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Régulateur de niveau du liquide dans des appareils à alimentation par pompe ou autre
L'invention a pour objet un dispositif régulateur d'alimentation, c'est-à-dire permettant de régler le dé- bit de l'organe d'alimentation (pompe, injecteur, etc...) en fonction du débit de l'appareil alimenté (réchauffeur, condenseur, bouilleur, etc...) quel que soit le régime de pression régnant dans ce dernier, au moyen des variations qui peuvent se produire sur le niveau du liquide dans l'ap- pareil alimenté, et de maintenir ce niveau sensiblement constant.
Il est connu d'obtenir le maintien du niveau constant dans un appareil au moyen d'un organe régulateur dont les mouvements sont fonction du niveau du liquide dans l'appa- reil alimenté, ce régulateur mettant en communication la conduite de refoulement et la conduite d'amenée d'eau de l'organe d'alimentation.
L'invention a pour objet une disposition particulière de ce genre, qui consiste essentiellement à disposer sur
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le refoulement de la pompe ou autre organe dtalimentation un organe régulateur de débit, dont les mouvements sont fonction du niveau du liquide dans l'appareil et qui, lorsque le niveau du liquide dans l'appareil tend à s'éle- ver, provoque simultanément une réduction de section de la conduite de refoulement vers i'appareil considéré d'une part et la mise en communication du refoulement avec l'as- piration de la pompe ou la conduite d'amenée d'eau de l'or- gane d'alimentation d'autre part, en créant ainsi un pas- sage vers l'aspiration à travers une ouverture ayant de préférence une section en rapport convenable avec la section de l'ouverture laissée libre sur le refoulement,
toute la quantité d'eau refoulée par l'organe d'alimenta- tion pouvant éventuellement être renvoyée à sa conduite d'amenée d'eau.
Cette disposition présente l'avantage de ne pas aug- menter la pression dans la conduite de refoulement et d'une façon plus générale de ne pas modifier les condi- tions de travail de la pompe ou autre organe d'alimenta- tion, comme c'est le cas avec certains appareils connus dans lesquels l'organe régulateur est actionné sous l'effet d'une surpression obtenue en étranglant la con- duite de refoulement ;
elle présente aussi l'avantage de fonctionner efficacement quelle que soit la pression régnant dans l'appareil dans lequel il s'agit de mainte- nir constant le niveau, du liquide, quelle que soit la position du réservoir dans lequel l'organe d'alimentation prélève l'eau nécessaire (même si ce réservoir était à un niveau égal ou supérieur à celui dudit appareil) et quel que soit l'excédent du débit de l'organe d'alimenta- tion par rapport au. débit normal de l'appareil, lequel peut être par exemple un réchauffeur. Enfin, la disposi.;
. tion ci-dessus permet de réduire les déplacements de
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l'organe régulateur et de diminuer la section de la con- duite de dérivation entre le refoulement et l'aspiration de la pompe ou conduite d'amenée d'eau à l'organe d'ali- mentation.
Le dessin annexé montre, à titre d'exemple, diverses formes de réalisation de l'invention, ainsi que l'applica- tion particulière de cette dernière à des réchauffeurs d'eau d'alimentation pour chaudières.
Dans ce dessin: la figure 1 est une vue schématique d'une installa- tion de réchauffage d'eau d'alimentation; la figure 3 montre en coupe longitudinale le dispo- sitif régulateur; la figure 5 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 3a contre en coupe le flotteur situé à fauche du dispositif de la figure 3; la figure 4 est une vue en élévation d'une rondelle entretoise) et la figure 5 montre une variante de la figure 1.
L'installation représentée à la figure 1, uniquement à titre d'exemple, comprend un réchauffeur 1, par exemple un réchauffeur par mélange d'un type connu, recevant de la vapeur de chauffage par une buse 2 et de l'eau froide provenant d'une bâche ou tender 3 par un tuyau 4, une pompe à eau froide 5 et un tuyau de refoulement 6, 6a.
La pompe à eau froide peut être du type alternatif, cen- trifuge ou autre.
L'eau réchauffée est reprise par un tuyau 7 à l'ai- de d'une pompe à eau chaude 8 et refoulée par le tube 9 et la soupape de retenue 10 dans la chaudière. Dans l'exemple représenté, les pompes 5 et 8 sont du type alternatif et sont montées en tandem sur la tiga du piston
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d'un cylindre à vapeur 11. La pompe 5 peut avoir une cylin- drée plus grande que la pompe .11- ou égale à cette dernière.
L'installation qui vient d'être décrite n'est donnée que pour fixer les idées, l'invention pouvant s'appliquer à l'alimentation d'un appareil quelconque dans lequel il s'agit de maintenir constant le niveau du liquide refoulé par la pompe 5.
Suivant l'invention, on intercale sur le tuyau de re- foulement 6, 6a de la pompe 5 un organe régulateur 12, dont les mouvements sont fonction du niveau de l'eau ré- gnant dans l'appareil et provoquant simultanément une ré- duction de section de la conduite de refoulement 6a vers l'appareil 1 et la mise en communication de la con- duite de refoulement 6 avec la conduite d'aspiration, grâce à une dérivation 13.
L'organe régulateur 12 peut être commandé de toute autre façon appropriée. Les figures 2 et 3 montrent, à titre d'exemple, un appareil commandé par un flotteur.
Suivant ce mode de réalisation de l'invention, l'organe régulateur 12 est constitué par un tiroir distributeur, mobile à l'intérieur d'un carter 15, dans lequel débouche à la partie médiane la conduite de refoulement 6 venant de la pompe et, de part et d'autre de celle-ci, la con- duite de refoulement 6a allant à l'appareil 1 et la dériva- tion 15 vers l'aspiration de la pompe. Ces conduites dé- bouchent dans des chambres annulaires 16-17-18, respec- tivement, en communication par des lumières 20-19-21 avec l'alésage central 22 dans lequel coulisse le tiroir 12 . Celui-ci présente une partie centrale de diamètre réduit 23 et deux parties extrêmes 24, 25, coulissant contre la paroi de l'alésage 22 et comportant des gorges circulaires 26-27 destinées à,assurer l'étanchéité.
Le tiroir 12 est percé de part en part d'un canal 28
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mettant en communication la chambre inférieure 29 avec la chambre supérieure 30, de façon à assurer l'équilibrage parfait du tiroir. L'alésage 28 est traversé par une biel- le 31 articulée en 32 sur le tiroir 12 et en 33 sur l'extrémité en forme de fourchette d'un levier coudé 34 (figure 3). Ce levier est claveté sur un axe 35 traversant un bossage 36 du carter. A l'autre extrémité de cet axe est claveté un levier coudé 37 traversant une ouverture 38 de la paroi de l'appareil 1, ce levier étant fixé à son extrémité au flotteur 14.
Le fonctionnement est le suivant; Si le niveau dans le réchauffeur se maintient à la hauteur désirée, le tiroir 12 occupe la position de la figure 2 et le liquide refoulé par la pompe passe de la conduite 6 dans la cham- bre annulaire 16, puis par les lumières 80, l'alésage 22, les lumières 19 et la chambre annulaire 17, dans la conduite de refoulement 6a Si le niveau du liquide tend à s'élever dans l'appareil 1 au-delà du niveau nor- mal, le flotteur 14 se soulève et, par l'intermédiaire du levier 37, de l'axe 35, du levier 34 et de la bielle 31, abaisse le tiroir 12. La partie cylindrique 24 vient obturer progressivement les lumières 19 et, simultané- ment,là partie cylindrique 25 vient démasquer les lumiè- res 21.
Il en résulte une réduction de section de l'ori- fice de refoulement 6a et simultanément la mise en com- munication de la conduite de refoulement 6 avec la déri- vation 15.
Dans le cas où l'organerégulateur (tiroir, piston obturateur à déplacement linéaire ou oscillant ou clapet équilibrés) est commandé par un flotteur ou autre organe moteur, l'organe mécanique de liaison (tige ou axe) re- liant le flotteur au régulateur, doit sortir du réchauf-
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feur et pénétrer dans l'enceinte de l'organe régulateur.
L'aspiration de la pompe pourrait être influencée défavorablement par une arrivée de vapeur (provenant du réchauffeur) ou une arrivée d'air (provenant de l'exté- rieur) se faisant à travers le jeu que l'on prévoit le long de l'organe de liaison pour laisser à celui-ci toute sa liberté de mouvement. Cette vapeur pénétrerait de la dans l'enceinte de l'organe régulateur pour arriver ensuite sur l'aspiration de la pompe, dont elle pourrait provo- quer le désamorçage.
Pour supprimer le risque de l'arrivée de vapeur sur l'aspiration, l'organe de liaison, après sa sortie du réè chauffeur et avant sa rentrée dans l'enceinte de l'organe régulateur, traverse un espace en. communication avec l'air libre. Ceci est réalisé, soit en séparant complètement le corps de l'organe régulateur du réchauffeur, soit, dans le cas d'un ensemble compact, en prévoyant sur le parcours de l'organe de liaison un chambrage en communication avec l'air libre.
D'autre part, pour supprimer le risque d'arrivée d'air sur l'aspiration de la pompe, l'organe de liaison disposé entre le flotteur et l'organe régulateur aboutit dans une chambre isolée de l'aspiration de la pompe.
Cette chambre pourra être l'un des compartiments du corps du régulateur correspondant au refoulement, ou un compar- timent isolé, qui peut communiquer avec l'air libre.
Ainsi, dans l'exemple des figures 2 et 3, l'axe 35 traverse une douille 39 et présente des gorges 40 assu- rant l'étanchéité. En outre, la douille 39 présente dans la partie centrale une gorge circulaire 41, en communica- tion par des orifices appropriée avec un chambrage 42 du bossage 36. Ce chambrage 42 (figure 3) communique avec un
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conduit 43 (figure 2) relié à un tuyau de purge 44.
Le dispositif de purge 41-42-43-44 a pour but d'em- pécher, dans le cas d'un arrêt prolongé de la pompe, la fuite de vapeur provenant du réchauffeur vers l'aspira- tion de la pompe, entre le tiroir 12 et l'alésage 22. Grâ- ce à la disposition adoptée, la vapeur pénétrant dans la gorge annulaire 41 se condense et s'échappe par le tuyau de purge 44. L'eau refoulée par la pompe qui parviendrait à fuir entre l'axe 35 et la douille 39 s'échapperait de même par la purge 44.
On voit er outre que l'axe 35 d'oscillation du flot- teur aboutit à son extrémité dans la chambre 30, qui est isolée de,l'aspiration, de sorte qu'aucune rentrée d'air ne peut se produire dans la conduite d'aspiration.
Comme dit ci-dessus, l'organe de liaison disposé en- tre l'organe de commande (flotteur 14) et l'organe régula- teur (tiroir 12) pourrait aussi aboutir dans le refoule- ment de l'appareil d'alimentation. Par exemple, la cloi- son 56 séparant les chambre 17 et 30 pourrait être supprimée, la capacité 30 étant alors soumise à la pres- sion de refoulement de l'appareil d'alimentation.
En général, d'ailleurs, les chambres 29 et 50 seront normalement à la pression de refoulement, en raison de l'adjonction d'un petit tuyau de purge 55, reliant le fond de la chambre 29 à la conduite de refoulement 6 (figure 1) ce petit tuyau servant à établir une circula- tion de liquide et surtout à vidanger entièrement la cham- bre 29 ainsi que la capacité qui surmonte celle-ci pendant les périodes d'arrêt de la pompe ou autre organe d'ali- mentation. On évite ainsi les détériorations qui pour- raient se produire par suite de la congélation d'eau dans la chambre 29 par temps froid.
On remarquera que, dans le mode de réalisation des
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figures 1,2 et 3, le tiroir est équilibré sans avoir re- tours aux pressions régnant dans le réchauffeur.
Pour obtenir un fonctionnement efficace du régulateur, il faut que le flotteur exerce sur le tiroir régulateur un effort suffisant pour vaincre les résistances passives, lesquelles peuvent être relativement considérables étant donné que l'eau traversant le réchauffeur et venant du tender entraîne avec elle des particules de charbon, de scories, etc... qui peuvent se glisser entre les surfaces mobiles de l'appareil.; il faut en outre que le flotteur soit doué d'une sensibilité maximum, c'est-à-dire que les variations de l'effort sus-indiqué soient maxima pour une variation de niveau donnée de l'eau dans le réchauf- feur. Il faut d'autre part tenir compte des conditions d'encombrement minimum; qui sont impératives dans le cas de réchauffeurs de locomotives.
Il faut de plus que le fonctionnement du régulateur ne soit pas entièrement arrê- té si le flotteur est crevé ou cesse d'être étanche, et enfin il est indispensable que le flotteur puisse résis- ter sans se déformer aux pressions régnant dans le réchauf- teur.
Le flotteur représenté à la figure 3a répond à ces différents désidérata.
Il est constitué par un cylindre allongé d'axe hori- zontal, cette forme étant celle qui correspond à un volume maximum du flottenr pour l'emplacement dont on dispose dans le réchauffeur, En effet, les réchauffeurs montés sur locomotives comprennent en général un corps cylindri- que allongé, monté sur le dessus de la chaudière. Cette forme du flotteur assure donc l'effort maximum sur le tiroir régulateur.
Elle assure en outre une sensibilité plus grande aux variations du niveau du liquide, car pour une variation de niveau dx, la variation de volume
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immergé correspondante dV est le produit de la section horizontale moyenne S par la variation de niveau dx, Il faut donc que S soit maximum et il est facile de démontrer que S est plus grand pour un corps allongé horizontalement que pour une sphère de volume égal. La sensibilité maximum serait obtenue avec un flotteur parallélépipédique allongé horizontalement et de faible épaisseur. Mais, pour les facilités de construction, on est conduit à adopter une solution appropriée, c'est-à-dire un flotteur cylindrique allongé horizontalement.
Le poids du flotteur et des orga- nes auxquels il est relié sont tels que la ligne de flot- taison normale du flotteur soit contenue dans le plan diamétral horizontal du cylindre. A volume de flotteur égal, la section horizontale S, égale au produit du diamè- tre par la longueur, et par suite la sensibilité, seront d'autant plus grandes que le flotteur sera plus allongé.
Le flotteur est construit de la façon suivante : Lelevier tubulaire 37 se prolonge à l'intérieur du flotteur, formé d'une enveloppe en cuivre mince 59, d'une calotte emboutie 60 et d'un fond 61.
La calotte 60 est brasée sur le levier 37 en 62 et sur l'enveloppe 59 en 63. Avant de fermer le flotteur à l'autre extrémité, on enfile sur le levier 37 un empilage de rondelles de liège 64, ou autre matière flottable, sé- parées par des rondelles entretoises 65, en duralumin ou autre matière résistante et légère, évidées en 66 (figure 4) pour réduire le poids.
On met alors en place le fond 61, formé d'une plaque 67, sur laquelle sont brasés en 68 un embout fileté 69 et une calotte 70, emboutie vers l'extérieur, en vissant l'embout 69 dans l'extrémité filetée du levier tubulaire 37. Quand l'empilage de ron- delles est serré en place, on brase la calotte 70 sur
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l'extrémité de l'enveloppe 59, comme indiqué en 71. Cette brasure extérieure peut se faire sans risquer de brûler le liège contenu à l'intérieur.
Grâce à cette construction, le flotteur peut se cre- ver ou perdre son étanchéité sans cesser de fonctionner, grâce à la flottabilité du liège. D'autre part, les ron- delles entretoises 65 empêchent le flotteur de se déformer sous l'effet des pressions régnant dans le réchauffeur.
Bien entendu, on peut apporter au flotteur décrit ci-dessus diverses modifications de détail sans sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que le système de rondelles de liège et d'Entretoises pourrait être remplacé par un jeu de cloisons partageant le cylin- dre en compartiments étanches, les cloisons assurant la résistance aux pressions et le compartimentage empêchant l'arrêt du fonctionnement dans le cas où l'un des compar- timents cesserait d'être étanche.
Comme indiqué ci-dessus, le tiroir 12 peut être com- mandé par un moyen quelconque autre qu'un flotteur, par exemple hydrauliquement, en faisant agir sur lui une char- ge variant suivant le niveau de l'eau dans l'appareil 1.
Une disposition de ce genre est représentée schématiquement à la figure 5. Dans cette figure, le tiroir régulateur 12, qui est plein, est renfermé dans un carter 50 en communi- cation à la partie supérieure avec un tuyau 51 débouchant dans l'appareil 1 au-dessus du niveau maximum du liquide, et .en communication à la partie inférieure avec un conduit
52, débouchant dans l'appareil 1 au niveau normal du liqui- de. La disposition est par ailleurs identique à celle de la figure 1, les mêmes chiffres de référence désignant des parties analogues, avec toutefois cette différence que le fond du carter 50 communique par un conduit 53 avec Inspiration de la pompe à eau chaude.
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On voit que le tiroir 12, comme dans l'exemple préoé- dent, est équilibré, sa face supérieure et sa face infé- rieure étant soumises toutes deux à la pression régnant dans l'appareil 1. En outre, sa face inférieure est soumise à la pression résultant de la charge d'eau variable contenue dans le conduit 52. Ce tiroir 12 occupe donc une position variable suivant la quantité d'eau contenue dans le tube 52, c'est-à-dire suivant le rapport du débit d'eau péné- trant dans l'appareil 1 par la conduite 6a et le débit d'eau repris par le tube 7.
On pourrait imaginer évidemment de nombreux autres dispositifs pour commander le déplacement de l'organe régu- lateur ainsi que pour réaliser la liaison entre l'organe décommande (par exemple le flotteur) et l'organe régula- teur (tige, levier, câble, relais hydrauliques, pneumati- ques, etc...)
L'organe régulateur lui-même peut être d'un type quelconque et, au lieu d'être constitué par un tiroir cylindrique à mouvement linéaire, il pourrait être cons- titué par un obturateur, piston ou tiroir cylindrique, à mouvement oscillant, etc....
D'une façon générale d'ailleurs, l'invention n'est pas limitée aux détails de réalisations donnés ci-dessus, ni aux applications particulières envisagées précédemment.