Brevet FR2811916A1 — publié le 20020125

l 2811916 BUSE D'ARROSAGE, NOTAMMENT POUR LES INSTALLATIONS DE DESSALEMENT DE L'EAU DE MER. L'invention concerne une buse d'arrosage, notamment pour les installations de dessalement de l'eau de mer. On sait que ce type de buse assure l'arrosage en eau de mer de faisceaux de tubes chauffés en vue de la production d'eau déminéralisée en enceinte sous vide partiel. Ces buses sont réparties de façon régulière au-dessus des ensembles de faisceaux de tubes et leur bon fonctionnement conditionne le rendement de l'installation de dessalement. Le non bouchage par des impuretés, l'homogénéité du cône d'arrosage de sortie, la faible perte de charge, un niveau de débit relativement constant et une haute fiabilité de fonctionnement sont des paramètres essentiels pour ce type de buse. L'invention vise à proposer une buse pour le dessalement de l'eau de mer possédant les caractéristiques mentionnées ci-dessus. La buse selon l'invention comporte essentiellement une chambre de turbulence cylindrique du liquide d'arrosage, un conduit d'arrivée du liquide disposé de façon tangentielle au corps de la chambre de turbulence au niveau de son extrémité amont, et un diffuseur, élément de sortie disposé à l'autre extrémité de la chambre pour l'arrosage en cône plein du liquide, et se caractérise en ce que la chambre de turbulence possède une conformation en gradins au niveau de son extrémité amont étagée en hauteur de l'intérieur vers l'extérieur relativement au conduit d'arrivée. Il résulte de cette disposition que la chambre de turbulence engendre une mise en rotation du fluide selon un écoulement tourbillonnaire principal et que la conformation en gradins étagée relativement à l'arrivée sous pression du liquide crée des turbulences selon une série de vortex secondaires, portés par le tourbillon principal, l'ensemble tourbillonnaire remplissant le flux de sortie dans la chambre de turbulence pour générer par le diffuseur un cône plein. La conformation en gradins ne risque pas de boucher la buse contrairement aux buses classiques possédant un élément intérieur de type lame ou arête de séparation de l'écoulement et susceptible d'arrêter des impuretés filaires. Les gradins ont la forme de marche d'escalier et sont de configuration variable sur leur longueur et leur hauteur. Ils sont avantageusement de configuration régulière avec chacun une, hauteur de marche constante sur la longueur. La hauteur de marche des gradins est décroissante de l'amont vers l'aval. Le rapport de la hauteur des gradins, du premier avec la plus grande hauteur au second et successivement de l'un à l'autre, est variable, avantageusement de 1 à 3. La configuration des gradins est de préférence arrondie s'élargissant de façon croissante vers le côté opposé au côté d'arrivée tangentielle du fluide, de l'amont vers l'aval. Certains des gradins, au moins les deux à trois premiers peuvent être découpés sensiblement selon un mêeme point de départ, voire zone de départ, côté arrivée tangentielle du fluide, et en un même point de retour, voire zone de retour de l'autre côté. Au moins un gradin, en aval, peut être découpé avec des points de départ et de retour différents de ceux des autres gradins. Il peut en outre déborder vers l'extérieur sur sa surface de départ du côté arrivée tangentielle du fluide. Le dernier gradin en aval, de préférence de contour sensiblement circulaire, définit le contour cylindrique du corps ou chambre de turbulence de la buse. La tranche des gradins peut être plane, parallèle à l'axe de la buse ou inclinée, éventuellement à surface discontinue et partiellement courbe. L'élément de sortie de la buse ou diffuseur comporte une embouchure de préférence légérement excentrée relativement à l'axe du corps et se développant en trompette aval à même (le produire un jet de sortie à forme de cône régulier, palr exemple d'angle au sommet d'environ 120 . L'invention est illustrée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective dlu développé de la surface intérieure d'une buse selon l'invention - la figure 2 est une vue de côté de cettc surface, face au conduit d'arrivée; - la figure 3 est une vue de côte de cette surface, à angle droit de la figure 2; et - la figure 4 est une vue de dessus de cette surface. 3 2811916 Avec référence au dessin, une buse selon l'invention représentée selon le développé de sa surface intérieure, comprend essentiellement un corps de mise en rotation de fluide ou chambre de turbulence 1, un conduit d'arrivée de fluide 3 disposé perpenliculairement à la chambrec de turbulence et sensiblement tangentiel h celle-ci, et une partie (lde sortie du fluide 5 en aval ou diffuseur. Le conduit d'arrivée 3 est relié à la chambre de turbulence 1 sur une partie d'extrémité amont 7 de celle-ci. Cette partie d'extrémité 7 est configurée à forme de gradins ou marches d'escalier 9 sensiblement découpés en spirale. La partie de sortie 5, reliée à la partie de fond aval à l'autre extrémité de la chambre de turbulence 1, est c forme générale de tuyère et son embouchure 11 est légèrement excentrée relativement à la partie d'extrémité ou de fond aval de la chambre de turbulence. La chambre de turbulence 1 comporte un corps cylindrique sensiblement circulaire. La partie de fond aval est plane contrairement à la partie d'extrémité amont 7 formée en gradins. Le conduit d'arrivée 3 présente une section carrée dont le côté est de longueur sensiblement égale au rayon de la chambre de turbulence. Le côté inférieur est parallèle aux gradins. On note que cette section est importante et induit une faible perte de charge pour les débits considérés, d'environ 2 m à comparer à la valeur de 5 à 7 m des buses classiques de dessalement, possédant unc areête interne de séparation de flux. La partie d'extr0émité aimont 7 est formiée avec quatre gradins 9, trois gradins dont le contour part tangentiellelment au conduit d'arrivée 3 (figure 4 à gauche) et selon une même zone (le contour et reviennent sur le conduit d'arrivée 3 également selcon uneC méiic zone de contour, les zones de départ et de retour se trouvant scnsil)lement sur une même ligne perpendiculaire au conduit d'arrlivéec 3. ILe retour convergent vers le centre ramène une partie de l'écoulement et des tourbillons génerés vers le centre de la chambre. Un quatrième gradin, en aval, déborde (i l'extérieur à gauche et revient plus Cil amont des trois autres sur le conduit d'arrivee du fluide. La hauteur de marche est décroissante du premier gradin au troisième en aval, le quatrième définissant le contour périphérique du corps de la chambre de turbulence. Le rapport de hauteur d(le marche 4 2811916 varie ainsi proportionnellement aux nombres 3, 2 et 1 environ, respectivement pour les premier, second et troisième gradins. Le corps de la chambre de turbulence permet de générer l'ecoulement tourbillonnaire principal de tlui(ide, les radins générant des vortex secondaires portés palr l'écoulement de fluide principal. Les vortex secondaires alimentent la partie centrale du flux tourbillonnant dans la chambre de turbulence. Le contour des gradins, variable dc l'un à l'autre et dont la longueur s'amplifie de l'un au suivant cree eégalement une différentiation dans la courbe de mouvement des vortex, ce qui contribue également à les distinguer du plus fort au plus faible, respectivement de l'extérieur vers l'intéricur dans la chambre de turbulence, en épaississant en quelque sorte le flux turbulent tourbillonnant dans la chambre de turbulence. Ainsi, le contour du premier gradin est développé sur un arc réduit, sensiblement proche de l'axe de la chambre et relativement aplati. Le second gradin est développé sur un arc plus régulier et relativement circulaire, s'écartant largement de la partie de contour aplatie du premier gradin. Le contour du troisième gradin est commun au contour du second gradin sur une partie de sa longueur de départ et s'en écarte ensuite largement vers la droite se développant sur un arc relativement aplati proche de la périphérie de la chambre et revenant ensuite sur un rayon plus petit sensiblement au point de retour des premier et second gradins. Le quatrième gradin part vers la gauche et revient à droite en amont du conduit d'arrivéee, (tant developpé selon uin arc sIensib) lemlerit circulaire définissant la periphérie d(lu corps de la chambrc cde turbulence. Enfin, le fluide tourbillonnant sort par l'embouchure de sortie 1l formant avec la (leflection de tuyère en trompette 13 un cône plein d'angle au sommet d'environ 120 . La répartition du fluide sur une section transversale du cône est relativcment homogène en surface (disque plein). La perte de charge est faible du fait surtout de la grande section du conduit d'arrivée et que le fluide ne rencontre pas d'élément formant arête transversale de séparation (d'(écoulement cornmme les buses classiques utilisées pour l'application en dessalement d'eau. De même, les particules filaires ne risquent pas (d'être arrêtées sur leur parcours et la buse selon l'invention n'est donc pas bouchable. Par voie de conséquence, pour un débit donné, la perte (l charge de la buse ne varie pas au cours de son exploitation. En outre, une buse choisie dans une famille de buses sensiblement homothétiquement similaires permet d'obtenir l'arrosage voulu, dans la plage de débit de 0, 5 à 10nln/h. Ce qui précède montre que le type de buse selon l'invention convient particulièrement à l'application de dessalement de l'eau de mer o l'on a besoin d'un arrosage à cône plein, a répartition homogène, parfaitement contrôlé en débit et en perte de charge, et de grande permanence sur un faisceau de tubes de chauffage de cette eau à dessaler. Naturellement et comme mentionné en préambule, la buse selon l'invention peut comporter des variantes de réalisation, par exemple quant à la direction de l'axe du cône de projection d'arrosage, non nécessairement perpendiculaire au jet d'arrivée comme dans l'exemple. D'autres variantes peuvent être obtenues, en modifiant les gradins de la chambre de turbulence, la forme de la tuyère, la forme des gradins et leur nombre, la section du conduit d'arrivée etc. La buse d'arrosage conforme à l'invention, bien que conçue plus spécialement pour les installations de dessallement d'eau de mer, n'est pas limitée à cette application et elle peut aussi être utilisée, par exemple, dans des procédés industriels de dépollution des fumées, de traitement des eaux ou autres. 6 2811916 REVENDICATIONS 1. Buse d'arrosage, notamment pour le dessalement de l'eau de mer, du type comportant essentiellement une chambre de turbulence cylindrique (1) du liquide d'arrosage, un conduit d'arrivée (3) du liquide disposé de façon tangentielle au corps d(e la chambre de turbulence (1) au niveau de son extrémité amont (7), et un diffuseur d(le sortie (5) disposé à l'autre extrémité de la chambre pour l'arrosage en cône plein du liquide, caractérisée en ce que la chanmbre de turbulence (1) possède une conformation en gradins (9) au niveau de son extrémité amont (7) étagée en hauteur de l'extérieur vers l'intéricur relativement au conduit d'arrivée (3). 2. Buse d'arrosage selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits gradins (9) ont la forme de marche d'escalier et sont de configuration variable sur leur longueur et leur hauteur. 3. Buse d'arrosage selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits gradins (9) sont de configuration régulière à contour arrondi avec une hauteur de marche constante pour chacun sur la longueur. 4. Buse d'arrosage selon l'une d(les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que lesdits gradins (9) sont conformés avec une hauteur de marche décroissante de l'amont vers l'aval. 5. Buse d'arrosage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits gradins (9) sont conformés selon un contour arrondi, s'élargissant de façon croissante vers le côté opposé au coté d'arrivée tangentiel du fluide, de l'amont vers l'aval. 6. Buse (d'arrosage scilon l'Iune (ls cvendic(ations précédentes, caractérisée en ce que certains d(les griadins (9),L au moins les deux a trois premiers sont découpés sensiblement selon uLn même point de départ, voire zone de départ, côté arrivée tangentielle d(lu fluide, et en un même point de retour, voire zone retour, d(le l'autre coté. 7. BFuse d'arrosage selon l'une des revendic(ations précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un gradin (9), cn aval, est découpé avec des points de départ et de retour (diffirents ce ceux (les autres gradins, débordant vers l'extérieur sur sa surface e dé dpart du côté arrivée tangentielle du fluide. 8. Buse d'arrosage selon l'une (les revendications précédentes, caractérisée en ce que le dernier gradin (9) en aval, de préférence de contour sensiblement circulaire, (définit le contour cylindrique du corps 7, 2811916 ou chambre de turbulence (1) de la buse. 9. Buse d'arrosage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tranche des gradins (9) est plane, parallèle à l'axe die la buse ou inclinée, ventucllement à surface discontinue et partiellement courbe. 10. Buse d'arrosage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diffuseur de sortie (5) de la buse comporte une embouchure (11) légèrement excentrée relativement à l'axe du corps (1) et se développant en trompette (13) aval à même de produire un jet de sortie à forme de cône régulier, par exemple d'angle au sommet d'environ 120 . 11. Buse d('arrosage selon l'une (des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie d'extrémité amont (7) est formée avec quatre gradins (9), trois gradins dont le contour part tangentiellement au conduit d'arrivée (3) et selon une même zone de contour et reviennent sur le conduit d'arrivée (3) également selon une même zone de contour, les zones de départ et de retour se trouvant sensiblement sur une même ligne perpendiculaire au conduit d('arrivée (3). 12. Buse d'arrosage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le contour du premier gradin (9) est développé sur un arc réduit, sensiblement proche de l'axe de la chambre (1) et relativement aplati, le second gradin (9) est développé sur un arc plus régulier et relativement circulaire, s'écartant largement de la partie de contour aplati du premier gradin (9), le contour du troisième gradin (9) est coIImmunl au (ontour du second gradin (9) sur une partie de sa longueur de départ et s'en écarte ensuite largemernt vers la droite se développant sur un arc relativemlelnt aplati p)ro(che (le la périphérie de la chambre (1) et revenant ensuite sur un nrayon plus petit sensiblement au point de retour des premier et second( gradins (9), et le quatrieme gradin (9) part vers la gauche et revient à droite en amont du conduit d'arrivée (3), étant développé selon uni arc sensiblement circulaire définissant la périphérie d(u corps de la chambre d(le turbulence (1). 13. Buse d'arrosage selon l'une d(les revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe du cône (l'arrosage est sensiblement perpendiculaire au conduit (3) ou jet d'arrivée cie fluide. 14. Buse d'arrosage selon l'une d(les revendications précédentes, caracteérisée en ce que le conduit d'arrivée (3) présente une section s8 2811916 carrée dont le côté est de longueur sensiblement égale au rayon de la chambre de turbulence (1), et le côté inférieur est parallèle aux gradins (9), cette section étant importante et induisant une faible perte de charge, d'environ 2 m. 15. Buse d'arrosage selon l'une (les rcvcndications précédentes, caractérisée en ce qu'un arrosage c d débit dans la plage de 0,5 àa m3/h est obtenu par sélcction dans une famille de buses sensiblement homothétiquement similaires.