n may be unity or all at tilt 8 integer depending on mechanical considerations and the type of pulsating device used. The wind box must have a considerable length since without it the frequency of the pulsating apparatus would be too high to be able to be obtained in practice.
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It has also been found that the more uniformly the pulsations can be produced over the entire cross section of the windbox, the closer to the conditions of true resonance in the operation of the separation apparatus. Therefore, the stiffness of the wave front and their short duration are important factors. The most advantageous results in practical operation have been obtained with a pulsating apparatus provided with a series of valve ports arranged in the tube. bottom wall of the windbox and comprising a series of valves operating in such a way as to mask and unmask given orifices at successive time intervals. The valves may be of the rotary spool type, with paddles rotary, oscillating, sliding,
etc ...... and the more the construction of the pulsating apparatus can be brought in practice to present a flat surface normal to the waves reflected by the opposite end of the wind box, the better the result will be.
It can be further noted that by using the pulsating apparatus which has been described so far, the pulses and volume of air supplied to prevent the pressure drop due to leakage through the material layer, can be supplied simultaneously during a single operation by the combined action of a fan or other suitable blowing device and the pulsator. However, it must be understood that these pulses do not depend on the excess of mean pressure with respect to atmospheric pressure and can therefore be provided
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from a separate source.
In the accompanying drawings there is shown by way of example an apparatus comprising a pulsating diaphragm or piston device intended to operate according to the present invention. Other construction examples have also been shown:
FIG. 1 is a longitudinal section of a separation apparatus comprising a pulsating apparatus of the diaphragm or piston type.
Figure 2 is a cross section taken through line 2-2 of Figure 1.
FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 1 of an apparatus comprising a pulsating device of the type with rotating screens.
FIG. 4 is a similar view of a separator apparatus provided with a pulsating device with several valves.
Figure 5 is a section taken along the line 5-5 of Figure 4, and Figures 6-8 show other forms of pulse devices.
In the drawings, the construction of the separation table a is not shown in detail. It will be assumed that this table is similar to that described in the Belgian patent of the same inventor filed May 24, 1928 for "Apparatus for the separation of solids". It can however be of any other suitable construction.
Thus, it can take the form shown in another patent of the same inventor No. 341,528 and which has already been discussed above.
In each figure of the accompanying drawings, the able of
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separation is suspended by means of elastic steel supports b and can receive t a vibrating movement by an eccentric connected to a rod c. d represents a feed hopper through which the materials to be separated are brought to the table a.
According to the present invention, and by first referring to Figures 1 and 2, it can be seen that the windbox é above which is mounted the separation table a is rectangular in longitudinal section and has a Substantially uniform cross-section over its entire length. The cross-section is also rectangular, although this is not essential? Indeed, other shapes can be adopted as long as they give the desired result. the axis of the windbox is parallel or approximately parallel to the perforated portions a 'of the partition table.
The pulsating device, in this embodiment, comprises a diaphragm or a piston f preferably located at the rear end of the vent box and organized so as to receive a vibrating movement by an eccentric g by the 'intermediate a connecting rod h and a piston rod k pivoting in lm represents a guide member for the piston rod. The diaphragm or piston f is made of a sheet of rubber or other material flexible n extending through the entire inlet section of the windbox and held between two sheets o of aluminum or other suitable material. In this way, a piston can be obtained the surface of which is flat and uniform and comes as close as possible to the surface of the opposite end of the can.
The device also includes a fan p fitted with an adjustment device ..!. allowing to provide- a uniform or medium air pressure to the windbox and through-
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towards the duct q and a plate provided with small perforations r and constituting the bottom of the wind box. The purpose of this plate is to allow the air supplied by the fan to penetrate in a uniform manner on the entire bottom surface of the box.
During operation, the air is sent by the fan p in a uniform manner through the bottom of the windbox and, during the vibration of the table, the piston or diaphragm f is driven by a movement of back and forth This results in the formation of pressure fluctuations in box a. By operating the diaphragm µ at a frequency determined as a function of the length of the wind box, the direct pressure waves can be superimposed on the reflected waves so as to establish large amplitude fluctuations in the manner described above.
The resistance of the perforated plate r must obviously be such that the oscillatory pressure cannot pass through it in a sufficient way to produce a deleterious effect. As the end of the wind box opposite to that where the pulsating device is located is of planar shape, and since it is arranged at right angles to the direction of propagation of the waves, the most favorable reflection of the waves towards the pulsating device is obtained.
The planar shape of the pulsating device, which is arranged at right angles to the direction of movement of the waves also has an advantage since it favors the formation of plane waves which are then reflected without distortion. The effect obtained with this arrangement is well-known resonance effect, the intensity of the compression being determined by the movements of the piston or the diaphrag. me f in relation to the length of the windbox e.
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With this method of construction of the apparatus, the displacements of the piston or the diaphragm being due to an eccentric, according to the sinusoidal law, as well as the oscillations of the air in the windbox. Consequently, the piston and air can vibrate in synchronism.
It will be clear that with this form of apparatus the reinforcement will be obtained at each return of the wave since the piston cannot stop between two following vibrations to allow successive reflections. The frequency of the piston must therefore be the same as that of oscillating air.
If, however, a properly contoured cam were used in place of the eccentric to drive the piston or diaphragm, the waves could be boosted on the second return or any return other than the first as it does. is easy to understand.
In the embodiment of FIG. 3, a pulsating device established in the form of a rotating screen is used; this apparatus is moreover of the same construction as that described in the French patent of the same inventor n 341528 mentioned above. In this apparatus two screens are provided mounted on disks at each end of the shaft u, the housing of the device being connected with the wind box proper by a frustoconical part v the aim of which is to allow the formation of pulses with a steeper edge which could not be obtained otherwise by this type of device. the truncated cone causes a slight distortion of the waves reflected by the end furthest from the wind box,
but as the inclination of the walls of the part v is weak and regular / as the reflected waves are reinforced at each end by the impulses due to the pulsating device, the harmful effects are very slight It has been noticed, in fact, in practice that the devices of the type in question operate in such a way as to give a
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almost perfect resonance and in any case give a very effective stratification action.
In the apparatus shown in FIGS. 4 and 5, the pulsating apparatus comprises a device w constituted by a series of rotating paddles forming the rear wall of the wind box e. This device comprises a flat frame y in which is formed a number of slot-shaped openings extending horizontally over the entire height of the wind box. In these slots are mounted rotating pallets 1.
The slots x are arranged as close as possible to one another or rather as close as the necessary resistance of the intermediate parts of the wall 2 permits. In this way, the compressive pulses are produced as close as possible to one the other over the entire surface of the end of the box and reduce distortion to a minimum. Inclined intermediate walls 2 can be provided on the sides of the bars 2 to guide the air in a favorable manner in the slots x.
The outline of the parts 2 follows the path of the edges of the paddles 1, framing it having a certain thickness such that short and rapid pulses are produced outside the paddle device w. The paddles 1 can rotate at an appropriate speed by means of a bevel gear or any other gear which has not been considered useful to represent.
In Figures 3 to 5, the air is supplied by a fan and passes entirely through the pulverizer. It will be understood, however, that this could be done. the windbox the necessary mean pressure, for example through the bottom of the box as in the case of figures 1 and 2.
The method of construction of the pulsating device shown in Figures 4 and 5 has an advantage over the method of construction of Figure 3 in
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what it allows to give to the windbox a more exactly rectangular shape, the frustoconical part of figure 3, which constitutes the extension of the box being deleted in the construction mode of figure 4, thanks to the fact that the pulsating device is disposed over the entire height of one of the walls of the box. The advantage of this method of construction over the diaphragm method of construction shown in FIG. 1 is its more robust construction .The substantially planar shape of the device w,
the large opening surface provided by the slots x and the rapid establishments and stops of the air supply obtained by the use of the pallets 1, make it possible to practically approximate the operating conditions to full resonance.
The pulsating device shown in figure 6 comprises a series of valves z mounted one above the other over the entire height of the rear end of the box e which is not provided with any other closing device. - ture.These valves oscillate in the manner of stick blades. The valves can be actuated by arms 3 mounted on the valve stems and by a slide 4 actuated by a cam 5 and provided with pins which penetrate into the notches made in the arms 3 (see figure 6) The closing movement can be effected by a spring 6. It has been found that with this method of construction it is possible to obtain a very rapid opening or closing of the valves, the flat surface represented by the z valves when closed giving a very exact reflection of the pressure waves.
In FIG. 7 is shown a pulsator device with a slide valve comprising a fixed member 7 provided with horizontal openings 8 which extend across the entire width of the windbox e and a screen 9 animated by a back and forth movement. comes actuated by a cam 10, a lever 11 and a spring 12 so as to open and close the holes 8
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as it is easy to understand.
Figure 8 shows a pulqatory device comprising a number of tubular valves 13 mounted in guide members 14 fixed to the wall 15 extending through the rear end of the air box e. The valves may have the shape of discs placed as close as possible to each other over the entire surface of the wall 15. They can also affect the planar shape by occupying the entire width of the windbox. The valves can be connected by vertical bars 16 and can be opened by cams 17 and closed by springs 18. Obviously, other devices can be adopted to operate the valves in the desired manner while achieving a smooth flow. quick opening and closing.
The wind box, instead of being of the type connected with a device which supplies the pressure and which has been described above, can also be of the type placed above the layer of materials and connected with a suction device.
In either case, it is possible to induce pressure fluctuations as described above using a pulsating device.