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Générateur de vapeur dans lequel le changement d'état de l'agent de travail s'effectue dans un appareil tubulaire.
Les générateurs de vapeur dans lesquels le changement d'état de l'agent de travail s'effectue dans un appareil tubulaire et dans lesquels le réglage de la quantité de combustible à amener et de 1 agent de travail est basé sur la température de la vapeur à la sortie de l'appareil tubu¯ laire, offrant l'inconvénient que les variations de tempé¯ rature auxquelles l'agent de travail est soumis à la sortie présentent un retard si grand par rapport aux variations qui en sont la cause dans les phénomènes s produisant dans l'ap
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pareil tubulaire lui-même, qu'un réglage satisfaisant et sur des générateurs de vapeur de ce genre ne peut pas être obte- nu et qu'il n'est pas possible d'éviter de grandes varia- tions de l'état de la vapeur sortant du générateur.
Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé de régler l'amenée du liquide d'alimentation en fonction de la température de l'agent de travail encore liquide. Un tel ré- glage présente toutefois l'inconvénient que les variations de température résultant d'une variation du chauffage des parties du générateur de vapeur dans lesquelles s'effectue la vaporisation de l'agent de travail-ne peuvent pas être compensées et que, par suite, il se produit néanmoins des variations de température dans la vapeur sortant du géné- rateur.
L'invention a pour but d'éviter ces retards du réglage qui résultent de la quantité de chaleur accumulée dans la paroi tubulaire et consiste dans le fait que le réglage de l'amenée totale ou partielle de l'agent de travail, ou du combustible ou des deux, est basé sur la température de l'agent de travail à un endroit de l'appareil tubulaire voi- sin du passage de l'agent de travail de la région de va- peur humide à la région de vapeur surbhaaffée.
Quelques exemples de réalisation de l'invention sont représentés schématiquement dans le dessin annexé dans le- quel:
Fig. 1 représente un générateur de vapeur dans lequel le réglage de l'amenée du combustible est régi par la tempé- rature de l'agent de travail 'dans l'appareil tubulaire.
Fig. 2 est un diagramme représentant la façon dont la température varie dans l'appareil tubulairë sous différer tes conditions de service.
Fig. 3 représente un générateur de va eur dans lequel le réglage de l'amenée de l'agent de travail est régi par la
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température dudit agent dans l'appareil tubulaire.
Fige. 4 représente un mode de réalisation dans lequel l'amenée de l'agent de travail et l'amenée du combustible sont toutes deux réglées d'une façon qui dépend de la tem- pérature de l'agent de travail dans l'appareil tubulaire' Figo 5 représente un autre exemple dans lequel une quantité supplémentaire de l'agent de travail introduire est réglée en fonction de la température de l'agent de travail dans 1 appareil tubulaireo
Fig. 6 représente un dispositif à thermostat en vue de régler l'admission de l'agent moteur destiné à la machi- ne motrice de la pompe alimentaire.
L'agent de travail est amené à l'appareil tubulaire 2 disposé dans la chambre de combustion 1 (fig.1) par un tuyau 3, tandis que la vapeur produite est conduite au lieu d'utilisation par un tuyau 4, Un tuyau 6 amène le cmbusti- ble au brûleur 5, et un autre tuyau 7 amène à ce brûleur l'air nécessaire pour la combustiono Les gaz de combustion s'échappent par le canal 8.
L'amenée de l'agent detravail est réglée par une sou- pape 9, l'amenée du combustible est réglée par une soupape 10 et l'échappement de la vapeur produite est réglée par une soupape 11, En un point 16 est monté dans l'appareil tubulaire 2 un dispositif tel qu'un thermostat 17, qui relevé la température que possède l'agent de travail passant à cet endroit et, en fonction de la température ainsi relevée, transmet une impulsion qui est utilisée pour régler des organes de commandeo
Le mode de travail du générateur de vapeur ressort du diagramme de figo 2 dans lequel on a porté sur l'axe hori- zontal la longueur 1 du tube 2 entre le point d'entrée ± et le point de sortie A,
tandis qu'on a porté sur l'axe verti- cal la température que possède l'agent de travail à l'ins-
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tant envisagé aux points correspondants de l'appareil tubu- laire 2.
La courbe en traits pleins 12 représente l'état station- naire dans l'appareil tubulaire 2. L'agent detravail encore liquide est d'abord chauffé entre l'entrée E et le point 13 jusqu'à la température de vaporisation V et, de ce point au point 14, cet agent est complètement transformé en vapeur sa.. turée, ne contenant plus aucune particule de liquide. La tem. pérature de l'agent de travail diminue en raison de la'chute de pression dudit agent, d'une certaine valeur initiale, au commencement de la vaporisation, à une valeur un peu plus basse, lorsque la vaporisation est terminée.
Cette vapeur saturée est ensuite surhchauffée à la température U jusqu'à la sortie de l'appareil tubulaire (point 15)
Tans ces variations d'état de l'agent de travail entre le point d'entrée et le point de sortie, la quantité de cha- leur absorbée est approximativement répartie comme suit; 3/10 servent à chauffer l'agent de travail liquide, 6/10 ser- vent à la vaporisation et 1/10 sert au surchauffage,
Si, pour augmenter la puissance de vaporisation, on aug- mente l'admission d'agent de travail liquide en maintenant par exemple la même intensité de combustion, les températures que possède cet agent dans l'appareil tubulaire 2 varieront se- lon la courbe 12a. Le début de la vaporisation de l'agent de travail est déplacé du point initial 13 à un point 13a si- tué un peu plus loin.
De même, le point initial 14 auquel la vaporisation de l'agent de travail est complètement effec- tuée est reporté en 14a.
La quantité de chaleur nécessaire pour le surchauffage de l'agent de travail est maintenant si faible, par rapport à la quantité de chaleur nécessaire pour l'échauffement et pour la vaporisation, que la quantité de ch eur accumulée dans les parois de l'appareil tubulaire suffit pendant une
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longue période de temps pour chauffer logent de travail à la température de surchauffe U jusqu'à sa sortie au point 15a,
Par conséquent, bien que, dans cette augmentation de la puissance, la quantité d'agent de travail amenée soit augmen- tée, les variations de température à la sortie de l'appareil tubulaire lui-même seront tout d'abord négligeables par .suite de la grande quantité de chaleur emmagasinée dans l'appareil tubulaire et de la faible quantité de chaleur nécessaire pour le surchauffage,
à l'intérieur de l'appareil tubulaire, entre l'entrée et la sortie, on a toutefois déjà des chargements de température plus grands. Ce n'est qu'après avoir admis pendant un temps assez long une quantité d'agent de travail augmentée que la quantité de chaleur que contient l'appareil tubulamre se trouve complètement absorbée également à l'extrémité du serpentin entre les points 14 et 15 et que, par suite,
la tem- pérature de la vapeur à la sortie du générateur tombe brusque- ment au point de saturation
La répartition de la température de l'agent de travail à l'intérieur de l'appareil tubulaire correspondant par exemple au nouvel état stationnaire est représentée dans ce cas par la courbe 12b Les points 13 et 14 représentant respectivement le commencement et la fin de la vaporisation sont déplacés dans une mesure encore plus grande vers la sortie de l'appareil tu- bulaire et amenés aux points 13b et 14b L'agent de travail liquide et le mélange de liquide et de vapeur situé entre 13b et 14b empruntent aux parois de l'appareil tubulaire une frac- tion si grande de la chaleur que la fraction restante ne suffit plus pour surchauffer la vapeur du point 14b à la température nécessaire Uo Cette chute brusque de la température de la va- peur à la
sortie, du point 15a au point le, est inévita. ble, de sorte que, dans la période qui suit directement, il ne sort plus du générateur que de la vapeur saturée, ou même qu'un mélange de vapeur saturée et de particules de liquide.
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Cette chute brusque de la température présente naturel- lement divers inconvénients. Ainsi, par exemple, les machi- nes motrices actionnées par cette vapeur peuvent #treendol- magées par la variation brusque de la température et par les particules d'eau entrainées, De même, la matière dont est fait le générateur de vapeur lui-même a à souffrir de la chute brusque de la température, que ce soit par des changements internes de texture ou par les efforts dus à la température.
Dans le cas d'une diminution de la puissance da gêné.. rateur de vapeur, on diminue la quantité d'agent de travail amenée à ce générateur. Cette quantité plus petite s'échauf- fe plus rapidement et son état varie suivant la courbe 12c dans laquelle on voit que le commencement et la fin de la vaporisation sont passés des points initiaux 13 et 14 aux points 13c et 14c.
Le faible transfert de chaleur et la fai- ble absorption de chaleur du point 14c au point 15c à la sor. tie de l'appareil tubulaire ne sont toutefois pas à même de modifier d'une façon appréciable la température de la paroi est de l'appareil tubulaire, dans laquelle @ accumulée une grande quantité de chaleur, avant qu'il ne soit écoulé un temps assez long, de sorte que la température de la vapeur à la sortie du générateur de vapeur ne s'élève tout d'abord que dans une mesure négligeable du point 15 au nouveau point 15c.
Ce n'est qu'après un temps assez long qu'une variation de la température devient appréciable à la sortie de l'ap- pareil tubulaire, de la même façon que dans le cas d'un ac- croissement de charge. Cette variation peut alors s'accom- plir très rapidement et la température peut s'élever dans un temps très court à une valeur dangereuse pour-l'appareil tu- bulaire.
Ces variations ont en outre comme conséquence un fonctionnement très irrégulier de la machine actrice action.., née et des appareils action-
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nés par cette machinée
Suivant 1 invention, 1 amenée entière ou partielle de l'agent de travail ou du combustible, ou des deux est réglée d'une façon qui dépend de la température que possède l'agent de travail en un point situé avant la sortie de l'appareil tubulaire (point 16 des figso 1 et 2).
Comme il ressort du diagramme ce point peut avantageusement être situé en'16, juste après la fin de la vaporisation dans l'appareil tubu- laire z, c'est # dire l# o#, peu de temps après les varia¯ tions de charge, de grandes variations de température se pro- duisent déjà dans l'appareil tubulaire pour permettre d'ef¯ fectuer un réglage efficace et rapide du fonctionnement du gé. nérateur de vapeur.
On évite ainsi les inconvénients des gé- nérateurs de vapeur antérieurs, dans lesquels la vaporisation est effectuée dans des appareils tubulaires, dans lesquels le réglage est basé sur les températures de vapeur mesurées # la sortie et dans lesquels, par suite de grands décalages de temps, le procédé de réglage entier subit des variations telles.qu'un fonctionnement pratique est presque impossible.
Par rapport à ces générateurs antérieurs, le réglage proposé suivant l'invention présente l'avantage que la température de la vapeur produite ne subit pratiquement plus de variations et peut en outre facilement être établie à telles valeurs que l'on veut,,
Le mode de réalisation constructive de l'invention res- sort, par exemple, de figo 1. Dans l'appareil tubulaire 2 est monté, au point 16, un thermo-élément 17 dont les cou- rants constituent une mesure de la température de l'agent de travail.. Par la conduite 18, les courants sont transmis à un servo-moteur 19 qui commande la soupape 10 d'admission du combustible dans une mesure correspondant # ces courants.
Lorsque la température de l'agent de travail s'élève au point 16, une quantité de combustible plus faible est aine-
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née au bruleur 5 par suite de la fermeture de la soupape 10, et lorsque ladite température s'abaisse, le combustible est fourni en quantité plus grande, ce qui ramène la température à sa valeur initiale, fig. 5 représente un générateur de vapeur dans lequel, contrairement à fig, 1, la quantité d'agent de travail est réglée d'une façon qui dépend de la température dudit agent au point 16.
Le servo-moteur 19 commande par le thermo-élé- ment 17 commande son tour la soupape 9 montée sur le tuyau 3 par lequel arrive l'agent de travail, de telle sorte que, lorsque la température dudit agent s'élève en 16, la soupape 9 s'ouvre, tandis qu'elle se ferme lorsque la température s'abaisse, Par ce réglage , on obtient, aussi bien que dans la fig. 1, une température invariable pour la vapeur sortant de l'appareil tubulaire 2.
Le générateur de vapeur représenté dans la fig. 4 est réglé, non pas par un thermo-élément 17, comme'dans la fig.i, mais directement par les variations de longueur auxquelles l'appareil tubulaire 2 est soumis par l'effet des variations de température. En deux points 25 et 26'situés avant la sor- tie, l'appareil tubulaire est amené à l'extérieur de la cham- bre de combustion, par exemple sous forme de la boucle re- présentée dans la fig. 4. Les variations de longueur que subit la partie 31 du tuyau située entre les points 25 et 26 et qui sont occasionnées par les variations de température de l'agent de travail servent à commander les deux soupapes 9 et 10.
Au point 25, le tronçon tubulaire 31 est relié au sup- port fixe, de sorte que ledit tronçon n'est pas mobile en ce point. Un levier 29 est relié par une articulation 27 au point 25. A ce levier 29 est reliée un tirant 30 qui, au point 26, est reliée par une articulation 28 à un tuyau 31.
Lorsque la température de l'agent de travail ans le tuyau
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31 s'élève, l'articulation 28 se déplace vers le bas et le levier 29 est amené à la position 29a marquée en traits mixtes., Le tirant 32 reliée au levier de réglage de la sou- pape 9 est de ce fait déplacée vers le bas (32a) et la sou- pape 9 servant à l'amenée de l'agent de travail s'ouvre.Le levier 34 tournant autour du point fixe 33 est en même temps amené à la position marquée en traits mixtes 54a et le tirant
35 vient occuper une position supérieure 35a, de sorte que la soupape 10 servant à l'amenée du combustible se ferme,
Par suite de cet accroissement de la quantité fournie d'agent de travail liquide amené par le tuyau et de la diminution de la quantité de combustible fournie par le tuyau
6, la température de 1 agent de travail traversant l'appareil tubulaire 2 sabaisse jusquâau moment ou la température de service normal s'est rétablie entre les points 25 et 26 de l'appareil tubulaire et où les soupapes 9 et 10 ont par suite été ramenés à leur position de service initiale.
Lorsque la température de l'agent de travail dans le tronçon tubulaire 31 s'abaisse, les soupapes 9 et 10 sont actionnées inverse.. ment, de telle sorte que, d'une part, le débit d'entrée de l'agent de travail diminue et que, d'autre part, la quantité admise de combustible augmente, de sorte que la température régnant dans l'appareil tubulaire 2 remonte de nouveau à sa valeur normales
Dans l'exemple de figo 5, le combustible est amené à l'aide d'une pompe 40 au brûleur 5 par le tuyau 6, et la partie principale de l'agent de travail est refoulée à l'aide d'une pompe 41 par le tuyau 3 dans J'appareil tubulaire 2.Les deux pompes 40 et 41 sont actionnées en commun par la même machine motrice 42, de sorte que les quantités qu'elles re- foulent sont toujours dans le même rapport En outre,
grâce à une pompe auxiliaire 43, une quantité supplémentaire d'a- gent de travail est introduite dans 1 appareil tubulaire 2.
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La pompe auxiliaire 43 est actionnée par une machine motrice spéciale 44 et son fonctionnement est régi par la température que possède l'agent de travail vaporisé de l'appareil tubu- laire avant la sortie, la disposition étant telle que, lors.. que la température de l'agent de travail s'élève dans l'ap- pareil tubulaire 2, la pompe refoule une quantité d'agent de travail supplémentaire plus grande et que, inversement, lorsque la température s'abaisse, la pompe refoule une quan- tité plus petite dudit agent.
Un premier réglage approximatif de ce générateur de va¯ peur est obtenu en variant le nombre de tours de la machine motrice 42 qui actionne la pompe d'alimentation principale 41 et la pompe à combustible 40.
Le réglage précis en vue de maintenir une température invariable de la vapeur (à la sortie) peut par exemple être réalisé de la façon suivante. Entre @ deux points 45 et 46 l'appareil tubulaire 2 est monté un tuyau de by-pass 47 dans lequel est monté un dispositif de réglage selon fig. 6. A l'intérieur du tuyau 47 se trouve un second tronçon de tube 48, fait d'une autre matière et possédant une section plus faible, monté de telle sorte que l'une de ses extrémités 49 est fixée,à l'aide d'un corps perforé 50, au tuyau 47 tandis que son autre extrémité 51 porte un coulisseau 52.
Les matières dont sont faits les deux tubes 47 et 48 sont chpisies telles que les coefficients de dilatation ther mique de ces tubes sont différents (laiton et fer, par exem- ple), de sorte que, par exemple, lorsque la température de l'agent de travail passant dans le tube 48 et à travers les orifices 54, s'élève, le tube 48 s'allonge par rapport au tube 47. Inversement, lorsque la température de l'agent de travail s'abaisse, le tube interne se raccourcit par rap- port au tube externe.
Le coulisseau 52 glisse en à'appli- quant étroitement sur la paroi tubulaire interne du by-pass 47 et, lorsque le tube 48 se raccourcit par rapport au tube ?1
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ferme une dérivation 53, celle=ci s'ouvrant par contre dans le cas d'un allongement relatif du tube 48 par rapport au tu- be 47.
La machine motrice 44 de la pompe d'alimentation auxiliai- re 43 (fige, 5) est une machine à vapeur actionnée par la va-
7 peur s'échappant du tuyau de by-pass 4% par la dérivation 53 (fig. 5). Lorsque la température de l'agent de travail s'élève dans le by-pass 47, la machine motrice 44 reçoit par consé- quent une quantité d'agent moteur plus grande, de sorte qu'el- le tourne plus rapidement et que, par suite, la pompe 43 re- foule une quantité plus grande d'agent de travail supplémen- taire dans l'appareil tubulaire 2.
D'une façon correspondante, lorsque la température régnant dans le by-pass 47 s'abaisse, le nombre de tours de la pompe 43 diminue, de sorte qu'une quantité plus petite d'agent de travail supplémentaire est amenée à l'appareil tubulaire 2.
Le mode de travail de ce générateur est tel que le ré- glage en vue d'une température invariable de la vapeur à la sortie A du générateur de vapeur est effectué par la varia. tion des quantités partielles d'agent de travail fournies par la pompe 43 d'une façon qui dépend du dispositif thermostati- que (47,48,52) et que le réglage se rapportant à la varia- tion de charge du générateur de vapeur s'effectue en faisant varier la quantité principale d'agent de travail refoulée par la pompe 41 àt la quantité de combustible refoulée par la pom- pe à combustible 40.
Le réglage de ce générateur de vapeur p.eut aussi être effectué de telle sorte que la quantité refoulée par la pompe 41 à titre de quantité principale d'agent de travail soit ré- glée d'une façon invariable pour une charge déterminée, par exemple pour la charge minimum, les variations de charge étant couvertes et en même temps réglées par la quantité auxiliaire supplémentaire d'agent de travail,
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La quantité auxiliaire supplémentaire d'agent de travail peut aussi être introduite dans l'appareil tubulaire à un se- cond endroit situé après l'introduction de la quantité prin- cipale de l'agent de travail, par exemple au point 60 (fig.5) par le tuyau 61 indiqué par des traits mixtes, ce qui présen- te l'avantage d'un réglage plus exact et plus rapide.
Bien entendu, au lieu que le-réglage du générateur de va- peur soit effectué en fonction de la température régnant au point 16 (fig. 2) auquel l'agent de travail est déjà presque complètement vaporisé, il pourrait être effectué en fonction de la température régnant en un point (par exemple au point
16a de fig.2) auquel l'agent de travail est encore liquide.
Il est essentiel que le point auquel la température est ainsi relevée soit situé avant la sortie en un point où le retard de température temporaire n'a qu'une influence secondaire sur le réglage.
Du point de vue constructif, le principe de l'invention peut être réalisé d'une manière quelconque indépendamment des constructions indiquées à titre d'exemple, Au lieu des dis- positifs thermostatiques décrits, on pourrait appliquer d'au- tres constnctions jouant le même rôle.
Le réglage des quantités refoulées peut être effectué par le réglage du nombre de tours des machines d'alimentation,par la variation de la course ou de l'espace nuisible ou par des soupapes de by-pass, des soupapes d'étranglement, des soupa- pes d'échappement, etc...
Au lieu d'être chauffé par du combustible liquide, le gé- nérateur de vapeur peut encore être chauffé"par du combusti- ble gazeux, solide ou pulvérulent. Le réglage de l'amenée de ces combustibles sera alors également effectué conformé- ment à l'invention. Comme agent de travail, on peut appliquer tout liquide approprié. à la vaporisation. finalement, l'in vention pourrait être appliquée à des machines à agents'de
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travail multipleso