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LOCOMOTIVE A HAUTE PRESSION.
La présente invention a pour objet une locomotive com- pound à haute pression avec surchauffe intermédiaire et en particulier une locomotive à haute pression ayant une courte chaudière à tubes de fumée placée dans le courant des gaz chauds, derrière une chaudière à haute pression chauffée directement ou indirectement (par exemple p ar la vapeur pro-
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duite dans un système de tubes d'eau fermés). Cette dernière chaudière fournit la vapeur motrice à haute pression, de 50 à 100 atmosphères. La chaudière à tubes de flamme servant principalement de réchauffeur d'eau d'alimentation et de collecteur de boue pour la chaudière à haute pression.
Cette .chaudière à tubes de flamme ne produit qu'une petite quan- tité de vapeur à basse pression, qui peut être ajoutée à la vapeur d'échappement de l'étage à haute pression de la ma- chine, le mélange se faisant par exemple dans un surchauf- feur intermédiaire. Il est encore possible d'utiliser cette vapeur à basse pression dans des appareils auxiliaires, lorsqu'elle a été réchauffée dans un petit surchauffeur supplémentaire.
Il est matériellement plus difficile d'obtenir une haute surchauffe sur les locomotives que dans les machines fixes eu égard à la charge admissible par essieu et à la place limitée dont on dispose.
Pour obvier àces difficultés, la disposition réalisée conformément à la présente invention est caractérisée par le fait que, contrairement à toutes les dispositions précédentes de surchauffeurs à tubes de fumée pour locomotives, le rapport de la'surface de surchauffe à la surface de chauffe de la chaudière à tubes de fumée, rapport qui était jusqu'à présent toujours plus petit que 1, est inversé, c'est-à-dire est rendu supérieur à 1.
Selon une forme de réalisation de l'invention montrée sur le dessin, la chaudière à tubes de flamme est pourvue entièrement ou presque entièrement de tubes de fumée conte- nant plus de quatre tubes surchauffeurs, les coudes se trou- vant, comme à l'ordinaire, entièrement logés dans les dits tubes de fumée.
Jusqu'à maintenant de tels dispositifs de surchauffeurs, où tous ou presque tous les tubes de fumée sont pourvus d'éléments de surchauffe, n'dnt été construits
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que sous forme de surchauffeurs tubulaires, petits ou moyens, ayant deux ou au plus quatre tubes surchauffeurs dans chaque tu@e de fumée, tandis que des surohauffeurs à tubes de fumée avec plus de quatre tubes de surchauffe, bien que déjà connus, n'ont été fabriqués que sous forme de "surchauffeurs à gros tubes de fumée". La chaudière comportait 2 à 4 rangées de ces gros tubes de fumée disposées au-dessus de plusieurs tubes de fumée vides et étroits.
Si, selon l'invention, la chaudière de réchauffage préli- minaire à tubes de fumée ou de flamme, d'une locomotive à haute pression avec surchauffe intermédiaire, est construit suivant le nouveau type de chaudière à tubes de fumée avec de gros tubes de flamme, chacun d'eux renferment plus de quatre tubes surchauffeurs, la condition spéciale indiquée ci-dessus est obtenue, à savoir, dans la chaudière à tubes de flamme, le rapport de la surface de surchauffe à la surface de chauffe devient supérieur à 1. Il est environ 1,5 avec la locomotive compound à haute pression représentée sur le dessin et ayant les caractéristiques suivantes: Pression de la vapeur dans la chaudière à haute pression atm. 60: Pression de la chaudière de réchauffage atm.14.
Température de la vapeur surchauffée à haute pression 450 C.
Température de la vapeur surchauffée à basse pression 350 C.
Bien que la chaudière de réchauffage préliminaire occupe avec son espace d'eau, une place considérable sous le collecteur de vapeur et d'eau de la chaudière à haute pression, la disposition selon l'invention présente l'avantage d'assu- rer ainsi un meilleur support pour la chaudière à haute pression, et d'augmenter la rigidité de tout l'ensemble.
Néaumoins seulement une quantité relativement petite de la chaleur est absorbée, aux dépens du surchauffage, par l'accroissement de la surface de chauffe de \la chaudière
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à tubes de fumée, car la surface de chauffe est relativement petite en comparaison de la surface de surchauffe existante, due à l'utilisation de gros tubes de flamme contenant plus de quatre tubes surchauffeurs.
De plus la transmission de la chaleur à la surface de surchauffe du fait de la grande vitesse des gaz, est très bonne depuis le début et les gros tubes de flamme peuvent être dudgeonés à leurs extrémités de diamètre réduit sur la plaque de fond arrière de la chaudière, Il est possible de disposer derrière cette plaque, un espace accessible pour les cendres qui se séparent du courant de gaz qui s'écoule lentement vers le bas, en suppriment quelques rangées de tubes générateurs de vapeur à haute pression, et ceci sans effectuer le surchauffage ni trop exposer les coudes de retour, au danger d'être brûlés.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
La figure 1 montre en coupe longitudinale une locomotive pourvue d'un système de surchauffeur disposé conformément à l'invention.
La figure 2 est une coupe suivant A-B de la fig.l.
La figure 3 est une coupe suivant C-D de la figure 1, les longerons étant supprimés.
Sur le dessin, 1 représente la chaudière tubulaire à haute pression qui forme le foyer.
Au voisinage de cette chaudière, dans le courant des gaz de combustion, est placée la chaudière de réchauffage préliminaire 2. Cette dernière est traversée par de gros tubes de fumée 3, chacun d'eux renfermant six tubes de deux surchauffeurs 4 et 5 (fig.2). Un surchauffeur intermédiaire 6, chauffé à la vapeur, sert à réchauffer la vapeur puisée dans le cylindre à haute pression 7, ce cylindre étant disposé
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dans l'exemple montré sur le dessin suivant l'axe de la ma- chine. La vapeur vive à haute pression passe par un conduit de jonction (non représenté) reliant la prise de vapeur 8 de la chaudière 1, et l'admission de vapeur 9 dans la chambre de vapeur saturée du surohauffeur de vapeur vive à haute pres- sion 4, et est fortement surchauffé dans les tubes de ce surchauffeur.
Ensuite cette vapeur à haute pression passe par un tube de communication (non représenté) reliant la prise de vapeur 10 de la chambre de vapeur du surchauffeur à l'admis- sion de vapeur 11 d'un serpentin ou élément de chauffage du surchauffeur intermédiaire 6. Après avoir cédé sa chaleur en excès, la vapeur à haute pression s'écoule depuis l'orifice de sortie 12, par un tube de communication, jusqu'à l'admis- sion de vapeur 14 dans la chambre de vapeur saturée d'un second surchauffeur 5 à tubes de flamme, agissant comme re- surchauffeur et élevant la vapeur à haute pression, à la tem- pérature désirée pour être utilisée dans les organes à haute pression de la machine.
La vapeur à haute pression re-sur- chauffée quitte la chambre de vapeur surchauffée du sur- chauffeur 5 par l'orifice 16, et un tuyau de communication (non représenté) la conduit au tiroir du cylindre à haute pression 7.
La vapeur d'échappement de ce cylindre entre dans le surchauffeur intermédiaire 6 en passant par un conduit (non représenté) et pénètre par l'orifice 18. Elle est surchauf- fé et ressort par l'orifice 19, un tuyau (non représenté) la conduit alors aux cylindres latéraux à basse pression qui ne figurent pas sur le dessin.
Les gros tubes de flamme 3 renfermant chacun six tubes surchauffeurs, sont amincis à leur extrémité arrière et dud- geonés comme il est montré en 20.
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Les tubes générateurs 22 de la chaudière à tubes d'eau sont disposés en travers du carneau dans le but de protéger les surchauffeurs à tubes de fumée contre les coups de feu.
Ils sont supprimés devant l'extrémité arrière de la chau- dière 2 de réchauffage préliminaire pour rendre libre un e- space accessible 23 dans lequel les cendres se déposent grâce à la diminution de vitesse des gaz..Avec cette disposition la surface couverte par l'eau pour chacun des gros tubes 3 de la chaudière de réchauffage préliminaire 2 est beaucoup plus petite que la surface en contact avec la vapeur pour les six tubes surchauffeurs disposés dans chacun des dits tubes de flamme.
Les coudes de retour avant ne doivent pas, de préfé- rence, s'étendre jusqu'au fond avant de la chaudière 2, mais s'arrêter à une faible distance car il est possible que près du fond avant de la chaudière de réchauffage préliminaire, la différence de température entre les gaz et la vapeur surchauf- fée à haute pression devienne trop petite pour ajouter une quantité de chaleur notable pour la surchauffe. Dans cer- taines circonstances la différence de température peut être nulle ou négative, et dans ce cas, les extrémités des tubes surchauffeurs conduisant la vapeur surchauffée, doivent être recouverts d'une matière calorifuge.
La petite quantité de vapeur à basse pression produite dans la chaudière de réchauffage préliminaire 2 peut être prise par un conduit de communication 24 et distribuée aux appareils auxiliaires (pompe d'alimentation, pompe à air et autres), comme vapeur saturée ou comme vapeur surchauffée.
Dans ce dernier cas, un petit surchauffeur peut être logé dans la boite à fumée, ou les tubes surchauffeurs de ce surchauffeur supplémentaire peuvent être disposés dans une des rangées verticales de gros tubes de flamme de la chaudière de réchauffage 2.
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A titre de variante la petite quantité de vapeur à basse pression produite dans cette chaudière 2, peut être dirigée vers le surchauffeur intermédiaire et mélangée avec la vapeur d'échappement du cylindre à haute pression de la machine.
Dans l'exemple représenté, le réchauffage est obtenu dans un surohauffeur intermédiaire 6, chauffé à la vapeur, mais à titre de variante tout en restant dans le cadre de l'invention, la vapeur d'échappement peut être directement réchauffée dans un surchauffeur à tubes de flamme.
Dans ce cas, le surchauffeur intermédiaire est supprimé et à la place du second surchauffeur 5 à haute pression un surchauffeur à basse pression et à tubes de flamme est disposé dans les gros tubes de flamme de la chaudière de réchauffage préliminaire 2. La vapeur d'échappement du cylindre à haute pression doit alors, étant donné la température élevée des parois tubulaires, passer à travers un séparateur d'huile avant de pénétrer dans le réchauffeur.
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HIGH PRESSURE LOCOMOTIVE.
The present invention relates to a high pressure compound locomotive with intermediate superheating and in particular a high pressure locomotive having a short smoke tube boiler placed in the hot gas stream, behind a directly heated high pressure boiler or indirectly (for example by steam produced
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pick in a closed water tube system). The latter boiler provides motive steam at high pressure, from 50 to 100 atmospheres. The flame tube boiler mainly serving as a feed water heater and sludge collector for the high pressure boiler.
This flame tube boiler produces only a small amount of low pressure steam, which can be added to the exhaust steam from the high pressure stage of the machine, mixing by example in an intermediate superheater. It is still possible to use this low pressure steam in auxiliary devices, when it has been reheated in an additional small superheater.
It is materially more difficult to obtain a high superheat on locomotives than on stationary engines, having regard to the admissible axle load and the limited space available.
To overcome these difficulties, the arrangement made in accordance with the present invention is characterized by the fact that, unlike all previous arrangements of smoke tube superheaters for locomotives, the ratio of the superheating area to the heating area of the locomotive. fire-tube boiler, a ratio which until now has always been smaller than 1, is reversed, that is to say is made greater than 1.
According to one embodiment of the invention shown in the drawing, the flame tube boiler is provided entirely or almost entirely with smoke tubes containing more than four superheater tubes, the elbows being found, as in ordinary, fully housed in the so-called smoke tubes.
Until now, such superheater devices, in which all or almost all the smoke tubes are provided with superheating elements, have not been constructed.
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as small or medium tubular superheaters having two or at most four superheater tubes in each smoke tube, while smoke tube superheaters with more than four superheat tubes, although already known, are not were manufactured only as "large smoke tube superheaters". The boiler had 2 to 4 rows of these large smoke tubes arranged above several empty and narrow smoke tubes.
If, according to the invention, the preliminary reheating boiler with smoke or flame tubes, of a high pressure locomotive with intermediate superheating, is built according to the new type of fire tube boiler with large tubes of flame, each of them contain more than four superheater tubes, the special condition shown above is achieved, that is, in the flame tube boiler, the ratio of superheating area to heating area becomes greater than 1 It is approximately 1.5 with the high pressure compound locomotive shown in the drawing and having the following characteristics: Steam pressure in the boiler at high pressure atm. 60: Pressure of the reheating boiler atm. 14.
High pressure superheated steam temperature 450 C.
Low pressure superheated steam temperature 350 C.
Although the preliminary reheating boiler occupies, with its water space, a considerable space under the steam and water collector of the high pressure boiler, the arrangement according to the invention has the advantage of thus ensuring better support for the high pressure boiler, and increase the rigidity of the whole assembly.
However, only a relatively small amount of heat is absorbed, at the expense of superheating, by increasing the heating surface area of the boiler.
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with smoke tubes, because the heating surface is relatively small compared to the existing superheating surface, due to the use of large flame tubes containing more than four superheater tubes.
In addition, the transmission of heat to the superheating surface due to the high gas velocity is very good from the start and the large flame tubes can be expanded at their reduced diameter ends on the rear bottom plate of the boiler, It is possible to have behind this plate, an accessible space for the ashes which separate from the gas stream which flows slowly downwards, removing a few rows of high pressure steam generator tubes, and this without carrying out overheating nor exposing the return elbows too much to the danger of being burnt.
The description which follows, with reference to the appended drawing given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
FIG. 1 shows in longitudinal section a locomotive provided with a superheater system arranged in accordance with the invention.
Figure 2 is a section along A-B of fig.l.
Figure 3 is a section on C-D of Figure 1, the side members being omitted.
In the drawing, 1 represents the high pressure tubular boiler which forms the hearth.
In the vicinity of this boiler, in the flow of combustion gases, is placed the preliminary reheating boiler 2. The latter is crossed by large smoke tubes 3, each of them containing six tubes of two superheaters 4 and 5 (fig. .2). An intermediate superheater 6, heated with steam, is used to heat the steam drawn from the high pressure cylinder 7, this cylinder being arranged
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in the example shown in the drawing along the axis of the machine. The high pressure live steam passes through a junction pipe (not shown) connecting the steam outlet 8 of the boiler 1, and the steam inlet 9 in the saturated steam chamber of the high pressure live steam superheater. 4, and is strongly overheated in the tubes of this superheater.
This high pressure steam then passes through a communication tube (not shown) connecting the steam outlet 10 of the steam chamber of the superheater to the steam inlet 11 of a coil or heating element of the intermediate superheater 6. After releasing its excess heat, the high pressure steam flows from the outlet 12, through a communication tube, to the entry of steam 14 into the saturated steam chamber. a second flame tube superheater 5, acting as a reheater and raising the high pressure steam to the temperature desired for use in the high pressure parts of the machine.
The re-superheated high pressure steam leaves the superheated steam chamber of the superheater 5 through port 16, and a communication pipe (not shown) leads it to the high pressure cylinder spool 7.
The exhaust steam from this cylinder enters the intermediate superheater 6 passing through a duct (not shown) and enters through the orifice 18. It is superheated and exits through the orifice 19, a pipe (not shown). then leads it to the low pressure side cylinders which are not shown in the drawing.
The large flame tubes 3, each containing six superheater tubes, are thinned at their rear end and expanded as shown at 20.
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The generator tubes 22 of the water tube boiler are arranged across the flue for the purpose of protecting the smoke tube superheaters against gunfire.
They are removed in front of the rear end of the preliminary reheating boiler 2 to make free an accessible space 23 in which the ashes are deposited thanks to the reduction in the speed of the gases. With this arrangement the surface covered by the The water for each of the large tubes 3 of the preliminary reheating boiler 2 is much smaller than the area in contact with the steam for the six superheater tubes arranged in each of said flame tubes.
The front return elbows should preferably not extend to the front bottom of boiler 2, but stop at a short distance since it is possible that near the front bottom of the preheating boiler , the temperature difference between the gases and the superheated high pressure steam becomes too small to add a noticeable amount of heat for the superheating. In certain circumstances the temperature difference may be zero or negative, and in this case the ends of the superheater tubes conducting the superheated steam must be covered with a heat insulating material.
The small amount of low pressure steam produced in the preheating boiler 2 can be taken through a communication duct 24 and distributed to the auxiliary devices (feed pump, air pump and others), as saturated steam or as superheated steam. .
In the latter case, a small superheater can be housed in the smoke box, or the superheater tubes of this additional superheater can be arranged in one of the vertical rows of large flame tubes of the reheating boiler 2.
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As an alternative, the small quantity of low pressure steam produced in this boiler 2 can be directed to the intermediate superheater and mixed with the exhaust steam from the high pressure cylinder of the machine.
In the example shown, the reheating is obtained in an intermediate superheater 6, heated with steam, but as a variant while remaining within the scope of the invention, the exhaust steam can be directly heated in a superheater with flame tubes.
In this case, the intermediate superheater is omitted and instead of the second high pressure superheater 5 a low pressure superheater with flame tubes is placed in the large flame tubes of the preheating boiler 2. The steam from High pressure cylinder exhaust must then, given the high temperature of the tubular walls, pass through an oil separator before entering the heater.