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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 .