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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.
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GAS LIQUID MIXTURE SEPARATOR SPECIALLY AS A MANIFOLD FOR STEAM GENERATORS FORMED BY A PLURALITY OF TUBULAR ELEMENTS.
The object of the present invention relates to a separator for mixtures of liquids and gases, especially as a manifold for steam generators, formed by a plurality of tubular elements connected together hydraulically.
It is well known that, especially with regard to collectors for steam generators, modern boilers have a limited evaporation layer, so the water-steam mixture is forced to travel a long enough path to reach the collector-separator and the The water takes an even longer path to be recirculated, which often requires the use of a circulation pump.
On the other hand, the collector, being too sensitive to the flow of the mixture, it does not manage to achieve a good separation, and consequently a high level of vapor, so that it generates ripples and a certain amount of vapor. level instability With regard to high and very high pressure boilers, the construction of large collectors comes up against considerable difficulties, especially compared to marine boilers which impose not only a limited footprint, but also all particular safety guarantees, while for large units a single collector is generally an expensive system, especially since many obstacles have to be overcome for their connection, collectors of known type having to be arranged in outside of contact with gases,
the considerable thickness of the walls not allowing the passage of a high thermal flux, which could compromise the stability. This condition does not allow the creation of airtight combustion chambers, in which combustion can take place under pressure, which constitutes - would obviously be an advantage from the point of view of space requirements and installation and service costs. The high resistance of the connection circuit to the collector prevents the rapid circulation of water and therefore a higher specific production of the generator. The embodiment of collectors of known type also limits the shape of the boiler and s 'opposite
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to the predisposition of modifications.
The aforementioned disadvantages and difficulties are eliminated by the separator according to the invention, which is essentially characterized in that it is constituted by a plurality of tubular elements, interconnected hydraulically by the intermediary of a few sections moved, at least in part, one on top of the other, and / or arranged, at least in part, in such a way that their axes form one. angle different from 180, so as to cause, as the fluids pass, changes of direction capable of improving the separation of these fluids, each tubular element being hydraulically connected with at least two other tubular elements of the separator.
Thanks to the separator according to the invention and to a suitable arrangement of the tubes, any variation of the evaporating surface can be achieved as a function of the position of the liquid level.
The invention will moreover be better understood in the course of the following description, referred to the appended drawings, given solely by way of illustration and in no way limiting of the invention.
Figures 1 - to 4 show, in cross section, different types of separators with four to five tubular elements.
Figure 5 - shows a separator whose tubes are staggered.
Figure 6 shows in elevation a separator whose tubes are arranged on superimposed planes.
Figure 7 is a variant of Figure 6.
Figures 8-9-10 show, respectively, in side elevation, in plan and in front elevation, a manifold whose tubes are connected vertically and horizontally.
FIG. 11 shows, in section, a manifold with pipes arranged such that the surface of the evaporating layer is subjected to a special law of variation as a function of the position of the liquid level.
According to Figures 1 and 2, the tubular elements 2 and 2 ', in number of four, are arranged at the vertices of a quadrilateral having two substantially horizontal sides and a horizontal diagonal. The four tubes are connected to each other hydraulically (along the sides of the quadrilateral) by means of sections 4 and 4 '(these sections can be moved reciprocally, either to allow easy realization of the element, either to force the mixture to frequent changes of direction likely to accelerate the separation of the vapor from the liquid) In the example of figure 2, a certain number of vertical sections 5 connect the higher tubes to the lower tubes, along the diagonal.
The steam is taken from above through line 6 (6 '), while the water-steam mixture, coming from the boiler, enters line 7 (7') and the water goes down through lines 8 (8 ') which start from below and are in communication with the down pipes of the boiler, so as to achieve the return in circulation of the water, in place, while avoiding pressure drops in the long pipes which, in a collector of the known type, join it to these down tubes. In other words, localized circulation is achieved at any point in the boiler, which makes it possible to increase the circulation speed and therefore the unit production of the generator.
Add to all this the simplicity of construction of the element which, being produced by means of tubes of limited diameter to that required by a single cylindrical manifold of known type, of the same capacity, allows the use of limited thicknesses and the realization of a longitudinal profile in plan, of any shape (rectilinear, circular, quadrangular, polygonal, etc.) able to follow the plan shape of the boiler and to allow, consequently, the localized connection direct with the downpipes, as previously stated.
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The advantages and the intended purposes are the same for all the embodiments illustrated,
In Figures 3 and 4, the tubular elements of the manifold 8 (8 ') are five in number, four of which are arranged on the tops of a quadrilateral having two horizontal sides and one in the center of the figure. In FIG. 3, the connecting sections are arranged along the diagons and along the two horizontal sides, while in FIG. 4, these sections are arranged along the four sides and along the vertical average.
The vapor is taken from line 9 (9 ') with the mixture entering from above through line 10 (10') to a location remote from the vapor take-off area. The water circulates through the lower vertical conduits 11 (11 ').
According to Figure 5, the tubes are staggered.
The upper and lower tubes are connected to each other by horizontal 14 and vertical 16 sections, the intermediate tubes, reciprocally displaced, being connected to the horizontal sections 14 by vertical sections 18. The lower pipes 20 are in communication with the down tubes of the generator, in order to generate localized circulation. The surface of the evaporation layer in the collector is also influenced, in a limiting manner, by the level in the collector itself, if the assembly sections 4 affect a section such as not to allow an appreciable variation of the horizontal bathed section under the variation of the level.
In Figure 6, is shown an element consisting of two symmetrical groups, each formed by a plurality of tubes 22, with a parallel axis, arranged in parallel vertical planes and assembled by vertical sections 24. The upper and lower tubes are further connected by horizontal sections 26.
Each group is provided with an auxiliary circuit, formed by three tubes 28, assembled by the uprights 30 and by the inclined tubes 32, which are in communication with the lower part of the element through the pipe 34 and with the upper part via pipe 36.
The pipes 42 are provided for taking off the steam, the pipes 44 for the inlet of the water-steam mixture, the pipe 46 for the feed water, the pipes 48 for the return, and the localized circulation. forming part of the bundle 32 may be in contact with each other along a generatrix, so as to generate a wall of protective tubes for the tubes 22, this wall being capable of constituting the ceiling of the chamber. combustion of the generator and act as a vaporizing element.
The collector of FIG. 7 shows a variant of the collector described above, the parts of which corresponding to those which we have just described, are marked by the same reference signs, to which an apostrophe has been added. It goes without saying that the illustrated group does not provide a second neighboring symmetrical group, and the difference between the two collectors is constituted exclusively by the number of tubes 22 'and by the orientation of the bundle of tubes 32' of the auxiliary circuit.
According to figures 8,9,10, we see a collector formed by tubes 50 with parallel axes, assembled by sections, either vertical 52 or horizontal 54, the latter being displaced one on the other reciprocally . Along at least a portion of the perimeter of the lower plane of the tubes 50 are arranged the down tubes 56 for the return and for localized circulation. An upper horizontal tube 58, acting as a separator, brings together all the vertical pipes 60 for the water-vapor mixture.
The collector is provided with a small side auxiliary collector 62, connected above and below to the main collector and intended for level control devices 64 and possibly responsible for receiving the feed water from the flanged pipe 66, and to allow the sample
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steam from the upper pipe 68. Several units of the above-mentioned type can be connected to each other, via the flanged pipe 70.
In FIG. 11, the tubes 72 are arranged in such a way as to be able to generate a central zone where the useful volume is significantly reduced, which results in a significant reduction in the evaporating surface on the lower and upper ends of the manifold.
That is to say that two zones of greater volume have been made in the lower and upper parts, and a narrower zone at the central part.
In essence, a sensitization of the level variation in the central zone is obtained and therefore the possibility of a more prompt and efficient regularity of the generator according to the above-mentioned variations in level.
It is obvious that it is still possible to achieve, on the contrary, a stabilization of the level in the central zone provided that the tubes are arranged so that the maximum volume is manifested in the central zone and a smaller volume. at the upper and lower ends of the manifold.
The elements which we have just described can be arranged in the casing of the steam generator or respectively outside, and serve especially for high pressure boilers.
In practice, the details of the construction of the element may always vary, for example as regards the arrangement of the tubes, their connection, the arrangement of the return inlet pipes, the steam intake and the feed, without departing from the scope of the invention and therefore from the field of protection of the patent in question.
Similarly, the tubes which according to the description have a horizontal axis can always have the vertical or inclined axis. This last arrangement will then make it possible to produce a container with a constant evaporation surface, depending on the variation in the level. In the same way, the axes of the elements can be parallel, radial, etc., or even be oriented in any way, with respect to each other.
CLAIMS ..
1. Separator for liquid-gas or liquid-vapor mixtures, especially as a manifold for steam generators, characterized in that it consists of a plurality of tubular elements, connected together hydraulically by means of sections. , displaced at least in part on top of each other, and / or arranged at least in part such that their axes form an angle other than 180, so as to generate, when the fluid passes, changes of direction capable of improving the separation of fluids, each tubular element being hydraulically connected with at least two other tubular elements of the separator.