FR2642994A1 - Air-type separator with centrifugal action - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un sélecteur destiné à séparer d'un flot de particules solides en suspension dans un courant de gaz les particules dont la grosseur est supérieure à une dimension prédéterminée et comportant des aubes directrices disposées suivant les génératrices d'un cylindre fictif, à axe vertical, et aptes a communiquer au courant de gaz chargé de particules, pénétrant dans ledit cylindre fictif, un mouvement de rotation autour de l'axe dudit cylindre fictif, un rotor placé à l'intérieur dudit cylindre fictif, dont l'axe coïncide avec celui du cylindre et qui est muni de pales verticales régulièrement réparties sur sa périphérie, et un orifice de sortie central disposé au-dessus ou au-dessous du rotor et par olY est aspiré le courant de gaz chargé des particules dont les dimensions sont inferieures à ladite dimension prédéterminée. The subject of the present invention is a selector intended to separate from a stream of solid particles suspended in a gas stream the particles whose size is greater than a predetermined dimension and comprising guide vanes arranged along the generatrices of a fictitious cylinder , with vertical axis, and able to communicate to the stream of gas charged with particles, penetrating into said fictitious cylinder, a rotational movement around the axis of said fictitious cylinder, a rotor placed inside said fictitious cylinder, the axis coincides with that of the cylinder and which is provided with vertical blades regularly distributed on its periphery, and a central outlet orifice placed above or below the rotor and by olY is sucked the stream of gas charged with particles whose dimensions are smaller than said predetermined dimension.
Dans les sélecteurs de ce type, les particules en suspension dans le courant gazeux sont soumises a deux forces antagonistes : une force centrifuge résultant du mouvement de rotation et une force de traînée due a ltecoulement centripète du courant gazeux vers l'orifice de sortie centrale. La séparation des grosses particules se fait au niveau de la surface cylindrique extérieure du rotor. Si la répartition du courant gazeux sur toute la hauteur de la turbine est uniforme, il y a un seul diamètre de particule critique ou diamètre de coupure correspondant a une particule 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. In selectors of this type, the particles suspended in the gas stream are subjected to two opposing forces: a centrifugal force resulting from the rotational movement and a drag force due to the centripetal flow of the gas stream towards the central outlet. Large particles are separated at the outer cylindrical surface of the rotor. If the distribution of the gas stream over the entire height of the turbine is uniform, there is only one critical particle diameter or cut-off diameter corresponding to a particle in equilibrium on the outer surface of the rotor. Particles with a diameter greater than the diameter critical are rejected against the guide vanes by centrifugal force and fall by gravity into a collecting hopper placed under the vanes; while the particles of diameter smaller than the critical diameter are entrained by the gas current through the rotor towards the central exit orifice.
En fait, dans les appareils connus, la coupure n est pas parfaite car, å cause des chocs divers, des rebonds des particules sur les aubes directrices et de la turbulence de 1 'écoulement, des particules dont les dimensions sont supérieures a la dimension critique pénètrent dans le rotor et sont entraînées avec les particules fines puisque la force centrifuge est plus faible à l'intérieur du rotor que sur sa périphérie alors que la force de trainée croît de la périphérie vers le centre du rotor. In fact, in known devices, the cut-off is not perfect because, due to various shocks, rebounds of the particles on the guide vanes and turbulence of the flow, particles whose dimensions are greater than the critical dimension penetrate into the rotor and are entrained with fine particles since the centrifugal force is weaker inside the rotor than on its periphery while the drag force increases from the periphery towards the center of the rotor.
Le but de la présente invention est d'améliorer les performances d'un sélecteur du type décrit ci-dessus par des dispositions permettant de s'affranchir des turbulences de 1 'écoulement entre les aubes directrices et le rotor et dans le rotor et détendre la zone de coupure de telle sorte qu'elle occupe tout le volume balayé par les pales du rotor. The object of the present invention is to improve the performance of a selector of the type described above by provisions making it possible to overcome the turbulence of the flow between the guide vanes and the rotor and in the rotor and to relax the cutting zone so that it occupies the entire volume swept by the rotor blades.
Le sélecteur objet de la présente invention est caractérisé en ce que les aubes directrices sont orientables, en ce que les pales du rotor délimitent entre elles des canaux dont la largeur moyenne est inférieure à la longueur, comptée dans la direction d'écoulement du courant gazeux, en ce que la section droite desdits canaux croit de l'extérieur vers l'intérieur du rotor de telle sorte que les forces centrifuge et de trainée agissant sur les particules dont le diamètre est égal au diamètre de coupure s'équilibrent pratiquement sur toute la longueur desdits canaux, et en ce que des moyens sont prévus pour asservir l'orientation des aubes directrices à la vitesse de rotation du rotor de faÇon a maintenir la composante tangentielle de la vitesse dudit courant gazeux à la périphérie du rotor pratiquement égale a la vitessepériphérique du rotor. The selector object of the present invention is characterized in that the guide vanes are orientable, in that the rotor blades define between them channels whose average width is less than the length, counted in the direction of flow of the gas stream , in that the cross section of said channels increases from the outside towards the inside of the rotor so that the centrifugal and drag forces acting on the particles whose diameter is equal to the cut-off diameter are balanced practically over the entire length of said channels, and in that means are provided for controlling the orientation of the guide vanes to the speed of rotation of the rotor so as to maintain the tangential component of the speed of said gas stream at the periphery of the rotor practically equal to the peripheral speed rotor.
Comme dans tous les appareils de ce type, 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 les matières a trier. Le courant gazeux peut être admis dans cette chambre tangentiellement ou parallèlement à l'axe de l'appareil, par le bas. Les matières premieres peuvent etre 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. As in all devices of this type, the guide vanes and the rotor are enclosed in an envelope which delimits, around the guide vanes, an annular chamber in which the gas stream and the materials to be sorted are admitted. The gas stream can be admitted into this chamber tangentially or parallel to the axis of the device, from below. The raw materials can be suspended in the gas stream before it enters said chamber or introduced separately, from above, into the space between the rotor and the guide vanes.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, une trémie en forme de c8ne.inversé est placée sous le rotor et les aubes directrices, pour recueillir les particules dont les dimensions sont supérieures au diamètre de coupure, l'enveloppe est de révolution, concentrique au rotor et entoure aussi ladite trémie en ménageant autour d'elle un passage a section annulaire, et un conduit vertical est raccordé au bas de ladite enveloppe, sous ladite trémie et coaxialement à celle-ci, pour amener le courant gazeux chargé des particules à trier dans ladite chambre, à travers ledit passage; dans le plan ott ledit conduit débouche dans ladite enveloppe, le diamètre de cette dernière est nettement supérieur a celui dudit conduit de telle sorte que le ga chargé de particules soit soumis,- en entrant dans ladite enveloppe, à une détente favorisant la chute des particules lourdes au fond de 1 'enveloppe. Ledit conduit pourra se prolonger vers le haut au-dessus du fond de 1 'enveloppe et délimiter avec celle-ci un volume annulaire oà seront collectées les grosses particules séparées du courant d'air dans la zone de détente ainsi créée, le fond de ladite enveloppe étant, de préférence, incliné et muni à son point le plus bas d'un orifice d'évacuation desdites particules.Un ou plusieurs déflecteurs constitués par des anneaux plats ou tronconiques pourront etre fixés sur l'extérieur de ladite trémie pour dévier le courant gazeux et favoriser la séparation des grosses particules. According to a preferred embodiment of the invention, a hopper in the form of an inverted c8ne is placed under the rotor and the guide vanes, to collect the particles whose dimensions are greater than the cut-off diameter, the envelope is of revolution, concentric with the rotor and also surrounds said hopper by providing around it a passage with annular section, and a vertical duct is connected to the bottom of said casing, under said hopper and coaxially with it, to bring the gaseous current charged with particles sorting in said chamber, through said passage; in the plane ott, said conduit opens into said envelope, the diameter of the latter is clearly greater than that of said conduit so that the ga charged with particles is subjected, - when entering said envelope, to an expansion promoting the fall of the particles heavy at the bottom of the envelope. Said conduit may extend upwards above the bottom of the envelope and delimit therewith an annular volume where the large particles separated from the air stream will be collected in the expansion zone thus created, the bottom of said envelope being preferably inclined and provided at its lowest point with an orifice for discharging said particles. One or more deflectors constituted by flat or frustoconical rings may be fixed on the outside of said hopper to deflect the current gaseous and promote the separation of large particles.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui suit et se préfère au. Other characteristics of the invention will appear on reading the description which follows and is preferred to.
dessins l'accompagnant qui montrent, a titre d'exemple nonlimitatif, une forme de réalisation de l'invention et sur lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale d'un sélecteur réalisé conformément à l'invention;
La figure 2 est une demi-vue en coupe par un plan horizontal, avec un détail à grande échelle, de l'appareil de la figure 1,
La figure 3 est une section droite de deux pales du rotor de l'appareil, et
La figure 4 est une vue en coupe verticale d'une autre forme de réalisation de l'invention.accompanying drawings which show, by way of nonlimiting example, an embodiment of the invention and in which:
Figure 1 is a vertical section of a selector made according to the invention;
FIG. 2 is a half-view in section through a horizontal plane, with a large-scale detail, of the apparatus of FIG. 1,
FIG. 3 is a cross section of two blades of the rotor of the device, and
Figure 4 is a vertical sectional view of another embodiment of the invention.
Le sélecteur représenté sur les dessins comprend une enveloppe 10 constituant le corps de l'appareil et formée d'une partie supérieure cylindrique, d'une partie intermédiaire en forme de tronc de cane inversé, d'une partie inférieure cylindrique se raccordant a la petite base du tronc de cône et d'un fond incliné comportant, a son point le plus bas, un orifice d'évacuation 12. Un conduit d'admission des gaz chargés des particules à trier 14 traverse le fond de l'enveloppe et se prolonge vers le haut approximativement Jusqu'au plan de jonction des parties intermédiaire et inférieure. Le conduit 14 est disposé coaxialement à l'enveloppe et son extrémité est évasée. The selector shown in the drawings comprises a casing 10 constituting the body of the apparatus and formed of a cylindrical upper part, of an intermediate part in the form of an inverted cane trunk, of a cylindrical lower part connecting to the small base of the truncated cone and of an inclined bottom comprising, at its lowest point, an evacuation orifice 12. An inlet pipe for the gases laden with particles to be sorted 14 crosses the bottom of the envelope and extends upwards approximately Up to the junction plane of the intermediate and lower parts. The duct 14 is arranged coaxially with the envelope and its end is flared.
A sa partie superieureX l'enveloppe est fermée par un couvercle 16 comportant une ouverture centrale au bord de laquelle est raccordé un conduit d'évacuation des gaz 18. At its upper part, the envelope is closed by a cover 16 comprising a central opening at the edge of which is connected a gas evacuation duct 18.
Un rotor 20 est placé dans la partie supérieure de l'enveloppe, coaxialement a celle-ci. Il est fixé a l'extrémité inférieure d'un arbre vertical 22 monté, par l'intermédiaire de paliers à roulements, dans un support tubulaire 24 fixé sur le couvercle 16. l'arbre est accouplé t un groupe de commande 26 a vitesse variable permettant de faire tourner le rotor a la vitesse voulue. A rotor 20 is placed in the upper part of the envelope, coaxial with it. It is fixed to the lower end of a vertical shaft 22 mounted, by means of rolling bearings, in a tubular support 24 fixed on the cover 16. the shaft is coupled to a control group 26 at variable speed allowing the rotor to rotate at the desired speed.
Le rotor 20 comporte un grand nombre de pales verticales 28 régulièrement espacées sur sa périphérie. Les extrémités inférieure et supérieure des pales sont fixées, respectivement, sur un disque 30, solidaire de l'arbre 22, et sur un anneau 32. Un joint à chicanes 34, solidaire du couvercle 16, assure ltétancheité entre ce dernier et le rotor. The rotor 20 has a large number of vertical blades 28 regularly spaced around its periphery. The lower and upper ends of the blades are fixed, respectively, on a disc 30, integral with the shaft 22, and on a ring 32. A baffle joint 34, integral with the cover 16, ensures the seal between the latter and the rotor.
Le rotor est entouré par une rangée circulaire d'aubes directrices verticales 36 régulièrement espacées autour dti rotor. Ces aubes sont munies a leurs extrémités de pivots -S logés dans des trous d'un anneau supérieur 40 fixé sur 1 'extrémité supérieure de l'enveloppe et d'un anneau inférieur 42 monté sur le bord supérieur d'une trémie tronconique 44 placée sous le rotor, dans la partie tronconique de 1 'enveloppe, et supportée par des pieds 46 fixés sur 1 'enveloppe. The rotor is surrounded by a circular row of vertical guide vanes 36 regularly spaced around the rotor. These blades are provided at their ends with pivots -S housed in holes in an upper ring 40 fixed to one upper end of the casing and a lower ring 42 mounted on the upper edge of a frustoconical hopper 44 placed under the rotor, in the frustoconical part of the casing, and supported by feet 46 fixed to the casing.
Les pivots supérieurs sont munis de leviers 48 reliés entre eux par une cerce de telle sorte que, quelle que soit leur orientation, toutes les aubes forment le meme angle avec le plan radial respectif. Un actionneur agissant sur la cerce, permet de régler a distance l'orientation des aubes. The upper pivots are provided with levers 48 connected together by a hoop so that, whatever their orientation, all the blades form the same angle with the respective radial plane. An actuator acting on the hoop allows to adjust the orientation of the blades remotely.
Comme on le voit sur la figure 3, les pales 28 du rotor admettent comme plan de symétrie un plan contenant L'axe du rotor, et les canaux ménagés entre les pales ont une largeur qui croit de l'extérieur vers l'intérieur du rotor (Lî < L25 de telle sorte que la force centrifuge et la force de trainée agissant sur une particule de diamètre critique (diamètre de coupure) s'équilibrent pratiquement sur toute la longueur des
canaux.En appelant Fcl, Ftl les forces centrifuges et de X trainée à l'entrée d'un canal -et Fc2, Fut ces mêmes forces a
la sortie du canal, cette condition de fonctionnement peut entre traduite par les relations
Fcl = Ftî
et Fc2 = Ft2
Le profil des pales peut etre facilement déterminé à partir de ces formules mathématiques traduisant l'egalitê des forces centrifuges et de trainée agissant -sur une particule de densité et de diamètre donnés, avec une vitesse donnée des gaz dans les canaux entre pales et une vitesse donnée du rotor. Les conditions d'équilibre pourront être satisfaites, avec un profil des pales donné, pour différents diamètres de coupure5 en adoptant des vitesses de rotation différentes pour le rotor.As can be seen in FIG. 3, the blades 28 of the rotor admit as plane of symmetry a plane containing the axis of the rotor, and the channels formed between the blades have a width which increases from the outside towards the inside of the rotor. (Lî <L25 so that the centrifugal force and the drag force acting on a particle of critical diameter (cut-off diameter) are balanced almost over the entire length of the
By calling Fcl, Ftl the centrifugal forces and X drag at the entrance of a channel -and Fc2, Fut these same forces a
the exit of the channel, this operating condition can between translated by the relations
Fcl = Ftî
and Fc2 = Ft2
The profile of the blades can be easily determined from these mathematical formulas translating the equality of the centrifugal and drag forces acting on a particle of given density and diameter, with a given speed of the gases in the channels between blades and a speed rotor data. The equilibrium conditions can be satisfied, with a given blade profile, for different cut-off diameters5 by adopting different rotational speeds for the rotor.
Pour éviter les chocs des particules sur les pales du rotor et surtout pour obtenir une vitesse du fluide homogène sur toute la largeur des canaux entre pales du rotor, il est important que la composante tangentielle Ut (figure 2) de la vitesse du gaz et des particules à la périphérie du rotor soit approximativement égale à la vitesse périphérique Vr du rotor. Pour maintenir cette condition dans tous les cas de fonctionnement du sélecteur, l'orientation des aubes 36 est réglée en fonction de la vitesse du rotor. Ce réglage peut entre effectué manuellement ou automatiquement au moyen de courbes ou de tableaux donnant 1 'ensemble des couples angle des aubes - vitesse du rotor pour différents débits et diamètres de coupure. To avoid impact of the particles on the rotor blades and especially to obtain a homogeneous fluid speed over the entire width of the channels between rotor blades, it is important that the tangential component Ut (Figure 2) of the speed of the gas and particles at the periphery of the rotor is approximately equal to the peripheral speed Vr of the rotor. To maintain this condition in all cases of operation of the selector, the orientation of the blades 36 is adjusted as a function of the speed of the rotor. This adjustment can be carried out manually or automatically by means of curves or tables giving the set of pairs of blade angles - rotor speed for different flow rates and cut-off diameters.
Le fonctionnement du sélecteur décrit est le suivant
Le courant de gaz chargé des particules à trier s'écoule de bas en haut dans le conduit 14. Lorsqu'il atteint 1 'extrémité supérieure du conduit, il est soumis à une detente brusque du fait de-la différence importante des diamètres du conduit et de 1 'enveloppe qui 1 'entoure à ce niveau. I1 en résulte une diminution de la vitesse du gaz qui permet aux particules les plus grosses de tomber au fond de l'enveloppe, dans 1 'espace annulaire ménagé entre l'extrémité du conduit et l'enveloppe, et d'etre évacuées par l'orifice 12. Un ou plusieurs déflecteurs 50 peuvent etre fixés sur la trémie 44, au-dessus du conduit 14, pour ampliorer cette séparation.The operation of the selector described is as follows
The stream of gas charged with the particles to be sorted flows from bottom to top in the pipe 14. When it reaches the upper end of the pipe, it is subjected to a sudden expansion due to the significant difference in the diameters of the pipe. and the envelope which surrounds it at this level. This results in a reduction in the speed of the gas which allows the coarsest particles to fall to the bottom of the envelope, in the annular space formed between the end of the conduit and the envelope, and to be evacuated by the orifice 12. One or more deflectors 50 can be fixed on the hopper 44, above the duct 14, to improve this separation.
Le courant de- gaz s'élève ensuite jusqu'à la partie supérieure de 1 'enveloppe t en conservant une vitesse pratiquement constante, puis s'écoule entre les aubes 36, qui lui communiquent un mouvement circulaire, et pénètre dans le rotor par les canaux ménagés entre les pales 28 Les particules dont les dimensions sont inférieures au diamètre de coupure sont entrainées dans le rotor par le courant gazeux et évacuées avec celui-ci par le conduit 18 qui est relié à l-'ouie d'aspiration d'un ventilateur å travers un dépoussiéreur permettant de séparer les particules du courant ga=e. Les particules dont les dimensions sont supérieures au diamètre de coupure sont maintenues à 1 'extérieur du rotor par la force centrifuge et tombent par gravité dans la trémie 44, à travers une fente annulaire ménagée entre le rotor et l'anneau 42. Si une de ces grosses particules pénètre accidentellement dans 1'un des canaux du rotor, elle sera rejetée vers 1 'extérieur puisque le profil de ces canaux est conçu pour que la force centrifuge s'exercant sur une telle particule excède la traînée sur toute la longueur du canal. Les particules recueillies dans la trémie 44 sont évacuées par le conduit 45. The gas stream then rises to the upper part of the casing t while maintaining an almost constant speed, then flows between the vanes 36, which impart a circular motion thereto, and enters the rotor through the channels formed between the blades 28 The particles whose dimensions are smaller than the cut-off diameter are entrained in the rotor by the gas stream and evacuated therewith by the conduit 18 which is connected to the suction outlet of a fan through a dust collector to separate particles from the ga = e stream. The particles whose dimensions are greater than the cut-off diameter are kept outside the rotor by centrifugal force and fall by gravity into the hopper 44, through an annular slot formed between the rotor and the ring 42. If one of these large particles accidentally enter one of the rotor channels, it will be rejected to the outside since the profile of these channels is designed so that the centrifugal force exerted on such a particle exceeds the drag over the entire length of the channel . The particles collected in the hopper 44 are discharged through line 45.
Comme on l'a indiqué plus haut, une partie au moins des particules à trier pourrait entre introduite par le haut dans l'espace entre les aubes 36 et le rotor pour etre mise en suspension dans le c-ourant gazeux circulant. La figure 4 montre un appareil permettant ce mode d'alimentation. Une partie ou la totalité des particules à trier est introduite par une ou plusieurs entrées 19 disposées au-dessus de l'anneau S 2 du rotor. Les particules tombent sur le rotor et sont projetées par la force centrifuge contre une jupe qui entoure l'anneau 32 puis tombent entre les aubes 36 et le rotor, à travers une fente annulaire ménagée entre la jupe et l'anneau, où elles rencontrent le courant gazeux amené par le conduit 14 et circulant radialement vers l'axe du rotor. As indicated above, at least part of the particles to be sorted could enter introduced from above into the space between the blades 36 and the rotor to be suspended in the circulating gaseous stream. Figure 4 shows an apparatus for this mode of feeding. Some or all of the particles to be sorted are introduced through one or more inlets 19 arranged above the ring S 2 of the rotor. The particles fall on the rotor and are projected by centrifugal force against a skirt which surrounds the ring 32 and then fall between the blades 36 and the rotor, through an annular slot formed between the skirt and the ring, where they meet the gaseous current brought by the conduit 14 and flowing radially towards the axis of the rotor.
Etant donné que le courant de gaz amené par le conduit 14 ne transporte pas de grosse particule, il n'est pas prévu un dispositif de collecte et d'évacuation des grosses particules au bas de l'enveloppe 10, comme dans l'appareil de la figure 1. Since the gas stream supplied through the pipe 14 does not transport large particles, there is no provision for a collection and removal of large particles at the bottom of the envelope 10, as in the apparatus for Figure 1.
Au lieu d'être admis axialement par le bas, comme dans les appareils décrits, le courant de gaz pourrait être admis tangentiellement dans l'enveloppe, au niveau des aubes 36. Instead of being admitted axially from below, as in the devices described, the gas stream could be admitted tangentially into the envelope, at the level of the vanes 36.
Dans la forme de -réalisation. représentée sur les dessins, l'augmentation de section droite, de 1 'entrée,à la sortie, des canaux ménagés entre les pales du rotor est réalisé exclusivement par augmentation de leur largeur. On pourrait envisager d'augmenter aussi leur hauteur en remplaçant la partie périphérique, plane, du disque 30 et l'anneau plan 32 par des anneau tronconiques se faisant face par leur grande base. In the form of realization. shown in the drawings, the increase in cross section from one inlet to the outlet of the channels formed between the blades of the rotor is achieved exclusively by increasing their width. One could also consider increasing their height by replacing the peripheral, flat part of the disc 30 and the flat ring 32 with frustoconical rings facing each other by their large base.
I1 est bien entendu que ces modifications et toute celles résultant de la substitution de moyens techniques équivalents entrent dans le cadre de l'invention. It is understood that these modifications and all those resulting from the substitution of equivalent technical means fall within the scope of the invention.
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