FR2585266A1 - AXIAL FLOW CYCLONE SEPARATION APPARATUS - Google Patents
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- B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
- B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
Abstract
APPAREIL CYCLONAIRE A ECOULEMENT AXIAL POUR LA SEPARATION DE PARTICULES EN SUSPENSION DANS UN FLUIDE, CONSTITUE PAR UN CORPS TUBULAIRE 10 COMPRENANT UN AUBAGE 14 DE MISE EN ROTATION A L'EXTREMITE D'ENTREE DU FLUIDE A EPURER, UN DISPOSITIF DE RECUPERATION DE L'ENERGIE CINETIQUE DU FLUIDE A SON AUTRE EXTREMITE, ET UN NOYAU 12 DISPOSE DANS L'AXE DU CORPS TUBULAIRE, DES FENTES LONGITUDINALES 18 ETANT DECOUPEES DANS LA PAROI DU CORPS TUBULAIRE, ENTRE SES EXTREMITES, POUR L'EVACUATION DES PARTICULES SEPAREES. POUR AMELIORER L'EFFICACITE DE SEPARATION DE CES APPAREILS, NOTAMMENT POUR DES PARTICULES DONT LES DIMENSIONS SONT COMPRISES ENTRE 5 ET 10MICRONS, LE CORPS TUBULAIRE 10 COMPREND UNE PORTION AMONT CONVERGENTE 10A ET UNE PORTION AVAL DIVERGENTE 10C, ET LE NOYAU 12 S'ETEND PRATIQUEMENT SUR TOUTE LA LONGUEUR DU CORPS TUBULAIRE ET COMPORTE, DANS LA PORTION DIVERGENTE 10C DU CORPS TUBULAIRE, UNE PARTIE 12B DONT LA SECTION DROITE CROIT DE L'AMONT VERS L'AVAL.CYCLONAR APPARATUS WITH AXIAL FLOW FOR THE SEPARATION OF PARTICLES IN SUSPENSION IN A FLUID, CONSTITUTED BY A TUBULAR BODY 10 INCLUDING A BLADE 14 FOR ROTATION AT THE END OF ENTRY OF THE FLUID TO BE DEPURED, AN ENERGY RECOVERY DEVICE KINETICS OF THE FLUID AT ITS OTHER END, AND A CORE 12 PROVIDES IN THE AXIS OF THE TUBULAR BODY, LONGITUDINAL SLOTS 18 BEING CUT IN THE WALL OF THE TUBULAR BODY, BETWEEN ITS ENDS, FOR THE EVACUATION OF THE SEPARATED PARTICLES. TO IMPROVE THE SEPARATION EFFICIENCY OF THESE APPLIANCES, ESPECIALLY FOR PARTICLES WHOSE DIMENSIONS ARE BETWEEN 5 AND 10 MICRONS, THE TUBULAR BODY 10 INCLUDES A CONVERGENT UPSTREAM PORTION 10A AND A DIVERGENT DOWNSTREAM PORTION 10C, AND CORE 12 EXTENDS THROUGHOUT THE LENGTH OF THE TUBULAR BODY AND INCLUDES, IN THE DIVERGING PORTION 10C OF THE TUBULAR BODY, A PART 12B WHOSE STRAIGHT SECTION CROSSES FROM UPSTREAM TO DOWNSTREAM.
Description
L'invention a pour objet un appareil cyclonaire à écoulement axial destinéThe subject of the invention is an axial flow cyclone apparatus for
à la séparation des particulesparticle separation
solides ou liquides en suspension dans un fluide et cons- solid or liquid in suspension in a fluid and
titué par un corps tubulaire comprenant un aubage de mise en rotation du fluide, à l'extrémité d'entrée du fluide formed by a tubular body comprising a blade for rotating the fluid at the inlet end of the fluid
à épurer, un dispositif de récupération de l'énergie ci- to be purified, a device for recovering the energy
nétique du fluide à son autre extrémité, et un noyau dis- fluid at its other end, and a nucleus
posé dans l'axe du corps tubulaire, des fentes longitudi- placed in the axis of the tubular body, longitudinal slots
nales étant découpées dans la paroi du corps tubulaire, entre ses extrémités, pour l'évacuation des particules séparées. Les appareils de ce type sont en général très efficaces pour séparer des particules dont la grosseur est égale ou supérieure à 10 microns. Par contre, pour des particules de dimensions inférieures leur efficacité Nales being cut in the wall of the tubular body, between its ends, for the evacuation of the separated particles. Devices of this type are generally very effective in separating particles whose size is equal to or greater than 10 microns. On the other hand, for particles of smaller dimensions, their effectiveness
de séparation est moindre.separation is less.
Le but de la présente invention est d'améliorer l'efficacité de séparation de ces appareils notamment pour des particules dont les dimensions sont comprises The object of the present invention is to improve the separation efficiency of these devices, in particular for particles whose dimensions are included
entre 5 et 10 microns.between 5 and 10 microns.
L'appareil de séparation cyclonaire objet de l'in- The cyclone separating apparatus object of the in-
vention est caractérisé en ce que le corps tubulaire com- vention is characterized in that the tubular body
prend uneportion amont convergente et une portion aval divergente, en considérant le sens de circulation du fluide, et en ce que le noyau s'étend sur pratiquement toute la longueur du corps tubulaire et comprend, dans la portion divergente du corps tubulaire, une partie dont la section takes a convergent upstream portion and a divergent downstream portion, considering the flow direction of the fluid, and in that the core extends over substantially the entire length of the tubular body and comprises, in the divergent portion of the tubular body, a portion of which the section
droite croit de l'amont vers l'aval. right rises from upstream to downstream.
Le dispositif de récupération de l'énergie ciné- The mechanism for recovering film energy
tique du fluide peut comporter, de manière connue, des aubes de redressement. Celles-ci seront placées soit a The flow of the fluid may comprise, in known manner, straightening vanes. These will be placed either
l'extrémité aval de la portion divergente du corps tubu- the downstream end of the diverging portion of the tubular body
laire, soit entre ses extrémités. Dans le premier cas, le corps tubulaire pourra comporter une portion cylindrique or between its extremities. In the first case, the tubular body may comprise a cylindrical portion
en aval des aubes de redressement. De préférence, la par- downstream of the straightening vanes. Preferably, the
tie à section croissante du noyau sera placée entre l'ex- increasing section of the core will be placed between the former
trémité amont de la portion divergente et les aubes de - 2- redressement; la partie du noyau située en aval des aubes de redressement pourra être cylindrique ou avoir une section upstream tremity of the divergent portion and the - 2 - straightening vanes; the part of the core located downstream of the straightening vanes may be cylindrical or have a section
droite décroissante de l'amont vers l'aval. right decreasing from upstream to downstream.
Les fentes d'évacuation des particules pourront être prévues dans la portion convergente du corps tubulaire, près de son extrémité aval, ou dans une portion cylindrique The particle evacuation slots may be provided in the converging portion of the tubular body, near its downstream end, or in a cylindrical portion
comprise entre les portions convergente et divergente. between the convergent and divergent portions.
L'aubage de mise en rotation du fluide à traiter pourra être placé dans la portion convergente, près de sont extrémité amont, ou dans une portion cylindrique du The rotational vane of the fluid to be treated may be placed in the convergent portion, near its upstream end, or in a cylindrical portion of the
corps tubulaire prévue à l'amont de la portion convergente. tubular body provided upstream of the convergent portion.
La partie du noyau s'étendant le long de la portion convergente du corps tubulaire pourra être cylindrique ou avoir une section droite décroissante de l'amont vers The part of the core extending along the convergent portion of the tubular body may be cylindrical or have a decreasing cross section from upstream to
l'aval.downstream.
Les dispositions selon l'invention permettent d'aug- The arrangements according to the invention make it possible
menter le rendement de séparation en diminuant l'épais- the separation efficiency by reducing the thickness
seur de la couche limite périphérique au niveau des fentes d'évacuation des poussières et en régularisant le profil des vitesses dans la veine fluide, ce qui a pour effet de favoriser la migration des particules vers la périphérie du corps tubulaire. Elles permettent en outre de créer une forme favorable à la collecte des poussières lorsque plusieurs appareils du type décrit sont groupés dans un the peripheral boundary layer at the dust discharge slots and by regulating the velocity profile in the fluid vein, which has the effect of promoting the migration of the particles towards the periphery of the tubular body. They also make it possible to create a form favorable to the collection of dust when several devices of the type described are grouped in a
caisson. Pour une même efficacité de séparation l'inven- caisson. For the same efficiency of separation the invention
tion permet aussi de réduire la vitesse du fluide au niveau de l'aubage de mise en rotation et, par conséquent, son usure. L'accélération de la rotation dans le convergent améliore aussi considérablement la séparation des poussières tout en conservant un niveau de turbulence modéré grâce au noyau central qui supprime les d6collements axiaux et It also reduces the fluid velocity at the rotational vane and, hence, its wear. The acceleration of the rotation in the convergent also considerably improves the separation of the dust while maintaining a moderate level of turbulence thanks to the central core which eliminates the axial and
les courants de retour.return currents.
La description qui suit se réfère au dessin l'accom- The following description refers to the drawing of the
pagnant qui montre, à titre d'exemple non limitatif, plu- which shows, as a non-limitative example,
sieurs formes de réalisation de l'invention. several embodiments of the invention.
3 -3 -
Les figures 1 à 4 de ce dessin sont des vues, par- Figures 1 to 4 of this drawing are views, partly
tiellement en élévation et partiellement en coupe, de quatre appareils de séparation cyclonaires à écoulement partly in elevation and partially in section, of four flow cyclone separators
axial réalisés conformément à l'invention. axial made according to the invention.
Ces appareils sont constitués par un corps tubulaire de révolution 10 à l'intérieur duquel est placé un noyau allongé 12, à section circulaire, qui s'étend sur toute la longueur du corps 10 et dont l'axe coincide avec celui These devices are constituted by a tubular body of revolution 10 inside which is placed an elongated core 12, with a circular section, which extends over the entire length of the body 10 and whose axis coincides with that
de ce dernier. L'extrémité avant du noyau 12 est profilée. of the last. The front end of the core 12 is profiled.
Des aubes 14 de mise en rotation sont prévues à l'extré- Rotating vanes 14 are provided at the end.
mité amont de l'appareil par o entre le fluide à épurer et des aubes de redressement 16 sont disposées dans sa partie aval; ces aubes servent en outre au centrage du upstream of the apparatus by o between the fluid to be purified and rectifying vanes 16 are arranged in its downstream part; these blades are also used for centering the
noyau dans le corps tubulaire de l'appareil. core in the tubular body of the apparatus.
Dans la forme de réalisation de la figure 1, le corps de l'appareil comprend successivement, en se déplaçant dans le sens d'écoulement du fluide indiqué par les flèches, une portion amont, tronconique et convergente lOa, une portion intermédiaire cylindrique lob et une portion aval, tronconique et divergente 1Oc. La partie 12a du noyau comprise entre les aubes de mise en rotation 14 et le plan In the embodiment of FIG. 1, the body of the apparatus successively comprises, by moving in the direction of flow of the fluid indicated by the arrows, an upstream, frustoconical and convergent portion 10a, a cylindrical intermediate portion lob and a downstream, frustoconical and divergent portion 10c. The portion 12a of the core between the rotating vanes 14 and the plane
de raccordement des portions lob et 1Oc, a une forme cy- connection of the portions lob and 10c, has a cy-
lindrique, la partie 12b comprise entre ce plan et les aubes de redressement 16 a une forme tronconique, sa section croissant régulièrement de l'amont vers l'aval, et la partie 12c située à l'aval des aubes 16 a également une lindrique, the portion 12b between this plane and the straightening vanes 16 has a frustoconical shape, its section growing regularly from upstream to downstream, and the portion 12c located downstream of the blades 16 also has a
forme cylindrique. Des fentes longitudinales 18 sont dé- cylindrical shape. Longitudinal slots 18 are de-
coupées dans la portion lob du corps tubulaire 10 pour cut in the lob portion of the tubular body 10 to
l'évacuation des particules séparées du fluide. the evacuation of the separated particles of the fluid.
Dans la forme de réalisation de la figure 2, la por- In the embodiment of FIG.
tion lOb a été supprimée et remplacée par un prolongement de la portion tronconique 10a dans lequel sont formées les fentes 18. Les formes de la portion 10c et du noyau 12 10b has been removed and replaced by an extension of the frustoconical portion 10a in which are formed the slots 18. The shapes of the portion 10c and the core 12
sont les mêmes que dans l'appareil de la figure 1. are the same as in the apparatus of Figure 1.
Dans l'appareil de la figure 3, le corps tubulaire comprend successivement, de l'amont vers l'aval, une portion -4 - cylindrique 10d, une portion tronconique convergente 1Oa, In the apparatus of FIG. 3, the tubular body successively comprises, from upstream to downstream, a cylindrical portion -4d, a convergent frustoconical portion 10a,
une partie tronconique divergente 10c et une portion cy- a divergent frustoconical portion 10c and a cyanic portion
lindrique 10e. Les aubes de mise en rotation 14 sont si- 10th lndrique. The rotating vanes 14 are
tuées dans la portion 10d, les aubes de redressement 16 sont situées au raccordement des portions 10c et 10e et les fentes 18 sont formées dans la partie aval de la portion 10a. Le noyau 12 a une forme cylindrique entre les aubes 14 et le plan de raccordement des portions 10a et t10c (partie 12a), une forme tronconique, à section croissante, dans la portion O10c (partie 12b) et une forme tronconique, à section décroissante, dans la portion 10e killed in the portion 10d, the straightening vanes 16 are located at the connection portions 10c and 10e and the slots 18 are formed in the downstream portion of the portion 10a. The core 12 has a cylindrical shape between the blades 14 and the connection plane of the portions 10a and 10c (part 12a), a frustoconical shape, with increasing section, in the portion O10c (part 12b) and a frustoconical shape, with a decreasing section , in the 10th portion
(partie 12c').(part 12c ').
Dans la forme de réalisation de la figure 4, le corps de l'appareil comprend successivement une courte In the embodiment of FIG. 4, the body of the apparatus comprises successively a short
, portion cylindrique 10d, une portion tronconique conver- , cylindrical portion 10d, a convergent frustoconical portion
gente 10a, une portion cylindrique 10b, une portion tron- 10a, a cylindrical portion 10b, a truncated portion
conique divergente 10c et une portion cylindrique 10e. divergent conical 10c and a cylindrical portion 10e.
Les aubes 14 sont disposées dans la portion 10d, immé- The blades 14 are arranged in the portion 10d, immediately
diatement en amont du plan de raccordement des portions O10a et 10d, les aubes 16 sont placées dans la portion diatement upstream of the connection plane portions O10a and 10d, the vanes 16 are placed in the portion
cylindrique 10e, immédiatement en aval du plan de raccor- cylindrical 10th, immediately downstream of the connection plane
dement des portions 10c et 10e et les fentes 18 sont portions 10c and 10e and the slots 18 are
prévues dans la partie aval de la portion cylindrique lob. provided in the downstream portion of the cylindrical portion lob.
La partie 12a' du noyau comprise entre les aubes 14 et le plan de raccordement des portions 10a et lob du corps The portion 12a 'of the core between the blades 14 and the connection plane of the portions 10a and lob of the body
de l'appareil a une forme tronconique, à section décrois- of the apparatus has a frustoconical shape, with a decreasing section
sante, la partie 12a" située dans la portion 10b a une forme cylindrique, la partie 12b située dans la portion 10c a une forme tronconique, à section croissante et la partie 12c' située en aval des aubes de redressement 16 a une forme tronconique, à section décroissante. Cet appareil sera utilisé dans le cas de séparations difficiles car Part 12a "situated in the portion 10b has a cylindrical shape, the portion 12b located in the portion 10c has a frustoconical shape, with increasing cross section and the portion 12c 'located downstream of the righting vanes 16 has a frustoconical shape, This unit will be used in the case of difficult separations because
il permet, grace au rétrécissement du noyau dans les por- it allows, thanks to the narrowing of the nucleus in the por-
tions 10a et 10b, d'obtenir une accélération centrifuge 10a and 10b, to obtain centrifugal acceleration
supérieure pour un même encombrement radial de l'appareil. superior for the same radial size of the device.
-5- La conception particulière de ces appareils permet de créer une force centrifuge élevée dans la zone des -5- The particular design of these devices allows to create a high centrifugal force in the area of
fentes 16 avec une perte de charge relativement faible. slots 16 with a relatively low pressure drop.
Par ailleurs, la disposition des fentes 16 dans une portion r6trécie du corps de l'appareil facilite la sortie des particules et leur collecte lorsque plusieurs appareils Moreover, the arrangement of the slots 16 in a narrow portion of the body of the apparatus facilitates the exit of the particles and their collection when several devices
sont disposes côte à côte dans un caisson. are arranged side by side in a box.
Dans la partie aval de l'appareil, la forme tronco- In the downstream part of the apparatus, the truncated form
nique de la partie 12b du noyau permet une récupération maximale de l'énergie cinétique du fluide et, par conséquent, une réduction sensible de la perte de charge. L'ange au sommet de la partie tronconique 12b du noyau peut être égale ou supérieure à celui de la portion O10c du corps tubulaire, mais dans tous les cas la section droite du Part 12b of the core allows maximum recovery of the kinetic energy of the fluid and, consequently, a significant reduction of the pressure drop. The angel at the top of the frustoconical part 12b of the core may be equal to or greater than that of the O10c portion of the tubular body, but in all cases the cross section of the
passage ménagé entre eux croit de l'amont vers l'aval. passage formed between them from upstream to downstream.
258S266258S266
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