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Est-a
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Sepa
(4)
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Refractaire
(2)
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Etle
(2)
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Tre
(1)
[12][_]
Physical
(6/ 8)
[13][_]
0,01 bar
(2)
[14][_]
10 cm
(2)
[15][_]
0,1 bar
(1)
[16][_]
15 cm
(1)
[17][_]
6,3 mm
(1)
[18][_]
2 percent
(1)
[19][_]
Molecule
(2/ 3)
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DES
(2)
[21][_]
carac
(1)
[22][_]
Generic
(2/ 3)
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hydrocarbon
(2)
[24][_]
metal
(1)
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Organism
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pales
(2)
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Disease
(1/ 1)
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Depression
(1)
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Chemical Role
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catalyst
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517561A1
Family ID 8066310
Probable Assignee Ingersoll Rand Co
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title RESERVOIR DE SEPARATION CENTRIFUGE D'UNE MATIERE PARTICULAIRE
EN Title DOWNFLOW CENTRIFUGAL SEPARATOR - WITH CONCENTRIC TUBES
DEFINING ANNULAR CHANNEL SWIRL VANES, DISCHARGE SLOTS AND A COLLECTION
CHAMBER
Abstract
_________________________________________________________________
LE RESERVOIR COMPREND UN BOITIER 30 MUNI DE CLOISONS 10, 12 DELIMITANT
UNE CHAMBRE SUPERIEURE 42 D'ENTREE DE GAZ, UNE CHAMBRE INTERMEDIAIRE
44 DE SEPARATION ET UNE CHAMBRE INFERIEURE 46 D'EVACUATION DE GAZ
EPURE; LA CHAMBRE DE SEPARATION CONTIENT DES SEPARATEURS CENTRIFUGES
AYANT CHACUN UN TUBE INTERNE ET UN TUBE EXTERNE DELIMITANT UN CANAL
ANNULAIRE COMMUNIQUANT A SA PARTIE SUPERIEURE AVEC LA CHAMBRE D'ENTREE
TANDIS QUE LE TUBE INTERNE COMMUNIQUE PAR DES FENTES AVEC LE CANAL
ANNULAIRE ET COMMUNIQUE A SA PARTIE INFERIEURE AVEC LA CHAMBRE
D'EVACUATION.
A centrifugal separator comprises a pair of concentric metallic tubes
which define an annular channel. The inner tube has a closed top and
an open bottom and the channel has an open top for receiving gas and a
closed bottom. Swirling vanes are positioned proximate to the top of
the channel for imparting a swirling movement to gas within the
channel. The inner tube has a series of angled slots directly inwardly
towards the tube centre to provide communication between the annular
channel and the space within the inner tube. An annular collection
chamber is formed at the bottom of the channel and communicates with a
discharge port. Used for sepg. particles of catalyst from hydrocarbon
vapours issuing from a catalytic process and removing suspended solids
from gases fed to boilers.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un reservoir comportant des separateurs
de particules entrainees par des gaz.
L'invent on concerne plus precisement la separation des particules
entrainees par des gaz, a l'aide de separateurs "centrifuges",
c'est-a-dire provoquant la separation sous l'action d'une force
centrifuge. L'in- vention s'applique particulierement bien a la
separation des particules de catalyseur des vapeurs d'hydrocarbons
provenant d'operations de craquage catalytique, et elle convient aussi
avantageusement d'autres applications, par exemple au retrait des
matieres solides en suspension dans des gaz transmis a des chaudieres1
obtenus par gazeification et liquefaction du charbon,~ la separation
moleculaire, et aux installations comprenant des chaudieres
suralimentees.
Au as cours n'un craquage catalytique, les sepa- rateurs de particules
selon l'invention sont surtout utiles pour la separation du "troisieme
etage", c'est-a-dire la separation des particules relativement petites
des gaz apres le retrait des particules relativement grosses par des
separateurs a cyclone. La separation du troisieme etage est tres
importante pour la lutte contre la pollution atmospherique et du point
de vue de la rentabilite. Certains catalyseurs actifs peuvent etre
avantageusement recuperes puis reutilises par ce mode de separation.En
outre, le gaz propre purifie provenant de cette separation peut etre
utilise pour l'entrainement d'une turbine sans erosion notable des
ailettes, pouvant etre provoquee lorsque de telles particules sont
encore presentes dans le gaz transmis a la turbine.
On connait deja des separateurs centrifuges d'un type comprenant un
tube externe et un tube interne concentrique delimitant entre eux un
passage annulaire. Le brevet des Etats-Unis d'Amerique n0 3 443 368
decrit un separateur centrifuge de ce type. Le tube interne qui cons
titue aussi une canalisation d'evacuation de gaz propre, a une
extremite ouverte penetrant dans la region delimitee dans le tube
externe. La surface interne-du tube externe est revetue d'une
ceramique refractaire.
Lors du fonctionnement, le gaz charge de matitre particulaire penetre
dans le passage annulaire avec un mouvement tourbillonnant impose par
des ailettes assoc#iees au separateur. La force centrifuge chasse la
matitre particulaire presente dans les gaz vers l'exterieur, contre la
surface interne du tube#externe. Ces particules1 avec une partie de
gaz de purge, penetrent dans une rigole annulaire etroite formee au
fond du separateur et elles en sont evacuees. Le gaz propre qui est
alors purifie, est aspire a l'extremite inferieure ouverte du tube
interne (d'evacuation de gaz pro-pre) et remonte afin qu'il sorte du
separateur a la partie superieure.
Le brevet des Etats-Unis d'Amerique n0 3 631 657 decrit un appareil
d'epuration d'un gaz contenant un rE- servoir interne enferme dans un
reservoir externe. Le reservoir interne a des cloisons delimitant une
chambre de gaz epure, une chambre intermediaire entree et une chambre
collectrice de particules. Le gaz a epurer est transmis a la chambre
intermediaire qui contient plusieurs separateurs centrifuges, par
exemple du type decrit dans le brevet precite des Etats-Unis
d'Amerique n0 3 443 368.
Les partes inferieures des separateurs communiquent avec la chambre
collectrice afin que les particules separees se deposent. Le tube
interne d'evacuation de gaz epure des differents separateurs dirige le
gaz epure vers le haut vers la chambre d'evacuation de gaz epure. Le
gaz ainsi purifie decoule par des trous formEs dans la parti laterale
de cette chambre, dans l'espace delimite entre les reservoirs interne
et externe, et il est evacue de l'appareil par une buse de sortie
associee au reservoir externe.
Le brevet des Etats-Unis d'Amerique n0 2 941 621 concerne un autre
mode de realisation de separateur centri- fuge connu, comprenant un
tube externe et un tube interne d'evacuation de gaz epure, disposes
concentriquement a l'interieur. Le gaz a purifier penetre dans un
canal annulaire delimite entre les tubes interne et externe avec un
mouvement tourbillonnaire imparti par des ailettes.
Les particules separees et les gaz de purge descendent au fond du tube
externe et sont evacues de celui-ci alors que le gaz purifie et propre
remonte dans le tube interne d'evacuation et sort du separateur
par-dessus. Le brevet des Etats-Unis d'Amerique n0 3 066 854 decrit un
separateur analogue.
Plusieurs de ces separateurs sont incorpores a un seul reservoir ayant
des cloisons qui delimitent une chambre centrale interne qui supporte
les separateurs et peut recevoir le gaz a purifier, une chambre
collectrice inferieure communiquant avec la partie inferieure des
separateurs et destinee a recevoir les particules et le gaz de purge
qui en proviennent, et une chambre -superieure de sortie de gaz
propre, communiquant avec le tube interne d'evacuation et destinee a
recevoir le gaz purifie. Des conduits permettent le passage en
derivation par rapport a la chambre superieure d'evacuation de gaz
Apure et l'introduction du. gaz a purifier directement dans la chambre
centrale de separation.
Les separateurs centrifuges connus presentent aussi des problemes
d'erosion provoques par la circulation des particules separees. Cette
circulation est due au fait que, meme lorsque les particules ont ete
separees du gaz, elles sont encore piegees dans les separateurs et
soumises aux turbulences si bien qu'elles viennent frapper les parois
du separateur et continuent a s'agiter entre cellesci, en provoquant
une erosion importante.
En outre, comme le gaz purifie sort par la partie superieure du
separateur alors que les particules -separees et le gaz de purge
sortent par le fond du separateur, le reservoir connu contenant des
separateurs doit obligatoirement avoir la chambre d'evacuation de gaz
epure#au- dessus des separateurs, et la chambre collectrice audessous
de ceux-ci. Ainsi, la chambre qui loge les sepa- rateurs d o i t e t r
e p 1 a c e e entre les chambres superieure et inferieure si bien qu'i
1 f a u t un arrangement complexe comprenant un conduit separe
d'entree d'air destine a transporter le gaz charge de particules dans
la chambre superieure d'evacuation de gaz epure1 avant introduction
dans la chambre de separation du reservoir.
L'invention concerne ainsi un reservoir comprenant des separateurs et
ne presentant pas les inconvenients des dispositifs connus. Plus
precisement, l'in#en- tion c o n c e r n e un recipient qui est
simple, peu comateux et durable, qui possede un rendement eleve et
dont l'entretien est commode.
Plus precisement, l'invention c o n c e r n e u n s 6 p a r a t e u r
d a n s lequel chaque sepa- rateur centrifuge comprend un tube
metallique externe de diametre relativement grand et un tube
metallique interne de diametre plus petit, place concentriquement et
longitudinalement dans ce tube externe. Le tube interne a une partie
superieure fermee et un fond ouvert. La surface externe du tube
interne et la surface interne du tube externe delimitent un canal
annulaire. Celui-ci est ouvert a sa partie superieure afin que le gaz
puisse penetrer, alors que son fond est ferme. Plusieurs ailettes de
tourbillonnement sont placees a proximite de la partie superieure de
ce canal annulaire et donnent un mouvement tourbillonnaire au gaz,
dans le canal.
Le tube interne delimite une serie de fentes inclinees qui sont
dirigees vers l'interieur, vers le centre longitudinal de ce tube et
permettent la communication entre le canal annulaire et l'espace
delimite a l'interieur du tube. Ces fentes provoquent un changement
brutal de direction du courant de gaz tourbillonnaire qui provient du
canal annulaire et penetre dans le tube interne par l'intermediaire
des fentes.
Une chambre collectrice annulaire est delimitee, vers le fond du canal
annulaire, entre la surface interne du tube externe, la surface
externe du tube interne, un dispositif annulaire inferieur de
fermeture, et une nervure annulaire superieure placee au-dessus du
dispositif de fermeture. Cette nervure depasse transversalement de la
face externe du tube interne, vers la face interne du tube externe. Sa
dimension radiale est legerement inferieure a la difference des
diametres des tubes externe et interne. Ainsi, le bord externe de la
nervure et la face interne du tube externe delimitent un passage
etroit qui debouche, vers le bas, dans la chambre collectrice.
La nervure peut aussi comporter des ailettes anti-tourbillonnement (ou
des pales) disposees dans l'ouverture du passage etroit, afin que
l'energie cinetique se transforme en pression. Ainsi, un pourcentage
predetermine du gaz qui tourbillonne dans le canal annulaire est
dirige sous pression dans la petite chambre collectrice inferieure
fermee en augmentant la pression qui y regne.
Un dispositif d'evacuation, par exemple un orifice ou une tuyauterie
d'evacuation, debouchant a travers le tube externe, communique avec
cette chambre collectrice et permet le retrait de la matiere presente
dans cette chambre.
Lors du fonctionnement, du gaz charge de particules penetre a la
partie superieure du canal annulaire.
Les ailettes associees de tourbillonnement assurent la formation d'un
courant tourbillonnaire de gaz. La force centrifuge chasse les
particules les plus grosses contre la face interne du tube externe.
Ces particules separees descendent le long de la surface interne et
penetrent, avec une partie formant gaz de purge, dans la chambre
collectrice annulaire inferieure a partir de laquelle elles sont
evacuees par le dispositif associe a la chambre collectrice.
Lorsque le gaz descend en tourbillonnant dans la chambre annulaire et
effectue plusieurs tours, la matiere particulaire supplementaire en
est separee sous l'action de la force centrifuge.
Apres la separation centrifuge precitee des particules de dimensions
relativement grosse et intermediaire, le long de la partie annulaire
de separation du canal, le gaz partiellement purifie qui descend en
tourbillonnant dans le canal annulaire, atteint les fentes du tube
interne. Ces fentes sont inclinees de maniere que le gaz, lors du
passage du canal annulaire au tube interne, subisse un changement
brutal de direction de circulation lorsqu'il penetre dans les fentes.
Ce changement de direction et de circulation brutal vers l'interieur
provoque le maintien dans le canal annulaire des particules petites
(qui n1 ont pas ete separees initialement du gaz) alors que la plus
grande partie du gaz penetre dans le tube interne et descend par la
partie inferieure ouverte.Les petites particules restant dans le canal
annulaire descendent dans la chambre collectrice inferieure si bien
que l'etape supplementaire de separation est terminee. te gaz epure
sort de chaque separateur par son fond, et les particules separees et
le gaz de purge sortent de la chambre collectrice en direction
transversale. Ainsi, plusieurs de ces separateurs peuvent etre
incorpores a un reservoir ferme et le gaz a purifier peut etre
introduit directement a la partie superieure du reservoir. Cette
caracteristique ne peut pas etre utilisee dans l'appareillage connu
decrit precedemment car les separateurs connus evacuent le gaz epure
vers le haut.Cette structure connue necessite l'attribution de la
chambre superieure au gaz propre provenant des separateurs et impose
l'utilisation d'une chambre intermediaire formant chambre d'entree
d'air, si bien que le reservoir doit comprendre des conduits des tines
a transporter le gaz a epurer a travers la chambre superieure
contenant le gaz propre; afin qu'il penetre dans la chambre
intermediaire d'entree de gaz.
La disposition avantageuse de la chambre d'entree de gaz a la partie
superieure du reservoir, sans presence d'un conduit genant non
seulement supprime un tel conduit mais aussi permet un acces facile
aux tubes des separateurs qui peuvent ainsi etre inspectes ou
entretenus, si bien que le montage et le demontage du reservoir sont
commodes.
Comme les particules separees et le gaz de purge quittent les
separateurs en direction laterale, le gaz purifie peut avantageusement
etre evacue du reservoir vers le bas, sans qu'il se melange a nouveau
aux particules separees.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention seront mieux
compris a la lecture de la description qui va suivre d'exemples de
realisation et en se referant aux dessins annexes sur lesquels la
figure 1 est une coupe longitudinale d'un separateur centrifuge
destine a un reservoir de separation selon un mode de realisation de
l'invention la figure 1A represente une variante d'une partie du
separateur de la figure 1 la figure TE represente des ailettes
anti-tourbillonnement qui peuvent etre utilisees dans l'appareil de la
figure i la figure 1C represente la configuratien d'ailettes de
tourbillonnement la figure 2 est une vue en plan du separateur
centrifuge de la figure 1, representant une serie d'ailettes de
tourbillonnement la figure 3 est une elevation en coupe partielle, a
echelle beaucoup plus petite que les figures 1 et 2, d'un reservoir
contenant plusieurs separateurs centrifuges du type represente sur la
figure 1 les figures 4A et 4B sont des vues en plan re pre sentant des
exemples de disposition de separateurs centrifuges montes dans le
reservoir de la figure 3; et les figures 5A, 5B, 5C, 5D et SE sont des
coupes du tube interne d'un separateur centrifuge tel que repr6- sente
sur la fiture 1, representant diverses configurations avantageuses des
fentes formees dans le #tube interne du separateur de la figure.1.
La figure 1 r e p r e s e n t e un separateur- portant la reference
generale 2. il comprend un tube interne 4 de forme generale
cylindrique, place concentriquement dans un tube externe 6 de forme
generale cylindrique. Le tube interne est dispose dans la direction
longitudinale du tube externe. Un canal annulaire 8 destine a recevoir
un. courant de gaz, est delimite entre la surface interne du tube
externe et la surface externe du tube interne.
Deux plaques 10 et 12 de support de tubes sont disposees vers le haut
et vers le bas du separateur centrifuge. Ces plaques logent et
maintiennent les extremites superieure et inferieure du separateur.-
Une piece circulaire superieure 17 de fermeture obture la partie
superieure du tube interne mais laisse libre celle du canal annulaire
8. Une cloison annulaire inferieure 16 ferme la partie inferieure du
canal mais laisse libre l'extremite inferieure du tube interne.
Dans le mode de realisation avantageux repre- sente sur la figure 1,
les plaques superieure et inf6- rieure, la piece superieure de
fermeture, la cloison annulaire inferieure et les tubes interne et
externe sont formes de metal. L'utilisation de tels elements
metalliques permet une fabrication peu couteuse du separateur, en
comparaison d'ensembles revetus d'une ceramique, souvent necessaires
avec la technique connue. Les tubes metalliques peuvent etre trempes
superficiellement afin que l'erosion soit reduite.
Les plaques superieure' et inferieure 10 et 12 associees aux nombreux
separateurs centrifuges 2 disposes entre les deux plaques et fixes a
elles forment une structure rigide en treillis qui resiste bien a la
flexion vers le bas, a l'affaissement et a la deformation. Les deux
plaques 10 et 12 espacees verticalement jouent le roule des ailes
superieure et inferieure d'une structure en treillis alors que les
separateurs 2 constituent des tirants places entre les ailes.En
consequence, les plaques 10 et 12 qui sont placees horizontalement
peuvent etre re- lativement minces par rapport a celles qui sont
necessaires dans les structures connues de diametre comparable, et
l'ensemble global 10, 12 et 2 de forme cylindrique est relativement
resistant et peut facilement etre supporte comme un panier, par sa
peripherie, a l'aide de l'organe 49 de support decrit dans la suite du
present memoire.
Le separateur centrifuge 2 comporte une serie d'ailettes associees 15
de tourbillonnement disposees dans le canal annulaire 8, vers la
partie superieure de celuici, afin qu'elles donnent un mouvement
tourbillonnaire au gaz present dans le canal. Dans une variante, une
entree tangentielle du gaz par rapport au canal 8 peut donner le
mouvement tourbillonnaire au gaz present dans ce canal.
Une chambre annulaire 14 destinee a collecter les particules separees
et a permettre l'ecoulement d'un gaz de purge est placee a la partie
inferieure du canal annulaire 8. Cette chambre collectrice est
delimitee par la cloison inferieure 16, la surface externe du tube
interne 4, la surface interne du tube externe 6, et un organe 18 en
forme de nervure, monte sur le tube interne et ayant un bord externe
20 tres proche du tube externe.La cloison inferieure qui ferme
l'espace compris entre le tube interne et le tube externe, en
direction perpendiculaire aux surfaces de ces tubes, forme un fond
ferme de la chambre collectrice
La nervure 18 est placee au-dessus de la cloison 16, a la partie
superieure de la chambre collectrice, et est disposee transversalement
depuis la face externe du tube interne 4, vers la face interne du tube
externe 6.
La dimension radiale de cette nervure est legerement inferieure a la
difference entre le diametre interne du tube externe et le diametre
externe du tube interne. Ainsi, le bord 20 de cette nervure 18 et la
face interne du tube externe 6 delimitent un passage etroit 22 qui
debouche vers le bas dans la chambre collectrice 14. La nervure
elle-meme peut etre disposee transversalement ou peut etre inclinee
vers le bas et vers l'exterieur comme indique sur la figure 1A, par
rapport aux surfaces des tubes interne et externe.
Le cas echeant, des ailettes 19 anti-tourbil- lonnement peuvent etre
disposees dans la region du passage 22 et portees par la nervure 18.
Ces ailettes trans forment l1energie cinetique du gaz qui tourbillonne
dans le canal annulaire 8, en une pression si bien qufiil existe une
difference de pressions entre l'lnt rieur de la chambre collectrice 14
et la region 44 qui se trouve a l'exterieur du tube externe, empechant
ainsi l'arret de la matiere particulaire separee et le couplage des
separateurs adjacents.
Un orifice 24 d'evacuation est forme dans la paroi du tube externe 6
et communique avec la partie-infe- rieure de la chambre
collectrice.14. La matiere partie laire qui s'est accumulee dans cette
chambre 14 en est retiree par cet orifice 24 Ce dernier a une
dimension suffisante pour qu'une difference de pressionscomprise en
tre 0,007 et 0,01 bar se maintienne entre le gaz present dans la
chambre collectrice 14 et la region 44 qui se trouve a l'exterieur du
tube externe. La dimension relative des orifices 24 regle la quantite
de gaz de purge evacue par les chambres collectrices individuelles 14
dans la chambre commune 44 (voir figures 1 et 3).
Les fleches 27 representent le courant vers l'exterieur du gaz de
purge qui entraine avec lui la matitre particulaire accumulee, enlevee
de la chambre 14.
Etant donne que la pression dans la chambre 44 est maintenue
volontairement a une pression predeterminee inferieure de 0,007 a O,C1
bar a celle de la chambre amont 14, le courant ne peut pas changer
intempestivement de sens sous l'action des petites differences de
pressions existant entre les chambres 14 de plusieurs separateurs 2.
Comme indique plus en detail dans la suite du present memoire, une
buse 52 a ecoulement critique placee en aval de l'orifice 24 regle le
debit massique total du gaz de purge de tous les separateurs 2, chaque
orifice individuel 24 participant au debit massique total du gaz de
purge en proportion La difference de pressions regnant a chaque
orifice 24 est reglee par la masse du gaz de purge transmis par
l'orifice correspondant, et elle est elle-meme reglee par la masse
totale de gaz de purge s'ecoulant dans la buse 52. Elle a une valeur
constante pour un jeu determinee de conditions de fonctionnement.
Une serie de fentes 26 est delimitee dans le tube interne 4. Ces
fentes permettent au gaz qui tourbil- lonne dans la chambre annulaire
8, de penetrer dans le tube interne, avec un changement net de
direction de circulation, si bien que le courant tourne brutalement
vers l'interieur, dans le tube interne. On considere qu'on obtient les
meilleurs resultats lorsque les fentes sont disposees comme
represente, au-dessous du centre approximatif du tube interne 4, dans
la direction longitudinale.
Les figures SA a SE representent diverses variantes de
configurationsde ces fentes 26. Elles peuvent par exemple etre
normales (figure 5A), chanfreinees (figure 5B), inclinees a l1oppose
du courant (figure 5C), incl4nEes dans le sens du courant (figure 5D)
ou combinees (figures SE).
Une fente normale 26A est disposee perpendiculairement a la tangente a
la composante de tourbillonnement du courant 29 des gaz dans le canal
8 a proximite de la fente, vers l'interieur. Une fente 26C en
opposition est inclinbevers l'interieur, en sens oppose a celui de la
composante de tourbillonnement du courant 29 des gaz dans le canal
annulaire a proximite de la fente. Inversement, une fente 26D de meme
sens est inclinee vers l'interieur dans la meme direction que la
composante de tourbillonnement du courant 29. Une fente chanfreinee
26B converge vers l'interieur du tube interne. La fente 26E est une
combinaison d'une fente normale, d'un premier cote vertical, et d'une
fente en opposition, de l'autre cote vertical.
Comme l'indiquent clairement les figures SA a SE, et comme decrit
aussi dans la suite du pre#sent memoire, les fentes provoquent un
changement-brutal 31 de direction de circulation des gaz qui
tourbillonnaient comme indique par la fleche 29, autour de la
peripherie externe du tube interne 4, et ils penetrent alors
brutalement dans les fentes et creent ainsi brutalement une composante
radiale.
L'importance du changement de direction du courant et la brutalite de
ce changement dependent de la configuration particuliere des fentes
formees dans le separateur et de la position des fentes dans le tube
interne. Comme in dique sur les figures SA a SE, le gaz qui
tourbillonne est representecomme circulant dans le sens anti-horaire
(fleche-29), et le changement de direction du courant 33 le plus grand
est provoque par la configuration des fentes 26C placees en opposition
comme indique sur la figure 5C et par la fente combinee 26E
representee sur la figure SE.
Lors du fonctionnement, le gaz charge des particules penetre comme
indique par la reference 35, a la partie superieure ouverte du canal
annulaire 8, sous l'action des ailettes 15 qui sont courbees dans la
direction axiale comme les pales d'une turbine. Ces ailettes de
tourbillonnement donnent'au gaz qui est introduit un mouvement
tourbillonnaire si bien que le gaz tourne autour de la peripherie
externe de la partie superieure du tube interne 4. La force centrifuge
du mouvement tourbillonnaire provoque l'expulsion vers l'exterieur des
particules les plus grosses contre la surface interne du tube externe
6.
Sous l'action des forces de gravite et du mouvement d'une petite
quantite de gaz de purge 27 quittant le fond de la chambre annulaire
8i les particules separees relativement grosses descendent le long de
la surface interne du tube externe et passent dans le passage etroit
22. Ainsi, les particules separees, avec une partie du gaz de purge,
penetrent dans la chambre-collectrice 14. L'orifice 24 d'evacuation
permet le retrait de la matiere collecte hors de la chambre 14.
Lorsque les particules les plus grosses ont subi une separation
centrifuge initiale, le gaz tourbillonnant qui continue a descendre
dans le canal 8 et subit une separation supplementaire, atteint la
proximite des fentes 26 du tube interne. Corme il existe une dif-
ference de pressions entre la partie superieure et la partie
inferieure du separateur et comme le fond du canal annulaire est ferme
alors que le fond du tube interne est ouvert, le tourbillon gazeux
penetre vers l'interieur dans le tube interne, par les fentes. (En
general, la diffe- rence de pressions entre le haut et le bas du
separateur 2 peut etre de l'ordre de 0,07 A 0,1 bar. En d'autres
termes, il s'agit de la difference de pressions entre le-courant 35
entrant dans le separateur 2 et le courant 37 qui le quitte).
Comme indique precedemment et represente sur les figures SA a SE, la
configuration des fentes est telle que le gaz qui est introduit subit
un changement brutal de direction radiale. Ce changement de direction
du courant provoque une separation supplementaire des particules plus
petites qui n'ont pas encore ete separees lors de l'entree et du
tourbillonnement du gaz dans le canal annulaire. Ces petites
particules restent en arriere lors du changement brutal de direction.
En d'autres termes, etant donne leur inertie, elles continuent a
effectuer un mouvement tourbillonnaire 29 less than f iguresSA a 5E)
dans le canal 8 lorsque le courant change brutalement de direction
vers l'interieur comme indiquE par les references 31 et 33, par les
fentes.En outre, certaines particules frappent les cotes aval 39 des
fentes et sort renvoyees dans le canal annulaire Ces particules qui
sont separees en supplement restent dans le canal annulaire et se
deplacent vers la face interne du tube externe, en descendant dans la
chambre collectrice 14 et au fond de celle-ci alors que le courant
principal de gaz penetre dans le tube interne par les fentes 26. Les
particules separees en dernier sortent de la chambre collectrice avec
celles qui ont ete separees prealablement, par l'intermediaire de
l'orifice 24 d'evacuation comme decrit precedemment.
Apres touts les etapes de separation, le courant tourbillonnaire
principal de gaz epure s'ecoule dans les fentes et dans le tube
interne et descend dans celui-ci pour sortir comme indique par la
reference 37, par le fond du separateur et plus precisement par
l'extremite inferieure ouverte du tube interne.
Pendant la separation decrite, une petite quantite de gaz a purifier
reste dans le canal annulaire et ne passe pas dans les fentes vers le
tube interne. Ce gaz de purge tourbillonne vers le bas, vers la
nervure infF- rieure 18 qui peut porter au moins une ailette
anti-tourbillonnement 19 (figure lB) afin que le courant de gaz soit
dirige dans le passage 22. -En effet, les ailettes
anti-tourbillonnement 19 transforment l'energie cinEtlque en pression
dans la petite chambre collectrice 14, si bien qu'il apparait une
difference#de pressions comprise entre 0,007 et 0,01 bar entre
l'interieur de cette chambre et la region 44 qui se trouve a
l'exterieur du tube externe
Cette difference de pressions empeche le couplage du se- parateur
centrifuge avec d'autres separateurs analogues places au voisinage et
empeche ainsi l'arret des particules collectees dans la chambre
collectrice et le blocage du canal annulaire du separateur. Cette
difference de pressions entre la chambre 14 et la region aval 44
facilite aussi l'evacuation de la matiere de cette chambre.
Bien que les ailettes anti-tourbillonnement soient avantageuses, elles
ne sont pas indispensables. En effet, une partie-de gaz de purge
penetre dans le passage 22 et dans la chambre collectrice 14 sous
l'action de la depression provoquee par la buse a ecoulement critique
et les orifices 24, meme en l'absence de toute ailette
antitourbillonnement.
Comme la chambre collectrice est pratiquement isolee des forces de
tourbillonnement exercees dans le canal annulaire place au-dessus par
la nervure 18, l1ef- fet de ces forces de tourbillonnement sur les
particules collectees dans la chambre 14 est grandement reduit. (Ces
forces reduites peuvent faciliter l'enlevement de la ma tiere
particulaire de la chambre collectrice par les orifices). En outre,
contrairement a certains separateurs connus indiques precedemment, les
particules separees n'ont pas a prendre des virages serres ou a
"sauter" de l'autre cdte d'un espace, car l'entree 22 de la chambre
collectrice 14 se trouve juste au-dessous de la face interne du tube
externe et prolonge celle-ci, sans interne ruption ou changement de
direction.
Ainsi, le mode de realisation considere de l'invention elimine deux
causes essentielles d'erosion due a la circulation des particules
separees dans de nombreuses structures connues. En consequence, les
separateurs selon l'invention, suivant la concentration des particules
dans le gaz a traiter, peuvent etre fabriques sans revetement des
faces interne et externe des tubes externe et interne respectivement
par une matiere redui- sant l'erosion (par exemple un revetement
comateux de matitre plastique utilise dans certains appareils connus),
si bien que le cott des separateurs est reduit de facon importante.
L'utilisation de tubes non revetus permet aussi la formation d'un
reservoir plus leger.
Dans un mode de realisation avantageux, l'espace compris entre le bord
20 de la nervure 18 et la face interne du tube externe 6 est
suffisamment faible pour que les particules de debris relativement
gros qui pourraient boucher l'orifice 24 si elles penetraient dans la
chambre collectrice, ne peuvent pas entrer dans celle-ci.
On considere maintenant un exemple de dimensIons avantageuses pour le
separateur centrifuge decrit prece- demment. Le diametre interne du
tube externe doit etre inferieur a 15 cm et le diametre externe du
tube interne a 10 cm. La longueur des tubes interne et externe est de
preference au moins egale au triple du diametre interne du tube
externe. Les fentes du tube interne ont une lon- gueur d'environ 10 cm
et une largeur d'environ 6,3 mm et, dans un mode de realisation
avantageux, elles sont en nombre compris entre 6 et 12.
Les tubes interne et externe ont de preference une grande longueur. En
fait, la figure 1 represente des tubes dont la longueur est a peu pres
egale a six fois le diametre du tube interne. L'avantage de
l'utilisation de tubes longs est qu'ils forment un plus long canal
annulaire 8 qui peut donner une separation plus efficace de la matiere
particulaire du gaz lorsque ce dernier tourbillonne en descendant dans
le canal avant son entree dans les fentes. Le canal annulaire
relativement long forme un trajet spirale important pour la matiere
particulaire et le gaz qui tourbillonne dans le canal annulaire.
Ce mode de realisation comporte six a huit ailettes 15 de
tourbillonnement dans chaque separateur. Comme indique a plus grande
echelle sur la figure 1C, l'angle
A de la livre inferieure ou d'evacuation 43 de chaque ailette avec
l'horizontale ne depasse pas 30 degres. La vitesse de sortie du gaz
tourbillonnant peut etre comprise entre 30 et 75 mus. La vitesse de
jaillissement des particules plus grosses doit se trouver dans le bas
de cette plage de vitesses alors que celle des particules plus petites
doit se trouver dans la partie la plus haute. Cette vitesse de
jaillissement est representee par la reference 41 sur la figure 1C et
correspond a la sortie du gaz au niveau de la levre aval 43 de chaque
ailette et dans le canal annulaire 8 place sous les ailettes de
tourbillonnement.
La largeur du passage 22 doit etre comprise entre 1,6 et 3,2 mu afin
que les debris ou particules de grande dimension ne puissent pas
penetrer dans la chambre collectrice et boucher l'orifice 24. Ceux-ci
sont au nombre de trois ou quatre.
On se refere maintenant a la figure 3 qui repre sente un reservoir de
separation, ayant avantageusement plusieurs separateurs centrifuges
selon l'invention et por tant la reference generale 28. Ce reservoir
est delimite par une enveloppe externe 30. Une couche d'isolation
thermique refractaire 32 est fIxee a l'interieur de cette enveloppe.
Un passage 34 d'entree de diametre reduit est forme a la partie
superieure du reservoir et un passage analogue de sortie 36 formant un
col est dispose a la partie inferieure du reservoir. Un corps
principal poru tant la reference generale 40 est forme entre les
passages d'entree et de sortie.
Le corps principal 40 du reservoir de separation est represente a
l'aide d'une configuration generale cy- lindrique, utile lorsque la
pression interne est leviee et il est divise en trois parties: une
chambre superieure 42 d'entree de gaz, placee sous le passage 34
d'entree, une chambre annulaire intermediaire 44 de separation des
particules, et une chambre Inferieure 46 d'evacuation de gaz epure qui
rejoint le passage 36 de sortie place audessous.
La chambre annulaire 44 de separation est deli- mitee par les plaques
superieure et inferieure 10 et 12 (representees sur la figure 1) et
une paroi laterale annulaire 48. La chambre de separation contient
plusieurs separateurs 2. Les extremites superieures des tubes interne
et externe des separateurs passent par des orifices de la plaque 10 et
debouchent dans la chambre 42 d'entree placee au-dessus. Les
extremites inferieures des tubes interne et externe des separateurs
passent par des oriw fices de la plaque inferieure 12 et debouchent
dans la chambre 46 d'evacuation de gaz epure. Des trous destines a
loger des separateurs sont alignes axialement dans les plaques afin
que les separateurs cylindriques soient disposes verticalement
lorsqu'ils ont ete introduits.
Les orifices 24 d'evacuation des separateurs 2 relient les chambres
collectrices 40 de chaque separateur a la chambre 44 de separation.
Une premiere extremite d'un conduit 50 destine-a entrainer le gaz 27
de purge charge de particules communique avec la chambre 44 de
separation alors que l'autre extremite passe par la sortie inferieure
d'evacuation de gaz propre et rejoint une buse 52 a ecoulement
critique representee en dehors du reservoir. Ainsi, il existe une
communication entre l'in terieur des chambres collectrices
individuelles 14 des separateurs et 11 exterieur du reservoir, pour 11
evacuation du gaz de purge charge des particules.
La buse 52 a ecoulement critique regle la quantite de gaz de purge 55
evacuee hors de la chambre de separation#par le conduit 50. De
preference, la quantite de gaz evacue par ce conduit est comprise
entre environ 0,25 et 2 percent du gaz 25 introduit dans lereservoir.
De toute maniere, la quantite de gaz de purge 55 doit suffire a
l'entrainement de la matiere particulaire collectee qui s'est deposee
dans la chambre de separation, en provenance des chambres collectrices
des separateurs individuels.
En outre, la buse a ecoulement critique, en reglant le debit de gaz
provenant de la chambre de separation, regle la difference de pressios
entre les chambres collectrices des separateurs individuels et la
region qui se trouve a l'exterieur, comme decrit precedemment. Cette
difference de pressions empeche le couplage des separateurs
individuels et evite l'accumulation de matiere dans les chambres colle
ctrices ou dans le canal annulaire place audessus. En outre, la
difference de pressions entre ces chambres collectrices 14 et la
chambre 44 de separation du reservoir facilite l'evacuation de la
matiere des chambres collectrices dans la chambre de separation, comme
decrit precedemment.
Un soufflet 51 destine a permettre la dilatation et la contraction
relie le conduit 50 au col 36. Comme la temperature de fonctionnement
dans le reservoir peut atteindre une valeur tres elevee (environ
7000C), le soufflet empeche l'application de contraintes excessives au
conduit, par dilatation et contraction.Les hommes du metier savent
bien comment empecher l'accumulation des particules se parees dans les
plis du soufflet, par exemple par entrant nement continu par de la
vapeur veau. Comme l'indique la figure 3i le soufflet est place dans
le reservoir a un endroit donnant facilement acces pour l'inspection,
l'entretien ou le remplacement par une porte amovible 53 formee dans
la paroi 63 de support de la structure
La chambre de separation est suspendue et supportee a 11 Interieur du
reservoir par un support 54. Celuici peut etre fixe a la paroi
laterale cylindrique 48 ou peut etre solidaire de celle-ci, et
l'ensemble peut ainsi former une structure analogue#a un panier et
permettre le support de la chambre 44 de separation.Le support 54 a
une forme cylindrique dont la partie superieure est fixee a
l'interieur du reservoir 28. Sur la figure 3, la partie superieure du
support 54 est fixee a la face interne de l'enveloppe externe 30.
Comme indique sur la figure 3, le support 54 isole la chambre 42
d'entree de la chambre 46 de sortie et empeche ainsi toute possibilite
pour le gaz et les particules qu'il contient de s'ecouler en dehors de
la chambre de separation 44.
Dans une variante, des organes de support non representes peuvent etre
places sous la plaque 12 de la chambre 44 afin qu'elle soit
portee#par-dessous. Dans ce mode de realisation, les organes de
support sont fixes a l'interieur de l'enveloppe 30 et depassent sous
la plaque 12 afin qu'ils permettent une dilatation et une contraction
relatives des differents organes. En outre, comme indique
precedemment, #n dispositif destine a isoler la chambre 42 d'entree de
la chambre 46 de sortie peut etre place entre la partie superieure de
la chambre 44 de separation et le reservoir 28 afin que le gaz et les
particules qu'il contient ne puissent pas passer ailleurs que dans la
chambre de separation, c'est-a-dire autour de sa peripherie.
Le support 54 est represente avec une isolation partielle 61 destinee
a reduire les contraintes thermiques.
L'isolation 61 du support 54 est souhaitable car, lors du
fonctionnement, Itinterieur du reservoir peut atteindre des
temperatures d'environ 7000C, alors que l'enveloppe 30 du reservoir
isole est maintenue a une temperature nettement plus faible, de
l'ordre de 150 a 2000C.
La figure 4 represente deux arrangements possibles d'une plaque
tubulaire selon l'invention. La zone circulaire la plus grande
represente la plaque inferieure 12 et les petits orifices circulaires
56 representent les trous formes dans celle-ci pour le passage des
separateurs indIviduels 2.
Lors du fonctionnement, le gaz 25 charge de particules penetre par
l'entree 34 et dans la chambre 42. Le gaz s 1ecoule entre les ailettes
de tourbillonnement des separateurs 2 comme represente par les fleches
35, si bien que le gaz subit un tourbillonnement intense comme indique
par la fleche 41. Comme decrit precedemment, la matiere particulaire
se separe du gaz et les particules separees et une partie de gaz de
purge penetrent dans les chambres collectrices inferieures 14 des
separateurs 2.Les particules separees et le gaz de purge des cham#bres
14 dessepa- rateurs sortent lateralement par les orifices 24 d'evacua-
tion et dans la zone 44 de separation, et ils sont expul ses du
reservoir par le conduit 50 et la buse 52 comme indique par la fleche
55.
Le gaz propre 37 sort des separateurs vers le bas par la partie
inferieure ouverte du tube interne 4, penetre dans la chambre 46
d'evacuation directement par la partie inferieure des separateurs, et
s'ecoule par la sortie 36 vers le conduit 58 de sortie comme indique
par la fldc-he 59.
Il apparait ainsi que l'utilisation des separa- teurs representes sur
la figure 1 (dans lesquels le gaz epure est evacue vers le bas par la
partie inferieure du separateur et les particules separees sont
evacuees lateralement) dans le reservoir de la figure 3 permet
avantageusement a la partie superieure du reservoir de jouer le rible
d'une chambre d'entree de gaz charge de particules.
Cette disposition n'est pas possible dans les reservoirs connus de
separation parce que les separateurs rejettent le gaz epure vers le
haut, Si bien que la chambre superieure doit Ftre utilisee pour
l'evacuation du gaz epure.
Cette disposition necessite l'utilisation d'un conduit destine a
transporter le gaz introduit a travers la chambre superieure vers la
chambre centrale de separation du reservoir, avec un arrangement
complique de tuyauteries de raccordement.
Dans le mode de realisation de la figure 3 selon l'invention, les
conduits precites utilises de manier connue sont a v a n t a g e u s e
m e n t elimines car l'utilisation des separateurs permet
ltutilisation de la chambre superieure comme chambre d'entree de gaz.
L'elimination des conduits d'entree reduit le prix de construction et
de fabrication du reservoir.
En outre, le reservoir peut etre rdparF et entretenu de facon tres
facile etant donne que l'acces aux tubes des separateurs n'est pas
empeche par les conduits d'entree et les cloisons utilisees de maniere
classique.
Comme les particules separees sont evacuees lateralement par les
separateurs, le gaz epure peut sortir avantageusement par la partie
inferieure des sEpa- rateurs, vers le bas, sans nouveau melange avec
les particules separees. De cette maniere, le gaz qui se trouve dans
le reservoir descend depuis son entree dans le xe servoir jusqu'a sa
sortie. Au contraire, les reservoirs connus admettent le gaz en
direction descendante, evacuent le gaz purifie en direction ascendante
et evacuent les particules separees en direction descendante.
Ainsi, ce mode de realisation de l'invention constitue un reservoir
peu complique etant donne que le courant principal de gaz s'ecoule
toujours vers le bas, contrairement aux reservoirs connus dans
lesquels le gaz penetre en descendant mais sort en remontant.
L'utilisation de plusieurs separateurs ayant de longs tubes etroits
augmente le rendement. En outre, comme decrit precedemment, le
rendement de fonctionnement e s t a c c r u par l'utilisation des
separateurs qui donnent des etapes plus distinctes de separation que
dans les appareils connus.
Les tubes des separateurs forment eux-memes des tirants disposes entre
les plaques et augmentent notablement la resistance mecanique de la
structure, si bien que la construction peut etre plus legere et moins
onereuse. Ces plaques peuvent supporter des forces importantes
appliquees par les courants de gaz entrant et sortant. Simultanement,
l'arrangement forme par les plaques et les separateurs individuels
delimite la chambre 44 de separation du reservoir 28.
Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportees par
l'homme de l'art aux dispos i- t i f s qui viennent d'etre decrits
uniquement a titre d'exemples non limitatifs-sans sortir du cadre de
l'invention,
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Reservoir de separation centrifuge d'une matiere particulaire
entrainee par des gaz a epurer, ledit reservoir etant caracterise en
ce qu'il comprendun boitier principal (30) ayant un passage (34)
d'entree de gaz a sa partie superieure et un passage (36) de sortie de
gaz a sa partie inferieure,des cloisons (10, 12) placees dans le
boitier et delimitant une chambre superieure (42) d'entree de gaz, une
chambre intermediaire (44) de separation, et une chambre inferieure
(46) d'evacuation de gaz epure,la chambre superieure d'entree de gaz
etant adjacente au passage d'entree place au-dessus et communiquant
directement avec lui, la chambre inferieure d'evacuation de gaz epure
etant adjacente au passage de sortie de gaz place au-dessous et
communiquant directement avec lui,les cloisons comprenant des plaques
superieure et inferieure (10, 12) a tubes delimitant entre elles la
chambre de separation,plusieurs separateurs centrifuges (2) disposes
verticalement dans les deux plaques et dans la chambre de separation
entre ces plaques, chaque separateur ayant un tube interne et un tube
externe (4, 6), le tube interne ayant un diametre externe inferieur au
diametre interne du tube externe et etant dispose verticalement
coaxialement au tube externe, si bien qu'un canal annulaire (8) est
forme entre ces tubes, le tube interne etant ferme a son extremite
superieure et ouvert a son extre- mite inferieure, le canal annulaire
etant ouvert a son extremite superieure et ferme a son extremite
inferieure, le tube interne ayant plusieurs fentes longitudinales (26)
assurant la communication entre la partie inferieure du canal
annulaire et l'interieur du tube interne,les parties superieures
ouvertes des canaux annulaires.(8) des separateurs communiquant
directement avec la #chambre (42) d'entree afin qu'ils admettent le
gaz descendant charge de particules provenant de la chambre d'entree
dans chaque canal annulaire,plusieurs ailettes (15) de
tourbillonnement placees dans la partie superieure ouverte de chaque,
separateur afin que le gaz charge de particules place dans le canal
tourbillonne autour du tube interne lorsque ce gaz descend dans le
canal, avec separation des particules du gaz qui tourbillonne par un
effet centrifuge,les particules du gaz qui tourbillonne subissant une
separation supplementaire lorsque le gaz change brutalement de
direction et s'ecoule vers 11 interieur par les fentes
jusqu'd;;L'interieur-du tube interne,les extremites inferieures
ouvertes des tubes internes (4) des separateurs communiquant
directement avec la chambre inferieure de gaz epure,un
dispositif-destine a expulser les, particules separees et un gaz de
purge depuis la partie in ferieure des canaux annulaires (8) des
separateurs et communiquant avec la chambre intermediaire de
separation du reservoir afin que les particules et le gaz de purge
soient evacues, etun conduit (50) communiquant avec le fond de la
chambre de separation et destine a entrainer le gaz de purge et les
particules separees,le gaz a purifier etant introduit dans le
reservoir par la chambre superieure #'entree de gaz, puis descendant
dans plusieurs separateurs centrifuges disposes verticalement dans la
chambre intermediaire de separation dans laquelle le gaz est epure, le
gaz sortant finalement en descendant des separateurs, dans la chambre
inferieure d'evacuation de gaz epure, en descendant et en sortant par
le passage de sortie.2. Reservoir selon la revendication l, terise en
ce que le dispositif d'expulsion des particules separees et du gaz de
purge des parties inferieures des chambres annulaires des separateurs
comprend un orifice (24) d'evacuation forme dans chaque separateur et
communiquant avec la chambre intermediaire de separation, etune buse
(52) ecoulement critique placee dans -le conduit (50) et destinee a
regler le debit massique total du gaz de purge et de particules
separees afin que le debit de gaz de purge et de particules separees
dans chaque orifice d'evacuation des separateurs soit regle.3.
Reservoir selon l'une des revendications 1 et 2, caracterise en ce que
la chambre intermediaire de separation (44) delimitee entre les
plaques superieure et inferieure (10, 12) est renforcee par les
separateurs centrifuges (2) qui sont fixes aux deux plaques et
assurent ainsi une augmentation de la resistance de la chambre
intermediaire de separation..4. Reservoir selon la revendication 3,
caracterise en ce qu'il comprend en outre un dispositif (54) raccorde
uniquement au perimetre des plaques superieure et inferieure (10, 12)
afin qu'il supporte ces plaques, ce dispositif delimitant la chambre
intermediaire uniquement a sa peripherie, sous forme d'une structure
en forme de panier, et un dispositif (61) d'isolation ther- mique du
dispositif de support de la chambre intermkdiaire, si bien que les
separateurs et les plaques forment une structure simplifiee, les
separateurs raccordes aux plaques jouant le rle de tirants d'armature
permettant a l'ensemble de la structure en forme de panier d'etre
relativement legere mais robuste.5. Reservoir selon la revendication
2, carac terise en ce quele conduit (50) descend verticalement dans la
chambre (46) d'evacuation de gaz epure, etle conduit (50) est relie au
reservoir par un soufflet (51) qui peut se dilater et se contracter.6.
Reservoir selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise
en ce que chacun des separateurs centrifuges comporte en outreune
nervure annulaire (20) placee dans le canal annulaire (8) au-dessous
des fentes (26) e une certaine distance du fond du canal annulaire,
cette nervure (20) etant fixee a la face externe du tube interne et
etant dirigee vers la surface interne du tube externe, la peripherie
de la nervure annulaire etant proche de la surface interne du tube
externe afin qu'un passage etroit (22) soit delimite entre le tube
externe (6) et la peripherie de la nervure annulaire (20),la nervure
annulaire, la face interne du tube externe et la face externe du tube
interne delimitant une chambre collectrice (14.) vers la partie
inferieure du canal annulaire (8),le-passage etroit (22) reliant la
partie inferieure du canal annulaire a la chambre collectrice de
maniere que les particules separees du gaz qui tourbillonne descendent
dans le canal annulaire puis dans le passage etroit et penetrent dans
la chambre collectrice, etle dispositif d'expulsion des particules
separees et du gaz de purge des differents separateurs assure la
communication entre les chambres collectrices individuelles des
separateurs et la chambre de separation delimitee entre les plaques.
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