<Desc/Clms Page number 1>
"REGULATEUR DE TEMPERATURE DE LA VAPEUR POUR CHAUDIERES
A VAPEUR "
Cette invention a trait aux installations de production de vapeur, et plus spécialement aux dispositifs de réglage du débit des évaporateurs tels que les chaudiè- res à vapeur d'eau. Le dispositif suivant l'invention est en particulier avantageusement applicable aux locomotives, installations fixes, machines marines et automobiles à vapeur. Son emploi est spécialement désirable lorsqu'oh a besoin d'une installation travaillant d'une façon ex@ele et précise.
Dans les automobiles à vapeur, il est préférable de réduire la surveillance au minimum, et comme il est ex-
<Desc/Clms Page number 2>
trêmement désirable d'avoir de la.vapeur à une tempéra- t.ure pratiquement constante malgré les variations de la demande, une régulation automatique précise est dési- rable. Dans les installations plus grandes, la vapeur fournie peut posséder une température approximativement constante si les quantités de combustible et d'eau fournies sont constantes. Dans la pratique, surtout dans le cas des petites installations, cet idéal n'est pas réalisé, et un régulateur de température, spécialement dans le cas d'une chaudière à vaporisation instantanée, est avantageux pour corriger les variations qui se pro- duisent dans la température de la vapeur.
Même avec le personnel de surveillance dont on dispose dans le cas d'une grande installation, la température ne peut pas être réglée exactement en faisant varier l'alimentation en eau principale, étant donné que le retard de temps est considérable et que certaines des spires des serpentins de la chaudière peuvent être inondées à un moment inopportun.
Un des buts de l'invention est par conséquent d'établir un régulateur de température pour chaudières grâce auquel la vapeur fournie par la chaudière correspond sensiblement à la demande.
L'invention a en outre pour objet un dispositif assurant la fourniture de vapeur possédant une tempéra- ture pratiquement constante.
La figure du dessin annexé est une vue schématique du régulateur suivant l'invention, la boîte ou bâti à soupapes étant représenté en coupe transversale et une partie de la chaudière étant brisée pour représenter l'intérieur.
Le régulateur suivant l'invention comprend de préférence des moyens pour introduire une quantité primaire d'eau d'alimentation dans une chaudière à une vitesse telle que la chaleur du foyer augmente graduellement la
<Desc/Clms Page number 3>
température de la vapeur d'eau résultante, en combinai- son avec des moyens influencés par la température de la va- peur que renferme la chaudière pour introduire un supplé- ment d'eau d'alimentation dans cette chaudière de façon à influencer rapidement la température de la vapeur fournie par la chaudière.
Dans le mode de réalisation préféré de l'inven- tion, on a représenté une chaudière 6, qui peut être du type instantané, ou à tube simple. Le tube 1 pénètre dans le corps de la chaudière près d'une des extrémités de ce corps, s'enroule et se replie sur lui-même à l'intérieur de la chaudière et sort finalement par l'autre extrémité de la chaudière. Dans le cas d'une chaudière pour auto- mobile, la longueur de ce tube évaporateur sera par exem- ple de l'ordre de 100 mètres, et ce tube recevra de l'eau d'alimentation à l'extrémité d'entrée et débitera de la vapeur d'eau surchauffée à l'extrémité de sortie. La chaudière est usuellement garnie d'un calorifuge 8 servant à retenir la chaleur du brûleur et se comporte principalement à la façon d'un dispositif de transfert de chaleur.
L'eau d'alimentation est préférablement fournie par une pompe (non représentée) actionnée par tout dispo- sitif convenable, cette pompe étant usuellement une pompe foulante à action positive qui puise l'eau dans un réservoir et la refoule vers la chaudière. Il est d'usage de donner à la pompe une capacité plus grande que le maximum requis par la chaudière, le surplus variable étant ramené au réservoir sans pénétrer dans la chaudière. Ceci est réalisé, dans le présent dispositif, par un mécanisme contenu dans une boîte à soupapes 9,préférablement constituée par une pièce métallique coulée présentant une série de conduits. Un des conduits 11 est relié par un tuyau 12 à la pompe.
Le conduit 11 communique par un conduit transversal 13 avec un conduit d'échappement 14 qui est relié par un tuyau 16 à l'orifice d'entrée du tube'
<Desc/Clms Page number 4>
7 de la chaudière.
Pour régler la quantité d'eau passant par le conduit 14, on a prévu dans le conduit 13 un orifice 17 qui peut être réglé par un pointeau 18 vissé dans la boîte 9 et dont la pointe conique est disposée dans une chambre 19, près de l'entrée du conduit 13. En faisant tourner le pointeau 18 on peut le régler axialement pour faire varier l'ouverture annulaire entre la pointe coni- que et le conduit 13. Une garniture 21 pressée par un écrou 22 empêche les fuites le long de la tige du pointeau, et un bouton moletté 23 facilite le réglage dudit pointeau.
Des pressions différentielles existant de part et d'autre de l'orifice réglé 17 sont utilisées pour régler le débit de l'eau d'alimentation à l'aide d'un piston différentiel 24 monté pour coulisser dans un cylindre 26 faisant partie de la boîte à soupapes 9. Le piston est constitué par une cuvette cylindrique avec laquelle fait corps une soupape conique 27 qui est préférablement munie d'un anneau interne 28 servant de siège à l'une des extré- mités d'un ressort à boudin 29 dont l'autre extrémité est centrée et supportée d'une façon analogue par un chapeau démontable 31.
Le piston est par conséquent sollicité par le ressort 29 de façon à presser la soupape conique 27 appliquée sur l'orifice par lequel un conduit 32 communique ordinairement avec le conduit 11, ce conduit 32 étant relié au réservoir d'eau d'alimentation, de telle sorte que l'eau passant par ledit conduit 32 revient au réservoir.
La soupape 27 est ouverte par le piston 24 lorsque la pression régnant dans les conduits 11 et 13 excède d'une quantité prédéterminée la pression régnant dans le conduit
EMI4.1
'l 1 -t en 14. Lorsque la soupape s'ouvre, l'eau revient du tuyau 12 :"2XC C; et du conduit 11 au réservoir. Cette eau:'vnst-3tue/sur celle requise par la chaudière. Une quantité prédéterminée d'eau passe par le conduit 14 et le tuyau 16 à la chaudière. De préférence, cette quantité est proportionnée à la chaleur du foyer, de telle sorte qu'une vapeur d'eau de température
<Desc/Clms Page number 5>
exagérée serait engendrée si l'on ne prévoyait pas l'in- troduction d'une quantité d'eau d'alimentation supplémen- taire suivant l'invention.
Le piston ¯34,'et la soupape
27 maintiennent une pression constante à l'orifice de dosage 17, ce qui assure un débit sensiblement constant d'eau primaire.
L'eau introduite à l'entrée du tube 7 absorbe graduellement la chaleur à mesure qu'elle avance le long du tube, et se transforme d'abord en vapeur humide, puis en vapeur surchauffée, pour sortir finalement du tube.
L'eau d'alimentation primaire est telle que si elle absor- bait à elle seule toute la chaleur, le foyer produirait de la vapeur d'eau de température excessive. Par conséquent, ordinairement, la température de la vapeur fournie s'élève.
On a par conséquent prévu un dispositif influencé par la température pour déterminer l'entrée d'une quantité secon- daire d'eau d'alimentation dans la chaudière de telle manière que la température de la vapeur est plus constante que jusqu'à ce jour. L'eau secondaire absorbe une quantité suffisante de chaleur pour que la vapeur fournie possède la température convenable.
Le conduit 11 est continué dans la boîte à soupa- pes 9 par un élargissement 33. Dans la chambre 33 se meut une soupape conique 34 qui gouverne le passage de l'eau du conduit 11 à un conduit 36 prévu dans une tubulure inférieure 37 de la boîte 9. Un tuyau secondaire 38 va du conduit 36 à la chaudière 6. La soupape 34 est montée sur une tige 39 qui traverse un presse-étoupe 41 et aboutit à l'armature 42 d'un solénoïde. Cette armature est entou- rée par une bobine 43 que renferme une boîte 44 supportée à l'aide de tiges 46 par la boîte à soupapes 9.
L'extré- mité supérieure de la boîte 44 est fermée par un chapeau 47, et un ressort à boudin 48 emprisonné entre ce chapeau et l'armature 42 sollicite normalement la soupape 34 vers
<Desc/Clms Page number 6>
sa position de fermeture pour empêcher la communication entre les conduits 11 et 36.
Un dispositif est prévu pour.exciter le solénoïde en vue d'ouvrir la soupape 34 et de faire communiquer les conduits 11 et 36. Ce dispositif comprend un circuit électrique alimenté par une source de courant 49 dont une borne est mise à la terre en 51 et dont l'autre borne est reliée, par l'intermédiaire d'un interrupteur muni de contacts 52, 53, à la bobine 43, et de là, à une seconde terre 54. Lorsque le solénoïde est excité, la soupape 34 s'ouvre. Pour que le solénoïde soit excité, il faut que les contacts 52, 53 se touchent. Ges contacts sont commandés sous l'influence de la température de la vapeur.
A cet effet, on prévoit un thermostat comprenant une tige interne 56 et un tube externe 57. Ce tube est en contact avec la vapeur et est relié à l'une de ses extrémités au tube de la chaudière, tandis que son autre extrémité peut ,se dilater librement et est reliée à l'extrémité éloignée de la tige. L'extrémité opposée de la tige est reliée à un levier 58 portant le contact 53 et pivotant autour d'un support fixe 59 pour rapprocher ou éloigner le contact
53 du contact fixe 52.
Lorsque la température de la vapeur augmente, le tube se dilate, mais la tige, qui est faite d'une matière convenable, se dilate beaucoup moins. Pour cette raison, lorsque la température de la vapeur augmente, les cohtacts 52, 53 se ferment, ce qui excite le solénoïde. De préfé- rence, le thermostat est placé près de l'orifice d'échap- pement de la chaudière, afin que la température de la vapeur qui s'échappe agisse sur le thermostat pour comman- der le solénoïde 42. Dans un exemple de réalisation, le tube de la chaudière possédait environ 150 mètres de lon- gueur et le thermostat était placé à 6 mètres environ de l'orifice d'entrée de l'eau d'alimentation supplémentaire.
<Desc/Clms Page number 7>
Par conséquent, on se rend compte que lorsque la tempé- rature augmente près de l'orifice d'échappement, la soupape 34 s'ouvre en permettant à l'eau d'alimentation du conduit 11 de passer par le tuyau 38 à la chaudière.
L'eau d'alimentation supplémentaire a pour effet de dimi- nuer la température de la vapeur qui s'échappe, cette température diminuant suffisammentpour ouvrir les contacts
52, 53. Le solénoïde cessant d'être excité, la soupape 34 se ferme et coupe le passage d'eau d'alimentation par le tuyau 38 à la chaudière. La température de la vapeur qui s'échappe recommence alors à s'élever.
Les variations qui se produisent dans la quantité d'eau d'alimentation introduite dans la chaudière par le tuyau 16 agissent sur le thermostat 57, mais le retard de temps est considérable en raison de la longueur de tube par laquelle l'eau doit passer avant d'atteindre le thermostat. Par conséquent, dans une installation quelcon- que dans laquelle 'on s'en repose sur la quantité d'eau d'alimentation introduite à l'entrée du tube de chaudière pour influencer un thermostat placé près de la sortie de ce tube, la température a tendance à varier entre de grandes limites et à osciller de part et d'autre d'une valeur désirée plutôt qu'à rester au voisinage de cette température comme dans l'appareil suivant l'invention.
Pour surmonter cette tendance à l'oscillation et assurer une régulation automatique qui maintient la tem- pérature très près de la valeur désirée, on a prévu un dispositif servant à maintenir la température désirée de la chaudière entre des limites très voisines. L'eau qui passe par le conduit 36 sous le contrôle de la soupape 34 et du solénoïde 42 influencé par la température pénètre dans une zone 61 du tube 7 éloignée de l'entrée de ce tube et placée à une faible distance du thermostat 57.
On prévoit par conséquent deux entrées distinctes pour l'eau d'alimentation, ces entrées étant situées l'une à
<Desc/Clms Page number 8>
l'entrée du tube, pour la majeure partie de l'eau d'alimentation, l'autre, admettant l'eau d'alimentation introduite à titre d'élément de correction sous l'in- fluence de la température de la vapeur, à une faible distance du thermostat influencé par cette température.
L'eau d'alimentation passant par le tuyau 38 sous l'influence du régulateur a un effet prompt sur le ther- mostat. L'eau introduite est recueillie par la vapeur et entrée le long du tube de la chaudière. En se vaporisant, elle emprunte de la chaleur au tube 7 et à la vapeur qu'il contient, ce qui refroidit le thermostat. Cet effet est réalisé rapidement, étant donné que l'eau du régu- lateur est introduite à une faible distance du thermostat.
Par conséquent, l'eau passant par le tuyau 36 et le conduit 38 a un effet rapide sur le thermostat 57, et par suite sur la soupape 34. Si la vapeur sortant du tube 7 varie légèrement, le thermostat 57 est influencé et modifie la quantité d'eau d'alimentation introduite dans la chaudière par le tuyau 38. Cette eau influence à son tour rapidement le thermostat, de sorte que l'écart total entre la température réelle et la température norma- le désirée est très faible. Toutefois, une grande partie de l'eau d'alimentation est introduite par l'entrée du tube ? et emprunte la chaleur d'une façon relativement graduelle, selon le mode de travail usuel des chaudières de ce genre.
Dans la pratique, le dispositif entier cons- titue un système automatique qui fournit de la vapeur de température sensiblement constante malgré les fluctuations brusques qui se produisent dans la quantité de vapeur de- mandée par le moteur.