<EMI ID=1.1>
Dans les séparateurs de poussière de l'espèce des cyclones
ordinaires, le rendement, de séparation est normalement sensible-
ment plus bas qu'il a été calculé en connaissance de la vitesse
centrifuge des particules de poussière sous Inaction de la force
centrifuge. En outre, on a constaté que le rendement de séparation
<EMI ID=2.1>
trop élevées de rotation ont même amené une diminution du. dit
rendement.
Par contre, dans des séparateurs centrifuges,, dans lesquels la cage enveloppant le fluide tourne avec ce fluide, de manière que le mouvement relatif entre le fluide et la cage soit réduit à un
<EMI ID=3.1>
ment élevé de séparation. Les séparateurs de lait, les séparateurs destinés au décantage de l'huile de graissage en sont des exemples et pour citer-.un résultat frappant, le séparateur ultrac entrifuge
de T. Svedberg., dans lequel on a réussi à séparer des particules d'une finesse colloïdale de fluides à poids spécifique à peine inférieur à celui des particules.
En.comparaison des séparateurs centrifuges précités.,les séparateurs à cyclone ordinaire sont de beaucoup inférieurs. Normalement il ne leur est pas même possible de séparer des particules
en suspension dans de l'air ou des gaz, quoique leur poids spécifique soit normalement de 500-2000 fois supérieur à celui de l'air respectivement du. gaz:.
Or, par suite de l'absence de pièces rotatives, les séparateurs à cyclone sont extrêmement simples et pratiques, pour ces raisons il serait d'un grand progrès technique, s'il était possible de construire des séparateurs à cyclone à rendement de séparation même approximativement égal à celui des séparateurs centrifuges
<EMI ID=4.1>
Il est logique de supposer que le plus grand défaut des séparateurs à cyclone connus jusqu'à présent réside dans un nouveau soulèvement en tourbillons, par suite de la friction et de la turbulence en résultant , de la poussière déjà séparée.
La présente invention a pour but de développer des dispositifs, dans lesquels un tel retourbillonnement est diminué ou supprimé totalement.
En vue de pouvoir bien comprendre le fonctionnement d'un
tel dispositif, il est nécessaire de savoir de quelle manière est provoqué le dit retourbillonnement dans les cyclones. Avant de décrire l'invention.il sera donné d'abord une brève description.des rapports de pression et de courant dans un cyclone et les points de vue constituant la base de la présente invention.
<EMI ID=5.1>
cyclone. La figure 3 représente une coupe longitudinale à. travers une autre construction connue: de séparateur à. cyclane.
Le séparateur de la figure 1 a un fond plat et la figure 2. indique la manière suivant laquelle la pression. statique au. fond
<EMI ID=6.1>
duit central d..
Ainsi qu'il ressort de la courbe. de distribution, 1 de la figure 2t la pression statique- diminue fortement à partir de la paroi en direction, du centre du séparateur. Cette distribution de la pression est. une: suite directe de la force centrifuge, agissant sur la masse des gaz en circulation dans le séparateur. Dans la plus grande partie de la masse des gaz en circulation, la force <EMI ID=7.1>
tion du centre, produisant ainsi. un équilibre dans le sens radial. En proximité du.fond du séparateur cependant, une partie de la masse des gaz, par suite. de sa friction contre le fond, a perdu. une partie de son énergie cinétique et par conséquent tourne plus
<EMI ID=8.1>
libre- en sens radial avec la dite différence de pression en direction du centre. A côté du.mouvement_de rotation, on obtient en proximité du fond un courant radial en. direction du. centre-. Un eau" rant pareil prend naissance en proximité. de toutes les surfaces
<EMI ID=9.1>
quent de même en proximité de la paroi supérieure 1 du séparateur. La quantité d'air retardée par la friction est dirigée vers le centre du séparateur et. s'écoule, de la manière indiquée par les, flèches par le tuyau central d'évacuation. Par conséquent, on obtient, à côté du courant circulaire, deux courants dans les plans de l'axe de rotation. Le plus bas de ces courants g avec le courant circulaire de la masse du gaz forme une trombe qui déjà pour
modérée
une vitesse/de rotation est assez forte, pour pouvoir soulever des particules relativement grandes et pour les évacuer par le tuyau central d'évacuation d. Le courant supérieur h, composé
en partie par un courant radial le long de la paroi f, en partie par un courant axial le long de la partie inférieure du tube d, évacue par le tuyau � une partie de la plus fine poussière. La trombe [pound]. au fond du cyclone est une des causes principales du fait que le rendement de séparation n'augmente pas avec la vitesse de rotation dans les proportions calculées, mais par contre qu'elle diminue même, dès que des vitesses déterminées ont été dépassées. Comme preuve, il peut être rappelé qu'en répandant une grande quantité de poussière sur le fond d'un cyclone d'une construction suivant la figure 1 et en y faisant passer un flux de gaz, le cyclone sera complètement vidé, si la vitesse du gaz est assez grande. Il est aisé de concevoir que l'effet de la trombe peut être supprimé, en donnant au cyclone une forme très profonde.
Mais de cette manière.il n'est possible de perfectionner le cyclone que jusqu'à une certaine limite. Des essais effectués ont démontré qu'en dépassant une certaine profondeur du cyclone, on ne réussit pas à améliorer le rendement de la séparation. Ceci provient de ce que l'épaisseur de la couche limite de friction à côté de la circonférence du cyclone augmente de haut en bas. A une certaine profondeur en dessous du tuyau tangentiel d'admission, la couche limite de friction à.côté de la circonférence du cyclone finit par être si épaisse que la couche se sépare de la paroi, pour rompre les couches de gaz à circulation rapide, largement distancées de la paroi. A cause de la différence dirigée radialement vers le centre, comme indiqué ci-haut, la masse du gaz retardée dans la couche limite de friction tend vers le centre du cyclone.
Pour ces raisons, une trombe est constituée, même dans un cyclone très profond. Il s'y ajoute que, si la couche limite de la circonférence rompt les couches de gaz disposées plus à l'intérieur et circulant avec une vitesse supérieure:, il se constitue par suite du mélange de couches de gaz. à.vitesses différentes une forte turbulence, capable de faire tourbillonner à nouveau- de la poussière déjà. séparée.
Un procédé connu pour empêcher un nouveau, tourbillonnement
<EMI ID=10.1>
férieure, la dite partie étant raccordée en bas à une partie. élargie formant collecteur de poussière.-. Une telle exécution est
<EMI ID=11.1>
rieure du cyclone et 1 est. le collecteur y raccordé,.. Cette construction connue permet d'utiliser des. vitesses de gaz plus gran-
<EMI ID=12.1>
si la vitesse du gaz est assez grande, même dans des Cyclones
de pareille construction, la trombe dans le collecteur ^. devient
<EMI ID=13.1>
sière déjà séparée et pour la ramener dans la partie supérieure k du cyclone. Au cours d'un essaie on a introduit par exemple des copeaux de bois dans l'entonnoir du. collecteur 1 en dessalas du cyclone. La profondeur du collecteur 1 était approximativement
<EMI ID=14.1>
partir d'une certaine vitesse, des copeaux relativement grossiers ont été soulevés et ramenés jusque dans la partie supérieure du cyclone. Les vitesses employées dans ces essais n'étaient nullement supérieures à celles pouvant être employées'en considéras tion de la résistance du courant traversant pour le fonctionne**
<EMI ID=15.1>
lieu. Ces essais ont démontré que même un cyclone- de construction moderne n'est pas capable de tirer tout le profit possible des avantages pouvant être réalisés au moyen des vitesses très élevées de rotation. En outre, la construction suivant la figure 3 présente l'inconvénient d'une trop grande hauteur. De plus, le dispositif du collecteur inférieur de la'poussière ne peut nullement diminuer la formation de la trombe dans le cyclone proprement dit ou empêcher le retourbillonnement de la poussière. De même, des essais avec un axe central monté dans le collecteur ainsi que des obturateurs coniques, montés d'une manière connus n'étaient pas capables d'empêcher dans de larges limites le tourbillonnement de la poussière.
La présente invention se rapporte à des dispositifs supprimant complètement les courants radiaux décrits ci-dessus avec formation simultanée de trombes et réduisant en même temps le mieux possible le mélange des couches de courant de vitesses différentes et des turbulences résultantes. En outre) l'invention poursuit le but
de réduire la hauteur des cyclones. La présente invention est essentiellement caractérisée en ce que, dans la partie inférieure du cyclone ou dans un collecteur de poussière prévu en dessous du cyclone, est disposé un certain nombre d'anneaux concentriques
ou. approximativement concentriques, formant entre eux des canaux circulaires, communiquant par leur partie supérieure avec le cyclone, respectivement avec la partie supérieure du collecteur et fermés à leur base ou bien par un ou plusieurs fonds spéciaux ou bien en ce que les anneaux concentriques sont disposés immédiatement contre le fond du cyclone, respectivement du collecteur.
Suivant une exécution convenable de l'invention, les anneaux concentriques ont une forme cylindrique, constituant entre eux
des canaux circulaires. Il est utile de faire diminuer la hauteur de chaque cylindre de l'extérieur vers l'intérieur, de manière qu'une surface imaginaire passant par les extrémités supérieures des dits cylindres constituerait un cône à sommet dirigé vers le bas. L'intervalle entre les cylindres est convenablement choisi aussi petit, que le courant dans les canaux constitués par les dits
<EMI ID=16.1>
est. au moins aussi réduit que la turbulence est fortement freinée. Suivant Reynold, un courant turbulent à. 1* intérieur d'ion tuyau se transforme en courant à filets parallèles, dès que la produit de la vitesse de flux multipliée par le diamètre du. tuyau et partagé
par la viscosité cinématique du fluide tombe en dessous de 2300
(nombre, de Reynold). Pour des canaux. d'une forme différente de:
<EMI ID=17.1>
plié par 4, et de cette manière la théorie de Reynold est valable pour de tels canaux. La valeur précitée 2.300 du nombre de Reynald
<EMI ID=18.1>
rant dans un canal lisse se transforme en courant à filets parallèles, même si à son entrée, dans le canal il était turbulent. Si le courant est à filets parallèles dès.le début, alors dans un canal lisse,le dit état des filets parallèles peut être maintenu jusqu'à des valeurs de 50.000 pour le nombre Reynold. Gommeil sera difficile, même en présence. du. meilleur façonnage- de l'amenée du gaz dans le cyclone, d'obtenir une admission absolument sans tourbillons, le nombre de Reynold pour le courant dans les canaux circulaires doit rester en dessous de la valeur 50.000. Ceci signifie que la distance entre les anneaux concentriques doit diminuer, c'est-à-dire les canaux deviennent plus étroits en proportion inverse de la vitesse du courant.
Pour empêcher la naissance d'une turbulence nuisible, le nombre de Reynold pour les courants dans les canaux circulaires ne doit pas dépasser la valeur 25.000. Avec un appareil d'essai dimensionné de manière que pour le. dit courant à travers les cyclones, en présence de quan� tités normales de gaz. le nombre de Reynold reste en dessous de la valeur 10.000 à 15.000, on a réussi à obtenir des rendements excellents de séparation. Comme il est difficile de constater la valeur du nombre de Reynold pour un courant dans les canaux circulaires, celle-ci dans le cas présent doit être remplacée pour
<EMI ID=19.1> hydraulique. Ainsi par exemple pour les vitesse des gaz admises en fonctionnement normal par rapport à la résistance dans le cyclone, le rayon hydraulique des canaux circulaires ne doit pas dépasser
2 cm. En présence de résistances et de vitesses relativement élévées, il est utile de choisir le rayon hydraulique inférieur à
1 cm. Si en outre la poussière à séparer est très fine, il est préférable que le rayon hydraulique ne dépasse pas 0,5 cm., afin d' empêcher le retourbillonnement de la poussière déjà séparée.
Il va sans dire que le rayon hydraulique est mis en compte
<EMI ID=20.1>
rant. En négligeant le fond des canaux circulaires, un rayon hydraulique de 2,1 respectivement 0,5 cm. correspond à une distance entre les anneaux concentriques de 4,2 respectivement 1 cm. Ces mesures conviennent à des cyclones relativement petits. La force centrifuge agissant dans un cyclone étant inversement proportionnelle au rayon de courbure du courant gazeux, il n'est pas avantageux de construire des unités de cyclones de dimensions trop grandes. Par conséquent pour une grande quantité de gaz,il est préférable de la distribuer d'une manière connue sur plusieurs cyclones disposés parallèlement. Au lieu des dimensions indiquées cidessus, il serait peut-être plus exact d'indiquer en général la distance entre les anneaux pour toutes les grandeurs possibles
des anneaux en % du diamètre moyen du canal circulaire en question. Ainsi on peut indiquer comme valeur convenable que la distance entre deux anneaux circulaires ne doit pas dépasser 20 % du diamètre moyen du canal circulaire constitué entre les deux anneaux en question. Cette proportion, des dimensions a été établie d'abord en vue d'empêcher la formation de courants radiaux et de trombes. Il en résulte une largeur croissante d'une manière continue de l'inté-
<EMI ID=21.1>
courant en filets parallèles, indépendant du diamètre du canal circulaire, la distance entre les anneaux ne doit être déterminée qu'en considération de la vitesse du courant et la viscosité ci-nématique. Dans de nombreux cas. il peut être utile, en.vue de la solution de. problèmes pratiques dans la réalisation de la présente invention, de combiner ces deux- règles de dimensions.
Les figures 4 à 13 des dessins annexés représentent à titre d'exemple plusieurs formes d'exécution de. cyclones suivant la présente invention.
fig.4 est une coupe verticale à travers, une des exécutions, <EMI ID=22.1> fig.7 à. 13 montrent schématiquement, des coupes, verticales à travers sept autres exécutions du collecteur d'un cyclone..
<EMI ID=23.1>
se de admission dans le cyclone .aussi constante et aussi élevée que possible et ceci indépendamment des variations de la quantité
<EMI ID=24.1>
un collecteur cylindrique 4) dans la partie la plus basse duquel la poussière séparée est rassemblée. A l'intérieur du cyclone, respectivement du. -collecteur de poussière, un certain nombre de cylindres concentriques 5 est disposé, de manière à constituer entre
<EMI ID=25.1>
hauteur des dits cylindres diminue de l'extérieur vers l'intérieur de manière qu'une surface, imaginaire passant par les arêtes supé-
<EMI ID=26.1>
férieure usuellement conique a donc été supprimée dans ces. cyclenes. On pourrait presque prétendre que le cyclone proprement dit ne possède pas de fond, sa partie inférieure étant constituée par un certain nombre de canaux circulaires avec une profondeur telle par rapport à leur largeur que le retourbillonnement de la poussière tombée dans ces canaux soit pratiquement impossible. L'
effet de ce dispositif consiste donc en ce que la poussière est enlevée du cyclone proprement dit, pour être transportée sur le plus court chemin dans un collecteur, dans lequel tout nouveau tourbillonnement est empêché. Il convient de prévoir pour ces canaux circulaires une profondeur au moins 10 fois égale à la largeur des dits canaux. En aucun cas cette profondeur ne peut
être inférieure à. 5 fois la largeur du canal, dans le cas contraire un retourbillonnement puissant de la poussière ayant lieu.
Avec l'obturateur décrit ci-dessus dans le collecteur de poussière, toute formation de trombe est supprimée. Par conséquent la trombe existant inévitablement dans la partie inférieure du cyclone proprement dit, est empêchée d'enlever de nouveau de la poussière déjà séparée. Tout nouveau tourbillonnement par suite d'une turbulence à l'intérieur des canaux circulaires est supprimé du fait que la largeur des canaux est réduite aux dessins précités.
Il a déjà été dit que dans la partie supérieure du cyclone également, en proximité du couvercle supérieur, il existe un courant radial vers l'intérieur en direction du centre, par suite duquel
la poussière pourrait être transportée en direction de l'évacuation des gaz. Suivant la présente invention, le dit courant est complètement supprimé par un certain, nombre d'aubes directrices
11 recourbées en spirales, disposées sur la face inférieure du couvercle supérieur du cyclone. Il devient même possible d'obtenir un courant radial dirigé en sens opposé, c'est-à-dire vers l'extérieur. Un tel courant radial influence favorablement la marche du courant dans tout le cyclone, de manière à obtenir un changement
de direction chassant les couches de gaz à la circonférence du cyclone et enrichies de poussière vers le bas vers la partie inférieure. du cyclone, où la poussière est absorbée dans les canaux circulaires. Les aubes directrices en spirales dans la partie supé-rieure du. cyclone permettent en conséquence une meilleure, utilisation des canaux circulaires dans la partie: inférieure du cyclone. En bas la poussière est séparée successivement dans les canaux. circulaires de sorte que les plus gros grains soient disposés:
dans les canaux circulaires extérieurs et les grains plus. fins dans les canaux intérieurs. Pour ces raisons, le. dispositif peut
<EMI ID=27.1>
ner la séparation des poussières dans des épurateurs à. cyclones.. Le résultat excellent qu.' on à obtenu;ressort le mieux d'essais effectués avec une poussière très fine:. En effet,, des-.dispositifs suivant l'invention ont permis de réduire l'entraînement de telles matières à une fraction minime de celles entraînées par un cyclone ordinaire sans le dit dispositif.
En.vue de pouvoir évacuer aisément la poussière séparée:
<EMI ID=28.1>
du cyclone. Au moyen des aubes directrices 11, en spirales dans la partie supérieure du cyclone, il devient possible de se passer du tube central usuel pour l'évacuation du.gaz, s'avançant d'une certaine hauteur en dessous du, couvercle supérieur des cyclones ordinaires. De cette manière, la hauteur utile. du cyclone peut être
<EMI ID=29.1>
tage leur hauteur totale. Les aubes directrices 11 forment- un angle minime par rapport au sens de la circulation (convenablement inférieur à 10[deg.]), de sorte-.qu'il leur soit impossible de produire une turbulence nuisible. Les aubes directrices sont dirigées de manière que la masse des gaz circulant entre elles soit conduite.
de l'intérieur vers l'extérieur en direction de la circonférence.
Le dispositif suivant la figure 7 se distingue seulement
de celui représenté dans les figures 4 à 6 en ce qu'un certain nombre de cylindres au centre du dispositif sont de la même hauteur, de sorte que leurs arêtes supérieures soient situées dans
un même plan.
Si la poussière à séparer est très fine sans ajoute d'une forte quantité de gros grains, alors la poussière séparée sera répartie assez uniformément sur le fond du collecteur. Si par contre, ce qui se présente souvent, la plus grande partie de la poussière est relativement grossière, ne contenant qu'une petite quantité de poussière fine, alors le canal circulaire extérieur
est rempli d'abord de poussière.. Afin d'augmenter la capacité du collecteur, il peut donc souvent devenir nécessaire de faire le canal circulaire extérieur plus large que les autres canaux. Mais on a constaté qu'en enlevant par exemple trois des cylindres extérieurs d'un dispositif suivant les figures 4 et 7, il se forme
une trombe puissante soulevant la poussière le long de la paroi cylindrique intérieure du canal circulaire extérieur. Pour que cette trombe ne puisse entraîner des quantités considérables de poussière vers l'intérieur du cyclone, le cylindre intérieur du dispositif est muni à sa partie supérieure d'un élargissement conique 123, ainsi que le montre la figure 8. Malgré cela, il est inévitable qu'une grande partie de la poussière la plus fine est entraînée par turbulence à l'intérieur du cyclone, où la plus grande partie en est séparée dans les autres canaux circulaires étroits.
Un. cyclone avec un collecteur suivant la figure 8 peut donc être considéré comme deux épurateurs, accouplés en série, notamment un épurateur grossier, constitué par le canal circulaire large extérieur et un épurateur fin, constitué par les canaux circulaires étroits intérieurs* Suivant la figure. 9, le dispositif appliqué au. collecteur
<EMI ID=30.1>
nis à leurs extrémités supérieures d'un élargissement conique 12, l'ensemble des surfaces coniques des dits élargissements cons-
<EMI ID=31.1>
res circulaires étroites 13, se trouvant entre les différents anneaux (cylindres) du. dispositif. AU centre du. cylindre intérieur
<EMI ID=32.1>
par la figure 10. Contrairement. à. la figure 9, les élargissements coniques 15 à l'extrémité supérieure des anneaux sont plus larges,
<EMI ID=33.1>
naux étroits 16 entre eux. De cette manière, on obtient des canaux circulaires accessibles pour un nettoyage éventuel,; le dispositif appliqué peut être détaché du. fond du. collecteur. En. vue de' maintenir ensemble les différents cylindres du. dit dispositif, 2. un. certain nombre d'écartements 17 sont fixés entre les cylindres, dans l'espace par soudage. Il convient de disposer les écartements en rangées, de sorte qu'ils constituent des rayons pour le dispositif. Ces rayons sont reliés au. centre par une tige centrale 18 à extrémité inférieure traversant le fond du collecteur 4. La dite extrémité inférieure de la tige 18 est filetée par Un écrou 19
<EMI ID=34.1>
teur 4. Pour obtenir l'étanchéité des différents cylindres appliqués au fond du collecteur, une garniture élastique 20 est placée dans le collecteur. De cette manière, le dispositif appliqué n'a pas besoin d'un fond spécial. Les canaux, circulaires sont accessibles pour le nettoyage, après que le dispositif a été retiré du collecteur.
<EMI ID=35.1> bre de vases télescopés, ouverts à.leur partie supérieure et munis d'un fond dans leur partie inférieure. Le fond de ces vases est sphérique, leur partie médiane est cylindrique, tandis que la partie supérieure ouverte est élargie:. Les extrémités supérieures ouvertes se recouvrent partiellement, identiquement à l'exécution de la figure 10, de manière à constituer des canaux circulaires étroits 21, s'élargissant vers le bas. Un peu en dessous de la partie la plus étroite de ces canaux on a prévu à des distances déterminées des talons ou des langues recourbées 22 sur les parois des cylindres, servant à maintenir celles-ci à la distance voulue. Au centre, chacun de ces vases est centré en les montant sur un tube 23 constituant la partie inférieure du vase intérieur. Afin
de maintenir ces vases à la distance voulue en hauteur, on intercale entre eux des bagues d'écartement glissées sur le tube 23. En outre, suivant le dessin, les dits vases peuvent être munis de collets cylindriques 24 d'une hauteur déterminée.
Sans s'écarter de l'objet de la présente invention, les cylindres du dispositif appliqué peuvent encore rétrécir la partie supérieure, au lieu de l'élargir. Une telle exécution est représen-
<EMI ID=36.1>
du dispositif sont rétrécis en cônes à leur partie supérieure, les
<EMI ID=37.1>
leur longueur. De cette manière, le collecteur est doté d'un volume assez considérable. Par la pression exercée par la force centrifuge sur les surfaces coniques, il est obtenu une force dirigée verticalement de haut en bas, facilitant la descente
des particules de poussière vers le fond du collecteur.
On peut naturellement largement tirer profit de cet effet, si le dispositif appliqué est constitué entièrement par des anneaux coniques. La figure 13 montre une telle exécution. Le collecteur 4 lui-même est un cône s'élargissant vers le bas.
Le dispositif appliqué est constitué par un certain nombre d'anneaux coniques 5d également élargis en bas. Un certain nombre de nez 25 maintiennent ces anneaux à la distance voulue. ces anneaux <EMI ID=38.1>
montable 26 du collecteur a été enlevé...
Il va sans dire que le dispositif suivant: l'invention, peut
être modifié de différentes manières, sans s'écarter pour cela
<EMI ID=39.1>
teurs peuvent avoir éventuellement la forme d'une. spirale dirigée:
vers le' centre, ou bien dans le sens de la circulation du gaz.
<EMI ID=40.1>
nement de la poussière déjà, séparée dans le canal, ou de le limiter par exemple par la disposition d'obstacles obturateurs en des:
endroits convenables du. canal en spirale.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif dans des séparateurs de poussière de l'espèce
des cyclones, caractérisé en ce que, sous le tuyau d'admission
du.gaz des cyclones, on a disposé. autour de l'axe de circulation
des gaz, un certain nombre de. canaux. collecteurs pour la poussière,
communiquant en haut avec le cyclone proprement dit et disposés
concentriquement dans le sens radial, leur dimension dans le
sens axial étant supérieure. à- celle de la largeur radiale du:
canal correspondant.
<EMI ID=41.1>