Invention de Raymond Bischoff
La présente invention a trait à un dispositif servant à la séparation de phases d'un fluide se présentant sous une phase gazeuse et
une phase liquide, disposé dans le coude d'une conduite coudée véhiculant ledit fluide et comprenant, d'une part une rangée d'ailettes creuses modifiant la direction du' fluide et munies d'ouvertures par lesquelles le liquide récolté par les ailettes passe dans la cavité interne de celles-ci
et, d'autre part, des moyens servant à évacuer le liquide récolté dans la cavité interne des ailettes.
Un tel dispositif est utilisé notamment dans une installation de turbine à vapeur dans les conduites menant aux étages basse pression.
Dans ces conduites, il arrive que le fluide soit à l'état de vapeur humide et l'on constate, par l'érosion de la paroi intra-dos des ailettes des coudes des conduites véhiculant un tel fluide biphasé, que la partie vapeur sèche est déviée en direction par le. tracé des ailettes du coude et que par contre la partie liquide en gouttelettes poursuit son parcours en ligne sensiblement droite jusqu'au contact avec une paroi des ailettes où elle forme une pellicule liquide.
On constate donc qu'il y a, au niveau d'un coude portant des ailettes, une séparation entre les phases vapeur et liquide du fluide véhiculé provenant de la différence de parcours des deux phases qui possèdent des masses spécifiques très différentes.
Or, dans le transfert par tuyauteries ou l'utilisation dans une turbine d'un fluide contenant une phase gazeuse et une phase liquide, la présence de la phase liquide présente des inconvénients sous la forme d'érosion et de corrosion et on a donc intérêt à séparer la phase liquide de la phase vapeur et à l'évacuer à l'extérieur des enceintes où elle est néfaste.
Un tel dispositif permet de séparer à grande vitesse la phase liquide de la phase vapeur d'un fluide et d'évacuer cette phase liquide, ce qui permet, en diminuant le taux d'humidité du fluide en aval du coude, de diminuer l'action corrosive de la phase liquide restante sur les tuyauteries aval qui peuvent alors être constituées par des matériaux moins sophistiqués.
Dans le dispositif connu tel que décrit dans le brevet britannique n[deg.] 1092348 chaque ailette creuse est munie d'une ouverture située au voisinage de leur extrémité arrière sur la face intrados.
Dans le dispositif connu les ailettes creuses sont montées sur un réservoir relié à une zone bassse pression de l'installation. Ainsi la pellicule qui se forme sur la phase intrados de l'ailette est aspirée par l'ouverture ménagée dans celle-ci.
L'ouverture étant placée à l'extrémité arrière de l'ailette cachée par l'ailette qui la précède, les gouttelette d'eau n'atteignent jamais directement cette ouverture.
Un tel dispositif présente un inconvénient : en effet, en raison de l'existence de la zone basse pression, la phase liquide a tendance à se volatiliser partiellement dans les conduits d'évacuation si bien que cette évacuation s'en trouve contrariée.
Le dispositif selon l'invention permettant d'éviter cet inconvénient est caractérisé en ce que chaque ailette comporte une ou plusieurs ouvertures placées sur une partie de leur intrados non cachée par l'ailette la précédant dans la rangée et atteinte directement par le fluide au bout de sa trajectoire sensiblement rectiligne.
Dans le dispositif selon l'invention, la phase liquide passe dans la cavité interne des ailettes non pas par aspiration due a la zone basse pression mais sous l'effet de 3 facteurs.
- L'énergie cinétique restante de la composante moyenne de la vitesse parallèle à la paroi de la phase liquide. Cette composante peut être importante si l'angle d'impact des gouttes liquides sur les ailettes est faible, il suffit pour cela que le coude à ailette soit judicieusement dessiné.
- La surpression qui règne sur la face intrados des ailettes par rapport à la pression moyenne de la veine fluide dans le coude. Cette surpression, combinée à la composante moyenne de la vitesse parallèle à la paroi de la lame liquide, permet une très bonne évacuation de cette lame liquide par les ouvertures pratiquées dans la face intrados des ailettes et communiquant avec la cavité interne des ailettes.
Cette surpression est par contre très faible sinon nulle vers le bord de fuite dans le dispositif du brevet britannique n[deg.] 1092348.
- L'utilisation de l'énergie cinétique totale des gouttelettes qui rencontrent directement les fentes dans leur parcours.
Selon une réalisation particulière de la présente invention, lesdites ouvertures sont des fentes longitudinales pratiquées dans la surface intrados des ailettes perpendiculairement au 'plan formé par les axes respectifs des deux tuyauteries raccordées par le coude.
Selon une autre réalisation de l'invention, des ailettes directrices sont disposées le long desdites fentes.
Ces ailettes directrices permettent de dévier la vitesse de la lame liquide dans la direction désirée dans la cavité interne de l'ailette pour son évacuation.
Selon une autre réalisation, la surface intrados est partiellement ouvragée pour former des gouttières à l'amont des fentes de récupération.
Selon une réalisation de l'invention, la cavité interne des ailettes débouche au moins à une de leurs extrémités à l'extérieur du coude.
Selon une réalisation, des organes de renfort et de guidage de la phase liquide sont placés à l'intérieur de la cavité.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention, faite ci-après en référence au dessin annexé dans lequel :
La figure 1 montre un coude à ailettes reliant une tuyauterie verticale à une tuyauterie horizontale La figure 2 montre à l'échelle agrandie en coupe partielle deux ailettes dans le coude La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2 La figure 4 est une coupe selon IV-IV à l'échelle agrandie de la figure 1 montrant la bâche collectrice de l'eau récoltée par les ailettes. La figure 5 est la variante d'une ailette similaire à la figure 2 en vue partielle montrant des ondulations'd'écoulement. La figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI de la figure 5.
Sur la figure 1, une conduite 1 de section circulaire et d'axe vertical est reliée à une conduite 2 de section circulaire et d'axe horizontal par l'intermédiaire d'un coude 3 comportant en son intérieur des ailettes 4 destinées à améliorer les conditions aérodynamiques de l'écoulement du fluide véhiculé par les tuyauteries. Il s'agit par exemple de vapeur humide dans une installation de turbine à vapeur dans son transfert entre corps haute pression et corps basse pression.
Sur la figure 2 on a représenté une partie seulement du coude 3 montrant un canal 5 entre deux ailettes 4. Comme on le voit sur la figure, les ailettes 4 comportent une cavité intérieure 6 communiquant avec le canal 5 par des fentes longitudinales 7 perpendiculaires au plan formé par les axes des conduites 1 et 2. La figure 3 qui est une coupe selon III-III de la figure 2 montre une fente 7. Dans un tel canal 5, le trajet de la vapeur sèche est représenté par une ligne en trait mixte 8 qui suit sensiblement la géométrie du canal, et la phase liquide mélangée à la vapeur sèche poursuit son chemin en ligne droite jusqu'à la rencontre avec la paroi intrados 9 de l'ailette 4 ; ce chemin est représenté par une ligne 10.
Cette phase liquide forme une lame liquide 11 qui conserve une grande énergie cinétique, correspondant, pour chaque goutte, à la composante tangentielle à la paroi intrados 9 au point de contact de la goutte avec la paroi 9. Cette énergie cinétique permet une bonne évacuation de la phase liquide par les fentes 7 dans la cavité interne 6. Comme le montre la figure 3, les fentes 7 peuvent comporter des ailettes directrices 12 permettant de modifier la vitesse de la phase liquide dans le sens désiré pour son évacuation. De même, les ailettes 4 peuvent comporter à l'intérieur de la cavité interne 6 des guides 13 pour conduire la phase liquide vers une bâche de récupération 14 (voir figure 4). Les guides 13 servent également de renfort pour les ailettes.
Par ailleurs, les lois d'écoulement aérodynamique créent une surpression au voisinage de la face intrados 9 des ailettes 4 qui complète l'effet recherché de l'évacuation de la phase liquide, sans qu'il soit nécessaire de mettre la cavité interne 6 en dépression ce qui pourrait conduire à une vaporisation partielle de la phase liquide nuisant ainsi à son évacuation. La figure 4 qui est une coupe selon IV-IV de la figure 1 montre la section en forme d'ellipse du coude 3 ainsi que la bâche 14 de récupération de la phase liquide provenant des cavités internes 6 des ailettes 4.
Comme le montre cette figure, le coude 3 est réalisé en deux parties réunies, séparées par une cloison interne 15, les ailettes 4 étant alors chacune constituées de deux demi-ailettes, la cavité interne 6 débouchant à l'extrémité externe de chaque demi-ailette dans l'espace 16 situé entre la bâche 14 et le coude 3. Cette cloison interne 15 n'a de raison que technologique et pourrait ne pas exister, les ailettes 4 seraient alors réalisées en une seule partie. La figure 5 est une vue similaire à la figure 2, mais partielle, montrant là face intrados 9 portant en amont de la fente 7 des ondulations 17 en forme de gouttières visibles sur la figure 6. Cet aménagement permet d'augmenter encore les conditions d'évacuation de la lame liquide.
REVENDICATIONS
1/ Dispositif servant à la séparation de phases d'un fluide se présentant sous une phase gazeuse et une phase liquide, disposé dans le coude d'une conduite coudée véhiculant ledit fluide et comprenant, d'une part, une rangée d'ailettes creuses modifiant la direction du fluide et munies d'ouvertures par lesquelles le liquide récolté par les ailettes passe dans la cavité interne de celles-ci et, d'autre part, des moyens servant à évacuer le liquide récolté dans la cavité interne des ailettes, caractérisé en ce que chaque ailette comporte une ou plusieurs ouvertures placées sur une partie de leur intrados non cachée par l'ailette la précédant dans la rangée et atteinte directement par le fluide au bout de sa trajectoire sensiblement rectiligne.