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perfectionnements aux appareils de condensation de vapeurs / et appareilsanalogues
Dans touà les appareils utilisant un fluide,, par exemple de la vapeur d'eau, lorsqu'une certaine quantité de liquide, par exemple l'eau de condensation, se tiouve en présence de ce fluide dans une même chambre et qu'on dé- sire utiliser la pression du fluide pour évacuer tout ou partie du liquide se trouvant dans tout ou partie de cette chambre, cette évacuation est toujours accompagne, d'une certaine perte de fluide si l'on n'emploie pas de diaposi tiens spéciales; cette perte est d'autant plus difficile à éviter que la pression du fluide est plus élevée.
L'invention a pour objet;un dispositif permettant d'évacuer un liquide d'une densité déterminée provenant d'une chambre contenant en même temps un fluide d'une den- sité moindre et à une pression quelconque, sans aucune perte de fluide, tout en évacuant le liquide sous la pression du fluide, ce dispositif étant caractérisé essen- tiellement en ce qu'on utilise la différende entre les
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densités du liquide et du fluide, et comportant par exemple un clapet disposé dans un tuber d'évacuation du liquide, ce clapet étant soumis, sur l'une de ses faces, à une pression dépendant uniquement de la pression qui règne à chaque instant dans la dite chambre et, sur son autre face, à une pression dépendant à la fois de la pression régnant.
dans ladite chambre et du poids de la colonne de liquide contenue dans ledit tube, de façon que ce clapet se ferme automatiquement dès que le niveau du liquide s'abaisse au-dessous d'une limite déterminée.
Dans une construction particulièrement simple, ledit tube est un tube en U dont les deux branches débouchent dans le fond de ladite chambre;. ledit clapet étant monté dans l'une de ces branches de façon que sa face supérieure soit alternativement soumise à la pression du liquide dans cette branche ou à la pression du fluide seule, tondis que sa face inférieure e 3t constamment soumise à la pression du liquide dans l'autre branche.
L'invention est particulièrement applicable aux inslallations de réchauffage de l'eau d'alimentation des chaudières, chaudières fixes ou chaudières de locomotives et autres, quelque soit le type de réchauffeur employé, par surface ou par mélange. En effet, pour ce réchauffage, on a toujours un grand intérêt à pouvoir utiliser de la vapeur à la plus grande pression possible, c'est-à-dire à une hautes température, de façon à porter l'eau à une température élevée;
mais d'une part dans un réchauffeur par surface il faut pouvoir évacuer l'eau de condensation sans perte. de vapeur à haute pression, et d'autre part dans un réchauffeur par mélange faut également poùvoir' évacuer rec perte mélange il faut également pouvoir évacuer sans perte de
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vapeur soit l'excès d'eau chaude normal, soit l'excès anormal qui peut provenir d'un défaut de synchronisme entre l'arrivée d'eau froide au réchauffeur et le départ d'eau chaude ..vers la chaudière,
En conséquence, l'invention a également pour objet un réchauffeur, par surface ou par mélange, muni du dispo.. sitif sus-indiqué, et pouvant ainsi utiliser de la vapeur à une pression relativement élevée,
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante qui se réfère aux dessins @i- annexés, représentés à titre d'exemple dans lesquels : la figure 1 montre schématiquement le principe de l'invention; la figure 2 est une vue de détail en coupe d'une réa- lisation du clapet; la figure 3 montre un mode d'application de l'inven- tion à un réchauffeur par surface; la figure 4 montre un mode d'application de l'inven- tion à un réchauffeur par mélange; les figures 5 à 7 montrent des variantes du réchauffeur par mélange suivant l'invention. la figure 8 montre schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif de la figure 1, et la figure 9 montre une variante de réalisation dans la- quelle le clapet est remplacé par une paroi déformable.
Sur la schéma de la figure 1, la chambre 1 d'un appareil quelconque utilisant de la vapeur à une pressi on faible ou forte, contient à la fois de la vapeur entrant en a et de l'eau, cette eau provenant par exemple de la condensation d'une partie- de la vapeur; suivant l'invention, du fond de ladite chambre partent les deux branches *et 3 d'un tube
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en U et la partie inférieure de l'une de ces deux branches forme un petit cylindre 4 dans lequel peut se déplacer un pis- ton 5 formant clapet et de poids déterminé. Comme on le voit, sur la figure 2, ce piston ést de préférence creux, de façon à pouvoir contenir une charge variable de plombs ou autres pour modifier son poids suivant les circonstances.
Sur le côté du cylindre débouche un tuyau 6 ouvert à l'air libre, par exemple ce tuyau fait communiquer laL'partie supérieure du cy- lindre avecun réservoir 7 en communication avecl'atmosphère en 8.
Dans ces conditions, l'eau de la chambre 1 remplit les deux branches 2 et 3 du tube en U, de sorte que lesdeux faces du piston 5 sont soumises à des pressions de sens can- traires, respectivement égales à la pression de la vapeur dans la chambre 1, plus les poids descolonnes d'eau rerres- pondantes dams les branches 2 et 3. Le piston tombe dans le fond du cylindre en ouvrant la comminication entre la branche 2 et le tuyau 6. L'eau contenue dans le fond de la chambre 1 est chassée par la vapeur à travers la branche 2 et le tuyau 6 et arrive dans le réservoir 7 d'où elle peut être reprise par un tuyau 9 pour un usage quelconque.
Lorsque toutecette eau s'est écoulée; la vapeur de la chambre 1 remplit la brancne 2; à ce moment la charge sur la race supérieure du piston o se trouve diminuée du poids de l'eau, tandis que la charge sur la face inférieure est restée constante puisque la branche 3 reste pleine d'eau, le piston 5 obturant la partie inférieure du cylindre 4 Le poids du piston est déter" miné de façon qu'à ce moment le piston remonte sous l'action de la colonne d'eau dans la branche 3, et ferme ) la brahche 2; la vapeur qui rempli t la chambre 1 et la chambre 2 ne peut donc pas s'échapper.
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Puis, si l'eau continue à se rassembler dans la chambre 1, elle retombe dans la branche 2 et,au moment où celle-ci est de nouveau pleine, ou quand le niveau de l'eau dans cette branche est suffisamment élevé, le piston 5 retombe à nouveau et l'eau est évacuée, etainsi de suite. Ce dispositif fonctions ne donc comme un purgeur automatique empêchant toute perte de vapeur.
Naturellement le diamètre de la branche 2 du tube en U peut être plus grand que celui de la branche 3, de façon à assurer une évacuation rapide de l'eau; les dimensions du pis- ton et son poids sont calculés en conséquence..
Sur le schéma de la figure 8, du fond de ladite chambre 1 par un tube 2 d'évacuation du liquide, présentant, à sa partie inférieure , un petit cylindre 4 dans le quel peut de déplacer un piston 5, formant clapet, et de poids déterminé. Sur le c8té du cylindre débouche un ttiyab 6 faisant communiquer le cylindre avec un réservoir 7 qui peut être à une pression quel- conque ou être en communication avec l'atmosphère, comme indiqua en 8.
A la partie supérieure du cylindre 4 débouche un tube 3 a relié à la chambre 1 en un point situé au-dessus du niveau maximum du liquide dans cette chambre Dans ces conditions, on voit que les deux faces du piston 5 sont soumises à des pressions de sens contraires respecti- vement égales à la pression du fluide dans la chambre 1 et à cette dernière pression augmentée du poids de la colonne de liquide dans le tube 2. Sous l'action du poids de cette colonne de liquide,le piston est soulevédans le cylindre et établit la communication entre le tube 2 et le tuyau 6.
Le liquide- contenu dans le fond de la chambre 1 est chassé par .LE, fluide sous pression â travers le tube 2 et le tuyau 6 et arrive dans le réservoir 7, d'où ce liquidepeut être
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repris par un tuyau 9 pour un usage quelconque. Lorsque tout ce liquide s'est écoulé, son niveau a baissé dans la chambre 1 et dans le tube 2, de sorte que la pression sur la face inférieure du piston 5 se trouve diminuée. Il en résulte que le pi ston 5 s'abaisse et vient couper la com- munication entre le tube 2 et le tuyau 6. Le fluide qui remplit la chambre 1 ne peut donc pas s'échapper.
Si le liquide continue à se rassembler dans la chambre 1, le niveau remonte dans le tube 2 et dans cette chambre, de sorte que le piston 5 remonte à nouveau et le liquide est évacué, et ainsi de suite.
Le piston 5 peut, dans tous les cas, être remplacé par un organe obturateur quelconque, et en particulier par une membrane 60, comme représenté à la figure 9,. Cette mem- brame est contenue dans une chambre 61 qu'elle divise, de façon étanche, en deux compartiments, dont l'un e'st relié au tube 2 et l'autre au tube 3a de la figure 9, ou au tube 3 de la figure 1. En regard de l'orifice'du tube 6, la mem- brane porte un pointeau 62 ou autre, dont les déplacements se sont provoqués par la déformation de la membrane sous l'effet des. variations de pression agissant sur ses deux faces.Cette membrane pourrait être remplacée par toute autre paroi dé- formable, diaphragme, capsule anéroïde, etc...
Dans le cas où le fluide est une vapeur et où le liquide est produit par la condensation de cette vapeur, cette der- nière peut se condenser plus ou moins dans le tube 3 a.Pour éviter le léger dérèglage qui pourrait provenir de l'accumu- lation du liquide de condensation sur la partie supérieure du piston 5 ou sur l'un des côtés de la membrane 60, on disposera un purgeur quel conque, automatique ou non, A la figure 8, ce purgeur est simplement: constitué
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par un orifice 63 mettant le cylindre 4 en. communication avec l'atmosphère. Le liquide se rassemblant dans la chambre 1 d'une façon continue, le piston 5 occupera normalement une position élevée établissant la communication entre le tube 2 et le tuyau 6.
Dans cette position, le piston 5 masquera l'orifice de purge 63, ce qui évitera toute perte de vapeur.
Si, pour une raison quelconque, le niveau baisse acciden- tellementdans la chambre 1, le piston 5 s'abaissera et démasquera l'orifice de purgeur 63, par lequel le liquide de condensation pourra s'échapper. Les périodes pendant les- quelles le niveau du liquide a tendance à s'abaisser dans la chambre 1 étant, par hypothèse, relativement courtes, et l'orifice 63 étant de petit diamètre, la perte de vapeur par cet orifice sera négligeable.
On remarquera que, même dans l'hypothèse où le niveau du liquide dans la chambre 1 ne s'abaisserait pas pendant une période relativement longue, il; axrivera un, moment où le poids de liquid.e de condensation au-dessus du piston 5 atteindra une valeur suffisante pour provoquer l'abaissement de ce piston et démasquer l'orifice 63. A ce moment, le liquide de condensation sera chassé par cet orifice et le piston 5, immédiatement soulagé, reviendra dans sa position normale.
Bien entendu, ce dispositif de purge automatique peut être remplacé par tout autre dispositif équivalente
A la figure 9., on a supposé que ce dispositif de purge est constitué par un simple robinet 64 manoeuvré à. la main au moment voulu, directement ou par toute transmission con- venable,
On comprend que les dispositifs ci-dessus décrits peuvent en particulier être utilisés dans tous les appareils de condensation de la vapeur, par exemple dans les réchauf- feurs pour l'alimentation des chaudières.., .
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La figure 3 montre un réchauffeur par surface d'un type connu dans lequel la caisse 10 contient l'eau à réchauffer tandis que la vapeur de chauffage traverse un faisceau tu- bulaire 11 et les collecteurs d'entrée 12 et de sortie 13.
Dans ce cas le dispositif suivant l'invention est relié au fond du collecteur 13 dans lequel l'eau (le condensation ce rassemble. Cette eau de condensation est ainsi renvoyée par exemple dans le réservoir 7 dont la position peut être absolument quelconque, par rapport au réchauffeur, quelle que soit la pression de la vapeur utilisée. On peut donc employer de la vapeur ayant une'pression de plusieurs atmos phères, c'est-à-dire que l'eau de la caisse 10 peut être portée à une très haute température.
Dans la figure 4 on retrouve un réchauffeur par mélange d'un type général connu et décrit par exemple dans le brevet français n 634.489 du 16 Mai 1927 de la même Société demanderesse. Ce réchauffeur comporte deux corps 2D et 21, le corps 20 formant la cambre de mélange, et le corps21 la chambre de distribution. La vapeur de chauffage pénètre en 22 dans le corps 20, tandis que l'eau froide est injectée en 23 au moyen d'une pompe 24. L'eau chaude passe par le tuyau 25 dans le corps 21 d'où elle est reprise en 26 par une pompe à eau chaude 27 qui la refoule en 28 dans la chau- dière.
L'excès d'eau chaude se déverse dans le compartimert 29, puis est évacué dans un réservoir 30 ouvert à l'air libre au moyen du dispositif décrit à la figure 1 et cet excès d'eau chaude est par exemple renvoyée à la tuyauterie 31 d'admission de la pompe à eau froide. Les corps 20 et 21 ne sont en communication dire cte avecl'atmosphère que par deux petits orifices 32 et 33 qui permettent le dégazage de l'eau tout en n'occasionnant qu'une perte négligeable de vapeur, de sorte que la pression à, l'intérieur de ces
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deux corps ne s'en trouve sensiblement pas affectée.
La vapeur de chauffage peut provenir soit de 1' échappe- ment de la machine, soit du réservoir intermédiaire dit "receiver" si la machine est à double expansion ; lecorps 20 peut également recevoir en 34 et 35 la vapeur d'échappement des machines auxiliaires telles que :pompe à eau, pompe à air, etc..... L'application du dispositif de la figure 1 présente dans ce cas parti culier des avantages très impor- tants.
En effet, les diverses vapeurs employées pour le chauffage de l'eau provoquent dans le corps 20 des pullsa- tions violentes; à chaque pulsation l'eau réchauffée qui se trouve dans le fond de ce corps est chassée par le tuyau 25 dans le corps 21, de sorte que le joint hydraulique formé par l'eau contenue dans ce tuyau est basculé.
La vapeur se répand donc dans le corps 21, chasse l'excès d'eau par les tuyaux;2 et 6, et sa pression assure le remplissage de 'chaque cylindrée de la pompe à eau chaude; cette vapeur ne peuts'échapper à l'atmosphère grâce au piston 5 qui femme la branche 2 dès que l'excès d'eau chaude est évacué. on voit donc d'une part qu'on peut ainsi évacuer à l'atmosphère toute la quantité d'eau que la pompe à eau chaude ne prend pas, quelle que soit la pression de la vapeur utilisée pour le réchauffage, cette vapeur po--uvant être même de la vapeur vive à la pression de la chaudière, sans craindre de pertes de vapeur qui seraient particuliè- rement désastreuses dans ce cas. Ce résultat n'a jamais été obtenu précédemment.
Mais, d'autre part, le joint hydraulique constitué par le tuyau 25 se trouvant basculéà chaque pulsation de la vapeur, et cela, sans perte de vapeur, il en résulte que le corps 20 ne contient jamais une masse d'eau appréciable.
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Toute la capacité du corps 20 est ainsi libre et peut être utilisée pour le mélange intime de l'eau froide et de la vapeur sous pression, et cette circonstance est éminemment favorable à l'obtention du réchauffage maximum. En outre, la température obtenue est constante puisqu'elle n'est pas sujette à une variation éventuelle d'une masse d'eau dans le corps 20, et par suite du volume de ce corps.
La figure 5 montre un réchauffeur par mélange analogue au précédent,mais nE) comportant plusqu'un seul corps 40, le joint hydraulique séparant la chambre de mélange 43 de la chambre de distribution 44 étant constitué par les deux cloisons 41 et 42. Le fonctionnement est absolument le même que pour le réchauffeur de la figure 4 et tous les avantages obtenus par ce dernier s'y retouvent également.
L'invention s'applique également aux réchauffeurs par mélange ne comprenant qu'un seul corps 50 dans lequel la chambre de mélange constitue également la chambre de distri- bution, comme représenté sur la figure 6. Dans ce cas, la vapeur et l'eau froide arrivent respectivement en 51 et 52 dans le réchauffeur;53 est l'orifice de dégazage. L'eau chaude est reprise'en 54 par la pompe à eau chaude, Les deux branches du tube en U débouchent dans le fond du réchauffeur et l'excès d'eau chaude est évacuée dans le compartiment ou réservoir séparé de position quelconque 57, à l'air libre.
Dans tous les cas, quel que soit le type du réchauffeur employé, par surface ou par mélange, le tube en U précédemment décrit, ou dispositif analogue, peut être employé comme dispositif de sécurité pour éviter l'engorgement de la chambre de mélange, comme représenté à titre d'exemple sur la figure 6.
Ce tube est alors formé de deux branches 2a et 3a, et la branche 2a remonte à l'intérieur du réchauffeur jusque un niveau supérieur au niveau normal de1'eau chaude et inférieur au sommet de la buae 51 'arrivée de vapeur,
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Dans ces conditions la branche 2a est normalement remplie de vapeur, de sorte que le piston 5a est maintenu dans sa position supérieure et empêche la vapeur de s'échapper, Mais, par exemple, si la pompe à eau chaude fonctionne mal, et si le niveau de l'eau monte dans le réchauffeur et dépasse l'extrémité supérieure de la branche 2a, l'excès d'eau s'écoule par ce dernier et le remplit.
Lorsque le niveau décela branche 2a est suffisamment haut, le piston 5a retombe et l'excès d'eau est librement évacué par le tuyau 6a, Ce dernier peut être relié ou non au tuyau 9.
Naturellement, dans le cas d'application aux réchauffeurs desfigures 4 et 5, letube en U 2a-3a déboucheraitsoit dans le corps 20 (figure 4), soit dans la chambre de mélange 43 du corps unique 40 (figure 5). Dans le cas d'application aux réchauffeurs par surface (figure 3), ce tube déboucherait dans le collecteur 12 d'entrée de vapeur.
La figure 7 montre un autre mode d'application du dispositif à un réchauffeur par mélange, ce réchauffeur représenté étant, à titre d'exemple, du même type que celui de la figure 4. Dans cet exemple, et en'..plus du tube en U faisant communiquer le corps avec le réservoir 7, le réchauffeur est muni d'un tube 2b-3b,, avec c cylindre 4b et piston 5b, établissant une communication entre le fond du corps 20 et la chambre 36 de déshuilage de la vapeur de chauffage. En temps normal la branche 2b est pleine de vapeur et la branche 3b est pleine d'eau de sorte que le piston 5b est dans sa position de fermeture.
Mais par suite de l'huile qui se dépose peu à peu dans le fond de la chambre 36 et des condensations de vapeur qui peuvent se produire, le tube 2b se remplit peu à peu, et lorsqu'il est plein le piston 5b retombe et laisse évacuer ce liquide par le tuyau 6b, De même si le réchauf- feur tend à s'engorger Et que l'eau chaude arrive à. retomber dans la buse 22, cetteeau tombe dans la chambre 36 et remplit le tube 2b; 'le piston 5b retombe et assure l'évacuati@ n de cette
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eau sans perte de vapeur.
Il y a lieu de noter que, dans les réchauffeurs des figures 4 à 7, le diamètre des branches 2$ 2a ou 2b du tube en U peut être choisi de façon à permettre l'évacuation d'un grand excès d'eau chaude. Il s'en suit que le fonctionnement du dispositif d'injection d'eau froide dans le réchauffeur peut être indépen- dant du fonctionnement de la pompe à eau chaude, la seule condi- tion étant d'envoyer dans le réchauffeur un volume d'eau froide au moins égal au débit maximum de la pompe à eau chaude afin d'éviter que celle-ci puisse se désamorcer,
En particulier)au lieu d'employer ùne pompe à eau froi de, on peututiliser un injecteur fonctionnant au moyen de vapeur d'échappement de la machine ou d'une machine auxiliaire.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés. Dans la figure 4,le réservoir 30 peut être complètement indépendant du corps 21 du réchauffeur, et dans une position absolument. quelconque par rapport au réchauffeur. De même le tube en U peut être plus ou moins ouvert, et ses branches peuvent avoih;; toutes dimensions et formes désirées. Le piston 5 peut être remplacé par tout organe obturateur équivalent: soupape, clapet, etc...
Dans les différents rodes de réalisation sus-indiqués la branche 3 du tube en U pourrait être remplacée par un tube amenant de la vapeur sur la face inférieure du piston, le poids de l'eau contenue dans cette branche étant remplacé par un ressort de tension ap- propriée et agissant sur cette même face du piston. Enfin, les dispositifs .des fig. 8 et 9 peuvent être utilisés dans l'une quel conque des applications représentées aux fig. 3 à 7.