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SEPARATEUR DE MELA.NGES LIQUIDES GAZf SPECIALEiENT COMME COLLECTEUR POUR LES GENERATEURS DE VAPEUR FORMES PAR UNE PLURALITE D'ELEMENTS TUBULAIRES .REUNIS ENTRE EUX PAR VOIE HYDRAULIQUE.
L'objet de la présente invention concerne un séparateur de mélan- ges de liquides et gaz, spécialement comme collecteur pour les générateurs de vapeur, formé par une pluralité d'éléments tubulaires reliés entre eux par voie hydrauliqueo
Il est notoire ¯que surtout à l'égard des collecteurs pour géné- rateurs de vapeur les chaudières modernes ont une nappe dévaporation limi tée, aussi le mélange eau-vapeur est forcé de parcourir un trajet assez long pour atteindre le collecteur-séparateur et l'eau un trajet plus long encore pour être remise en circulation, ce qui exige bien souvent l'usage d'une pom- pe de circulation.
D'autre part, le collecteur, étant par trop sensible aux flux du mélange, il ne parvient pas à réaliser une bonne séparation, et par conséquent un titre élevé de vapeur, si bien qu'il vient engendrer des ondoie- ments et une certaine instabilité de niveauo Pour ce qui concerne les chau- dières à haute et à très haute pression, la construction de grans collecteurs vient se heurter contre de considérables difficultés, surtout par rapport aux chaudières marines qui imposent non seulement un encombrement limité, mais encore de toutes particulières garanties de sûreté, tandis que pour les gran- des unités un seul collecteur se révèle en général un système qui coûte cher, d'autant plus qu'il faut surmonter maints obstacles pour leur raccordement, les collecteurs de type connu devant être disposés en dehors du contact des gaz,
la considérable épaisseur des parois ne consentant pas le passage d'un flux thermique élevé, qui pourrait compromettre la stabilitéo Cette condi- tion ne permet pas la réalisation de chambres étanches de combustion, dans lesquelles la combustion puisse avoir lieu sous pression, ce qui constitue- rait évidemment un avantage au point de vue de l'encombrement et des frais d'installation et de service. La haute résistance du circuit de raccordement au collecteur empêche la rapide circulation de l'eau et partant une produc- tion spécifique plus élevée du générateuro Le mode de réalisation des collec- teurs de type connu vient en sus limiter la forme de la chaudière et s'oppose
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à la prédisposition de modifications.
Les désavantages et les difficultés sus-énoncés sont suppri- més par le séparateur selon l'invention, qui se caractérise substantielle- ment en ce qu'il est constitué par une pluralité d'éléments tubulaires, re- liés entre eux par voie hydraulique par l'intermédiaire de quelques tron- çons déplacés, au moins en partie, les uns sur les autres, et/ou disposés, au moins en partie, de manière telle que leurs axes viennent former un. angle différent de 180 , de façon à engendrer, au passage des fluides, des chan- gements de direction susceptibles d'améliorer la séparation de ces fluides, chaque élément tubulaire étant relié hydrauliquement avec au moins deux au- tres éléments tubulaires du séparateur.
Grâce au séparateur selon l'invén- tion et à une disposition convenable des tubes, on peut réaliser toute va- riation de la surface évaporante en fonction de la position du niveau li- quide.
L'invention sera du reste mieux comprise au cours de la descrip- tion suivante, référée aux dessins annexés, donnés à titre uniquement illus- tratif nullement limitatif de l'invention.
Les figures 1 - à 4, montrent, en coupe transversale, différents types de séparateurs présentant de quatre à cinq éléments tubulaireso
La figure 5 - montre un séparateur dont les tubes sont disposés en quinconce.
La figure 6 montre en élévation un séparateur dont les tubes sont disposés sur des plans superposéso
La figure 7 est une variante de la figure 6.
Les figures 8-9-10, montrent respectivement en élévation latéra- le, en plan et en élévation frontale, un collecteur dont les tubes sont reliés de manière verticale et horizontale.
La figure 11 montre, en coupe, un collecteur à conduites disposées de façon telle que la surface de la nappe évaporante est soumise à une loi spéciale de variation en fonction de la position du niveau liquide.
Selon les figures 1 et 2, les éléments tubulaires 2 et 2' en nom- bre de quatre, sont disposés aux sommets d'un quadrilatère ayant deux côtés substantiellement horizontaux et une diagonale horizontale. Les quatre tubes sont reliés l'un à l'autre par voie hydraulique (le long des côtés du quadri- latère) au moyen des tronçons 4 et 4' (ces tronçons pouvant être déplacés ré- ciproquement, soit pour permettre une facile réalisation de l'élément, soit pour obliger le mélange à des fréquents changements de direction susceptibles d'accélérer la séparation de la vapeur du liquidée) Dans l'exemple de la fi- gure 2, un certain nombre de tronçons verticaux 5 relient les tubes plus hauts aux tubes plus bas, le long de la diagonale.
La vapeur est prélevée par le haut à travers la conduite 6 (6'), alors que le mélange eau-vapeur, provenant de la chaudière, entre dans la conduite 7 (7') et l'eau redescend par les conduites 8 (8') qui partent d'en bas et se trouvent en communication avec les tubes de descente de la chaudière, de façon à réaliser le retour en cir- culation de l'eau, en place, tout en évitant les pertes de charge dans les longues conduites qui, dans un collecteur du genre connu, unissent celui-ci à ces tubes de descente. C'est-à-dire que l'on vient réaliser une circula- tion localisée en tout point de la chaudière, ce qui permet d'augmenter no- tablement la vitesse de circulation et donc la production unitaire du géné- rateur.
Ajoutons à tout cela la simplicité de construction de l'élément qui, étant réalisé au moyen de tubes de diamètre limité sur celui exigé par un seul collecteur cylindrique de genre connu, de la même contenance, permet l'usage d'épaisseurs limitées et la réalisation d'un profil longitudinal en plan, de n'importe quelle forme, (rectiligne, circulaire, quadrangulai- re, polygonale, etc.) apte à suivre la forme en plan de la chaudière et de consentir, par conséquent, le raccordement localisé direct avec les tubes de descente, de la manière précédemment énoncée.
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Les avantages et les fins envisagées sont les mêmes pour tou- tes les formes de réalisation illustrées,
Dans les figures 3 et 4, les éléments tubulaires du collecteur 8 (8') sont au nombre de cinq, dont quatre disposés sur les sommets d'un quadrilatère ayant deux côtés horizontaux et un au centre de la figure. Dans la figure 3, les tronçons de raccordement sont disposés selon les diagona- les et selon les deux côtés horizontaux, tandis que dans la figure 4, ces tronçons sont disposés selon les quatre côtés et selon la moyenne verticale.
La vapeur est'prélevée de la conduite 9 (9'), le mélange pénétrant par le haut à travers la conduite 10 (10') dans un endroit éloigné de la zone de prélèvement de la vapeur. L'eau entre en circulation à travers les condui- tes verticales inférieures 11 (11').
Selon la figure 5, les tubes sont disposés en quinconce..
Les tubes supérieurs et inférieurs sont reliés entre eux par des tronçons horizontaux 14 et verticaux 16, les tubes intermédiaires, dé- placés réciproquement, étant reliés aux tronçons horizontaux 14 par des tron- gons verticaux 18. Les conduites inférieures 20 se trouvent en communication avec les tubes'de descente du générateur, en vue d'engendrer la circulation localisée. La surface de la nappe d'évaporation dans le collecteur est en outre influencée, de manière limitative, par le niveau dans le collecteur lui- même, si les tronçons d'assemblage 4 affectent une section telle à ne point consentir une variation appréciable de la section baignée horizontale sous la variation du niveau.
Dans la figure 6, est montré un élément constitué par deux groupes symétriques, dont chacun formé par une pluralité de tubes 22, à l'axe parallèle, disposés selon des plans verticaux parallèles et assemblés par des tronçons verticaux 24. Les tubes supérieurs et inférieurs sont en outre reliés par des tronçons horizontaux 26.
Chaque groupe est pourvu d'un circuit auxiliaire, formé par trois tubes 28, assemblés par les montants 30 et par les tubes inclinés 32, qui se trouvent en communication avec la partie inférieure de l'élément à tra- vers la conduite 34 et avec la partie supérieure par l'intermédiaire de la conduite 36.
Les conduites 42 sont prévues pour le prélèvement de la vapeur les conduites 44 pour l'entrée du mélange eau-vapeur, la conduite 46 pour l'eau d'alimentation, les conduites 48 pour le retour, et la circulation lo- caliséeo Les tubes faisant partie du faisceau 32 peuvent se trouver en con- tact entre eux le long d'une génératrice, de sorte à engendrer une paroi de tubes de protection pour les tubes 22, cette paroi étant susceptible de consti- tuer le plafond de la chambre de combustion du générateur et de faire fonction d'élément vaporisant.
Le collecteur de la figure 7, montre une variante du collecteur précédemment décrit, dont les parties correspondantes à celles que nous ve- nons de décrire, sont marquées par les mêmes signes de repère, auxquels on a ajouté une apostrophe. Il va sans dire, que le groupe illustré ne prévoie pas un deuxième groupe symétrique avoisinant, et la différence entre les deux collecteurs est constituée exclusivement par le nombre des tubes 22' et par l'orientation du faisceau de tubes 32' du circuit auxiliaire.
Selon les figures 8,9,10, nous-voyons un collecteur formé par des tubes 50 aux axes parallèles, assemblés par des tronçons, soit verticaux 52, soit horizontaux 54, ces derniers étant déplacés l'un sur l'autre de manière réciproque. Le long d'une partie au moins, du périmètre du plan inférieur des tubes 50, sont disposés les tubes de descente 56 pour le retour et pour la circulation localisée. Un tube horizontal supérieur 58, faisant fonction de séparateur, vient rassembler toutes les conduites verticales 60 d'arrivée du mélange eau-vapeur.
Le collecteur est pourvu d'un petit collecteur auxiliaire latéral 62, relié supérieurement et inférieurement au collecteur principal et destiné aux appareils de contrôle du niveau 64 et éventuellement préposé à recevoir l'eau d'alimentation de la conduite bridée 66, et à permettre le prélèvement
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de la vapeur de la conduite supérieure 68. Plusieurs unités du type sus- mentionné peuvent être réliées l'une à l'autre, par l'intermédiaire de la conduite bridée 70.
Dans la figure 11, les tubes 72 sont disposés de manière telle à pouvoir engendrer une zone centrale où le volume utile est.notablement a- moindri, ce qui entraîne une importante diminution de la surface évaporante sur les extrémités inférieures et supérieures du collecteur.
C'est-à-dire que l'on a réalisé deux zones de volume plus grand dans les parties inférieure et supérieure, et une zone plus étroite à la partie centrale.
On obtient, en substance, une sensibilisation de la variation du niveau à la zone centrale et par conséquent la possibilité d'une plus prompte et plus efficace régularité du génératuer en fonction des variations de niveau susmentionnées.
Il est évident qu'il est encore possible de réaliser, au contrai- re, une stabilisation du niveau à la zone centrale pourvu que l'on dispose les tubes de manière que le volume maximum se manifeste à la zone centrale et un volume plus réduit aux extrémités supérieure et inférieure du collec- teur.
Les éléments que nous venons de décrire peuvent être disposés dans l'enveloppe du générateur de vapeur ou respectivement à l'extérieur, et servir spécialement pour les chaudières à haute pression.
En pratique, les détails de réalisation de l'élément peuvent toujours varier, par exemple pour ce qui concerne la disposition des tubes, leur raccordement, la disposition des conduites d'arrivée de retour, de pré- lèvement de vapeur et d'alimentation, sans pour cela sortir du cadre de l'in- vention et partant du domaine de protection du brevet dont il s'agite
De manière analogue, les tubes qui selon la description ont un axe horizontal pourront toujours avoir l'axe vertical ou incliné. Cette der- nière disposition permettra alors de réaliser un récipient à surface d'évapo- ration constante, suivant la variation du niveau. De la même façon, les axes des éléments pourront être parallèles, radiaux, etc., ou encore s'orienter de n'importe quelle manière, les uns par rapport aux autres.
REVENDICATIONS..
1. Séparateur de mélanges liquides-gaz ou liquides-vapeurs, spé- cialement comme collecteur pour générateurs de la vapeur, caractérisé en ce qu'il est constitué par une pluralité d'éléments tubulaires, reliés entre eux par voie hydraulique au moyen de tronçons, déplacés au moins en partie les uns sur les autres, et/ou disposés au moins en partie de manière telle que leurs axes viennent former un angle différent de 180 , de sorte à engen- drer, au passage du fluide, des changements de direction susceptibles d'a- méliorer la séparation des fluides, chaque élément tubulaire étant relié hy- drauliquement avec au moins deux autres éléments tubulaires du séparateur.