8~;, La pré~ente invention concerne un séparateur-surchauffeur verti-cal de vapeur, comprenant à l'intérieur d'une virole commune une partie inferieure ~or~ant zone de séparation et une partle supérieure formant zone de surchaurfe, cette dernière comportant une zone axiale d'arrivée de la vapeur sèche, des faisceaux tubulaires de surchauffe disposés dans des enveloppes réparties autour de la ~one centrale, et une zone périphérique de oollecte de la vapeur surchauffée.
On connalt déja par le brevet français n 72 21 656 du 15.6.72 publié sous le n~ 2 1~7 394~de la demanderesse~des séparateurs-surch~uf-feurs de ce genre, qui servent notamment à sécher et surchauffer de la vapeur issue d'une turbine dc détente à haute pression, avant son admission dans une turbine de détente sous une pression inférieure, par échan~e de chaleur avec de la vapeur sous une pression supér2eure. ~tant donné les dilatations et contractions importantes qui se produisent dano les fais-ceaux tubulaires de la vapeur de surchauffe, l'on est conduit à adopier des d.ispositifs particuliers destinés à permettre ces dilatations et contrac-tions sans apparition de contraintes exces~sives, par exemple des lyres de dilatation. Ceux-ci sont relativement encombrants et compliquent t~ute intervention sur les faisceaux tubulaires de surchauffe.
La présente invention a pour but de remédler à ces inconvénients, et de procurer un séparateur-surchauffeur vertical de vapeur qui absorbe les dilatations et contractions des faisceaux tubulaires sans comporter de dispositif spécial tel que des lyres de dilatation, et qui permette une extraction facils des fais~ceaux tubulaires pour leur réparation.
Le séparateur-surchauffeur selon l'invention est caractérisé en ce que le~ enveloppes des faisceaux tubulaires de surchauffe sont fixées à
la paroi interne d'une virole mince et flexible fixée elle-même à la partie supérieure de la virole commune.
Il comporte en outre de préférence au moins l'une des caractéris~
tiques suivantes :
~ - Il co~prend ~i son extremite supérieure un collecteur torique - d'alimentation en ~apeur de surchau~fe, relié par des tubulures courtes aux extrer~ , superieure3 des iaisceau~. tubulaires de surci1-aui`le.
3~
38~3 - Sa partie inférieure comprend une chambre annulaire d'admission de la vapeur humide, reliée d'une part à des ouvertures d'introduction de ladite vapeur humi.de, disposées de façon à imprimer un mouvement tourbillonnaire à cette vapeur, et d'autre part par le bas au fond d'une zone axiale munie d'éléments séparateurs, par l'intermédiaire de passages imprimant à la vapeur un changement de direction de 1~0 environ.
- La ~one axiale munie d'éléments séparateurs est excentrée par rapport à ~a virole commune vers le côté opposé aux ouvertures d'introduc-tion de la vapeur humide, de façon à assurer une vitesse de vapeur sensiblement constante dans la chambre annulaire d'admission.
Il est décrit ci après, à titre d'exemple et en réPérence aux fi~tres du dessin annexé, un séparateur-surchauffeur vertical de vapeur selon l'invention.
La figure 1 représente le séparateur-surchau~feur en coupe ver-ticale, avec arrachement partiel d'une partie des enveloppes des ~aisceaux tubulaires de surchauffe. -La figure 2 est une vue à échelle agrandle du détail II de la fi~ure 1, représentant le bas de la virole interne minoe et d'un Paisceau ~ 20 surchauffeur.
-; La figure 3 est une vue à échelle agrandle d'un détail III de la ~igur~ 1, représentant un élément séparateur.
La figure 4 représente une coupe diamétrale selon l'axe IV-IV de la figure 1. -La figure 5 représente une coupe elon l'axe V-V de la figure 1.
La figure 6 représente une coupe diamètrale selon l'axe VI-VI de la figure 1.
Dans la figure 1, le séparateur-surchauffeur comporte une virole externe résistante à la pression 1, soutenue grace à un support aanulaire habituel par un plancher 2. Il se compose d'une partie inférieure 3 (formant séparateur) et d'une partie supérieure 4 (formant surchauffeur).
:, ; La partie inf~rleure est munie de tubulures 4~ d'alimentation en vapeur humide. Celles cl débouer1ent dan~ une ohambre annulaire ~ comportant dans L73~
sa partie in~érieure un passage 6 de communication avec le bas de la partie centrale 9 contenant les séparateurs proprement dits. Afin d'assurer une vitesse de vapeur, et par suite un débit de vapeur humide, constants sur tout le pourtour de la %one centrale 9, oette dernière~délimitée par ure tôlerie prismatique 60~ est excentrée par rapport à l'axe du séparateur-surchauffeur, son axe étant pluq éloigné des tubulures d'alimentation 4A
(voir figure 6). L'éooulement tourbillonnaire dans la chambre 5 assure une première séparation des gouttelettes d'eau entralnées par la vapeur. La disposition des éléments séparateurs dans la zone centrale 9 est par ailleurs telle que la vapeur n'y pénètre qu'apres avoir subi un changement de direction de 180 dans le préséparateur d'entrée délimité par le rebord 61. Celui ci complète la séparation préliminaire des gouttelettes d'eau contenues dans la vapeur. L~eau séparée se rassembie dans le ~nd 7 de la virole et s'évacue par la tubulure 8.
La vapeur partiellement séchée s'élève alors verticalemerlt dans les intervalles tel~ que 9A entre des empilemert.s 10, 11 d!aléments séparateurs formés par des paquets de tôle~s ondulées parallèles, de type connu. Afin d'assurer une répartition sensiblement é~ale de la vapeur entre les différents éléments séparateurs, l'intervall.e entre deux empilements d'éléments séparateurs décroît du bas vers le ha~t.
La structure d'un élément séparateur est représentée à plus grande échelle en figure 3. Chaque élément comprend une grille d'entrée 40, assurant une répartition égale du débit de vapeur, des toles ondulées ; parallèles 41, disposées entre des cloisons parallèles inférieure et supérieure 42 et ll3, et une grille de sortie 44.
La vapeur saturante séchée sortant des séparateurs se réunit - dans des intervalles entre empilements de séparateurs tels que 12, disposés de r~nière telle que la vitesse de la vapeur soit la même après sa sortie des séparateurs qu'avant son entrée dans ceux-ci. Puis la vapeur séchée 3o parvient dans la zone intermédiaire 13 du séparateur-surchauffeur. Une fraction, par exemple 10 % du débit total, peut être prélevée directelDent avant surchauffe par une tubulure de ~ortie 1l1.
73~
Le reste de la ~apeur saturante séchée s'élève dans la partie supérieure ll, par sa zone axiale 15, autour de laquelle sont disposés quatre modules surchauffeurs tels que 16, 17. Ces modules surchauffeurs sont fixés par l'intermédiaire de cornière~ 33 (voir figure 2) sur la surface interne d'une virole mince 30, elle mame soudée par son bord supérieur AU fond supérieur 31 du séparateur-surchauffeur. Le bord inférieur de la virole 30 est relié par un soufflet de dilatation 37 à un rebord horizontal 32, lui même soudé sur la paroi interne de la virole externe 1.
Les modules surchauffeurs sont alimentés en vapeur à pression élevée par la tubulure 20, le collecteur torique 21 et les raocords 22 débouchant dan.s les chambres d'extrémltés 23. Le.s faisceaux tubulaires se cornposent de tubes à ailettes parallèles 35 fixés dans aes plaques tubulaires telles que 36. La vapeur de surchau~fe condensée se rassemble dans des chambres telles que 24, ces dernières étant réunie~ à un collecteur 25. Une tuyauterie 26 permet de recueillir le condensa, dans un pot de recette 27, puis celui-ci est évacué par la tubulure 28.
La fixation des modules surchauffeurs à une virole interne i~;.nce, permet grâce à la souplesse de celle-ci d'absorber les dilatations et contractions résultant des variations de température, sans munir le.
tuyauteries d'alimentation en vapeur de lyres d~ dilatation ou autres dispositifs spéciaux de compensation des dilatations.
Par ailleurs, elle permet lorsque l'un des modules nécessite une réparation, de l'extraire du séparateur-surchauffeur à travers le : collecteur torique 21 puis l'orifice 54, dont on a préalablement désolidarisé le fond 55 qui l'obture (figure 1), indépendami~ent des autres modules.
Les modules surchauffeurs comportent a intervalles réguliers des : tôles horizontales 34 fixées de part de d'autre aux tôles verticales 51 (figure 4) elles mêraes fixée3 par des cornière~ verticales 52 à la virole interne 30.
Les tubes des faisceaux passent par des orifices avec un certain jeu à travers le~ toles hsri~ontales 3ll, qui divisent et canaliscnt 38t~
l'écoulement de vapeur à surchauffer. Celle~ci traverse les faisceaux tubulaires tels que 50, puis les ouverturcs correspondantes telles que 53 dans la virole in~erne 30, et parvient dans la chambre périphérique 18.
Elle est enfin amenée à l'utilisatioll, ~ar exemple à une turbine de détente, par la t;ubulure 19.
Bien q~lc le séparateur--surchauf`feur qui vient d'être décrit en référence au dessin paraisse la forme de réal sation préferable de l'invention, on comprendra que diverses modifications peuvent lui etre apportées sans sortir du cadre de l'invention, oertains de ses organes pouvant etre remplacPs par d'autres qui joueraient un rôle identique ou analogue. En particulier, les blocs séparateurs peuvent être autres que des paquets de tales ondu].ées parallèlos, et être constitués par exemple par des grilles, des c'nicanes successives, etC. Les faisceaux tubulaires de surchauffe peuvent ne pas comporter d'ailettes ou être munis d'autre~
éléments auxlliaires d'amélioration dU coefficient d'échange de chaleur.
Le nombre de ces faisceaux peut être différent de quatre. 8 ~ ;, The pre ~ ent invention relates to a vertical separator-superheater cal of vapor, comprising inside a common ferrule a part lower ~ or ~ ant separation zone and an upper partle forming zone of overheating, the latter comprising an axial zone of arrival of the dry steam, tubular superheating bundles arranged in envelopes distributed around the central ~ one, and a peripheral area of superheated steam collection.
We already know by French patent n 72 21 656 of 15.6.72 published under n ~ 2 1 ~ 7,394 ~ from the plaintiff ~ des separateurs-surch ~ uf-feurs of this kind, which are used in particular to dry and overheat the steam from a high pressure expansion turbine, before admission in an expansion turbine under a lower pressure, by echan ~ e heat with steam under higher pressure. ~ given the significant dilations and contractions that occur in them tubular superheat steam, we are led to adopt d. special devices intended to allow these expansions and contrac-tions without the appearance of excessive constraints, for example lyres of dilation. These are relatively bulky and complicate t ~ ute intervention on tubular overheating bundles.
The object of the present invention is to remedy these drawbacks, and provide a vertical vapor separator-superheater that absorbs the expansions and contractions of the tubular bundles without comprising special device such as expansion lyres, and which allows a Facils extraction of bundles ~ tubular ceaux for their repair.
The separator-superheater according to the invention is characterized in what the overheating tubular bundles ~ envelopes are attached to the inner wall of a thin, flexible ferrule itself attached to the upper part of the common ferrule.
It also preferably includes at least one of the characteristics ~
following ticks:
~ - It co ~ takes ~ at its upper end an O-ring manifold - supply of ~ fear of overheating ~ fe, connected by short tubes to extrer ~, superieure3 des iaisceau ~. tubular surci1-aui`le.
3 ~
38 ~ 3 - Its lower part includes an annular chamber wet steam inlet, connected on the one hand to openings of introduction of said humi.de vapor, arranged so as to print a vortex movement with this vapor, and on the other hand from below at bottom of an axial zone provided with separating elements, through of passages steaming a change in direction of 1 ~ 0 about.
- The axial ~ one provided with separating elements is offset by compared to ~ a common ferrule towards the side opposite to the introduc-tion of wet steam, so as to ensure a vapor speed substantially constant in the annular intake chamber.
It is described below, by way of example and with reference to fi ~ very of the accompanying drawing, a vertical steam separator-superheater according to the invention.
Figure 1 shows the separator-overchau ~ feur ver-section ticale, with partial tearing of part of the envelopes of ~ aisceaux tubular overheating. -Figure 2 is an enlarged view of detail II of the fi ~ ure 1, representing the bottom of the internal minoe shell and a Paisceau ~ 20 superheater.
-; FIG. 3 is an enlarged view of a detail III of the ~ igur ~ 1, representing a separator element.
FIG. 4 represents a diametral section along the axis IV-IV of figure 1. -FIG. 5 represents a section along the axis VV of FIG. 1.
FIG. 6 represents a diametrical section along the axis VI-VI of Figure 1.
In Figure 1, the separator-superheater has a ferrule pressure-resistant external 1, supported by aanular support usual by a floor 2. It consists of a lower part 3 (forming a separator) and an upper part 4 (forming a superheater).
:, ; The lower part is fitted with 4 ~ steam supply pipes wet. Those cl debouer1ent dan ~ an annular chamber ~ comprising in L73 ~
its in ~ er part a passage 6 of communication with the bottom of the part central 9 containing the separators proper. In order to ensure vapor velocity, and consequently a moist vapor flow, constant over all around the% one central 9, last oette ~ delimited by ure prismatic sheet metal 60 ~ is eccentric relative to the axis of the separator-superheater, its axis being more distant from the supply pipes 4A
(see figure 6). The vortex flow in chamber 5 ensures a first separation of water droplets entrained by steam. The arrangement of the separating elements in the central zone 9 is by elsewhere such that steam enters it only after having undergone a change 180 direction in the entry preseparator delimited by the ledge 61. This completes the preliminary separation of the water droplets contained in steam. The separated water collects in ~ nd 7 of the ferrule and is evacuated through the tubing 8.
The partially dried steam then rises vertically in intervals such as ~ 9A between 10, 11 stacked elements separators formed by bundles of parallel corrugated sheet ~ s, of the type known. In order to ensure a substantially equal distribution of the vapor between the different separating elements, the interval between two stacks separator elements decreases from the bottom to the ha ~ t.
The structure of a separating element is also shown large scale in FIG. 3. Each element comprises an entry grid 40, ensuring equal distribution of steam flow, corrugated sheets ; parallel 41, arranged between lower parallel partitions and upper 42 and ll3, and an outlet grille 44.
Dried saturated steam coming out of the separators meets - in intervals between stacks of separators such as 12, arranged so that the speed of the vapor is the same after it leaves separators than before entering them. Then the dried steam 3o reaches the intermediate zone 13 of the separator-superheater. A
fraction, for example 10% of the total flow, can be taken direct before overheating by a tube of ~ nettle 1l1.
73 ~
The rest of the dried out saturated heat rises in the upper ll, by its axial zone 15, around which are arranged four superheater modules such as 16, 17. These superheater modules are fixed via angle iron ~ 33 (see Figure 2) on the internal surface of a thin ferrule 30, it even welded by its edge upper AU upper bottom 31 of the separator-superheater. The edge lower part of the ferrule 30 is connected by an expansion bellows 37 to a horizontal edge 32, itself welded to the inner wall of the ferrule external 1.
The superheater modules are supplied with pressurized steam raised by tubing 20, O-manifold 21 and fittings 22 opening into the end chambers 23. The tubular bundles are consist of tubes with parallel fins 35 fixed in aes plates tubular such as 36. The superheated steam ~ condensed fe collects in rooms such as 24, the latter being brought together ~ at a collector 25. A pipe 26 allows the condensa to be collected, in a recipe pot 27, then it is evacuated through tubing 28.
Attaching the superheater modules to an internal ferrule i ~; .nce, allows thanks to its flexibility to absorb dilations and contractions resulting from temperature variations, without providing the.
steam supply pipes for expansion lyres or others special expansion compensation devices.
In addition, it allows when one of the modules requires a repair, extract it from the separator-superheater through the : O-ring manifold 21 then orifice 54, which we have previously dissociated the bottom 55 which closes it (Figure 1), independent of others modules.
The superheater modules include at regular intervals : horizontal sheets 34 fixed on either side to vertical sheets 51 (Figure 4) they mixes with a vertical angle 52 to the ferrule internal 30.
The bundle tubes pass through holes with a certain play through the ~ hsri ~ ontales 3ll sheets, which divide and canaliscnt 38t ~
the steam flow to be overheated. This one crosses the beams tubular such as 50, then the corresponding openings such as 53 in the shell in ~ erne 30, and reaches the peripheral chamber 18.
It is finally brought to the utilatioll, ~ ar example to a turbine of trigger, by the bulb 19.
Although q ~ lc the separator - superheater which has just been described in reference to the drawing appears the preferable form of realization of the invention, it will be understood that various modifications may be made to it made without departing from the scope of the invention, some of its organs can be replaced by others who would play an identical role or similar. In particular, the separator blocks may be other than bundles of wavy tales] .ées parallèles, and be constituted for example by grids, successive channels, etc. The tubular bundles of overheating may not have fins or be provided with other ~
auxiliary elements for improving the heat exchange coefficient.
The number of these beams can be different from four.