<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé et appareil de séparation des particules solides- contenues dans un courant gazeux".
Cette invention a rapport à une méthode pour sé- parer des particules solides, telles que des poussières trans- portées dans un courant de fluide gazeux, par exemple un cou- rant de gaz, et à un séparateur en application de la méthode selon l'invention.
Les principes et les appareils basés sur ces prin- cipes sont caractérisés en ce que le courant gazeux, transpor- tant les particules solides, est dirigé suivant un angle aigu contre la paroi intérieure ou extérieure d'un cône de filtre
<Desc/Clms Page number 2>
perforé, disposé à l'intérieur d'une enveloppe dans le but de séparer les poussières à la surface du filtre. La plus grande partie du gaz, séparée des poussières ou purifiée, est envoyée à travers les perforations du filtre, tandis que la petite partie du courant gazeux transportant à haute concen- tration toutes les particules qui ont été séparées sur la surface du filtre est dirigée en dehors de la surface du cône filtrant.
Un des désavantages de la méthode et des appareils tels qu'ils ont été proposés jusqu'ici, est que la concentra- tion en poussières croît rapidement vers l'extrémité étroite du cône filtrant. En conséquence, l'efficacité de la séparation du filtre décroit dans la zone de l'extrémité étroite du cône.
Le terme "cône filtrant" ou "cône de filtre" comme il a été employé jusqu'ici, doit être entendu comme se rappor- tant aux solides de révolution creux dont le diamètre décroît régulièrement ou par degrés (gradins).
Un des objets de l'invention est de procurer une méthode nouvelle et perfectionnée, grâce à laquelle l'efficacité de la séparation des particules des poussières dans un courant gazeux est sensiblement accrue.
Un autre objet de l'invention est de procurer un sé- parateur d'un type général, dont il a été parlé ci-dessus, ayant une plus grande efficacité de séparation que tout ce qui a été atteint jusqu'ici.
Un autre objet de l'invention est de procurer un séparateur d'un type général, dont il a été parlé ci-dessus, dans lequel la concentration des particules le long de la surface de filtre est relativement basse ; basse concen- tration en particules étant favorable à une haute efficacité de séparation.
<Desc/Clms Page number 3>
Un autre objet de l'invention est de procurer un sé- parateur d'un type général, dont il a été parlé ci-dessus,dans lequel la vitesse du courant gazeux est sensiblement constante sur la longueur entière du filtre malgré l'effet freinant des particules, séparées à la surface du filtre, sur la vitesse du courant. Cet objet est obtenu en imprimant au courant ga- zeux un mouvement en forme de spirale, de la grande extrémité du cône à la petite extrémité du cône.
Un autre objet de l'invention est de procurer un sé- parateur d'un type général dont il a été parlé ci-dessus ; dans lequel les particules déjà séparées à l'extérieur du filtre sont envoyées loin du filtre à une certaine distance par l'ef- fet de la force centrifuge agissant sur les particules. Cet effet devient de plus en plus prononcé au fur et à mesure que le diamètre du cône filtrant décroit vers la petite extré- mité du filtre.
D'autres objets, caractéristiques et avantages,seront indiqués ci-après et les dessins annexés montrent plusieurs formes d'exécution de l'invention données à titre d'exemple non limitatif s.
Dans ces dessins:
La figure 1 est une vue en coupe d'un séparateur classique ; la figure 2 est une vue en coupe d'un séparateur selon l'invention; la figure 3 est une section le long de la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une section le long de la ligne IV-IV de la figure 2; la figure 5 est une section le long de la ligne V-V de la figure 2;
<Desc/Clms Page number 4>
la figure 6 est une vue en coupe d'une modification du séparateur selon l'invention ; la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une autre modification selon l'invention; la figure 8 est une vue en plan du sommet de la figure 7 ; la figure 9 est un développement d'une partie de la surface d'un cône filtrant, vue en plan et à grande échelle; la figure 10 est une section le long de la ligne X-X de la figure 9;
la figure 11 est une vue fragmentaire montrant une modification des perforations du filtre; la figure 12 montre une vue fragmentaire de la sur- face du cône filtrant pour illustrer la direction du courant gazeux ; la figure 13 est une modification de la surface du cône filtrant montrée comme la vue en plan d'un développement (fig.9).
Le séparateur classique, selon la figure l, comprend un cône filtrant 1 ouvert aux deux extrémités, la surface filtrante comporte des perforations 2. le cône filtrant ,qui doit être d'une taille et d'une forme appropriée, est disposé à l'intérieur d'une enveloppe 3. Cette enveloppe est munie, sur le côté de la grande base du cône, d'une ouverture 4 pour le courant gazeux apportant les particules solides, par exemple des poussières devant être éliminées et une sortie 5 pour les gaz séparés purifiés. La sortie 5 est placée à la partie médiane du cône filtrant et il y a une seconde sortie 6 à l'extrémité étroite du cône filtrant.
Le courant de gaz frais est admis par l'entrée 4 et est dirigé sous un angle aigu contre la paroi intérieure du cône filtrant. A ce propos,il est indiqué que les observa- tions suivantes s'appliquent aussi quand le courant gazeux @
<Desc/Clms Page number 5>
est dirigé contre la surface extérieure du cône filtrant. La majeure partie ou la partie primaire du courant gazeux passe à travers les perforations 2 et est expulsé par la sortie 5.
Les particules qui ne peuvent pas suivre la majeure partie du courant gazeux à travers les perforations du filtre sont emmenées, avec la mineure partie ou la partie secondaire du courant gazeux, en raison de la composante de la vitesse du courant gazeux réellement parallèle à la surface filtrante, en une couche de plus en plus enrichie avec les particules de poussières vers la sortie 6. Les poussières collectées et la mineure partie du gaz sont emmenées ensemble par la sortie 6 et doivent être séparées dans un séparateur secon- daire.
La théorie et les essais pratiques montrent qu'il est essentiel, pour obtenir une séparation efficace, de main- tenir la vitesse du courant gazeux tout le long de la surface filtrante. Des expériences faites avec le séparateur classique montrent que, en raison de la concentration des poussières croissant vers la sortie 6, la vitesse du courant gazeux décroît de plus en plus et a pour conséquence une décroissance correspondante de l'efficacité de la séparation. De ce résul- tat, on peut tirer la conclusion qu'il est désirable de main- tenir une basse concentration en poussières sur la surface filtrante pour obtenir une haute efficacité de séparation.
Il va apparaître qu'une basse concentration en poussières pourrait être obtenue en augmentant la surface de la section transversale à la petite extrémité du filtre. Ce- pendant, un tel agencement présente le grand désavantage que le volume du gaz secondaire, emportant les particules séparées, doit être accru pour maintenir la vitesse du courant gazeux requise pour la précipitation des poussières. L'accroissement du volume du gaz secondaire affecte malheureusement en retour, la séparation finale des poussières.
<Desc/Clms Page number 6>
Les désavantages, exposés ci-dessus, du séparateur classique selon la figure 1 sont éliminés en utilisant un sé- parateur selon l'invention tel qu'il est montré par la figure 2 et par les figures 3, 4 et 5 qui l'accompagnent.
Le séparateur, selon la figure 2, comporte un cône filtrant 1, semblable au cône filtrant de la figure 1. Le cône 1 est disposé à l'intérieur d'une enveloppe 10 de forme conique, montée coaxialement avec le cône filtrant, de telle manière qu'un espace ou passage 11, entre le cône et l'enveloppe, aille en diminuant régulièrement dans la surface de la section trans- versale vers la petite extrémité du cône filtrant. La grande extrémité de l'enveloppe est prolongée par une chambre 8 commu- niquant avec l'entrée 7 et une machine soufflante 7' produisant le courant gazeux qui apporte les particules de poussières à séparer.
Entre la grande et la petite extrémité du cône filtrant de préférence près de la grande extrémité du cône, se trouve un dispositif pour imprimer au courant gazeux un mouvement spiral allant en progressant vers la petite extrémité du filtre.
Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 4 et 5, ces dispositifs comportent une manchette 9, supportant un grand nombre de lames ( directrices) 9' espacées autour de la manchette 9 et disposées avec un angle, qui imprime au courant gazeux le mouvement spiral désiré.
Comme résultat du rayon décroissant du courant ga- zeux (en raison du diamètre décroissant de l'enveloppe et du cône filtrant) s'écoulant le long de la surface filtrante, il est maintenant possible de maintenir la vitesse désirée du courant gazeux tout au long de la surface filtrante, malgré l'effet freinant des particules de poussières séparées sur la surface filtrante. Comme il est bien connu, la vitesse tangentielle en chaque point est inversement proportionnelle à la distance entre ce point et l'axe de la spirale engendrant
<Desc/Clms Page number 7>
un courant spiral ou tourbillonnaire centripède sans frottement.
Selon l'invention} le courant tourbillonnant centripède est employé pour compenser l'effet freinant normalement causé par les poussières séparées à la surface filtrante et se trouvant en quantité croissante vers la petite extrémité du cône filtrant.
Le fait de prévoir l'enveloppe conique 10 procure l'effet sup- plémentaire que la composante axiale de la vitesse du courant gazeux est maintenue à la valeur désirée tout le long de la surface filtrante.
Le mouvement giratoire du courant gazeux vers la petite extrémité du cône filtrant, dans le dispositif selon l'invention, a aussi l'avantage qu'une quantité toujours crois- sante de la poussière, déjà séparée à la surface filtrante et transportée le long de celle-ci vers la petite extrémité du cône, est assujettie à la force centrifuge l'éloignant de la surface filtrante. En conséquence, la couche de courant gazeux, située contre la surface filtrante, n'est jamais contrainte à servir de support à des concentrations de poussières telles que doit supporter la couche correspondante dans le séparateur classique selon la figure 1.
En conséquence, la vitesse du courant gazeux est maintenue à une valeur suffisante élevée tout le long de la surface filtrante pour maintenir une haute efficacité de séparation du filtre tout le long de la surface filtrante.
La partie primaire ou majeure partie purifiée ou séparée du courant gazeux est refoulée par un orifice 12 placée dans l'alignement de l'extrémité du grand cône filtrant, tandis que la mineure partie ou partie secondaire du courant gazeux, qui transporte substantiellement toutes les particules en suspension dans le gaz, est refoulée par un orifice 14 placé dans l'alignement de l'extrémité du petit cône filtrant.
<Desc/Clms Page number 8>
L'orifice 14 communique avec la tuyauterie de refoulement 15.
Une pompe 13 est utilisée pour aspirer le gaz séparé dans l'es- pace ou chambre 11 par l'orifice 14 et la tuyauterie 15. Le gaz secondaire est amené dans un séparateur secondaire, géné- ralement désigné par 17. Ce séparateur secondaire, qui peut être construit sur un principe conventionnel, a pour but de séparer les poussières transportées par le courant gazeux secon- damre. Les particules séparées sont recueillies dans un récep- teur 16 duquel on peut les décharger par une ouverture conven- tionnelle 16', et le gaz secondaire, plus ou moins dépoussiéré, est refoulé par la pompe 13, via la tuyauterie de retour 25, vers la chambre 8-
Comme le montre la figure 3, les perforations du cône filtrant sont limitées par des languettes présentant une inclinaison par rapport à l'axe du cône.
La partie primaire du gaz, quittant le filtre par l'ouverture 12, est refoulée finalement par un conduit de re- foulement 20 disposé tangentiellement par rapport à l'orifice 12 dans le but de récupérer la pression du gaz. La modification suivant la figure 6 est semblable, en principe à la teneur des figures 2 à 5, sauf, que le séparateur secondaire 17 est relié directement à l'extrémité étroite du caisson 10 adjacehte à l'extrémité du petit cône filtrant. De plus, le conduit de retour des gae secondaires 25 est situé dans le caisson et le cône filtrant, dans l'axe de ceux-ci.
Le mouvement spiral du courant gazeux ,lequel d'après la figure 2 est assuré par les lames directrices 9', est assuré dans la figure 6 par la disposition tangentielle de l'orifice d'entrée 7 par rapport à la chambre 8.
<Desc/Clms Page number 9>
De ce qui précède,on conçoit le fonctionnement du séparateur de la figure 6.
La figure 2 montre une disposition horizontale du séparateur et la figure 6 une disposition verticale. On re- marquera que, pour assurer le fonctionnement du perfectionne- ment couvert par la présente invention, il n'est pas essentiel- que l'axe du séparateur forme un angle déterminé, n'importe quelle disposition peut être choisie.
Les figures 7 et 8 montrent une autre disposition d'un séparateur vertical semblable aux précédents. Le conduit de retour 25 aboutit dans le récepteur de poussières 16, tandis qu'auparavant, il était fixé à lartie supérieure du séparateur secondaire. Le cône filtrant de la figure 7 se compose de deux parties cylindriques l'et 1" assemblées par une partie cônique 1". Le diamètre en 1" est plus petit qu'en l'et ainsi la forme conique est maintenue.
L'extrémité étroite du filtre 1" peut être ouverte et fermée par une plaque de fermeture 22 qui peut être actionnée d'une façon quelconque et, par exemple, par une tige 21 manoeuvrable de l'extérieur, comme le montre la figure 7.
Le mouvement giratoire du courant gazeux est assuré progressivement vers l'extrémité étroite, de la même façon qu'à la figure 6 en plaçant l'orifice d'entrée 7, tangentielle- ment à la chambre 8. Le conduit de refoulement 20 est, égale- ment, placé tangentiellement pour récupérer la pression du gaz.
Il s'ensuit que le mouvement spiral dans le cône filtrant, développe des forces centrifuges qui augmentent la pression statique à la surface du filtre vers l'extrémité de la partie large du cône filtrant. Si le mouvement spiral venait à cesser après le passage du gaz par les perforations du filtre,
<Desc/Clms Page number 10>
la pression statique serait à peu près uniforme dans tous les points du cône. Donc la différence de pression entre l'exté- rieur et l'intérieur du filtre, et la vitesse et la quantité de gaz augmenteraient dans la direction du petit bout vers le grand bout du cône. Au contraire, si on maintient le mou- vement spiral constant, les forces centrifuges seront en équi- libre de chaque côté du filtre, et la vitesse et la quantité de gaz seront uniformes sur toute la surface du filtre.
Dans la pratique, on constate une attitude du courant gazeux qui est un compromis entre les deux conditions ci-dessus.
Le mouvement spiral est retenu partiellement par les perforations malgré que la direction du mouvement soit changée. Donc pour assurer une distribution uniforme du gaz sur toute la surface du filtre, il faut utiliser les perfec- tionnements de la présente invention. Un de ces perfectionne- ments consiste à prévoir des languettes 18 limitant les per- forations et de prévoir l'angle Ó, entre ces languettes et la surface du filtre 1, décroissant vers le côté large du filtre (voir fig.9 et 10). Un tel dispositif présente deux avantages: la surface totale des perforations diminue par unité de surface filtrante et la direction du courant gazeux est d'autant plus tangentielle à la surface du filtre que l'angle Ó diminue.
Il s'ensuit qu'une résistance s'établit à la grande extrémité du cône, cette résistance ayant tendance à freiner ou ralentir le passage du courant gazeux par les per- forations qui pourrait être trop important.
Un autre perfectionnement dans ce but consiste à prévoir un élément troncônique 19 dans l'axe du cône. Cet élément ouvert aux deux extrémités sert à "aspirer" le courant gazeux vers l'extrémité étroite et à diminuer le filtre du côté de sa sortie.
<Desc/Clms Page number 11>
L'effet de séparation est le plus favorable lorsque le courant gazeux conserva substantiellement son mouvement spiral après son passage par les perforations/
Dans ce but, il est préférable de courber les lan- guettes comme à la figure 11 et de choisir un angle 0( 2, entre l'arête de guidage des languettes et la surface du filtre, re- lativement petit, de manière que le courant soit aussi tangen- tiel que possible. L'angle !/ 2 ne doit pas être trop petit pour éviter que l'écoulement du gaz à travers une perforation vienne frapper la languette suivante. On choisira l'angle Ó 2 de manière que le courant soit tangent avec la languette posté- rieure (fig.ll). Pour cela, sin Ó 2 = 0,4 + t' où 6 est l'épaisseur de la languette et t l'espace entre perforations.
De plus (fig.12) les perforations seront prévues de manière que l'angle /0 entre une tangente a-a du cône verticalement à l'axe longitudinal des fentes et un plan c-c verticalement à l'axe du cône, soit plus petit que l'angle { 1 entre le courant gazeux dirigé vers la surface filtrante et ledit plan transversal c-c. Le courant gazeux à l'intérieur du filtre forme un angle 2 avec ledit plan c-c qui est plus petit que l'angle 1. Donc, la vitesse du gaz s'étend davantage sur le plan c-c et ainsi la composante de rotation augmente.
Donc une diminution de la différence Ó1- ss dans la direction vers l'extrémité étroite contribue à une distribution uniforme.
Un autre perfectionnement consiste à choisir la relation entre le diamètre de l'extrémité étroite et celui de l'extrémité large de telle manière qu'elle soit environ égale à celle existant à l'extrémité large entre la composante de rotation de la vitesse du gaz et celle de la vitesse paral- lèle à la génératrice du cône.
<Desc/Clms Page number 12>
La figure 13 montre une modification de la surface de la figure 9. Ici, les rangées de perforation sont placées dans des plans normaux à l'axe du cône.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.