Brevet FR2581892A1 — publié le 19861121

-1 Titre: Séparateur Gaz-Eau. Domaine de l'invention. La présente invention concerne un séparateur à fixer sur un tuyau de gaz comme de la vapeur ou de l'air comprimé pour séparer l'eau (c'est-à-dire le condensat) du gaz à l'extérieur. En particulier, elle concerne un séparateur gaz-eau pour séparer le gaz et l'eau l'un de l'autre grâce à l'action de la force centrifuge produite par le fluide entraîné en rotation. Dans ce type de séparateur gaz-eau, le fluide est entraîné en rotation dans la partie supérieure d'un corps et les gouttes d'eau contenues dans le gaz sont éliminées par des secousses vers l'extérieur grâce à l'action de la force centrifuge en résultant et sont ainsi séparées. Le gaz est envoyé côté sortie, alors que les gouttes d'eau séparées sont déchargées à l'extérieur du corps par une soupape de vidange disposée à la partie inférieure du corps. Etat antérieur de la technique. Conformément à la construction d'un séparateur gaz-eau traditionnel, un élément de cloisonnement cylindrique est disposé à la partie supérieure d'un corps de façon à former un espace annulaire entre l'élément de cloisonnement et le corps situé à l'extérieur de l'élément de cloisonnement; de multiples palettes tournantes inclinées obliquement vers le bas sont disposées radialement dans l'espace annulaire; et les parties supérieure et inférieure de l'espace annulaire et un alésage intérieur de l'élément de cloisonnement sont reliés à un côté entrée, une partie soupape de vidange et un côté sortie, respectivement. Suivant cette construction, le fluide venant de l'entrée est entraîné en rotation dans l'espace annulaire grâce aux palettes tournantes, de telle sorte que les gouttes d'eau sont éjectées par secousses vers l'extérieur grâce à l'action de la force centrifuge. Les gouttes d'eau ainsi séparées s'écoulent vers le bas et sont évacuées à l'extérieur par la soupape de vidange. Dans la partie centrale du courant tournant, le gaz est dirigé vers le côté sortie par l'alésage intérieur de l'élément de cloisonnement. Problème résolu par l'invention. Dans la structure traditionnelle ci-dessus, les gouttes d'eau ne sont que partiellement entraînées vers le côté sortie même si le débit en rotation est renforcé 81892 2- et il a été impossible d'améliorer l'efficacité de séparation gaz-eau au-delà d'un certain degré. La raison en est que le procédé s'appuie simplement sur la loi de la nature selon laquelle lorsqu'un fluide est mis en rotation, le fluide est davantage entratiné vers l'extérieur par l'action de la force centrifuge si sa masse est plus importante, donc de très petites gouttelettes d'eau retombent de l'extérieur vers l'intérieur le long de la surface et par conséquent, sont amenées du côté sortie en même temps que le gaz. Le sujet technique de la présente invention comporte l'utilisation d'un moyen supplémentaire pour attraper les gouttes d'eau et les éjecter positivement vers l'extérieur dans un séparateur gaz-eau muni de palettes tournantes. Moyen de résoudre le problème. D'après la solution proposée par la présente invention pour le problème ci-dessus, des parois inclinées obliquement vers le bas et des parois en spirale sont formées sur une paroi périphérique extérieure d'un élément de cloisonnement cylindrique, chacune de ces parois en spirale dépassant progressivement vers l'extérieur depuis le haut jusqu'au bas de cette paroi inclinée et sont reliées par un gradin à une paroi d'extrémité radiale en bas de la paroi inclinée. Fonctionnement de l'appareil selon l'invention. Le moyen technique ci-dessus conduit à la fonction suivante: Un espace annulaire est formé sur la périphérie extérieure de l'élément de cloisonnement cylindrique et les parois inclinées obliquement vers le bas sont positionnées dans l'espace annulaire, donc le fluide change son sens de déplacement en un sens descendant oblique lorsqu'il traverse l'espace annulaire. Par conséquent, le fluide est en rotation dans l'espace annulaire en raison de sa continuité et cette rotation s'étend au-dessus et au-dessous des parois inclinées, c'est-à-dire que le fluide pénètre dans l'espace annulaire en tournant et en sort également en rotation. Puisque les parois en spirale dépassent progressivement vers l'extérieur depuis le haut jusqu'au bas des parois inclinées, le fluide se déplace davantage à l'extérieur que ce qui correspond à un sens tangentiel à l'espace annulaire et est projeté d'une meilleure façon contre la paroi intérieure du corps situé à l'extérieur. De plus, puisque la largeur de l'espace annulaire se réduit vers le bas par rapport au haut des parois inclinées, la vitesse du débit en rotation s'accroît progressivement et atteint un 81892 3 3- maximum à la partie inférieure. De plus, puisque les parois en spirale sont raccordées par des gradins aux parois radiales d'extrémité en bas des parois inclinées, la largeur de l'espace annulaire s'agrandit soudain aux parties constituées par les parois d'extrémité. Par conséquent, au fur et à mesure que le fluide tourne, la pression près des parois d'extrémité baisse et les gouttes d'eau qui adhèrent aux surfaces des parois tout proches sont recueillies aux bords de raccordement entre les parois en spirale et les parois d'extrémité, et sont ensuite éjectées par le fort débit de rotation dont la vitesse a atteint son maximum à ces parties de bords de raccordement comme indiqué précédemment et elles sont jetées contre la paroi intérieure du corps extérieur. Effet de l'invention. La présente invention entraîne les effets particuliers suivants: Non seulement une séparation gaz-eau est réalisée grâce à l'action de la force centrifuge provoquée par la rotation du fluide, mais également les gouttes d'eau sont positivement recueillies aux bords de raccordement entre les parois en spirale et les parois d'extrémité et la vitesse du débit en rotation atteint un maximum à ces bords pour éjecter les gouttes d'eau de ces parties et les chasser contre la paroi intérieure du corps extérieur. Par suite, I'efficacité de séparation gaz-eau est extrêmement élevée. Il ne s'agit pas simplement d'accroître la vitesse du débit en rotation, mais également la largeur de l'espace annulaire est rendue minimale aux parties extrêmes inférieures des parois inclinées pour faire en sorte que la vitesse du débit en rotation soit maximale aux points importants, à savoir aux parties extrêmes inférieures des parois inclinées. Par conséquent, le débit en rotation est relativement doux avant et après ces parties, ce qui empêche les gouttes d'eau d'être entraînées côté sortie en même temps que le gaz ou ce qui empêche la surface de l'eau à la partie de la soupape de vidange d'être perturbée et de provoquer ainsi un mauvais fonctionnement de la soupape de vidange. Réalisation de l'invention. W Si ce qui suit est pris en considération pour la mise en pratique de la présente invention, on obtiendra un meilleur fonctionnement et un meilleur effet. Si une paroi longitudinale qui dépasse radialement d'une paroi périphérique extérieure de l'élément de cloisonnement est formée en remontant depuis l'extrémité 8 1892 4-4 supérieure de chaque paroi inclinée, le fluide qui pénètre dans l'espace annulaire en rotation vient heurter la paroi longitudinale, et donc les gouttes d'eau se heurtent partiellement contre et adhérent à la paroi longitudinale et sont ainsi séparées du gaz. Si au moins une surface de paroi périphérique extérieure de l'élément de cloisonnement qui comporte les parois inclinées et les parois en spirale est ainsi formée de façon à avoir une surface rugueuse comme la peau d'une poire, les gouttes d'eau adhéreront à cette surface de paroi périphérique extérieure plus facilement et la vitesse périphérique du débit en rotation à proximité de la surface de la paroi est modérément décélérée, ce qui rend possible d'attraper les gouttes d'eau sur la surface de la paroi. Les gouttes d'eau ainsi attrapées sur la surface de la paroi sont recueillies sur les parties des bords de raccordement suivant description précédente et jetées contre la paroi intérieure du corps extérieur. Ainsi, les gouttes d'eau peuvent être séparées du gaz en les faisant adhérer à cette surface de paroi rugueuse comme un peau de poire. Si la périphérie extérieure de la partie extrême inférieure de l'élément de cloisonnement dépasse progressivement vers l'extérieur en descendant pour rétrécir l'écartement avec la surface intérieure du corps, le débit en rotation accrott encore sa vitesse et sépare l'eau du gaz et est encore jeté contre la paroi intérieure du corps extérieur. Dans ce cas, on obtient une fonction et un effet souhaités si l'angle d'inclinaison de la périphérie extérieure de la partie extrême inférieure de l'élément de cloisonnement par rapport au sens vertical est fixé dans la plage de 25 à 50 degrés. En particulier, si cet angle d'inclinaison est fixé à 35 degrés, on obtiendra les meilleurs résultats. La description suivante se réfère à une réalisation illustrée par les figs. d'accompagnement 1 à 4, qui représentent un exemple concret du moyen technique ci-dessus. Brève description des plans. La fig. 1 est une vue en section d'un séparateur gaz-eau conforme à la présente invention combiné à un mano-détendeur; La fig. 2 est une vue en section longitudinale d'un élément de cloisonnement; La fig. 3 est une vue en section prise suivant la ligne Ili - Iil de la fig. 2; et La fig. 4 est une vue en perspective de l'élément de cloisonnement. La réalisation de la fig. 1 est une combinaison monobloc d'un séparateur gaz- - eau A conforme à la présente invention avec un mano-détendeur B pour la vapeur. Le corps comprend un boîtier à ressort (2) qui renferme un ressort de tarage de pression (1), un boîtier de distributeur (4) dans lequel est disposé un distributeur pilote (3), un corps (6) dans lequel est disposé un clapet principal (5), un corps de séparateur (8) qui forme une chambre de séparation gaz-eau (7), et un couvercle inférieur (9). Ces éléments sont formés par moulage. Une membrane (10) formée par une mince plaque métallique est maintenue entre le boîtier à ressort (2) et le boîtier de distributeur (4). Une partie inférieure du ressort de tarage de pression (1) est en contact avec la surface supérieure de la membrane (10) par un disque de membrane (11), tandis que l'extrémité supérieure d'un chapeau (13) fixé à une tige de distributeur pilote (12) du distributeur pilote (3) est en contact avec la surface inférieure de la membrane. L'espace au-dessus de la membrane (10) est relié à l'air extérieur par un passage (14), alors que l'espace en-dessous est relié à une sortie (23) décrite plus loin par un passage (15). Une vis de réglage (17) est fixée au plafond du bottier à ressort (2) par un écrou en acier inox (16) et est immobilisée en rotation par un contreécrou (18). Une bille en acier (20) est disposée entre la vis de réglage (17) et une cuvette de ressort (19) disposée à la partie supérieure du ressort de tarage de pression (1). La partie de la vis de réglage (17) qui fait saillie vers l'extérieur est couverte d'un chapeau de protection (21) qui est vissé sur le bottier de ressort (2) de façon amovible. Le corps (6) est constitué d'une entrée (22) et d'une sortie (23). L'entrée (22) et la sortie (23) sont séparées par une paroi horizontale (24) et sont reliées entre elles par un orifice de clapet (25) d'un élément de siège de clapet qui est monté par filetage sur la paroi (24). Le clapet principal (5) est disposé au-dessous de l'orifice de clapet (25) tout en étant maintenu élastiquement grâce à un ressort hélicoïdal. Sa partie supérieure est reliée à un piston (26). Le distributeur pilote (3) est positionné entre un passage (27) conduisant à I'entrée (22) et un passage (28) conduisant à un espace formé au-dessus du piston (26). Il comprend une tige de distributeur pilote (12) adaptée pour coulisser dans le siège de distributeur pilote (29) et un élément de distributeur pilote (30) relié à la partie inférieure de la tige de distributeur (12). Et il est poussé vers le haut par dessous grâce à un ressort. Dans le passage (27) est disposée une crépine (31). 8 1892 6- Le piston (26) est adapté pour coulisser dans un cylindre (32) qui est fixé à la périphérie intérieure du corps (6), et deux gorges annulaires sont formées dans la périphérie extérieure du piston, o sont disposés des segments de piston formés de polytétrafluoréthylène (PTFE) et des ressorts à l'intérieur des segments de piston. Le piston (26) est de plus pourvu d'un orifice (33) qui relie les surfaces supérieure et inférieure du piston pour y laisser passer une certaine quantité de fluide provenant de la surface supérieure du piston pour assurer ainsi une régulation de pression. Autour du clapet principal (5) du mano-détendeur (B) est disposé un élément à double cloison généralement cylindrique (34). Le corps extérieur est cylindrique et est formé au-dessous d'un cylindre intérieur qui est légèrement divergent en haut et en bas. Une crépine conique (35) est disposée à l'extérieur de l'élément de cloisonnement (34). A l'intérieur de l'élément de cloisonnement (34) est formée de façon monobloc une bielle (36) sur un axe central par l'intermédiaire d'une nervure pour guider la partie inférieure du clapet principal (5). L'entrée (22) est reliée, par la crépine (35) à un espace annulaire (37) qui est formé entre les deux parties cylindriques de l'élément de cloisonnement (34), tandis que l'intérieur de l'élément de cloisonnement (34) est relié à la sortie (23) par l'orifice de clapet (25) du clapet principal (5). Dans l'espace annulaire (37) sont formées des palettes tournantes (38) solidaires de l'élément de cloisonnement (34). L'élément de cloisonnement comportant les palettes tournantes (38) est formé par moulage suivant procédé à la cire perdue et sa surface de paroi est finie de façon à obtenir une rugosité semblable à celle de la peau d'une poire. Naturellement, on peut utiliser une autre méthode de moulage ou un découpage ou autre méthode de traitement, à condition qu'au moins la surfaca de paroi périphérique extérieure de l'élément de cloisonnement ait une finition rugueuse. Suivant le procédé à la cire perdue adopté dans cette réalisation, la rugosité superficielle de la surface de paroi est de 15 à 60 pm en terme de hauteur maximale Rmax suivant JIS (B 0601). Si la surface de paroi a une finition rugueuse de telle sorte que la rugosité de surface ne soit pas inférieure à 10 Rmax., on obiendra un bon effet de séparation. La surface de paroi à finir avec la rugosité de la peau d'une poire est indiquée par le repère C. Comme le montrent les fig. 2 à 4, à une plus grande échelle, les palettes tournantes (38) sont chacune composées d'une paroi longitudinale (39) qui dépasse radialement à partir du haut du cylindre intérieur de l'élément de cloisonnement 2S 81892 -7- (34) jusqu'à la partie supérieure du cylindre extérieur, une paroi inclinée (40) qui est inclinée obliquement vers le bas à partir de la partie inférieure de la paroi longitudinale (39) à une position entre les parties cylindriques extérieure et intérieure, et une paroi en spirale (41) formée à la surface supérieure de la paroi inclinée (40) en spirale du cylindre intérieur au cylindre extérieur. Cinq palettes tournantes (38) sont formées dans l'espace annulaire (37). Une extrémité terminale de la paroi en spirale (41) est raccordée par gradin à une paroi extrême radiale (42). La partie inférieure du cylindre intérieur de l'élément de cloisonnement (34) se développe progressivement vers le bas et se termine à proximité de et à une l10 distance prédéterminée de la paroi intérieure du cylindre extérieur. Son angle 0 par rapport au sens vertical est de 35 degrés. Si l'angle d'inclinaison 8 est réglé dans la plage de 25 à 50 degrés, on obtiendra un bon effet de séparation. Le couvercle inférieur (9) est fixé par des boulons à la partie inférieure du corps (8) du séparateur gaz-eau (A) pour former la chambre de la soupape de vidange (7) à l'intérieur et un flotteur sphérique (43) est disposé dans la chambre de la soupape de vidange (7). Dans le couvercle inférieur (9), un siège de soupape de vidange (44) est fixé au côté intérieur d'un orifice de vidange (45). Le flotteur ((43) est recouvert d'un d'un couvercle de flotteur (46) ayant une ouverture de liaison (47) formée dans sa partie inférieure. Le numéro de référence (48) indique un orifice de purge d'air prévu à la partie supérieure du couvercle du flotteur (46). Le fluide qui a pénétré par l'entrée (22) est entraîné en rotation par les parois inclinées (40) des palettes tournantes (38). Les gouttes d'eau contenues dans le fluide sont éjectées par les secousses et séparées vers l'extérieur grâce à l'action de la ?5 force centrifuge. Les parois longitudinales (39) permettent au fluide qui s'écoule de tomber perpendiculairement et déporter le débit en rotation créé par les parois inclinées (40) pour réduire la vitesse d'écoulement du débit en rotation et l'orienter davantage vers le bas. A ce stade, les gouttes d'eau frappent partiellement contre les parois longitudinales (39) et adhèrent aux surfaces de celles-ci. l0 Les parois en spirale (41) servent à orienter le débit en rotation encore plus vers l'extérieur que le sens tangentiel de l'espace annulaire (37). Aux parties inférieures des parois inclinées (4Q, la largeur de l'espace annulaire (37) devient minimale et la vitesse d'écoulement devient maximale. Puisque les extrémités terminales des parois en spirale (41) sont raccordées par des gradins aux parois extrêmes radiales (42), la largeur de l'espace annulaire (37) s'agrandit soudain aux 81892 --8-- bords de raccordement entre les parois en spirale (41) et les parois extrêmes (42) servant de limite. Par conséquent, au fur et à mesure que le fluide tourne, les zones proches des parois extrêmes sont réduites en pression et les gouttes d'eau qui adhèrent à la surface des parois sont recueillies aux parties constituées par les arêtes de raccordement. Les gouttes d'eau ainsi recueillies sont éjectées des bords de raccordement par le fort débit en rotation et jetées contre la paroi intérieure du corps (8) (comprenant également la paroi intérieure du cylindre extérieur de l'élément de cloisonnement (34)). Les gouttes d'eau ainsi séparées s'écoulent le long de la paroi périphérique intérieure du cylindre extérieur de l'élément de cloisonnement (34) et celle du corps (8). Le gaz qui est passé dans la partie inférieure de l'élément de cloisonnement (34) passe à l'intérieur et se dirige vers le clapet principal (5) du mano-détendeur B et s'échappe par la sortie (23), tandis que l'eau séparée pénètre à l'intérieur par l'ouverture de liaison (47) du couvercle du flotteur (46). A ce stade, le gaz présent à l'intérieur du couvercle du flotteur (46) sort par l'orifice de purge d'air (48). Le flotteur (43) monte et descend suivant les niveaux d'eau pour ouvrir et fermer l'orifice de la soupape de vidange du siège de la soupape de vidange (44), laissant ainsi seulement l'eau s'évacuer vers l'extérieur par l'orifice de vidange (45). 81892 -9- REVENDICATIONS -1- Un séparateur gaz-eau dans lequel un élément de cloisonnement cylindrique est disposé à la partie supérieure dans un corps pour former un espace annulaire entre l'élément de cloisonnement et un corps situé à l'extérieur de l'élément de cloisonnement; des palettes tournantes sont disposées dans l'espace annulaire; et les parties supérieure et inférieure de l'espace annulaire et un alésage intérieur de l'élément de cloisonnement sont raccordés à un côté entrée, une partie soupape de vidange et un côté sortie, respectivement, caractérisé en ce que le séparateur gaz-eau O comporte des parois (40) obliquement vers le bas et des parois en spirale (41) dépassant chacune progressivement vers l'extérieur à partir du haut de chaque paroi inclinée jusqu'en bas de chacune et raccordées par un gradin à une paroi extrême radiale (42) à la partie inférieure de la paroi inclinée, ces parois inclinées et parois en spirale étant formées sur une paroi périphérique extérieure de l'élément de cloisonnement (34). -2- Un séparateur gaz-eau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des parois longitudinales (39) dépassant radialement de la paroi périphérique extérieure de ) l'élément de cloisonnement, ces parois longitudinales étant formées en remontant de la partie supérieure des parois inclinées. -3- Un séparateur gaz-eau selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'au moins une surface de paroi périphérique extérieure de l'élément de cloisonnement (34) est formée de façon à avoir une rugosité semblable à une peau de poire. -4- Un séparateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la périphérie extérieure de la partie 81892 - 10- inférieure de l'élément de cloisonnement dépasse vers l'extérieur progressivement vers le bas pour rétrécir l'espace à partir de la surface intérieure du corps de telle sorte qu'un angle d'inclinaison de la périphérie extérieure de cette partie inférieure par rapport à la verticale soit dans la plage de 25 à 50 degrés.