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Séparateur centrifuge.
Les séparateurs centrifuges du type le plus couramment en usage servent principalement à séparer les matières à gros grains d'un type quelconque d'un courant d'air dans lequel elles sont en suspension. Un exemple type de cette application est celui d'un broyeur de déchets, dans lequel les éclats, la sciure de bois et les copeaux sont enlevés des machines par aspiration et transportés par un courant d'air dans un sépara- teur centrifuge qui retient les matières solides et refoule l'air dans l'atmosphère environnante.
Une autre application très importante, mais un peu moins courante, des séparateurs centrifuges consiste dans le classe- ment ou le triage de matériaux à l'état de fine division. Par exemple, pour préparer les pigments ou les charges et produits analogues, on fait passer la roche broyée sortant du broyeur dans un séparateur ou une batterie de séparateurs, dont la fonc- tion est non seulement de séparer les matières solides du courant
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d'air, mais encore de ne retenir que la matière solide à l'état de fine division en particules d'une grosseur inférieure à une valeur déterminée.
Par exemple, on peut désirer ne retenir de la matière traitée que les particules qui ont une grosseur de moins de 50 microns, en faisant généralement repasser le complé- ment dans le broyeur et ensuite dans le séparateur pour y subir un nouveau traitement.
L'invention concerne principalement les séparateurs cen- trifuges de ce dernier type. Quoique les machines qu'on trouve dans le commerce à cet effet fonctionnent d'une manière très satisfaisante, une des difficultés auxquelles donne lieu leur fonctionnement est l'impossibilité de recueillir la totalité des fines d'une grosseur inférieure à une valeur donnée dans un courant des matières en cours de traitement. Si, par exemple, on sait que les matières arrivant dans le séparateur contiennent 60% de fines, il est important de pouvoir recueillir ces 60% par un traitement unique dans le séparateur.
Il est rarament possi- ble à l'heure actuelle de faire fonctionner des séparateurs avec un rendement aussi élevé et il en résulte qu'une grande quantité de la matière qui aurait dû être éliminée par le traitement initial doit subir un nouveau traitement.
L'invention concerne spécialement ce problème de rendement et a pour but de donner à ce problème une solution satisfaisante.
Sur le dessin ci-joint, donné uniquement à titre d'exemple:
La fig.l est une coupe verticale d'une forme de réalisa- tion d'un séparateur centrifuge suivant l'invention; la fig.2 est une vue en plan de la machine de la fig.l; la Fig.3 est une coupe partielle à peu près suivant la ligne 3-3 de la fig.l; la fig.4 est une coupe verticale passant par le bord du sélecteur rotatif et le joint qui l'accompagne; la fig. 5 est une vue en bout du ventilateur ou soufflerie qui fait circuler l'air dans la machine;
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la fig.6 est une vue semblable à la fig.4 et représente une variante; la fig. 7 est une vue en plan d'une portion du dispositif de la fig.6.
La machine représentée fig.l comporte une enveloppe exté- rieure 2 comportant une portion supérieure cylindrique et une portion inférieure conique, et une enveloppe intérieure 3 à peu près complètement enfermée dans l'enveloppe extérieure et ayant la même forme générale. Un disque distributeur 4 horizontal, logé au centre de l'enveloppe intérieure, est fixé sur un arbre
5 qui est commandé par l'intermédiaire d'une transmission conique
6 par un arbre 8 qui passe dans des presse-garnitures appropriés et comporte à l'extérieur de l'enveloppe une poulie 10 qui est commandée de préférence par un moteur à vitesse variable.
On introduit les matériaux à traiter, avec un débit à peu près déterminé à l'avance, par une trémie 11 et un tube immobile
12, ces matériaux tombant directement sur le plateau distributeur
4 et sortant par le bord périphérique du plateau sous l'effet de son mouvement de rotation. Un sélecteur rotatif placé immédiate- ment au-dessus de ce plateau est supporté par des colonnes 13 et un collier 14 et comporte une plaque de fond 15, fig.l et 3, et une série d'aubes ou ailettes 16 debout sur le bord de la plaque et fixées à leurs extrémités supérieures par une pièce annulaire 17.
Une série de tiges ou colonnes 18 réunissent les plaques 15 et 17 et tous ces éléments et les aubes sont soudés ou fixés l'un sur l'autre de toute autre manière de façon à former un ensemble en forme de cage rigide dont l'extrémité supérieure ouverte entoure pratiquement l'orifice de sortie 19.
La circulation de l'air nécessaire au fonctionnement de la machine est assurée par un ventilateur aspirant ou une souf- flerie 20 d'un type efficace, monté en dehors des enveloppes et comportant une poulie 21 par laquelle il reçoit son mouvement indépendamment du sélecteur rotatif et du disque distributeur 4,
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de préférence au moyen d'une commande à vitesse variable d'un type quelconque. Le couvercle 2' des enveloppes extérieure et intérieure comporte une ouverture centrale ou orifice de sortie 19 et une conduite ou manche à vent 22 fait communiquer cet orifi- ce de sortie avec l'extrémité d'admission du ventilateur 20.
Une autre portion 23 de cette conduite fait communique le côté du refoulement du ventilateur avec une chambre collectrice C de l'enveloppe extérieure 2 et de préférence débouche tangentielle- ment dans cette chambre, comme le représente la fig.2.
Lorsque la machine fonctionne et qu'on y introduit une matière en fines particules par le tube 12, les particules se répandent sur le disque ou plaque de distribution 4 et prennent un mouvement de rotation rapide sous l'effet du mouvement de rotation de la plaque. Les forces qui prennent naissance dans ces particules provoquent leur mouvement dans le sens radial général vers le bord de la plaque d'où elles sont projetées dans l'espace environnant, c'est-à-dire dans la chambre de séparation 8 dans laquelle le disque 4 est logé. Les particules continuent à tourner dans cet espace et les forces centrifuges qui agissent sur elles sont suffisantes pour provoquer une séparation très considérable entre les grosses et les fines particules, les premières s'écoulant le long du tablier conique 3' et sortant finalement par l'orifice de sortie 24 des produits lourds.
La séparation continue dans la chambre S du fait que les fines sont entraînées par le courant d'air qui y pénètre en venant de la chambre collectrice, passe au-dessous et autour du bord inférieur E de l'enveloppe 3, descend entre les cônes 3' et 3" de l'enveloppe intérieure, passe sur les aubes 25 et pénè- tre ensuite dans l'extrémité inférieure ouverte du cône 3'. En raison de l'aspiration créée dans la chambre de séparation par la soufflerie 20, ce courant d'air traverse en montant, avec un débit réglé, le tourbillon de matières à l'état de fine division
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de la chambre de séparation S, passe de dehors en dedans entre les aubes 16 du sélecteur rotatif, de dedans en dehors par l'orifice de sortie 19 et traverse la soufflerie, ainsi qu'il a déjà été dit.
Les fines ainsi entraînées par ce courant d'air arrivent dans la chambre collectrice où elles descendent le long de la paroi inclinée ou conique de la portion 2' de l'enveloppe exté- rieure et sortent par l'orifice de sortie 26. Ce cycle de fonc- tionnement continue tant que la machine est en marche et qu'on l'alimente avec une matière en particules. L'action du courant d'air est extrêmement sélective, car la masse d'une particule qu'un courant d'air d'une vitesse donnée peut entraîner est li- mitée. Par conséquent, lorsque le courant d'air traverse le tourbillon des particules dans la chambre de séparation S, il ne peut saisir et entraîner que celles dont la masse est infé- rieure à celle de particules d'une grosseur sensiblement fixe pour une sorte donnée de matière.
La principale fonction du sélecteur 15 consiste à régler la grosseur maximum des particules de la matière solide qui doivent passer par l'orifice de sortie 19, et on peut faire varice cette fonction de réglage, de sélection ou de classement en ré- glant la vitesse de rotation du sélecteur ainsi que le débit du courant d'air dans la zone de séparation. Si on suppose que les aubes du ailettes 16 du sélecteur sont séparées par une certaine distance minimum choisie d'avance, par exemple de 6,3 mm, on peut faire varier la grosseur des particules admises par le sé- lecteur en réglant la vitesse de rotation de ce dispositif, la vitesse du courant d'air restant constante.
C'est-à-dire que les fines particules de la matière solide entraînées jusqu'à la pé- riphérie rotative du sélecteur par le courant d'air et qui sont assez petites pour passer dans les intervalles entre les aubes, peuvent ou non être admises suivant la vitesse à laquelle ces aubes tournent. Il a été démontré que, toutes les autres condi-
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tions restant les mêmes, on obtient des fines de grosseur moindre à partir d'une charge donnée en augmentant la vitesse de rotation du sélecteur et inversement. On peut donc trouver la vitesse la plus avantageuse pour obtenir des particules d'une grosseur maximum à partir d'une charge donnée avec un courant d'air d'une vitesse donnée et un écartement donné entre les aubes.
De plus, le réglage du débit de l'air exerce une influence sur les fines recueillies, car un courant d'ai violent entraîne un plus grand poids de matière et des particules plus grosses qu'un courant faible. Dans la machine suivant l'invention, le débit de l'air peut être réglé en faisant varier la vitesse du ventilateur 20 ainsi qu'en réglant la position du registre 27 de la conduite 22. Une poignée 27' facilite ce réglage. En choi- sissant la vitesse du courant d'air l'intervalle entre les aubes 16 et la vitesse de rotation du sélecteur 15, de façon à faire correspondre la valeur de ces éléments dans les meilleures con- ditions à la grosseur maximum des particules à recueillir, on peut obtenir un rendement surprenant. Autant qu'on puisse le savoir, aucune machine antérieure n'a été susceptible de donner ces résultats.
Parmi les facteurs importants qui contribuent à l'obtention de ces résultats, il y a lieu de mentionner notamment l'indépendance du réglage du débit de l'air et des vitesses du sélecteur et du distributeur ainsi que la souplesse de ces deux réglages.
Lorsqu'on traite des matières en particules de très faible grosseur, les particules les plus grosses ont une forte tendance à s'échapper par l'intervalle très étroit qui doit être nécessairement maintenu entre le sélecteur rotatif et le couver- cle 2' de l'enveloppe. Cette fuite est due principalement à l'aspiration qui est maintenue à la sortie du sélecteur rotatif; cet inconvénient fâcheux peut être sensiblement supprimé en fi- xant une plaque annulaire plane 28. Fig.? et 4, sur le bord de la pièce annulaire 17, où elle forme en réalité un prolongement
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de cette plaque et en montant des ailettes radiales 30 sur cette plaque. Leur mouvement de rotstion tend à créer un courant d'air de dedans en dehors ou radial qui brise ou neutralise l'aspiration qui provoque la fuite.
Lorsqu'il s'agit de traiter certaines matières en grains ou en poudre dont la grosseur maximum des particules de l'élément à recueillir n'est pas trop forte, par exemple pas supérieure à environ 45 microns, on peut obtenir de bons résultats en modifiant le sélecteur rotatif, comme l'indiquent les figs.6 et 7. Les aubes 16 sont remplacées par des plaques 31 qui peuvent ou non être perforées, comme l'indique la fig.6, les perforations étant cependant généralement avantageuses. Un sélecteur construit de cette manière exerce une action centrifuge définie sur le courant d'air à l'encontre de celle qui est exercée par le ventilateur 20 quoiqu'elle soit beaucoup plus faible. A ce point de vue, l'action exercée, lorsqu'on fait usage de ce sélecteur, est tout-à-fait différente de celle qu'on obtient avec le sélecteur des figs.l, 3 et 4.
Ce dernier sélecteur exerce sur l'air une action centrifuge presque négligeable étant donné que les aubes sont extrêmement étroites, par exemple ont une largeur d'environ 12,7 mm. Mais le dispositif des figs.6 et 7 donne d'excellents résultats dans les conditions précitées, c'est-à-dire lorsque la grosseur des particules à recueillir n'est pas trop faible, ce- pendant la forme de construction des figs.l, 3 et 4 est de beau- coup supérieure lorsque la matière à recueillir contient un pourcentage élevé de particules très fines.
En général la construction de la machine peut être conforme aux principes courants pourvu qu'elle comporte les ca- ractéristiques spéciales décrites ci-dessus. Ces caractéristiques normales peuvent consister dans la possibilité de régler les au- bes 16 ou 31 ou les ailettes 25, et sont toutes décrites dans les brevets antérieurs délivrés à la même demanderesse.
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Quoiqu'il ait été dit que les aubes 16 sont très rappro- chées, il est bien entendu que leur écartement doit être néces- sairement adapté aux conditions des divers cas particuliers.
Si les matériaux à recueillir sont en grains très fins, par exemple de 10 microns ou plus petits, l'intervalle entre les aubes sera, par exemple dans une machine de 0,91 m, d'environ 3,1 mm. Il peut être plus grand si la vitesse du sélecteur est grande. D'autre part si la grosseur des particules des fines à recueillir est de 350 microns, l'intervalle entre les aubes sera beaucoup plus grand. Par exemple dans une machine de 1,52 m, cet intervalle entre les aubes 31 peut être voisin de 304 mm ou même davantage.
Il est évident d'après ce qui précède que l'opérateur ayant choisi la vitesse du sélecteur qui lui semble convenable pour recueillir les matériaux jusqu'à une grosseur déterminée des particules, peut augmenter la vitesse de l'air jusqu'au point où des particules plus grosses que celles qu'il désire recueillir commencent à passer. Il obtient à ce moment la capacité maximum de la machine ou recueille la quantité maximum dans les condi- tions spéciales existantes à ce moment et pour les matières spé- ciales en traitement.
Il peut constater qu'en augmentant ou di- minuant la vitesse du sélecteur il peut augmenter encore cette quantité recueillie, mais cette augmentation ou cette diminution ont pour effet de faire passer des fibes dont les particules sont plus grosses que celles qu'il désire obtenir, et il doit alors renverser le sens de son réglage jusqu'à ce que ce défaut soit corrigé et que la totalité des fines recueillies soient prati- quement en particules de la grosseur comprise entre les limites voulues.
On peut remarquer ici que le cylindre extérieur de l'en- veloppe intérieure 3 se prolonge vers le bas sur une longueur considérable au-dessous des bords supérieurs des ailettes 25 de
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sorte que dans la chambre extérieure, dans laquelle est maintenue une grande vitesse centrifuge et où les fines s'écoulent de haut en bas le long de la surface intérieure 2' du cône extérieur, le brusque changement de direction de l'air vers le haut n'exerce qu'une action minimum de déviation sur les matières solides. Les ailettes 25 entre lesquelles l'air passe aussitôt après avoir dépassé le bord E contribuent . cette action.
Si ces ailettes sont montées dans le sens radial elles neutralisent sensiblement le tourbillonnement de l'air et le font pénétrer dans l'extrémité inférieure ouverte de la chambre du séparateur sans entraîner sensiblement de matières solides. En d'autres termes les matières solides entraînées par le courant d'air à son entrée dans la chambre extérieure s'en sont pratiquement complètement séparées et tombent au fond du cône 2'.
On remarquera que dans cette forme particulière de cons- truction, la transmission conique 6 est montée dans un carter 6' qui est supporté par plusieurs entretoises 9 sur le cône inté- rieur 3', la construction étant suffisamment robuste pour per- mettre d'adopter cette disposition.
On a constaté que la machine suivant l'invention permet d'augmenter très notablement le rendement dans la pratique courante par comparaison avec celui des machines antérieures de ce type. Une des raisons de cette augmentation de rendement con- siste dans la possibilité de choisir le ventilateur ou soufflerie 20 parmi un grand nombre de ventilateurs aspirants de diverses formes du commerce, construits spécialement en vue d'assurer principalement un rendement excellent, tandis que dans les ma- chines antérieures dans lesquelles le ventilateur principal est monté sur le même arbre que la plaque du distributeur, le ren- dement du ventilateur est nécessairement insuffisant.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.