Brevet FR2384103A1 — publié le 19781013

L'invention concerne des coudes à ailettes utilisés pour modifier la direction d'un fluide dans une conduite selon les necessites de 11installation à lanuelle appartient la conduite. Il peut s'agir par exemple d'une installation de turbine à vapeur, et d'un transfert entre corps haute pression et corps basse pression. Dans les conduites menant aux stages basse pression, il arrive aue le fluide7 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 ou 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. L'invention~ a donc pour but de tirer parti du phénomène constaté, pour réaliser, au niveau d'un coude à ailettes, un séparateur séparant 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 constituée par des matériaux moins sophistiqués. L'invention a donc pour objet un coude à ailettes, séparateur de phase faisant partie dtune conduite appartenant à une installation véhiculant un fluide fonctionnel, pour modifier la direction du fluide, ledit fluide se présentant sous une phase gazeuse et une phase liquide pouvant être en équilibre therinedynamique caractérisé en ce que lesdites ailettes possèdent une cavité interne et comportent sur leur face intrados des ouvertures communiquant avec ladite cavité interne des ailettes permettant de récolter la phase liquide du fluide venant frapper la face intrados des ailettes, des moyens étant prévus pour collecter et évacuer le liquide récolté par les ailettes. On a ainsi réalisé un sép#arateur de phase à grande vitesse, de faible encombrement. Les éléments moteurs de l'évacuation sont constitués par les facteurs suivants - L'énergie cinétique restante de la composante moyenne de la vitesse parallele à la paroi'de la phase liouide. 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 renne 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. - 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-apres 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 agrandis de la figure 1 montrant la bâche collectrice de l'eau récoltée par les ailettes. la fifre 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 intérieurs 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 IÌI-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 6 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 désirée pour son évacution. 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 revoir 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 forte 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'éllipse 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'extrémite 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 la face intrados 9 portant en amont de la fente 7 des ondulations 17 en forme de gouttieres visibles sur la figure 6. Cet amenagement permet d'augmenter encore les conditions d'écavuation de la lame liquide. REVENDICATIONS 1/ Coude à ailettes séparateur de phases, faisant partie d'une conduite appas tenant à une installation véhiculant un fluide fonctionnel, pour modifier la direction du fluide, ledit fluide se présentant sous une phase gazeuse et une phase liquide pouvant être en équilibre thermodynamique caractérisé en ce que lesdites ailettes possèdent une cavité interne, et comportent sur leur face intrados des ouvertures communiquant avec ladite partie creuse des ailettes, permettant de récolter la phase liquide du fluide venant frapper la face intrados des ailettes, des moyens étant prévus pour collecter et évacuer le liquide récolté par les ailettes. 2/ Coude à ailette selon la revendication 1 caractérisé en ce que 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. 3/ Coude à ailettes selon la revendic#ation 2 caractérisé en ce que des ailettes directrices sont disposées le long desdites fentes. 4/ Coude à ailettes selon l'une-des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que la cavité interne des ailettes débouche au moins à une de leurs extrémités à l'extérieur du coude. 5/ Coude à ailettes selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que des organes de renfort et de guidage de la phase liquide sont placés à l'intérieur de la cavité. 6/ Coude à ailettes selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface intrados des ailettes est partiellement ouvragée en forme de gouttières se dirigeant vers lesdites fentes.