Brevet FR2665750A1 — publié le 19920214

DISPOSITIF POUR REDUIRE L'ENERGIE D'ECOULEMENT D'UN MELANGE D'AIR ET DE SOLIDES, ET UTILISATION DE CE DISPOSITIF L'invention concerne un dispositif pour réduire l'énergie d'écoulement d'un mélange d'air et de solides qui est amené à une chambre par une conduite tubulaire, notamment d'un mélange d'air et de poussier de charbon introduit par une conduite dans la chambre de combustion d'une chaudière. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel dispositif dans un compensateur. Habituellement,le combustible utilisé dans des installa- tions à grosse chaudière est amené à la chaudière sous la forme d'un mélange d'air et de poussier de charbon Pour ce faire, plusieurs conduites tubulaire partent d'un certain niveau et pénètrent dans la chaudière les unes au-dessus des autres Du fait des différences de longueur et des dif- férents coefficients de pertes par friction qui en résul- tent, on a des vitesses différentes aux entrées du mélange d'air et de poussier dans la chambre de combustion de la chaudière Il est connu que des différences de vitesse d'entrée sont moins propices à une combustion pauvre en oxydes d'azote dans la chaudière C'est pourquoi il est connu d'ajuster l'énergie d'écoulement des conduites les plus courtes à celle de la conduite la plus longue au moyen de vannes installées dans les conduites, de façon que la vitesse de sortie du mélange d'air et de poussier soit la même chaque fois pour toutes les conduites entrant dans la chambre de combustion. L'utilisation de vannes a l'inconvénient de perturber l'écoulement du mélange air-solides à tel point que les conduites s'usent très rapidement à cause des propriétés abrasives du poussier de charbon. L'invention a donc pour but de créer un dispositif du genre indiqué en préambule, dans lequel l'énergie peut être ré- c duite dans une conduite sans que l'écoulement soit perturbé d'une manière qui augmente l'usure dans la conduite Si possible, on cherche au contraire une possibilité de réduc- tion de l'usure dans une conduite. 0 e Selon l'invention, ce but est atteint au moyen de plusieurs tôles directrices disposées dans une enveloppe tubulaire de manière à être mutuellement espacées et disposées en oppo- sition Dans une forme de réalisation avantageuse, cer- taines des tôles directrices sont montées dans l'enveloppe Jr tubulaire de manière réglable en direction radiale La dis- position des tôles directrices fait que l'écoulement du mé- lange air-poussier ne vient pas en contact avec la paroi de l'enveloppe ou avec la conduite, même dans un coude Cela peut s'expliquer par le fait qu'il se forme, entre le pro- fil d'écoulement du mélange air-poussier et l'enveloppe tu- bulaire, un écoulement de support qui est sensiblement dé- pourvu de particules solides Grâce à la possibilité de ré- glage d'une partie des tôles directrices en direction axiale, on peut faire varier la section transversale dispo- n nible pour le passage du mélange air-poussier dans chacune des conduites allant à la chambre de combustion, de manière que la vitesse d'entrée du mélange air-poussier dans la chambre de combustion soit la même pour toutes les conduites. Afin de réduire encore la section de passage dans l'enveloppe tubulaire, qui peut avoir une forme rectangu- laire, les tôles directrices mutuellement opposées peuvent être mutuellement imbriquées comme des dents Il en résulte _ Et un autre avantage qui se manifeste particulièrement quand un dispositif de ce genre est placé dans un coude de l'écoulement, à savoir qu'il y a une subdivision de l'écoulement du mélange air-poussier, de sorte que les écoulements partiels individuels sont plus étroits et peu- vent donc être guidés plus facilement suivant une courbe que ce ne serait le cas avec un écoulement relativement plus volumineux. Pour permettre un réglage radial des tôles directrices, celles-ci peuvent être disposées sur une plaque de support montée de manière basculante dans l'enveloppe tubulaire. Il s'est avéré que l'écoulement de support peut se former particulièrement bien si les tôles directrices fixes ont un bord amont concave et un bord aval concave, et si les tôles directrices montées de manière basculante dans l'enveloppe L.5 ont un bord amont concave et un bord aval convexe. Suivant un autre perfectionnement avantageux de l'invention, les tôles directrices montées de manière bas- culante dans l'enveloppe ont une extension axiale infé- "' rieure à celle des tôles montées de manière fixe dans l'enveloppe Pour effectuer une compensation de longueur entre les tôles directrices fixes et les tôles directrices basculantes, les tôles directrices basculantes sont suivies chacune d'une tôle complémentaire ayant un bord amont concave et un bord aval concave. En outre, on a trouvé que l'écoulement de support qui se forme entre les diverses tôles directrices et qui est sen- siblement dépourvu de particules solides est moins perturbé par une diminution de section si chacune des tôles direc- trices présente un profil courbe s'étendant en direction axiale, et en particulier si les tôles directrices mutuel- lement opposées présentent des profils courbes de sens op- posés. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse du dispositif selon l'invention se distingue par le fait que les tôles directrices fixes ont un profil axial composé de trois parties o dans la première partie, la hauteur des tôles directrices augmente continuellement suivant une droite, et o un profil concave s'étend en direction axiale -' dans la deuxième partie et se raccorde à cette droite, tan- dis que dans la troisième partie le profil suit une droite parallèle à l'axe central de l'enveloppe De préférence, le profil des tôles directrices montées de manière basculante dans l'enveloppe est aussi composé de trois parties, d'une 10." manière correspondant aux tôles directrices fixes, o la hauteur des tôles directrices augmente continuellement sui- vant une droite dans la première partie et o, dans la deuxième partie, un profil à courbure convexe s'étendant en direction axiale se raccorde à cette droite, à la suite de quoi la hauteur des tôles directrices diminue le long du profil De préférence, la hauteur du bord aval d'une tôle directrice basculante correspond sensiblement à la hauteur de la tôle complémentaire, laquelle est constante sur la longueur de la tôle complémentaire Cette conformation des 20.' tôles directrices assure une diminution continue de la sec- tion transversale C'est seulement la diminution continue de la section transversale sur une grande longueur de la conduite qui peut empêcher de manière sûre que l'écoulement de support soit assez perturbé pour que le mélange air- poussier véhiculé dans la conduite entre en contact avec la paroi de la conduite- En cas de montage des dispositifs selon l'invention dans un coude, il est utile que les tôles directrices fixes dispo- -:0 f sées dans le coude aient un bord amont concave et un bord aval convexe De préférence, les tôles directrices montées de manière mobile dans le coude ont un bord amont convexe et un bord aval concave Il s'est avéré qu'avec cette configuration des tôles directrices, l'usure dans le coude de l'écoulement et dans l'écoulement normal lui-même est réduite de manière durable, parce que le mélange air-pous- sier n'entre pas en contact avec la paroi de l'enveloppe dans le coude De nouveau, ceci s'explique par le fait que se forme, entre le profil d'écoulement du mélange air-pous- sier et l'enveloppe tubulaire, un écoulement de support qui est essentiellement dépourvu de matières solides. Dans une forme de réalisation particulière, la hauteur des tôles directrices fixes est supérieure à la distance entre la paroi de l'enveloppe tubulaire et l'axe central, et la hauteur des tôles fixes est plus petite au bord amont qu'au Et) bord aval C'est au milieu du coude que les tôles fixes disposées dans le coude ont leur hauteur maximale De pré- férence, les tôles directrices mobiles dans le coude s'étendent en direction radiale sensiblement jusqu'aux tôles directrices fixes. Pour des raisons constructives, l'enveloppe tubulaire peut être anguleuse à l'intérieur du coude. Par ailleurs, l'invention concerne également l'utilisation 2.0 d'un dispositif tel que défini ci-dessus dans un compensa- teur, notamment pourvu d'un coude d'écoulement. On décrira ci-dessous, à titre d'exemple, deux formes de réalisation du dispositif dans une conduite et dans un ) coude, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la fig 1 représente le dispositif en élévation dans une conduite, la fig 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la fig 1, la fig 3 est une vue en coupe agrandie du détail X de la fig 1, la fig 4 est une vue en élévation du dispositif monté dans un coude, la fig 5 est une vue en coupe suivant la ligne IV- IV de la fig 4, et la fig 6 est une vue latérale d'une tôle directrice mo- bile- Dans l'exemple de la fig 1, le dispositif de réduction de l'énergie d'écoulement fait partie d'une conduite tubulaire lu. rectiligne Ce dispositif, désigné globalement par 1, com- prend principalement une enveloppe tubulaire 2, des tôles directrices 3 disposées de manière fixe dans cette enve- loppe, et des tôles directrices 4 montées de manière bascu- lante dans l'enveloppe 2 A la suite des tôles directrices mobiles 4 se trouvent des tôles directrices complémentaires Le sens d'écoulement est indiqué par la flèche Z. Les tôles fixes désignées par 3 ont des bords de forme concave, aussi bien à leur extrémité amont qu'à leur extré- -0, i mité aval De leur côté, les tôles mobiles 2 ont également un bord amont concave, mais leur bord aval à un profil convexe Les tôles complémentaires 5 ont un profil concave a leur deux extrémités. Le profil ou contour axial du bord libre de chacune des tôles 3 à 4 disposées dans l'enveloppe tubulaire est divisé en trois parties A, B et C Dans la première partie A, les tôles fixes présentent une hauteur qui croît continuelle- ment, suivant une droite dans le cas présent Dans la deuxième partie B, cette droite est suivie par un profil concave en direction axiale, et dans la troisième partie C le profil de la tôle suit une droite parallèle à l'axe cen- tral de l'enveloppe. Sur les tôles directrices mobiles 4, la hauteur croît éga- lement dans la première partie A, suivant une droite à la- quelle se raccorde, dans la deuxième partie B, un profil à courbure convexe en direction axiale Dans la troisième partie C, la hauteur des tôles décroît d'abord suivant une courbe, puis elle suit une droite Dans cette zone aval, la tôle directrice mobile a la même hauteur que la tôle com- plémentaire disposée derrière elle, laquelle est constante sur toute la longueur de la tôle complémentaire Les tôles mobiles en direction radiale sont portées par une plaque de support 6 qui est montée de manière basculante dans l'enveloppe, comme le montre la fig 3 Dans cet exemple, la plaque 6 est fixée à un axe transversal 7 logé de ma- nière mobile dans une coquille 8 solidaire de l'enveloppe 2. Le réglage de position de la plaque 6 en direction ra- diale peut s'effectuer au moyen d'un vérin hydraulique ou pneumatique 7. 4 rzu La fig 2 montre l'imbrication respective des deux groupes de tôles directrices fixes 3 et mobiles 4, ces tôles étant mutuellement décalées en direction transversale de façon à rester espacées de celles de l'autre groupe, pour ne pas A O les toucher et pour subdiviser l'écoulement en tranches sensiblement parallèles. La fig 4 montre un exemple de montage du dispositif selon l'invention dans un coude d'une conduite, o le sens d'écoulement est indiqué par la flèche Z Le coude lui- même, indiqué globalement par 9, comporte une enveloppe tu- bulaire 9 b à section rectangulaire o les tôles directrices fixes 10 se trouvent dans la zone courbe de l'écoulement. Les tôles directrices mobiles 11 sont disposées dans la zone des rayons intérieurs du coude 9 et présentent un bord convexe lia et un bord concave 11 b Ces tôles mobiles 11 se trouvent sur une plaque de support 12 s'étendant le long du côté intérieur du coude et montée de manière basculante, au moyen d'un axe transversal 13, dans l'enveloppe tubulaire 9 b du coude 9 Une position des tôles mobiles 11 dans la- quelle la section d'écoulement est réduite et la plaque de support 12 est levée (au moyen d'un mécanisme non repré- senté) est dessinée en traits interrompus, à titre d'exemple Les tôles fixes ont un bord amont concave 1 Oa et un bord aval convexe 1 Ob Elles présentent leur hauteur maximale dans la zone du milieu 10 c du coude La face inté- i rieure du coude a un profil longitudinal anguleux, pour des raisons constructives. La fig 5 montre comment les tôles fixes 10 et mobiles 11 sont décalées de manière à pouvoir être mutuellement imbri- quées, au moins dans certaines positions des tôles mobiles 1 - La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour réduire l'énergie d'écoulement d'un mé- lange d'air et de solides qui est amené à une chambre par une conduite tubulaire, notamment d'un mélange d'air et de poussier de charbon introduit par une conduite dans la chambre de combustion d'une chaudière, caractérisé en ce que plusieurs tôles directrices ( 3, 4; 10, 11) sont dispo- sées dans une enveloppe tubulaire ( 2, 9 b) de manière à être i C.3 mutuellement espacées et disposées en opposition. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que certaines des tôles directrices ( 4, 11) sont montées dans l'enveloppe tubulaire ( 2, 9 b) de manière réglable en -5 direction radiale. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tôles directrices mutuellement opposées ( 3, 4; 10, 11) sont mutuellement imbriquées comme des dents. 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire ( 2, 9 b) a une forme rectangu- laire. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tôles directrices mobiles en direction radiale ( 4, 11) sont disposées sur une plaque de support ( 6, 12) montée de manière basculante dans l'enveloppe tubulaire ( 2, 9 b). 6 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tôles directrices fixes ( 3) ont un bord amont concave et un bord aval concave, et en ce que les tôles di- rectrices ( 4); montées de manière basculante dans l'enveloppe, comportent un bord amont concave et un bord aval convexe. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce J.0 i que les tôles directrices ( 4), montées de manière bascu- lante dans l'enveloppe ( 2), ont une extension axiale infé- rieure à celle des tôles montées de manière fixe dans l'enveloppe. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour effectuer une compensation de longueur entre les tôles directrices fixes et les tôles directrices bascu- lantes, les tôles directrices basculantes ( 4) sont suivies J.C: chacune d'une tôle complémentaire ( 5) ayant un bord amont concave et un bord aval concave. 9 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour diminuer la section transversale, chacune des tôles directrices ( 3, 4) présente, du côté de l'axe central de l'enveloppe, un profil courbe s'étendant en direction axiale. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce 2 i' que les tôles directrices mutuellement opposées ( 3, 4), du côté de l'axe central de l'enveloppe, présentent des pro- fils courbes de sens opposés. 11 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tôles directrices fixes ( 3) ont un profil axial composé de trois parties o, dans la première partie (A), la hauteur des tôles directrices augmente continuellement suivant une droite, et/o un profil concave s'étend en di- rection axiale dans la deuxième partie (B) et se raccorde à cette droite, tandis que dans la troisième partie (C) le profil suit une droite parallèle à l'axe central de l'enveloppe. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce -5-c que le profil des tôles directrices ( 4), montées de manière basculante dans l'enveloppe ( 2), est aussi composé de trois parties, d'une manière correspondant aux tôles directrices fixes ( 3), o la hauteur des tôles directrices augmente continuellement suivant une droite dans la première partie (A) et/o, dans la deuxième partie (B), un profil à courbure convexe s'étendant en direction axiale se raccorde à cette droite, à la suite de quoi la hauteur des tôles di- rectrices ( 4) diminue le long du profil. 13 Dispositif selon les revendications 8 et 10, caracté- risé en ce que la hauteur du bord aval d'une tôle direc- trice basculante ( 4) correspond sensiblement à la hauteur de la tôle complémentaire ( 5), laquelle est constante sur la longueur de la tôle complémentaire ( 5). 14 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, ins- 1.5 tallé dans un coude de l'écoulement, caractérisé en ce que les tôles directrices fixes ( 10), disposées dans le coude ( 9), ont un bord amont concave ( 10 a) et un bord aval convexe ( 1 Ob). l'l 15 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les tôles directrices ( 11), montées de manière mobile dans le coude ( 9), ont un bord amont convexe (lia) et un bord aval concave ( 11 b). 16 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la hauteur des tôles directrices fixes est supérieure à la distance entre la paroi de l'enveloppe tubulaire ( 9 b) et l'axe central. 17 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire ( 9 b) a une forme anguleuse à l'intérieur du coude. 18 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les tôles directrices ( 10), fixes dans le coude ( 9), présentent leur hauteur maximale au milieu ( 10 c) du coude. 1;_ 19 Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que les tôles directrices ( 11), mobiles dans le coude ( 9), s'étendent en direction radiale sensiblement jusqu'aux tôles directrices fixes ( 10). Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que la hauteur des tôles directrices fixes à leur bord amont est inférieure à leur hauteur au bord aval. 1.C; 21 Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendica- tions 1 à 11 dans un compensateur.