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.
Invention of Raymond Bischoff
The present invention relates to a device for the phase separation of a fluid in a gaseous phase and
a liquid phase, disposed in the elbow of an elbow pipe conveying said fluid and comprising, on the one hand, a row of hollow fins modifying the direction of the fluid and provided with openings through which the liquid collected by the fins passes into the internal cavity of these
and, on the other hand, means for discharging the liquid collected in the internal cavity of the fins.
Such a device is used in particular in a steam turbine installation in the conduits leading to the low pressure stages.
In these pipes, it happens that the fluid is in the state of wet vapor and it is observed, by the erosion of the intra-back wall of the fins of the elbows of the pipes conveying such a two-phase fluid, that the dry vapor part is deviated in the direction by the. trace of the fins of the elbow and that on the other hand the liquid part in droplets continues its course in a substantially straight line until it comes into contact with a wall of the fins where it forms a liquid film.
It can therefore be seen that there is, at the level of an elbow bearing fins, a separation between the vapor and liquid phases of the fluid conveyed resulting from the difference in the path of the two phases which have very different specific masses.
However, in the transfer by pipes or the use in a turbine of a fluid containing a gas phase and a liquid phase, the presence of the liquid phase has drawbacks in the form of erosion and corrosion and it is therefore advantageous to separate the liquid phase from the vapor phase and to evacuate it outside the enclosures where it is harmful.
Such a device makes it possible to separate at high speed the liquid phase from the vapor phase of a fluid and to evacuate this liquid phase, which makes it possible, by reducing the moisture content of the fluid downstream of the bend, to reduce the corrosive action of the remaining liquid phase on the downstream pipes which can then be made up of less sophisticated materials.
In the known device as described in British Patent No. [deg.] 1092348 each hollow fin is provided with an opening located in the vicinity of their rear end on the underside face.
In the known device, the hollow fins are mounted on a reservoir connected to a low pressure zone of the installation. Thus the film which forms on the intrados phase of the fin is sucked through the opening made in the latter.
The opening being placed at the rear end of the fin hidden by the fin which precedes it, the water droplets never directly reach this opening.
Such a device has a drawback: in fact, because of the existence of the low pressure zone, the liquid phase tends to partially volatilize in the discharge conduits so that this discharge is thwarted.
The device according to the invention making it possible to avoid this drawback is characterized in that each fin has one or more openings placed on a part of their lower surface not hidden by the fin preceding it in the row and reached directly by the fluid at the end. of its substantially rectilinear trajectory.
In the device according to the invention, the liquid phase passes into the internal cavity of the fins not by suction due to the low pressure zone but under the effect of 3 factors.
- The remaining kinetic energy of the mean component of the velocity parallel to the wall of the liquid phase. This component can be important if the angle of impact of the liquid drops on the fins is low, it suffices for the fin bend to be judiciously designed.
- The overpressure prevailing on the lower surface of the fins compared to the average pressure of the fluid vein in the elbow. This excess pressure, combined with the average component of the speed parallel to the wall of the liquid film, allows very good evacuation of this liquid film through the openings made in the lower surface of the fins and communicating with the internal cavity of the fins.
This overpressure is on the other hand very low if not zero towards the trailing edge in the device of British patent n [deg.] 1092348.
- The use of the total kinetic energy of the droplets which directly meet the slits in their path.
According to a particular embodiment of the present invention, said openings are longitudinal slots made in the lower surface of the fins perpendicular to the plane formed by the respective axes of the two pipes connected by the elbow.
According to another embodiment of the invention, guide fins are arranged along said slots.
These guide fins make it possible to deflect the speed of the liquid blade in the desired direction in the internal cavity of the fin for its evacuation.
According to another embodiment, the intrados surface is partially engineered to form gutters upstream of the recovery slots.
According to one embodiment of the invention, the internal cavity of the fins opens out at least at one of their ends outside the elbow.
According to one embodiment, members for reinforcing and guiding the liquid phase are placed inside the cavity.
Other advantages and characteristics of the invention will emerge from the description of a non-limiting example of embodiment of the invention, given below with reference to the appended drawing in which:
Figure 1 shows a finned bend connecting a vertical pipe to a horizontal pipe Figure 2 shows on an enlarged scale in partial section two fins in the elbow Figure 3 is a section along III-III of Figure 2 Figure 4 is a section on IV-IV on the enlarged scale of FIG. 1 showing the collecting tank for the water collected by the fins. Figure 5 is the variant of a fin similar to Figure 2 in partial view showing flow corrugations. Figure 6 is a sectional view along VI-VI of Figure 5.
In Figure 1, a pipe 1 of circular section and vertical axis is connected to a pipe 2 of circular section and horizontal axis by means of an elbow 3 comprising in its interior fins 4 intended to improve the aerodynamic conditions of the flow of the fluid conveyed by the pipes. This is for example wet steam in a steam turbine installation in its transfer between high pressure body and low pressure body.
In FIG. 2 only part of the elbow 3 has been shown showing a channel 5 between two fins 4. As can be seen in the figure, the fins 4 have an interior cavity 6 communicating with the channel 5 by longitudinal slots 7 perpendicular to the plane formed by the axes of pipes 1 and 2. Figure 3 which is a section along III-III of Figure 2 shows a slot 7. In such a channel 5, the path of the dry steam is represented by a dashed line mixed 8 which substantially follows the geometry of the channel, and the liquid phase mixed with the dry vapor continues its path in a straight line until it meets the lower surface wall 9 of the fin 4; this path is represented by a line 10.
This liquid phase forms a liquid layer 11 which retains a high kinetic energy, corresponding, for each drop, to the component tangential to the intrados wall 9 at the point of contact of the drop with the wall 9. This kinetic energy allows good evacuation of the liquid phase through the slots 7 in the internal cavity 6. As shown in FIG. 3, the slots 7 may include guide fins 12 making it possible to modify the speed of the liquid phase in the desired direction for its evacuation. Likewise, the fins 4 may include, inside the internal cavity 6, guides 13 for conducting the liquid phase towards a recovery tank 14 (see FIG. 4). The guides 13 also serve as reinforcement for the fins.
Moreover, the laws of aerodynamic flow create an overpressure in the vicinity of the lower surface 9 of the fins 4 which completes the desired effect of the evacuation of the liquid phase, without it being necessary to put the internal cavity 6 in. depression which could lead to partial vaporization of the liquid phase, thus hampering its evacuation. Figure 4 which is a section along IV-IV of Figure 1 shows the elliptical section of the elbow 3 as well as the cover 14 for recovering the liquid phase from the internal cavities 6 of the fins 4.
As shown in this figure, the elbow 3 is made in two joined parts, separated by an internal partition 15, the fins 4 then each being made up of two half-fins, the internal cavity 6 opening out at the outer end of each half. fin in the space 16 located between the cover 14 and the elbow 3. This internal partition 15 has only technological reason and could not exist, the fins 4 would then be produced in a single part. Figure 5 is a view similar to Figure 2, but partial, showing the lower surface 9 bearing upstream of the slot 7 corrugations 17 in the form of gutters visible in Figure 6. This arrangement makes it possible to further increase the conditions of 'evacuation of the liquid slide.
CLAIMS
1 / Device for the phase separation of a fluid in a gaseous phase and a liquid phase, arranged in the elbow of an elbow pipe conveying said fluid and comprising, on the one hand, a row of hollow fins modifying the direction of the fluid and provided with openings through which the liquid collected by the fins passes into the internal cavity of the latter and, on the other hand, means for discharging the liquid collected in the internal cavity of the fins, characterized in that each fin has one or more openings placed on a part of their lower surface not hidden by the fin preceding it in the row and reached directly by the fluid at the end of its substantially rectilinear path.