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Perfectionnements aux surchauffeurs
La présente invention concerne les surchauffeurs et se rapporte particulièrement à un surchauffeur ayant son propre chauffage et une chambre de combustion.
Un de ses buts consiste à réaliser une installation de surchauffage susceptible de porter à une température éle- vée la vapeur qui y est admise.
Elle a en outre pour but de disposer les éléments d'un surchauffeur, de manière que celui-ci puisse supporter sans dégats les températures élevées auxquelles il est exposé.
Un autre but encore consiste à munir certains éléments du surchauffeur d'organes de support, susceptibles d'en empêcher la déformation.en service.
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La description ci-dessous, et les dessins annexés, feront clairement apparaître ces buts. et d'autres encore, aux spécialistes de cette branche. Sur ces dessins :
Fig. 1 est une coupe verticale du dispositif con- forme à la présente invention,
Fig. 2 est une coupe analogue d'une partie du dis- positif conforme à l'invention à plus grande échelle,
Fig. 3 est une vue de côté d'un détail,
Fig. 4 est une coupe prise perpendiculairement à la Fig. 3, suivant la ligne 4-4,
Fig. 5 est une coupe partielle d'un détail de l'in- vention, suivant la ligne 5-5 de la Fig' 1.
La forme de réalisation représentée sur ces dessins, à titre d'exemple non limitatif, comprend une chambre de com- bustion 1 dont le c5té et le fond sont revêtus de matière réfractaire 2 fixée à des tubes 3, reliés à des collecteurs
4,44 et supportés par ceux-ci, de manière à former une sec- tion de surchauffeur. exposée à la chaleur rayonnant de la chambre de combustion. Les collecteurs 4,44 situés dans la partie supérieure du corps principal de la paroi 5 de la chambre de combustion 1 au point de jonction de cette der- nière avec le carneau 11, sont protégés par les parois ré- fractaires 12 de ce dernier contre les gaz de combustion chauds, présents dans la chambre 1.
Les poutrelles horizon- tales 9 de la charpente 10 portent les collecteurs par l'intermédiaire de barres 6, traversant des supports isolants. ils carneau 11, montant verticalement de la chambre de combus- tion, est revêtu de matière réfractaire 12.
Un surchauffeur 17, logé dans la partie supérieure du carneau 11 de manière à être en contact avec les gaz @
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chauds s'élevant dans celui-ci,comporte un collecteur 13 suspendu par des supports appropriés 14 à une poutrelle horizontale 15 de la charpente 10, à proximité du sommet du carneau. Les tubes 18 de ce surchauffeur s'étendant à travers la partie supérieure du carneau 11 sont reliés à un collecteur 19 de manière à mettre ce dernier en communica- tion avec le collecteur 13. Le collecteur inférieur 19 est mis en communication par une conduite 20 avec un collecteur 21, dans lequel débouchent les extrémités des tubes d'une section de surchauffeur 22, située immédiatement au-dessus de la chambre de combustion et sous les tubes 18 de la sec- tion de surchauffeur déjà citée.
Les tubes de la section de surchauffeur 22 mettant le collecteur 21 en communication avec les collecteurs 23 logés dans la paroi 12, sont exposés aux températures excessivement élevées des gaz de la chambre de combustion et on peut, afin de les préserver, les faire en un alliage spécialement résitant à la chaleur. Les extré- mités d'admission des tubes constituant un élément de sur- chauffeur 24 sont également reliées aux collecteurs 23, ces tubes s'étendant à travers le carneau 11 en une ou plusieurs boucles avant d'être reliés à un collecteur 25. Un conduit de communication convenable 26 relie entre eux les collecteurs 25 et 4.
Ainsi que la Fig. 2 le montre plus en détail les tubes 3 sont reliés et suspendus aux collecteurs 4,44. Un dis- positif de centrage 30, décrit en détail ci-anrès, est fixé aux tubes 3 et à l'élément 10 de la charpente comme c'est indiqué en 31,32 respectivement. Afin de faire face aux con- tractions ou dilatations inégales qui pourraient survenir pendant le service du surchauffeur, on donne aux tubes 3 une longueur telle, et à la paroi 5 de la chambre de combustion
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des dimensions telles qu'il subsiste un espace adequat 27 entre ces tubes et cette paroi.
Le dispositif de centrage 30, représenté en détail sur les figures 5,4, est fixé au bâti 10 à l'extrémité supé- rieure d'une tige 35, Cette tige 35 comporte à son extrémité inférieure une pièce 36, contenue dans une douille renversée
37, un ressort 38 intercalé entre le fond de cette douille
37 et la pièce 36 coopérant avec cette dernière. Une barre horizontale 39, reliée à la douille 37 par l'intermédiaire de biellettes 40 traverse des fentes pratiquées dans des pièces 41, en forme de douilles, réparties le long de cette barre. Des pièces isolantes 42, logées dans les douilles 41, portent des barres horizontales 43 par l'intermédiaire de tringles 45. On peut fixer les tubes 3 aux barres 43 de toute manière convenable, de préférence par soudage.
En em- pêchant tout contact thermique entre les parties métalliques des dispositifs de centrage exposées aux hautes températures de la chambre de combustion et celles reliées à la charpente métallique, les pièces isolantes contrecarrent toute disper- sion inutile de chaleur de la chambre de combustion et pré- servent le bâti d'un surchauffage éventuel.
La Fig. 5 représente plus en détail des tubes de . -e foyer 3, dont les faces dirigées vers la chambre de combustion sont protégées par une matière réfractaire 2 qu'on peut appliquer sur les tubes soit à l'état plastique, soit sous forme de briques cimentées auxtubes. Une couche isolante postérieure est maintenue en place derrière les tubes par des plaques métalliques 47. On voit également sur cette figures l'espace subsistant entre les -tubes et leur revête- ment, d'une part, et la paroi principale 5 du foyer, d'autre
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part, permettant à ces éléments de se contracter et se dila- ter par rapport l'un à l'autre.
Lorsque l'installation est en service, on amène la vapeur à surchauffer (la vapeur d'eau, par exemple) d'une source extérieure, et on l'admet dans le collecteur 13. La vapeur circule dans les tubes de surchauffage 18 dans un sens généralement opposé à celui de la circulation des gaz chauds de combustion, lesquels viennent lécher ces tubes et cèdent leur chaleur à la vapeur. La vapeur partiellement surchauffée passe alors par le collecteur de sortie 19 et la conduite de communication 20, vers le collecteur d'admission 21 de la section intermédiaire 22 du surchauffeur. La vapeur traverse cette section 22 vers les collecteurs 23 et passe ensuite par l'élément 24 vers le collecteur de sortie 25.
Lors de son passage vers le collecteur de sortie 25 par les éléments 22, 24 de la section intermédiaire, la vapeur circule dans un sens qui, d'une manière générale, est parallèle à celui de l'écoulement des gaz de combustion chauds. La vapeur sort du collecteur 25, s'écoule vers le collecteur 4 par la condui- te de communication 26, et passe ensuite à travers les tubes de surchauffe 3, vers les collecteurs de sortie 44 qui la dirigent par la tubulure 45 vers une installation extérieure, destinée à la convertir en énergie ou à Putilliser de toute autre manière.
Les tubes suspendus 3, supportant un poids considé- rable de revêtement réfractaire 2 et de matière isolante 46, 47, et chauffés en service à des températures suffisamment élevées pour les amollir quelque peu, tendent à se déformer à moins qu'on ne prenne des mesures pour les en empêcher. L'or- gane de centrage 30 maintient ces tubes surchauffeurs à la
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forme voulue et empêche qu'ils ne soient déformés par les températures élevées régnant dans la chambre de combustion en service normal. Cet organe de centrage n'affecte pas les dilatations et contractions normales, dues aux changements de température.
Les tubes 22, 24 de la section intermédiaire du surchauffeur étant exposés, surtout à la partie inférieure de celui-ci, aux températures très élevées des gaz de la cham- bre de combustion, ainsi qu'à la chaleur rayonnante de cette chambre, on introduit la vapeur surchauffée dans la partie inférieure de cette section, et on la fait passer par les tubes, dans une direction parallèle à celle des gaz de com- bustion. La vapeur passe donc à sa température la plus basse par les tubes du surchauffeur intermédiaire 'léchés par les gaz de combustion les plus chauds, ce qui préserve ces tubes d'un échauffement excessif et de dégats éventuels.
Pour empêcher les brûlures aux tubes exposés aux gaz de combustion ayant des températures excessivement élevées, on peut, en plus des précautions dont il vient d'être ques- tion, donner aux tubes destinés à conduire la. vapeur surchauf- fée des sections transversales telles qu'elle circule à sa plus grande vitesse dans les parties exposées aux gaz de com- bustion les plus chauds. De cette manière, on peut modérer la température des éléments ou des tubes et empêcher qu'ils ne soient brûlés.
Dans certaines conditions, un faisceau de tubes con- tenant de la vapeur surchauffée tend à atteindre des tempéra- tures excessives et destructives bien que n'étant pas exposé aux gaz de combustion à leur température maximum, et l'inven- tion a également pour but de dimensionner en section transver-
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sale les tubes par lesquels cette vapeur circule, de manière qu'elle s'écoule à grande vitesse par ces faisceaux quelles que soient les conditions, déterminées par la construction de l'appareil dans lequel les éléments d'échange thermique tendent à atteindre des températures destructives.
Quoiqu'on n'ait décrit l'invention en détail que dans une seule de ses formes de réalisation, il est clair qu'on pourrait y apporter des modifications, des substitutions, des additions ou des suppressions, sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS -------------------------
1. Surchauffeur ayant son propre chauffage, carac- térisé en ce que sa partie exposée à la chaleur rayonnante du foyer est formée de tubes cintrés en U suspendus à des collecteurs disposés à la partie supérieure de la chambre de combustion, ces tubes cintrés en U constituant les parois latérales et le fond de la chambre de combustion.
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Improvements to superheaters
The present invention relates to superheaters and particularly relates to a superheater having its own heater and a combustion chamber.
One of its aims is to provide a superheating installation capable of raising the steam admitted therein to a high temperature.
It also aims to arrange the elements of a superheater, so that the latter can withstand the high temperatures to which it is exposed without damage.
Yet another object consists in providing certain elements of the superheater with support members capable of preventing deformation thereof in service.
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The description below, and the accompanying drawings, will clearly show these objects. and others still, to specialists in this branch. On these drawings:
Fig. 1 is a vertical section of the device according to the present invention,
Fig. 2 is a similar section of part of the device according to the invention on a larger scale,
Fig. 3 is a side view of a detail,
Fig. 4 is a section taken perpendicular to FIG. 3, following line 4-4,
Fig. 5 is a partial sectional view of a detail of the invention, taken on line 5-5 of FIG. 1.
The embodiment shown in these drawings, by way of nonlimiting example, comprises a combustion chamber 1 whose side and bottom are coated with refractory material 2 fixed to tubes 3, connected to manifolds.
4,44 and supported by them, so as to form a superheater section. exposed to heat radiating from the combustion chamber. The collectors 4,44 located in the upper part of the main body of the wall 5 of the combustion chamber 1 at the junction of the latter with the flue 11, are protected by the refractory walls 12 of the latter against the hot combustion gases present in chamber 1.
The horizontal beams 9 of the frame 10 carry the collectors by means of bars 6, passing through insulating supports. they flue 11, rising vertically from the combustion chamber, is lined with refractory material 12.
A superheater 17, housed in the upper part of the flue 11 so as to be in contact with the gases @
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hot rising therein, comprises a collector 13 suspended by suitable supports 14 to a horizontal beam 15 of the frame 10, near the top of the flue. The tubes 18 of this superheater extending through the upper part of the flue 11 are connected to a manifold 19 so as to put the latter in communication with the manifold 13. The lower manifold 19 is placed in communication by a pipe 20. with a manifold 21, into which emerge the ends of the tubes of a superheater section 22, located immediately above the combustion chamber and under the tubes 18 of the aforementioned superheater section.
The tubes of the superheater section 22 putting the manifold 21 in communication with the manifolds 23 housed in the wall 12 are exposed to the excessively high temperatures of the gases of the combustion chamber and can, in order to preserve them, be made into one. specially heat resistant alloy. The inlet ends of the tubes constituting a superheater element 24 are also connected to the manifolds 23, these tubes extending through the flue 11 in one or more loops before being connected to a manifold 25. A suitable communication conduit 26 connects the collectors 25 and 4 to one another.
As in Fig. 2 shows in more detail the tubes 3 are connected and suspended from the collectors 4.44. A centering device 30, described in detail hereinafter, is fixed to the tubes 3 and to the element 10 of the frame as indicated at 31,32 respectively. In order to cope with the contractions or unequal expansions which could occur during operation of the superheater, the tubes 3 are given such a length, and the wall 5 of the combustion chamber
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dimensions such that there remains an adequate space 27 between these tubes and this wall.
The centering device 30, shown in detail in FIGS. 5, 4, is fixed to the frame 10 at the upper end of a rod 35. This rod 35 comprises at its lower end a part 36, contained in a socket. overthrown
37, a spring 38 interposed between the bottom of this sleeve
37 and the piece 36 cooperating with the latter. A horizontal bar 39, connected to the bush 37 by means of rods 40 passes through slots made in parts 41, in the form of bushes, distributed along this bar. Insulating pieces 42, housed in the sockets 41, carry horizontal bars 43 by means of rods 45. The tubes 3 can be fixed to the bars 43 in any suitable manner, preferably by welding.
By preventing any thermal contact between the metal parts of the centering devices exposed to the high temperatures of the combustion chamber and those connected to the metal frame, the insulating parts counteract any unnecessary dispersion of heat from the combustion chamber and pre - serve the frame for possible overheating.
Fig. 5 shows in more detail tubes of. -e hearth 3, the faces of which facing the combustion chamber are protected by a refractory material 2 which can be applied to the tubes either in the plastic state or in the form of bricks cemented with the tubes. A posterior insulating layer is held in place behind the tubes by metal plates 47. This figures also shows the space remaining between the tubes and their coating, on the one hand, and the main wall 5 of the hearth, else
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apart, allowing these elements to contract and expand relative to each other.
When the installation is in service, the steam is brought to superheat (water vapor, for example) from an external source, and it is admitted into the manifold 13. The steam circulates in the superheating tubes 18 in a direction generally opposite to that of the circulation of the hot combustion gases, which lick these tubes and give up their heat to the steam. The partially superheated steam then passes through the outlet manifold 19 and the communication line 20, to the inlet manifold 21 of the intermediate section 22 of the superheater. Steam passes through this section 22 to the manifolds 23 and then passes through the element 24 to the outlet manifold 25.
On its passage to the outlet manifold 25 through the elements 22, 24 of the intermediate section, the vapor flows in a direction which, in general, is parallel to that of the flow of the hot combustion gases. The steam leaves the manifold 25, flows to the manifold 4 through the communication pipe 26, and then passes through the overheating tubes 3, to the outlet manifolds 44 which direct it through the pipe 45 to an installation. exterior, intended to convert it into energy or putillize in any other way.
Suspended tubes 3, supporting a considerable weight of refractory lining 2 and insulating material 46, 47, and heated in service to temperatures high enough to soften them somewhat, tend to deform unless taken into account. measures to prevent them. The centering member 30 maintains these superheater tubes at the
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desired shape and prevents them from being deformed by high temperatures in the combustion chamber during normal service. This centering member does not affect normal expansions and contractions, due to temperature changes.
The tubes 22, 24 of the intermediate section of the superheater being exposed, especially at the lower part of the latter, to the very high temperatures of the gases from the combustion chamber, as well as to the radiant heat of this chamber, one the superheated steam is introduced into the lower part of this section, and it is passed through the tubes, in a direction parallel to that of the combustion gases. The steam therefore passes at its lowest temperature through the tubes of the intermediate superheater 'licked by the hottest combustion gases, which protects these tubes from excessive heating and possible damage.
In order to prevent burns to tubes exposed to combustion gases having excessively high temperatures, it is possible, in addition to the precautions just mentioned, to give to tubes intended to conduct the. superheated vapor from the cross sections such that it circulates at its greatest speed through the parts exposed to the hottest combustion gases. In this way, it is possible to moderate the temperature of the elements or tubes and prevent them from being burnt.
Under certain conditions, a tube bundle containing superheated steam tends to reach excessive and destructive temperatures although not exposed to the combustion gases at their maximum temperature, and the invention also has for purpose of dimensioning in cross section
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dirty the tubes through which this vapor circulates, so that it flows at high speed through these bundles whatever the conditions, determined by the construction of the apparatus in which the heat exchange elements tend to reach temperatures destructive.
Although the invention has only been described in detail in one of its embodiments, it is clear that modifications, substitutions, additions or deletions could be made thereto without departing from its scope.
CLAIMS -------------------------
1. Superheater having its own heating, charac- terized in that its part exposed to the radiant heat of the hearth is formed of U-shaped bent tubes suspended from collectors placed at the upper part of the combustion chamber, these U-bent tubes constituting the side walls and the bottom of the combustion chamber.