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M'AUXILIAIRE DES CHEMINS DE FER ET DE L'INDUSTRIE.
La présente invention est relative aux réchauffeurs par mélange dans lesquels on utilise des vapeurs d'échappe- ment, de purges et autres. L'invention s'applique plus parti- culièrement au réchauffage de l'eau d'alimentation des chau- guères de locomotives, et elle vise un certain nombre de per- fectionnements qui apparaîtront dans la description suivante,
Au dessin annexé, représentant, à titre d'exemple, un mode de réalisation du réchauffeur suivant l'invention :
la figure 1 est un schéma d'une installation de réchauffa- ge suivant l'invention, les deux corps du réchauffeur étant disposés dans le prolongement l'un de l'autre, pour plus de clarté. la figure 2 est une vue en plan des deux corps du réchauf- feur, la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figu- re 2, la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 du régula- teur-détendeur, la figure 5 en est une coupe suivant la ligne 4-5,
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La figure 6 représente sohématiquement une installation de réchauffage suivant 1' invention , appliquée au réchauffage de l'eau d'alimentation d'une chaudière de locomotive la figure 7 montre en coupe une variante de l'invention,
la figure 8 est une coupe médiane suivant la ligne 8-8 de la figure 9 représentant une variante du régulateur-dé- tendeur ; la figure 9 est une vue en plan, à échelle réduite. de ce même régulateur détendeur ; la figure 10 montre un dispositif de by-pass disposé sur la canalisation d'échappement de la pompe à air ; la figure 11 montre un autre mode d'exécution de ce dis- potitif de by-pass ; la figure 12 représente sohématiquement un dispositif pour commander mécaniquement la fermeture du régulateur dé- tendeur lorsque la pompe d'alimentation d'eau est arrêtée.
Comme on le voit sur le dessin, la vapeur entrant dans le corps A du réchauffeur est admise par l'intermédiaire d'un régulateur-détendeur 1, placé sur la tubulure d'amende de vapeur 2. Ce régulateur sert à contrôler la pression de la vapeur dans la chambre de mélange 6 du réchauffeur,
Le compartiment 6, ou chambre de mélange, est traversé par un tuyau 7 relié à la pompe de circulation P qui amène le liquide à réchauffer ; 30 désigne le cylindre à eau froide et 31 le cylindre à eau chaude de cette pompe, 36 étant le cylindre moteur. Le tuyau ? est perforé de la façon qui con- vient pour que le liquide sorte divisé en jets dirigés de bas en haut. Le liquide retombe sur une plaque perforée 8 qui le divise en une pluie fine dans la chambre 6.
La vapeur arrive dans la chambre 6 par une buse 20, débouchant vers la partie supérieure de la chambre.
Le coups A présente, à sa partie inférieure, une poche 21,
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fermée à sa partie inférieure par un tampon autoclave 23 pour le nettoyage. Le corps A et le corps B communiquent par un conduit 3, débouchant dans le premier compartiment
9 du second corps B et dont l'autre extrémité recourbée 22 pénètre dans la poche 21 jusque vers le fond de celleci, de façon à constituer un joint hydraulique.
Le compartiment 9 , ou chambre, intermédiaire dans le- quel le liquide réchauffé atteint une hauteur constante, dé- terminée par celle d@a cloison ou déversoir 9a, communique par sa partie supérieure, avec le compartiment 10. Oe compar- timent 10, ou réservoir de déversement ou liquide réchauffé, est disposé de façon que le niveau du liquide dans ce compar- timent 10 reste constant et inférieur au niveau supérieur du liquide dans le compartiment 9.
Le compartiment 10 est suivi d'un compartiment 12 rece- vant le trop plein du compartiment 10 ; le niveau du liquide dans ce compartiment 10 ne peut donc pas, normalement, dépas- ser le niveau de l'arête supérieure de la cloison ou déversoir IOa qui sépare les compartiments 10 et 12.
Au compartiment 12 succède un compartiment 27, limité par une cloison 11a s'élevant à une certaine hauteur. A la partie inférieure du compartiment 27 débouche une tubulure II servant à mettre les compartiments 9, 10 et 12, en communica- tion aveo Itatmosphère. Elle se termine, à sa partie inférieu- re, par un ajutage 11b,de petit diamètre,,
Le régulateur-détendeur 1 est constitué par une soupa- pe 43, équilibrée par un ressort 41, qui tend à la maintenir ouverte, et commandée par un piston 42 dont la face supérieu- re est soumise à la pression régnant dans la chambre de déga- zage, grâce au petit tube 40. Lorsque la pression dans la chambre de dégazage augmente, elle tend à fermer l'admission de vapeur dans la chambre de mélange et vice-versa.
On remar- quera que, pratiquement, la chambre de dégazage étant en com- munication avec l'atmosphère par le tube 11, la pression rè -
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gnant au-dessus du piston 42 sera sensiblement la pression atmosphérique, la pression effective dans la chambre de mé- lange équilibrant le poids d'une colonne d'eau de hauteur ma- ximum h.
Si la pression effective de la vapeur de réchauffage dé- passe le poids de cette colonne d'eau, la vapeur passera direc- tement dans la chambre de dégazage, Mais celle-ci ne communi- que avec l'atmosphère que par le tube 11 et par le petit ori- fice 11b dont la section est calculée de façon à être nettement insuffisante pour l'évacuation rapide de la grande quantité de vapeur de chauffage arrivant au réchauffeur. Dans ces con- ' ditions, la pression augmentera immédiatement dans la chambre de dégazage, actionnant ainsi le régulateur 1 qui obturera plus ou moins l'arrivée de vapeur. L'avantage d'un tel régula- teur, communiquant avec la chambre de dégazage, est d'être soustrait à l'influence nuisible des coups d'échappement, lors- que la vapeur de réchauffage est de la vapeur d'échappement.
La tubulure 11 servant à faire communiquer la chambre de dégazage avec l'atmosphère a une longueur relativement grande, de façon que, si le liquide réchauffé parvient dans le compar- timent 27, il soit évacué rapidement par le petit ajutage Il\ grâce à la charge importante sous laquelle il se trouve.
Cette disposition présente encore un autre avantage qui sera expo- sé plus loin,
Le compartiment 12 est relié à un récipient 13 ou vase d'aspiration, placé sur le tuyau 14 reliant la bâche d'alimen- tation 15 à l'aspiration 16 de la pompe de circulation 30, ce récipient 13 étant placé à un niveau inférieur au fond de la bâche 15 et étant disposé de telle sorte que le tuyau 17 qui le relie au compartiment 12, ainsi que le tuyau. 14 qui le relie à la bâche 15, débouchent tous deux à sa partie supérieure, tandis que le tuyau 18 allant à l'aspiration de la pompe dé- bouche à la partie inférieure du récipient 13.
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Le liquide réchauffé, sortant du compartiment 10 du réchauffeur, est refoulé par le cylindrz SI vers l'appa- reil utilisant ce liquide, par exemple la chapelle d'admis- sion 32 d'une chaudière. 18, 33, 34, 35 sont les tuyauteries reliant les différents organes aux pompes 30 et 31.
Le fonctionnement du réchauffeur est le suivant
La vapeur est amenée à travers le régulateur-détendeur 1 et la tubulure 2 dans le compartiment 6 où elle se mélan- ge au liquide qui, projeté en jets verticaux à travers les orifices du tuyau 7, vient te briser et se pulvériser contre la paroi en tôle, pour retomber en pluie à travers les trous de la plaque 8 en achevant de condenser la vapeur,
Le liquide, réchauffé et mélangé avec la vapeur qu'il a condensée, remonte sous l'effet!de la pression dans le compar- timent 9 par la manche 22 et le tuyau 3 ; la longueur de la manche 22 est choisie suivant la pression normale de la va- peur de réchauffage dont on dispose de façon qu'elle permette l'établissement de la différence des niveaux qui correspond précisément à cette pression.
En même temps, le niveau du li- quide dans le compartiment 6 doit toujours être très sensible- ment inférieur à celui de la plaque perforée 8, Le mélange de liquide réchauffé et de vapeur condensée remontant dans le compartiment 9, se déverse en nappe par dessus l'arête de la cloison 9a et tombe dans le compartiment 10 d'une hauteur éga- le à la dénivellation créée entre les niveaux que le liquide peut atteindre respectivement dans les compartiments 9 et 10,
Lesgaz en dissolution dans le liquide sont libérés par suite du réchauffage et commencent à s'évacuer par suite de l'ascension du liquide dans le compartiment 9 ; ils achèvent de s'échapper lorsque le liquide s'étale et tombe en se dé- versant par dessus la cloison 9a dans le compartiment 10.
Ces gaz s'échappent dans l'atmosphère par la tubulure II et l'ajutage 11b.
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Le liquide est amené dans le réchauffeur au moyen du cylindre 30 qui peut être synchrone ou non du cylindre 31, mais qui doit avoir un débit supérieur ou égal au débit de celui-ci ; l'emploi du vase 13 a pour effet d'éviter toutes rentrées d'air et toutes possibilités de désamorçage de la pompe 30 et de permettre le défaut de synchronisme entre les deux cylindres.
L'emploi du tube II et de l'ajutage en charge 11b pré- sente en outre l'avantage suivant : si, par suite d'un dépôt de tartre consécutif au réchauffage de l'eau, d'alimentation des chaudières, ou pour toute autre raison, la section de passage du liquide dans les tubes 17 et 33 devenait trop pe- tite, le débit de liquide à réchauffer deviendrait supérieur au débit de liquide réchauffé sortant du réchauffeur, et les compartiments 12,10, 9 et 6 se rempliraient rapidement de liquide ; le niveau du liquide dans le compartiment 6 pourrait atteindre celuj/de la buse 20 et le liquide s'échapperait alors par le tube 2, se rendrait au régulateur et, de là, aux cylin- dres de la machine à vapeur ou à tout autre appareil, dans le- quel il risquerait de provoquer de graves accidents.
Grâce à la disposition adoptée, dès que le liquide at- teint le niveau du déversoir 11a, il pénètre dans le- comparti- ment 27 et, sous l'effet de la grande longueur du tube 11 et malgré les petites dimensions de l'ajutage 11b,il s'échappe à l'extérieur par cet ajutage,
La figure 6 montre comment une telle installation serait disposée dans le cas d'une locomotive, le tube 11 passant au- tour de la chaudière et venant déboucher sous le châssis.
38 désigne la tuyauterie de prise de vapeur.
La disposition des arrivées de tuyaux d'amenée du liqui- dé, tant de la bâche 15 que du compartiment de trop plein 12, à la partie supérieure du vase 13, tandis que le départ vers la pompe de circulation 30 est placé à la partie inférieure du vase 13, a pour effet d'assurer l'écoulement du liquide qui
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peut se trouver dans le compartiment 12, en évitant que la succion de la pompe n'agisse par préférence sur l'arrivée du liquide venant de la bâche, ce qui risquerait d'amener un engorgement du vase 12, et par suite, la suppression de la dénivellation existant entre le niveau du liquide dans le va*- se 10 et le vase 9.
On remarquera que le régulateur-détendeur représenté à la figure 5 comporte en outre un dispositif de fermeture de l'admission de vapeur d'échappement construit de la façon suivante :un conduit 50, venant du tiroir de la machine ou relié à la conduite d'admission du moteur en aval du régula- teur de la locomotive ou robinet d'admission de vapeur vive équivalent, débouche dans une chambre cylindrique 51 sous la face inférieure d'un piston 52 mobile axialement et solidaire d'un pointeau osoupape 53, interposé entre un tube 54 d'ame- née de vapeur vive et un tube 55 débouchant dans le régula- teur au-dessus du piston 42.
La pression de la vapeur vive agissant à régulateur ouvert sur le piston 52 maintient le pointeau 53 sur son siè- ge et la face supérieure du piston 42 se trouve soumise à la pression qui règne dans la chambre de dégazage, grâce au con- duit 40.
Si l'on ferme le régulateur, la pression cesse d'agir sur le piston 52 qui s'abaisse et le pointeau 53 laisse pé- nétrer la vapeur vive du conduit 54 dans le conduit 55. La vapeur vive agit sur le piston 42 et provoque la fermeture du régulateur.
L'intérêt de cette disposition est le suivant
Si la locomotive sur laquelle est monté le réchauffeur fonctionne avec tirage induit au moyen de vapeurs d'échappé ment, il peut arriver qu'à régulateur fermé, le tirage de la cheminée soit suffisant pour transmettre une dépression dans la chambre de mélange 6, Cette dépression provoquera l'ar- rêt de l'écoulement de l'eau, entre les compartiments 9 et 10 @
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du réchauffeur et, la pompe 30 continuant à alimenter, le. niveau de l'eau dans la chambre 6 pourra atteindre le niveau de la buse 20, et, en s'écoulant ensuite vers les cylindres de la machine, causer de très graves désordres.
Grâce à la disposition décrite, ce danger se trouve écar- té puisque le régulateur ferme toute communication avec l'échappement dès que le régulateur de la locomotive est fer- mé.
La disposition qui vient d'être décrite est plus particu- lièrement avantageuse dans le cas où le réchauffeur est égale- ment alimenté par les vapeurs d'échappement du cylindre moteur 36 de la pompe, et d'autres machines auxiliaires faisant par- tie de l'installation ou montée sur la locomotive*' Dans ce. cas, ces vapeurs pénétrèrent par un tube spécial 20 , leur ad- mission n'étant pas contrôlée par le régulateur.
Lorsqu'on ferme le régulateur, l'admission de vapeur d'é- chappement de la machine cesse et une chute de pression se produit immédiatement dans la chambre 6. A ce même moment, le niveau de l'eau dans cette chambre est très bas et le compar- timent 9 se vide dans la chambre 6, L'écoulement de l'eau du compartiment 9 dans le compartiment 10 se trouvera donc in- terrompu pendant un certain temps et il pourra arriver que ce temps soit suffisant pour que le compartiment 10 se vide complètement. A ce moment, la pompe 31 aspirera de l'air, et se trouvera désamorcée, provoquant les inconvénients que l'on sait. Grâce au dispositif de fermeture automatique décrit ci- dessus,ce danger se trouve écarté.
Dès que le régulateur de la locomotive est fermé, le détendeur 1 se ferme de sorte que les vapeurs d'échappement arrivant en 20a, au lieu de s'échap- per par le conduit 2, produisant ,ne surpression dans la cham- bre 6, suffisante pour maintenir l'écoulement de l'eau entre les compartiments 9 et 10 et éviter la vidange complète de ce dernier. En outre, cette vapeur d'échappement cède ses calo- @
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ries à l'eau froide envoyée par la pompe 30, de sorte que le réchauffage n'est pas complètement interrompu à régulateur fermé, commeela se produirait si les vapeurs d'échappement des moteurs auxiliaires s'échappaient par la conduite 2.
On remarquera que la disposition comportant une poche 21 et une manche 22 pour former joint hydraulique et empêcher la vapeur de s'échapper directement dans le corps B présente de grands avantages lorsque, comme c'est le ces sur les locomo- tives, la construction/Les appareils est déterminée dans une grande mesure par les considérations d'encombrement. Elle per- met, en effet, tout en donnant à la poche 21 la profondeur né- cessaire, correspondant à la surpression devant régner dans la chambre de mélange, de lui donner une forme et des dimensions appropriées, suivant l'emplacement du réchauffeur sur la chau- dière et l'espace dont on dispose,
La forme elle-même du réchauffeur, réalisé en deux corps, permet de le loger facilement à la partie supérieure de la chaudière, de part et d'autre de son axe longitudinal.
Toutefois,l'invention n'est pas strictement limitée à un réchauffeur à deux corps, les éléments constituant le réchauffeur pouvant être, dans certains cas, réunis dans un plus petit ou un plus grand nombre de corps.
De même, les détails de construction ou la disposition d'ensemble de l'installation n'ont été donnés que pour plus de clarté et pourraient être modifiés dans une large mesure, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
C'est ainsi que le dispositif pour fermer automatique- ment le régulateur-détendeur lorsque le régulateur de la lo- comotive est fermé peut être simplifié en employant le dispo- sitif de la fig. 7 dans lequel la chambre de mélange A et la chambre de dégazage B communiquent entre elles au moyen d'un conduit 60, sur lequel est intercalée une botte à clapet 61 renfermant un clapet 62 pivotant autour d'un axe horizontal
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63 pavant venir s'appliquer sur un siège incliné 64 du cô- té de la chambre de dégazage, ou sur des taquets 65 lorsqu'il retombe par son propre poids.
Le [fonctionnement de ce dispositif est le suivant
En marche normale, la chambre de mélange se trouve soumi- se à la surpression correspondant à la pression effective de la vapeur de réchauffage. Le clapet est établi de façon à se trouver applique contre son siège 64 sous l'action de cette surpression. Si, pour une raison quelconque, la pression tom- be dans la chambre de mélange, ce qui aurait pour effet de provoquer la vidange de l'eau du récipient 9 dans la chambre de mélange avec tous les inconvénients qui en résultent et qui sont indiqués ci-dessus, le clapet 62 quitte son siège 64 sous l'action de son propre poids et vient reposer contre les taquets 65.
Dans cette position, l'air contenu dans la cham- bre de dégazage, laquelle se trouve à la pression atmosphé- rique, passe dans l'espace annulaire compris entre la boite à clapet 61 et le clapet 62 et pénètre dans la chambre de mé- lange, ce qui évite ainsi toute dépression dangereuse.
L'installation de réchauffage ci-dessus décrite peut encore être perfectionnée par l'emploi d'une construction permettant d'empêcher, lorsque la pompe d'alimentation est arrêtée, toute arrivée, dans le réchauffeur, de vapeur prove- nant de l'échappement des organes moteurs principaux ainsi que des machines auxiliaires, et d'empêcher également toute con- densation dans les organes moteurs des machines auxiliaires des vapeurs provenant de l'échappement des organes moteurs principaux.
Le dispositif décrit ci-après comporte en outre des mo- yens perfectionnés pour empêcher, lorsque le régulateur d'admis- sion de vapeur aux organes moteurs principaux est fermé, toute possibilité de retour d'eau dans ces organes moteurs, et par suite, d'empêcher ainsi tous inconvénients qui en ré-
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sulteraient. et notamment les inconvénients ci-dessus men- tionnés. Ces perfectionnements sont représentés aux fig. 8 à 12.
En se référant à la fige 8, 1 désigne le regulateur.. détendeur constitué comme décrit ci-dessus par la soupape 43, équilibrée par le ressort 41 qui tend à la maintenir ouverte et commandée par un piston 42 dont la face supérieure est sou- mise à la pression régnant dans la chambre de dégazage grâce au tube 40. Suivant la construction représentée à la fig. 8, ce régulateur-détendeur comporte en outre deux cylindres auxiliai- res 56 et 57 respectivement en communication par des conduits 58 et 59 avec la botte à tiroirs HP de la locomotive et avec le cylindre à vapeur de la pompe à eau.. Deux pistons 60 et 61 sont respectivement disposés dans ces cylindres et corstam- ment repoussés vers le fond par deux ressorts 62 et 63.
Les tiges des pistons prolongées portent deux doigts 64 et 65 susceptibles d'actionner la tige 66 de la soupape 43.
Le fonctionnement est le suivant La vapeur provenant du cylindre à vapeur de la pompe à eau ou de la boîte à tiroirs-HP de la locomotive maintient soulevés les pistons 60 et 61. La soupape 43 sollicitée par le res- sort 41 est ouverte ; si la pression augmente dans la chambre de dégazage, la soupape 43 est libre de seermer comme il a été décrit précédemment ; si on arrête le pompe à eau le pis- ton 61 n'est plus soumis à la pression de la vapeur provenant du cylindre à vapeur de cette pompe et il est repoussé vers le fond du cylindre 57 pu? le ressort 63 ; ce mouvement le doigt 65 appuyant sur la tige 66 produit la fermeture de la soupape 43, La vapeur d'échappement des cylindres de la loco- motive ne peut donc plus parvenir dans la chambre de mélange.
Si l'on marche régulateur fermé, le piston 60 commande de la même manière la fermeture de la soupape 43 ; dans ce dernier cas, les vapeurs d'échappement de la pompe à eau et de la pompe à air re
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peuvent s'échapper par la cheminée et doivent se condenser dans la chambre de mélange où ne peut se produire d'autre part aucune dépression sous l'action du souffleur puisque toute communication avec la cheminée est interrompue.
On voit donc que dans le cas où la pompe à eau est ar- rêtée, la chambre de mélange ne reçoit plus que la vapeur d'é- chappement de la pompe à air. Si cet arrêt se prolonge, cette vapeur peut toutefois atteindre dans la chambre de mélange une pression suffisante pour chasser le joint hydraulique et se répandre dans les tuyauteries.
La figure 10 montre un dispositif de by-pass placé sur la canalisation d'échappement de la pompe à air dans le but d'éviter l'inconvénient mentionné ci-dessus. Un piston 67 à deux têtes est disposé dans un cylindre 68 à une des extrémi- tés duquel débouche un conduit 69 par où arrive de la vapeur vive provenant de la pompe à eau. A l'autre extrémité du cy- lindre est disposé un ressort 70 agissant sur le piston 67 en sens inverse de la vapeur. Trois conduits 71,72,73 débou- chant dans le cylindre, conduisent respectivement à l'échap- pement de la pompe à air* à l'air libre et à la chambre de mélange du réchauffeur.
La pompe à eau étant en fonctionnement, la vapeur repousse le piston vers le fond du cylindre en com- primant le ressort 70, établissant la communication directe entre les conduits 71 et 73, c'est-à-dire entre l'échappement de la pompe à air et le réchauffeur : quand la pompe à eau est arrêtée, le ressort 70 repousse le piston, faisant ainsi communiquer les conduits 71 et 72 ; l'échappement de la pompe à air se fait alors directement à l'air libre.
La figure 11 montre un autre mode d'exécution d'un tel by-pass. Le conduit 71 relié à l'échappement de la pompe à air débouche dans une chambre cylindrique 74 présentant à chacune de ses extrémités un siège pour l'une des têtes d'une soupape 75 à deux têtes. D'un côté, cette soupape est solidaire d'un piston 76 disposé suivant le même axe et guidé dans un alésage
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78. Du côté opposé, un ressort est disposé entre la soupape et le fond. Les conduits 72 et 73 débouchent dans deux chambres ménagées de part et d'autre de la chambre 74.
Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui du by-pass précédemment décrit.
Il est évident que l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution précédemment décrits. C'est ainsi que la fermeture du régulateur-détendeur et la manoeuvre du by- pass peuvent être commandées mécaniquement hydrauliquement ou autrement.
Il suffit pour réaliser une commande hydraulique de brancher le conduit 69 sur le refoulement de la pompe à eau et de transformer les pistons 76 et 67 en pistons hydrauli- ques.
La figure 12 représente schématiquement un mode de réa- lisation d'une commande mécanique Été la fermeture de régulateur- détendaur. Sur la tige des pistons de la pompe prolongée à l'extérieur des cylindres est monté un coulisseau guidé dans des glissières 80 et sur lequel est articulée une bielle 81, attaquant une manivelle 82 fixée sur un ambre 83 porté par deux paliers 84. Un plateau 85 solidaire de cet arbre porte un doigt 86 terminé par un galet en contact avec u@e came 87 folle sur l'axe 83 et constamment repoussée par un ressort 88. La surface latérale de cette came présente un profil approprié qui eat en contact permanent avec un galet 89 monté à l'extré- mité d'un bras d'un levier à deux bras 90 articulé autour d'un axe 91.
L'autre bras de ce levier, rappelé par un ressort 93,porte un galet ou poulie à gorge 93 en contact permanent avec un câble 94 fixé d'une part à un point fixe, d'autre part à un levier 95 articulé autour d'un axe 96, des poulies ser- vant de guidage au câble. Une extrémité du levier 95 est rap- pelée par un ressort 98 et l'autre extrémité est en contact avec l'extrémité supérieure de la tige;66 de la soupape 43 du régulateur., La face de la came 87 en contact avec le doigt 86
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présente une rampe hélicoïdale 99 et une butée 100.
Le fonctionnement est le suivant la pompe à eau étant mise en marche, le système bielle-manivelle 81-82 communi- que un mouvement circulaire continu à l'arbre 83. Le doigt 86 glisse sur la rampe hélicoïdale 99 entraînant le dépla- cement axial de la came 87 qui comprime le ressort 88. Dans ce mouvement la came fait basculer le levier 90 ; le galet 93 exerce alors sur le câble 94 une pression transmise sous forme de traction à l'extrémité du levier 95 qui bas- cule autour de l'axe 96. La tige 66 de la soupape 43 est alors libre de se relever sous l'action du ressort 41 et la soupape 43 s'ouvre,' le doigt.86 venant en contact avec la butée 100 entraîne en rotation la rampe hélicoïdale tout en laissait la came dans la position indiquée tant que la pom- pe fonctionne.
Si on arrête la pompe, l'arbre 83 s'arrête et sous l'ac- tion du ressort 88, la rampe hélicoïdale glisse à nouveau sur le doit 86 ramenant ainsi la came 87 dans sa position ini- tialeie levier 90 rappelé par le ressort 92 revient dans sa position initiale tandis que le ressort 98 fait basculer le levier 95, qui simultanément tire sur le le câble @4 et appuie sur l'extrémité de la tige 66, fermant ainsi la soupape 43.
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A AUXILIARY OF RAILWAYS AND INDUSTRY.
The present invention relates to mixing heaters in which exhaust, purge and other vapors are used. The invention applies more particularly to the heating of the feed water for locomotive boilers, and it relates to a certain number of improvements which will appear in the following description,
In the appended drawing, showing, by way of example, an embodiment of the heater according to the invention:
FIG. 1 is a diagram of a heating installation according to the invention, the two bodies of the heater being arranged in the continuation of one another, for greater clarity. Figure 2 is a plan view of the two bodies of the heater, Figure 3 is a section taken along line 3-3 of Figure 2, Figure 4 is a section taken on line 4-4 of the regulator. regulator, Figure 5 is a section along line 4-5,
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FIG. 6 shows schematically a heating installation according to the invention, applied to the heating of the feed water of a locomotive boiler; FIG. 7 shows in section a variant of the invention,
FIG. 8 is a median section taken on line 8-8 of FIG. 9 showing a variant of the regulator-regulator; FIG. 9 is a plan view, on a reduced scale. of the same regulator expansion valve; FIG. 10 shows a bypass device arranged on the exhaust pipe of the air pump; FIG. 11 shows another embodiment of this bypass device; FIG. 12 schematically represents a device for mechanically controlling the closing of the expansion regulator when the water supply pump is stopped.
As seen in the drawing, the steam entering the body A of the heater is admitted through a regulator-pressure reducer 1, placed on the steam fine pipe 2. This regulator is used to control the pressure of the steam in the mixing chamber 6 of the heater,
The compartment 6, or mixing chamber, is crossed by a pipe 7 connected to the circulation pump P which brings the liquid to be heated; 30 designates the cold water cylinder and 31 the hot water cylinder of this pump, 36 being the driving cylinder. The pipe ? is perforated in the proper way so that the liquid comes out divided into jets directed from the bottom up. The liquid falls on a perforated plate 8 which divides it into a fine rain in chamber 6.
The steam arrives in the chamber 6 through a nozzle 20, opening towards the upper part of the chamber.
The blows A has, at its lower part, a pocket 21,
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closed at its lower part by an autoclave pad 23 for cleaning. The body A and the body B communicate via a conduit 3, opening into the first compartment
9 of the second body B and the other curved end 22 of which penetrates into the pocket 21 as far as the bottom of the latter, so as to constitute a hydraulic seal.
The compartment 9, or intermediate chamber in which the heated liquid reaches a constant height, determined by that of the partition or overflow 9a, communicates through its upper part, with the compartment 10. Oe compartment 10, or spill tank or heated liquid, is arranged so that the level of the liquid in this compartment 10 remains constant and below the upper level of the liquid in the compartment 9.
Compartment 10 is followed by a compartment 12 receiving the overflow from compartment 10; the level of the liquid in this compartment 10 therefore cannot normally exceed the level of the upper edge of the partition or weir IOa which separates the compartments 10 and 12.
Compartment 12 is followed by a compartment 27, limited by a partition 11a rising to a certain height. At the lower part of the compartment 27 opens a pipe II serving to put the compartments 9, 10 and 12, in communication with the atmosphere. It ends, at its lower part, with a nozzle 11b, of small diameter ,,
The regulator-pressure reducer 1 consists of a valve 43, balanced by a spring 41, which tends to keep it open, and controlled by a piston 42, the upper face of which is subjected to the pressure prevailing in the relief chamber. - zage, thanks to the small tube 40. When the pressure in the degassing chamber increases, it tends to close the steam inlet into the mixing chamber and vice versa.
It will be noted that, in practice, the degassing chamber being in communication with the atmosphere through tube 11, the pressure re -
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above piston 42 will be substantially atmospheric pressure, the effective pressure in the mixing chamber balancing the weight of a column of water of maximum height h.
If the effective pressure of the reheating vapor exceeds the weight of this water column, the vapor will pass directly into the degassing chamber, but this only communicates with the atmosphere through tube 11. and by the small orifice 11b, the section of which is calculated so as to be clearly insufficient for the rapid evacuation of the large quantity of heating vapor arriving at the heater. Under these conditions, the pressure will immediately increase in the degassing chamber, thus activating the regulator 1 which will more or less block the arrival of steam. The advantage of such a regulator, communicating with the degassing chamber, is that it is shielded from the harmful influence of exhaust blows, when the reheating vapor is exhaust vapor.
The pipe 11 serving to communicate the degassing chamber with the atmosphere has a relatively great length, so that, if the heated liquid reaches the compartment 27, it is quickly discharged through the small nozzle II owing to the heavy load under which it is located.
This arrangement has yet another advantage which will be explained below,
The compartment 12 is connected to a receptacle 13 or suction vessel, placed on the pipe 14 connecting the supply tank 15 to the suction 16 of the circulation pump 30, this receptacle 13 being placed at a lower level. at the bottom of the tarpaulin 15 and being arranged such that the pipe 17 which connects it to the compartment 12, as well as the pipe. 14 which connects it to the cover 15, both open at its upper part, while the pipe 18 going to the suction of the pump opens at the lower part of the container 13.
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The reheated liquid, leaving the compartment 10 of the heater, is discharged by the cylindrz SI towards the apparatus using this liquid, for example the inlet chapel 32 of a boiler. 18, 33, 34, 35 are the pipes connecting the various components to the pumps 30 and 31.
The operation of the heater is as follows
The vapor is brought through the regulator-pressure reducer 1 and the pipe 2 into the compartment 6 where it mixes with the liquid which, projected in vertical jets through the orifices of the pipe 7, breaks you and is sprayed against the wall in sheet metal, to rain down through the holes in plate 8, completing the condensing of the steam,
The liquid, reheated and mixed with the vapor which it has condensed, rises under the effect of the pressure in the compartment 9 through the sleeve 22 and the pipe 3; the length of the sleeve 22 is chosen according to the normal pressure of the reheating vapor available in such a way that it allows the establishment of the difference in levels which precisely corresponds to this pressure.
At the same time, the level of the liquid in compartment 6 must always be very appreciably lower than that of the perforated plate 8. The mixture of reheated liquid and condensed vapor rising in compartment 9, flows in a sheet through above the ridge of the partition 9a and falls into the compartment 10 from a height equal to the difference in level created between the levels that the liquid can reach respectively in the compartments 9 and 10,
The gases dissolved in the liquid are released following reheating and begin to drain away following the rise of the liquid in compartment 9; they finish escaping when the liquid spreads out and falls by pouring over the partition 9a into the compartment 10.
These gases escape into the atmosphere through the pipe II and the nozzle 11b.
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The liquid is brought into the heater by means of the cylinder 30 which may or may not be synchronous with the cylinder 31, but which must have a flow rate greater than or equal to the flow rate of the latter; the use of the vessel 13 has the effect of preventing any inflow of air and any possibility of deactivating the pump 30 and of allowing the lack of synchronism between the two cylinders.
The use of tube II and of the nozzle under load 11b also has the following advantage: if, as a result of a deposit of limescale resulting from the heating of the water, the supply of the boilers, or for for any other reason, the section of passage of the liquid in the tubes 17 and 33 became too small, the flow rate of liquid to be heated would become greater than the flow rate of heated liquid leaving the heater, and compartments 12, 10, 9 and 6 would be would quickly fill with liquid; the liquid level in compartment 6 could reach celuj / from nozzle 20 and the liquid would then escape through tube 2, go to the regulator and, from there, to the cylinders of the steam engine or any other device, in which it could cause serious accidents.
Thanks to the arrangement adopted, as soon as the liquid reaches the level of the weir 11a, it enters the compartment 27 and, under the effect of the great length of the tube 11 and despite the small dimensions of the nozzle 11b, it escapes to the outside through this nozzle,
FIG. 6 shows how such an installation would be arranged in the case of a locomotive, the tube 11 passing around the boiler and coming out under the frame.
38 designates the steam intake pipe.
The arrangement of the inlets for the liquid supply pipes, both from the tank 15 and from the overflow compartment 12, to the upper part of the vessel 13, while the outlet to the circulation pump 30 is placed at the lower vessel 13, has the effect of ensuring the flow of the liquid which
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can be in the compartment 12, avoiding that the suction of the pump does not act by preference on the arrival of the liquid coming from the tank, which would risk causing a clogging of the vessel 12, and consequently, the elimination the difference in level between the level of the liquid in the vessel 10 and the vessel 9.
It will be noted that the regulator-pressure reducer shown in FIG. 5 further comprises a device for closing the intake of exhaust steam constructed as follows: a duct 50, coming from the spool of the machine or connected to the duct of 'intake of the engine downstream of the regulator of the locomotive or equivalent live steam intake valve, opens into a cylindrical chamber 51 under the underside of a piston 52 movable axially and secured to a needle valve 53, interposed between a live steam supply tube 54 and a tube 55 opening into the regulator above the piston 42.
The pressure of the live steam acting with an open regulator on the piston 52 maintains the needle 53 on its seat and the upper face of the piston 42 is subjected to the pressure which prevails in the degassing chamber, thanks to the pipe 40. .
If the regulator is closed, the pressure ceases to act on the piston 52 which is lowered and the needle 53 lets the live steam from the conduit 54 enter the conduit 55. The live steam acts on the piston 42 and causes the regulator to close.
The interest of this provision is as follows
If the locomotive on which the heater is mounted operates with induced draft by means of exhaust vapors, it may happen that with the regulator closed, the chimney draft is sufficient to transmit a vacuum in the mixing chamber 6, This depression will stop the flow of water, between compartments 9 and 10 @
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of the heater and, the pump 30 continuing to supply, the. level of the water in the chamber 6 can reach the level of the nozzle 20, and, then flowing towards the cylinders of the machine, cause very serious disorders.
By virtue of the arrangement described, this danger is avoided since the governor closes all communication with the exhaust as soon as the locomotive governor is closed.
The arrangement which has just been described is more particularly advantageous in the case where the heater is also supplied by the exhaust vapors from the engine cylinder 36 of the pump, and from other auxiliary machines forming part of the pump. installation or mounted on the locomotive * 'In this. In this case, these vapors entered through a special tube 20, their admission not being controlled by the regulator.
When the regulator is closed, the inlet of exhaust steam from the machine ceases and a pressure drop occurs immediately in chamber 6. At this same time, the water level in this chamber is very high. bottom and compartment 9 empties into chamber 6. The flow of water from compartment 9 into compartment 10 will therefore be interrupted for a certain time and it may happen that this time is sufficient for the compartment 10 empties completely. At this time, the pump 31 will suck in air, and will be deactivated, causing the drawbacks that we know. Thanks to the automatic closing device described above, this danger is eliminated.
As soon as the locomotive regulator is closed, the regulator 1 closes so that the exhaust vapors arriving at 20a, instead of escaping through line 2, producing no excess pressure in chamber 6 , sufficient to maintain the flow of water between compartments 9 and 10 and prevent the latter from completely emptying. In addition, this exhaust vapor gives up its heat.
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ries with cold water sent by pump 30, so that reheating is not completely interrupted with closed regulator, as would happen if the exhaust vapors of the auxiliary engines escaped through line 2.
It will be noted that the arrangement comprising a pocket 21 and a sleeve 22 for forming a hydraulic seal and preventing the steam from escaping directly into the body B has great advantages when, as is the case with locomotives, the construction / The devices is determined to a large extent by space considerations. It allows, in fact, while giving the pocket 21 the necessary depth, corresponding to the overpressure to reign in the mixing chamber, to give it an appropriate shape and dimensions, depending on the location of the heater on the mixing chamber. the boiler and the space available,
The shape of the heater itself, made in two bodies, allows it to be easily housed in the upper part of the boiler, on either side of its longitudinal axis.
However, the invention is not strictly limited to a heater with two bodies, the elements constituting the heater being able, in certain cases, to be combined in a smaller or a greater number of bodies.
Likewise, the construction details or the overall arrangement of the installation have been given only for the sake of clarity and could be modified to a large extent, without departing from the scope of the invention.
Thus, the device for automatically closing the regulator-expander when the locomotive regulator is closed can be simplified by using the device of fig. 7 in which the mixing chamber A and the degassing chamber B communicate with each other by means of a duct 60, on which is interposed a valve boot 61 enclosing a valve 62 pivoting about a horizontal axis
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63 pavement come to rest on an inclined seat 64 on the side of the degassing chamber, or on cleats 65 when it falls under its own weight.
The operation of this device is as follows
In normal operation, the mixing chamber is subjected to the overpressure corresponding to the effective pressure of the reheating steam. The valve is established so as to be applied against its seat 64 under the action of this overpressure. If, for any reason, the pressure drops in the mixing chamber, which would cause the water to drain from container 9 into the mixing chamber with all the resulting drawbacks which are indicated above, the valve 62 leaves its seat 64 under the action of its own weight and comes to rest against the tabs 65.
In this position, the air contained in the degassing chamber, which is at atmospheric pressure, passes into the annular space between the valve box 61 and the valve 62 and enters the metering chamber. - lange, which thus avoids any dangerous depression.
The above-described heating installation can be further improved by the use of a construction which makes it possible, when the feed pump is stopped, to prevent any entry into the reheater of steam from the heater. exhaust from the main engine parts as well as from the auxiliary machines, and also to prevent any condensation in the engine parts of the auxiliary machines of the vapors coming from the exhaust of the main engine parts.
The device described below also comprises improved means for preventing, when the regulator for the admission of steam to the main driving components is closed, any possibility of water returning to these driving components, and consequently, thus prevent any inconvenience which results
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would follow. and in particular the drawbacks mentioned above. These improvements are shown in FIGS. 8 to 12.
Referring to fig 8, 1 designates the regulator .. pressure reducer constituted as described above by the valve 43, balanced by the spring 41 which tends to keep it open and controlled by a piston 42 whose upper face is supported. pressurization prevailing in the degassing chamber by means of the tube 40. According to the construction shown in FIG. 8, this regulator-pressure reducer also comprises two auxiliary cylinders 56 and 57 respectively in communication by conduits 58 and 59 with the HP drawer boot of the locomotive and with the steam cylinder of the water pump. Two pistons. 60 and 61 are respectively arranged in these cylinders and firmly pushed towards the bottom by two springs 62 and 63.
The rods of the extended pistons carry two fingers 64 and 65 capable of actuating the rod 66 of the valve 43.
The operation is as follows. The steam coming from the steam cylinder of the water pump or from the HP spool box of the locomotive keeps the pistons 60 and 61 raised. The valve 43 activated by the spring 41 is open; if the pressure increases in the degassing chamber, the valve 43 is free to close as described previously; if the water pump is stopped, the piston 61 is no longer subjected to the pressure of the steam coming from the steam cylinder of this pump and it is pushed back to the bottom of the cylinder 57 pu? the spring 63; this movement, the finger 65 pressing on the rod 66, causes the valve 43 to close. The exhaust steam from the locomotive cylinders can therefore no longer reach the mixing chamber.
If the closed regulator is operated, the piston 60 similarly controls the closing of the valve 43; in the latter case, the exhaust vapors from the water pump and the air pump re
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can escape through the chimney and must condense in the mixing chamber where, on the other hand, no negative pressure can occur under the action of the blower since all communication with the chimney is interrupted.
It can therefore be seen that in the case where the water pump is stopped, the mixing chamber no longer receives the exhaust steam from the air pump. If this stoppage is prolonged, this vapor can however reach in the mixing chamber a pressure sufficient to expel the water seal and spread in the pipes.
Figure 10 shows a bypass device placed on the exhaust pipe of the air pump in order to avoid the above-mentioned drawback. A piston 67 with two heads is arranged in a cylinder 68 at one end of which opens a conduit 69 through which comes live steam coming from the water pump. At the other end of the cylinder is disposed a spring 70 acting on the piston 67 in the opposite direction to the steam. Three ducts 71, 72, 73 opening into the cylinder, lead respectively to the exhaust from the air pump * to the open air and to the mixing chamber of the heater.
With the water pump in operation, the steam pushes the piston back to the bottom of the cylinder by compressing the spring 70, establishing direct communication between the conduits 71 and 73, that is to say between the exhaust of the cylinder. air pump and the heater: when the water pump is stopped, the spring 70 pushes the piston back, thus making the conduits 71 and 72 communicate; the air pump is then exhausted directly into the open air.
FIG. 11 shows another embodiment of such a bypass. The duct 71 connected to the exhaust of the air pump opens into a cylindrical chamber 74 having at each of its ends a seat for one of the heads of a valve 75 with two heads. On the one hand, this valve is integral with a piston 76 arranged along the same axis and guided in a bore
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78. On the opposite side, a spring is arranged between the valve and the bottom. The conduits 72 and 73 open into two chambers formed on either side of the chamber 74.
The operation of this device is identical to that of the bypass described above.
It is obvious that the invention is in no way limited to the embodiments described above. Thus, the closing of the regulator-expansion valve and the operation of the bypass can be controlled mechanically, hydraulically or otherwise.
To achieve a hydraulic control, it suffices to connect the conduit 69 to the discharge of the water pump and to transform the pistons 76 and 67 into hydraulic pistons.
FIG. 12 diagrammatically represents an embodiment of a mechanical control Summer regulator-expansion valve. On the piston rod of the pump extended outside the cylinders is mounted a slide guided in slides 80 and on which is articulated a connecting rod 81, engaging a crank 82 fixed on an amber 83 carried by two bearings 84. A plate 85 integral with this shaft carries a finger 86 terminated by a roller in contact with a cam 87 idle on the shaft 83 and constantly pushed back by a spring 88. The lateral surface of this cam has a suitable profile which is in permanent contact. with a roller 89 mounted at the end of an arm of a lever with two arms 90 articulated around an axis 91.
The other arm of this lever, returned by a spring 93, carries a roller or grooved pulley 93 in permanent contact with a cable 94 fixed on the one hand to a fixed point, on the other hand to a lever 95 articulated around 'a pin 96, pulleys serving as a guide to the cable. One end of the lever 95 is returned by a spring 98 and the other end is in contact with the upper end of the rod; 66 of the valve 43 of the regulator., The face of the cam 87 in contact with the finger 86
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has a helical ramp 99 and a stop 100.
The operation is as follows, with the water pump switched on, the connecting rod-crank system 81-82 communicates a continuous circular movement to the shaft 83. The finger 86 slides on the helical ramp 99 causing the axial displacement. of the cam 87 which compresses the spring 88. In this movement, the cam switches the lever 90; the roller 93 then exerts on the cable 94 a pressure transmitted in the form of traction to the end of the lever 95 which swings around the axis 96. The rod 66 of the valve 43 is then free to rise under the the action of the spring 41 and the valve 43 opens, the finger 86 coming into contact with the stopper 100 rotates the helical ramp while leaving the cam in the position shown as long as the pump is operating.
If the pump is stopped, the shaft 83 stops and under the action of the spring 88, the helical ramp slides again on the pin 86 thus returning the cam 87 to its initial position. The lever 90 returned by the lever. spring 92 returns to its initial position while spring 98 switches lever 95, which simultaneously pulls on cable @ 4 and presses on the end of rod 66, thus closing valve 43.
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