BE552171A

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Publication number: BE552171A
Authority: BE
Priority date: 1955-10-27
Also published as: NL94617C; FR1168925A

Description


  Cette invention concerne des dispositifs séparateurs pour séparer un fluide élastique et un liquide.

  
Plus particulièrement, l'invention est relative à des séparateurs cyclones de vapeur et d'eau en tant qu'éléments constitutifs du corps cylindrique séparateur de vapeur et d'eau d'un générateur de vapeur à haute pression et de grande capacité, les séparateurs cyclones de l'invention séparant efficacement la va-

  
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tion dans un générateur de vapeur à circulation naturelle, en augmentant les différences de densités entre les branches à circulation ascendante et les branches à circulation descendante du générateur de vapeur. 

  
Des dispositifs séparateurs pour séparer un fluide élastique et un liquide d'un mélange de fluide élastique et de liquide, suivant la présente invention, comprennent un récipient sous pression, une chambre réceptrice du mélange à l'intérieur du récipient sous pression, destinée à recevoir le mélange de fluide élastique et de liquide sous pression et possédant des parois espacées verticalement dont la paroi supérieure est pourvue d'ouvertures pour le passage de bas en haut du fluide élastique séparé

  
et la paroi inférieure d'ouvertures pour le passage de haut en bas du liquide séparé, et des cages à chambre de tourbillonnement dont les extrémités.se trouvent chacune dans le même alignement qu'une ouverture ménagée dans la paroi supérieure et-une ouverture ménagée dans la paroi inférieure et qui comprennent une série circulaire d'aubes disposées de manière que les aubes adjacentes soient espacées l'une de l'autre et chevauchent pour former des passages d'entrée du mélange dans la chambre de tourbillonnement à l'intérieur de la cage répartis sur toute la périphérie de la chambre

  
de tourbillonnement et destinés à diriger des courants ou filets respectifs de mélange dans le même sens autour de l'axe de la chambre de tourbillonnement.

  
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins partiellement schématiques annexés, dans lesquels :  Figure 1 est une coupe transversale d'un corps cylindrique de vapeur et d'eau d'un générateur aquatubulaire de vapeur possédant des dispositifs séparateurs comprenant des cages à chambre de tourbillonnement, et Figure 2 est une vue en perspective de l'une des cages à chambre de tourbillonnement. Figure 1 représente un corps cylindrique de vapeur et d' eau 10 qui constitue un élément constitutif d'un générateur de vapeur à haute pression. A l'intérieur du corps cylindrique se <EMI ID=2.1> 

  
mée par une série de tôles et une partie de la paroi intérieure du corps cylindrique. La chambre 12 communique avec les extrémités

  
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lement déchargent des mélanges de vapeur et d'eau à une grande vitesse à l'intérieur de la chambre. Les tôles formant la chambre. comprennent des tôles supérieure et inférieure disposées horizontalement 16 et 18, des tôles latérales 20, d'autres tôles cintrées
22, 24 et des tôles d'extrémités appropriées près des extrémités du corps cylindrique. Dans la partie supérieure de la chambre 12, se trouvent une série de cages circulaires à chambre de tourbillonnement à aubes multiples qui sont indiquées en 30. Chaque cage

  
à chambre de tourbillonnement possède une couronne d'aubes métalliques telles que celles indiquées en 32, 33, 34 et 35 sur la figure 2, les aubes étant fixées à des bagues inférieures et des bagues supérieures 38 et 40 pourvues de jeux respectifs d'oreilles de centrage 43 et 44. Les bords.d'entrée et de sortie des aubes sont disposés à l'extérieur radialement à distance des aubes adjacentes pour former des fentes ou des passages d'entrée étroits 42 de mélange de vapeur et d'eau, chaque entrée servant à conduire une couche ou une nappe à grande vitesse du mélange de vapeur et d'eau à l'intérieur de la cage à chambre de tourbillonnement. Les séparateurs cyclones de vapeur et d'eau ayant la forme représentée peuvent être employés pour séparer 4 à 40 fois autant d'eau que

  
de vapeur.

  
Il y a une rangée de cages à chambre de tourbillonnement disposées de préférence sur la majeure partie de la longueur du corps cylindrique. Chaque cage à chambre de tourbillonnement 30 est superposée à une ouverture circulaire 50 ménagée dans la plaque inférieure 18 de telle manière que les oreilles 43 coopèrent avec des oreilles espacées fixées à la plaque 18 pourcentrer la cage par rapport à son ouverture d'eau séparée 50. Chaque cage peut être boulonnée par les oreilles de centrage à la plaque inférieure
18.

  
En dessous de chaque cage à chambre de tourbillonnement se trouve un dispositif pour la sortie de l'eau séparée, indiqué d'une façon générale en 52. Ce dispositif comprend une bague métallique cylindrique 54, soudée à la surface inférieure de la plaque 18 comme c'est indiqué en 56, et une pièce centrale, condentrique, circulaire, affectant la forme d'un bassin renversé 58, fixée à la bague 54 par une série d'aubes hélicoïdales 60 disposées dans l'espace annulaire entre la pièce centrale 58 et la bague 54. Les aubes s'étendent de leurs extrémités supérieures à leurs extrémités inférieures autour de l'axe de la chambre de tourbillonnement dans le même sens que les passages d'entrée 42 du mélange.

  
Lorsque les cages à chambre de tourbillonnement sont disposées comme c'est indiqué, on fixe la plaque supérieure 16 à des

  
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une série d'ouvertures circulaires, pourvues de bagues, chacune en ligne avec l'ouverture ménagée à là partie supérieure d'une cage

  
à chambre de tourbillonnement. Ainsi, la figure 1 montre une bague
66 dans le même alignement que l'ouverture de la partie supérieure de la cage à chambre'de tourbillonnement 30, les oreilles de centrage 44 étant disposées entre des oreilles coopérantes fixées

  
à la tôle 16 ou fixées à celle-ci par des éléments filetés. Après que la tôle 16 a été fixée en place, la plaque d'égouttoir 68 est disposée au-dessus de la tôle supérieure 16 et y est fixée dans la position indiquée sur la figure 1, par exemple, par des soudures  telles que celle indiquée en 70. La plaque d'égouttoir possède une série d'ouvertures circulaires 72 espacées dans le sens de sa longueur et centrées par rapport aux cages à chambres de tourbillonnement et aux ouvertures de sortie de la vapeur séparée formées par les bagues 66. A l'intérieur de chaque ouverture 72 dans la plaque d'égouttoir 68 se trouve une plaque métallique perforée en forme de pyramide ou de cône renversé 74 qui peut être considérée comme un séparateur auxiliaire. Chaque plaque 74 a de préférence la forme d'un cône de faible hauteur par rapport au diamètre.

  
Au-dessus des plaques perforées 74, des scrubbers ou égouttoirs sont fixés à la plaque 68. Il existe un égouttoir pour chaque cage à chambre de tourbillonnement et chaque égouttoir consiste en une série de plaques ondulées verticales et intimement rapprochées 78 fixées ensemble et maintenues sur la plaque d'égouttoir 68 par une pièce en forme de U renversé 80 et un boulon vertical 82 passant dans la pièce en U et coopérant avec un écrou de la plaque d'égouttoir. La partie principale de la plaque d'égouttoir 68 a la forme d'une pièce métallique en forme de U possédant un aile s'étendant vers le bas 84 espacée horizontalement de la paroi 20 vers l'axe du corps cylindrique. Cette pièce en U forme ainsi un chapeau pour les séparateurs à chambre de tourbillonne-

  
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dans l'eau 86 dont le niveau normal est représenté en 88. Le long de son côté opposé à l'aile 84, la plaque-d'égouttoir 68 présente un rebord dirigé vers le bas 90 venant en contact avec la tôle supérieure 16 et soudé à celle-ci. Aux extrémités de la rangée des

  
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sède des rebords d'extrémités dirigés vers le bas unis à la base de la pièce en U et à ses ailes descendantes 84 et 90.

  
Chaque cage à chambre de tourbillonnement peut, à titre d'exemple, avoir une hauteur d'environ 8 pouces (200 mm) et un diamètre interne d'environ 8 pouces à la base de la cage. Les aubes individuelles de chaque cage peuvent avoir une largeur déve -

  
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et une largeur légèrement moindre à leurs extrémités supérieures. La partie intermédiaire, longitudinalement, de chaque aube peut être cintrée transversalement sous un rayon de courbure d'environ 4 pouces (100 mm) près du bord avant, la courbure changeant de telle manière que le rayon de courbure au bord arrrière de l'aube est

  
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sente des fentes ou des passages verticaux étroits, pour l'entrée des courants à grande vitesse de mélanges de vapeur et d'eau pénétrant dans la chambre de tourbillonnement. Ces fentes ou passages peuvent avoir une largeur d'environ 1/16 pouce (1,5 mm) à leurs  <EMI ID=9.1> 
- inférieures, formant ainsi de minces tranches ou couches de courant entrants ' de grande vitesse, nécessitant peu de temps pour faire passer les bulles de vapeur au travers des nappes entrantes.

  
A la partie supérieure du corps cylindrique se trouve au moins un conduit de prise de vapeur 92 partant d'une chambre de prise de vapeur 94 assurant une séparation additionnelle d'eau

  
et comprenant une tôle de fond 96, une tôle latérale 98 et une autre tôle latérale 100 pourvue de perforations ou d'ouvertures
102 pour le passage de la vapeur de la chambre de vapeur 104 du corps cylindrique au conduit 92.

  
A l'intérieur de la chambre d'eau du corps cylindrique se trouve une conduite continue de purge 106 maintenue par des ferrures 108 soudées aux tôles formant la paroi intérieure de la  chambre d'entrée du mélange, comme c'est indiqué en 110. A l'intérieur de la chambre d'eau du corps cylindrique 10 est également disposé un tuyau d'eau d'alimentation 112, pourvu d'ouvertures 114 pour la répartition de l'eau d'alimentation lorsqu'elle pénètre dans la chambre d'eau du corps cylindrique et maintenu en place par des supports 116 soudés, comme c'est indiqué en 118, à des tôles ou des'équerres de support 119 faisant partie de la chambre d'entrée du mélange.

   Un tuyau d'amenée de produits chimiques 120 est maintenu en place à l'intérieur de la. chambre d'eau du corps cylindrique par des supports 122 qui peuvent s'étendre de la paroi de la chambre d'admission du mélange jusqu'à la paroi du corps cylindrique où ils sont soudés à celle-ci, comme c'est indiqué en
124.

  
En fonctionnement les mélanges de vapeur et d'eau quittent les tubes de montée ou tubes vaporisants 14 et passent dans la chambre d'entrée 12 à une grande vitesse. Les mélanges à haute pression passent en minces filets ou courants allongés verticalement dans les passages ou fentes 42 entre les aubes adjacentes des cages à chambre de tourbillonnement et exercent une action de tourbillon-nement à grande vitesse à l'intérieur de ces chambres. Cette action donne lieu à une force centrifuge telle que l'eau se concentre en un courant à tourbillonnement rapide près du périmètre

  
de chaque chambre de tourbillonnement, les bulles de vapeur quittant l'eau pour se rendre vers le centre de cette chambre d'ou la

  
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ensuite entre les tôles ondulées de l'égouttoir 76 et enfin à l'intérieur de la chambre de vapeur 104 du corps cylindrique d'où la

  
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Cette forme de construction du séparateur de vapeur et d'eau non seulement réduit la quantité de métal nécessaire pour une séparation optimum de vapeur et d'eau à l'intérieur d'un corps cylindrique d'un certain volume, mais elle est aussi si compacte que le rendement de la séparation totale de vapeur et d'eau est notablement plus élevé. Cette compacité est due aux cages à chambre de tourbillonnement et à leur rapport avec la chambre d'entrée du mélange de vapeur et d'eau et elle donne lieu à une capacité de séparation accrue dans un corps cylindrique d'une certaine longueur et d'un certain diamètre, en augmentant ainsi la capacité de séparation de vapeur et d'eau du corps cylindrique.

  
La force contre-agissante ou de retenue (force agissant à l'encontre de la force produisant la séparation de la vapeur) qui s'exerce sur une bulle de vapeur dans l'eau agit dans une direction radialement vers l'extérieur et la force de retenue dans le séparateur représenté et décrit est donnée par la formule cidessous :

  

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intérieur s'exprime comme suit : , 

  

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Dans les séparateurs cyclones du type représenté, l'eau reste le long de la paroi de la chambre de tourbillonnement ou du cyclone et se décharge axialement.' Il suffit donc pour une bulle de vapeur de se déplacer vers la :surface d'une_ couche de mélange relativement mince pour être séparée. Des bulles de n'importe  quelles dimensions peuvent être séparées si l'on y met assez de temps. En d'autres termes, même des bulles de vapeur extrêmement petites peuvent être séparées si on leur donne un temps suffisant pour atteindre la surface de la couche de mélange avant qu'elle ne soit déchargée par l'anneau de sortie. Ainsi le temps de séparation est de la plus grande importance dans ce type de séparateur.

  
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épaisseur de la couche de mélange, et par conséquent le temps de séparation, à un minimum par l'emploi d'entrées multiples.

  
Les entrées multiples assurent aussi un fonctionnement relativement souple et symétrique, ce qui est important pour retirer les plus grands avantages de l'emploi de l'anneau de sortie, en chargeant uniformément toutes les parties de celui-ci.

  
Les séparateurs de vapeur et d'eau décrits séparent efficacement la vapeur de l'eau même dans le cas de concentrations d' eau de chaudière aussi élevées que 10.000 ppm. Dans leur fonction-

Claims

nement, la force centrifuge amplifie la différence de densité entre la vapeur et l'eau, en amplifiant ainsi la force séparatrice, Les ajutages d'entrée uniformément répartis tranchent les mélanges de vapeur et d'eau entrants en minces couches de l'ordre de 5/16 <EMI ID=16.1>

ont à parcourir qu'une faible distance à travers l'eau, avant d'en être séparées.

On obtient des différences de densité amplifiées entre les branches ascendantes et les branches descendantes du générateur de vapeur car l'invention donne lieu à une capacité séparatrice accrue, un plus faible encombrement et un meilleur rendement du séparateur de type cyclone en réduisant la durée de séparation des bulles de vapeur à l'intérieur des couches de mélange de vapeur et d'eau pénétrant dans la chambre de tourbillonnement du séparateur cyclone, en rendant plus uniforme le débit des mélanges entrants à l'intérieur de la chambre de tourbillonnement, et en chargeant d'une manière plus uniforme la sortie annulaire

de décharge de l'eau séparée partant du fond de la chambre de tourbillonnement.

REVENDICATIONS.

1.- Dispositif séparateur pour séparer un fluide élastique et un liquide d'un mélange de fluide élastique et de liquide, comprenant un récipient sous pression, une chambre réceptrice de mélange à l'intérieur du récipient sous pression pour recevoir le mélange de fluide élastique et de liquide sous pression et pour décharger ce mélange dans une série de séparateurs cyclones, caractérisé en ce que la chambre qui reçoit le mélange est pourvue de parois espacées verticalement dont la paroi supérieure est ppurvue d'ouvertures pour le passage de bas en haut du fluide élastique séparé, et la paroi inférieur d'ouvertures pour le passage de haut en bas du liquide séparé,

tandis que des cages à chambre de tourbillonnement sont disposées entre ces parois et ont chacune leurs extrémités en ligne avec une ouverture de la paroi supérieure et une ouverture de la paroi inférieure et comprennent une série circulaire d'aubes disposées de manière que les aubes adjacentes soient espacées l'une de l'autre et se chevauchent pour former des passages d'entrée du mélange dans la chambre de tourbillonnement à l'intérieur de la cage, répartis sur toute la périphérie de la chambre de tourbillonnement et destinés à diriger des courants

ou nappes de mélange dans le même sens autour de l'axe de la chambre de tourbillonnement.

2.- Dispositif séparateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient sous pression est un corps cylindrique de vapeur et d'eau-d'un générateur de vapeur aquatubulaire, et les ouvertures de-la paroi supérieure se trouvent au-dessus et les ouvertures de la paroi inférieure au-dessous du niveau normal de l'eau dans le corps cylindrique.

3.- Dispositif séparateur suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le récipient sous pression est allongé horizontalement, et les parois supérieures et inférieures et une rangée intermédiaire de cages à chambres de tourbillonnement s'étendent longitudinalement par rapport au récipient sur une partie notable de sa longueur.

4.- Dispositif séparateur suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubes de chacune des cages à chambre de tourbillonnement s'étendent entre une bague supérieure et une bague inférieure coincida.nt avec la paroi supérieure et la paroi inférieure.

5.- Dispositif séparateur suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi inférieure est pourvue à chaque ouverture d'une bague s'étendant de haut en bas et, entre cette bague et le fond d'une chambre de tourbillonnement, est ménagé un espace annulaire pour décharger de haut

en bas le liquide séparé, et en ce que la partie inférieure de la chambre de tourbillonnement est supportée sur la bague par une série d'aubes hélicoïdales s'étendant de leurs extrémités supérieures à leurs extrémités inférieures autour de l'axe de la chambre de tourbillonnement dans le même sens que les passages d'entrée du ,mélange.

6.-. Dispositif séparateur suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des chambres de tourbillonnement augmente de l'extrémité supérieure à l'extrémité inférieure de celles-ci.

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caractérisé en ce que les aubes d'une cage sont cintrées entre leurs bords autour de la chambre de tourbillonnement, le rayon de courbure à proximité du bord arrière de chaque aube étant quelque peu plus petit que le' rayon de courbure situé à proximité du bord avant de l'aube.

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revendications précédentes caractérisé en ce que des séparateurs auxiliaires de fluide élastique et de liquide sont disposés audessus de la paroi supérieure et dans le même aligement que les ouvertures qui y sont ménagées.

9.- Dispositif séparateur de va.peur et d'eau disposé et destiné à fonctionner en substance comme décrit ci-dessus avec référence aux dessins annexés.