EP2755777B1 - Separateur de matieres granuleuses - Google Patents
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- EP2755777B1 EP2755777B1 EP12759107.1A EP12759107A EP2755777B1 EP 2755777 B1 EP2755777 B1 EP 2755777B1 EP 12759107 A EP12759107 A EP 12759107A EP 2755777 B1 EP2755777 B1 EP 2755777B1
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- B07B7/08—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force
- B07B7/10—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force having air recirculating within the apparatus
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- B07B7/00—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents
- B07B7/08—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force
- B07B7/083—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force generated by rotating vanes, discs, drums, or brushes
Definitions
- the present invention relates to industrial equipment for separating granular materials and in particular to the classification of powders or the like using dynamic air separators.
- the separation of materials into fractions of particles of different sizes can be done by means of dynamic air separators.
- the materials concerned are powders with particle sizes of up to 1000 ⁇ m, such as cement, limestone or lime, ore and coal among others.
- Dynamic separators have undergone several major evolutions allowing them to be classified into 3 large families. The first, generally known under the names “turbo”, “heyd” or “whirlwind” has been improved by a second called “Wedag” type. These separators can optionally have a cage instead of the selection blades.
- EP2266715A1 discloses a separator where the material is not fed and dispersed above, but well below the cage or selection blades. Furthermore, the fan is not located at the outlet of the purified air duct, but on the contrary receives the air laden with material.
- the document WO 2005/075115 presents a device for the classification of granular materials having the particularity of having a chamber for cycloning the fine fraction in the extension of the axis of the rotating stand.
- This recovery chamber arranged coaxially with the rotating cage, is part of the body of the separator.
- This type of air separator therefore does not require a cyclone or external filter to separate the fine material from the separation air.
- the recovery chamber takes advantage of the air vortex created by the cage for cycloning.
- the fan which sucks in the air on the outlet side of the separator and delivers it to the air inlet volute of the separator is, however, positioned outside the installation, which entails a significant bulk.
- the air distribution must be done through a volute always designed for a determined air flow. It therefore does not allow optimum operation when the air flow varies.
- the heart of the separator consists of a squirrel cage rotating around a vertical axis.
- This cage consists of dishes or bars spaced apart and is surrounded by louvers making it possible to guide the air coming from the air distribution chamber of the separator before entering the cage.
- the material to be separated ends up in the selection zone delimited by the outside of the cage and the deflectors.
- the maximum size of particles entering the cage with air is determined by the rotational speed of the cage and the amount of air with which the separator is supplied. The larger particles remain outside the cage and are collected in the bottom of the coarse fraction collection chamber. The fine particles enter the cage with the air.
- This air charged with fine particles is then directed to air / material separation means in order to collect the material.
- These can be cyclones or filters external to the separator or - as described in WO 2005/075115 - in a fine particle recovery chamber integrated into the separator, adjacent and coaxial to the cage.
- the cycloned or filtered air is then sucked into a fan and returned for all or part to the air distribution chamber of the separator.
- this air distribution chamber consists of a spiral-shaped volute centered on the cage of the separator.
- the distribution of the air depends on the shape of the volute, but also on the speed and the air flow.
- deposits of material may appear in the volute which prevents uniform distribution of the air and therefore good separation efficiency.
- the present invention aims to disclose a dynamic separator with a rotating air cage making it possible to avoid the use of an external fan.
- the fan is integrated into the body of the separator, which improves the air distribution on the perimeter and the height of the cage and thus achieves a homogeneous air flow preventing the segregation of particles in the dead zones.
- the separator of the present invention also aims to reduce the overall size of the installation and to be able to install a high performance separator in cramped places where this was not previously possible.
- the separator according to the invention comprises an adjacent fine particle recovery chamber 2 and arranged coaxially in the extension of the rotating cage 1, this recovery chamber 2 being provided at one of its ends with a coaxial outlet duct 4 purified air, said duct comprising at its end a fan wheel 3.
- This fan wheel 3 is positioned coaxially with the rotating cage 1 and with the chamber 2 for collecting fines.
- the fan wheel 3 is driven by a motor, the speed of which will be adapted to the pressure drop in the separator.
- ducts 7 Between the recirculation jacket of the fan 6 and the air distribution chamber 5 at the inlet of the separator can be installed a plurality of ducts 7 (see figure 9 ) which allow the air to recirculate from the fan to the air distribution chamber 5 around the rotating cage 1 of the separator. These conduits 7 will be distributed uniformly over 360 ° around the axis of the separator.
- the cut-off dimension (point of separation of the grain sizes) of the separator is constant over the entire circumference of the separator cage.
- a particular embodiment of the invention consists in replacing the plurality of conduits 7 by a single outer shell 19 consisting of a surface of revolution - of generally cylindrical or conical appearance - the diameter of which is between the diameter of the casing of the fan 6 and the outside diameter of the air distribution chamber 5 around the cage.
- a single outer shell 19 consisting of a surface of revolution - of generally cylindrical or conical appearance - the diameter of which is between the diameter of the casing of the fan 6 and the outside diameter of the air distribution chamber 5 around the cage.
- deflectors 9 at the junction between the ferrule 19 and the air distribution chamber 5 in order to give the desired direction to the air in the air distribution chamber 5.
- the Fig. 8 shows another possible embodiment of the invention.
- the fan wheel 3 is positioned coaxially with the separator at the end of the outlet duct 4 of the purified air as for the first embodiment of the invention, but this time the fan wheel 3 is positioned above of cage 1 of the separator.
- the fine particle recovery chamber 2 is located below the rotating cage 1.
- the purified air outlet duct 4 enters the upper part of the fines recovery chamber and passes through the rotating cage 1.
- said duct 4 is equipped with anti-vortex deflectors 13 to reduce the speed of rotation of the air before opening into the wheel of the fan 3 located at its end.
- the impeller 3 of the fan is located above the cage 1
- recirculation through the ferrule 19 will be preferred.
- Said ferrule will have the shape of a surface of revolution centered on the axis of the separator and will connect the casing of the fan 6 to the air distribution chamber 5.
- the size of the ferrule 19 could be very reduced if the fan casing 6 and the air distribution chamber 5 are arranged close to each other.
Description
- La présente invention se rapporte à un équipement industriel de séparation de matières granuleuses et en particulier à la classification des poudres ou assimilés à l'aide de séparateurs dynamiques à air.
- La séparation de matières en fraction de particules de tailles différentes peut se faire au moyen de séparateurs dynamiques à air. Les matières concernées sont des poudres avec des tailles de particules allant jusqu'à 1000 µm, telles que du ciment, du calcaire ou de la chaux, du minerai et du charbon entre autres.
- Les séparateurs dynamiques ont connu plusieurs évolutions majeures permettant de les classer en 3 grandes familles. La première, connue généralement sous les noms « turbo », « heyd » ou « whirlwind » a été améliorée par une seconde dite de type « Wedag ».Ces séparateurs peuvent éventuellement avoir une cage au lieu des pales de sélection.
- Le document
EP2266715A1 (Hosokawa ) divulgue un séparateur où la matière n'est pas alimentée et dispersée au dessus, mais bien en dessous de la cage ou des pales de sélection. Par ailleurs, le ventilateur ne se trouve pas à la sortie du conduit d'air épuré, mais il reçoit au contraire l'air chargé de matière. - La dernière génération de séparateurs qui a été développée est la plus compacte et la plus performante du point de vue de l'efficacité de séparation. Le principe de fonctionnement de ce type de séparateurs est notamment décrit dans les documents
US 4,551,241 etEP 0023320 A1 . - Le document
DE 19743491 (Schmidt) divulgue trois types de séparateurs en se concentrant sur la cage de ceux-ci. Il divulgue un séparateur dit de première génération (Kompaktsichter), un séparateur dit de seconde génération (Zyklonumluftsichter) et un séparateur dit de troisième génération (Querstromsichter). Dans ces séparateurs, le ventilateur et le cyclone sont extérieurs au séparateur. Il n'y a pas de recherche de compacité de l'installation. - Le document
US 4,551,241 divulgue un séparateur de particules muni d'un cyclone latéral dans lequel les particules fines sont envoyées avec l'air vers des cyclones pour être récupérées. Les fines particules qui n'ont pas été cyclonées sont renvoyées vers la cage tournante du séparateur. L'ensemble de l'installation s'avère relativement encombrant et de conception assez complexe. - Le document
WO 2005/075115 présente un dispositif pour la classification des matières granuleuses ayant la particularité de posséder une chambre de cyclonage de la fraction fine dans le prolongement de l'axe de la cage tournante. Cette chambre de récupération aménagée de manière coaxiale à la cage tournante fait partie du corps du séparateur. Ce type de séparateur à air ne nécessite de ce fait pas de cyclone ou filtre extérieur pour séparer la matière fine de l'air de séparation. La chambre de récupération profite du vortex d'air créé par la cage pour le cyclonage. Le ventilateur qui aspire l'air côté sortie du séparateur et le refoule vers la volute d'entrée d'air du séparateur est cependant positionné à l'extérieur de l'installation, ce qui entraîne un encombrement important. Par ailleurs, la distribution d'air doit se faire au travers d'une volute toujours conçue pour un débit d'air déterminé. Elle ne permet donc pas un fonctionnement optimal lorsque le débit d'air varie. - Tous les types de séparateurs de l'état de la technique fonctionnent selon un même principe qui est représenté dans les
figures 1 à 6 . Le cœur du séparateur se compose d'une cage d'écureuil tournant autour d'un axe vertical. Cette cage est constituée de plats ou de barreaux espacés et est entourée de ventelles permettant de guider l'air venant de la chambre de répartition d'air du séparateur avant d'entrer dans la cage. La matière à séparer aboutit dans la zone de sélection délimitée par l'extérieur de la cage et les déflecteurs. La taille maximale des particules entrant dans la cage avec l'air est déterminée par la vitesse de rotation de la cage et la quantité d'air avec laquelle le séparateur est alimenté. Les particules plus grosses restent à l'extérieur de la cage et sont récupérées dans le fond de la chambre de récupération de la fraction grossière. Les fines particules entrent dans la cage avec l'air. Cet air chargé de fines particules est ensuite dirigé vers des moyens de séparation air/matière afin de collecter la matière. Ceux-ci peuvent être des cyclones ou filtres extérieurs au séparateur ou alors - comme décrit dansWO 2005/075115 - dans une chambre de récupération des particules fines intégrée au séparateur, adjacente et coaxiale à la cage. L'air cycloné ou filtré est ensuite aspiré vers un ventilateur et renvoyé pour tout ou en partie vers la chambre de répartition d'air du séparateur. En général cette chambre de répartition d'air consiste en une volute en forme de spirale centrée sur la cage du séparateur. Il est cependant difficile de répartir l'air uniformément à 360° autour de la cage. En effet, la distribution de l'air dépend de la forme de la volute, mais également de la vitesse et du débit d'air. De plus, des dépôts de matière peuvent apparaître dans la volute ce qui empêche une distribution uniforme de l'air et donc une bonne efficacité de séparation. - La présente invention vise à divulguer un séparateur dynamique à cage tournante à air permettant d'éviter l'utilisation d'un ventilateur extérieur. Le ventilateur est intégré au corps du séparateur, ce qui permet d'améliorer la répartition d'air sur le périmètre et la hauteur de la cage et ainsi de réaliser un flux d'air homogène empêchant la ségrégation des particules dans les zones mortes.
- Le séparateur de la présente invention vise aussi à réduire l'encombrement global de l'installation et à pouvoir installer un séparateur de haute performance dans des endroits exigus où cela n'était pas possible antérieurement.
- La présente invention divulgue un séparateur dynamique à air pour la séparation de matières constituées de particules de tailles différentes en fractions granulométriques, ledit séparateur comprenant une cage tournante et une chambre de récupération des fines aménagée de façon coaxiale dans le prolongement de la cage tournante, caractérisé en ce que :
- ledit séparateur comprend une roue de ventilateur positionnée de façon coaxiale à la chambre de récupération des fines ;
- ladite roue de ventilateur se trouve à l'extrémité du conduit de sortie d'air épuré provenant de la chambre de récupération des fines pour aspirer, en utilisation, cet air et l'envoyer vers la chambre de répartition d'air autour de la cage tournante.
- Selon des modes d'exécution particuliers, l'invention comporte au moins une ou une combinaison adéquate des caractéristiques suivantes :
- la chambre de répartition d'air autour de la cage tournante possède une forme de révolution ;
- la roue du ventilateur est entourée d'une enveloppe permettant de canaliser l'air ;
- ladite enveloppe entourant la roue du ventilateur est positionnée de manière coaxiale au séparateur ;
- la roue du ventilateur est située au-dessus ou en-dessous de la cage tournante ;
- ladite enveloppe entourant la roue du ventilateur est reliée à la chambre de répartition d'air autour de la cage tournante par une virole.
-
- La
figure 1 représente le schéma d'un séparateur selon l'état de la technique avec un séparateur à cage tournante fonctionnant avec des cyclones et des ventilateurs extérieurs. - La
figure 2 représente une installation complète selon l'état de la technique dont le fonctionnement est schématisé dans lafigure 1 . - La
figure 3 représente une vue en plan de l'installation de lafigure 2 . Dans ce type d'installation les cyclones et les ventilateurs sont extérieurs au séparateur. - La
figure 4 représente le schéma du séparateur divulgué dans le documentWO 2005/075115 , le séparateur intègre une cage tournante avec cyclonage des fines agencé de manière coaxiale à la cage. - La
figure 5 représente une installation complète selon l'état de la techniqueWO 2005/075115 avec ses éléments extérieurs. - La
figure 6 représente une vue en plan de l'installation de lafigure 5 . Dans ce type d'installation, le cyclonage a été intégré au séparateur et seul les ventilateurs sont encore extérieurs au séparateur - Les
figures 7 et8 représentent une vue en coupe du principe de fonctionnement d'un séparateur selon un premier et un deuxième mode d'exécution de l'invention. Ici le cyclone ET le ventilateur ont été intégrés au séparateur. - La
figure 9 représente le premier mode d'exécution de l'invention dans son environnement immédiat avec les conduites de recirculation d'air. Le séparateur est très compacte. - La
figure 10 représente le premier mode d'exécution de l'invention en trois dimensions. - Le principe de séparation des particules dans l'installation selon l'invention est schématisé dans les
figures 7 à 10 . - Le séparateur selon l'invention comporte une chambre de récupération 2 des particules fines adjacente et aménagée de manière coaxiale dans le prolongement de la cage tournante 1, cette chambre de récupération 2 étant munie à une de ses extrémités d'un conduit de sortie coaxial 4 de l'air épuré, ledit conduit comportant à son extrémité une roue de ventilateur 3. Cette roue de ventilateur 3 est positionnée de façon coaxiale à la cage tournante 1 et à la chambre de récupération 2 des fines.
- La roue 3 du ventilateur est entraînée par un moteur dont la vitesse sera adaptée à la perte de charge dans le séparateur.
- Entre l'enveloppe de recirculation du ventilateur 6 et la chambre de répartition d'air 5 à l'entrée du séparateur peuvent être installés une pluralité de conduits 7 (voir
figure 9 ) qui permettent la recirculation de l'air du ventilateur vers la chambre de répartition d'air 5 autour de la cage tournante 1 du séparateur. Ces conduits 7 seront répartis uniformément sur 360° autour de l'axe du séparateur. - Dû à la répartition uniforme des conduits 7 de recirculation d'air sur le périmètre de la chambre de répartition 5 de l'air, l'air de recirculation est réparti uniformément autour de la cage 1 du séparateur. De ce fait, la dimension de coupure (point de séparation des granulométries) du séparateur est constante sur toute la circonférence de la cage du séparateur.
- Une exécution particulière de l'invention consiste à remplacer la pluralité de conduits 7 par une seule virole extérieure 19 constituée d'une surface de révolution - d'aspect globalement cylindrique ou conique - dont le diamètre est compris entre le diamètre de l'enveloppe du ventilateur 6 et le diamètre extérieur de la chambre de répartition d'air 5 autour de la cage. Dans ce cas, il est préférable d'installer dans la zone de transition entre l'enveloppe du ventilateur 6 et la virole 19 des déflecteurs 8 permettant de transformer la vitesse tangentielle de l'air à la sortie de la roue 3 du ventilateur en vitesse verticale. De même, il peut être utile d'installer des déflecteurs 9 à la jonction entre la virole 19 et la chambre de répartition de l'air 5 afin de donner la direction voulue à l'air dans la chambre de répartition de l'air 5. De ce fait on peut également influencer la répartition de l'air sur la hauteur de la chambre de distribution d'air et la hauteur de la cage. Ceci permet donc d'obtenir une dimension de coupure constante sur toute la hauteur de la cage, ce qui est très difficile à obtenir avec une volute classique.
- La
Fig. 8 montre une autre forme d'exécution possible de l'invention. La roue de ventilateur 3 est positionnée coaxialement au séparateur à l'extrémité du conduit de sortie 4 de l'air épuré comme pour le premier mode d'exécution de l'invention, mais cette fois la roue de ventilateur 3 est positionnée au-dessus de la cage 1 du séparateur. La chambre de récupération des particules fines 2 se trouve en-dessous de la cage tournante 1. Par contre, le conduit de sortie d'air épuré 4 entre dans la partie supérieure de la chambre de récupération des fines et traverse la cage tournante 1. Avantageusement ledit conduit 4 est équipé de déflecteurs anti-vortex 13 pour diminuer la vitesse de rotation de l'air avant de déboucher dans la roue du ventilateur 3 se trouvant à son extrémité. - Dans le mode d'exécution de l'invention où la roue 3 du ventilateur se trouve au-dessus de la cage 1, une recirculation au travers de la virole 19 sera préférée. Ladite virole aura la forme d'une surface de révolution centrée sur l'axe du séparateur et reliera l'enveloppe du ventilateur 6 à la chambre de répartition d'air 5. Dans ce même cas, la taille de la virole 19 pourrait être très réduite si l'enveloppe du ventilateur 6 et la chambre de répartition d'air 5 sont disposées à proximité l'une de l'autre.
-
- 1. Cage tournante
- 2. Chambre de récupération des particules fines
- 3. Roue de ventilateur
- 4. Conduit de sortie d'air épuré
- 5. Chambre de répartition de l'air (en forme de volute dans l'art antérieur et en forme de révolution dans le séparateur de l'invention)
- 6. Enveloppe du ventilateur
- 7. Conduit de recirculation d'air
- 8. Déflecteur de sortie du ventilateur
- 9. Déflecteur d'entrée dans la chambre de répartition d'air
- 10. Fraction grossière de la matière séparée par gravité
- 11. Fraction fine de la matière
- 12. Matière à traiter
- 13. Déflecteur anti-vortex
- 14. Déflecteur de répartition d'air autour de la cage
- 15. Air chargé de particules fines
- 16. Conduites de recirculation d'air
- 17. Chambre de récupération de la fraction grossière de la matière
- 18. Air cycloné
- 19. Virole
Claims (6)
- Séparateur dynamique à air pour la séparation de matières constituées de particules de tailles différentes en fractions granulométriques, ledit séparateur comprenant une cage tournante (1) au dessus de laquelle la matière à traiter (12) est alimentée et une chambre de récupération des particules fines (2) aménagée de façon coaxiale dans le prolongement de la cage tournante (1), caractérisé en ce que :- ledit séparateur comprend une roue de ventilateur (3) positionnée de façon coaxiale à la chambre de récupération des fines (2) ;- ladite roue de ventilateur (3) se trouve à l'extrémité d'un conduit de sortie d'air
épuré (4) provenant de la chambre de récupération des fines (2) pour aspirer, en utilisation, cet air et l'envoyer vers une chambre de répartition d'air (5) autour de la cage tournante (1). - Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de répartition d'air (5) autour de la cage tournante (1) possède une forme de révolution.
- Séparateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite roue (3) du ventilateur est entourée d'une enveloppe (6) permettant de canaliser l'air.
- Séparateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue du ventilateur (3) est située au-dessus de la cage tournante (1).
- Séparateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la roue du ventilateur (3) est située en-dessous de la cage tournante (1).
- Séparateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite enveloppe (6) entourant la roue du ventilateur (3) est reliée à la chambre de répartition d'air (5) autour de la cage tournante par une virole (19).
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