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"Dispositif pour augmenter le rendement total d'un séparateur à tourbillonnement pour aérosols solides ou liquides",
La présente invention vise un dispositif pour augmenter le rendement total d'un séparateur à tourbillonnement du type à circulation giratoire ou "cyclone". Ce séparateur à tourbillonnement est constitué par une chambre de tourbillon- nement en ferme de tube cylindrique dont une des extrémités comporte une tubulure d'entrée co-axiale pour l'aérosol. Le milieu porteur épuré (liquide ou gazeux) quitte le chambre de tourbillonnement en direction axiale à l'autre extrémité de cette chambre.
Un milieu secondaire liquide ou gazeux pénètre dans la chambre de tourbillonnement par des amenées disposées sur l'en- voloppe de la chambre de tourbillonnement et dirigées de préfé- rence de façon tangentielle et oblique contre le courant de l'aérosol. Ce milieu secondaire engendre dans la chambre de tourbillonnement un mouvement giratoire qui permet de séparer les
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particules en suspension du milieu porteur et de les amener dans
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le compartiment collecteur entourant la tubulure d'entrée de l'aérosol de façon concentrique.
Suivant des expériences ré- contes, le second milieu produit dans la zone périphérique du séparateur un courant giratoire analogue à un courant potentiel
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avec une composante de vitesse en direction axiale, ce courant giratoire imprimant un mouvement de rotation au courant d'aéro- sol dirigé en sens opposé. Il se produit ainsi à l'orifice de
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la tubulure d'entrée de l'aérosol une baisse de tourbillonnement par laquelle la majeure partie du milieu secondaire est amenée
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dans la zone proche de l'axe et y imprime au courant de l'aérosol une circulation giratoire, tournant dans le même sens que la circulation potentielle, ceci avec une composante de vitesse
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axiale en direction du courant de l'aérosol.
Un raison du cou- rant résultant ainsi que par un effet de remontée complémentaire à une certaine hauteur au-dessus de l'orifice de la tubulure d'entrée de l'aérosol, une grande partie des particules en sus-
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pension est introduite dans le courant giratoire potentiel pour être dégagé par ce courant dans le compartiment collecteur au- tour de la tubulure d'entrée pour l'aérosol.
Une fraction des particules en suspension, en particulier les particules les plus fines ayant la plus faible masse, reste cependant dans la zone axiale de la chambre de tourbil- lonnement. Ces particules se trouvent ainsi dans la zone d'influer ce du courant tournant et sont dégagées vers le haut dans la zone centrale entourant l'axe dans laquelle les forces centrifuges sont . pratiquement nulles, dans le courant du milieu porteur épuré. En
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augmentant ltnergie du second milieu, e'est-a-dire en augmentant la vitesse de ce milieu, il est possible d'augmenter la force centrifuge et d'éliminer ainsi encore une fraction de la poussière fine se trouvant dans la zone centrale.
Ce procédé
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ne peut cependant être mis en oeuvre que d'une manière
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restreinte d'une part pour des raisons économiques
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et d'autre part également pour des raisons physiques.
Le rendement relativement élevé d'un séparateur à ; tourbillonnement est ainsi limité, en ce qui concerne la séparation de particules très fines. Dans un séparateur à tourbillonnement servant par exemple de dépoussiéreur pour gaz de fumée, les parti- cules jusqu'à un ordre de grandeur d'environ 5- sont ainsi séparées pratiquement à 100 %, tandis que ce pourcentage devient toujours plus faible pour des particules plus fines. Etant donné que les particules très fines sont cependant dangereuses pour les organes respiratoires et s'y introduisent facilement, il est dési- rable d'améliorer le rendement des séparateurs tourbillonnement également pour les particules d'aérosol -les plus fines.
Il a déjà été pr @osé de placer un élément de guidage ayant sensiblement la forme d'une goutte allongée et un diamètre s'élevant environ au diamètre de la zone centrale au- dessus de l'orifice de la tubulure d'entrée pour l'aérosol en vue d'isoler l'axe singulier pour la séparation de particules du séparateur à tourbillonnement, dans lequel n'existe aucune force de séparation, contre le courant de l'aérosol et d'améliorer ainsi le rendement de la séparation. La présente invention a pour objet des agencements et des dispositions particulières d'éléments de guidage pour séparateurs à tourbillonnement, permettant une amélioration du rendement de séparation, même pour des particules très fines en suspension.
L'objet de l'invention sera mieux compris à l'aide de la description qui va suivre et du dessin annexé qui représente schématiquement deux exemples de construction non li- mitatifs du dispositif conforme à l'invention, - La figure 1 est une coupe verticale d'un séparateur à tourbillonnement 1 dans lequel est placé un élément de guidage 2 conforme à l'invention. L'aérosol est amené dans le sens des flèches par la tubulure d'entrée 3.
Lors de l'utilisa-
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tion d'un aérosol gazeux, par exemple, un gaz auxiliaire est amené par les buses 4 dirigées de façon tangentielle et oblique à la paroi de la chambre de tourbillonnement, de préférence en direc- tion opposée au sens de circulation de l'aérosol, ce qui produit un mouvement giratoire dit '"courant tournant", composé d'un courant giratoire potentiel et d'un courant de rotation, En raison des vitesses superposées entre le courant potentiel et le courant de rotation, des forces relatives ou forces de Coriolis sont engendrées dans la zone de mélange entre le courant poten- tiel et le courant de rotation, ces forces agissant de façon complémentaire à la force centrifuge sur les particules en suspen- sion dans l'aérosol.
Ces particules sont finalement dégagées à travers la fente annulaire 5 dans le compartiment collecteur 6 pour être retirées par une conduite 7. Le mili@u porteur épuré', par exemple gazeux, de l'aérosol quitte le séparateur par la sortie 8. Un élément de révolution placé de façon co-axiale directement au-dessus de l'ouverture tubulaire d'entrée 3 de l'aérosol est agencé en forme d'élément de guidage 2 de manière qu'il s'évase tout d'abord continuellement plusieurs fois à partir de l'entrée 3 de l'aérosol pour ae rétrécir par la suite, La diminution de la section par unité de longueur est avantageuse- ment plus importante en direction axiale que l'augmentation de section.par unité de longueur.
L'augmentation du rendement total de la sépara- tion est basée sur les effets suivants ;
L'aérosol circule du bas vers le haut, c'est-à- dire chaque particule de l'aérosol possède une composante de vites- se en direction axiale. Un courant de rotation est en outre super- posé à ce courant de l'aérosol, c'est-à-dire que chaque particule reçoit en complément une composante de vitesse vu en direction de pourtour. Pour cette composante est valable la loi vu =#.r, # étant la vitesse angulaire constante et r la distance radiale
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de la particule de l'axe de la chambre de tourbillonnement. Cette particule est par conséquent soumise à la force centrifuge KZ = m , vu2/r = m .#2. r, dirig6e radialement vers l'extérieur.
En l'absence do l'élément de guidage 2, surtout les particules fines en suspension se trouvant dans la zone de l'axe du tourbil- lonnement et ayant une masse relativement faible ne sont soumises qu'à de faibles accélérations et forces centrifuges. Les particules fines en suspension ne parviendraient qu'après un certain laps de temps dans la zone d'influence de force centrifuge plus élevée et finalement dans la zone de mélange dans laquelle des forces de Coriolis ou forces relatives agissent comme forces de séparation complémentaires.
En raison de leur composante de vitesse en direction axiale, les particules fines en suspension traversent par conséquent le séparateur dans la zone de son axe sans être dévides vers la zone extérieure du séparateur dans laquelle elles sont séparées de façon efficace du milieu porteur de l'aérosol,
L'élément de guidage 2 a cependant pour effet que l'axe singulièr du séparateur est tout d'abord isolé du cou- rant de l'aérosol. Dans la zone 9, dans laquelle l'élément de guidage 2 d'évase continuellement, une composante de vitesse dirigée radialement vers l'extérieur est en outre imprimée à l'aérosol par suite d'une baisse du tourbillonnement. Les particu- les en suspension parviennent ainsi beaucoup plus rapidement dans la zone d'influence des forces centrifuges plus élevées.
En raison de leur inertie importante, par rapport au milieu porteur de l'aéro- sol, ces particules conservent en outre au point de courbure 10 de l'élément de guidage 2 leur composante de vitesse dirigée ra- dialement vers l'extérieur. Elles continuent ainsi à s'avancer derrière le point de courbure 10 vers la zone extérieure du dépoussiéreur, c'est-à-dire dans le domaine de la zone de mélange entre le circuit potentiel dirigé vers le bas et le courant de rota- tion dirigé vers le haut, d'où elles sont finalement amenées par
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un embranchement du circuit potentiel dans le compartiment collec- teur 6.
Le milieu porteur de l'aérosol parvient dans la zone 11 de l'élément de guidage 2 à nouveau avec une baisse du tourbil- lonnement en conservant une composante de vitesse dirigée radiale ,=¯, ment vers l'intérieur et vers l'axe de la chambre de tourbillonne-' ment,
Le rétrécissement de l'élément de guidage dans la zone 11 renforce ainsi la séparation, en particulier des par- ticules les plus fines en suspension de leur milieu porteur au point de courbure 10. Il est avantageux d'utiliser un élément de guidage analogue à celui représenté sur la figure 1 qui s'éva- se plusieurs fois en direction de circulation de l'aérosol pour se rétrécir par la suite,
On obtient ainsi une succession de hausses et de baisses, aux point de transition, d'où une fraction impor- tante des particules les plus fines en suspension est transportée du centre du séparateur dans sa zone extérieure et de là par un embranchement du courant giratoire potentiel dans le compartiment collecteur en fonction de la courbure de la trajectoire du milieu porteur.
En vue d'obtenir une rotation préliminaire du courant de l'aérosol, une ou plusieurs t8les de guidage 17 de forme appropriée peuvent en outre être placées dans la tubulure d'entrée 3 de l'aérosol.
Le dispositif représenté sur la figure 2 pro- duit également une succession de hausses et de baisses dans le sens du dispositif représenté sur la figure 1 par l'emboîtement en forme de cascade de plusieurs éléments creux 12 en forme d'en- tonnoir dont les ouvertures 15 aux cols'sont dirigées axiale- ment par rapport à l'entrée de l'aérosol et s'avancent chaque fois ; dans l'ouverture de l'entonnoir qui précède ou bien dans l'orifice . de la tubulure d'entrée de l'aérosol.
La cascade d'éléments creux : est fermée vers le haut par un élément 13 en forme d'entonnoir,
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n'ayant ni ouverture ni col, Aux bords 14 des éléments creux 12 sont engendrées des tourbillons dans lesquels pénètre une fraction des particules fines en suspension. Ce dispositif pré- sente l'avantage complémentaire que les particules en suspension, accumulées dans les tourbillons sont aspirées par les cols15 des entonnoirs, ce qui permet d'améliorer le rendement de la sépa- ration, Une dépression suffisante doit régner au col 15 de l'entonnoir s'avançant à l'intérieur de l'orifice de l'entrée de l'aérosol.
En vue d'imprimer au courant de l'aérosol une composante de vitesse auxiliaire en direction du pourtour, la face extérieure de l'entonnoir 12 comporte dans l'orifice de la tubulure d'entrée 3 de l'aérosol une spirale de guidage 16 hélicoïdale. Cette spirale de guiiage 16 imprime au courant d'aérosol une giration préliminaire.
Il est également possible d'imprimer à l'aérosol, dans la tubulure d'entrée, aussi bien une giration préliminaire au moyen des tôles de guidage qu'une composante de vitesses diri- gée radialement vers l'extérieur au moyen d'un rétrécissement ' genre Venturi.
L'amélioration du rendement d'un séparateur de poussière d'un diamètre d'environ 200 mm au moyen de dispositifs conformes à l'invention résulte des données des rendements de dépoussiérage fractionnel suivants : a) sans giration préliminaire et sans effets de hausse sur un élément de guidage :
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b) avec giration préliminaire et avec effets de hausse sur un élément de guidage :
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