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" GENERATEUR DE VAPEUR "
La présente invention est relative à des généra- teurs de vapeur, dans lesquels le combustible est brlé par déflagration dans un récipient clos avec élévation de la pression, et dans lesquels cette élévation de pression est utilisée pour imprimer aux produits de la combustion
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des vitesses d'écoulement élevées,. dans le but d'augmenter la transmission de la chaleur aux surfaces de chauffe.
L'é- lévation de la pression et les vitesses élevées des gaz,qui atteignent la vitesse du son et peuvent même la dépasser, déterminent une transmission tellement considérable de la chaleur aux parois, que celles-ci sont elles-mêmes fortement chauffées et conservent, par suite de leur masse, leur tem- pérature élevée même encore lorsque les gaz sont déjà re- tombés à des températures plus basses par suite de leur dé- tente au récipient. Si les déflagrations se succèdent très rapidement, il peut se présenter que la paroi du tube se trouve à une température à peine inférieure ou même franche- ment supérieure à celle des produits de combustion détendue léchant la paroi.
Dans ce càs, la chaleur restante des gaz ne peut plus être utilement cédée, il peut même se produire au contraire que la paroi restitue de la chaleur aux gaz brûlés (épuisés) .
L'invention a pour obet un perfectionnement destiné à remédier à cet inconvénient, Ce perfectionnement consiste à munir les générateurs de vapeur, du genre décrit de deux échangeurs de chaleur distincts (vaporisateurs,réchauffeurs, etc...) dont l'un est chauffé par les produits de combustion très chauds et à haute pression, tandis que l'autre est chauffé par les produits de combustion détendus, c'est-à-dire par les gaz brûlés dits résiduaires. Grâce à ce dispositif, il subsiste constamment entre les produits de combustion et la paroi des tubes une chute de température au vrai sens du mot, puisque la masse métallique du tube qui, surtout au début de la décharge, se trouve portée à une haute tempéra- ture ne vient plus en contact avec des gaz brûlés de basse température.
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A la Fig. 1 du dessin est représenté schématiquement titre d'exemple, un générateur de vapeur disposé suivant l'invention.
I est la chambre de combustion, dans laquelle des mélanges de combustibles et d'air sont brûlés par déflagra- tion. Dans ce but, l'air comburant, après avoir été porté par un compresseur 2 à une certaine pression, est introduit en 3, y est mélangé avec un combustible tel qu'un gaz, de l'huile ou du charbon pulvérisé, et le mélange allumé au moyen d'un dispositif d'allumage approprié. Afin de mainte- nir dans la chambre de combustion la compression que le com- presseur est capable de fournir, et pour obtenir une pression de déflagration élevée, les soupapes de décharge 4 et 5 sont. fermées pendant la période de la compression finale et de la déflagration.
Lorsque la déflagration arrive presque à son maximum, une seule de ces soupapes, par exemple la soupape 4, s'ouvre d'abord et admet à l'échangeur de chaleur 6 les pro- duits de combustion, qui sont à haute pression et à une tem- pérature élevée.
Cet échangeur de chaleur se compose d'un grand nom- bre de tubes de faible diamètre qui sont baignés de toutes parts par de l'eau en circulation. Puisque l'énergie libérée par la déflagration est transmise presque intégralement aux gaz qui s'écoulent, et se trouve convertie en vitesse, et que cette vitesse détermine, en combinaison avec la tempéra- ture élevée du fluide, et sa grande densité, une transmission de chaleur extrêmement énergique, les tubes s'échauffent, malgré la transmission également abondante de la chaleur du c8té de la surface baignée par l'eau, à une température qui peut tre supérieure à celle des produits de la combustion après leur détente complète.
Maispour enlever encore le plus
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possible de chaleur au reste des gaz brûlés, le générateur comprend un deuxième échangeur de chaleur identique 7 dont la soupape de décharge 5 s'ouvre dès que la pression au réci- pient est descendue, par suite de la détente, à une pression faible, par exemple à la pression finale ou de refoulement du compresseur. Les gaz brûlés chassés de la chambre I par l'air comburant nouveau, ou par un jet spécial d'air de ba- layage, rencontrent alors dans cet échangeur de chaleur 7 des parois plus froides et peuvent par conséquent céder encore le reste de leur chaleur.
Les tubes de fumée des deux échan- geurs peuvent déboucher soit ensemble soit séparément dans une turbine à gaz 8 qui utilise leur énergie résiduelle, c'est-à-dire soit la vitesse qui leur est encore inhérente, soit une chute de pression encore subsistante qui aura été convertie en vitesse dans les tuyères 9. Cette turbine à gaz sert à actionner le compresseur et éventuellement d'autres machines auxiliaires.
Aux deux échangeurs de chaleur on réchauffera avec avantage des eaux de température différente. C'est ainsi que le réchauffeur à haute pression 6 pour les gaz à haute pres- sion sera alimenté avec de l'eau qui a déjà été portée à la température de vaporisation , par exemple avec de l'eau pré- levée aux courants de circulation de la chaudière 10, tandis que l'échangeur de chaleur de basse pression 7, desservi par les gaz détendus, est traversé.par de l'eau plus froide,par exemple.par l'eau d'alimentation froide ou peu réchauffée.
L'eau de circulation prélevée est portée par la pompe .11 à une vitesse d'écoulement considérable, de telle sorte que les bulles de vapeur formées sont entraînées et n'arrivent à se dégager que dans la chaudière 10. L'introduction de l'eau
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d'alimentation dans l'échangeur de chaleur 7 s'effectue au moyen de.la pompe alimentaire 12. Si elle est réchauffée à une température suffisante, l'eau d'alimentation peut être mélangée directement à l'eau de circulation retournant à la chaudière, ce qui est indiqué par la communication 13. A la place de l'eau de circulation, on pourrait aussi envisager l'emploi d'un liquide d'un point d'ébullition élevé, qui se- rait utilisé au chauffage d'une chaudière à vapeur montée à part.
Les gaz qui pas,sent par l'échangeur de chaleur à basse pression ont à la fois un volume spécifique supérieur à celui des, gaz de l'échangeur à haute pression et une vitesse inférieure à celle de ces derniers. Afin d'abréger le plus possible la durée des décharges, il est avantageux d'adopter pour l'échangeur de chaleur à basse pression des sections de passage plus grandes que pour l'échangeur de chaleur à haute pression, ce qui peut s'obtenir soit. en augmentant le nombre des tubes, soit en donnant à ces derniers un diamètre inté- rieur plus grand.
Chaque échangeur de chaleur a sa propre soupape de décharge. Cette soupape doit être commandée, et cela de telle manière que la soupape de décharge à haute pression s'ouvre dès que la déflagration est à peu près terminée, et que la soupape de déoharge à basse pression s'ouvre vers la fin de la détente, par exemple lorsque la pression de compression se trouve atteinte.-La soupape à haute pression peut être fermée dès que la soupape à basse pression s'ouvre, elle peut cependant aussi être laissée ouverte et n'être fermée qu'en même temps que la soupape à basse pression, c'est-à- dire juste avant la fin du nouveau chargement.
La commande des soupapes est automatique, et est assurée, soit à partir
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d'un arbre distributeur actionné par l'intermédiaire de dispositifs spéciaux, c'est-à-dire réglée en fonction du temps, soit directement en fonction des conditions de pres- sion à l'intérieur du récipient.
Comme les échangeurs de chaleur ne travaillent,par conséquent, jamais qu'une partie du temps, chacun d'eux peut être combiné avec deux chambres de combustion situées l'une à côté de l'autre et dont les déflagrations sont dé- calées chaque fois d'un demi-temps.
Les deux soupapes de décharge du même échangeur de chaleur ouvrent alors l'une après l'autre, de telle sorte que l'échangeur de chaleur reçoit alternativement les pro- duits de combustion d'une chambre de combustion et ceux de l'autre.
On peut, d'autre part, réunir aussi l'échangeur de chaleur à haute pression et l'échangeur à basse pression en un corps unique, les différents circuits d'eau étant sépa- rés dans ce cas, de même que les parcours des gaz, par une ou plusieurs cloisons de séparation.
La Fig. 2 montre la disposition d'un tel échangeur dé chaleur combiné. La partie haute pression se trouve en haut. Les gaz à haute pression entrent en 20 et s'échappent de l'échangeur en¯21. Les gaz à basse pression entrent en 22 et s'échappent en 23. En amont de 20 et 22, ou en aval de 21 et 23 il faut se représenter les soupapes de décharge à haute et à basse pression qui s'ouvrent alternativement.
L'eau de circulation de la chaudière arrive en 24 et ressort en 25, tandis que l'eau d'alimentation nouvelle arrive en 26, pour ressortir en 27. Les deux circulations sont séparées au moyen de la cloison de séparation 28 qui est prolongée jusque dans les chapelles des soupapes de décharge.
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Les dispositifs décrits permettent encore un mode de travail' important de l'installation de générateurs de va- peur. L'air comburant et l'air de balayage doivent être fournis, comme il a été expliqué, par un compresseur qui doit à son tour être actionné par une turbine à gaz. Comme agent moteur on dispose de l'énergie résiduaire des gaz dont la pression et la température ont été portés dans la chambre de combustion à la valeur voulue-.
Pour pouvoir conduire la marche d'une façon ration- nelle, il est nécessaire de régler la détente des gaz par un choix approprié des dimensions des tubes échangeurs de cha- leur et de la section de passage libre des tuyères de la tur- bine à gaz de telle façon que les gaz conservent encore suf- fisamment d'énergie pour pouvoir actionner le compresseur et éventuellement d'autres machines auxiliaires.
Or il peut ar- river que des variations de la charge ou encore des circon- stances imprévues rendent insuffisante l'énergie parvenant à la turbine à gaz. c'est là alors que le deuxième échangeur de chaleur proposé suivant la présente invention, vient re- médier à la situation, la soupape de décharge à basse pres- sion pouvant s'utiliser alors comme soupape de surcharge.Si par exemple la vitesse du compresseur faiblit, le commence- ment de l'ouverture de la soupape à basse pression peut être avancé au moyen de dispositifs appropriés, de telle sorte que les sections de passage des gaz, qui se trouvent ainsi con- sidérablement augmentées, laissent passer davantage de gaz à haute pression, si bien que la pression des gaz et leur tem- pérature à l'entrée de la turbine à gaz se trouvent augmen- tées.
Ce relevèment entraîne l'augmentation désirée de la puissance de la turbine à gaz .
Au lieu d'une chambre de combustion unique comme le @
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montre la Fig. 1, on pourrait bien entendu aussi en utiliser plusieurs dont les gaz alimentent une turbine à gaz commune qui actionne la compresseur commun chargé de fournir l'air.
Dans ce cas, la chaudière 10 à laquelle se prend l'eau de circulation et où s'effectue le dégagement de vapeur, est également commune à toutes les chambres de combustion.