[0001] 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 à communiquer au courant
de gaz pénétrant dans ledit cylindre fictif, un mouvement de rotation autour de l'axe
du cylindre, un rotor placé à l'intérieur dudit cylindre fictif, dont l'axe coîncide
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 où est aspiré le courant de gaz chargé des particules dont les dimensions
sont inférieures à ladite dimension prédéterminée.
[0002] Dans les sélecteurs de ce type, les particules en suspension dans le courant gazeux
sont soumises à deux forces antagonistes : une force centrifuge résultant du mouvement
de rotation et une force de traînée due à l'écoulement centripète du courant gazeux
vers l'orifice de sortie central. 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 à 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.
[0003] 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.
[0004] 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 d'éviter la formation d'un vortex dans le rotor.
[0005] Le sélecteur objet de la présente invention est caractérisé en ce que le rotor comporte
un second jeu de pales, disposées entre les pales périphériques et l'axe, et servant
à guider jusqu'à l'orifice de sortie central du rotor les veines de gaz chargé de
fines particules sortant des pales périphériques. Les pales de ce 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.
[0006] 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 le diamètre du coupure, étant
alors ajustée par réglage de l'orientation des aubes directrices.
[0007] 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 trainée
agissant sur les grains dont le diamètre est égal au diamètre de coupure s'équilibrent
pratiquement sur toute la longueur desdits canaux.
[0008] 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 éventuellement les matières
à trier. Le courant gazeux peut être admis dans cette chambre tangentiellement ou
parallèlement à l'axe de l'appareil, par 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.
[0009] Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, une trémie en forme de cône
inversé est placée sous le rotor et les aubes directives, 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 à 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 où ledit conduit débouche dans ladite enveloppe, le diamètre de cette dernière
est nettement supérieur à celui dudit de telle sorte que les gaz chargés de particules
soient soumis, en entrant dans ladite enveloppe, à une détente favorisant la chute
des particules lourdes au fond de l'enveloppe. 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 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
être fixés sur l'extérieur de ladite trémie pour dévier le courant gazeux et favoriser
la séparation des grosses particules.
[0010] D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description
qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif,
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 vue en coupe par un plan horizontal de l'appareil de la figure
1, et
La figure 3 est une section droite de deux pales du rotor de l'appareil.
[0011] 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 cône inversé, d'une partie inférieure cylindrique se raccordant
à la petite base du tronc de cône et d'un fond incliné comportant, à 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.
[0012] A sa partie supérieure, 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.
[0013] Un rotor 20 est placé dans la partie supérieure de l'enveloppe, coaxialement à celle-ci.
Il est fixé à 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 à un groupe de commande 26 à vitesse variable permettant de faire tourner
le rotor à la vitesse voulue.
[0014] 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 fond 30 formé d'un anneau plat et d'un tronc de cône central
solidaire de l'arbre 22, et sur un anneau 32. Un joint à chicanes 34, solidaire du
couvercle 16, assure l'étancheité entre ce dernier et le rotor.
[0015] Les pales 28 admettent comme plan de symétrie un plan contenant l'axe du rotor et,
comme on le voit sur la figure 3, les canaux ménagés entre les pales ont une largeur
qui croît de l'extérieur vers l'intérieur du rotor (L1 < L2) de telle sorte que la
force centrifuge et la force de traînée agissant sur une particule de diamètre critique
(diamètre de coupure) s'équilibrent pratiquement sur toute la longueur des canaux.
En appelant Fc1, Ft1 les forces centrifuges et de traînée à l'entrée d'un canal et
Fc2, Ft2 ces mêmes forces à la sortie du canal, cette condition de fonctionnement
peut être traduite par les relations :


[0016] Le profil des pales peut être facilement déterminé à partir de ces formules mathématiques
traduisant l'égalité des forces centrifuges et de traînée agissant sur une particule
de densité et de diamètre donnés, avec une vitesse donnée du rotor. Les conditions
d'équilibre pourront être satisfaites, avec un profil des pales donné, pour différents
diamètres de coupure, en adoptant des vitesses de rotation différentes pour le rotor.
[0017] Au lieu d'être disposées radialement, les pales 28 pourraient former un angle avec
les plans radiaux, la largeur des canaux délimités par les pales augmentant toujours
progressivement de l'extérieur vers l'intérieur.
[0018] Le rotor comporte, en outre, un second jeu de pales 35, disposées entre les pales
28 et l'axe du rotor. Dans l'exemple représenté, les pales 35 sont constituées par
des tôles planes, situées dans des plans verticaux contenant l'axe du rotor, et fixées
sur la partie centrale tronconique du fond 30 et sur l'anneau supérieur 32. Ces pales
ont pour but d'éviter la formation d'un vortex à l'intérieur du rotor et permettent
de récupérer une partie importante de l'énergie du courant de gaz traversant le rotor.
Les pales 35 pourraient être inclinées et/ou former un angle avec les plans contenant
l'axe du rotor, elles pourraient aussi être profilées à la manière des pales d'une
turbine. Le rotor ainsi constitué est assimilable au rotor d'un compresseur centrifuge
qui fonctionnerait en turbomachine réceptrice prélevant de l'énergie à un flux de
fluide continu pour la transformer en énergie mécanique.
[0019] Cette construction du rotor permet de supprimer le vortex, qui se formerait à l'intérieur
du rotor si celui-ci était dépourvu des pales 35, et par conséquent, de récupérer
l'énergie qui serait autrement perdue dans le vortex et, par réduction de la vitesse
des gaz, de diminuer l'usure par abrasion et les pertes de charge.
[0020] Le rotor est entouré par une rangée circulaire d'aubes directrices verticales 36
régulièrement espacées autour du rotor. Ces aubes sont munies à leurs extrémités de
pivots 38 logés dans des trous d'un anneau supérieur 40 fixé sur l'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 l'enveloppe, et
supportée par des pieds 46 fixés sur l'enveloppe.
[0021] 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 même
angle avec le plan radial respectif. Un actionneur agissant sur la cerce, permet de
régler à distance l'orientation des aubes.
[0022] Le fonctionnement du sélecteur décrit est le suivant :
[0023] Le courant de gaz chargé des particules à trier s'écoule de bas en haut dans le conduit
14. Lorsqu'il atteint l'extrémité supérieure du conduit, il est soumis à une détente
brusque du fait de la différence importante des diamètres du conduit et de l'enveloppe
qui l'entoure à ce niveau. Il en résulte une diminution de la vitesse du gaz qui permet
aux particules les plus grosses de tomber au fond de l'enveloppe, dans l'espace annulaire
ménagé entre l'extrémité du conduit et l'enveloppe, et d'être évacuées par l'orifice
12. Un ou plusieurs déflecteurs 50 peuvent être fixés sur la trémie 44, au-dessus
du conduit 14, pour améliorer cette séparation.
[0024] Le courant de gaz s'élève ensuite jusqu'à la partie supérieure de l'enveloppe 10,
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 entraînées dans le rotor par le courant gazeux et évacuées
avec celui-ci par le conduit 18 qui est relié à l'ouïe d'aspiration d'un ventilateur
à travers un dépoussiéreur permettant de séparer les particules du courant gazeux.
Les particules dont les dimensions sont supérieures au diamètre de coupure sont maintenues
à l'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 l'un des canaux du rotor, elle
sera rejetée vers l'extérieur puisque le profil de ces canaux est conçu pour que la
force centrifuge s'exerçant 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.
[0025] Comme on l'a indiqué plus haut, une partie au moins des particules à trier pourraient
être introduites par une ou plusieurs entrées 17 disposées au-dessus de l'anneau 32
du rotor et projetées par la force centrifuge contre une jupe entourant l'anneau 32
pour tomber ensuite dans l'espace entre les aubes 36 et le rotor et être mises en
suspension dans le courant gazeux circulant transversalement.
[0026] Le diamètre de coupure dépend, pour un débit de gaz donné, de la vitesse de rotation
du rotor. Celle-ci est maintenue à la valeur choisie par régulation de la vitesse
du moteur 26. Etant donné que, grâce aux dispositions de l'invention, la puissance
transmise au rotor par le courant de gaz qui le traverse peut être supérieure à celle
qui est nécessaire pour le faire tourner à la vitesse de consigne, le moteur 26 doit
pouvoir fonctionner en frein avec régulation de vitesse. L'orientation des aubes 36
est ajustée, en fonction de la vitesse du rotor, de telle sorte que la composante
tangentielle de la vitesse du gaz et des particules à la périphérie du rotor soit
approximativement égale à la vitesse périphérique du rotor; ce réglage peut être effectué
manuellement ou automatiquement. Cette mesure permet d'éviter les chocs des particules
sur les pales du rotor et d'obtenir une vitesse de fluide homogène sur toute la largeur
des canaux entre pales du rotor.
[0027] Pour certaines utilisations, il est possible, grâce à l'invention, de supprimer le
moteur 26, le rotor étant alors monté fou. Dans ce cas, la vitesse du rotor est maintenue
à la valeur de consigne correspondant au diamètre de coupure choisi, par réglage de
l'orientation des aubes 36.
[0028] Cette possibilité conduit à des économies appréciables, parce qu'elle permet non
seulement de supprimer le moteur d'entrainement du rotor mais aussi d'utiliser une
structure de support plus légère pour le rotor.
[0029] 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.
[0030] Dans la forme de réalisation représentée sur les dessins, l'augmentation de section
droite, de l'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 anneaux tronconiques se faisant face par leur grande base.
[0031] Il est bien entendu que ces modifications et toute celles résultant de la substitution
de moyens techniques équivalents entrent dans le cadre de l'invention.
1. 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 l'axe et servant à guider jusqu'à l'orifice de sortie central du rotor les
veines de gaz sortant des pales périphériques (28).
2. Sélecteur à air selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites pales (35)
s'étendent sur toute la hauteur du rotor et sont disposées dans des plans radiaux
ou sont inclinées par rapport à ces plans.
3. Sélecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi terminale
(30) du rotor opposée à l'orifice de sortie central est profilée de façon à favoriser
l'écoulement du gaz vers ledit orifice de sortie.
4. Sélecteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en que le rotor est monté
fou et des moyens sont prévus pour régler l'orientation des aubes directrices (36)
de façon à maintenir la vitesse du rotor à une valeur de consigne.
5. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce
que les pales (28) du rotor sont profilées de telle sorte que la largeur des canaux
formés entre les pales croit de l'extérieur vers l'intérieur du rotor.
6. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, 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 l'amenée
du courant de gaz chargé des particules à trier (14) qui est raccordé à la partie
inférieure deladite enveloppe, le conduit, la trémie et l'enveloppe étant coaxiaux,
et en ce que, dans le plan où ledit conduit débouche dans l'enveloppe, 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.
7. Sélecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit conduit (14) se prolonge
vers le haut au-dessus du fond de l'enveloppe (10) et délimite avec celle-ci un volume
annulaire où sont collectées les particules lourdes.
8. Sélecteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par un ou plusieurs déflecteurs
annulaires (50) fixés extérieurement sur ladite trémie (44), à une certaine distance
au-dessus de l'extrémité supérieure dudit conduit (14).
9. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il
comporte une enveloppe (10) entourant lesdites aubes directrices (36) et délimitant
avec celles-ci une chambre d'admission annulaire pour le courant de gaz, des moyens
pour introduire une partie au moins des particules à trier par le haut entre le rotor
et les aubes directrices (36) et des moyens (14) pour admettre le courant de gaz dans
ladite chambre soit tangentiellement, soit par le bas.