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Perfectionnements aux procédés et appareils pour séparer des par- ticules solides de l'air et d'autres gaz.
Cette invention se rapporte à la séparation ou l'élimi- nation des particules solides de l'air ou autres gaz.
Dans son brevet anglais n .572.394 le Demandeur à décrit des appareils servant à éliminer les poussières de 1'air, dans les- quels l'air est dirigé le long d'un parcours tortueux garni d'un tissu en matière textile présentant une surface velue laineuse,, qui les retient dans une grande mesure.
Toutefois, le parcours sinueux peut dans certains cas donner lieu à deux imperfections. Le dépôt des poussières a une tendance à se concentrer aux endroits du parcours où se font les changements de direction les plus brusques et le tourbillon- nement qui accompagne inévitablement la course dans un parcours tortueux peut être assez violent pour arracher les particules de poussières les plus fines de la surface laineuse. ce qui a pour
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effet de ramener une partie des poussières dans le courant d'air.
Dans les principales applications de ces séparateurs de poussières, par exemple l'épuration de l'air servant à l'alimen- tation des moteurs à combustion interne, la chute de pression admissible dans le séparateur ne peut être que très faible et la pression considérable nécessaire pour refouler l'air à travers un parcours tortueux peut difficilement la permettre.
Il résulte des recherches et des essais qui ont été effectués que si l'on fait passer un courant d'air ou d'un. autre gaz chargé de particules solides à travers un passage horizontal formé par des parois droites parallèles, dont la paroi inférieure est traitée de manière à devenir "indéfiniment collante" les particules y sont retenues et en outre la chute de pression entre les extrémités du passage ne dépasse pas sensiblement celle due au flux normal d'air à travers le passage (sans sépa- ration de particules). En fait, on pourrait construire d'après ces principes un séparateur parfaitement satisfaisant si la paroi inférieure du passage pouvait rester collante, les parti- cules étant retenues par la surface collante lorsqu'elles vien- nent frapper celle-ci par suite de leur accélération due à la pesanteur.
Pour la. facilité de la description, ceci sera appelé 'l'effet de séparation terminale". Toutefois, indépendamment des difficultés d'ordre pratique à maintenir une surface inférieure indéfiniment collante sur la paroi du fond du passage, un pareil passage de séparation présenterait une longueur démesurée. C'est particulièrement ce qui se présente lorsque les particules à séparer sont de petites dimensions, les essais ayant montré que la longueur du passage nécessaire pour l'enlèvement des pe- tites particules par effet de séparation terminale augmente très rapidement lorsque les dimensions des particules diminuent.
On a également constaté qu'un passage formé par des parois parallèles droites dont l'une au moins est garnie d'un tissu en matière textile présentant une surface velue au courant
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de gaz se rapproche beaucoup, en ce qui concerne sa capacité de séparation terminale, d'un passage possédant -une surface in- définiment collante comme c'est décrit ci-dessus. En outre, au cours des essais qui ont été effectués sur ces passages garnis de tissu, on a découvert qu'un courant de gaz pénétrant dans le passage pour ainsi dire sans turbulence prend l'allure d'un courant tourbillonnant'dans le passage, les particules les plus fines-et les plus légères qui souillent le courant entrant dans ce tourbillonnement et étant amenées de cette manière.en contact intime avec la couche velue qui les retient.
Il est probable que les tourbillons créés dans le courant de gaz sont produits par la surface velue proprement dite qui exerce un effet retar- dateur sur la couche extérieure du courant de gaz. Il importe peu qu'il en soit ainsi ou non, l'important est que le courant tourbillonnant se produit et.permet aux particules les plus fines et les plus légères animées d'un mouvement de tourbillon- nement d'être soumises à une action de peignage qui les empêche de retourner dans le courant de gaz. Le résultat net est la pos- sibilité pratique de construire un séparateur où la chute de pression subie est faible et qui présente en outre une faible longueur.
En conséquence l'invention concerne un procédé d'élimi- nation des particules solides de l'air ou d'autres gaz qui en sont souillés, en faisant passer le gaz à travers un passage formé en ordre principal par des parois parallèles droites dont l'une au moins est garnie d'un tissu en matière textile présen- tant une surface velue au courant de gaz.
Lorsque des particules de dimensions et/ou de poids différents sont contenues dans le courant de gaz la coupe trans- versale'du passage dont question ci-dessus peut être établie de telle manière que les particules les plus fines et les plus légères sont amenées en contact avec la surface velue par suite du tourbillonnement, tandis que la longueur de ce passage est au
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moins suffisante pour que les particules les plus grosses et les plus lourdes soient éliminées par la séparation terminale. Ou bien, lorsque la gamme des dimensions et/ou des poids des par- ticules est considérable, on peut avantageusement avoir recours, comme c'est décrit ci-dessous, à une épuration préalable du courant de gaz pour le débarrasser des particules les plus grosses et/ou les plus lourdes.
La paroi opposée du passage peut aussi être garnie de tissu dans la disposition préférée suivant l'invention et cer- taines conditions d'espacement effectif ou "intervalle" des surfaces adjacentes de tissu velu peuvent être observées pour répondre à des vitesses linéaires particulières du gaz, de telle manière que toutes les particules les plus fines et les plus légères sont amenées en contact intime avec l'une ou l'au- tre des parois en regard garnies de tissu, sous l'action du tourbillonnement, des tourbillons s'étendant de part et d'autre de l'axe central longitudinal du passage sur toute la hauteur de ce dernier constituant l'intervalle.
Habituellement l'espa- cement entre les parois parallèles droites est déterminé de manière que l'intervalle effectif entre les sommets des poils de deux surfaces velues opposées est de l'ordre spécifié ci- dessous à titre d'exemple. Le tissu en matière textile employé est de préférence un tissu de laine ou de coton et laine dont la surface offerte au courant de gaz présente des polls de laine de hauteur et de densité notables. On peut avantageusement rendre le poil collant au moyen d'huile ou d'un mélange de cire chlorée et de caoutchouc chloré, comme c'est décrit dans le bre- vet précité ou au moyen de toute autre matière appropriée qui peut être un liquide ayant un bas point de congélation lorsque le séparateur doit être utilisé à de hautes altitudes et à de basses températures, par exemple dans des avions.
On décrira ci-après, à titre d'exemple, la forme d'exécution préférée de l'invention. Dans cette forme d'exécution,
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le séparateur est construit de manière à présenter un ou plu- sieurs passages de faible hauteur revêtus de matière fibreuse ayant un poil de hauteur notable et suffisamment serré pour en- traver la circulation du gaz le long du revêtement, et la lon- gueur du parcours du gaz dans le passage du séparateur est déterminée de façon que les particules les plus grosses et/ou les plus lourdes atteignent les poils par suite de l'accélération ' due à la pesanteur, tandis que les particules les plus fines et/ou les plus légères sont amenées'en contact avec les poils en raison de leur mouvement de tourbillonnement, de la manière déjà décri- te.
Dans la plupart des applications, il convient d'employer un certain nombre de passages en parallèle présentant un intervalle effectif, c'est-à-dire la distance entre les sommets des poils en regard, suffisamment faible pour que la séparation terminale des particules les plus grandes et/ou les plus lourdes puisse se faire complètement, tandis que le courant est si calme que même les particules les plus.fines ne sont plus entraînées une fois qu'elles ont pénétré dans les poils de la matière fibreuse.
La matière employée pour le revêtement peut être un tissu de laine ou un tissu à trame de laine et chaîne de coton, tissé de manière à former de longs duvets de fils de laine sur une face. On apprête cette face du tissu en la soumettant à plusieurs reprises à l'action d'appareils à lainer connus, par exemple une machine à lainer du type "Moser", jusqu'à ce qu'il s'y forme une masse de poils longs et serrés qui cache complè- tement le tissu original sur cette face du tissu tandis que l'autre face est laissée lisse telle qu'elle sort du métier. Le lainage ne doit pas être exécuté trop rapidement sinon on obtient une surface raboteuse et irrégulière, alors que la densité et l'uniformité du poil sont des conditions d'importance capitale.
La laine doit être du type mérinos dont les fibres présentent un grand nombre d'écailles saillantes minuscules.
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Les passages sont formés entre des tôles maintenues pa- rallèlement entre elles à distance convenable l'une de l'autre.
Les tissus du genre décrit sont fixés sur les parois métalliques du séparateur au moyen d'un adhésif résistant aux matières qu'on peut être amené à employer pour rendre le tissu collant ou pour le nettoyer après un long usage. Une solution de résine copolymère de vinyle, type VMCH, ou d'un caoutchouc d'ester synthétique, tel que celui connu dans le commerce sous le nom de Vulcaprène, peut convenir; elle peut contenir un agent auto-ré- générateur tel qu'un isocyanate, et lorsqu'elle est régénée elle est très résistante à la plupart des dissolvants.
Ou bien, on peut combiner un caoutchouc de ce genre avec un polyvinyle à l'état plastique. Le métal et le tissu de laine sont préalable- ment enduits séparément d'un adhésif et on peut alors les unir en étendant la solution à l'aide d'une brosse sur les surfaces enduites et en les appliquant l'un sur l'autre.
Chaque passage ou passage élémentaire doit être revêtu dessus et dessous, car le dessus agit efficacement pour re- cueillir et retenir les poussières en raison des tourbillons dirigés vers l'extérieur à partir du courant central ou prin- cipal dans le passage et résultant vraisemblablement de l'action retardatrice exercée par les poils laineux sur les couches su- perficielles du courant d'air. Entre les sommets des poils des surfaces velues en regard il existe un espace libre le long duquel le courant se produit en ordre principal; cet espace ou intervalle peut avoir une très faible hauteur, par exemple cinq huitièmes dé pouce (1,5 cm) ou moins, bien que dans certains cas lorsque le passage est de longueur considérable, ou lorsqu'une série de passages sont décalés l'un derrière l'autre, l'inter- valle puisse avoir la largeur d'un pouce (2,5 cm) ou à peu près.
La longueur du passage dépend de la. vitesse du courant et de la hauteur du passage. Sous ce rapport, les recherches qui ont été faites ont montré qu'il existait la relation suivante
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entre la longueur du passage, la vitesse linéaire du courant, la hauteur du passage ou "intervalle" et l'efficacité de la sépa- ration : # = (k - ad) - (bd - c) V où 9 est le pourcentage d'efficacité ou le rendement de la sépa- ration d l'"intervalle" ou hauteur effective en pouces du passage entre les sommets des surfaces laineu- des considérées, en regard,
V la vitesse linéaire du courant en pied/min., et a, b, c et k des constantes.
D'autre part, dans tout passage horizontal rectiligne
L = p/f - # f - # où L est la longueur du passage considéré, p un facteur variable, et f une constante.
Dans les passages droits .à parois parallèles formés entre des tôles planes adjacentes disposées dans des plans pa- rallèles, c'est-à-dire lorsque la section transversale du pas- sage est de forme rectangulaire constante, et lorsqu'on n'a pas huilé ou traité le tissu d'une autre manière pour le rendre collant, les constantes a, b, c, k et f sont : a = 40 b = 0.36 c 0.008 k = 109 f = 109 - 40 d.
Les formules ci-dessus s'appliquent à peu près dé la marne manière aux passages droits à parois parallèles formés entre des cylindres coaxiaux, c'est-à-dire lorsque la section transversale du passage présente une forme annulaire constante.
En dehors des considérations qui précèdent, les essais ont montré que lorsqu'on fait passer -un courant de gaz chargé de particules solides, à travers des passages droits, à parois pa- rallèles revêtues de tissu, telles que celles considérées, la chute de pression '.... dans le passage est indépendante de la quantité de particules captées par le tissu.
En se basant sur ce
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faiton a recherché la loi de la variation de la chute de pression en fonction d'autres variables, telles que la vitesse linéaire du courant de gaz, la longueur du passage et la hauteur du passage ou intervalle et on a obtenu la formule empirique suivante :
EMI8.1
Vn L 75T) 1 [ --J y dm où H est la chute de pression lue au manomètre d'eau et ne i, n et m des constantes, avec q = 0.0000.251 i = 24 n = 1.78 m = 1.48
Cette formule s'est avérée exacte dans le-gemme couverte par les essais effectués qui se sont étendus à des vitesse li- néaires du courant allant de 500 pds/min. à 3000 pds/min.
(150 à 900 m/min. ) et des intervalles de 1 pouce à 25 pouces (2,5 à 62,5 cm), et il parait probable que la même équation se vérifie sensiblement en dehors de ces limites, par exemple pour des vitesses de courant atteignant 10.000 pds/min. (3.000 m/min.).
Les séparateurs construits suivant l'invention ont mon- tré qu'ils étaient indépendants des dimensions des particules, ce qui est considéré comme présentant une grande importance, d'autant plus qu'on obtient un pouvoir de séparation élevé même pour des particules inférieures à 40 # par exemple. En outre, le fait d'obtenir de hauts pouvoirs de séparation pour les par- ticules les plus petites et les plus légères même dans des passages de faible longueur était inattendu.
EXEMPLE
On utilise un séparateur comportant une série de passages droits à parois parallèles de section transversale rectangulaire constante, dont les parois supérieure, inférieure et latérales sont garnies d'un tissu velu, pour y faire passer un courant d'air de 300 à 500 pds cubes/min. chargé de particu- les solides dans la proportion de 0,03 gramme -/pied cube d'air.
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Les particules employées étaient conformes aux .'prescriptions et l'analyse s'établissait comme suit: Pourcentage en poids Dimensions des particules inférieur à 1% 152 et davantage entre 30 et 40% entré 76 et 152 # entre 20 et 30% entre 76 # et 20 # entre 20 et 30% . inférieures à 20 #
Le séparateur était comppsé de quatre systèmes ou élé- ments séparateurs standards tels que décrits ci-dessous, groupés en série, de manière à présenter approximativement les dimensions totales suivantes :
deux pieds (60 cm), largeur huit pou- ces (20 cm) et hauteur huit pouces (20 cm). 'Comme des essais antérieurs avaient montré qu'on,obtenait des pouvoirs de sépa- ration quelque peu plus élevés lorsque le tissu était huilé ou traité d'une autre manière pour le rendre collante la présente série d'essais? été effectuée sur du tissu sec. On faisait passer l'air chargé de poussière dans les passages séparateurs au moyen d'un ventilateur cyclone, type L.5, grandeur 7, pourvu d'une soupape d'étranglement du côté refoulement, les particules étant induites dans le courant d'air au moyen d'un injecteur à alimentation d'air. La vitesse linéaire du courant d'air variait en fonction directe de l'aire de la section transversale du pas- sage.
Une analyse des particules captées accusait:
Dimensions des particules Pourcentages de particules captées 152 # et au-delà 1% entre 76 # et 152 # 30% entre 40 # et 76 # 30% inférieures à 40# 39%
Pour permettre de construire facilement des séparateurs suivant l'invention pour un grand nombre d'usages, il est recom- mandable d'exécuter différents séparateurs au moyen d'éléments semblables.
On a trouvé que des dimensions convenables pour ces éléments ou systèmes séparateurs étaient de six pouces (15 cm) de long pour huit pouces) (20. cm) de. large et huit' pouces (20 cm), de
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haut, et, comme le montre la fig.l des dessins annexés, cet élé- ment peut être constitué par exemple de neuf tôles 11, chacune de six pouces de long (15 cm) pour huit pouces (20 cm) de large, et maintenues parallèles entre elles à une distance d'environ trois quarts de pouce (2 cm) l'une de l'autre sur des tiges 12 pourvues de pièces d'écartement 13 entre les tôles.
Dans cet exemple le tissu velu est fixé sur les deux faces de chaque tôle comme c'est indiqué en 14, l'intervalle ou section de passage effective résultant de l'emploi de ce tissu et des pièces d'écar- tement 13 étant d'environ trois huitièmes de pouce (1 cm). Ainsi eu'on le voit sur la fig.l, les pièces d'écartement 13 affectent la forme d'éléments de section transversale en U garnis de tissu velu sur les surfaces verticales tournées vers l'intérieur des passages, de telle sorte que les quatre côtés de chaque passage offrent au courant de gaz une surface velue. Si on le désire des éléments construits de c'ette manière peuvent être employés ensem- ble en série ou en parallèle, suivant les besoins pour chaque application particulière.
Ou bien, comme c'est représente en coupe longitudinale et en élévation en bout, respectivement, sur les figs. 2 et 3 des dessins, les tôles 11 (de préférence sans les tiges 12) peuvent être montées à l'intérieur d'une enveloppe rectangulaire sans fin 15 d'environ deux pieds de long (60 cm) et huit pouces (20 cm) de large sur huit pouces (20 cm) de haut, dans lacuelle le gaz circule dans la direction de la flèche sur la fig.2. quatre de ces éléments étant disposés en série, comme c'st représenté schématiquement en a, b, c et d.
Les tôles planes 11 sont recouvertes sur les deux faces d'un tissu pareil à celui décrit ci-dessus tandis que les tôles 16 et 18 dont les faces internes seulement sont garnies de ce tissu velu sont mon- tées directement contre les parois supérieure et inférieure de l'enveloppe où elles sont espacées convenablement des plaques adjacentes 11 par les pièces d'écartement 13 des extrémités, comme c'est représenté sur la fig.3. Comme précédemment, cette
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disposition ménage un espace d'environ trois huitièmes de pouce (1 cm) entre les poils de laine adjacents.
En vue d'équilibrer les pressions de part et d'autre des tôles 11 le métal dont elles sont faites peut être perforé, comme c'est représenté par exem- ple en 17. Le revêtement laineux 14 peut être d'une seule pièce repliée autour du bord avant de la tôle tourné vers l'entrée de l'air, comme c'est représenté en 14a sur la fig.2, ou bien il peut être formé de deux couches de tissu séparées de mêmes di- mensions approximativement que la tôle et fixées à celle-ci cha- cune sur l'une des faces.
Pour obtenir la longueur de passage voulue dans l'espace disponible pour l'installation du séparateur, il peut être né- cessaire de replier sur lui-même à plusieurs reprises le passage multiple; si ceci doit se faire, on peut obtenir une disposition convenable, comme le montre schématiquement la fig.4, en établis- sant à l'intérieur de l'enveloppe à revêtement laineux 20 un parcours en zig-zag par des chicanes parallèles 21, disposées alternativement en partant de l'un des côtés pour s'arrêter à une courte distance de l'autre côté.
La longueur de l'enveloppe sur laquelle les chicanes se reoouvrent l'une l'autre est alors subdivisée davantage par des plateaux parallèles à. revêtement laineux 11, le sens de circulation dans l'enveloppe étant in- diqué par les flèches. ,
Il peut arriver parfois que l'espace disponible pour 'l'installation du séparateur soit tel que les passages d'air ne puissent pas être disposés horizontalement ou à peu près hori- zontalement mais doivent être inclinés ou être disposés à peu près verticalement. Une pareille disposition est parfaitement réalisable et l'effet de séparation terminale déjà mentionné peut encore être obtenu par la disposition verticale des passages.
Un exemple en est donné sur la fig.5, où 22 représente un caisson .rectangulaire vertical subdivisé en passages d'air rectangulaires par les tôles 11 recouvertes de tissu. Ainsi qu'il a déjà été expo-
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sé, lorsque la gamme des dimensions et/ou des poids des parti- cules est considérable, une épuration préalable du courant gazeux en vue de la débarrasser des particules les plus grosses ou les plus lourdes peut être très avantageuse. Le temps pendant lequel le séparateur peut fonctionner sans nettoyage peut aussi être augmenté si l'air est soumis à une épuration préalable, notamment par renversement du sens de son mouvenent, pour provo- quer la précipitation des particules les plus grosses.
Un dispo- sitif d'épuration préalable est représenté schématiquement sur la fig. 5 où. l'air qui pénètre dans le caisson par un tuyau d'entrée 23 est d'abord projeté contre un déflecteur en forme de crochet 24 où les particules les plus grosses et/ou les plus lourdes, après avoir frappé le déflecteur, tombent dnns le goulot 25 du caisson et peuvent être enlevées périodiquement par le dévissage d'un chapeau qui y est appliqué. Le tourbillonnement provoqué par le choc du courant d'air contre le déflecteur 24 peut per- sister pendant la. majeure partie du parcours à travers le sépa- ra¯teur, et, s'il n'est pas trop violent, il peut contribuer à appliquer les particules de poussières les plus fines sur les surfaces laineuses.
La fig. 6 des dessins montre une forme de construction d'un séparateur, en coupe transversale schématique, où l'enve- loppe est cylindrique et les passages droits à parois parallèles sontménagés entre des tôles ou cylindres coaxiaux 27 et 28 re- couverts de tissu comme il a déjà été décrit.
Lorsqu'un séparateur suivant l'invention est employé pour épurer l'air pénétrant dans une soufflerie ou dans un mo- teur à combustion interne, on a constaté qu'il diminue considé- rablement le bruit de l'entrée de l'air. Le collecteur d'entrée peut être muni d'une extrémité en T ou en Y laquelle peuvent être fixés deux éléments séparateurs. Les deux branchements de l'appel d'air peuvent de préférence avoir des longueurs qui- dif- fèrent d'une demi-longueur d'onde du son dominant pour assurer
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l'amortissement du bruit par interférence. Pour éliminer le bruit dû aux vibrations de l'enveloppe, on peut revêtir celle-ci de laine extérieurement et la supporter dans une carcasse métallique perforée.
R E V E N D I C A T 1 0 N S
1) Procédé pour la séparation de particules solides de l'air ou d'autres gaz qui en sont chargés, consistant à faire passer le courant de gaz dans un passage formé principalement par des parois droites parallèles dont l'une au moins est revê- tue d'un tissu en matière textile offrant une surface velue au courant de gaz.
2) Procédé pour la séparation de particules solides de dimensions et/ou de poids différents de l'air ou d'autres gaz qui en sont chargés, consistant à faire passer le courant de gaz dans un passage formé principalement par des parois droites parallèles dont l'une au moins est garnie'd'un. tissu en matière textile offrant une surface velue au courant de gaz, la section transversale du passage étant établie de telle manière que les particules les plus fines et/on les plus légères sont amenées en contact avec les poils par suite d'un mouvement de tourbillonne- ment, tandis que la longueur du passage est au moins assez grande pour que les particules les plus grosses et/ou les plus lourdes atteignent les poils sous l'action de la pesanteur.
3) Procédé pour la séparation des particules solides de l'air ou'd'autres gaz qui en sont chargés, suivant les reven- dications 1 ou 2, caractérisé en ce que les parois droites pa- rallèles du passage qui sont disposées en regard l'une de l'autre sont aussi garnies du tissu.