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Etre
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Est-a
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12 s
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1 l
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paration
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monter
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DES
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Cha-
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2514668A1
Family ID 2004203
Probable Assignee Bwn Vortoil Rights Co Pty Ltd
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF DE REGLAGE DE LA SURFACE DE SORTIE D'UN SEPARATEUR
A CYCLONE
Abstract
_________________________________________________________________
DISPOSITIF DE REGLAGE DE LA SURFACE DE SORTIE D'UN SEPARATEUR A
CYCLONE.
UN BOUCHON RETRACTABLE 15, DISPOSE A LA ZONE DE JONCTION DE LA SORTIE
12 DU COURANT DE DEBORDEMENT D'UN CYCLONE ET DU CORPS 10, 13 DE CE
CYCLONE, COMPORTE UN TROU 16 CONSTITUANT LA SURFACE REELLE DE SORTIE
DU COURANT DE DEBORDEMENT. EN FONCTION DE SIGNAUX EMIS PAR DES
DETECTEURS, CE BOUCHON 15 EST RETRACTE PENDANT LE FONCTIONNEMENT DU
CYCLONE POUR OFFRIR, EN CAS DE BESOIN, UNE PLUS LARGE SURFACE 12 DE
SORTIE.
CE DISPOSITIF PERMET D'ADAPTER AUX FLUCTUATIONS DE LA COMPOSITION
D'ALIMENTATION DU SEPARATEUR, LE FONCTIONNEMENT DU CYCLONE DESTINE A
SEPARER UNE MATIERE LEGERE (PHASE DISCONTINUE OU DISPERSEE, FORMANT LE
COURANT DE DEBORDEMENT 17).
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un separateur a cyclone Des separateurs
typiques a cyclone comportent une entree de la matiere d'alimentation
a trier, un corps
recevant l'alimentation et dans lequel s'effectue la separa-
tion cyclonique, une sortie par debordement de ce corps par laquelle
la matiere generalement plus legere, dite ci-apres "matiere legere",
quitte le separateur, et une sortie de
l'ecoulement inferieur du corps par laquelle la matiere gene-
ralement plus lourde (dite ci-apres "matiere lourde") quitte
le separateur.
L'invention concerne un separateur a cyclone pour separer une matiere
legere, caracterise en ce que sa sortie par debordement comprend un
dispositif, manoeuvrable au cours de l'utilisation du separateur a
cyclone, qui peut modifier l'aire de la surface efficace de section de
la sortie par debordement, sensiblement dans le plan formant la limite
theorique entre la sortie par debordement et le corps, tout en
conservant une transition abrupte du corps a la sortie Par exemple,
une diminution de cette surface
reduit le debit de la matiere qui quitte le corps du separa-
teur en empruntant la sortie par debordement La "matiere (plus)
legere" constitue la phase discontinue ou dispersee (qui peut, ou non,
etre le constituant majeur, sur base volumetrique). Un tel separateur
a cyclone peut simplifier la tache du triage des matieres lorsque le
courant de la matiere a trier par densite en des fractions "lourde" et
"legere" est sujet a des variations des proportions rela-
tives de ces fractions et, en outre, lorsqu'il est souhai-
table de rendre maximale la concentration de la matiere legere dans le
courant qui quitte l'appareil en empruntant la sortie par debordement
Si le rapport de separation
(c'est-a-dire le produit de la division du debit volumetri-
que empruntant la sortie par debordement, par le debit de
l'alimentation d'entree)est inferieur a la concentration (en volume)de
la matiere legere dans l'alimentation, un peu de matiere legere doit
passer dans le courant qui
sort en empruntant la sortie du courant inferieur Cela indi-
que que, lorsqu'une telle fuite n'est pas souhaitable, il existe pour
le rapport de separation une valeur minimale que l'on peut utiliser
pour chaque concentration de la matiere legere Par ailleurs, si le
rapport de separation est tres superieur a la concentration (en
volume) de la
matiere legere dans l'alimentation, la dilution de la ma-
tiere legere par la matiere lourde sera excessive dans le courant de
debordement Dans certains cas, un rapport eleve de separation va
conduire a une grande perte de pression
entre l'alimentation et le courant de debordement.
Jusqu'a present; on a pu s'acquitter de la tache consistant a choisir
le meilleur dispositif de triage de matiere en deviant le courant
d'alimentation et en l'envoyant dans un cyclone dont la fourchette
utile de rapports de separation convenait bien, pour une separation
efficace, a
la composition du courant a l'instant en cause Cela signi-
fiait la non-utilisation de cyclones presentant d'autres fourchettes
utiles de rapports de separation En variante, on a pu, par exemple,
faire varier le rapport de separation lors du fonctionnement d'un
cyclone en ajustant des vannes placees dans les ecoulements d'entree
et de sortie du cyclone
mais, dars un cyclone a dimension fixe de la sortie de de-
bordement, il existe une valeur minimale du rapport de se-
paration (lequel est fonction du nombre de Reynolds) au-
dessous de laquelle la structure de l'ecoulement devient defavorable a
une separation, par le cyclone, d'une matiere legere et, ainsi,
l'amplitude de la variation possible du rapport de separation est
limitee /Dans le cas d'un cyclone, le nombre de Reynolds se fonde sur
le debit volumetrique
total, la viscosite cinematique de la phase continue (c'est-
a-dire la matiere lourde) et une dimension caracteristique et non
variable du cyclone 7 C'est ainsi qu'une grande sortie de debordement
peut impliquer dans un cyclone donne un
rapport minimal de separation de 5 %, par exemple, et fonc-
tionner bien dans la fourchette de 5 a 15 %, alors qu'une plus petite
sortie de debordement peut impliquer dans le meme cyclone un rapport
minimal de separation de 0,5 'O par exemple La petite sortie pourrait
servir avec des rapports
de 5 % et au-dessus lorsqu'on effectue un ajustement extre-
me des vannes, mais la chute de pression alors necessaire dans la
traversee du cyclone serait exorbitante et, donc, pour pouvoir choisir
des rapports de separation compris entre 0,5 % et 15 % sans devoir
faire passer alternativement
l'ecoulement entre deux ou plusieurs cyclones, il est sou-
haitable de pouvoir utiliser une sortie par debordement de
dimension variable.
Le dispositif destine a modifier l'aire de la surface de section de la
sortie de debordement (et destine donc a ajuster automatiquement le
rapport de separation)
peut prendre l'une quelconque de diverses formes possibles.
Par exemple, on peut monter un mecanisme du type diaphragme a iris a
la sortie de debordement En variante, on peut monter une plaque de
maniere qu'elle coulisse (dans un plan perpendiculaire a l'axe du
cyclone) devant la sortie de debordement, cette plaque presentant un
ou des bords qui, progressivement, a mesure que la plaque coulisse,
ferme(nt)
la sortie.
Cependant, il est preferable que la paroi interne
du separateur a cyclone, dans laquelle la sortie de deborde-
ment estformee, soit sensiblement lisse, malgre la presence du
dispositif en cause, et, par consequent, ces mecanismes du type
diaphragme a iris ou ces plaques ne constituent
pas la meilleure solution.
Le dispositif peut donc comprendre un bouchon qui, au moins dans une
premiere position (qui sera definie ci-apres) peut presenter un
ajustement glissant ou serre dans la sortie de debordement et qui peut
se deplacer entre deux positions, une premiere dans laquelle
l'extremite de ce bouchon affleure ladite paroi interne, et une
seconde dans laquelle le bouchon est essentiellement retire de la
sortie de debordement, ce bouchon comportant un orifice
(de preference central) parallele a l'ecoulement de deborde-
ment On voit donc que l'orifice menage dans le bouchon
constitue pour l'ecoulement de trop-plein une sortie a sur-
face reduite en section lorsque le bouchon se trouve dans sa premiere
position Dans sa seconde position, ce bouchon laisse au courant de
debordement la possibilite d'emprunter
la sortie d'origine plus grande De preference, le separa-
teur a cyclone comporte une pointe fixe qui, lorsque le
bouchon se trouve dans sa seconde position, emprunte l'ori-
fice pour le nettoyer,car cet orifice, etant petit, peut
se boucher.
En variante, on peut prevoir un ensemble de bouchons,tels que decrits
cidessus, pour donner un plus
grand choix d'aires de surface de section de sortie de de-
l O bordement et, donc, un plus grand choix de rapports de se-
paration Ainsi, l'ensemble minimal, forme d'un bouchon externe et d'un
bouchon interne, va donner le choix entre
trois aires de surface de section de sortie.
L'invention propose un procede pour effectuer, sur un courant soumis a
des variations de composition, un triage de la matiere selon la
densite et/ou la dimension de cette matiere, ce procede consistant a
faire passer le
courant dans un separateur a cyclone selon ce qui est indi-
que ci-dessus et a faire fonctionner ledit dispositif de maniere a
modifier l'aire de surface de section de la sortie
de debordement, en reponse a de telles variations de compo-
sition Eventuellement, le dispositif peut fonctionner en reponse a un
signal provenant d'un detecteur place dans le courant d'entree (ou
d'alimentation) ou dans l'un des courants
de sortie, ou en reponse a un signal provenant d'un detec-
teur dispose de maniere a deceler le bouchage de la sortie de
debordement (notamment lorsque cette sortie presente
une aire de surface de section reduite).
La matiere legere peut etre un gaz Cependant, la presence d'un gaz, en
plus de la matiere legere a separer,
peut inciter a ne pas utiliser une petite sortie de deborde-
ment,mais a faire appel a une sortie plus grosse avec aug-
mentation du rapport de separation afin de maintenir l'ef-
ficacite de cette separation On peut modifier la dimension de la
sortie pour correspondre d'un instant a l'autre a la
proportion de gaz contenue dans le courant a traiter.
L'invention sera maintenant decrite plus en detail, a titre
illustratif et nullement limitatif, en regard des dessins annexes sur
lesquels la figure 1 est une vue en coupe, le long de l'axe
d'un cyclone, de l'interieur d'un corps de separateur a cy-
clone, avec enlevement d'une partie de l'extremite pour rendre la
figure plus claire, et cette figure montre un appareil comportant un
dispositif selon l'invention; la figure 2 est une coupe schematique,
le long d'un plan comprenant l'axe, de l'appareil de la figure 1; et
la figure 3 est une coupe, dans un plan compre-
l O nant l'axe, d'un autre separateur a cyclone selon l'inven-
tion. En se referant aux figures 1 et 2, on voit qu'un corps 1 de
separateur a cyclone comporte une sortie 2, formee au centre d'une
paroi terminale plane 3, pour le
courant de debordement ou de surface.
Un trou 6 est radialement forme dans le corps
1 et il debouche dans une rainure 9 borgne et plane de gui-
dage qui coupe la sortie 2 La rainure 9 se trouve derriere
la paroi terminale 3,mais aussi pres que possible de celle-
ci, comme on le voit mieux sur la figure 2 La rainure 9 loge une mince
plaque 5,qui peut y coulisser et qui est actionnee par une queue 8,
solidaire de la plaque, et empruntant le
trou 6, cette queue etant equipee d'un joint torique d'etan-
cheite La queue 8 est actionnee par des organes non repre-
sentes lorsque, le separateur a cyclone etant en fonction- nement, un
detecteur,place dans l'alimentation destinee au
cyclone, detecte le fait qu'une caracteristique predetermi-
nee de l'alimentation (telle que sa densite) est allee
au-dela d'une limite predeterminee.
La plaque coulissante 5 presente une entaille profonde 7, que l'on
voit mieux sur la figure 1-et qui peut
partiellement fermer la sortie 2 de debordement, sensible-
ment dans le plan de la paroi terminale 3.
Dans la position de la plaque coulissante 5 re-
presentee en trait plein sur la figure 1, l'entaille 7 a reduit la
surface "libre" ou "ouverte" de la sortie 2 a
un tiers environ de l'aire de surface efficace de cette sor-
tie Pour continuer a se rapprocher, dans une certaine me-
sure d'une sortie de forme ronde, la base de l'entaille 7 est
arrondie, le rayon de courbure de cette base representant
le tiers environ du rayon de la sortie circulaire 2.
Sur des "instructions" provenant du detecteur, la plaque coulissante 5
peut se deplacer a la position representee sur la figure 2, ou
representee en traits mixtes sur la figure 1, ce qui rend la totalite
de la sortie 2 disponible pour recevoir une fraction "legere" de
matiere triee par le separateur Ainsi, le rapport de separation a ete
augmente pendant le fonctionnement du cyclone et sans
interruption de la separation que ce cyclone effectuait.
Au lieu de l'entaille 7 a extremites ouvertes, la plaque 5 peut
comporter, pour des raisons de resistance mecanique,
une traverse reliant les extremites distales des bras deli-
mitant l'entaille, c'est-a-dire que la plaque 5 peut pre-
senter un trou de forme generale triangulaire et ayant le
meme effet de constriction reglable que l'entaille.
Plutot qu'un detecteur de type "tout ou rien",
on peut utiliser un detecteur "proportionnel" pouvant depla-
cer la plaque coulissante 5 vers n'importe quelle position
intermediaire et, donc, ajuster le rapport de separation a n'importe
quelle valeur intermediaire Si on ne souhaite pas cela, la plaque 5
peut, au lieu d'une entaille, comporter deux ou plusieurs trous ronds
de dimensions differentes, dont chacun peut successivement recouvrir
la sortie 2 pour
en ajuster la dimension efficace.
La figure 3 montre une autre forme de realisa-
tion selon l'invention,et l'on peut voir sur cette figure qu'un corps
10 de separateur a cyclone offre au courant de debordement une sortie
cylindrique 12 s'ouvrant au centre
d'une paroi terminale plane 13.
Un bouchon cylindrique 15, perce d'un trou axial
debouchant 16, est monte a ajustement glissant dans la sor-
tie 12 et peut se deplacer entre deux positions Ce bouchon est
represente sur la figure 3 dans sa premiere position, dans laquelle il
affleure la paroi terminale 13 en offrant en fait au courant de
debordement du separateur a cyclone une sortie ayant la forme du trou
16 Le courant de debordement
emprunte le trou 16 et passe par un conduit 17 pour se diri-
ger vers un collecteur.
Sur des instructions provenant d'un detecteur, comme dans le cas de la
forme de realisation representee sur la figure 1, un dispositif
represente schematiquement
en 20 retracte le bouchon 15 a sa seconde position, repre-
sentee en traits mixtes et qui libere tout juste le con-
duit 17 De cette facon, la totalite de l'aire de la surface
transversale de la sortie 12 est degagee et peut recevoir le courant
de debordement, ce qui revient a dire que le rapport de separation est
augmente Une pointe fixe 18 de nettoyage transperce le bouchon lorsque
celui-ci se trouve a sa seconde position pour debarrasser le trou-16
des depots ou obstructions qui sont rejetes dans le conduit 17 Dans un
exemple d'essai effectue sur une dispersion huile/water de composition
constante a l'entree, on a, sans changer la concentration de l'huile
dans le courant inferieur, reduit a 1 v, lorsque le bouchon a ete
deplace a sa premiere position, un rapport de separation qui etait de
5 % lorsque le bouchon etait dans sa seconde position Pour realiser un
ajustement fin du rapport de separation lorsque le bouchon se trouve
dans l'une ou l'autre de ses positions, on peut faire appel a une
vanne ou robinet place dans le trajet du courant inferieur Un moyen
moins interessant de realiser
un ajustement fin pourrait consister en une vanne ou un ro-
binet place sur le trajet du courant de debordement, ou bien en
l'utilisation de vannes placees sur le trajet des
deux courants de sortie.
Pour eviter la presence d'un trou fortement eta-
ge (ce qui pourrait alterer fortement l'ecoulement) lorsque le bouchon
15 se deplace vers sa seconde position, des gorges 19 s'etendant
axialement, disposees radialement et
espacees a la peripherie de la sortie 12, peuvent etre mena-
gees pouragrandir cette sortie 12 Ces gorges 19 (dont une seule est
representee) debouchent dans le conduit 17 Les
gorges 19 s'arretent juste avant la paroi terminale 13 Lors-
que le bouchon 15 est un peu retracte, le courant de deborde-
ment peut commencer a emprunter les gorges 19, ce qui augmente
aussi rapidement que possible le rapport de separation.
En raison de l'abrasion risquant de se manifester a l'endroit o la
sortie 12 quitte la paroi terminale 13,
le "coin" peut consister en une bague rapportee 21, remplaca-
ble, et realisee en une matiere dure et pouvant resister a l'erosion
(par exemple en du carbure de tungsten ou en
decarbidel'alumine) Cela va considerablement diminuer "l'arrondis-
sement"de ce coin en cours d'utilisation, en conservant ainsi la forme
geometrique initialement prevue Le bouchon peut
etre realise en une matiere analogue.
Au lieu de la configuration illustree du conduit 17, il peut y avoir
deux conduits axialement espaces et de direction radiale par rapport a
l'axe de la sortie 12, de maniere que, dans l'une ou l'autre position
du bouchon
15, un seul conduit recoive le courant -de debordement Cha-
que conduit peut alors comporter ses propres vannes ou ro-
binets de commande et recipients de collecte, selon les desirs. Au
lieu des gorges 19 et d'un bouchon 15 de forme strictement
cylindrique, ce bouchon peut presenter une forme tronconique (plus
etroite a l'extremite voisine de
la paroi 13) ou tout au moins, presenter une position tron-
conique en cet endroit Cette partie (de la premiere posi-
tion) pourrait s'appuyer sur la sortie 12 qui, de facon cor-
respondante, presenterait une forme tronconique divergeant de la paroi
13 vers le conduit 17 Cette forme tronconique
evite les inconvenients techniques d'un bouchon coulissant.
Comme autre possibilite pour remplacer les gorges l 9,et si le
dispositif 20 peut operer assez rapidement, comme dans le cas d'un
dispositif pneumatique d'actionnement, pour effectuer le retrait, le
bouchon 15 peut etre retire
ou replace assez rapidement pour ne pas troubler la struc-
ture des ecoulements se deplacant dans le cyclone Dans un
tel cas, les gorges 19 ne sont plus necessaires.
Le bouchon 15 peut consister en plusieurs bagues concentriques
emboitees, dont chacune peut se retracter vers une seconde position
independamment de toutes les bagues plus larges, mais seulement
lorsque toutes les bagues plus petites ont ete retractees, ou sont en
cours de retraction, de facon a offrir non pas deux rapports seulement
de
separation, mais tout un choix de rapports de separation.
En pratique, un operateur peut souhaiter ajuster rapidement le rapport
de separation, peut-etre a la suite d'une variation soudaine de la
composition d'alimentation, et tous les exemples decrits et
representes vont permettre
un tel ajustement rapide.
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'in-
vention, de nombreuses modifications peuvent etre apportees au
dispositif, decrit et represente, de reglage de l'aire de la surface
de sortie du courant de debordement d'un
separateur a cyclone.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Separateur a cyclone, destine a separer
une matiere legere et caracterise en ce que sa sortie, des-
tinee au courant de debordement, comporte un dispositif, manoeuvrable
en cours d'utilisation du separateur a cyclone, qui peut modifier
l'aire de la surface transversale efficace de la sortie ( 2, 12)
sensiblement dans le plan formant la limite theorique entre la sortie
( 2, 12) et le corps ( 1, 10) du separateur, tout en conservant une
transition abrupte du
corps ( 1, 10) a la sortie ( 2, 12) -
2 Separateur a cyclone selon la revendication 1, caracterise en ce que
le dispositif est un mecanisme du type diaphragme a iris monte a la
sortie ( 2, 12) du courant
de debordement.
3 Separateur a cyclone selon la revendication 1, caracterise en ce que
le dispositif est une plaque ( 5) montee de maniere a coulisser (dans
un plan perpendiculaire
a l'axe du cyclone) devant la sortie ( 2) du courant de de-
bordement, la plaque ( 5) comportant un ou des bords qui ferme(nt)
progressivement la sortie ( 2) lors du coulissement
de la plaque ( 5).
4 Separateur a cyclone selon la revendication 1, caracterise en ce
que, malgre la presence dudit dispositif,
la paroi interne ( 3, 13) du separateur a cyclone, dans la-
quelle la sortie ( 2, 12) est formee, est essentiellement lisse.
Separateur a cyclone selon la revendication 4, caracterise en ce que
le dispositif comprend un bouchon ( 15) qui, au moins en une premiere
position, presente un ajustement glissant ou serre dans la sortie (
12) et qui peut se deplacer entre une premiere position, dans laquelle
l'extremite du bouchon ( 15) affleure ladite paroi interne ( 13),et
une seconde position dans laquelle l'extremite du bouchon ( 15) est
essentiellement retractee de la sortie ( 12), ce bouchon ( 15) etant
perce d'un trou ( 16) parallele au
sens de l'ecoulement de debordement.
6 Separateur a cyclone selon la revendication, caracterise en ce que
le trou ( 16) est central dans le 1 l
bouchon ( 15).
7 Separateur a cyclone selon l'une des reven-
dications 5 et 6, caracterise en ce qu'il comporte egalement une
pointe fixe ( 18) qui passe par le trou ( 16) lorsque le bouchon ( 15)
se trouve dans sa seconde position. 8 Separateur a cyclone selon l'une
quelconque
des revendications 5 a 7, caracterise en ce qu'il comporte
un ensemble de bouchons dont chacun correspond a la revendi-
cation 5 ou 6, de maniere a donner un choix entre au moins
trois aires de surface transversale de sortie ( 12) de de-
bordement. 9 Procede pour soumettre un courant, sujet a des variations
de composition, a un tri, selon la densite
et, eventuellement ou en variante, la dimension des parti-
cules ou fractions de la matiere contenue, procede caracte-
rise en ce qu'on fait passer le courant dans un separateur
a cyclone selon l'une quelconque des revendications prece-
denteset l'on manoeuvre ledit dispositif de facon a modifier, en
fonction desdites variations de composition, l'aire de la
section transversale de la sortie du courant de debordement.
Procede selon la revendication 9, caracterise
en ce que la manoeuvre du dispositif est effectuee en re-
ponse a un signal provenant d'un detecteur place dans le courant
d'entree ou d'alimentation ou dans l'un des courants de sortie, ou en
reponse a un signal provenant d'un detecteur
monte de maniere a deceler un bouchage de la sortie du cou-
rant de debordement.
11 Procede selon l'une des revendications 9 et
, destine a trier la matiere selon sa densite et caracte-
rise en ce que la matiere moins dense est un gaz.
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