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BREVENT D'INVENTION Procédé et appareil pour le réglage de l'alimentation des chaudières
La présente invention se rapporte au réglage de l'a- limentation de chaudières. Elle a pour but rassurer un réglage, efficace et entrant rapidement en action, de l'alimentation d'eau à la chaudière, et plus particulièrement un réglage provoqué automatiquement par- de s variations du niveau de l'eau à l'intérieur de la chaudière, ce réglage agissant de façon à corriger les variations et à rétablir le niveau désiré. L'in- vention a plus particulièrement pour but d'assurer un réglage efficace par un appareil d'une construction et d'un fonction- nement simples et peu coûteux, exempt de complication dans ses organes et solide, et d'un.emploi durable.
Sur les dessins ci-joints, la fig.l est une vue schéma- tique d'ensemble, en élévation de côté, partiellement en coupe verticale longitudinale, d'une forme de réalisation donnée à titre d'exemple. La fig.2 est un? vue partielle en coupe longi-
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tudinale axiale d'un détail de la fig.l. La fig.3 est une vue partielle en élévation, à échelle agrandie, d'un autre détail de la fig.l. La fig. 4 est une vue partielle en coupe longitudinale axiale d'un autre détail-de la fig.l. La fig. 5 est une vue d'ensemble semblable à celle de la fig.l, montrant des variantes de construction. La fig. 6 est une vue en coupe lon- gitudinale axiale d'une variante du dispositif à orifices.
Comme représenté sur la fig.l , la chaudière comporte des tubes à eau 9 et un tambour horizontal,10, disposé au-dessus de ceux-ci. Au-dessus du niveau d'sau 11 de la chaudière se trouve la chambre de vapeur 12. La colonne d'eau 13 est raccor- dée par des tubes 14 et 15 aux 'chambres d'eau et- de vapeur de la chaudière, de sorte qu'elle renferme de l'eau au niveau de l'eau dans la chaudière. L'indicateur de niveau à tube de verre
16 est raccordé à la colonne d'eau 13. Des tubes de vidange 17 et 18 sont reliés respectivement à la colonne d'eau 13 et au tube de verre 16. Une conduite 19 amène de l'eau chaude à par- tir d'une source d'alimentation appropriée quelconque à une pompe dtalimentation 20.
Cette pompe est donnée uniquement à titre d'exemple d'un dispositif pour produire une pression d'alimentation suffisante, étant donné qu'on peut utiliser tout autre dispositif d'alimentation. Cette pompe 20 est contrôlée par la résistance qu'elle rencontre. L'accroissement de pres- sion étrangle automatiquement l'admission de vapeur qui actionne la pompe. Le refoulement d'eau 21 de la pompe est raccordé à la conduite d'alimentation 22 de la chaudière qui comporte un raccord en T, 23. Un branchement 24 de la conduite d'alimen- tation 22 peut se prolonger jusqu'à d'autres chaudières, étant donné qu'une seule pompe peut fournir l'eau à une série de chaudières.
De la conduite 22 part la conduite 25, comportant
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branchée sur la conduite 31, amène la vapeur pour le fonctionne- ment de la pompe d'alimentation 20. Cette conduite 32 comporte la soupape 33, au-delà de laquelle la conduite 34 alimente la pompe.
La soupape 33 peut être une soupape régulatrice pour pompe de type connu, avec un mécanisme de commande 35; et elle est raccor- dée par la conduite 36 au raccord 23 de la conduite d'alimentation d'eau 22 de la chaudière. Lorsque la section de passage pour l'alimentation de l'eau à la chaudière est étranglée, l'accrois- sement de pression dans la conduite 22 agit, par l'intermédiaire du mécanisme 35, de façon à fermer partiellement ou complète- ment l'écoulement de vapeur à travers la soupape 33, et ralentit ou arrête ainsi la pompe.
Conformément à la présente invention, une conduite de prélèvement est disposée de façon à recevoir de l'eau chaude de la chaudrere lorsque le niveau de l'eau est trop élevé dans celle- ci, ou de la vapeur lorsque.le niveau est trop bas, et conduit l'eau ou la vapeur,, ou le mélange des deux:, au dispositif de contrôle. La conduite de prélèvement est représentée sous forme d'un tube 38, disposé à l'intérieur de la colonne d'eau 13, mais qui peut *être placé en'tout autre endroit. Son extrémité ouverte ou réceptrice est disposée de façon à prélever de l'eau ou de la vapeur ou un mélange des deux, et à l'entraîner vers le haut, à partir de la colonne d'eau. La conduite 38 (figs 1 et 3) est fen- due ou entaillée en 39.
Une telle conduite de prélèvement peut être partiellement plongée dans l'eau, la fente ou entaille s'é- tendant légèrement au-dessus du niveau normal ou désiré de l'eau.
Cette conduite de prélèvement 38 passe à travers un raccord 40, comportant un prolongement 41 muni d'un manomètre. Au-dessus du raccord 40 est disposé un boisseau 42 (voir fig.2) , renfermant un bouchon tronconique 43, qui comporte un orifice vertical 44.
Ce bouchon est de préférence symétrique et est muni d'une tige 45, que l'on peut faire tourner pour renverser l'orifice dans le cas d'une obstruction? Il est prévu, un chapeau presse-étoupe
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46 pour le passage de cette tige 45 ; lebouchon 43 est main- tenu sur son siège par un ressort 47, prenant appui sur un chapeau 48 vissé sur le boisseau. Ce dernier comporte un trou transversal 49, permettant de nettoyer l'orifice 44 en faisant tourner le bouchon à angle droit et en enfonçant un fil métal- lique à travers l'orifice amené ainsi en coincidence avec le trou.
La vapeur ou l'eau se dirigeant vers le haut à travers l'orifice 44 pénètre dans un vase ou récipient.50, délimitant une chambre de pression 51. En un autre point, de préférence à l'extrémité supérieure de celle-ci, est disposée une pièce 53, comportant un orifice 54 qui est de préférence de section plus grande que l'orifice 44. Il se produit ainsi un écoulement étranglé constant d'eau ou de vapeur.dans la chambre 51, à tra- @ vers l'orifice 44, et un écoulement moins étranglé de fluide hors de cette chambre à travers l'orifice 54. Il en résulte dans la chaubre 51 une pression de contrôla, qui varie notablement sui- vaut que c'est de l'eau ou de la vapour qui pénètre dans cotte chambre à travers le premier orifice 44, et qui dépend du niveau de l'eau dans la chaudière.
Cette pression variable constitue la force qui assure le réglage de 1-'alimentation de la chaudière.
Le dispositif à orifices peut être notablement modifié;- il peut, par exemple, comporter trois orifices ou davantage, séparés par 'des chambres de pression, et peut déboucher à une pression faible ou à la pression atmosphérique.
La pièce 53, comportant l'orifice 54, est maintenue en place par une bague filetée 55 et une tubulure 56. Cette derniè- re est raccordée à une conduite de décharge 57, qui se rend en un point désiré quelconque, tel qu'un puisard, où règne sensi- blement la pression atmosphérique. Le récipient 50 peut comporter plusieurs ouvertures latérales ou des raccords filetés. Sur le dessin est représentée une bague filetée 58, maintenant en place / par serrage un tampon 59, qui ferme l'ouverture du côté droit,
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qui n'est pas employée.
Sur le côté gauche, un écrou tubulaire
60 maintient en place par serrage une tubulure 61 sur le ré- cipient 50; de cette tubulure part une conduite de contrôle 62, par laquelle la pression variable de contrôle dans la chambre 51 est transmise au dispositif de contrôle de l'alimentation de la chaudière.
Le dessin montre, comme dispositif de contrôle, une soupape 63, qui est de façon générale semblable aux soupapes connues de contrôle de la pression, comme représenté en détail sur la fig.4. Sur la conduite 62 est monté un manomètre 64, ' indiquant la pression régnant dans la chambre de contrôle 51.
Lorsqu'on utilise le dispositif de contrôle automatique, la soupape 26 doit être fermée. Une conduite 65, allant de la conduite 25 à la soupape de contrôle 63, comporte une sou- pape à main 66. Une conduite 67 s'étend à partir de la soupape 63 jusqu'à la conduite 27 d'alimentation d'eau à la chaudière et comporte une soupape à main 68. Les soupapes 66 et 68 sont ouvertes lorsqu'on veut utiliser le dispositif automatique de contrôle.
La soupape automatique 63 comprend une chapelle 70, raccordée aux conduites 65 et 67, et une cloison intérieure 71 supportant un siège de soupape 72. Un disque de soupape 73 com- porte une tige 74, située du côté opposé au siège 72. La cha- pelle de soupape est fermée par le couvercle 75, avec une boite à bourrage 76 pour le passage de la tige de soupape.
L'eau d'alimentation arrivant par la conduite 65 passe à tra- vers le siège de soupape 72, sous le disque 73, et sort par la conduite 67. L'écoulement de cette eau d'alimentation est ré- glé par le réglage de la position du disque de soupape 73, par l'intermédiaire de sa tige 74. L'alimentation de l'eau peut ainsi varier notablement et peut être entièrement coupée dans des conditions extrêmes.
La soupape comporte une cage ouverte 77, supportée sur le couvercle 75. Cette cage comporte une bride de serrage 78,
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sur laquelle est boulonné un chapeau de drt,g"7.'e chapeau est relié, à sa partie supérieure, par un raccord 80 à la conduite 62 transmettant la pression variable de contrôle à partir de la chambre de contrôle 51 à la soupape. Le disposi- tif actionne par cette pression peut âtre un diaphragme, un piston, etc..
Il est représenté sur le dessin sous forme d'un diaphragme flexible ou en caoutchouc 81, serré entre la bride
78 et le chapeau 79 et supporté par une calotte de forme arron- die 82, montée à l'extrémité supérieure 83 de la tige de sou- pape 74. La pression de contrôle agit ainsi sur le disque de soupape 73. La tige de soupape 74 comprend une partie en forme de chape 84, dans laquelle sont articulées des bielles 85 reliant la tige 74 à un levier 86 ; ce dernier est pivoté en son milieu sur la cage 77, et son extrémité.extérieure est reliée ou arti- culée sur une tige 87, portant un ressort 88, qui appuie vers le bas sur un disque 89, dont on peut régler la position par des écrous 90, de façon à régler la pression de ce ressort.
Ce ressort rappelle la tige de soupape 74 vers le haut, mouvement auquel s'oppose la pression de contrôle, s'exerçant sur le . diaphragme 81 et tendant à repousser la tige de soupape 74 vers le bas. Par conséquent, des changements dans la pression de contrôle exercée sur le diaphragme, en coopérant avec le ressort 88, modifieront la position de la soupape de contrôle 63 et régleront ainsi l'écoulement de 1.'eau d'alimentation à la chau- dière.
La variante représentée sur la fig.5 diffère de la construction suivant la fig.l, comme suit. Le tube de prélèvement 38 est remplacé par un tube plus court 38a, non fendu, s'éten- dant suivant l'axe dans la colonne d'eau 13, le niveau de son extrémité inférieure déterminant le niveau normal de l'eau dans la chaudière. Lorsque le niveau monte plus haut que celui repré- senté, il ne pénétrera dans le tube 38a que de l'eau, qui pro- voquera la diminution de l'alimentation d'eau à la chaudière.
Lorsque le niveau de l'eau descend trop bas dans la chaudière,
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il ne passera que de la vapeur, dans le tube 38a, ce qui.augmen- tera l'alimentation en eau dans la chaudière. Le niveau est ainsi maintenu convenablement dans des limites étroites. La soupape de contrôle 63a est, en outre, disposée de façon à contrôler l'admission de vapeur à la pompe 20. De même que dans le cas de la fig.l, un niveau d'eau trop élevé produit une dimi- nution de l'alimentation. Le dispositif suivant la fig.5 est le plus simple lorsqu'une seule chaudière est alimentée par une pompe, mais lorsque plusieurs chaudières sont alimentées par une seule pompe, le dispositif de la fig.l est préférable .
La fig.6 représente un dispositif différent pour le prélèvement de vapeur, ou d'eau, à partir de la chaudière ou de la colonne,. d'eau,. ce prélèvement s'effectuant latéralement au lieu de verticalement. La colonne d'eau 13a comporte une bride latérale circulaire 91, sur laquelle est monté un vase ou réci- pient 92, délimitant.une chambre de pression 93. La colonne d'eau est ouverte sur le côté en 94, vers la chambre 93, mais cette ouverture est fermée par une plaque 95, comportant de préférence une série d'orifices 96, servant à l'écoulement d'eau ou de va- peur ou d'un mélange des deux dans la chambre 93. La série d'ori- fices 96 est disposée verticalement, de façon que les orifices soient découverts graduellement lorsque l'eau descend dans la chaudière.
Une seule fente étroite, disposée verticalement, rem- plirait le même rôle. De la chambre 93 part un orifice 97, de préférence plus grand que la section totale des orifices 96. Cet orifice 97 est représenté à l'extrémité 'inférieure de la conduite de décharge 98, qui conduit les produits sortant de la chambre jusqu'en tout endroit approprié. De la chambre 93 part une conduite de pression 62a, .servant à transmettre la pression va- riable de contrôle à partir de la chambre 93 à la soupape 63 (fig.l) ou à la soupape 63a, (fig.5) ou à tout autre dispositif de contrôle.
Le fonctionnement de l'appareil suivant l'invention, suivant une forme de réalisation quelconque, peut être, décrit
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comme suit. La vapeur, ou l'eau, ou un mélange des deux, sor- tant de la chaudière ou de la colonne d'eau, par la conduite de prélèvement, s'échappe de façon continue à travers le dispositif à orifices. Cette quantité est négligeable en raison de lrétran- glement considérable de l'écoulement, et l'eau chaude s'échappant de la chaudière et la chaleur qu'elle renferme peuvent d'ailleurs être ramenées à la chaudière. Le dispositif à orifices comporte une ou plusieurs pressions intermédiaires entre la pression ini- tiale ou pression de la chaudière et la pression finale ou pres- sion atmosphérique.
Le contrôle de l'alimentation peut steffec- tuer à partir d'une pression intermédiaire quelconque. Le réglage ou ajustage initial de la conduite de prélèvement détermine le niveau normal de la chaudière. Les proportions de vapeur et d'eau entraînées par la conduite de prélèvement déterminent la pres- sion variable de contrôla , qui est utilisée pour actionner la soupape ou autre dispositif de contrôle de l'alimentation d'eau à la chaudière. La soupape de contrôle ou analogue change rapi- dement de position pour des variations dans le niveau de lreau dans la chaudière. Lorsque le niveau monte, la soupape se ferme davantage, et lorsque le niveau est beaucoup trop élevé, la soupape se ferme complètement et inversement.
On utilise de préférence la vaporisation. Une partie ou la totalité de l'ean chaude pénétrant dans la ohambre à orifices se vaporise par suite de la chute de pression et de sa propre chaleur latente. Lorsque le niveau de l'eau dans la chaudière est trop élevé, l'eau chaude en excès passe dans la chambre de contrôle et se vaporise, en donnant une pression élevée, qui ferme la soupape 63 ou 63a. Lorsque le niveau de l'eau est trop bas, il ne passe dans la chambre de contrôle que de la vapeur, dont l'écoulement est étranglé et qui ne donne qu'une faible pression de contrôle. Le diaphragme 81 de la soupape de contrô- le et le ressort 88 sont déterminés de façon à actionner conve- nablement la soupape.
La variation est suffisamment grande pour donner la marge de sécurité voulue et assurer un fonctionnement
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convenable.
Le fonctionnement peut être considéré comme dépendant de la quantité de calories.passant à travers l'orifice d'admis- ' sion de la chambre de contrôle. Il pénétrera dans cette chambre beaucoup plus de calories pour de l'eau à la température de la vapeur que pour de la vapeur, par suite de la masse plus grande de l'eau. La. chaleur en excès admise dans la chambre produit une pression de contrôle déterminée dans des conditions données quel- conques.
Dans des conditions intermédiaires, lorsque le niveau est à peu près normal, une quantité relativement faible d'eau peut pénétrer dans la chambre avec la vapeur, quelquefois sous forme de vapeur humide, Cette eau donne une pression plus éle- vée que lorsqu'il n'entre que de la vapeur sèche. Lorsque le niveau de l'eau dans la chaudière monte, la conduite de prélè- vement donne une proportion accrue d'eau. Celle-ci augmente la pression de contrôle. Plus la proportion d'eau est grande, plus la pression de contrôle est élevée. Celle-ci peut être détermi- née par le calcul. Plus la pression est élevée et plus la soupa- pe ou autre dispositif de contrôle se ferme. A chaque position du niveau de l'eau dans la chaudière correspond un réglage de la position de la soupape de contrôle.
L'alimentation est par conséquent réglée de façon précise et continue et corrige tout écart dans le niveau désiré de l'eau de la chaudière.
Il est avantageux que les orifices successifs soient de dimentions progressivement croissantes dans le dispositif à orifices. L'orifice 54 (fig.2) est de section transversale plus grande que l'orifice 44 et assure un écoulement plus libre. La proportion des shootions des deux orifices détermine la pression dans la chambre 51 dans une relation déterminée avec les pres- sions initiale et finale. Les orifices sont petits de façon à réduire au minimum l'échappement de vapeur et d'eau à partir de la chaudière et leurs proportions sont telles qu'elles assurent le contrôle désiré. Si le second orifice présente une section
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égale à quatre fois celle du premier, la pression (absolue) de la chambre 51 sera environ le quart de la pression de la chau- dière, dans le cas de vapeur sèche.
Lorsqu'il ne passe que de l'eau chaude, la pression de côntrôle peut être plus de la moi- tié de la pression de la chaudière. Ces chiffres sont théoriques, mais sont en pratique approximativement les mêmes et donnent une grande marge de sécurité pour le fonctionnement de la soupape de contrôle.
Lorsqu'on veut cesser d'utiliser une chaudière, on peut arrêter l'alimentation d'eau au moyen de la soupape à main 66.
Toutefois le dispositif suivant l'invention arrêtera automatique- ment l'alimentation par suite de la montée du niveau de l'eau lorsque la consommation de vapeur cesse. La soupape 66 peut être fermée avant que la chaudière se soit refroidie. Lors de la mise en marche de la chaudière, le dispositif suivant l'invention as- sure le contrôle sans exiger l'attention du surveillant. La chaudière peut être remplie d'eau en faisant tourner le bouchon 43, de façon à émpêcher la pression de s'exercer sur la soupape de contrôle, ou en supprimant la communication entre la conduite 62 et la soupape de contrôle.
La conduite de prélèvement 38, avec des trous ou une entaille ou fente, est avantageuse, en ce qu'elle amortit les' variations de pression et empêche un fonctionnement brusque.
Elle réduit également au minimum les effets d'à-coups dans le fonctionnement de la chaudière. Le passage de l'écoulement de vapeur à l'écoulement d'eau se fait graduellement. L'entaille ou fente doit être prolongée quelque peu au-dessus du niveau normal de l'eau, comme représenté.
Au lieu d'une fente ou entaille, on peut prévoir une série de trous pour le prélèvement de vapeur ou d'eau. Sur la fig.6, les trous 96, ou une fente, admettent non seulement de la vapeur ou de l'eau au dispositif de contrôle d'une manière graduelle, mais servent également comme orifice d'admission dans la chambre de contrôle. La capacité relativement grande de cette chambre de
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contrôle assure également une sorte d'amortissement et réduit au minimum des variations brusques quelconques de la pres- sion de contrôle.
Bien qu'une pompe soit représentée sur les dessins pour refouler l'eau d'alimentation dans la chaudière, cette alimentation peut s'effectuer de toute autre manière appropriée.
Au lieu d'orifices consistant en des trous ou fentes, on peut employer des dispositifs d'échappement équivalents. Un grand membre de petits trous pourra quelquefois servir comme 'orifice. Ou bien l'échappement du fluide peut's'effectuer par l'intermédiaire d'un dispositif en mouvement, tel qu'un cdmpteur ou un moteur, assurant un passage continu mais étranglé.
REVENDICATIONS
1 ) Un procédé pour le réglage de l'alimentation de chaudières, caractérisé en ce que .de .l'eau, et de la vapeur sont prélevées à partir de la chaudière suivant les variations dans le niveau de l'eau dans celle-ci et sont amenées à un dispositif à orifices, dans lequel ils produisent une pression variable de contrôle, qui est utilisée comme force pour régler par tout moyen approprié la vitesse d'alimentation d'eau à la chaudière, de façon à conserver le niveau'désiré.