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Dispositif pour générateurs de vapeur limite.
Par générateur de vapeur limite on entend un générateur dans lequel l'agent de travail passe, sans ré- ception de chaleur de vaporisation, en quelque sorte par un franchissement de limite., de l'état liquide à l'état de vapeur. Une pompe lui imprime une pression qui est au moins égale à la pression critique, tandis que sa tempé- rature est poussée au moins jusqu'à la température criti- que.
Le générateur de vapeur limite est une chaudière uniquement tubulaire, sans corps, à travers laquelle l'a- gent de travail est refoulé de manière commandée par une pompe, La chaudière est divisée en deux parties princi- pales, à savoir une partie dans laquelle la chaleur est transmise par rayonnement (partie de rayonnement) et une partie dans laquelle la chaleur est transmise par contact des gaz chauds avec les tubes de la chaudière (partie de
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contact).
Dans les constructions actuelles du générateur de vapeur limite, la zone de transformation dans laquelle l'agent de travail passe de l'état liquide à l'état de va- peur, se trouve dans la partie de rayonnement,
Or il arrive, avec des charges thermiques très élevées de la partie de rayonnement, que lorsque des per- turbations se manifestent, elles ne se produisent pas dans le domaine des températures les plus élevées, mais dans des domaines de température quelque peu plus bas, et ce, envi- ron là où se trouve la zone de transformation du liquide en vapeur, Les phénomènes qui en sont la raison n'ont pas pu être complètement élucidés jusqu'ici, mais on peut ad- mettre qu'ils résultent d'une perturbation dans la trans- mission de la chaleur.
Il a donc été nécessaire de modi- fier les constructions de générateurs de vapeur limite em- ployées jusque là, de manière à éviter les perturbations dans la zone de transformation. La solution trouvée à cet effet consiste à calculer le système de tubes de manière que la zone du passage de l'agent de travail de l'état li- quide à l'état de vapeur se trouve dans la partie de con- tact. En conséquence, la zone de transformation est sous- traite à l'influence de la chaleur rayonnante. Des essais de marche avec cette construction du générateur de vapeur limite ont montré qu'on peut ainsi supprimer les perturba- tions précédemment observées.
On n'est pas obligé de procéder à la suite de la transmission de chaleur, qui est nécessaire pour établir l'état définitif de la vapeur, dans la partie de contact, et on peut ramener le système de tubes dans la partie de rayonnement.
Le transfert de la transformation dans la partie de contact permet une autre construction du généra- teur de vapeur limite. On sait que les chaudières de pas- sage en forme de chaudières tubulaires sont très sensibles à l'eau d'alimentation impure, Il peut se former avec le temps des dép8ts qui rétrécissent la section transversale
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de passage. Les dépôts sont une suite de la concentra- tion de lessives. Il est vrai que dans de nombreux cas d'utilisation du générateur de vapeur limite, on peut disposer d'eau d'alimentation possédant le degré de pu- reté requis, mais il peut arriver dans des cas particu- liers que des impuretés passent dans l'eau d'alimenta- tion.
Tel sera par exemple le cas si le condenseur a des fuites, de sorte que l'eau réfrigérante se mélange avec le condensé, La concentration de lessive n'est pas constante sur l'ensemble de la circulation, mais augmente vers la zone de transformation. Une auto-épuration de l'eau comme dans la chaudière normale n'est pas possible car dans le générateur de vapeur limite, il n'y a pas de corps dans lesquels la lessive pourrait s'enrichir. Mais en raison du genre particulier du procédé de vapeur limi- te, on peut trouver un moyen permettant une évacuation de la lessive enrichie, et ce par intercalation d'un élar- gissement de tube dans la zone de transformation.
On pense à l'intercalation d'un petit tambour ou d'une bouteille dans le chemin de l'écoulement, tambour qui par suite de ses dimensions, faibles eu égard aux pressions élevées, peut être appelé un élargissement du tube. En général on fera fonctionner la chaudière de manière que la vapeur soit légèrement surchauffée dans l'élargissement de tube.
Si on désire alors évacuer la lessive concentrée, on abaisse, par exemple par diminution de l'amenée de com- bustible, la température des gaz dans la partie de con- tact, Il en résulte que la température de l'élargisse- ment de tube baisse elle aussi. Mais comme la pression critique du contenu des tubes est maintenue par la pompe indépendamment de la température régnante, le tuyau se remplit d'agent à la pression critique, mais au-dessous de la température critique, c'est-à-dire de liquide.
Or comme, ainsi que déjà mentionné, la conce,ntration de lessive augmente vers la zone de vaporisation, c'est juste-
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ment la lessive concentrée qui passe dans l'élargisse- ment de tube, Si on équipe cet élargissement d'un dis- positif d'évacuation, il est possible d'enlever de la chaudière la lessive concentrée, En augmentant l'amenée de chaleur le niveau thermique est de nouveau élevé, et l'élargissement de tube se trouve de nouveau derrière la zone de transformation dans le courant de vapeur. Des essais ont montré qu'on calcule de préférence l'élargis- sement de façon à ne pas dépasser une vitesse d'écoule- ment de 0,5 m/s. L'élargissement de tube est disposé de préférence de manière à être soustrait à l'action des gaz de fumée.
Comme pour obtenir dans la chaudière tubulaire un bon mélange du contenu des divers tubes parallèles, on raccorde ces tubes à des collecteurs, d'où ces tubes sont ensuite conduits plus loin, on peut, dans certaines con- ditions équiper un de ces collecteurs existants, d'un dispositif d'évacuation pour la lessive enrichie, pour autant que ce collecteur se trouve dans une zone de tem- pérature qui peut être abaissée au dessous de la tempéra- ture critique par abaissement de la température des gaz de fumée.
Le dispositif' de la présente invention diffè- re du corps de chaudière normal du fait qu'il se trouve en permanence dans le courant de vapeur, et n'est rempli qu'à certains moments de la lessive à évacuer, tandis que le corps de chaudière usuel sert en premier lieu à rece- voir des liquides.
La fig. 1 des dessins ci-joints montre un exemple d'exécution de l'invention.
Cette figure montre une chaudière, qui est chauffée par exemple au moyen d'un foyer à grille à chai- ne sans fin 1 et qui contient une chambre de combustion 2 et deux chambres de gaz de fumée 3a et 3b. Les flam- :les engendrées sur la grille à chaîne :1 montent tout d'abord dans la chambre de combustion 2, et après une
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déviation à l'extrémité supérieure de la chambre do combus- tion, les gaz de fumée descendent ensuite à travers la chambre 3a, pour monter, après déviation à l'extrémité in- férieure de la chambre 3a à travers la chambre 3b, en étant aspirés par la soufflerie 4 qui les transporte à la cheminée 5.
On a logé dans les chambres 2, 3a et 3b des serpentins 6, 7, 8, 9, 10 et 11, à travers lesquels l'agent de travail est refoulé successivement au moyen d'une pompe 12, en flux continu et avec un échauffement continûment croissant. La vapeur engendrée est conduite par un tuyau 13 aux consommateurs. Comme les serpentins 9 et 10 sont directement baignés par les flammes de la grille, le chauffage de ces serpentins se fait principale- ment par rayonnement, tandis que les serpentins 6, 7, 9 et 11, situés dans les chambres 3a et 3b sont chauffés par contact avec les gaz de fumée chauds, lorsque la chaudière est en marche, l'agent de travail que la pompe refoule suc- cessivement à travers les serpentins 6, 7,8, 9, 10 et 11 reste liquide tant qu'il n'a pas encore adopté la tempéra- ture critique attribuée à la pression critique.
Dès que cette température est atteinte, le liquide passe à l'état de vapeur. Cette zone dans laquelle s'effectue le passage du liquide à l'état de vapeur, se trouve d'après l'inven- tion environ dans la partie de tube indiquée par l'accola- de et le chiffre de référence 14. Le dessin montre en ou- tre que derrière cette zone de transformation 14, en direc- tion d'écoulement de l'agent de travail, on a prévu un élargissement tubulaire 15. Tant que la chaudière est en marche normale, la zone de transformation 14 se trouve dans la chambre 3a chauffée par les gaz de fumée et dans le sens d'écoulement devant l'élargissement 15.
Pour pouvoir pro- céder au débouage de la chaudière d'après la présente in- vention, il suffit de modifier à l'aide des deux régula- teurs 16 et 17 le nombre de tours des deux moteurs 18 et 19 de manière que les températures des gaz de fumée
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baissent jusqu'à ce que du liquide apparaisse dans l'élar- gissement 15. Le liquide qui passe alors dans cetélar- gissement 15 est, ainsi que déjà expliqué, particulièrement riche en sels, Il peut être vidangé à l'aide du tuyau 20 et de la soupape 21. Lorsqu'on a enlevé de cette manière la lessive concentrée de la chaudière, on déplace par sim- ple intensification du chauffage la zone de transformation de façon qu'elle se trouve de nouveau devant l'élargisse- ment de tube dans la chambre 3a.
La fig. 1 montre en ou- tre comment les tuyaux continuent derrière l'élargissement de tube, ou zone de débouage. Ainsi que représenté on peut ramener les tubes dans la chambre de rayonnement 2, où est alors amenée la chaleur nécessaire pour la surchauffe de la vapeur coulant dans les tubes.
Dans le dessin, l'invention est représentée dans son application à une chaudière qui ne comporte qu'une seule suite de tubes, mais rien ne s'oppose à employer l'invention dans des chaudières comportant plusieurs suites de tubes parallèles.
On a décrit ci-dessus que le débouage de la chau- dière peut être effectué après diminution préalable du chauffage de la chaudière, Mais il existe un second moyen de procéder au débouage, et ce, du fait qu'au lieu de dimi- nuer le chauffage de la chaudière, on augmente la quantité d'agent de travail amené. Dans ce cas aussi. il se produit un déplacement de la zone de transformation dans la direc- tion d'écoulement de l'agent de travail.
Ce fait est uti- lisé d'après l'invention en raccordant dans une chaudière comportant plusieurs suites de tubes montées en parallèle, un tuyau de débouage chaque fois derrière la zone de trans- formation, et en déplaçant, par augmentation de la quantité de passage dans la suite à débouer, la zone de transforma- tion au point qu'au point de raccordement du tuyau de dé- bouage, il se trouve'non plus de la vapeur, mais du liquide, de sorte que la lessive enrichie peut tre évacuée
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par le tuyau de débouage en question.
De plus, on prévoit d'après 1?invention, derrière le point de branchement du tuyau de débouage un dispositif qui agit de même façon qu'une soupe de retenue et empêche l'agent de travail de couler, pendant le processus de débouage, en arrière d'au- tres tubes qui ne sont pas à débouer.
Les processus qui ont lieu lors du débouage se- ront décrits dans ce qui va suivre en se reportant aux fig.
2 à 5 des dessins ci-joints. On voit que la surface de chauffe de la chaudière n'est constituée que par des tubes.
Ces tubes sont logés en partie dans une chambre de combus- tion 51 en partie dans les carneaux de gaz de fumée 52 et 53, de sorte qu'ils sont chauffés en partie par rayonne- ment,en partie par contact. La chaudière est chauffée par exemple au moyen d'un foyer à grille à chaine 54. Les gaz de fumée dégagés de la flamme sont d'abord déviés dans la partie supérieure de la chambre 51 et passent dans la chambre 52, d'où après une nouvelle déviation dans le bas de cette chambre ils s'élèvent dans la deuxième cham- bre de gaz de fumée 53 et la quittent dans le haut. L'a- gent de travail est refoulé à travers les tubes par exem- ple au moyen d'une pompe 55 qui est actionnée d'un moteur électrique réglable 56. On a représenté sur le dessin, à titre d'exemple, trois suites parallèles de tubes.
On voit que l'agent de travail suit le chemin suivant : En arrivant de la conduite principale 57 il est réparti tout d'abord par la bouteille collectrice 58 sur trois suites de tubes parallèles, situées dans la chambre à gaz de fumée 53. Il est ensuite mélangé à plusieurs reprises dans des bouteil- les collectrices et est de nouveau distribué sur de nou- velles suites de tubes. Il passe ainsi par les bouteilles collectrices 59 à 69.
La surface de chauffe doit être calculée de manière que la zone dans laquelle s'effectue la transformation du liquide en vapeur se trouve'environ pu point caractérisé les accolades et lessignes de
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référence 70, 71 et 72. Devant la bouteille 65, qui dans le sens d'écoulement de l'agent de travail, se trouve derrière la zone de transformation, on a intercalé dans chaque suite de tubes un étranglement de retenue 73, 74,75,
La disposition de ces étranglements et leur forme sont re- présentées distinctement sur la fig. 3. Par étranglement de retenue on entend un ajutage qui est disposé dans le chemin d'écoulement de manière que l'agent de travail en marche normale, encre dans la partie la plus étroite de l'ajutage et en sort par la section transversale la plus large.
La transformation de pression en vitesse, trans- formation qui a lieu au point le plus étroit de l'ajutage, est dans cette disposition de nouveau annulée par la par- tie divergente agissant dans le genre d'un diffuseur. En fonctionnement normal de la chaudière l'ajutage ainsi dis- posé ne provoquerait donc qu'une perte de pression prati- quement insignifiante. Mais tel n'est pas le cas si la direction d'écoulement s'inverse, c'est-à-dire si l'agent de travail pénètre dans l'ajutage au point de section transversale maximum et en sort au point de section trans- versale minimum, En pareil cas, la section trans- /versale la plus étroite n'est pas suivie par une partie agissant comme diffuseur, de sorte que dans cette direc- tion l'ajutage comporte une forte action d'étranglement.
Ce fait sera utilisé ainsi que décrit dans la suite.
Le dessin permet également de se rendre compte qu'on a raccordé à chacune des suites de tubes 76, 77 et 78, un tuyau de débouage 79, 80 et 81, en un point situé entre la zone de transformation et l'ajutage de retenue.
On a prévu à la fin de ces tuyau,x de débouage des disques d'étranglement 82, 83 et 84 et odes soupapes de fermeture 85, 86 et 87.
S'il faut par exemple d.ébouer la suite de tubes 76 de la chaudière, on procède de la manière suivante : Il faut tout d'abord déplacer' la zone de transformation 70, dans laquelle le passage de l'état liquide à l'état
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de vapeur a lieu, de manière que le liquide à teneur de boues ou de sels arrive au moins à l'endroit où le tuyau de débouage correspondant 79 est raccordé, Dans le pré- sent cas le déplacement de la zone de transformation doit être réalisé par augmentation de la quantité d'agent de travail qui passe par la suite de tubes en question.
Si pour simplifier on a recours à un exemple en chiffres et si on suppose que pour déplacer la zone de transformation
70 dans la suite de tubes 76, une quantité double d'é- coulement à travers cette suite soit nécessaire, il faut pour trois suites parallèles augmenter le débit de la pompe environ à la quantité 4/5 Qo Conjointement à l'augmenta- tion du débit de la pompe, on ouvre la soupape 85 pour évacuer la lessive. Si dans ce processus la quantité de vapeur engendrée doit rester constante, il faudra ouvrir la soupape 85 juste au point qull/3 Q puisse s écouler par le tuyau de débouage.
Pour accorder réciproquement les conditions, on propose d'après l'invention, de placer devant la soupape 85 un disque d'étranglement 82 qui, mê- me avec la soupppe 85 complètement ouverte limite automa- tiquement à Q/3 la quantité d'écoulement, pour une pression de pompe déterminée à l'avance. La fig. 4 montre à échelle plus grande ce point d'étranglement. Lorsqu'on a enlevé de cette manière une quantité de liquide suffisante de la suite 76, on ferme la soupape 85 et on ouvre en même temps l'une des soupapes 86 et 87, ou si le processus de débouage des suites 77 et 78 a déjà eu lieu, on réduit de nouveau le dé- bit de la pompe à la quantité normale Q. On se rend mainte- nant compte de l'importance des ajutages d'étranglement de retenue 73, 74 et 75.
Si ces ajutages n'étaient pas prévus, une certaine quantité d'agent de travail reviendrait de la bouteille collectrice 65 pendant le débouage. Comme ainsi que décrit ci-dessus l'ajutage ou étranglement de retenue est monté de façon à empêcher dans une grande mesure un écoulement en arrière, les tubes suivant la bouteille col-
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lectrice 65 sont alimentés pratiquement de la môme quan- tité d'agent de travail pendant le débouage qu'on service normal.
La fig. 5 montre que la lessive évacuée lors du débouage peut être recueillie dans un récipient clos, d'où les vapeurs ou la vapeur engendrée par un chauffage additionnel lors de l'évaporation ou concentration do la lessive, peut être encore utilement conduit à un consom- mateur de basse pression.
REVENDICATIONS : -
1.- Générateur de vapeur à surface de chauffe constitué par des tubes, logés en partie dans la chambre de combustion (surface de chauffe par rayonnement), en partie dans un ou plusieurs carneaux disposés à la suite (surface de chauffe par contact),et à pompe qui refoule l'agent de travail, à la pression au moins critique, en flux constant et avec chauffage continûment croissant, à travers les tubes dans la partie de rayonnement et la partie de contact, caractérisé en ce que les tubes sont calculés et disposés de manière que la zone de la transformation de l'agent de travail de l'état liquide à l'état de vapeur, se trouve dans la partie de contact.
2.- Générateur d'après 1 , caractérisé en ce qu'une partie au moins des tubes situés en direction d'écoulement de l'agent de travail derrière la zone de transformation,.est ramenée dans l'espace de rayonnement.
3,- Générateur d'après 1 , caractérisé en ce qu'un élargissement de tube, situé par rapport à la direction d'écoulement de l'agent de travail, errière la zone de transformation, est pourvu d'un dispositif d'évacuation.
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