EP0142424B1 - Ejecteur-mélangeur à effet de trompe à section variable - Google Patents

Ejecteur-mélangeur à effet de trompe à section variable Download PDF

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EP0142424B1
EP0142424B1 EP84402165A EP84402165A EP0142424B1 EP 0142424 B1 EP0142424 B1 EP 0142424B1 EP 84402165 A EP84402165 A EP 84402165A EP 84402165 A EP84402165 A EP 84402165A EP 0142424 B1 EP0142424 B1 EP 0142424B1
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sleeve
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venturi
elastic
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EP84402165A
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Marc Vital Alexandre Lepretre
Lucien Dominique Balzano
Michel Raymond Caillault
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Bertin Technologies SAS
Original Assignee
Bertin et Cie SA
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/48—Control

Definitions

  • the present invention relates to an ejector-mixer with a proboscis effect and is particularly applicable to energy transformers intended for the recompression of gas or soft vapor.
  • thermocompressors are dilution devices in which energy is exchanged between an engine gas (or vapor) and an aspirated gas (or vapor).
  • Thermocompressors being static devices, are very simple and reliable. They are used in particular on evaporators in the food industry to concentrate an aqueous solution and / or suspension (sugar refinery, dairy, distillery, seawater desalination plant, etc.)
  • an ejector comprises a driving nozzle which opens, by delivering a flow Q 'of steam or gas at a total pressure P' and a total temperature T, into a steam or gas suction pipe (induced flow Q ", total pressure P" at total temperature T ").
  • This sleeve is extended by a mixer where the energy exchange takes place between the two flows then by a diffuser which transforms the kinetic energy resulting from the flow mixture Q, at a static pressure P at the total temperature T.
  • An improvement of the ejectors has been to replace the single inductor by a plurality of nozzles which thanks to the division of the engine jet improves the quality of the mixture and allows for a given recompression rate to increase the entrainment rate.
  • variable geometry is produced, integrating all or part of the converging, the neck at the outlet of this converging and at least part of the diverging.
  • the initial priming is carried out at a neck dimension greater than or equal to the critical dimension, the neck is then closed until the desired pressure level is obtained allowing the passage of the supersonic flow (in the convergent) to subsonic flow (in the divergent) without shock wave formation and with minimization of losses.
  • the part with variable profile advantageously consists of a sleeve or tube of elastic deformable material on which a pressurized fluid is acted controlled by the upstream pressure, the suction pressure or the downstream pressure of the ejector.
  • the deformation of the elastic wall adapts the neck to the conditions of use.
  • the object of the invention is to provide a device in which the formation of lobes is avoided completely or almost completely, without reducing the service life.
  • the invention provides a method of implementing a trunk-effect ejector-mixer of the type comprising one or more inductor nozzles opening into a convergent-divergent duct successively comprising a highly convergent suction sleeve, a variable-profile converging-diverging intermediate part consisting of a sleeve of elastic deformable material housed with sealing in a casing which determines with the sleeve an enclosure surrounding the latter, and a diffuser, characterized in that the elastic sleeve is subjected to a tension preload by stretching its body in the axial direction, before applying an overpressure in the enclosure, to give it the desired convergent-diverging profile. It can then be seen that the sleeve, no longer working in buckling as before but in extension, determines a deformation with a harmonious profile recalling the nozzle profile commonly used in aerodynamics (see Figures 3 and 4).
  • the ejector-mixer shown in FIG. 5 comprises a driving nozzle 1 consisting of a plurality of inductor nozzles 2 (in this case seven) opening into a conduit with convergent-divergent profile 3 disposed along the axis A-A.
  • This conduit 3 comprises upstream a suction sleeve 4 with a highly convergent profile enveloping the driving nozzle 1.
  • the upstream end of this sleeve is in contact with a hollow body 5, which can be connected at 6 to a pipe conveying the induced flow : soft steam for example.
  • the nozzles 2 are fixed to a duct 7 through which they are supplied with inducing fluid, said duct being for this purpose connected, possibly by a strainer 8, to a pipe for supplying the inducing fluid: live steam for example.
  • the diffuser Downstream of the conduit 3, the diffuser consists of a divergent 11 which can be connected to the user member.
  • connection wall between the suction sleeve 4 and the diffuser 11, comprises a substantially cylindrical part 12 followed by a part with low converging taper 13 and finally by a part with variable profile 14.
  • This profile 14 consists (FIG. 6) of a sleeve 15 of elastic deformable material (natural or synthetic rubber, elastomer), housed in a cylindrical casing 16 inserted, with sealing, between adjacent flanges 17A and 17B.
  • the enclosure 18 thus formed is supplied with pressurized fluid by means 19 (pipe).
  • the sleeve 15 is extended on either side by two annular flanges 21 and 22 forming an integral part of the sleeve.
  • the supply of pressurized fluid to the enclosure 18 is provided by a pressure regulator 35 connected to a source of fluid pressure (preferably liquid) by the pipe 36 on the one hand and to the means 19 on the other hand.
  • This regulator 35 is controlled by the upstream driving pressure, the suction pressure or the downstream pressure discharged from the ejector by means of the conduit 37 connected to a pressure tap disposed in the suction sleeve 4, the mixer or the diffuser 11.
  • a change in the upstream, aspirated or downstream reference pressure causes an action on the regulator 35 which acts on the sending of the fluid into the enclosure 18, which has the effect of modifying the internal profile of the sleeve 15, which passes through example of the position shown in solid lines in Figure 6 to the position shown in broken lines.
  • one of the end flanges - for example the left flange designated by 21 - is firmly locked in a fixed jaw 40 integral with the casing 16
  • the opposite end flange 22 is firmly gripped in a movable jaw 41 sliding axially in the casing 16 under the action of a jack 42 of which only the rod is shown.
  • the latter is stretched by moving the movable jaw 41 to the right of the drawing using the jack 42, thereby printing on the sleeve 15 tension preload.
  • the enclosure 18 is put under overpressure again to obtain the convergent-divergent profile with conical neck required.
  • FIG. 6 shows in 43 such a detector of which 44 is seen a stressed radial feeler finger by a spring 45 so that its free end 44A is in permanent contact with the external surface of the elastic sleeve 15 around its mid-length.

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Description

  • La présente invention a pour objet un éjecteur-mélangeur à effet de trompe et est particulièrement applicable aux transformateurs d'énergie destinés à la recompression de gaz ou de vapeur molle.
  • Ces transformateurs, appelés «thermocompresseurs» sont des appareils à diluition dans lequel on réalise un échange d'énergie entre un gaz (ou vapeur) moteur et un gaz (ou vapeur) aspiré.
  • Les thermocompresseurs, étant des appareils statiques, sont d'une grande simplicité et fiabilité. Ils sont utilisés notamment sur des évaporateurs dans le domaine agro-alimentaire pour concentrer une solution et/ou suspension aqueuse (sucrerie, laiterie, distillerie, installation de dessalement de l'eau de mer, etc.)
  • Initialement, l'usage des éjecteurs se limitait à la réalisation d'appareils simples à faible taux d'entraînement (rapport du débit aspiré au débit moteur) pour un faible taux de recompression (rapport de la pression refoulée à la pression aspirée).
  • En général, un ejecteur comporte une tuyère motrice qui débouche, en délivrant un débit Q' de vapeur ou de gaz à une pression totale P' et une température totale T, dans une manche d'aspiration de vapeur ou de gaz (débit induit Q", pression totale P" à la température totale T"). Cette manche est prolongée par un mélangeur où s'effectue l'échange d'énergie entre les deux débits puis par un diffuseur qui transforme l'énergie cinétique résultant du mélange de débit Q, en une pression statique P à la température totale T.
  • Une amélioration des éjecteurs a été de remplacer l'inducteur unique par une pluralité d'ajutages qui grâce à la division du jet moteur améliore la qualité du mélange et permet pour un taux de recompression donnée d'augmenter le taux d'entraînement.
  • Pour augmenter les capacités de ces éjecteurs, c'est-à-dire d'augmenter le taux de recompression P/P", on a été amené à engendrer à l'entrée du mélangeur un écoulement mélangé supersonique. Cet écoulement est générateur, lors de son passage à une vitesse subsonique, d'une onde choc. La localisation de ce passage doit être judicieusement choisie pour éviter une perte de rendement et même une dégradation du matériel (éjecteur et même récepteur aval).
  • Aussi a-t-on proposé d'intercaler un convergent-divergent entre le mélangeur et le diffuseur et de créer les conditions pour que le passage supersonique-subsonique de l'écoulement se fasse au droit du col du convergent-divergent.
  • Cette disposition permet pour un dimensionnement optimal du col (col sonique), d'assurer une recompression continue sans choc de l'écoulement. Toutefois, ce type d'appareil présente deux difficultés:
    • - le rendement maximum de l'appareil correspond à un diamètre du col inférieur à la dimension critique d'amorçage;
    • - les conditions de fonctionnement peuvent évoluer dans le temps en fonction d'encrassement ou d'impératifs de production; le matériel doit donc présenter une assez large plage d'adaptation.
  • Pour pallier ces inconvénients, on réalise une géométrie variable, intégrant tout ou partie du convergent, le col en sortie de ce convergent et au moins une partie du divergent.
  • Dans ces conditions, l'amorçage initial est effectué à une dimension de col supérieure ou égale à la dimension critique, le col est ensuite refermé jusqu'à obtention du niveau de pression désirée permettant le passage de l'écoulement supersonique (dans le convergent) à l'écoulement subsonique (dans le divergent) sans formation d'onde de choc et avec minimisation des pertes.
  • La partie à profil variable est avantageusement constituée d'un manchon ou boudin en matériau déformable élastique sur lequel on fait agir un fluide sous pression piloté par la pression amont, la pression aspirée ou la pression aval de l'éjecteur. La déformation de la paroi élastique adapte le col aux conditions d'utilisation.
  • De telles dispositions sont décrites dans les brevets US-A-3 791 764, US-A-3 942 724, US-A-3 448 691 et US-A-3 891 353.
  • La demanderesse a constaté toutefois que la mise en œuvre de cette pression externe pour déformer le manchon élastique occasionne, si aucune précaution particulière n'est prise, une section interne frip- pée d'allure multilobée (voir figures 1 et 2) à lobes plus ou moins prononcés, ce qui est incompatible avec un écoulement aérodynamique homogène.
  • Dans US-A-3 791 764 précité, une telle formation de lobes peut être atténuée par la présence d'une pièce métallique interne, formée dun tube présentant une multiplicité de fentes longitudinales, mais ces lobes peuvent cependant apparaître encore, soit par passage du matériau dans les fentes, soit par déformation de la pièce métallique elle-même. En outre, le dispositif est coûteux, et le contact du matériau avec le bord des fentes risque de le détériorer rapidement.
  • Le but de l'invention est de fournir un dispositif dans lequel la formation de lobes est évitée de façon complète ou presque complète, sans réduction de la durée de vie.
  • Dans ce but, l'invention fournit un procédé de mise en oeuvre d'un éjecteur-mélangeur à effet de trompe du type comportant un ou plusieurs ajutages inducteurs débouchant dans un conduit convergent-divergent comportant successivement une manche d'aspiration fortement convergente, une partie intermédiaire convergente-divergente à profil variable constituée d'un manchon en matériau déformable élastique logé avec étanchéité dans un carter qui détermine avec le manchon une enceinte entourant ce dernier, et un diffuseur, caractérisé en ce qu'on soumet le manchon élastique à une précontrainte de tension par étirage de son corps dans le sens axial, avant application d'une surpression dans l'enceinte, pour lui conférer le profil convergent-divergent voulu. On constate alors que le manchon, ne travaillant plus au flambement comme précédemment mais en extension, détermine une déformation à profil harmonieux rappelant le profil de tuyère couramment utilisé en aérodynamique (voir figures 3 et 4).
  • La description qui va suivre en regard du dessin annexé, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
    • La figure 1 est une vue très schématique en coupe axiale montrant un dispositif classique à manchon élastique déformable par l'exercice d'une pression externe de fluide sous pression.
    • La figure 2 est une vue en coupe transversale par la ligne II-II de la figure 1, montrant une section frip- pée indésirable.
    • La figure 3 est une vue analogue à la figure 1, illustrant le principe de la présente invention.
    • La figure 4 est une vue en coupe transversale par la ligne IV-IV de la figure 3, montrant une section lisse désirable.
    • La figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un éjecteur-mélangeur aménagé selon la presente invention.
    • La figure 6 est une vue en demi-coupe axiale à plus grande échelle illustrant un mode de réalisation préféré de la présente invention.
  • L'éjecteur-mélangeur représenté sur la figure 5 comporte une tuyère motrice 1 constituée d'une pluralité d'ajutages inducteurs 2 (en l'espèce sept) débouchant dans un conduit à profil convergent-divergent 3 disposé suivant l'axe A-A.
  • Ce conduit 3 comporte en amont une manche d'aspiration 4 à profil fortement convergent enveloppant la tuyère motrice 1. L'extrémité amont de cette manche est en contact avec un corps creux 5, pouvant être raccordé en 6 à une canalisation véhiculant le débit induit: de la vapeur molle par exemple.
  • Les ajutages 2 sont fixés à un conduit 7 par lequel ils sont alimentés en fluide inducteur, ledit conduit étant à cet effet raccordé, par éventuellement une crépine 8, à une canalisation d'amenée du fluide inducteur: de la vapeur vive par exemple.
  • En aval du conduit 3, le diffuseur est constitué d'un divergent 11 qui peut être raccordé à l'organe utilisateur.
  • La paroi de raccordement, entre la manche d'aspiration 4 et le diffuseur 11, comprend une partie sensiblement cylindrique 12 suivie d'une partie à faible conicité convergente 13 et enfin d'une partie à profil variable 14.
  • Ce profil 14 est constitué (figure 6) d'un manchon 15 en matériau déformable élastique (caoutchouc naturel ou synthétique, élastomère), logé dans un carter cylindrique 16 inséré, avec étanchéité, entre des brides adjacentes 17A et 17B. L'enceinte 18 ainsi formée est alimentée en fluide sous pression par des moyens 19 (canalisation).
  • Le manchon 15 se prolonge de part et d'autre par deux collerettes annulaires 21 et 22 faisant partie intégrante du manchon.
  • L'alimentation en fluide sous pression de l'enceinte 18 est assurée par un régulateur de pression 35 raccordé à une source de pression de fluide (liquide de préférence) par la canalisation 36 d'une part et aux moyens 19 d'autre part. Ce régulateur 35 est commandé par la pression amont motrice, la pression aspirée ou la pression aval refoulée de l'éjecteur grâce au conduit 37 relié à une prise de pression disposée dans le manchon d'aspiration 4, le mélangeur ou le diffuseur 11.
  • Un changement de la pression de référence amont, aspirée ou aval provoque une action sur le régulateur 35 qui agit sur l'envoi du fluide dans l'enceinte 18, ce qui a pour effet de modifier le profil intérieur du manchon 15, qui passe par exemple de la position représentée en traits pleins sur la figure 6 à la position représentée en traits mixtes.
  • Pour en revenir au mode de réalisation préféré de la présente invention, représenté sur la figure 6, on notera que l'une des collerettes terminales - par exemple celle de gauche désignée par 21 - est bloquée fermement dans une mâchoire fixe 40 solidaire du carter 16, tandis que la collerette terminale opposée 22 est saisie fermement dans une mâchoire mobile 41 coulissant axialement dans le carter 16 sous l'action d'un vérin 42 dont seule la tige est représentée.
  • Conformément à la présente invention, avant la mise en pression de l'enceinte 18 entourant le manchon élastique 15, on étire ce dernier en déplaçant la mâchoire mobile 41 vers la droite du dessin à l'aide du vérin 42, imprimant ainsi au manchon 15 une précontrainte de tension.
  • Or on peut constater, qu'au départ, lors de cet étirage, il se produit un rétrécissement de section à mi-longueur du manchon 15, ce qui risque d'être néfaste à l'écoulement d'origine du fluide dans celui-ci. On pallie cet état de chose par la mise en dépression de l'enceinte externe 18 par branchement du canal 19 sur une source de vide (non représentée). On rétablit ainsi le profil cylindrique du manchon 15.
  • En fonctionnement, on remet en surpression l'enceinte 18 pour obtenir le profil convergent-divergent à col conique requis.
  • Toutes ces manoeuvres peuvent se faire automatiquement par pilotage à l'aide d'un détecteur adéquat de section de col du manchon élastique 1 5. On a représenté sur la figure 6 en 43 un tel détecteur dont on voit en 44 un doigt palpeur radial sollicité par un ressort 45 pour que son extrémité libre 44A soit en contact permanent avec la surface externe du manchon élastique 15 aux environs de sa mi-longueur.

Claims (5)

1. Procédé de mise en oeuvre d'un éjecteur-mélangeur à effet de trompe du type comportant un ou plusieurs ajutages inducteurs (2) débouchant dans un conduit convergent-divergent (3) comportant successivement une manche d'aspiration (4) fortement convergente, une partie intermédiaire convergente-divergente à profil variable (14) constituée d'un manchon (15) en matériau déformable élastique logé avec étanchéité dans un carter (16) qui détermine avec le manchon (15) une enceinte (18) entourant ce dernier, et un diffuseur ( 1 1 caracté- ridé en ce qu'on soumet le manchon élastique (15) à une précontrainte de tension par étirage de son corps dans le sens axial, avant application d'une surpression dans l'enceinte (18) pour lui conférer le profil convergent-divergent voulu.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le manchon élastique (15) ayant au repos un profil quasi cylindrique, on met au départ l'enceinte (18) en dépression pour conserver ce profil quasi cylindrique nonobstant l'étirage du manchon (15), après quoi, en cours de fonctionnement, on remet en surpression l'enceinte (18) pour réaliser le profil convergent-divergent voulu.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'une des extrémités (21) du manchon élastique (15) est bloquée en position, l'étirage étant effectué en éloignant l'autre extrémité (22).
4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on pilote la pression dans l'enceinte (18) à partir d'une détection (44) de section du corps du manchon élastique (15) à peu près à mi-longueur de celui-ci.
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