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2 ~ 3 ~
La pré~ente lnvention a Pour obJet un sélecteur destlné à
~parer d'un Plot de partlcules golldes en su~penslon dans un
courant de ~az les partlcules dont la gro~seur e~t supérieure
~ une dlmension prédétermlnée et comportant des aubes
dlrectrices disposées sulvant les génératrices d'un cylindre
~lctlP~ à axe vertlcal, et a~tes a communlquer au courant de
ga~ pénétrant dans ledlt cyllndre ~lctl~, un mouvement de
rotatlon autour de l'axe d~ cyllndre, un rotor plac~ à
l'intérieur dudlt cyllndre ~ictl~, dont l'axe coincide avec
celul du cylindre et qul est muni de pales vertlcales
ré~ullèrement répartles eur sa pérlph~rie, et un orl~lce de
sortle central dls~osé au-dessus ou au-dessous du rotor et
~ar où est sspiré le courant de gaz char~é des partlcules
dont les dimenslons sont ln~rleures à ladlte dlmen~lon
prédétermlnée.
Dan~ les sélecteurs de ce type, les ~artlcules en
su~ension dans le courant gazeux sont soumlse~ à deux ~orce~
antagonlstes : une ~orce centrl~u~e résultant du mouvement de
rotatlon et une ~orce de tra~née due à l~écoulement
centrl~ète du courant gazeux vers l'ori~lce de sortle
central. La s~paratlon des ~rosses partlcules se ~alt au
niveau de la sur~ace cylindrlque extérieure du rotor~ Sl la
r~partltlon du courant gazeux sur toute la hauteur de la
turbine est unl~orme, 11 y a un seul dlamètre de partlcule
crltlque ou diamètre de coupure correspondant a une partlcule
, . _ . ,,................................................................. :
:, . . , - ~
, ,:' : ' ' ' ' ' "; ' ',: ~ ' '
- .
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en équilibre sur la surface extérieure du rotor. Les
particules de diamètre supérieur au diamètre critique sont
rejetées contre les aubes directrices par la force centrifuge
et tombent par gravité dans une trémie collectrice placée
sous les aubes; tandis que les particules de diamètre
inférieur au diamètre critique sont entraînées par le courant
gazeux à travers le rotor vers l'orifice de sortie central.
Dans les appareils connus, le rotor est équipé de pales
de faible largeur disposées sur sa périphérie et, en
fonctionnement, il se forme au centre du rotor un vortex dans
lequel est dissipée une partie non négligeable de l'énergie
cinétique du courant de gaz.
Le but de la présente invention est d'améliorer les
performances et de diminuer la consommation énergétique d'un
sélecteur de ce type par des dispositions permettant de
s'affranchir des turbulences de l'écoulement entre les aubes
directrices et le rotor et dléviter la formation dlun vortex
dans le rotor.
Selon la présente invention, il est prévu un sélecteur à
air à action centrifuge comportant des aubes directrices
disposées suivant les génératrices d'un cylindre fictif, à
axe vertical, et aptes à communiquer à un courant de gaz
pénétrant dans ledit cylindre fictif un mouvement de rotation
autour de l'axe dudit cylindre, un rotor placé coaxialement à
l'intérieur dudit cylindre fictif et muni de pales verticales
régulièrement réparties sur sa périphérie, des moyens pour
introduire les particules à trier entre les aubes et le rotor
et un orifice de sortie central par où est aspiré le courant
de gaz chargé des particules dont les dimensions sont
inférieures à une dimension prédéterminée, caractérisé en ce
que le rotor comporte un second jeu de pales ~35) disposées
entre les pales périphériques (28) et llaxe et servant à
.
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guider jusqu'à l'orifice de sortie central du rotor les
veines de gaz sortant des pales périphériques (28).
De préférence, les pales du second jeu s'étendent sur
toute la hauteur du rotor et peuvent être disposées dans des
plans radiaux ou être inclinées par rapport à ces plans.
Elles peuvent être planes ou présenter une certaine courbure,
et peuvent être formées par un prolongement vers l'axe des
pales périphériques.
La partie centrale de la paroi terminale du rotor
opposée à l'orifice de sortie pourra présenter une forme
profilée, par exemple tronconique, favorisant l'écoulement du
gaz vers l'orifice de sortie.
Grâce à ce second jeu de pales une partie importante de
l'énergie cinétique du courant gazeux est utilisée pour faire
tourner le rotor ce qui permet de diminuer la puissance du
moteur d'entraînement. Dans certaines conditions
d'utilisation, il est même possible de supprimer ce moteur,
la vitesse du rotor, dont dépend la diamètre de coupure,
étant alors ajustée par réglage de l'orientation des aubes
directrices.
Pour augmenter la précision de la coupure, il est
avantageux de donner aux canaux délimités par les pales
périphériques du rotor une section qui croît de l'extérieur
vers l'intérieur du rotor, de telle sorte que les forces
centrifuges et de traînée agissant sur les grains dont le
diamètre est égal au diamètre de coupure s'équilibrent
pratiquement sur toute la longueur desdits canaux.
Avantageusement, les aubes directrices et le rotor sont
enfermés dans une enveloppe qui délimite, autour des aubes
directrices, une chambre annulaire dans laquelle sont admis
le courant gazeux et éventuellement les matières à trier. Le
courant gazeux peut être admis dans cette chambre
tangentiellement ou parallèlement à l'axe de l'appareil, par
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le bas. Les matières premières peuvent être mises en
suspension dans le courant de gaz avant son entrée dans
ladite chambre ou introduites séparément, par le haut, dans
l'espace entre le rotor et les aubes directrices; ces deux
modes d'alimentation peuvent également être utilisés
simultanément.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention,
il est prévu un sélecteur, caractérisé en ce qu'il comporte
une trémie (44) en forme de cône inversé placée sous les
aubes directrices (36) et le rotor pour recueillir les
particules séparées du courant de gaz dont les dimensions
sont supérieures à ladite dimension prédéterminée, une
enveloppe de révolution (10) entourant les aubes directrices
et la trémie et un conduit vertical pour llamenée du courant
de gaz chargé des particules à trier (14) qui est raccordé à
la partie inférieure de ladite enveloppe, le conduit, la
trémie et l'enveloppe étant coaxiaux, et en ce que, dans le
plan où ledit conduit débouche dans llenveloppe, le diamètre
de cette dernière est nettement supérieur à celui dudit
conduit, de sorte que le gaz chargé des particules est
soumis, en entrant dans ladite enveloppe, à une détente
favorisant la chute des particules lourdes au fond de
l'enveloppe qui est munie de moyens (12) pour l'évacuation
desdites particules.
Ledit conduit pourra se prolonger vers le haut au-dessus
du fond de l'enveloppe et délimiter avec celle-ci un volume
annulaire où seront collectées les grosses particules
séparées du courant d'air dans la zone de détente ainsi
créée, le fond de ladite
enveloppe ~tant, de pré~érence, incllné et munl à son point
le plu~ bas d'un orlPlce d'~vacuatlon desdites ~artlcules. Un
ou plu~ieurs d~lecteur& constitués par des anneaux plats ou
tronconiques pourront être ~lxé sur l'extérieur de ladite
trémle pour dévler le courant gazeux et ~avoriser lh
séphration des grosses particules.
D'autres caractérlstlques de l'inventlon apparaîtront à
].a lecture de la descrlptlon qul 3uit et se ré~ère aux
de~slns l'accompagnant qul montrent, ~ tltre d'exem~le non-
limltatiP, une Porme de réalisation de l'lnventlon et surlesguels :
La Pigure 1 est une coupe verticale d'un sélecteur
réallsé con~ormément à l'lnventlon;
La ~i~ure 2 est une vue en coupe ~ar un plan horl~ontal
de l'a~parell de la ~lgure 1, et .
La Plgure 3 est une section drolte de deux pales du rotor
de l'appareil.
Le s~lecteur repré8enté sur les desslns comprend une
enveloppe 10 constltuant le corps de l'aPpàrell et ~ormée -.:
d'une ~artie su~érleure cylindrique, d'une partie
lntermédlalre en ~orme de tronc de cône lnvers~. d'une partle
ln~érleure cyllndrique se raccordant à la petlte bage du
tronc de c~ne et d'un ~ond lncllné comportant, à son polnt le
plus bas, un ori~lce d'évacuatlon 12. Un conduit d'admlssion
des ~az chargés des partlcules à trier 14 traverse le ~ond de
l'envelo~pe et se prolon~e vers le haut approximatlvement
~usqu'au plan de Jonctlon des partles intermédialre et
- ~
' .
inPérieure. Le conduit 14 est dispos~ coaxislement à
l'enveloppe et ~on extr~mit~ est éva~e.
A ~a partie su~érleure, l'enveloppe eRt ~ermée ~ar un
couvercle 16 comPOrtant une ouverture centrale au bord de
laquelle est raccordé un conduit d'évacuation des ~a~ 18.
Un rotor 20 est placé dans la partle ~upérieure de
l'enveloppe, coaxlalement à celle-cl. Il est ~ixé a
l'extrémité lnPérleure d'un arbre vertical 22 monté, par
l'intermédiaire de pallers à roulements, dans un support
tubulaire 2l~ Pixé sur le couvercle 16. L'arbre est accoupl~ à
un ~roupe de commande 26 à vltesse varlable permettant de
~aire tourner le rotor ~ la vitesse voulue.
Le rotor 20 comporte un grand nombre de ~ales vertlcales
28 régullèrement espscées sur ~a pérlphérie. Les extrémltés
in~érieure et supérleure des pales P~ont ~ixée8,
re~pectivement, sur un ~ond 30 Pormé d'un anneau plat et d'un
tronc de cône central solldslre de l'arbre 2Z, et sur un
anneau 32. Un Joint à chlcanes 34, solldalre du couvercle 16,
assure l'étanchelté entre ce dernier et le rotor.
Les pales 28 admettent comme plan de symétrie un plan
contenant l'axe du rotor et, comme on le volt sur la ~lgùre
3, les canaux ména~és entre les pales ont une largeur qui
croît de l'extérieur vers l'lntérleur du rotor (Ll < L2~ de
telle sorte que la ~orce centrl~uge et la ~orce de trainée
a2issant ~ur une particule de diamètre crltiqus (diamètre de
coupure) R'~qullibrent pratiQuement sur toute la lon~ueur des
- . . - -- ~ . .
~ ~ 3 ~ ! ~ $
canaux. ~n appelant Fcl, Ftl les ~orces centrl~uges et de
tra~née à l'entrée d'un canal et Fc2, Ft2 ces mêmes ~orces à
la sortie du c nal, cette conditlon de ~onctlonnement peut
être tradulte par les relatlons :
Fcl = Ftl
et Fc2 = Ft2
Le pro~ll des pales peut ê~re ~acllement déterminé à
partlr de ces ~ormules mathématiques tradul~ant l'~gallt~ des
~orces centrl~uges et de traînée aglssant sur une particule
de densité et de dlam~tre donnés, avec une vltesse donnée du
rotor. Les condltlons d'équlllbre pourront être satls~altes,
avec un pro~ll de~ pales donné, pour dl~Pérents dlamètres de
coupure, en ~doptant des vlte~ses de rotatlon dl~érentes
pour le rotor.
Au lleu d'être dlspos~es radlalement, les pales 28
pourralent ~ormer un angle avec les plans radlaux, la lar~eur
des canaux déllmltés par les pales au~mentant tou~ours
pro~resslvement de l'extérleur vers l'lntérleur.
Le rotor com~orte, en outre, un second ~eu de pales 35,
dlsposées entre les pales 28 et l'axe du rotor. Dans
l'exemple représenté, le~ pales 35 sont constltuées par des
t~les planes, sltuées dans des plans vertlcaux contenant
l'axe du rotor, et ~lxées sur la partle centrale tronconlque
du ~ond 30 et sur l'anneau supérleur 32. Ces Psles ont pour
but d'évlter la ~ormatlon d'un vortex à l'lntérleur du rotor
et permettent de récupérer une partle lmportante de l'énergle
du courant de ~az traversant le rotor, Les pales 35
~ ~ 3 ~
pourralent être inclinées et/ou ~ormer un angle avec les
plans contenant l'axe du rotor, elles pourralent aussi etre
pro~ e~ à la manière des pales d'une turblne. Le rotor
ainsl constitué est assimllable au rotor d'un compresseur
centri~uge qui ~onctionnerslt en turbomachlne réceptrice
prélevant de l'énergle à un ~lux de Plulde continu pour la
tr~ns~ormer en énergle mécanique.
Cette constructlon du rotor permet de supprlmer le
vortex, qui se ~ormeralt à l'intérleur du rotor sl c81ui-cl
étalt dépourvu des pales 35, et par con~équent, de récupérer
l'énergle qul serait autrement ~erdue dans le vortex et, par
réduction de la vltesse des ~az, de diminuer l'usure par
abraslon et les pertes de chAr~e.
Le rotor e~t entouré par une rangée clrculalre d'aubes
dlrectrices vertlcales 36 ré~ullèrement eSpaCéeB autour du
rotor. Ces aubes sont munles A leurs extrémlt~s de pivots 38
logés dans des trous d'un anneau superleur 40 ~lxé sur
l'extrémlté supérleure de l'envelo~pe et d'un anneau
ln~érleur 42 mont~ sur le bord supérieur d'une trémie
tronconique 44 placée sous le rotor, dans la partle
tronconlgue de l'enveloppe, e~ supportée par des ~leds 46
~lx~s sur l~enveloppe.
Les pivots su~érleurs sont munls de levlers 48 rellés
entre eux p~r une cerce de telle sorte que, quelle que soit
leur orlentatlon, toutes les subes ~orment le même an~le avec
le plsn radlal respectlP. Un actlonneur aglssant ~ur la
cerce, permet de re~ler à dlstsnce l'orlentatlon des aubes.
'
~1~3~,L~
Le ~onctionnement du sélecteur décrit est le sulvant :
Le courant de ~az char~é des particules ~ trier 8 1 écoule
de ba~ en hsut dans le conduit 14. Lor~qu'll atteint
l'extrémité ~upérieure du conduit, il est soumis à une
détente brusque du ~ait de la dlP~érence lmportante des
dlam~tres du condult et de l'enveloppe ~ul l'entoure ~ ce
niveau. Il en résulte une dlmlnutlon de la vltesse du gaz qul
permet aux partlcules les plus gro~ses de tomber au ~ond de
l'enveloppe, dans l'espace annulalre ména~é entre l'extrémlté
~- 10 du conduit et l'enveloppe, et d'être évacuées par l'orl~lce
12. Un ou plusleurs dé~lecteurs 50 ~euvent être Pixés sur la
trémie 44, au-dessus du condult 14, pour am~llorer cette
séparatlon.
Le courant de ~az s'élève ensulte Jusqu'à la partie
supérleure de l'enveloppe 10, en conservant une vltesse
pratlquement constante, pu18 ~'écoule en~re les subes 36, qul
lul communl~uent un mouvement clrculalre, et penètre dans le
rotor par les canaux ména~és entre les pales 28. Les
particules dont les dlmenslons sont lnP~rleures au dlamètre
de cou~ure sont entrainées dans le rotor par le courant
gazeux et évacuées avec celul-cl par le condult 18 qul est
rellé à l'oule d'aspiratlon d'un ventllateur a travers un
dépoussléreur permettant de séparer les partlcules du courant
gazeux. Les partlcules dont les dlmensions sont supérleures
au dlamètre de coupure sont malntenues ~ l'extérieur du rotor
~ar la ~orce centrl~uge et tombent par gravlté dans la trémle
. . . :, .
~ ~"lt ~ ~ ~ 5 $
- 10 --
44, à travers une ~ente annulalre m~nR~ée entre le rotor et
l'anneau 4Z. Si une de ces grosses particules pén~tre
accidentellement danS l'un des canaux du rotor, elle sera
re~etée ver~ l'extérieur puisque le pro~il de ces canaux est
conçu pour que la ~orce centri~uge s'exer~ant sur une telle
particule excède la trainée sur toute la longueur du canal.
Les particules recueillies dt~ns la trémie 44 sont évacuées
par le conduit 45.
Comme on l'a indlqué plus haut, une partie au moins des
particules à trier pourraient être lntroduites par une ou
plusieurs entrées 17 dis~osées au-des~us de l'anneau 32 du
rotor et proJetées par la Porce centri~uge contre une Jupe
entourant l'anneau 32 pour tomber ensuite dans l'espace entre
les aubes 36 et le rotor et être mlses en suspenslon dans le
courant gazeux circulant tran~versalement.
Le dlamètre de coupure dépend, pour un déblt de gaz
donné, de la vltesse de rotation du rotor. Celle-ci est
maintenue h la valeur choisie par r~gulation de la vltesse du
moteur 26. Etant donné que, grâce aux dispositions de
l'lnventlon, la pulssance transmise au rotor par le courant
de gaz ~u1 le traverse peut être supérleure à celle qul est
nécessaire pour le ~alre tourner à la vitesse de conslgne, le
moteur 26 doit pouvoir ~onctlonner en ~rein avec régulPtion
de vitesse. L'orlentatlon des aubes 36 est aJustée, en
Ponctlon de la vitesse du rotor~ de telle sorte que la
composante tan~entlelle de la vlte~se du gaz et des
~artlcules à la p~riphérie du rotor soit approximatlvement
.
.
.
$
:' .
11 - :
é~le a la vitesse ~érlphérlque du rotor; ce réela~e peut
être e~Pectu~ manuellement ou automatlquement. Cette mesure
permet d'évlter les chocs des particules sur les pales du
rotor et d'obtenlr une vitesse de ~lulde homo~ne sur toute
la lar~eur des canaux entre pales du rotor.
Pour certalnes utlllsations, 11 e~t possible, ~r~ce
l'lnvention, de eupprlmer le moteur 26, le rotor étant alors
monté ~ou. Dans ce cas, la vitesse du rotor est maintenue ~
la valeur de con~lgne correspondant au dlamètre de
coupure choisl, par ré~lage de l'orlentatlon deB aubes 36.
Cette posslblllté condult à des économles a~préclables,
parce qu'elle ~ermet non seulement de supprlmer le moteur
d'entralnement du rotor mais aussi d'utlllser une structure
de eup~ort ~lus lé~ere pour le rotor.
Aù lleu d'être admls axlalement par le bas, comme dAns
les apparells décrlts, le courant de ~az pourrait être admls
tangentlellement dans l'enveloppe, au niveau des aubes 36.
DAns la ~orme de réallsatlon représentée sur les de~ins,
l'augmentation de section drolte, de l'entrée à la sortle,
des canaux ménaeés entre les ~ales du rotor e~t réallsé
excluslvement par augmentatlon de leur largeur. On pourralt
envlsager d'augmenter aussi leur hauteur en remplagant la
, ,, ... .. .... . . ~,.. -
-
partie pérlphérlque, plane, du disque 30 et l'anneau plan 32
p~r des anneaux tronconiques se ~aisant ~a~e par leur ~rsnde
base.
Il est bien entendu que ces modi~lcations et toute celles
résultant de la Rubstltution de moyens technlques équivalents
entrent dan~ le cadre de l'inventlon.
:
.
-
,~ ,, .
