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~ 1~379~1
,
Grille de déflexion d'un courant de fluide et dispositif
de circulation en ~aisant a~lication
L'invention concerne une grille de dé~lexion et un
dispositif de circulation en ~aisant application. Elle est
notamment applicable aux ~chambres de circulation" utilisées
pour la mi~e en contact d'un gaz avec un solide dans un
appareil tel qu'un séchoir ou un four, ou encore pour la
mise en contact avec un liquide ou un solide en suspension
dans un appareil, tel qu'une tour de lavage, d'absorption
ou de refroldiFsement.
Les chambres de circulation de ~luide comportent habituel-
lement une grille distributrice d'entrée du fluide et une
grille de ~ortie du fluide ou de reprise. Les grilles d'entrée
ont pour but de provoquer une déviation de l'écoulement
avec déoélération du ~luide, et la grille de sort:Le une
déviation da l'écoulemenS aveo accélération du fluide, de
manière à etablir un champ de vitesse uniforme entre ces
grilles.
Dans les modes habituels de réali~ation des chambres
de ce type, il est fait usage de grilles de distribution
d'entrée d'air et/ou de reprise aonstituées de tôles per~orées
minoe~ et planes, généralement a~sooiées à des couloirs
dientrée et de sortie de hauteur constante. Comme les perfora- `
: tions à bord mince de ce3 grille~ n'ont aucun e~fet redresseur
sur le~ composantes tangentielles de l'air à l'entrée, il
sub3iste, malgré un ef~et de répartition du débit à l'entrée,
des composantes obliques importantes d'écoulement dans la
chambre qui~ combinées avec les ef~ets de paroi de la chambre9
laissent subsister une mauvaise répartition de l'air. ~:
Le système correcteur d'entrée du ~luide peut être
amélioré en créant un ePfet redresseur de l'écoulement à
l'aide d'une épais~e tôle perforée, telle que le rapport
de l'épais~eur de cette tôle au diamètre des per~orations
soit su~fisamment élevé et supérieur à cinq. Le fluide,
:
:
,
-
3 5 s a
qui pénètre en iet oblique dans leg perforations recolle
aux paroi3 desditeg perforations, sort alors en jets de
direction ~ensiblement normale au plan de cette tôle. Cette
disposition a l~inconvénient de nécessiter soit l'usage
de tôles épaisses, lourdes et coûteuses, soit de tôles d'épais-
seur moyenne très finement perforées, ce qui les rend sensiblesà l'encrassement par les particules 30lideq qui peuvent
être en suspension dans l'air de séchage.
Une variante parfois utilisée avec un certain succès
consiste à utiliser des panneaux en forme de nid d'abeilles
en épaisseur ~uffi sante pour obtenir un bon redressement
de l'écoulement. Le nid d'abeilles pré~ente cependant l'inconvé-
nient d'une perte de charge faible et de valeur très variable3uivant l'angle d'incidence du ~luide à sa surfaoe. Son
application reste ainsi limitée aux situations dan~ lesquelles
le Pluide à dévier est lui-même amené sur le panneau avea
une vitesse et une direction trè~ régulière, ce qui peut
conduire à ad~oindre une tôle perforée pour oréer une perte
de charge moyenne supplémentaire répartitrioe. De plu9,
les nids d'abeilles collés présentent une tenue très llmitée
en température.
De même, à la sortie de la ohambre, la tôle per~orée
n'ayant auoun effet dé~leoteur sur l'air qui la traverse
à peu près normalement, il se orée, pour mettre en mouve=ent
l'air à grande vitesse suivant une direction généralement
parallèle à la grille dans le couloir de gortie, une différence
importante de pression dans oe couloir par rapport à son
extrémité disposée à l'aspiration d'un ventilateur. Pour
remédier à oette di~férence de pression, qui déséquilibre
la distribution de l'écoulement dans la chambre, il oonvient
de donner à la grille de sortie une perte de charge extrêmement
élevée pour oompenser cette différence de succion qui s'exerce
au travers. On est donc ainsi conduit à utiliser des tôles
avec des pertes~de oharge exoessive~ pour un résultat médiocre~
même en utiliaant des oouloirs divergents.
'
.
,
~ lB~9~
L'invention a pour but d'obtenir simplement une bonne
uniformité du courant de fluide en aval d~une grille d'entrée
et/ou en amont d'une grille de sortie, ceci sans créer sans
perte de charge exces~ive.
L'invention a notamment pour objet une grille de déflexion
d'un courant de fluide pour recevoir un courant de fluide
incident arrivant selon une direction d'incidence et former
un courant de fluide émergent s'écoulant de manière sen3iblement
uniPorme sur toute sa section à distance de la grille selon
une direction d'émergence di~férant de plus de 45 de la
direction d'incidence, cette grille comportant des orifices
répartis sur toute sa surface, caractérisée par le fait
qu'elle a la forme générale d'un panneau constitué par au
moins une tôle mince ondulée et perforée, la direction des
ondes étant perpendiculaire à la fois aux deux directions
d'incidenoe et d'émergence, chaque onde formant aU moins
deux bande~, senslblement planes dont les longueurs s'étendent
selon cette direction deq ondes, les perforations de cette
tôle constituant lesdit~ orifices et certaines d'entre elleq
au moins étant réalisées dans des bande~ o~ la tôle est
sensiblement perpendiculaire à la dlre~otion d'éooulement
aval.
Dan~ le cas où il 3 ~ agit de réaliser une grille d'en~rée
perpendioulalre à la direotion d'émergence et aYsurant
une fonction de distribution il semble avantageux d'adopter
la di~position suivante :
ohaque onde de la tôle comporte en partant du côté d'émergenoe,
- une bande de fond sensiblement plane parallèle au plan
moyen, avec une largeur au plug égale à 1,5 fois la pro~ection
- 30 du pas d'ondulation sur un plan perpendiculaire à la direction
d'incidence,
- deux bandes de flanc sensib1ement planes situées de part
et d'autres de cette bande de ~ond et divergeant à par~ir
de celle-ci,
- et une bande de sommet incurvée raccordant une des bandes
~' ' ' `.
.
,. . ~ .
.
: ~ :
~.
- . . . .
~.1.63,9~
de flanc de cette onde a une bande de flanc de l'onde
adjacente, la concavité etant disposee du côte du fluide
: emergent, des perforations principales etant formees dans la
bande de fond.
De preference la hauteur des ondes est comprise
entre 1,5 et 5 fois la largeur de la bande de fond.
Dans le cas d`une grille de sortie permettant
d'obtenir une di.rection d'ëmergence fortement inclinee sur
le plan de la grille il semble avantageux d'adopter la dis-
position suivante: chaque onde de la tôle est constituee par:
- une bande de guidage sensiblement plane qui devie l'ecoule-
ment incident vers des perforations,
- une bande perforee sensiblement perpendiculaire au plan
du panneau,
- les perforations s'etendant sur toute la largeur de cette
bande perforee de maniere que le fluide debouche desdites
: perforations en jets obliques decolles du panneau, ces jets
; reconstituant après diffusion un ecoulement aval uniforme -
fortement incline sur le plan du panneau.
L'invention a egalement pour objet un dispositif
pour faire interagir un objet avec un fluide en écoulement
uniforme dans une chambre interne, caracterise par le fait
qu'il comporte une grille d'entree telle que decrite plus
haut.et des moyens pour placer ledit objet en aval de cette
` 25 grille une distance au moins egale à`10 fois le pas d'ondula-
- tion de cette dernière.
Les caracteristiques et avantages de l'invention
ressortiront de la description d'un mode de realisation
donne a titre d'exemple et illustre dans le dessin, dans
le cadre d'un sechoir à pates alimentaires allongees.
La figure 1 represente une vue schematique en coupe
transversale d'un sechoir selon 1'art anterieur.
La figure 2 represente une vue schématique en coupe
.
~ ` .
. ~ .
:
.~
3 ~ 9 ~
transversale d'un dispositif selon l'invention, ce dispositif
constituant ici un sechoir.
La figure 3 represente une vue en perspective
schematique partielle de la grille d'entree du sechoir selon
la figure 1, cette grille etant une grille de defle~ion selon
l'invention.
La Eigure ~ est une vue en perspective schematique
d'une autre grille de deflexion selon l'invention, egalement
utilisable pour un sechoir.
La figure 5 est une vue en perspective schematique
partielle de la grille de sortie du sechoir selon la figure
1, cette grille etant encore une grille de deflexion selon
l'invention. `~
Dans le sechage, et notamment dans le sechage
d'une multitude d'objets elabores ou pâteux ne pouvant être
disposes en vrac au contact les uns des autres, on es-t con-
duit à utiliser des chambres de séchage de grandes dimensions
où le produit à secher offre peu de resistance à l'ecoulement
du gaz chaud caloporteur. Il faut creer dans toute l'etendue
de la chambre de sechage a la ois une circulation à vitesse
uniforme du fluide lui-meme amene à temperature uniforme
pour obtenir un produit seche de qualitë regulière, et assurer
une vitesse dudit fluide suffisamment elevee pour augmenter
la production du sechoir et reduire le coût des investissements
e~ lesdeperditions calori~iques par les parois du sechoir.
Correlativement, pour des raisons d'economie, le fluide
~` caloporteur, convenablement rechauf~e et desseche, generale-
- ment par extraction d'air chaud humide et admission d'air sec
frais, est recycle sur le produit à secher. Pour les mêmes
raisons economiques, l'espace reserve pour loger les circuits
de recyclage du fluide est de dimensions si restreintes
que le fluide recycle s'y ecoule avec une vitesse très
superieure à celle qu'il possedait en traversant la chambre
~ de sechage; il faut donc contrôler son admission sous vitesse
.
'
6~9~
- 5a -
elevee dans la chambre de secha~e et sa reprise a la-sortie
de celle-ci, fonctions qui sont realisees par l'utilisation
de grilles de deflexion suivant l'invention assurant en même
temps les fonctions de distribution ou de reprise.
Dans la figure 1 la chambre de sechage 1 du sechoir
contient les nappes de pâtes 18 suspendues sur des cannes
horizontales 2 qui defilent perpendiculaire au plan du dessin
.
. ~, ' ~ .
~63~g~
- 5 -
dans le séchoir. Le séchoir représente ne comporte pour
simplifier qu'une seule nappe de pâtes. L'air contenu dans
l'enceinte calorifugée 6 du séchoir est recyclé par un ventila-
teur 3 et une batterie de chauffe 4 installés dans un oouloir
latéral 5, pUi9 est admis dans un couloir supérieur d'entrée 7
à travers une grille d'entrée plane 11 sur le rideau de
pates. La vitesse dans le couloir 7 peut atteindre une valeur
supérieure d'au-moins trois à cinq fois la valeur de la
vitesse moyenne désirée sur le rideau de pâtes à traver3
la chambre de séchage ; de même, l'air est repri~ à la partie
in~érieure de la chambre de séchage 1 à travers une grille
de sortie plane 12 et aspiré par un couloir inférieur de
sortie 8 à une vites3e élevée. La forte énergie cinétique
de l'air dans le couloir supérieur 7 comDinée avec l'aspiration
du ventilateur 3 dans le couloir in~érieur 8 provoque un
fort déséquilibre dynamique qui se traduit par une répartition
de vitesse très irrégulière en direotion et grandeur sur
le rideau de pfites, des valeurs maximum de deux à trois
fois la valeur moyenne attendue pouvant se mani~ester du
côté opposé au couloir 5 de retour, et des vitesses faibles
et même des reoiroulations de bas en haut pouvant se produire
en parti~ gupérieure du rideau de pâtes du côté ad~aoent
au oouloir 5. Le degré de séohage des pâtes obtenu est alors
très inégal et la produotion du séchoir s'en trouve diminuée,
; 25 même si on utilise l'artifice d'inverser périodiquement
le sens de ciroulation de l'air, oar le3 phénomènes de séohage
ne sont pas linéaireg en fonction du temps. On e~t alors
; oonduit
~ à dispo3er à la sortie des ohambres de séchage un silo de
`
3Q rétention dang lequel le rééquilibrage d'humidité entre
les dif~érentes pâtes plus ou moins sèches se produit.
Pour simplifier, dans la figure 1, on n'a pa3 représenté
les di3positi~s d'extraction d'air humide et d'admission
d'air seo destinés à oontrôler l'humidité moyenne de l'air
de séchage.
.
. .
. :~
~ ~ ~63~
Dan~ la figure 2 on a représenté sous la meme forme
~chématique un séohoir selon l'invention réalisé da manière
à obtenir une bonne répartition du flux d'air sur les pâtes.
L'air i3SU du couloir latéral 5 est introduit dans le couloir
supérieur 7 après avoir été dévié de manière classique par
une grille déflectrice 9. Une forme convergente est donné
au couloir 7 à l'aide de la paroi extérieure supérieure 10
du ~échoir qui est disposae en biai3, la loi de section
; linéairement déoroissante du canal ainsi formé étant, comme
il est bien connu, la loi théorique convenable pour as~urer
; la co~patibilité d'un champ aérodynamique d'approche uniforme
- en vitesse et pression dans le couloir 7 avec un prélèvement
de débit uniforme par la grille distributrice d'entrée 11.
; Par ailleur~, à la sortie du "lit" de pâtes, une grille
de sortie ou de reprise 12, destinée à dévier l'air en l'accélé-
rant, le renvoie obliquement dans le couloir in~érieur divergent
8. Ce couloir 8 est réalisé à l'aide de la paroi externe . ;
inférieure 13, suivant une loi de section linéairement crois-
sante, convenabla pour a3surer l'évacuation régulière du
débit in~ecté uniformément par la gr:Llle de sortie 12 de
la ohambre 1.
Les ohamps de vitesse et de pression dans le couloir
d'entrée 7, dan3 la chambre de séchage sur le "lit" de pâtes
: ~ ~ et dans le couloir de reprise 8, 30nt alors uniformes si
~-~ 25 la grille distributrice d'entrée 11 assure la déviation
: : de l'écoulement oblique du couloir 7 en un écoulement vertical
`:~ à l'entrée de la chambre et si la grille de sortie 12 assureune déviation de l'écoulement vertical en un écoulement
oblique à sa sortie suivant un angle de fuite égal à l'angle
de pente du panneau oblique 13.
: La grille distributrice d'entrée 11 représentée dans
la figure 3 est obtenue à partir d~un panneau mince embouti
de manière à former deg ondulations présentant ~ace à l'écou-
,~ lement des arrondis 15 disposés parallèlement suivant un
pas référencé en 14. Les arrondis 15 se prolongent par des
, ~.
'' `
~ ' .
,
' ' '' . : '
:,
~ 1~3~9~ :
flancs amont 16 et des flancs aval 16' par rapport à l'écou-
lement incident représenté par une flèche 25. Ces flancs
sont rectilignes et inclinés sur la normale au plan du panneau,
de manière à former des canaux 19 qui convergent légèrement
vers un fond 23 comportant des perforations 20 laissant
subsi~ter des languettes entretoises 21. La grille 11 est
pliée au fond du canal 19 suivant une ~orme méplate ou arrondie.
La largeur référencée 17, du fond perforé 23 est au plus
égale à 1,5 fois la pro~ection du pas 14 des ondulations
sur un plan perpendiculaire à la direction généralement
oblique de l'écoulement incident 25. Il en résulte que,
pour l'angle normal d'incidence de l'écoulement du fluide
à dévier et répartir sur la grille 11, la vitesse d'approche
du fluide dévié au ~ond du canal conserve une valeur voisine
et au moins égale à 0,6 fois la valeur de la vitesse de
l'écoulement inoident 25.
L'air s'échappe de la grille 11 à travers les perfora-
tions 20 qui peuvent être de forme circulaire, oblongue,
carrée ou rectangulaire. Ls ~our ou taux de perforation
créé par les perforations 20 ne dépa.qse pas 85~ de manière
à laisser subsister des languettes 21 d'une largeur suffisante
afin d'assurer la oontinuité mécanique des ondulations et
la bonne tenue de la grille du panneau.
; Le ~our a rond de canal peut, cependant, être réduit
à deq valeurs inférieures à 85%, par exemple jusqu~à 50%,
pour améliorer si nécessaire les qualités répartitrices
de la grille au prix d'une perte de charge accrue. La hauteur du
canal référencée en 26 est comprise entre 1,5 et 5 fois
la largeur 17 du fond 23 d'un canal 19. L'inclinaison des
flanc3 16 et 16' des ondulations sur la normale au plan
d'ensemble de la grille n'e~t pas supérieure à 20 d'angle.
Le fluide s'échappe des perforations 20 sous forme de ~ets
à grande vitesse, qui après diffusion forment un écoulement
de vitesse uniforme qui e~t rétabll à une distance aval
de la grille ds l'ordre de dix fois le pa3 14 des ondulations.
. . ~';'
,i :
:
3 ~
En pratique, une grille distributrice dotée d'un profil
donné conserve ses qualités déviatrices et distributrices
pour une plage d'incidence importante du ~luide à répartir,
depuis un angle d'approche normale à la grille jusqu'à une
valeur maximale de l'angle d'approche en attaque oblique
du panneau d'autant plus élevée que le rapport de l'espace 17
à fond de canal au pas 14 est ~aible. Pour des angles d'approche
trop faibles par rapport au plan de la grille, l'écoulement
décolle sur les arrondis 15' pour buter et rebondir sur
le flanc aval 16' du canal 19, disposé à l'opposé de l'écou-
lement incident, les jets de sortie pouvant même être renvoyés
dans une direction opposée à la direction d'approche de
l'écoulement.
Pour cl~éliorer le fonctionnement de la grille aux
grand~ angles d'approohe, des perPoration~ auxiliaires 24
peuvent être ménagées dans les flanos aval 16' à la limite
de l'arrondi 15 de l'onde, du côté opposé à l'impaot oblique
du fluide à dévier. Le ~luide aspiré par les per~orations
auxiliaires 2~ entraine la résorption ~es poches de décollement
et provoque parallèlement le bon contournement de l'arrondi 15
de l'ondulation.
Il en résulte de plus que le flu$.de aspiré par les
per~orations 24 sert à alimenter liécoulement aval à travers
l'espace mort situé SOU8 la grille 11 et améliore ainsi
l'uniformité de l'écoulement du fluide en aval du panneau.
La surface auxiliaire per~orée 24 peut être au maximum égale
à la perforation normale 20 du fond 23 des canaux 19.
Les qualités essentielles résultant de la grille distribu-
trice suivant la figure 3 sont d'ordre aérodynamique et
; 30 d'ordre technique et économique.
Sur le plan aérodynamique, la grille s'adapte à un
angle d'incidence très variable de l'écoulement d~approche
jusqu'à un angle limite élevé dépendant des per~orations
et du profilage de ladite grille, cette bonne aptitude étant
l1ée à la présence des arrondis 15 de l'ondulation face
.
- ` ' , `' " ~ ` ' ' ` `, ' '
,
3 ~ 9 ~
10 --
à l'écoulement et à la forme convergente des canaux 19 compri9
entre les flancs 16 et 16' des arrondis, l'écoulement étant
dévié et parcourant lesdits canaux pratiquement sans ralentis-
sement ni pertes. La perte de charge de la grille est faiblement
dépendante de l'angle d'approche ~usqu'à l'angle limite
d'utilisation, la perte étant pratiquement uniquement constituée
par la dif~usion des jets issus des perforations 20 par
élargissement brusque au débouché. La grille possède ain~i
pratiquement la perte minimale pour réaliser la déviation
et la répartition du fluide en approche oblique.
Sur le plan technique, de par le principe de fabrication,
par emboutissage, on obtient une grille trè3 régulière,
rigide et légère, sans soudure ni collage, ce qui permet
de l'employer à haute température si elle est métallique.
De plus, la erille est peu sensible au phénomène d'encrassement
du fait de sa forme arrondie face à l'écoulement et de l'ab9ence
d'angles rentrants, où pourraient se déposer des particules.
La ~abrication de ces grilles su~ant les procédés
de fabrication deg tôles perforées ondl~ées classiques,
en économisant les coûts de main-d'oeu~re, rend ces grilles
particulièrement économiques.
Le pas d'ondulation est choisi inférieur au ltlO de
la distance entre la grille 11 et les nappes de pates 18
de manière à assurer un écoulement uniforme au niveau de
ces oappes.
L'utiligation de la grille di3tributrice suivant l'inven-
tion n'est pas limitée au seul cas de l'approche généraleoblique qoug un angle congtant de 1'écoulement fluide à
dévier et répartir, mais peut être étendue au cas de fluides
s'approchant sous des angles dif~érents dans l'espace.
Dans l'exemple de réalisation de la chambre cylindrique
1 de la figure 4, l'emploi de deux grilleg 11 et 11', disposées
er. série dans des pIans parallèles de telle ~açon que leurs
arrondis 15 et 15' soient orientés perpendiculairement les
uns aux autres, permet de détruire toutes les composantes
.: : . .
. , - : . .
,. , . ~ . ~ : .
~ ~ ~ 3 ~ ~ ~
tangentielles de l'écoulement amont et de restituer une
vitesse aval parfaitement orientée suivant la normale au
plan des grilles.
La ~igure 5 montre un mode de réalisation de la grille
de sortie 12 de la chambre 1 et d'entrée dans le couloir
de sortie.
La grille de ~ortie 12 a pour but de dévier l'air
et de le renvoyer sous un angle de sortie oblique en l'accélé-
rant, les direction~ d'incidence et d'émergence étant représen-
téeq par les flèches 25' et 42' respectivement. La grille 12
est constituée par un panneau à paroi mince dans lequelon a préalablement découpé des perforations 33. Le panneau
est ensuite plissé par emboutissage de façon à ~ormer des
lames 30 parallèles entre elles, au pas référencé en 29.
Les lameq 30 sont inclinées sur le plan d'ensemble de la
grille 12 d'un an~le de calage ré~érencé en 31 d'autant
plus petit que la dé~lexion de l'écoulement recherchée est
forte. Les lames 30 sont solidarisée~ mécaniquement entre
elles par des languettes 32 subsistant après per~oration
du panneau.
Le ~luide qui traverse la grille 12 v~ent buter contre
les lames 30 et passe après séparation du ~lux sur la lèvre
amont 34 de la lame 30 dans les per~orations 33 dégagés
par découpage entre le~ languettes 32. Ces perforations 33
peu~ent être de forme carrée ou rectangula~rej ou même oblongue
ou circulaire.
La deviation recherohée est d'autant plus facilement
obtenue et pour une perte de charge d'autant plus faible
que la projection ré~érencée en 3~ de la lame 30 sur le
plan du panneau de la grille 12 est importante par rapport
au pas ré~érencé en 29, la projection référencée en 37 de
la languette 32 étant réduite au minimum compatible avec
les e~igences du pliage de la languette 32. L'écart 37 est
à peu près égal à deux ~ois le rayon interne minimal de
pliage de la tôle. Ce rayon vaut donc environ cinq ~ois
. ;
- ~ , .': .
' . , . -
. .
~.~63lg~
- 12 -
l'épaisseur de la tôle constituant le panneau.
La grille de sortie 12 suivant l'invention peut être
attaquée par le fluide suivant un angle s'écartart de la
normale à la grille. ~lle trans~orme ~lors la composante
tangentielle normale aux génératrices des lames et conserve
la composante tangentielle parallèle aux génératrices et
restitue la composante normale au plan de la grille après
dif~usion des jets de sortie.
Dans 80n utilisation la plus fréquente et la plus
intéressante, la grille 12 sera utilisée sans composante
d'approche parallèle aux génératrices des lames 30. Pour
une grille donnée, l'angle de sortie de la vitesse varie
en fonction de l'angle d'approone avec la normale à la grille.
Pour les grilles suf~isamment déviatrices, plus de 70,
oet angle de sortie varie cependant de façon assez faible
pour une attaque oblique ne s'écartant pas de plus que 20
de l'attaque normale, et une même grille peut être utilisée
dans cette plage, ce qui permet de la placer éventuellement
obliquement à la sortie de la chambre cle séchage.
Les grilles de sortie, sulvant l'invention présentent
des qualités dé~lectrices et répartitrices, notammant en ~`
association avec un couloir de reprise 8 divergent qui rapproche
leurs performances de celles que l'on pourrait théoriquement
atteindre avec une grille du type d'aube de turbine, tout
en gardant les qualités de simplicité et d'économie de realisa
tion, de robu~tesse et l'avantage d'un ~ormat de grande
dimension.
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