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l'invention intitulée Chaudière multitubulaire à haute pression pour locomotives.
Dans les chaudière multitubulaires à haute pres- sion en particulier les chaudières de locomotives, il est
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difficile de donner aux surfaces de chauffe la disposition nécessaire pour l'utilisation la plus avantageuse de la chaleur des gaz du foyer. Il est dans la nature de la va.. porisation que la surface de chauffe mouillée doit être di- visée en deux parties si l'on veut obtenir pour la chaudière un rendement aussi élevé que possible.
Dans la première par- tie, qui est le réchauffeur dans lequel l'eau d'alimentation est réchauffée par les gaz des fumées, il s'agit d'apporter à l'eau d'alimentation une partie aussi grande que possible de la totalité de la chaleur du liquide jusque dans le voi- sinage de la température d'ébullition correspondant è la pression de la chaudière, la température des gaz de chauffa.. ge allant en diminuant et cet apport ayant lieu en contre- courant entre l'eau d'alimentation et les gaz de chauffage.
Dans le deuxième partie il s'agit de faire en sorte que, la vaporisation ayant lieu à une température constante, la chaleur à apporter soit cédée à une température aussi cons- tante que possible du côté des gaz de chauffage, c'est-à- dire que la chaleur de vaporisation doit être transmise dans la boîte à feu chauffée par le rayonnement de la grille, des flammes et du gaz. Dans une troisième partie de la sur- face de chauffe, le surchauffeur, il s'agit de transformer en vapeur surchauffée, par un nouvel apport de chaleur, la vapeur saturée produite dans-la chaudière.
Si l'on considère la haute température qu'on cherche à donner à l vapeur,
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température qui est la plus élevée dans toute l'opération de production de vapeur, il faudrait monter le surchauffeur dans la zone la plus chaude du foyer. Toutefois, si l'on tient compte de l'action réfrigérante restreinte de la vapeur surchauffée et de l'absence complète de refroidissement lorsque la prise de vapeur est fermée, il n'est pas possible, sans dispositifs auxiliaires particuliers, de monter le sur- chauffeur de cette façon.
Cependant, pour donner aux fluides participant à l'échange de chaleur une affectation aussi favorable que possible des zones de température, le sur- chauffeur doit être monté dans le courant de gaz de chauffage de façon qu'il ne soit pas exposé au rayonnement intense du foyer (au moins lorsque la prise de vapeur est fermée) mais qu'il soit par contre chauffé par contact par les gaz les plus chauds sortant de la boîte à feu (ou de la chambre de combustion).
Il faut toutefois que le générateur de vapeur soit constat, non seulement d'après les considérations ci-dessus relatives au chauffage, et à la transmission , mais encore d'après des considérations touchant l'écoulement (circulation de l'eau) la construction par elle-même et le nettoyage.
Pour les locomotives le poids, l'encombrement et le coût de fabrication jouent en outre un rôle tout à fait prépon- dérant.
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La présente invention a pour but de permettre de remplir les conditions ci-dessus dans la mesure du possible dans en omettre aucune, Suivant l'invention le rapport entre la surface de chauffe des parois de la botte à feu plus la surface de chauffe de la chambre de combustion et toute la surface de chauffe mouillée est d'environ 1 : 7.
Un exemple de réalisation de l'objet de l'inven- tion est représenté schématiquement dans les figures du dessin annexé.
La fig. 1 est une coupe longitudinale verticale de la chaudière.
La fig. 2 est une coupe du foyer par 1-1.
La fige µ est une coupe par II-II en avant de l'autel travers la chambre de combustion).
La fig. 4 est une coupe par III-III à travers la chambre de surchauffe.
La fig. 5 est une coupe du réchauffeur par IV-IV.
La fig. 6 est un plan du réchauffeur.
Les lettres ont la signification suivante : a, a' sont les collecteurs (supérieurs) de vapeur; b, 'b' sont les collecteurs inférieure d'eau. c sont les éléments tubulaires en U de la botte à feu et d leurs tubulures de raccordement aux collecteurs supérieure, c' sont les éléments tubulaires en U de la chambre du surchauffeur, e est la paroi posté- rieure de fermeture comportant la porte f du foyer et la
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paroi de protection g; h est la paroi de fermeture antérieu- re, i la grille, k une paroi réfractaire comportant la voûte,
1, m sont les tubes vaporisateurs de la chambre de combus- tion faisant suite à la boîte à feu, ces tubes étant reliés par des tubes n au cylindre o;
b", b"'sont des collec- teurs d'eau encastrés dans la paroi de fermeture et reliés par des tuyaux de descente p' aux collecteurs a, a', les tuyaux de descente p reliant les collecteurs a, a' et b, b'; q est le surchauffeur, r la chambre de démontage dans le réchauffeur d'eau d'alimentation s, t les tubes extérieurs et u les tubes intérieurs du réchauffeur.
La fig. 1 montre une chaudire multitubulairè à haute pression pour locomotives, chaudière constituée par deux grands cylindres supérieurs servant de collecteurs de vapeur a, a' et deux cylindres à eau inférieurs b, b' qui se trouvent à côté de la grille. Les cylindres supérieurs sont reliés aux cylindres inférieurs par les tuyaux de descente p montés à l'arrière. Un grand nombre de tuyaux verticaux c, en U , très rapprochés les uns des autres et montés de façon connue constituent le ciel de la boîte feu, ciel qui empêche les cylindres supérieurs d'être chauffés, et les parois latérales de la boîte à feu.
Les éléments tubulaires en U sont dudgeonnés par leurs extrémités inférieures dans les cylindres inférieurs b, b' et leurs tuyaux transversaux constituant le ciel de la boîte à feu sont reliés aux deux
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cylindres supérieurs par deux tubulures courtes d servant à évacuer la vapeur produite dans l'élément tubulaire. Les tuyaux des éléments vapotisateurs c en U peuvent être netto- yés mécaniquement à travers les ouvertures pratiquées dans les goussets et pouvant être fermées au moyen de coiffes vis.
La paroi postérieure de la bolte à feu est constituée de façon connue, par une paroi e en forme de plaque double' solidaire des cylindres, renforcée par des entretoises ou de petits tubes servant d'entretoises et dont l'intervalle est rempli d'eau, la porte f du foyer étant ménagée dans cette paroi., Comme il n'est pas possible d'enlever mécaniquement du côté de l'eau, le tartre qui pourrait se déposer sur les parois des 'plaques, une couche protectrice en briques g empêchant un chauffage trop intense se trouve du coté du foyer, ce qui empêche absolument les éléments formant le tartre de s'incruster.
La fermeture antérieure de la boîte à feu est constituée par une paroi semblable en forme de double plaque h à laquelle on donne, pour permettre aux gaz de chauffage de sortir de la boîte à feu, une grande section de passage libre. La paroi antérieure en forme de plaque double h est en retrait par rapport aux extrémités antérieures des cylindres a, at sur une distance assez im- portante, la distance! qui est au moins égale à la longueur du surchauffeur. Les parois en forme de double plaque ser-
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vant de support pour les deux cylindres supérieurs et en partie de "tube de descente" pour permettre une circulation intense de l'eau.
La grille i montée dans la boîte à feu et fortement inclinée en avant se trouve par son extrémité antérieure au niveau des tambours inférieurs. La surface de grille est arrêtée en avant par une paroi réfractaire k servant également de support de la voûte 1 du foyer. Dans la cavité ménagée entre la paroi de support de la voûte et la paroi antérieure en double plaque, c'est-à-dire dans la cavité à laquelle correspond la chambre de combustion dans les grandes chaudières basse pression pour locomotives, sont montées trois rangées longitudinales supplémentaires de tubes de vaporisation très inclinés sur l'horizontale.
rangées dont deux, les deux rangées extérieures, dont les extrémités supérieures débouchent dans les tubes du ciel de la botte à feu ou dans les tubulures de communication entre ces tubes et les cylindres supérieurs, sont alimentées par les cylindres inférieurs. La rangée centrale de tubes n est alimentée par un petit tronc de cylindre o encastré par son extrémité postérieure dans la paroi antérieure en double plaque et elle envoie la vapeur qui s'y dégage au centre des tubes constituant le ciel de la botte à feu.
Comme le rayonnement n'est déjà plus très efficace dans la chambre de combustion, la vapeur produite rencontre des sec-
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tions suffisantes pour passer dans les cylindres supérieurs.
Les tubes vaporisateurs supplémentaires de la chambre de com- bustion constituent un écran entre la chambre de combustion et le surchauffeur et peuvent être nettoyés mécaniquement en partie à partir du cylindre supérieur et en partie . travers les ouvertures ménagées dans les tubes du ciel et pouvant être fermées par des coiffes à vis.
La surface de chauffe de la botte feu est calcu- lée de façon que toute la chaleur de vaporisation, augmentée d'une petite fraction de la chaleur du liquide, puisse être transmise par cette surface pour produire toute la quantité de vapeur que la locomotive doit produire. Ce résultat est obtenu par le fait que le rapport entre la surface de chauffe des parois de la boîte à feu augmentée de la 'surface de chauffe de la chambre de combustion et la surface de chauffe mouillée totale est d'environ 1 : 7. Grâce à sa grandeur la botte feu ainsi calculée produit de basses tempé- ratures dans le foyer, ce qui est très utile pour ménager les surfaces de chauffe le plus possible.
Le grand foyer et la vitesse relativement faible qui en résulte pour les gaz du foyer facilitent une bonne combustion des fines paroellea de charbon pouvant être entraînées. Au sortir de la boite teu et la chambre de combustion les gaz de chauffage en- trent dans la chambre du surchauffeur. Cette Chambre est constituée, comme le ciel de la boîte à feu et les, parois
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latéralespar les éléments tubulaires assemblés c' en U.
Ces éléments tubulaires débouchent en bas dans deux cylindres courts b", b"'encastrés dans la paroi antérieure en double plaque, ces cylindres étant un peu plus hauts et (parfois aussi un peu plus écartés) que les cylindres à eau inférieurs b, bt de la boîte à feu. Les éléments tubulaires en U de la chambre du surchauffeur sont reliés aux grands cylindres supérieurs de la même façon que les éléments tubulaires de la boite à feu. Les tubes à eau latéraux de la chambre du surohauffeur servent de tubes de descente pour la circulation de l'eau.
Deux grands tubes de descente p' qui relient les extrémités antérieures des cylindres supérieurs a, at servant de collecteurs de vapeur aux cylindres courts b", b"'ser- vent également à assurer la circulation de l'eau. Pour ren- forder encore cette circulation au besoin, les tubes à eau c' de la chambre du surchauffeur peuvent être protégés de tout chauffage par un calorifuge. A moins que des raisons de construction ne s'y opposent, les tubes de descente sont montés verticalement, c'est-à-dire suivant la ligne de jonc- tion la plus courte entre les cylindres. Les cylindres sont perforés aux endroits où ils traversent la chambre à eau des parois en double plaque, de façon à donner naissance à des sections de passage aussi grandes que possible pour lteau en circulation.
Le surchauffeur q est monté dans la chambre de
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surchauffe déjà décrite plus haut et construite sous forme d'éohangeur de chaleur à courant transversal et à tubes ver- tioaux. Il repose sur un chemin de glissement ou chemin rouleau monté dans le sens de la longueur et fixé de son côté au fond de la chambre, fond qui est suspendu aux cy- lindres courts. Le poids du surchauffeur, poids qui repose sur les cylindres courts, est transmis par une charpente aux grands cylindres servant de collecteurs de vapeur. Après enlèvement d'un couvercle qui se trouve en avant des tambours collecteurs de vapeur, le surchauffeur peut être poussé en bloc en avant dans une cavité r et retiré par le haut.
Ceci a pour effet de rendre facilement accessibles, par de grandes sections, la chambre du surchauffeur, la chambre de combustion, la boîte à feu et le réchauffeur s monté en avant et servant à réchauffer l'eau d'alimentation par les gaz de la fumée. Le surchauffeur peut être monté un peu plus en avant dans sa chambre et la partie postérieure, qui devient ainsi libre, de la chambre du surchauffeur peut comporter des tubes de surchauffe comme la chambre de combustion.
Le réchauffeur s est divisé en un certain nombre de zones baignées dans le sens de leur longueur (prises en bloc) par les gaz de chauffage circulant en contre-courant.
La zone la plus chaude du réchauffeur est montée de façon que son arête supérieure se trouve à peu près au niveau de l'a- rête supérieure de la chambre du surchauffeur. La deuxième
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zone ou zone moyenne du réchauffeur se trouve au-dessous de la premire et elle est traverséepar les gaz de chauffage en sens inverse par rapport à la première zone. La troisième zone, qui est la plus froide, est montée sous la deuxième et elle est traversée par les gaz dans le même sens que la première zone. Les tubes de la première et en partie aussi de la deuxième zone, tubes qui sont montés sur les parois latérales, sont prolongés en arrière jusque près des tubes de descente de la chambre du surchauffeur et constituent ainsi les parois latérales refroidies de la cavité r servant à loger le surchauffeur.
Au fur et à mesure du refroidissement et de la réduction de co volume des gaz de chauffage les sec- tions d'écoulement diminuent d'une zone à l'autre, la vitesse des gaz restant la même. Des raisons de construction (réparti- tion du poids) peuvent obliger à ne pas monter d'éléments tubulaires dans l'une des zones, qui sert alors uniquement à conduire les gaz. Les zones sont séparées entre elles (fig.5) par des tôles de guidage horizontales qui reposent sur les tubes longitudinaux du surohauffeur. Les extrémités des zones sont re- liées entre elles par des tôles de dérivation facilement démontables.
Les tubes t du réchauffeur, qui sont placés contre l'enveloppe extérieure ont un diamètre plus grand que celui des tubes u qui se trouvent à l'intérieur du faisceau tubulaire, de façon que les tubes se touchent par une génératrice et que le courant de gaz chaud ne aigne par
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conséquent pas l'enveloppe du réchauffeur.
Les zones du réchauffeur peuvent aussi être montées de façon que la zone la plus chaude se trouve dans la partie la plus basse et la zone la plus froide dans la partie la plus haute ou bien la deuxième et la troisième zone peuvent être constituées chacune par deux parties montées en parallèle et symétrique- ment l'une au-dessus et l'autre au-dessous de la première zone (la plus chaude), ces parties étant traversées par les gaz d'échappement dans le sens correspondant* Enfin la dispo- sition des zones peut être décalée de 90 de façon que les tôles de séparation des zones se trouvent dans les plans longitudinaux verticaux (de la locomotive). Le fraisil s'accumulant dans la chambre de combustion et dans la chambre de démontage du surchauffeur peut être éliminé au moyen d'entonnoirs a fraisil ménagés dans la maçonnerie.
Celle des parties de la chaudière qui est constituée par des oylindres, c'est-à-dire la partie de vaporisation proprement dite y compris le surchaffeur et le réchauffeur par lequel l'eau d'alimentation est réchauffée par les gaz de la fumée sont supportés par le châssis longitudinal de la locomotive, séparés les uns des autres. La fermeture antérieu- re de la chaudière est constituée confie d'habitude par une chambre à fumée hors de laquelle les. gaz d'échapement sont aspiés au moyen d'un tuyau souffleur ou d'un ventilateur et envoyée dans l'atmosphère.