FR2476505A1 - Dust removal appts. for cleaning gases - comprising rotating filter basket inside chimney with cyclone action - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un dépoussiéreur du type cyclone dynamique pour fluides gazeux, comprenant une cheminée tubulaire cylindrique verticale ouverte à son extrémité inférieure, au moins une tubulure d'introduction du fluide à dépoussiérer dans ladite cheminée tubulaire, tubulure débouchant dans la moitié supérieure de la cheminée tubulaire, au moins une tubulure d'évacuation du fluide dépoussiéré, située dans la partie supérieure de la cheminée tubulaire, à distance de la tubulure d'introduction et au-dessus de celle ci, et un panier rotatif muni d'ouvertures, entraîné en rotation par un moteur extérieur et disposé à l'inté- rieur de la cheminée tubulaire entre la tubulure d'introduction et la tubulure d'évacuation de fluide. The present invention relates to a dust collector of the dynamic cyclone type for gaseous fluids, comprising a vertical cylindrical tubular chimney open at its lower end, at least one tube for introducing the fluid to be dedusted in said tubular chimney, tube opening in the upper half of the tubular chimney, at least one evacuation tube for the dedusted fluid, located in the upper part of the tubular chimney, at a distance from the introduction tubing and above it, and a rotating basket provided with openings , driven in rotation by an external motor and arranged inside the tubular chimney between the inlet manifold and the fluid discharge manifold.
Le problème de la filtration de l'air ou de la séparation de particules de poussières entrainés dans un courant gazeux est toujours particulièrement délicat car l'éfficacité des dispositifs de séparation est souvent variable en fonction des caractéristiques du courant gazeux et de celles des particules en suspension de sorte que des changements de conditions de fonctionnement comme des variations de débit, de température ou d'humidité, conduisent généralement à une réduction de l'efficacité des systèmes de séparation ou filtrage utilisés. The problem of air filtration or separation of dust particles entrained in a gas stream is always particularly delicate since the efficiency of the separation devices is often variable depending on the characteristics of the gas stream and those of the particles in it. suspension so that changes in operating conditions such as variations in flow, temperature or humidity generally lead to a reduction in the efficiency of the separation or filtering systems used.
Parmi les dispositifs connus, on connait des dispositifs statiques tels que des tissus filtrants, ou des cyclones. Dans le premier cas, il se produit souvent un encrassage rapide et l'utilisation par exemple de filtres à manche se heurte toujours à des problèmes de colmatage des orifices. Among the known devices, static devices such as filter fabrics or cyclones are known. In the first case, rapid fouling often occurs and the use, for example, of bag filters always encounters problems of clogging of the orifices.
Les cyclones permettent la séparation aisée de particules de taille relativement importante, par exemple de poussières dont la dimension est supérieure àenviron 20 microns, mais sont moins efficaces pour les particules de très petite dimension, par exemple les poussières de l'ordre de un micron. Cyclones allow easy separation of particles of relatively large size, for example dust whose size is greater than about 20 microns, but are less effective for very small particles, for example dust of the order of one micron.
De plus, dans le cas de cyclones, le courant gazeux chargé de particules est introduit dans une cheminée fixe, en forme de trémie, et la force centrifuge à laquelle sont soumises les particules est directement fonction de la vitesse d'entrée du fluide, de sorte que la qualité de la séparation dépend du débit et devient médiocre pour les très faibles débits. In addition, in the case of cyclones, the gas stream charged with particles is introduced into a fixed chimney, in the form of a hopper, and the centrifugal force to which the particles are subjected is directly a function of the speed of entry of the fluid, so that the quality of the separation depends on the flow and becomes poor for very low flows.
On connaît encore un séparateur dynamique de type cyclone dans lequel un manchon central constitué par un panier métallique perforé servant de filtre est entraîné en rotation par un dispositif de commande ex térieur. Le manchon central sert à produire un moù- vement de rotation du fluide vers le bas, autour du manchon et à rejeter les poussières qui viennent frapper la paroi extérieure du manchon. Le fluide est as piré par la partie inférieure du manchon ou par des orifices répartis sur la périphérie de ce dernier. There is also known a cyclone-type dynamic separator in which a central sleeve constituted by a perforated metal basket serving as a filter is rotated by an external control device. The central sleeve serves to produce a downward movement of the fluid around the sleeve and to reject the dust which strikes the outer wall of the sleeve. The fluid is sucked in through the lower part of the sleeve or through orifices distributed over the periphery of the latter.
Un tel type de dispositif met bien en oeuvre un organe dynamique indépendant de la vitesse d'entrée du fluide, mais le fait que le fluide soit aspiré à travers de simples orifices ménagés dans le manchon central, soit dans la paroi latérale, soit à la partie inférieure, n'offre aucun moyen de rejeter les particules qui ont déjà réussi à pénétrer dans le manchon. Such a type of device does implement a dynamic member independent of the speed of entry of the fluid, but the fact that the fluid is sucked through simple orifices provided in the central sleeve, either in the side wall or at the bottom part, offers no way to reject particles that have already managed to enter the sleeve.
Par ailleurs, ce dispositif reste fragile, surtout si les filtres sont prévus pour la séparation de particules de petites dimensions.Furthermore, this device remains fragile, especially if the filters are provided for the separation of small particles.
La présente invention vise précisément à re médier aux inconvénients des dispositifs de l'art an térieur et à permettre la séparation efficace de particules de poussières quelles que soient les conditions du mélange introduit dans le dispositif de séparation. The present invention aims precisely to overcome the drawbacks of the devices of the prior art and to allow efficient separation of dust particles whatever the conditions of the mixture introduced into the separation device.
Ces buts sont atteints grâce à un dépoussié seur du type défini en tête de la présente description et dans lequel, conformément à la présente invention, le panier rotatif est constitué par un empilage de déflecteurs annulaires en forme de coupelles coaxiales et montées à faible distance les unes des autres de manière à former des ouvertures périphériques dans le panier rotatif, et la tubulure d'introduction du fluide débouche dans la cheminée tubulaire à l'extérieur du panier rotatif tandis que la tubulure d'évacuation est en communication avec la partie interne du panier rotatif. These objects are achieved by means of a dust collector of the type defined at the head of this description and in which, in accordance with the present invention, the rotary basket is constituted by a stack of annular deflectors in the form of coaxial cups and mounted at a short distance from each other. from each other so as to form peripheral openings in the rotary basket, and the fluid introduction pipe opens into the tubular chimney outside the rotary basket while the discharge pipe is in communication with the internal part of the rotating basket.
Le panier rotatif peut être monté verticalement coaxialement avec l'axe de la cheminée tubulaire ou horizontalement, au-dessus de la tubulure d'introduction du fluide à dépoussiérer. The rotary basket can be mounted vertically coaxially with the axis of the tubular chimney or horizontally, above the manifold for introducing the fluid to be dedusted.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, les coupelles du panier rotatif sont rendues solidaires les unes des autres par des entretoises. According to a particular characteristic of the invention, the cups of the rotating basket are made integral with each other by spacers.
Selon une autre caractéristique les coupelles du panier rotatif sont rendues solidaires d'un arbre d'entraînement du panier par des bras radiaux. According to another characteristic, the cups of the rotating basket are made integral with a basket drive shaft by radial arms.
De façon avantageuse, le diamètre des coupelles du panier rotatif est de l'ordre de cinquante à cent fois l'écartement entre deux coupelles voisines. Advantageously, the diameter of the cups of the rotating basket is of the order of fifty to one hundred times the spacing between two neighboring cups.
Le panier rotatif est de préférence entraîné à une vitesse supérieure ou égale à 1000 tours/mn les coupelles du panier rotatif sont parallèles entre elles et forment un angle compris entre environ 10 et 400 par rapport à un plan radial du panier rotatif. The rotary basket is preferably driven at a speed greater than or equal to 1000 revolutions / min. The cups of the rotary basket are mutually parallel and form an angle of between approximately 10 and 400 relative to a radial plane of the rotary basket.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à- la lecture de la description qui fait suite de modes de réalisation de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un premier mode de réalisation de dépous- siéreur selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique en couc pe axiale d'un second mode de réalisation de dépoussiéreur,
- la figure 3 est une vue en plan d'une coupelle de panier rotatif, et
- la figure 4 est une vue en coupe axiale d'une partie de panier rotatif.Other characteristics and advantages of the invention will appear better on reading the description which follows on from embodiments of the invention, given solely by way of examples, with reference to the appended drawings, in which
FIG. 1 is a schematic view in axial section of a first embodiment of dust collector according to the invention,
FIG. 2 is a schematic view in axial pe of a second embodiment of the dust collector,
FIG. 3 is a plan view of a rotating basket cup, and
- Figure 4 is an axial sectional view of a portion of a rotating basket.
On voit sur la figure 1 un dépoussiéreur comprenant un corps statique 1 en forme de cyclone disposé verticalement. Le cyclone 1 présente une partie inférieure tronconique 2 qui se termine par une ouverture d'évacuation 5 a travers laquelle sont récupérées les poussières P qui ont été séparées dans la partie supérieure du cyclone 1. L'alimentation en mélange air+ poussières, ou plus généralement en courant A de fluide gazeux comprenant des particules de matériau pulvérulent en suspension, s'effectue à travers la tubulure d'entrée 3 qui débouche de préférence tangentiellement dans la partie supérieure du cyclone 1. Une tubulure 4 d'évacuation du courant gazeux dépoussiéré est raccordée à la partie supérieure du cyclone 1, au-dessus de la tubulure d'entrée 3. We see in Figure 1 a dust collector comprising a static body 1 in the form of a cyclone arranged vertically. Cyclone 1 has a frustoconical lower part 2 which ends in a discharge opening 5 through which the dust P which has been separated in the upper part of cyclone 1 is collected. The supply of air + dust mixture, or more generally in stream A of gaseous fluid comprising particles of pulverulent material in suspension, takes place through the inlet pipe 3 which preferably opens tangentially in the upper part of the cyclone 1. A pipe 4 for evacuating the dusty gaseous stream is connected to the upper part of cyclone 1, above the inlet pipe 3.
Un panier rotatif 10 muni d'un arbre 9 est monté sur le sommet du cyclone 1 de manière à être en communication par sa partie interne avec l'orifice de sortie de fluide qui communique avec la tubulure d'évacuation 4, et à n'autoriser un passage de fluide gazeux entre l'intérieur du cyclone 1 et la tubulure 4 qu'à travers les ouvertures 15 ménagées à la périphérie du panier rotatif 10. Le diamètre du panier 10 est ainsi au moins légèrement supérieur à l'orifice d'entrée 41 de la tubulure 4 d'évacuation de fluide dépoussiéré. A rotary basket 10 provided with a shaft 9 is mounted on the top of the cyclone 1 so as to be in communication by its internal part with the fluid outlet orifice which communicates with the evacuation pipe 4, and at n ' allow a passage of gaseous fluid between the interior of the cyclone 1 and the tube 4 only through the openings 15 formed at the periphery of the rotary basket 10. The diameter of the basket 10 is thus at least slightly greater than the orifice inlet 41 of the tubing 4 for evacuating dedusted fluid.
L'arbre du panier 10 est maintenu dans des paliers 11,12 et est entraîné en rotation à partir d'un moteur extérieur 6 par l'intermédiaire de moyens d'accouplement classiques tels qu'un réducteur 7,8. The basket shaft 10 is held in bearings 11,12 and is rotated from an external motor 6 by means of conventional coupling means such as a reducer 7,8.
Le panier rotatif 10 est composé d'un empilage de déflecteurs 14 en forme de disque ou de coupelle. The rotary basket 10 is composed of a stack of deflectors 14 in the form of a disc or cup.
Les coupelles 14 présentent de préférence une surface annulaire légèrement inclin8e d'un angle a par rapport à un plan radial du panier 10 (figure 4) et sont montées coaxialement à faible distance les unes des autres de manière à ménager des ouvertures périphériques 15 dans le panier rotatif.. Des entretoises 16 en forme de plots peuvent être utilisées pour assembler les diverses coupelles entre elles, l'ensemble du panier ainsi formé étant ensuite monté sur l'arbre 9 par exemple à l'aide d'écrous 13 portant sur une coupelle d'extrémité. Selon un autre mode de réalisation (figure 3), chaque coupelle 14 est reliée directement à l'arbre 9 du panier 10 par des bras radiaux 17. Dans ce cas, les coupelles 14 sont toujours montées dé manière à laisser un faible espacement 15 entre deux coupelles voisines.The cups 14 preferably have an annular surface slightly inclined at an angle a with respect to a radial plane of the basket 10 (FIG. 4) and are mounted coaxially a short distance from each other so as to provide peripheral openings 15 in the rotating basket .. Spacers 16 in the form of studs can be used to assemble the various cups together, the whole basket thus formed then being mounted on the shaft 9 for example using nuts 13 bearing on a end cup. According to another embodiment (FIG. 3), each cup 14 is connected directly to the shaft 9 of the basket 10 by radial arms 17. In this case, the cups 14 are always mounted so as to leave a small space 15 between two neighboring cups.
Naturellement, un panier 10 peut comprendre des coupelles montées à la fois avec des plots 16 et des barrettes radiales 17.Naturally, a basket 10 can comprise cups mounted at the same time with studs 16 and radial bars 17.
De préférence, le diamètre D des coupelles 14 du panier 10 est de l'ordre de cinquante à cent fois l'écartement e entre deux coupelles voisines 14. Ainsi, un espacement est toujours ménagé entre les coupelles 14, mais celles-ci restent assez serrées les unes par rapport aux autres. La largeur 1 de la partie annulaire des coupelles ne doit pas être trop réduite et est de préférence supérieure à environ un vingtième du diamètre des coupelles. On remarquera que pour la clarté des explications, les proportions ont été volontairement modifiées sur les figures du dessin. Preferably, the diameter D of the cups 14 of the basket 10 is of the order of fifty to a hundred times the spacing e between two neighboring cups 14. Thus, a spacing is always made between the cups 14, but these remain fairly close to each other. The width 1 of the annular part of the cups should not be reduced too much and is preferably greater than about one twentieth of the diameter of the cups. It will be noted that for the sake of clarity of the explanations, the proportions have been deliberately modified in the figures of the drawing.
L'anglea d'une coupelle par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du panier est de préférence compris entre environ 10 et 400 et peut, par exemple, être égal à 350. Le sens d'inclinaison des coupelles est relativement peu important. Le panier rotatif 10 est entraîné & partir du moteur 6 à une vitesse qui est de préférence supérieure à environ 1000 tours/mn et peut-être nettement plus rapide que cette valeur et être par exemple, pour certaines applications de l'or- dre de 7000 à 8000 tours/mn. The angle of a cup relative to a plane perpendicular to the axis of the basket is preferably between approximately 10 and 400 and can, for example, be equal to 350. The direction of inclination of the cups is relatively unimportant . The rotary basket 10 is driven from the motor 6 at a speed which is preferably greater than approximately 1000 revolutions / min and may be significantly faster than this value and be for example, for certain applications of the order of 7000 to 8000 rpm.
Le fonctionnement du dépoussiéreur selon l'invention sera maintenant expliqué en référence aux figures 1 et 4. The operation of the dust collector according to the invention will now be explained with reference to FIGS. 1 and 4.
Un courant gazeux A comprenant des particules de poussière en suspension est introduit dans le cyclone 1 par la tubulure 3 avec un débit qui peut être variable. Le panier rotatif 10 qui est entraîné en rotation par le moteur 6 crée un champ centrifuge indépendant du courant gazeux A. Ce courant gazeux qui arrive de l'extérieur de l'empilage de disques ou coupelles 14 tend à pénétrer à l'intérieur de cet empilage qui constitue le panier rotatif 10, du fait de l'aspiration réalisée en aval de la tubulure de sortie 4 du fluide épuré E au moyen d'un ventilateur extérieur, non représenté. Toutefois, au niveau de l'empilage de coupelles 14, le champ centrifuge créé assure la séparation des poussières qui sont piégées dans les zones annulaires comprises entre les surfaces parallèles des coupelles.En effet, les particules qui, entraînées dans le courant gazeux, ont été introduites dans les ouvertures en forme de fente annulaire ménagées entre les coupelles 14, sont renvoyées sous l'action de la force centrifuge créée par la rotation du panier 10 vers la paroi d'une coupelle, roulent sur cette paroi, puis sont rééjectées vers l'extérieur du panier, de sorte que le courant gazeux qui s'échappe par l'orifice 41 est débarrassé des poussières. Ces dernieres poursuivent leur course en spirale dans le cyclone 1,2 pour être évacuées par l'ouverture inférieure 5. A gas stream A comprising dust particles in suspension is introduced into the cyclone 1 through the pipe 3 with a flow rate which can be variable. The rotary basket 10 which is rotated by the motor 6 creates a centrifugal field independent of the gas stream A. This gas stream which arrives from outside the stack of discs or cups 14 tends to penetrate inside this stack which constitutes the rotary basket 10, due to the suction carried out downstream of the outlet pipe 4 of the purified fluid E by means of an external fan, not shown. However, at the level of the stack of cups 14, the centrifugal field created ensures the separation of the dust which is trapped in the annular zones comprised between the parallel surfaces of the cups. Indeed, the particles which, entrained in the gas stream, have have been introduced into the openings in the form of an annular slot formed between the cups 14, are returned under the action of the centrifugal force created by the rotation of the basket 10 towards the wall of a cup, roll on this wall, then are ejected towards the outside of the basket, so that the gas stream which escapes through the orifice 41 is freed of dust. The latter continue their spiral travel in the cyclone 1,2 to be discharged through the lower opening 5.
On notera que le champ centrifuge dt à la rotation du panier est constant si la vitesse du moteur 6 est maintenue constante. Par suite, la diminution du débit de gaz augmente la qualité de la séparation contrairement à ce qui se passe dans le cas d'un cyclone classique. It will be noted that the centrifugal field dt at the rotation of the basket is constant if the speed of the motor 6 is kept constant. Consequently, the reduction in the gas flow rate increases the quality of the separation, unlike what happens in the case of a conventional cyclone.
Les particules de poussières sont soumises à une force centrifuge qui est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du panier 10, au diamètre du rotor constitué par le panier 10, et à la densité des poussières (qui est en général de l'ordre de 1000 à 3000 fois celle du gaz). The dust particles are subjected to a centrifugal force which is proportional to the square of the speed of rotation of the basket 10, to the diameter of the rotor formed by the basket 10, and to the density of the dust (which is generally of the order of 1000 to 3000 times that of gas).
I1 est ainsi possible de s'adapter facilement aux différentes conditions de fonctionnement reprises et d'adapter le séparateur aux différents besoins déterminés par la séparation de particules de poussière de densité et de dimensions données. On agit pour cela soit sur le débit du mélange introduit dans le dispositif ce qui influe sur la vitesse de ce mélange dans. les zones annulaires de séparation du panier 10, soit de façon plus simple sur la vitesse de rotation du panier 10 à partir des moyens d'entraînement de celui-ci. On peut encore agir lors de la construction sur le diami- tre et le volume du panier 10. It is thus possible to easily adapt to the different operating conditions taken up and to adapt the separator to the different needs determined by the separation of dust particles of given density and dimensions. This is done either on the flow rate of the mixture introduced into the device which influences the speed of this mixture in. the annular zones of separation of the basket 10, or more simply on the speed of rotation of the basket 10 from the drive means of the latter. We can still act during construction on the diameter and volume of the basket 10.
On notera cependant que l'appareil reste efficace quelque soit le pourcentage de poussières contenues dans le gaz et se trouve particulièrement adapté pour la séparation de particules voisines du micron. Note however that the device remains effective whatever the percentage of dust contained in the gas and is particularly suitable for the separation of particles close to the micron.
Par ailleurs, si le dispositif selon l'invention est utilisé de préférence pour la séparation de poussières dans des gaz, il peut être mis en oeuvre dans des conditions de température ou d'agressivité chimique très sévères sans inconvénient et peut s'appliquer notamment à la séparation de particules de poussières très abrasives dont la vitesse d'entrée dans le courant gazeux doit être limitée. Furthermore, if the device according to the invention is preferably used for the separation of dust in gases, it can be used under very severe temperature or chemical aggressiveness conditions without disadvantage and can be applied in particular to separation of highly abrasive dust particles whose speed of entry into the gas stream must be limited.
Ainsi, selon une application intéressante de l'invention, on surveille au moyen de capteurs les différents paramètres liés à la nature, la composition, les caractéristiques physiques ou chimiques des produits contenus dans l'air (ou le gaz) à dépoussiérer et ou asservi par des moyens connus en soi la vitesse de rotation du panier rotatif ou tambour 10 en fonction des variations des paramètres précités, pour assurer une séparation des particules solides dans le gaz qui doit de qualité constante, sans agir sur le débit du courant gazeux lui-même. Le dépoussiéreur selon l'invention est ainsi adapté non seulement à des conditions d'utilisation variées, mais également à des conditions d'utilisation variables en cours de fonctionnement. Thus, according to an interesting application of the invention, the various parameters linked to the nature, composition, physical or chemical characteristics of the products contained in the air (or gas) to be dusted and / or controlled are monitored by means of sensors. by means known per se the speed of rotation of the rotary basket or drum 10 as a function of variations in the aforementioned parameters, to ensure separation of the solid particles in the gas which must be of constant quality, without acting on the flow rate of the gaseous current even. The dust collector according to the invention is thus adapted not only to various conditions of use, but also to variable conditions of use during operation.
La figure 2 illustre un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le panier rotatif 10 est disposé horizontalement, et non pas verticalement dans la partie supérieure du cyclone vertical 1. Dans ce cas, la tubulure 4 d'évacuation des gaz dépoussiérés présente un orifice d'entrée 141 qui est situé dans l'axe du panier rotatif 10 et donc dans une partie supérieure latérale du cyclone 1. La tubulure d'entrée 3 est disposée également dans la partie supérieure du cyclone 1 mais est située en-dessous du panier 10 afin que le courant de gaz puisse pénétrer dans le panier 10 par l'extérieur. Comme dans le mode de réalisation précédent, la tubulure d'entrée 3 débouche de préférence tangentiellement dans le cyclone 1, et l'évacuation des poussières s'effectue par l'ouverture inférieure 5 de la partie tronconique basse 2 du cyclone 1. De même, le panier rotatif 10 est entrainé en rotation par un moteur extérieur 6. FIG. 2 illustrates another embodiment of the invention in which the rotary basket 10 is arranged horizontally, and not vertically in the upper part of the vertical cyclone 1. In this case, the pipe 4 for evacuating the dedusted gases has an inlet port 141 which is located in the axis of the rotating basket 10 and therefore in a lateral upper part of the cyclone 1. The inlet pipe 3 is also arranged in the upper part of the cyclone 1 but is located below of the basket 10 so that the gas stream can enter the basket 10 from the outside. As in the previous embodiment, the inlet pipe 3 preferably opens tangentially into the cyclone 1, and the dust is evacuated by the lower opening 5 of the lower frustoconical part 2 of the cyclone 1. Similarly , the rotary basket 10 is rotated by an external motor 6.
Toutefois, le panier 10 s'étend de préférence sur tout le diamètre du cyclone, bien que cette condition ne soit pas impérative dans la mesure où, comme dans le cas de la figure 1, la coupelle d'extrémité 114 opposée à l'orifice 141, assure une fermeture du fond du panier 10. Le fonctionnement du dépoussiéreur de la figure 2 est tout à fait semblable à celui de la figure 1, et le panier rotatif 10 est lui-même conforme à la description faite en référence aux figures 3 et 4. However, the basket 10 preferably extends over the entire diameter of the cyclone, although this condition is not imperative insofar as, as in the case of FIG. 1, the end cup 114 opposite the orifice 141, ensures a closing of the bottom of the basket 10. The operation of the dust collector of FIG. 2 is completely similar to that of FIG. 1, and the rotary basket 10 is itself in accordance with the description made with reference to FIGS. 3 and 4.
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