<Desc/Clms Page number 1>
Générateur de vapeur à haute pression sans circuit de li- quide.
La présente invention est relative à un générateur de vapeur sans circuit de liquide et consiste en ce que le fluide, comprimé par un dispositif d'alimentation à une pression inférieure à la pression celtique, est amené à un tuyau continu dont la surface de chauffe est au moins 24000 fois la surface de la section d u tube, le fluide étant amené progressivement à la pression d'utili- sation pendant qu'il s'écoule jusqu'à la fin du tuyautage en évitant des chutes de pression brusques, sous forme de mélange intime de liquide et de vapeur, à une vitesse su- périeure à la vitesse de montée des bulles de vapeur.Le tuyau continu peut être fait de façon à ne pas présenter d'élargissements ou de rétrécissements de la section,
dus
<Desc/Clms Page number 2>
à des tambours ou des organes d'étanglement,de l'entrée au fluideà une extrémité du tuyau à la so rtie de la vapeur surchauffée à l'autre extrémité. L'augmentation du chauf- fage, devenue nécessaire par suite de l'augmentation de la quantité de fluide due à la plus grande vitesse,
peut être obtenue par le chauffage sous pression plus élevée du fluide et l'augmentation ainsi possible de la vitesse d'é coulement de l'agent de chauffage est utilisée pour égaliser le chauffage*
On a déjà proposé de faire des générateurs de vapeur dans lesquels le fluide est comprimé par le dis- positif d'alimentation à une pression supérieure à la pression critique et amené àléétat de vapeur à une pression supérieure à la pression critique, puis est détendu, avec une chute de pression rapide, dans la partie surchauffeur de la pression critique à la pression d'utilisation.
On connaît également des générateurs de vapeur dans lesquels le fluide, comprimé à une pression inférieure à la pression critique, est amené parun tuyau continu, avec une vitesse faible*
Le générateur de vapeur, selon l'invention, est basé sur ces chaudières et a pour but d'éviter leurs in convénients
Dans les générateurs de vapeur avec vaporisation du fluide à une pression supérieure à la pression critique, on a l'inconvénient qu'il faut consommer une grande puissance pour actionner le dispositif d'alimentation et, qu'en outre, la vitesse d'écoulement du fluide, du fait de la grande chute de pression, augmente tellement qu'elle provoque une usure mécanique prématurée des parois des tu- bes balayées par le fluide*
Les générateurs de vapeur utilisés jusqu'ici, avec système tubulaire continu,
présentent l'inconvénient
<Desc/Clms Page number 3>
que leur système tubulaire est si courque l'on a une vitesse trop faible et qu'il n'y a pas de mélange intime d'eau et de vapeur. Les bulles de vapeur restent adhérantes aux patois du tube et occasionnent des surchauffes locales qui conduisent finalement à des corrosions de la matière.
Si dans les modes de réalisation connus des générateurs de vapeur tubulaires, on a des élargissements ou des rétrécissements de sections dus à des tambours ou à des organes d'étranglement intercalés dans le tuyautage ces modifications de sections nui sent à l'écoulement du fluide tel qu'il doit avoir lieu avec l'objet de la présente invention. Les tambours constituent des endroits qui donnent au fluide une vitesse si faible, par rapport à la vitesse normale, que des bulles de vapeur restent adhérentes sur les parois du tambour, ce qui entraîne, non seulement des surchauffes locales, mais encore des phénomènes de disso- ciation et de corrosion.
Inversement, les endroits où se trouvent des étranglements intercalés dans le système tubulaire, occa- sionnent des troubles dans l'écoulement du fluide, celui-ci se trouvant endigué en amont des étranglements et ensuite, soumis à des accélérations élevées aux points d'étran- glement eux-mêmes. Aux points d'endiguement, on a les mémes dangers de surchauffe locale comme dans le cas de l'in- tercalation de tambours. les vitesses élevées qui se produi- sant en aval des points d'endiguement, du fait des grandes accélérations, peuvent provoquer des usures mécaniques et sont en mesure de détériorer lesparois en combinaison avec les influences de nature chimique.
On évite les inconvénients des chaudières indiqués ci-dessus, grce à la façon dont les choses se passent progressivement, c'est-à-dire presque uniformément, dans les générateurs de vapeur selon l'invention. La pression
<Desc/Clms Page number 4>
d'alimentation est augmentée dans une mesure telle, et le tuyau continu estprolongé si fbrtement par rapport à la dimension courante que la vitesse d'écoulement lui en résulte, provique un mélange Intime de vapeur et de liquide dans le tuyau. La vitesse d'écoulement et la chute de pression ne sont jamais suffisamment poussées pour qu'il se produise une vitesse pouvant user mécaniquement les parois du tuyautage.
Avec ungénérateur de vapeur selon l'invention, en supposant une charge moyenne et in diamètre de tube utile d'environ 30 mm, on a un tuyau continu de quelques centaines de mètres de longueur* Avec de grandes instal- lations, la longueur monte jusqu'à mille mètres et plus Le rapport entre la surface de chauffe des tubes et la section transversale des tubes s'élève déjà pour une petite puissance à au moins 24.000.
La courbe de la pression du générateur de vapeur selon l'invention a été indiquée sur le schme du dessin (courbe 1 A titre de comparan, on a indiqué 1 courbes 2 et 3) les courbes de pression que l'on a avec les gé- nérateurs.de vapeur à haute pression connus, indiqués plus haut.
Ona porté en abscisse lalongueur L du tuyau en mètres et en ordonnées la valeur de la pression D en Kg/cm2. PQur les trois générateurs, on a admis semsible ment la même puissance et unepression d'utilisation d'en- viron 100 atmosphères. pans le générateur de vapeur de la courbe 2, l'eau est comprimée à une pression de 225 atm. supérieure à la preion critique et avec cette pression, pendant la première partie de la courbe qui est sensible- ment horizontale, elle est chauffée à la température critique et au-dessus.
En dépassant la tempé ratu re critique, l'eau passe immédiatement à l'état gazux La vapeur a l'état gazeux est alors,comme le montre la courbe 2 qui
<Desc/Clms Page number 5>
descend bruquement, détendue à une pression qui se trouve entre la pression critique et la pression d'utilisation, après quoi il se produit dans le surchauffeur, conformément à l'allure ultérieure de la courbe, avec une forte chute de pression, une détente à la pression d'utilisation.
Avec une capacité de vaporisation plus grande, il est possible que la vitesse s'élève si rortement dans le surchauffeur que la chute de pression du filuide se fasse déjà dans le surchauffeur suivant la ligne en traits pointillés 2a en évitant la chute de pression rapide suivant la courbe 2
Avec un générateur de vapeur suivant la courbe 3, le fluide n'est que faiblement comprimé au-dessus de la pression :
l'utilisation et il est ensuite amené dans un tuyautage relativement court, avec une très faible chute de pression et une faible vitesse d'écoulement, jusqu'à l'extrémité du tube,
Dans le générateur de vapeur suivant l'invention ( courbe 1), la chute de pression a une allure telle que le fluide prend une vitesse plus grande que la vitesse de montée des bulles de vapeur, et la vapeur produite forme avec l'eau, un mélange si intime qu'il ne peut absolument pas se produire de grosses bulles devapeur. A la place d'eau, on peut naturel- lement utiliser dàutres substances, comme fluide de travail.
La longueur du tuyau peut être composée de plusieurs tubes qui sont accouplés à un seul tuyau continu.
Une autre caractéristique de l'invention consisté en ce que l'on évite toute interruption dans le tuyau, due à des organes d'étranglement ou des tambours, de façon à éviter des difficultés provenant des endiguements.
-'Dans le générateur de vapeur selon l'invention, il se produit une augmentation de la vitesse du fluide, de sorte que les quantités de fluide passant dans le tuyau se trouvent également augmentées. De cette façon, il est possible que la chaleur transmise par la paroi du tube au fluide ne suffise
<Desc/Clms Page number 6>
plus pour atteindre la température de surchauffe nécessaire* La chute :le température pourrait même être si forte que la quantite de chaleur à transmettre au fluide, augmente,, Il pourrait se faire que les températures s'élèvent à l'extérieur du tuyau, suffisamment pour que l'on ait à craindre des tensions d'origine thermique , élevées du côté des gaz de chauffage.
Selon une forme particulière de réalisation dé l'invention on peut, en augmentant la pression de combustion et grâce à l'augmentation ainsi rendue possible de la vitesse d'écoulement, augmenter la transmission de chaleur des gaz de chauffage aux surfaces Chauffantes, ce qui accélère le passage de la chaleur de l'agent de chauffage au fluide, sans que la chute de température se trouve augmentée de façon inadmissible.
<Desc / Clms Page number 1>
High pressure steam generator without liquid circuit.
The present invention relates to a steam generator without a liquid circuit and consists in that the fluid, compressed by a supply device to a pressure below Celtic pressure, is brought to a continuous pipe, the heating surface of which is at least 24,000 times the area of the section of the tube, the fluid being gradually brought to the working pressure as it flows to the end of the piping avoiding sudden pressure drops, in the form of intimate mixture of liquid and vapor, at a speed greater than the speed of rise of the vapor bubbles. The continuous pipe can be made so as not to present any widening or narrowing of the section,
due
<Desc / Clms Page number 2>
to drums or throttling members, from the fluid inlet at one end of the pipe to the superheated steam outlet at the other end. The increase in heating, which has become necessary as a result of the increase in the quantity of fluid due to the higher speed,
can be achieved by heating the fluid under higher pressure and thus possible increase in the flow rate of the heating medium is used to equalize the heating *
It has already been proposed to make steam generators in which the fluid is compressed by the supply device to a pressure greater than the critical pressure and brought to the state of vapor at a pressure greater than the critical pressure, then is expanded, with a rapid pressure drop, in the superheater part from the critical pressure to the operating pressure.
Steam generators are also known in which the fluid, compressed to a pressure below the critical pressure, is supplied by a continuous pipe, at a low speed *
The steam generator, according to the invention, is based on these boilers and aims to avoid their disadvantages.
In steam generators with vaporization of the fluid at a pressure greater than the critical pressure, there is the disadvantage that a great deal of power must be consumed in order to actuate the feed device and, in addition, the flow speed of the fluid, due to the large pressure drop, increases so much that it causes premature mechanical wear of the walls of the tubes swept by the fluid *
The steam generators used until now, with continuous tubular system,
have the disadvantage
<Desc / Clms Page number 3>
that their tubular system is so short that the speed is too low and that there is no intimate mixture of water and steam. The vapor bubbles remain adherent to the patois of the tube and cause local overheating which ultimately leads to corrosion of the material.
If in the known embodiments of tubular steam generators, there are enlargements or narrowing of sections due to drums or throttling members interposed in the piping, these modifications of sections affect the flow of the fluid such as that it must take place with the object of the present invention. The drums constitute places which give the fluid such a low speed, compared to the normal speed, that vapor bubbles remain adherent to the walls of the drum, which leads not only to local overheating, but also to dissolution phenomena. - ciation and corrosion.
Conversely, the places where there are constrictions inserted in the tubular system, cause disturbances in the flow of the fluid, this one being dammed upstream of the constrictions and then, subjected to high accelerations at the points of throat - glement themselves. At the containment points, there are the same dangers of local overheating as in the case of the intercalation of drums. the high speeds which occur downstream of the embankment points, due to the great accelerations, can cause mechanical wear and are able to deteriorate the walls in combination with the influences of a chemical nature.
The drawbacks of the boilers indicated above are avoided by virtue of the way in which things take place gradually, that is to say almost uniformly, in the steam generators according to the invention. Pressure
<Desc / Clms Page number 4>
The feed rate is increased to such an extent, and the continuous pipe is extended so short from the current size that the resulting flow velocity causes an intimate mixture of vapor and liquid in the pipe. The flow velocity and the pressure drop are never high enough for a velocity to occur that can mechanically wear down the walls of the pipe.
With a steam generator according to the invention, assuming an average load and a useful tube diameter of about 30 mm, there is a continuous pipe of a few hundred meters in length * With large installations, the length increases to at a thousand meters and more The ratio between the heating surface of the tubes and the cross section of the tubes already amounts to at least 24,000 for a small power.
The pressure curve of the steam generator according to the invention has been shown in the diagram of the drawing (curve 1 By way of comparison, curves 2 and 3 have been indicated 1) the pressure curves that we have with the ge - known high pressure steam generators, indicated above.
We plotted on the abscissa the length L of the pipe in meters and on the ordinate the value of the pressure D in Kg / cm2. POn the three generators, the same power and an operating pressure of about 100 atmospheres were assumed. In the curve 2 steam generator, the water is compressed to a pressure of 225 atm. higher than the critical preion and with this pressure, during the first part of the curve which is substantially horizontal, it is heated to the critical temperature and above.
On exceeding the critical temperature, the water immediately passes into the gaseous state The vapor in the gaseous state is then, as shown by curve 2 which
<Desc / Clms Page number 5>
drops sharply, relaxed to a pressure which lies between the critical pressure and the operating pressure, after which it occurs in the superheater, in accordance with the subsequent course of the curve, with a large pressure drop, an expansion to operating pressure.
With a larger vaporization capacity, it is possible that the speed rises so drastically in the superheater that the pressure drop of the wire fluid is already in the superheater following the dotted line 2a avoiding the rapid pressure drop following curve 2
With a steam generator following curve 3, the fluid is only slightly compressed above the pressure:
use and it is then brought in a relatively short piping, with a very low pressure drop and a low flow rate, to the end of the tube,
In the steam generator according to the invention (curve 1), the pressure drop has a rate such that the fluid takes a speed greater than the speed of rise of the vapor bubbles, and the vapor produced forms with water, a mixture so intimate that there is absolutely no possibility of large vapor bubbles. Instead of water, of course other substances can be used as working fluid.
The length of the pipe can be made up of several pipes which are mated to a single continuous pipe.
Another feature of the invention consists in avoiding any interruption in the pipe, due to throttling members or drums, so as to avoid difficulties arising from embankments.
-'In the steam generator according to the invention, there is an increase in the speed of the fluid, so that the quantities of fluid passing through the pipe are also increased. In this way, it is possible that the heat transmitted by the wall of the tube to the fluid is not sufficient.
<Desc / Clms Page number 6>
more to reach the necessary superheating temperature * The drop: the temperature could even be so high that the quantity of heat to be transmitted to the fluid increases ,, It could be that the temperatures outside the pipe rise sufficiently so that one has to fear tensions of thermal origin, high on the side of the heating gases.
According to a particular embodiment of the invention, it is possible, by increasing the combustion pressure and thanks to the increase thus made possible in the flow speed, to increase the transmission of heat from the heating gases to the heating surfaces, which accelerates the passage of heat from the heating medium to the fluid, without the temperature drop being inadmissibly increased.