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"Perfectionnements aux appareils séparateurs de particules de ratière d'avec un milieu f luide"
La présente invention se rapporte à des appareils séparateurs utilisant des aubes pour la séparation de particules de matière d'avec un milieu fluide, les particules ayant un poids spécifique différait de celui du milieu.
Bien que la présente invention soit sus- ceptible d'une certaine variété d'applications telles nue la séparation, des constituants d'émul-
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sions, la séparation des constituants des suspens sions de solides dans des liqui des, la séparation des liquides contenus dans des vapeurs ou des gaz, etc...
et qu'elle soit capable d'extraire des par-* ticules d'une certaine grandeur d'une émulsion ou d'une suspension, de concentrer ou de diluer ainsi ces matières, on a décrit ladite invention, dans ce qui suit, dans ses rapports avec son application pour un appareil purificateur de l'air ou pour un appareil de dépoussiérage, application pour laquelle l'invention est particulièrement indiquée,
Il est bien entendu tout d'abord que, bien que la grandeur moyenne des particules solides con- tenues dans un milieu fluide quelconque dépende en grande partie, de l'origine de ce milieu, la gran- deur que l'on rencontre ordinairement dans les dif- férents milieux varie depuis celle des particules grandes,
lourdes et de la nature des cendres jusqu'à celle des particules si petites et si légères qu'el- les restent plus ou moins suspendues dans le milieu.
En réalité la majeure partie du poids de toutes les particules contenues dans un milieu quelconque, tel que l'air, est constituée généralement par des par- ticules en suspension. Toutes ces particules, jus- qu'aux particules de dimensions extrêmement faibles, sont généralement considérées comme nuisibles. Par conséquent, pour qu'un appareil de dépoussiérage puisse fonctionner d'une manière efficace il doit être capable de séparer non seulement les parti- cules lourdes mais aussi la plus grande partie des particules suspendues.
Dans différents types d'appareils prifi-
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cateurset d'appareils de dépoussiérage de l'air, y compris le type qui vient d'être mentionné,on appli- que, pour le dépoussiérage le principe dit de dé- flexion,, Conformément à ce principe on modifie la direction du courant du fluide et ceci s'effectue généralement en soumettant le fluide à une série de déflexions ou de changements de direction.
Le principe est fondé sur le fait que les particules de poussière ont, en raison de leur masse ou de leur inertie, une tendance à continuer à se déplacer sui- vant une ligne droite, lorsqu'on fait dévier le cou- rant d'air, et on peut illustrer ce principe en observant le déplacement de l'air à travers un tuyau en forme d'U, On constate alors qu'au commencement du coude du tuyau les particules, en raison de leur inertie* tendent à continuer à se déplacer suivant des lignes droites au lieu de suivre le coude du tuyau et'lesdites particules sont amenées ainsi à traverser le courant d'air en se dirigeant vers la partie extérieure des parois intérieures du tuyau, cette partie pouvant être qualifiée de déflecteur, En passant à travers le courant d'air,
les particu- les se déplacent relativement à cet air et il en résulte que ce courant exerce sur les particules une force de résistance ou de frottement proportionnelle à leur vitesse relative opposant une résistance à la déviation des particules;;, Cette force de résis- tance a pour effet de modifier la trajectoire des particules, de façon qu'elle s'incurve vers le courant en s'éloignant du déflecteur. Par consé- quent certaines particules, surtout les plus légè- res, peuvent ne pas se déposer sur le déflecteur.
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/-l' angle On a constaté que #:)Íe déflexion et dans le plan de déflexion du passage où sont des facteurs qui déterminent, dans une large a lieu mesuref le nombre de particules qui refusent de se déposer dans un séparateur dans lequel agit un cou- rant d'air défléchi. L'effet général de ces fac- teurs peut être illustré également par l'observa- tion d'un courant d'air dans un tuyau en forme d'U.
Si par exemple on augmente l'angle de déflexion du courant ou si on diminue la section d'écoulement dais le plan de déflexion, la surface sur laquelle s'ef fectue la précipitation, c'est-à-dire la surface du déflecteur, s'étend, dans les deux cas, plus loin que la trajectoire incurvée des particules et assure par conséquent une précipitation plus complète.On a constaté également qu'en utilisant convenablement ces facteurs on peut construire un séparateur à aubes fixes ou rotatives qui, par une simple défle- xion, effectue la séparation de la majeure partie des particules suspendues, jusqu'à une dimension si ré- duite que la séparation de ces particules, par des appareils du type général décrit ci-dessus, était considérée, jusqu'à présent, comme improbable sinon impossible,
même à la suite d'une série de défle- xions. La présente invention vise principalement la solution de ce problème,,
Cette invention vise donc spécialement l'utilisation de courants défléchis, dans un sépa- rateur à aubes et elle a pour objet un séparateur de ce type utilisant un courant défléchi à un point où il ne se borne pas à agir mais où il est extrê- mement efficace pour séparer les parties comprises
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entre les plus lourdes et les plus légères, c'est- à-dire entre les parties les plus lourdes et les parties en suspension.
Le séparateur objet de la présente inven tion effectue une séparation efficace par une simple déflexion.
Le séparateur en question est du type à aubes, sa construction est relativement simple et compacte et an raison de sa simplicité il est re- lativement peu coûteux à réalisero
Le séparateur comporte une série d'aubes qui, en raison de leur forma et de leur disposition, conduisent forcément à une précipitation efficace, sur leur surface, des particules contenues dans le milieu.
Le séparateur comprend des aubes de pré- cipitation comportant des organes destinés à re- cueillir les particules précipitées sans que l'écoute- ment du milieu fluide soit nécessairement obstrué.
Le séparateur, objet de l'invention, est du type à aubes rotatives qui utilise d'une façon efficace un courant de fluide défléchi.
Le séparateur exécuté conformément à la présente invention est du type à aubes rotatives opérant la précipitation des particules; il comprend des organes qui recueillent les particules précipi tées, organes qui sont disposés de façon que, non seulement, ils recueillent toutes les particules précipitées sur les aubes Mais qu'ils utilisent aussi complètement l'effet de la force centrifuge pour effectuer l'enlèvement desdites particules.
L'appareil séparateur objet de l'invention
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est simple et peut être incorpore facilement dans
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iule 'installaW.:Ô;h destinée 9, la distribution de l'air afin d'enlever les particules contenues dans ledit air, sans porter nécessairement préjudice au débit
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dos SK!E!Ssa6S!Sax et (ou) sans compliquer la cons-
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/1-'instalk tion truction ni augmenter, d'une autre façon, dans des proportions appréciables, les frais de son établis- sement,
Ledit appareil peut être incorporé facile- ment dans un dispositif pour la distribution de l'air soit à ventilateur ordinaire soit à soufflerie,
Conformément à l'invention,
le passage pour l'air entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie d'un appareil du type à soufflerie est dispo- sé de façon qu'il effectue une déflexion graduelle et uniforme de léir, grâce à quoi on évite un changement brusque dans la direction ou dans la section d'écou- lement de l'air, ce qui réduit par conséquent la pos- sibilité d'une déformation du courant pendant la déflexion.
Conformément à l'invention également, les aubes du séparateur du type à soufflerie sont dis- posées de façon qu'elles tendent à faire rebondir les particules à partir des surfaces desdites aubes, de façon que par rebondissement ces particules s'é- loignent plus ou moins de la masse principal du cou- rant d'air, dans la direction qui favorise leur pré- cipitation subséquente.Enfin, conformément à l'in- vention, on dispose, dans un séparateur du type à soufflerie, les aubes de façon que certaines forces qui se produisent par suite de la rotation de la soufflerie soient utilisées pour provoquer la préci- pitation des particulesp afin de les écarter du corps principal du courant d'air et de rendre plus certaine,
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de cette façon, leur séparation en fin de compte.
Différents modes d'exécution sont repré-' santés sur le dessin annexé, sur lequel
La figure 1 est un plan d'un séparateur horizontal exécuté conformément à la présente inven- tion ;
La figure 2 est une vue en bout de l'ex- trémité d'entrée dudit séparateur;
La figure 3 est un diagramme vectoriel des vitesses correspondant à la figure 1;
La figure 4 est une vue en élévation d'un segment d'une autre forme de séparateur exécuté conformément à l'invention, les autres segments étant d'une construction analogue;
La figure 5 est une vue en plan, avec arrachement partiel, correspondant à la figure 4 ;
La figure 6 est une coupe suivant 6-6 de la figure, 4;
La figure 7 est une vue latérale d'une autre forme d'exécution;
La figure 8 est une coupe suivant 8-8 de la figure 7, ladite coupe étant exécutée de façon à éviter de couper une aube quelconque, ceci pour plus de clarté;
La figure 9 montre, en perspective, une partie du rotor représenté sur la figure 8;
La figure 10 est une coupe développée exécutée suivant 10-10 de la figure 8;
La figure 11 est une coupe suivant 11-11 des figures 8 et 10g
La figure 12, enfin, est une vue schéma- tique destinée à être utilisée au cours de la dis- cussion mathématique de 1a construction de 1'appareil
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objet de l'invention.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté une forme d'exécution simple d'un séparateur confor- me à l'invention. Cet appareil comporte une série d'aubes 1 qui peuvent être en une matière appropriée quelconque, de préférence une matière mince et soli- de, telle due du métal en feuille.Ces aubes sont fixées à des intervalles déterminés sur des organes de support appropriés (non représentés) et recours bées de façon qu'elles présentent une concavité, afin de constituer une série de passages 2 dans les- quels se produit wie déflexion et par lesquels s'écoule le milieu qu'il s'agit de purifier.. Le milieu est introduit par l'une des extrémités du séparateur, de préférence de façon à éviter tout choc ou tout changement dans la direction de l'écou lement.
Dans la forme d'exécution représentée, ceci est réalisé par l'introduction du milieu dans une direction telle que l'écoulement dudit milieu soit parallèle au plan principal des aubes, à leurs bords d'entrée, Pendant que le milieu passe le long des passages incurvés du séparateur, les particules que contient ledit milieu tendent, en raison de leur inertie, à continuer à se déplacer suivant des lignes droites et à se déposer, par conséquentp sur les aubes, ainsi qu'il a été dit
Los trajectoires réelles des particules ne sont pas rectilignes mais plus ou moins incurvées comme on l'a indiqué en pointillé entre les aubes A et B de la figure 1.
En-outre, la courbe que dé- crivent les particules les plus légères est norma- lement plus prononcée que celle des particules les
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/-lourdes plus , I1 est évident par exemple qu'une
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particule lourde P qui pénètre dans l'espace com- pris entre les aubes A et B, dans le voisinage de l'aube B, se dépose normalement sur l'aube B avant
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/1- 1 air que ne/± fait la particule analogue P' qui entre dans ledit espace,dans le voisinage de l'aube A, Il est également évident que la particule lourde P' qui entre dans le passage dans le voisinage de
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/"déposé l'aube A se normalement plus tôt qu'une par- ticule légère P" qui entre au même point.
Par con- séquent, le point auquel une particule particulière se dépose sur les aubes dépend, entreautres facteurs, du point où elle entre dans l'espace compris entre les deux aubes et de son inertie..
On a constaté aussi que le point où se fait le dépôt dépend égaler ut de l'angle, de la longueur et de la largeur du passage dans lequel se fait la déflexion. Par conséquent, si , aux passages compris entre les aubes A et B, on donnait i une courbe moins prononcée ou une longueur ,-oins grande ou bien en- core une plus grande largeur, le séparateur ne pourrait pas provoquer le dépôt de la -,articule plus légère P".Par conséquent pour que le sépa- rateur puisse provoquer ledépôt de toute,.,les par- ticules comprises entre certaines limites, l'angle, la longueur et la largeur des passages de déflexion doivent être tels que la surface sur laquelle s'effectue le dépôt coupe la trajectoire de la par- ticule la plus petite ou la plus légère entre ces limites,
lorsque cette particule entre dans ledit passage, au point où se trouve la distance la plus grande entre ladite particule et la surface sur la- quelle s'effectue le dépôt. En d'autres termes, des
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passages de déflexion présentant une certaine cour- bure doivent être coordonnés ou proportionnés en longueur et en largeur à la grandeur de la parti- cule la plus petite qu'il s'agit de séparer. Ceci conduit généralement à des passages de déflexion dont la longueur est grande en comparaison de leurs dimensions ou de la largeur dans le plan de déflexion..
Après que les particules se sont déposées sur les aubes elles glissent le long de la. surface de celles-ci sous l'influence du frottement qu'e- xerce le fluide qui s'écoule vers l'extrémité de sortie du séparateur. Pour rassembler ou pour re- cueillir les particules qui glissent, on a pourvu les aubes, du côté de leur surface concave, de po- ches (ou canaux) 3 dont les côtés ouverts sont dis- posés de façon à s'étendre en travers de la trajec- toire des particules qui glissent, lesdits cttés étant dirigés vers l'entrée. Grâce à cette organisa-
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lion toutes les par lCU es/ U1 lJ amtnlees à se dépla- cer, sous forme d'une couche mince, vers les poches, quel que soit le point où les particules ont pénétré dans le passage de déflexion.
Ceci constitue une caractéristique très avantageuse car elle permet d'utiliser des poches très étroites qui, bien qu'el- les soient disposées dans des passages relativemeht étroits, ne constituent qu'une obstruction très peu importante pour le milieu. Les particules recueillies peuvent être évacuées des poches d'une façon appro- priée quelconque.
La vitesse du milieu,qui entre dans le séparateur, que montre la figure 1, est représentée
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/(ou le vecteurur la llgure 3 par la flèche Cette vitesse peut
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être divisée en deux composantes do ou c"o.11 est bien qlqir que les conditions seront exactement les mêmes si ces deux composantes sont des vitesses du fluide ou si c'o représenté la vitesse du fluide et c"o une vitesse produite par le mouvement uniforme de l'appareil dans le sens opposé. Dans les deux cas la vitesse relative entre l'appareil et le mi- lieu est @. On peut faire remarquer que l'énergie ..cinétique de l'écoulement à l'intérieur de l'appa- reil n'est nullement affectéepar le déplacement de cet appareil aussi longtemps que son déplacement est uniforme.
Par conséquent, on peut obtenir la même action de séparation lorsqu'on fait sc déplacer l'appareil dans un sens opposé à celui de la flèche c"o. Le mouvement de l'appareil tel qu'il est repré senté est avantageux parce qu'il provoque un écoule ment du milieu, d'une façon qui ressemble beaucoup à celle de 1'écoulement dans un ventilateur à dis que, , grâce à quoi on supprime les organes néces saires autrement pour faire progresser le milieu à travers l'appareil,
Dans la plupart den cas, il serait très pratique de maintenir un appareil tel que celui que représente la figure 1 à une vitesse uniformeo Une construction simple, exécutée conformément à l'invention et susceptible d'être mise en rotation a été représentée sur les figures 4, 5 et 6.
Con- formément à cette construction, 7¯'appareil emporte une série d'aubes 1 qui peuvent être montées par leursextrémités internes sur un moyeu 4 et qui peu-
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veuc e'tire n.xées, à leurs extraites externes à ianneau une bande ou iériphérique 5 Les aubes radiales
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1, le moyeu 4 et l'anneau 5 forment un ensemble simple et compact que l'on peut faire tourner par des moyens appropriés quelconques, les surfaces des aubes tournées vers l'avant présentant une courbe concave entre leurs bords d'entrée et leurs bords de sortie et les aubes sont disposées de façon que leurs bords d'entrée précèdent leurs bords de sor- tie dans le sens de la rotation.
Grâce à cette or- ganisation, les aubes, lorsqu'on les fait tourner, fonctionnent comme un ventilateur à disque, pour créer un courant d'air et elles agissent, en même temps, en raison de leur courbe, pour effectuer le déptt des particules, cornue il a été dit, l'anneau 5 empêchant le fluide d'être expulsé'radialement.
On peut indiquer maintenant que, s'il n'y avait pas de pertes d'énergie par frottement dans un courant d'air qui s'écoule, le ventilateur ou un organe pro pulseur de ce type ferait se déplacer l'air vers l'avant sans fournir d'énergie audit courant et sans le faire dévier latéralemeht dans le sens de la rotation. Toutefois il se produit des pertes par frottement dans un courant et par conséquent ledit courant reçoit de l'énergie empruntée au ven- tilateur et destinée à compenser cette perte. Il en résulte qu'un ventilateur tel que celui qui est représenté fait dévier l'air latéralement dans le sens de la rotation en proportion de l'énergie four. nie.
Cette déflexion peut provoquer peut être un certain déptt sur les aubes, mais le dépôt semble dausé surtout par la déflexion du courait qui ré- sulte de la courbe des aubes.
L'entraînement par l'air et l'angle suivait lequel s'étend l'aube par rapport à la direction de
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rotation sont deux facteurs qui tendent à déplacer la poussière déposée sur la surface des aubes, vers le bord de sortie desdites aubes, tandis que la for- ce centrifuge tend en même temps à déplacer les- dites particules vers l'extérieur,
Pour rassembler et pour recueillir cette poussière on pourvoit chacune des aubes d'un canal radial 3 qui, de préférence, est placé au bord de sortie avec son côté ouvert tourné vers l'entrée.
Ces canaux peuvent être formés ou constitués d'une façon appropriée quelconque; ceux qu'on a repésen- té sur le dessin sont formés par le cintrage d'une certaine longueur du bord de sortie de chacune des aubes, latéralement dans le sens de la rotation et:, à partir du cintre, vers l'avant, sur une courte distance, dans la direction du bord d'entrée. La disposition radiale des aubes constitue un moyen approprié et efficace pour l'expulsion du dépôt de poussière dans le canal.
A cet effet on fait s'é- tendre les canaux dans le sens radial, à travers le ruban ou anneau 5, de préférence au-delà des limites externes du courant d'air. A mesure que la poussière se rassemble dans les canaux, pendant le fonctionne- ment du séparateur, elle se déplace radialement vers l'extérieur le long des canaux et son évacuation s'achève par l'effet de la force centrifuge. Les extrémités de décharge peuvent être disposées de façon que l'évacuation se fasse, soit dans l'air environnant, soit dans un réceptacle approprié, si cela est ' ' ' jugé désirable ou nécessaire.
On voit que, de cette façon, les canaux sont placés à l'enduit où ils reçoivent toute la poussière qui
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passe sur les surfaces des aubes, En outre, l'or- ganisation permet d'utiliser complètement l'effet Le la force centrifuge pour réaliser l'évacuation le la'poussière recueillie.
Sien que les dispositifs du genre des ventilateurs, tels que ceux du type qui vient d'être décrit, soient efficaces pour créer un courant d'ai ils no sont pas appropriés pour refouler de l'air contre une pression statiquei par conséquent, lors- qu'on désire refouler de l'air sous pression, on utilise généralement une construction telle que celle des souffleries. Toutes les souffleries uti- lisent une disposition radiale des aubes qui agis- sent, lorsqu'on les fait tourner, pour aspirer de l'air dans la soufflerie à travers une ouverture centrale ou axiale d'où ledit air sort radialenent entre les aubes.
Pendant que l'air se dirige vers l'extérieur il est déplacé latéralement par les aubes, plus ou moins dans le sens de la rota- tion, et, pour ce motif, il est soumis à l'action de la force centrifuge dont l'intensité détermine, dans une large mesure, la pression engendrée.
La présente invention n'est pas adaptée uniquement à l'application aux souffleries mais elle est plus particulièrement appropriée pour des appa- reils de ce type, en raison de l'action des aubes sur l'air. Les aubes d'une soufflerie déplacent latéralement l'air qui s'écoule vers l'extérieur, comme on l'a vu plus haut, dans le sens de la rota- tion, et elles réalisent ainsi une déflexion conti- nue de l'air pendant son passage, à partir de l'en- trée jusqu'à la sortie. L'inertie des particules empêche évidemment une modification brusque de leur trajectoire et tend par conséquent à maintenir leur
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déplacement dans le sens radial, ce qui permet aux aubes d'approcher et de frapper les particules.
On voit que le degré de déflexion dépendde la vites- se de rotation e qu'il varie directenent en pro- portion de la vitesse angulaire. On voit également que d'autres facteurs, tels que l'écartement et la longueur des aubes,interviennent dans ce genre de construction. Par conséquent, pour augmenter l'ef ficacité, on doit coordonner la longueur et la lar- geur ou espacement avec la vitesse de rotation et la grandeur de la particule la plus petite ou la plus légère comprise entre les limites de grandeur des particules à enlever, de la même façon que ce q qui a été dit à propos de la construction à aubes fixes.
Avant d'aller plus loin, on notera que la déflexion propre de l'air produite par les aubes permet l'utilisation d'aubes rectilignes sans que cela empêche évidemment l'utilisation d'aubes cur- vilignes.
Sur les figures 7, 8 et 9,on a représenté une application de l'invention à une construction appro- priée du type des souffleries. Cet: appareil comprend une série d'aubes 1 fixées par leurs bords d'une manière plus ou moins radiée à la surface (dirigée vers l'extérieur) d'un organe annulaire 6 monté à l'une des extrémités d'un arbre approprié 7. L'or- gane 6e.st logé dans une enveloppe 8 et disposé de façon que, lorsqu'on le fait tourner, L'air soit aspiré axialement dans l'enveloppe à travers une ouverture axiale 9, l'air passant à l'extérieur entre les aubes et étant déchargé plus ou moins
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vers l'avant dans un passage en spirale 10 qui débouche .dans un tuyau de décharge tangentiel 11.
Il est clair que dans cette construction l'air en passant par la soufflerie est, en raison du passage lui même, défléchi de 180 environ, dans une direction telle que les particules soient forcées à se déplacer vers l'organe annulaire 6 et il en résulte évidemment qu'une certaine quan" tité de ces particules se dépose sur ledit organe' 6.
Afin d'empêcher ou tout au moins de réduire la formation de tourbillons et d'autres phénomènes nuisibles qui pourraient résulter de cette dêflexion à 180 , on a donné au trajet compris entre l'ouver- ture d'entrée 9 et le passage de sortie 10 en forme de spirale une courbe uniforme sur toute sa longueur A cet effet on donne à l'extrémité interne de l'en- veloppe, à l'entrée, un prolongement annulaire 8a cintré de façon à le rendre convexe et dirigé vers l'extérieur et on façonne l'aube ou la surface de déflexion de l'organe annulaire 6, de façon qu'il forme une courbe annulaire et qu'il présente, à par- tir de son centre, une concavité tournée vers l'ex- térieur.
De cette façon la déflexion est amenée graduellement et uniformément, ce qui empêche des changements brusques dans la direction ou dans la section d'écoulement et réduit par conséquent la possibilité d'une déformation du courant.
Les bords longitudinaux de chacune des aubes, c'est-à-dire, le bord fixe et le bord opposé, sont naturellement cintrés respectivement pour qu'ils
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courbure de la s'adaptent à la/surface voisine de l'organe 6 et du prolongement 8a, grâce à quoi le contour de chacune
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des aubes, lorsqu'on observe l'une ou l'autre de ses faces, a plus ou moins la forme d'un arc.
Bien que les surfaces des aubes puissent, si on le désire, être planes et ques les aubes mêmes puissent être disposées d'une façon appropriée quelconque, la demanderesse préfère utiliser une forme d'exécution et une disposition qui assurent l'efficacité du fonctionnement desdites aubes.
A cet effet, on donne aux aubes 1 une forme telle
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que lems surfaces iKtgïMB/ dans le sens du mouvez
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/S- , oient ment, :m#t/Ïncurvées d'une façon plus ou moins !soient concave, à la fois dans le sens de la longueur et le long des lignes que suit le courant et trans- versalement par rapport auxdites lignes. Les aubes sont fixées de façon à constituer un ensemble sur la surface de l'organe 6, dans le sens radial plus ou moins à la façon d'une spiralep la disposition représentée sur les figures 9 et 10 étant telle que la partie axiale des aubes, c'est-à-dire la partie dirigée vers l'entrée, se trouve en avance,dans le sens de la rotation, sur les parties extérieures, c'est-à-dire les parties tournées vers la sortie; ceci toutefois n'est pas nécessaire.
Il est évident que, pendant le fonctionne- ment de l'appareil conforme à cette construction, l'air qui passe entre les aubes n'est pas uniquement soumis à la déflexion à 180 mentionnée plus haut mais que cet air est, en outre, défléchi, dans son
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ensemble latéralement et vers l'avant, par la rota- tion des aubes, d'où il résulte le dépôt de la pous- sière sur les surfaces antérieures des aubes, c'est- à-dire les surfaces tournées dans le sens du mouvez
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ment, En outre, la déflexion latérale est augmentée par la courbure des aubes.
La poussière déposée se déplace évidemment vers l'extérieur, le long des aubes, par suite de l'action combinée de la force centrifuge et de l'entraînement de l'air.Il est clair que l'efficacité de cette construction sera augmentée si l'on amène la poussière déposée, pen- dant qu'elle se déplace vers l'extérieur, à se dé- placer également dans le sens latéral et sur les aubes dans la direction de leurs bords fixes.
De cette façon la poussière est enlevée autant que pos- sible de la masse principale du courant d'air, ce qui rend plus certaine la séparation finale., A ce propos on peut indiquer que la rotation des aubes engendre une pression sur les particules de pous- sière, pression qui est dirigée tangentiellement dans le sens opposé à la rotation et qui tend par consé- quent à maintenir les particules sur les aubes, cette pression étant évidemment proportionnelle à l'accès lération tangentielle des particules.
Dans la pré- sente construction, grâce au fait qu'on incline les aubes vers l'avant, dans le sens de la rotation, on dirige une composante de cette force vers l'organe annulaire 6 et on utilise ainsi cette force pour effectuer le déplacement latéral des particules de poussière,,
L'inclinaison des aubes présente un autre avantage. Lorsque par exemple lesparticules sont heurtées par l'une des aubes et rebondissent au lieu de se déposer, l'inclinaison tend à diriger lesdites particules plus ou moins le long de la surface des aubes, vers le bord fixe desdites aubes, au lieu de lesramener directement t dans la masse prince
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pale du courant d'air, L'inclinaison augmente donc, en fin de compte, la possibilité du dépôt des par- ticules soit sur l'aube soit sur l'organe 6.
En ce qui concerne les particules déposées sur l'organe
6, on peut faire remarquer que non seulement elles tendent à se déplacer vers l'extérieur mais que, en raison de la pression exercée sur lesdites par- ticules par la rotation de l'organe 6, elles ten- dent également à se déplacer latéralement sur l'or- gane 6 vers les bords fixes des aubes. Par conséquent grâce à cette construction, toutes les particules déposées sur les aubes 1 et sur l'organe 6 sont ame- nées à se déplacer vers les extrémités extérieures de décharge des aubes. Les extrémités de décharge ou de sortie des aubes sont pourvues de canaux 3 disposés de façon qu'ils reçoivent les particules de poussière déposées se dirigeant vers l'extérieur.
Ces canaux sont construits de façon à s'étendre dans un sens radial afin d'utiliser l'effet complet de la force centrifuge lors de l'évacuation de la poussière déposée. Les canaux 3 s'étendent vers l'extérieur au-delà du bord périphérique de l'or- gane annulaire 6 et peuvent être disposés de façon à se décharger, soit dans l'atmosphère, soit dans un réceptacle approprié quelconque.
Dans la forme d'exécution représentée, l'enveloppe 8 comporte un passage annulaire (ou chambre) 12 destiné à rece- voir et à diriger la poussière déchargée dans une trémie 13 formée dans l'enveloppe, à la partie in- férieure de la chambre 12, la trémie étant pourvue d'un organe de fermeture approprié 14 par lequel la poussière peut être enlevée de l'enveloppe
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On a indiqué précédemment que la gran- deur des particules varie considérablement et que le séparateur peut être construit de façon qu'il sépare du milieu des particules de grandeurs dif- férentes, à partir d'une grandeur choisie minimum, Par exemple, lorsqu'on désire construire,
soit un séparateur fixe ou analogue aux ventilateurs avec des aubes d'une longueur et d'une courbure voulue% soit un séparateur analogue aux souffleries animé d'une certaine vitesse et pourvu d'aubes rectili- gnes ou incurvées d'une longueur voulue, le seul facteur à déterminer est alors l'écartement maximum admissible des aubes. L'écartement maximum des au- bes peut évidemment être exprimé par le nombre minimum d'aubes.
Le nombre minimum d'aubes 1 qui peuvent être utilisées dans une construction particulière quelconque peut être déterminé par l'expérience mais être aussi susceptible d'une solution mathé- matique. Pour illustrer d'une façon générale la solution mathzmatique,on a représenté schéma- tiquemeut sur la figure 12 une construction utili- saut des aubes radiales incurvées dans lesquelles de l'air est admis radialement, aux extrémités axiales des aubes et passe directement vers l'ex- térieur. Dans ce qui suit on a donné la solution mathématique du problème
Pour commencer il est nécessaire de choisir la grandeur -minimum des particules que l'on désire séparer.
La vitesse maximum de chute libre qu'une particule peut atteindre est ce sure de sa grandeur et constitue un moyen approprié
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et correct de déterminer cette grandeur, En con- séquence, on peut supposer que la grandeur minima de la particule à séparer est celle qui corres- pond à une vitesse de chute de 35 cm. par minute.
Ceci est bien de l'ordre de grandeur des parti- cules en suspension. Ainsi, le séparateur aura pour objet d'éliminer les particules de grandeur telle que leur vitesse de chute libre soit de 35 cm. par minute ou davantage.
Conformément à la loi de Stokes, la ré- sistance ou la force de viscosité créée par un fluide et dirigée contre le mouvement d'une par- ticule quelconque se propageant dans le fluide est proportionnelle à la vitesse relative existant entre le fluide et la particule ou (1) R = Vr x K R désignant la résistance, Vr la vitesse relative et K une constante.
Appliquant cette loi à un corps en chute libre dans l'espace, on a visiblement (2) R = Vf x K dans laquelle Vf représente la vitesse Maxima du corps en chute libre.
Mais la résistance exercée sur le corps qui tombe est égale au produit de sa masse (m) par l'accélération de la pesanteur (g), d'où (3) R = mg
Substituant maintenant l'équation (3) dans (2) et combinant (1) et (2), on obtient
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La quantité g/Vf est une propriété de la particule au même titre que son poids et sa forme.
Elle exprime la résistance d'une particule de rias- se-unité tombant avec une vitesse égale à l'unité et peut être appelée la "résistance spécifique" (#). La loi de Stokes peut alors s'écrire : (5) R = m # Vr
La résistance spécifique correspondant à une vitesse de chute de 35 cm. par minute est évidemment égale à
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Et = g/q f * 981 x 60 x 60/'35 100.000
En se référant maintenant à la fig. 12, on voit que à et B représentent deux aubes tournant autour d'un centre commun 0 avec une vitesse an- gulaire #. Une particule P de résistance spéci- fique 6 pénètre dans l'espace compris entre A et B en un point voisin de A.
Il est évident que si cette particule se dépose sur B, toutes les autres particules de même grandeur ou de grandeur supérieu- re, c'est-à-dire de résistance spécifique égale ou plus petite, pénétrant en un point situé entre A et B, se déposeront également.
La trajectoire relative de la particule P est indiquée en traitspointillés et sa position est donnée par la position du vecteur r. Utili- sant les deux directions de référence et j, la première dans la direction de r et la deuxième à angle droit de la première, la position de la par- ticule peut être représentée par
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(6) r= ri r désignant le rayon.
Le mouvement de la particule en un point quelconque est donné par le vecteur vitesse ?
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Des égalités (6) et (7), on peut déduire la valeur de #.
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La vitesse de variation de la direction i est évidemment égale à la vitesse ANGULAIRE #p de la particule et est dirigée à angle droit de r, d'où
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Il s'ensuit que
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Tenant compte des équations (8) et (9), la valeur de v devient
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L'accélération a de la particule est égale à
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Conformément à la deuxième loi de Newton (K3) # = ma
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m étant la masse de la particule et F la force résultante agissant sur elle. Négligeant l'in- fluence de la pesanteur sur la particule, cette force est égale à la résistance R obtenue d'après la loi de Stokes et est dirigée en sens contraire du mouvement lorsque la particule se déplace plus vite que l'air.
En conséquence, de l'équation (5) on peut déduire la valeur de F
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(14) F R = .. me (v - c c désignant la vitesse absolue du fluide .
La vitesse 1 de l'air dépend de la vitesse angulaire #. du débit d'air et de la forme
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f- des aubes. On peut laEtR/'en deux composantes décomposer /*c' sfl/ht t" suivant les deux directions de référence précitées et écrire (15) c = c'i + c"j
Tenait compte de (11) et (15), l'équa- tion (14) peut s'écrire :
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(16 ) F - - m 8 ( .- c')i + (rwp-alft jj
Egalant cette expression avec (12) et en tenant compte de (13), on obtient
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Pour que les deux membres de cette équation soient identiques pour toute valeur de t. lestermes contenant g#doivent être égaux de même que ceux contenant j.
En séparant ce qui se rap- porte à ces deux directions et en regroupant les
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termes, les équations deviennent :
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L'équation (19) peut aiszment être in- tégrée, étant une équation linéaire en #p. Ainsi
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K désignant une constante d'intégration.
Insérant cette valeur dans l'équation (18), on obtient une équation différentielle qui ne peut pas être résolue par les procédés ordi- naires. Toutefois, remarquant que la vitesse radiale dr/dt de la particule ne peut pas différer dt beaucoup de la vitesse radiale c' du fluide et que étant dirigée vers l'extérieur à partir du centre peut être considérée comme inversement proportionne]]eau rayon:, on peut écrire
EMI25.3
dans laquelle co est la vitesse radiale du flui- de à son arrivée sur les aubes et ro est le rayon en ce point.
Posant t = 0 en ce point et intégrant (21), on obtient (22) r2. = 2 corot + ro2
Pour une étude plus approfondie, on doit maintenant introduire la vitesse relative W entre l'aube et le fluide. Naturellement dans une direction radiale la vitesse relative de l'aube est nulle et en conséquence (23) c' = w'
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tandis que dans une direction tangentielle (24) c" = r # + w"
Le débit ou quantité de fluide débité par unité de temps est évidemment exprimé par (25) V = H 2 # roco h étant la hauteur de l'aube suivant la direction de l'axe. En conséquence, le coefficient de t dans l'équation (22) dépend uniquement de la hauteur et du débit, mais est indépendant de la forme de l'aube et de la vitesse.
Portant c" de l'équation (24) dans l'é- quation (20),on obtient
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dans laquelle la première intégrale est indépendant de la forme et peut facilement être évaluée après avoir remplacé r2 par sa valeur tirée de l'équation (22). On obtient
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Substituant cette valeur dans (26), la vitesse angulaire W. p de la particule devient
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la constante d'intégration K' dans (27) ayant été incluse dans la constante K de (28). La vitesse angulaire relative entre la particule et l'aube ou la vitesse de variation de l'angle [alpha] du déplacement relatif est exprimée comme suit (voir fig, 12)
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de laquelle on obtient [alpha]par intégration.
La condition pour qu'il y ait précipita-
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/*ou dépôt tio st évidemment que x (fig. 12) tende vers zéro ou que ([alpha] + ss) devienne égal à l'angle # des aubes pour une valeur de t inférieure à t', t' étant le temps nécessaire pour le passage L'angle 1 exprime. la position d'un point sur l'aube par rapport à la face intérieure de l'aube.
Remarquant que la forma de l'aube est en accord avec les filets d'air, on obtient pour la va- leur de #
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Pour obtenir la valeur de [alpha], il est né- cessaire d'évaluer la constante K dans l'équation (28) Supposant que la particule pénètre radialement dans la même direction que l'air et en se rappelant que, au point d'entrée, t =' 0, on obtient
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Des équations (28) et (29) on déduit fa- cilement que
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ou par intégration et en se rappelant que doit ten- dre vers zéro, pour t = o
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Aucune des intégrales de cette équation ne paut être évaluée par les méthodes habituelles.
Toutefois, on peut apporter une simplification considérable en substituant à la valeur variable de r une valeur fixe ou valeur moyenne de r, soit rm,
Cette approximation est généralement per- mise. D'où :
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Le second terme de cette expression peut être grandement simplifié par une intégration par- tielle, On a :
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et en portant dans (35)
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Vu que c/ est un nombre très considérable liC la , et que e ¯ û 4. est extrêmement petit, le second terme/, parenthèse 5 peut être néglige D'ou
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Le premier terme de cette expression est indépendant à la fois de la forme des aubes et du vo- lume débité, mais dépend de la vitesse angulaire et des rayons du dispositif de précipitation.
Le second terme est indépendant de la vitesse angulaire et de
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la rotation, mais dépend de la forme et du débit.
Le terme ([alpha] + ss) est évidemment une mesure de la déflexion, et puisqu'il doit être égal à l'angle d'écartement des aube 89 (voir équation(29)et sui- vantes) il convient que l'écartement ou le nombre desaubes soit coordonné avec la grandeur de la particule, la longueur du passage de déflexion, l'an- gle de déflexion et la forme de l'aube.
Avec des aubes qui s'étendent vers l'a- vant, W" est de signe positif et, avec des aubes qui s'étendent vers l'arrière, il est de signe négatif.
Avec des lames rectilignes et radiales W" est nul et l'intégrale disparaît. Dans ce cas, l'équation (38) devient
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La valeur de l'angle ([alpha]+ss) à l'extra- 'Il mité extérieure des aubes peut être établie comme suit
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ou r' est le rayon extérieur,, Cette équation ex- prime l'intervalle ou angle d'écartement maximum possible. A partir de cet angle, on peut calculer le nombre N d'aubes nécessaires. Par exemple, l'angle d'écartement-est donné par
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et on a aussi (41) # = 2 # n n représentant le nombre de tours par minute, d'oà
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Cette équation fait de plus ressortir la coordination des divers facteurs mentionnés ci- dessus.
En introduisant la valeur # = 100.000 on obtient finalement
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Afin de donner un exemple de l'applica- tion de cette équation, on peut supposer que l'on a une roue de précipitation ayant un rayon extérieur de 90 cm. et un rayon intérieur de 60 cm./qui tourne à une vitesse de 400 tours par minute. En substituant cette valeur dans l'équation (43) on obtient
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Donc, pour obtenir la précipitation efficace en traitant des particules ayant une résistance spé- cifique de 100.000, on doit avoir au moins 308 au- bes radiales.
Si lesaubess'étendent versl'avant, un nombre moindre est nécessaire, et si elles s'é- tendent vers l'arrière, un nombre plus grand est nécessaire. Le nombre requis dans chaque cas est trouvé en calculant l'intégrale de (38) qui peut être obtenue analytiquement ou graphiquement si la forme de l'aube est donnée.
Pour le cas spécial du dispositif de la fig. 1, on a :
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Dans ce cas, il est évident que l'écartement est uniquement fourni par le second terme de l'équation (38). D'où :
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Cette équation est applicable que le dispositif soit en mouvement ou non.
En se rappelant que r est infini, il s'ensuit que r = ro = rm = ra et que, par conséquent, l'écartement S peut s'expri- mer par (45) S = r ([alpha]+ss)
En substituant alors la valeur ([alpha]+ss) de (44) et en chassant r, on a
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t2 étant le temps nécessaire pour le passage du fluide à travers le dispositif. De plus, en se rap- pelant que la particule se déplace dans une direction radiale avec, approximativement, la même vitesse que l'air (co) et, de plusn que cette vitesse est constat te, on obtient (47) x = cot où x est la coordonnée radiale de la particule comme cela est représenté sur la fig. 1.
Pour évaluer l'intégrale, il est néces- saire de connaître d'une façon ou d'une autre la forme de l'aube.
Par exemple;,on peut considérer la forme définie par
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(48) w" K (K1x- 1) K et K1 étant des constantes positives. En consé- quences W" sera négatif à l'entrée, l'angle à
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X augmente, w" augmente et égale zéro lorsque x =1/K1. Après cela W" augmente de façon continue K1 lorsque x aumente. Ceci correspond à la forme re- présentée sur la fig. 1.
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ou bien en évaluant l'intégrale (50) S = W" - Wo #
Afin de montrer l'application de cette équation, on supposera que dans un dispositif ana- logue à celui représenté sur la fig. 1, la vitesse radiale à l'entrée est de 600m par minute et que la vitesse tangentielle à l'entrée est de 600 m. par minute. Ceci correspond à un angle d'entrée de 45 .
Avec une voie d'écoulement radiale corne celle re- présentée sur le dessin annexé, la vitesse d'écoule- ment tangentielle est nulle. En conséquence avec la valeur de 100.000 pour 6 , on obtient :
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