CH260393A - Thermal insulation device for low temperature and low density gas pipelines, in particular for cold and expanded air pipelines of aircraft engine test benches. - Google Patents

Thermal insulation device for low temperature and low density gas pipelines, in particular for cold and expanded air pipelines of aircraft engine test benches.

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CH260393A
CH260393A CH260393DA CH260393A CH 260393 A CH260393 A CH 260393A CH 260393D A CH260393D A CH 260393DA CH 260393 A CH260393 A CH 260393A
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CH
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cold
wall
gas
thermal insulation
aircraft engine
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Rateau Societe
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Rateau Soc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/14Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
    • F16L59/141Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems in which the temperature of the medium is below that of the ambient temperature

Description

  

      -Di_@,nositif    d'isolation thermique pour canalisations de gaz<B>à</B> basse température et faible  densité, en particulier pour canalisations d'air froid et détendu des bancs d'essais de  moteurs d'aviation.    On sait que<B>le</B> transport des gaz détendus  <B>à</B> faible densité et<B>à</B> basse température<B>à</B>  une certaine distance présente de grandes  difficultés.

   Les tuyauteries ou capacités né  cessaires doivent présenter des dimensions re  lativement, grandes pour limiter les pertes de  charge et leur épaisseur doit être suffisante  pour résister<B>à</B> la différence de pression par  rapport au milieu ambiant.<B>Il</B> en résulte donc  le double inconvénient<B>de</B> grandes surfaces  pour les échanges calorifiques et d'une masse  considérable<B>de</B> la tuyauterie par rapport<B>à</B>  celle du fluide évoluant.<B>Il</B> est alors difficile  d'éviter un     réchauffage    excessif des gaz froids,  et la mise en régime stable de température  demande un temps considérable lorsqu'on uti  lise les procédés connus d'isolation thermique  comportant une ou plusieurs couches de calo  rifuges disposées<B>à</B> l'extérieur ou<B>à</B> l'intérieur  de la tuyauterie elle-même.  



  La présente invention a pour but d'atté  nuer considérablement ces inconvénients. Le  dispositif d'isolation thermique conforme<B>à</B>  l'invention est caractérisé par une paroi  extérieure destinée<B>à</B> résister<B>à</B> la différence  de pression entre l'intérieur de la canalisation  et le milieu ambiant, munie d'un calorifuge,  et une paroi intérieure d'épaisseur juste suf  fisante pour assurer sa rigidité et délimitant  avec la paroi extérieure un espace annulaire  en équilibre de pression avec l'enceinte inté-         rieure    et parcouru par une dérivation du gaz  froid.  



  Le dessin annexé montre,<B>à</B> titre d'exem  ples non limitatifs, des formes de réalisation  de l'invention:  La     fig.   <B>1</B> représente une     demi-coupe    lon  gitudinale d'un élément de tuyauterie.  



  La     fig.    2 est une     demi-coupe    semblable  d'une variante du dispositif.  



  La     fig.   <B>3</B> est une vue d'ensemble schéma  tique en coupe partielle du dispositif appli  qué<B>à</B> une installation d'essais de moteurs  d'aviation, avec tuyauterie relativement lon  gue d'air froid et détendu jusqu'à l'admis  sion du moteur en essai.  



  Un élément de tuyauterie     (fig.   <B>1)</B> destiné  au transport d'air froid sous faible pression  absolue comprend une paroi extérieure a  pouvant résister aux contraintes mécaniques  dues<B>à</B> la différence de pression entre     15en-          ceinte    intérieure<B>b</B> et l'atmosphère ambiante       c.    La paroi extérieure est, bien entendu, pour  vue     d'un        calorifugeage        d    d'un type connu,  comme par exemple de liège aggloméré.

    L'élément de tuyauterie comporte également  une paroi intérieure e d'épaisseur aussi ré  duite que possible, canalisant la veine de gaz  froids et détendus qu'il s'agit de transporter;  cette paroi ne supporte aucune différence de  pression, son épaisseur peut donc être réduite  <B>à</B> la valeur strictement nécessaire pour assu-           rer    sa rigidité; elle présente une série d'ori  fices<B><I>fi,</I></B>     f2,        f3   <B>...</B>     f.,    mettant l'intérieur de la  canalisation en équilibre de pression avec  l'espace annulaire<B>g</B> compris entre la paroi  extérieure et la paroi intérieure.

   Le sens de  déplacement du gaz est donné par la flèche<B>A.</B>  Enfin, une évacuation limitée de gaz froid  est assurée par une tubulure i et par des  moyens quelconques, par exemple par rac  cordement de cette tubulure avec     une    enceinte  <B>à</B> pression plus faible.  



  On conçoit que seule la fraction de gaz  circulant dans l'espace annulaire<B>g</B> se ré  chauffe au contact de la paroi extérieure a  dont la température s'abaisse graduellement  au fur et<B>à</B> mesure de la     n-àse    en régime de  température. En raison de sa faible masse, la  paroi intérieure e est amenée rapidement<B>à</B>  sa température de régime qui est alors très  voisine de celle du flux de gaz principal. Le  gaz contenu dans l'espace annulaire ne  s'échauffe en régime normal qu'au     #voisinage     de la paroi extérieure, et en réglant le débit  de fuite par la vanne<B>j,</B> on peut réduire<B>à</B>  sa valeur minimum le coefficient de convec  tion     gaz-paroi    extérieure et, par conséquent,  l'échauffement correspondant.

   La fraction de  gaz passant par l'espace annulaire est ensuite  évacuée en un point quelconque de l'instal  lation présentant une dépression suffisante,  ou par tout autre dispositif.  



  On réalise ainsi un flux auxiliaire de gaz  froids dirigé en sens inverse du flux de cha  leur venant de l'extérieur, les pertes     tliermi-          ques    étant supportées, pour leur majeure  partie, par le flux de gaz dérivé et non plus  par le flux de gaz principal. Ce dernier ne  subit qu'un réchauffement minime, bien infé  rieur<B>à</B> celui qu'on aurait dans une tuyau  terie en tôle forte recouverte d'un calorifuge  connu. En outre, la seule paroi intérieure en  contact avec le, flux principal étant d'une  faible épaisseur et par suite d'une faible  masse, sa mise en température de régime est  atteinte très rapidement.  



  La     fig.    2 représente,<B>à</B> titre d'exemple,  une variante du dispositif précédent, dans  laquelle l'espace annulaire est subdivisé par    plusieurs parois concentriques<B>k, 1,</B> ni consti  tuées par des tôles de faibles épaisseurs et de  faibles masses, comportant des perforations  ni, n2<B>...</B>     n,,    par lesquelles une dérivation de  gaz froids peut être assurée et évacuée par  la tubulure i et la vanne de réglage     j.    Cette  évacuation peut     seffectuer    en un point de  l'installation présentant une dépression suffi  sante, ou par tout autre moyen équivalent.  



  Les parois concentriques<B>k, 1,</B> m pour  raient être constituées par des tôles minces  gaufrées pourvues de perforations convena  bles. Enfin, la canalisation elle-même peut  être établie en un seul tronçon ou en plu  sieurs tronçons comportant individuellement  <B>le</B> dispositif d'isolation précédent. Les perfo  rations     111,    n2<B>...</B> des tôles peuvent être uni  formes ou de sections différentes.  



  La     fig.   <B>3</B> représente,<B>à</B> titre d'exemple,  une installation d'essais de moteur alimenté  avec de l'air atmosphérique détendu et re  froidi et comportant un dispositif d'extrac  tion de gaz pour reproduire au sol les condi  tions de fonctionnement en altitude. Lors  que la distance entre la machine frigorifique  et l'admission au moteur en essai est impor  tante, il convient d'appliquer le dispositif     ci-          dessus   <B>à</B> la canalisation d'amenée d'air con  ditionné au moteur. Dans le schéma corres  pondant,<B>1</B> désigne une tour de lavage de  l'air atmosphérique, alimentée par une sau  mure réfrigérée dans une machine frigorifi  que primaire 2; l'air se détend ensuite dans  une turbine<B>3</B> avec absorption d'énergie mé  canique dans un frein 4.

   L'air détendu et  froid est amené par la canalisation<B>5 à</B> dou  ble enveloppe jusqu'au moteur d'aviation en  essai<B>6</B> dont la puissance est absorbée par le  frein<B>7.</B> Les gaz d'échappement du moteur  sont refroidis dans un réfrigérant, puis re  foulés<B>à</B> l'atmosphère ambiante par des  extracteurs<B>8, 8</B> entraînés par le moteur<B>9.</B>  Une soupape automatique<B>10</B> règle la pres  sion<B>à</B> l'échappement du moteur d'aviation en  essai.  



  La canalisation<B>5</B> d'air froid et détendu  alimentant le moteur est prévue<B>à</B> double en  veloppe suivant une des modalités précé-           dentes,    et la dérivation d'air froid passant  dans l'espace annulaire est évacuée en aval  de la soupape de réglage<B>10</B> où règne la     pl-Lis     faible pression absolue du circuit, au moyen  de la tuyauterie de décharge<B>11</B> et de la  vanne de réglage 12.  



  Le dispositif d'isolation décrit peut évi  demment s'appliquer<B>à</B> toute autre canalisa  tion chaque fois qu'il s'agit de transporter  un fluide de faible densité et<B>à</B> basse tempé  rature avec le minimum de réchauffage du  flux principal.



      -Di _ @, thermal insulation nositive for low temperature and low density <B> </B> gas pipes, in particular for cold and relaxed air pipes in aircraft engine test benches. It is known that <B> the </B> transport of expanded gases <B> at </B> low density and <B> at </B> low temperature <B> at </B> a certain distance presents great difficulties.

   The necessary pipes or capacities must have relatively large dimensions to limit the pressure drops and their thickness must be sufficient to resist <B> to </B> the pressure difference in relation to the ambient environment. <B> It </B> therefore results in the double disadvantage <B> of </B> large surfaces for heat exchange and a considerable mass <B> of </B> the piping compared to <B> to </B> that of the evolving fluid. <B> It </B> is then difficult to avoid excessive heating of the cold gases, and bringing the temperature to a stable temperature requires considerable time when using the known thermal insulation methods comprising one or more layers of heat insulating materials placed <B> on the outside </B> or <B> on the inside </B> of the pipe itself.



  The object of the present invention is to considerably reduce these drawbacks. The thermal insulation device in accordance with <B> to </B> the invention is characterized by an outer wall intended <B> to </B> resist <B> to </B> the pressure difference between the inside of the pipe and the ambient environment, provided with a heat insulator, and an inner wall of just sufficient thickness to ensure its rigidity and delimiting with the outer wall an annular space in pressure equilibrium with the inner enclosure and traversed by a cold gas bypass.



  The appended drawing shows, <B> to </B> by way of nonlimiting examples, embodiments of the invention: FIG. <B> 1 </B> represents a longitudinal half-section of a pipe element.



  Fig. 2 is a similar half-section of a variant of the device.



  Fig. <B> 3 </B> is an overall view of a partial sectional tick diagram of the device applied <B> to </B> an aircraft engine test installation, with relatively long air piping cold and relaxed until the engine is admitted for testing.



  A pipe element (fig. <B> 1) </B> intended for the transport of cold air under low absolute pressure comprises an outer wall a capable of withstanding the mechanical stresses due <B> to </B> the pressure difference between the indoor <B> b </B> enclosure and the ambient atmosphere c. The outer wall is, of course, for view of a thermal insulation of a known type, such as for example agglomerated cork.

    The piping element also comprises an inner wall e of as small a thickness as possible, channeling the stream of cold and relaxed gases that it is a question of transporting; this wall does not support any pressure difference, its thickness can therefore be reduced <B> to </B> the value strictly necessary to ensure its rigidity; it presents a series of ori fices <B> <I> fi, </I> </B> f2, f3 <B> ... </B> f., putting the interior of the pipe in equilibrium of pressure with the annular space <B> g </B> between the outer wall and the inner wall.

   The direction of movement of the gas is given by the arrow <B> A. </B> Finally, a limited evacuation of cold gas is provided by a pipe i and by any means, for example by connecting this pipe with a <B> lower pressure </B> enclosure.



  It can be seen that only the fraction of gas circulating in the annular space <B> g </B> reheats in contact with the outer wall a, the temperature of which gradually decreases as <B> to </B> measurement of the drop in temperature regime. Due to its low mass, the inner wall e is brought rapidly <B> to </B> its operating temperature which is then very close to that of the main gas flow. The gas contained in the annular space only heats up under normal conditions in the vicinity of the outer wall, and by adjusting the leakage rate through the valve <B> j, </B> it is possible to reduce <B> at its minimum value, the gas-outer wall convection coefficient and, consequently, the corresponding heating.

   The fraction of gas passing through the annular space is then evacuated at any point of the installation having sufficient depression, or by any other device.



  An auxiliary flow of cold gas is thus produced directed in the opposite direction to the flow of heat coming from the outside, the thermal losses being borne, for the most part, by the flow of derived gas and no longer by the flow of gas. main gas. The latter undergoes only minimal heating, much less <B> than </B> that which one would have in a heavy-duty sheet metal pipe covered with a known thermal insulation. In addition, the only inner wall in contact with the main flow being of a small thickness and as a result of a low mass, its operating temperature is reached very quickly.



  Fig. 2 represents, <B> to </B> by way of example, a variant of the preceding device, in which the annular space is subdivided by several concentric walls <B> k, 1, </B> nor constituted by thin sheets and low mass, comprising perforations ni, n2 <B> ... </B> n ,, through which a cold gas bypass can be provided and discharged through the pipe i and the control valve j . This evacuation can be carried out at a point of the installation having sufficient negative pressure, or by any other equivalent means.



  The concentric walls <B> k, 1, </B> m could be formed by thin embossed sheets provided with suitable perforations. Finally, the pipe itself can be established in a single section or in several sections comprising individually <B> the </B> preceding isolation device. The perforations 111, n2 <B> ... </B> of the sheets can be uniform or of different sections.



  Fig. <B> 3 </B> represents, <B> by </B> by way of example, an engine test installation supplied with relaxed and cooled atmospheric air and comprising a device for extracting gas to reproduce the operating conditions at altitude on the ground. When the distance between the refrigeration machine and the intake to the engine under test is great, the above device should be applied <B> to </B> the air supply pipe conditioned to the engine. . In the corresponding diagram, <B> 1 </B> designates an atmospheric air washing tower, fed by a refrigerated brine in a primary refrigeration machine 2; the air then expands in a turbine <B> 3 </B> with absorption of mechanical energy in a brake 4.

   The relaxed and cold air is brought by the pipe <B> 5 to </B> double envelope to the aircraft engine under test <B> 6 </B> whose power is absorbed by the brake <B > 7. </B> The engine exhaust gases are cooled in a refrigerant, then returned <B> to </B> the ambient atmosphere by extractors <B> 8, 8 </B> driven by engine <B> 9. </B> An automatic valve <B> 10 </B> regulates the pressure <B> at </B> the exhaust of the aircraft engine under test.



  The pipe <B> 5 </B> of cold and relaxed air supplying the engine is provided <B> à </B> in double casing according to one of the preceding methods, and the bypass of cold air passing in the The annular space is evacuated downstream of the control valve <B> 10 </B> where the pl-Lis low absolute pressure of the circuit prevails, by means of the discharge pipe <B> 11 </B> and the regulating valve 12.



  The isolation device described can of course be applied <B> to </B> any other pipeline whenever it is a question of transporting a fluid of low density and <B> at </B> low temperature. erases with the minimum reheating of the main stream.

 

Claims (1)

REVENDICATION: Dispositif d'isolation thermique pour ca nalisations de gaz<B>à</B> basse température et faible densité, en particulier pour canalisa tions d'air froid et détendu des bancs d'essai de moteurs d'aviation, caractérisé par une paroi extérieure destinée<B>à</B> résister<B>à</B> la<B>diffé-</B> rence<B>(le</B> pression entre l'intérieur de la ca nalisation et le milieu ambiant, munie d'un calorifuge, et une paroi intérieure d'épaisseur juste suffisante pour assurer sa rigidité et délimitant avec la paroi extérieure un espace annulaire en équilibre de pression avec l'en ceinte intérieure et parcouru par une dériva tion du gaz froid. CLAIM: Thermal insulation device for low temperature and low density <B> </B> gas ducts, in particular for cold and relaxed air ducts for aircraft engine test benches, characterized by an outer wall intended <B> to </B> resist <B> to </B> the <B> difference- </B> rence <B> (the </B> pressure between the inside of the and the ambient environment, provided with a heat insulator, and an inner wall of just sufficient thickness to ensure its rigidity and delimiting with the outer wall an annular space in pressure equilibrium with the inner enclosure and traversed by a bypass of the cold gas. SOTTS-REVENDICATIONS: <B>1.</B> Dispositif selon la revendication, ca ractérisé par le fait que l'espace annulaire parcouru par la dérivation de fluide froid est subdivisé au moyen de tôles perforées. 2. Dispositif selon la revendication et la sous-revendication <B>1,</B> caractérisé en ce que les tôles perforées sont gaufrées. <B>3.</B> Dispositif selon la revendication, ca ractérisé en ce que la canalisation est subdi visée en tronçons présentant chacun -une dé rivation de fluide froid passant<B>à</B> l'intérieur de la double paroi. 4. Dispositif selon la revendication et la sous-revendication <B>1,</B> caractérisé en<B>ce</B> que les perforations des tôles intérieures sont de dif férentes sections. SOTTS-CLAIMS: <B> 1. </B> Device according to claim, ca ractérisé in that the annular space traversed by the cold fluid bypass is subdivided by means of perforated sheets. 2. Device according to claim and sub-claim <B> 1, </B> characterized in that the perforated sheets are embossed. <B> 3. </B> Device according to claim, ca ractérized in that the pipe is subdi referred to in sections each having a cold fluid branch passing <B> inside </B> the interior of the double wall. 4. Device according to claim and sub-claim <B> 1, </B> characterized in <B> this </B> that the perforations of the inner sheets are of different sections. <B>5.</B> Dispositif selon la revendication, ca ractérisé en ce que l'évacuation du gaz<B>dé-</B> rivé s'effectue en un point de l'installation présentant une dépression. <B> 5. </B> Device according to claim, ca ractérized in that the evacuation of the gas <B> branched off </B> takes place at a point of the installation having a depression.
CH260393D 1946-04-10 1947-03-11 Thermal insulation device for low temperature and low density gas pipelines, in particular for cold and expanded air pipelines of aircraft engine test benches. CH260393A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002040915A2 (en) * 2000-11-14 2002-05-23 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for transferring a cryogenic fluid

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WO2002040915A2 (en) * 2000-11-14 2002-05-23 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for transferring a cryogenic fluid
WO2002040915A3 (en) * 2000-11-14 2003-05-01 Air Prod & Chem Apparatus and method for transferring a cryogenic fluid

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