Appareil pour séparer des gouttelettes liquides d'un gaz ou d'une vapeur
La présente invention a pour objet un appareil pour séparer des gouttelettes liquides d'un gaz ou d'une vapeur dans lequel elles sont suspendues.
On connaît un appareil de ce type qui comprend un écran perméable, constitué par des couches de mailles tricotées et agencé pour favoriser sur lui la coalescence des gouttelettes liquides contenues dans un gaz ou une vapeur qui traverse l'écran. Cet écran est disposé transversalement dans un circuit vertical à travers lequel le gaz ou la vapeur est alimenté de bas en haut. Les gouttelettes ayant subi la coalescence tombent alors de l'écran sous l'action de la gravité, tandis que le gaz ou la vapeur dont elles ont été retirées passe vers le haut à travers l'écran.
On comprend toutefois que les gouttelettes tombant à contre-courant du gaz ou de la vapeur, il existe une limite à la vitesse avec laquelle le gaz ou la vapeur peut être envoyé vers l'écran. La traînée sur les gouttelettes qui tombent est particulièrement élevée quand le milieu à travers lequel elles tombent présente une densité élevée, comme c'est le cas pour la vapeur humide qui se trouve, par exemple, dans un séparateur réchauffeur de vapeur humide dans une installation à turbine à vapeur associée aux réacteurs nucléaires à eau bouillante et aux réacteurs nucléaires à vapeur pressurisée. Dans ces cas, la vitesse d'entrée du gaz ou de la vapeur doit être maintenue faible afin de permettre la chute des gouttelettes après coalescence. Par conséquent, l'appareil connu est d'une dimension considérable pour une capacité de décharge donnée.
Le but de l'invention est de fournir un séparateur qui permette une augmentation de la vitesse maximum à laquelle le gaz ou la vapeur peut être alimenté, d'autres variables restant inchangées, et permette ainsi une réduction des dimensions pour une capacité de décharge donnée par rapport à l'appareil connu.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe présentant une entrée et une sortie pour le gaz ou la vapeur et, dans l'enveloppe, un écran perméable disposé entre l'entrée et la sortie et agencé pour favoriser sur lui la coalescence des gouttelettes liquides contenues dans le gaz ou la vapeur qui le traverse, l'écran étant rotatif de manière que les goutte- lettes ayant subi la coalescence soient soumises à une force centrifuge.
L'appareil peut comprendre, dans son enveloppe, un tambour creux monté à rotation, la sortie de l'appareil communiquant avec l'intérieur du tambour et l'écran perméable constituant au moins une partie de la paroi périphérique du tambour.
L'enveloppe peut avoir une forme en spirale autour de l'axe du tambour et son entrée peut s'étendre pratiquement sur toute la longueur axiale de ce tambour.
Dans une autre forme d'exécution, l'enveloppe peut être tubulaire et pratiquement coaxiale avec l'axe de rotation du tambour, et présenter à ses extrémités mutuellement opposées lesdites entrée et sortie, respectivement.
Dans chaque cas, le tambour et son enveloppe peuvent être avantageusement orientés verticalement, la sortie se déchargeant vers le haut.
Plusieurs aubes fixes peuvent être disposées dans le tambour et agir pour éliminer ou réduire le tourbillon qui se formerait autrement dans ce dernier.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe vue en plan de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe selon la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe vue en plan de la seconde forme d'exécution, et
la fig. 4 est une coupe axiale correspondant à la fig. 3.
L'appareil représenté aux fig. 1 et 2 comprend une enveloppe 1 équipée d'un conduit d'entrée ou d'alimentation 2, s'étendant sur toute sa hauteur, et de forme générale en spirale autour de l'axe de rotation d'un tambour 3 monté à rotation dans l'enveloppe. Celle-ci vue en plan présente une forme telle (fig. 1) qu'elle forme un espace décroissant autour de la paroi cylindrique 4 du tambour 3. La paroi 4 comprend un revêtement d'acier extérieur 5 présentant des ouvertures 6 et un certain nombre de couches de mailles tricotées 7 qui sont supportées sur la surface interne du revêtement 5 et constituent un écran perméable. Les mailles tricotées sont de préférence en acier ou en nickel-cuivre. En variante, les couches 7 peuvent être formées de mailles de polypropylène pour les applications à basses températures ou constituées par des plaques ondulées perforées.
Le tambour 3 est monté dans des supports 8 et 9 à ses extrémités supérieure et inférieure respectivement, les supports constituant des paliers 10 qui sont de préférence lubrifiés à l'eau; le palier 10 inférieur est un palier combiné de butée et de tourillonnage. Le support supérieur 8 est sous forme d'un conduit de sortie et son extrémité inférieure porte des aubes 12 qui s'étendent dans le tambour 3 sur toute la hauteur de ce dernier.
En fonctionnement, la vapeur ou le gaz d'où des gouttelettes liquides doivent être séparées est amené à travers le conduit d'entrée 2 autour de la paroi cylindrique 4 du tambour 3, ce qui produit la rotation du tambour.
Ce dernier pourrait comporter des aubes pour augmenter l'effet de rotation exercé sur lui. Quand le mélange qui se déplace vers le conduit de sortie 8 passe à travers les ouvertures 6 et l'écran perméable constitué par les couches de mailles tricotées 7, ces gouttelettes liquides en suspension subissent une coalescence dans ces mailles pour former des gouttes plus grandes qui sont projetées vers l'extérieur par la force centrifuge due à la rotation du tambour et qui, par suite de leur dimension plus importante, sont soumises à une traînée réduite par unité de quantité de mouvement. Le composant liquide est ainsi séparé du gaz ou de la vapeur qui passe à travers l'écran vers l'intérieur du tambour et de là s'échappe à travers le conduit de sortie 8. Toutes les gouttes séparées trouvent leur chemin dans le tambour 3 et tendent à tomber au fond de ce dernier.
Il est évident que les gouttes séparées projetées hors de la surface du tambour se rassemblent vers le bas de la paroi de l'enveloppe 1 et sont éliminées par un conduit de sortie du liquide non représenté, monté à la partie inférieure de l'enveloppe. Il est évident aussi que la vitesse du gaz ou de la vapeur à travers l'appareil peut être supérieur à celle du gaz ou de la vapeur dans un appareil connu, parce que la force centrifuge qui agit sur les gouttes séparées fait que la force totale ou résultante dirigeant les gouttes de façon générale contre le courant d'entrée est supérieure à la force de gravité seule. Les aubes 12, qui s'étendent jusqu'à proximité de la sortie 8, permettent d'éliminer ou de réduire le tourbillon qui serait créé autrement par suite de la forme de l'enveloppe 1 et de la disposition de son entrée 2 et de sa sortie 8.
La forme d'exécution représentée aux fig. 3 et 4 comprend un tambour rotatif 3 semblable à celui des fig. 1 et 2 et dont les diverses parties portent les mêmes chiffres de référence, le tambour étant monté dans des pièces de support 8 et 9 formant des surfaces de palier 10.
Dans cet appareil cependant, le tambour 3 est logé dans une enveloppe cylindrique 13 constituée par un tuyau dont les parties 13A et 13B respectivement au-dessous et au-dessus du tambour constituent l'entrée et la sortie, respectivement, pour le gaz ou la vapeur dont les goutte- lettes liquides doivent être séparées.
Le support 9 est monté rigidement dans l'enveloppe 13 au moyen de nervures radiales espacées 14 qui ne gênent pratiquement pas l'écoulement vers le haut du gaz ou de la vapeur à partir de l'entrée 13A. Le support 8 constitue un blocage de l'enveloppe 13 extérieurement au tambour 3, mais il présente un trou 15 qui permet le libre écoulement du gaz ou de la vapeur vers la sortie 13B depuis l'intérieur du tambour 3. Ce dernier, à son extrémité inférieure près de l'entrée 13A, comprend des aubes extérieures hélicoîdales 16 sur lesquelles agissent le gaz ou la vapeur passant à travers l'appareil afin de faire tourner le tambour 3. En variante, il est évident que des moyens séparés pourraient être utilisés pour faire tourner le tambour, cette remarque s'appliquant aussi à la forme d'exécution des fig. 1 et 2.
Dans chaque cas, l'action de séparation assurée par l'appareil des fig. 3 et 4 est identique à celle décrite en référence aux fig. 1 et 2.
Comme indiqué précédemment, l'écran perméable peut être formé de mailles tricotées en acier, en nickel- cuivre ou en polypropylène, par exemple. Toutefois, cet écran peut avoir une autre forme et être constitué d'une pile de plaques perforées, en métal par exemple, ou de tampons non tissés ou non tricotés de fils enchevêtrés au hasard.
La rotation du tambour de l'appareil décrit agit de deux manières pour améliorer le rendement. Première- ment, comme indiqué précédemment, la rotation de l'écran soumet à une force centrifuge les gouttes liquides les plus grosses qui ont subi la coalescence sur l'écran et impartit à ces gouttes une quantité de mouvement supérieure à celle qui serait due uniquement à la gravité seule, de sorte que l'écoulement du gaz ou de la vapeur peut être plus important sans ces gouttes qui ne sont pas entraînées à nouveau par le courant. Secondement, le mouvement de rotation de l'écran augmente la probabilité que les gouttelettes entraînées viennent en contact avec la matière constituant l'écran et subissent la coalescence sur ce dernier.