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" Installation pour machines à vapeur à piston du type oom- pound ou à détente multiple ".
La présente invention concerne une installation pour machines à vapeur à piston du type oompound ou à détente multi- ple dans lesquelles la vapeur d'échappement est utilisée dans une turbine à basse pression etelle a pour but de produire, par des moyens simples, une notable augmentation du rendement de la machine.
La caractéristique principale de l'invention réside essen- tiellement dans le fait qu'un dispositif jouant le rôle de pompe, tel qu'un ventilateur, turbo-oompresseur, etc., est intercalé entre deux cylindres et entraîné par la turbine à échappement, l'énergie fournie par cette turbine étant ap- portée par cette pompe à la vapeur circulant entre les deux cylindres en question et en outre,si on le désire, un sur- chauffeur - sur lequel peuvent agir de préférence les gaz chauis de la combustion pouvant être monté entre lesdits cylindres
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pour fournir de la chaleur à la vapeur intermédiaire.
L'énergie fournie à la pompe peut être transformée entiè- rement ou presque entièrement en chaleur absorbée'par la var peur intermédiaire, et cela au moyen d'organes à friction ou d'organes d'étranglement montés à l'intérieur ou à l'extérieur de la pompe, ou bien oette énergie peut être utilisée pour produire la compression de la vapeur intermédiaire.
On a représenté aux dessins ci-joints différentes formes de réalisation du dispositif conforme à l'invention,ce dispo- sitif étant appliqué à des machines à vapeur à piston à triple détente.
Dans ces dessins :
Fig. 1 et 2 sont des vues en plan schématiques et repré- sentant chacune une forme de réalisation différente ;
Fig. 3 est un diagramme de pression de la vapeur dans les deux dispositifs représentés.
La fig. 4 est une vue d'une de ces formes de réalisation dans une installation de machines à vapeur.
La fige 5 est une coupe longitudinale suivant la ligne A-B et la fig. 6 une coupe longitudinale suivant la ligne 'C-D de la fige 4. La fig. 7 est une coupe longitudinale à travers les cylindres à haute pression et à pression intermédiaire, montrant une variante du réservoir intermédiaire ou reoeiver entre ces cylindres, et la fige 8 est une vue en coupe partiel- le montrant une autre variante du réservoir intermédiaire entre lesdits cylindres.
Telle qu'elle est représentée au dessin l'installation comporte le cylindre 1 à haute pression de la machine à va- peur à piston; 2 est le cylindre à pre ssion intermédiaire et 3 le cylindre à basse pression de la machine, et dans ces oylindre s l'admission et l'échappement de la vapeur sont commandés, à la manière habituelle, par des soupapes, tiroirs , etc.. 4,5 et 6.7 est un réservoir intermédiaire monté en-
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tre le cylindre à haute pression et le cylindre à pression intermédiaire et 8 est un réservoir à basse pression. La va- peur d'échappement est envoyée, par le tiroir 6 ¯et par une conduite d'échappement 9, à une turbine à vapeur 10 dont l'échappement 11..est en communication avec @@ un oondenseur 12.
Un dispositif jouant le rôle de pompe et oonstitué dans le cas particulier par deux ventilateurs, turbo-compresseurs ou appareils analogues, 13,14 est relié à la turbine 10. Le premier ventilateur 13 est relié à un tuyau 15 dont les deux extrémités débouchent dans le réservoir 7, tandis que le deuxième ventilateur 14 est relié à un autre tuyau 16 oommu- niquant de la même façon avec le réservoir 8.
Entre les réservoirs 7,8 et les pompes 13,14, dans un ou dans chacun des tuyaux 15 et 16, est intercalé un sépara- teur d'eau 17 qui est pourvu d'un tuyau d'évacuation 18. Cha- oun des deux réservoirs 7, et 8 est divisé en deux chambres par une cloison 19,20, de façon que l'une, 21 ou 22, de ces chambres soit en communication aveo l'orifioe d'échappement du cylindre 1 ou 2 respectivement, tandis que l'autre chambre 23 ou 24 oonmunique avec l'orifioe d'admission du cylindre 2 ou 3 respectivement, le tuyau 15 reliant les chambres 21 et 23 u tandis que le tyau 16 relie'les chambres 22 et 24 entre elles.
En outre, les orifices d'admission et les orifioes d'échappe- ment de la vapeur peuvent avantageusement communiquer directe- ment et respeotivement entre eux au moyen d'une communication susceptible d'être interrompue à l'aide d'une ou plusieurs soupapes 25, cette communication étant établie de préférence dans les cloisons 19,20 qui divisent les réservoirs. Ces sou- papes peuvent être actionnées manuellement ou être réalisées comme le montrent les dessins ; dans ces dernier cas elles sont maintenues automatiquement fermées par la différence de pression qui existe normalement dans les chambres 23, 21 et 24, 22
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respectivement.
Dans la forme de réalisation représentée, l'énergie four- nie par la vapeur d'échappement à la turbine à basse pression est utilisée, entièrement ou presque entièrement, au moyen de la pcmpe 13, 14 pour comprimer toute la vapeur entre le cylindre à haute pression et le cylindre à pression intermédiaire et entre le cylindre à pression intermédiaire et le cylindre à basse pression,oette vapeur étant envoyée,à travers les chambres 23, 24 et les tiroirs 5, 6, au cylindre à pression intermédiaire et au cylindre à basse pression.afin de céder à ces cylindres l'énergie qu'elle a absorbée.En rai- son de l'augmentation de pre ssion de la vapeur, la puissance sera notablement augmentée dans ces cylindres;
en outre la condensation sera réduite dans ces cylindres,par suite de l'augmentation de température de la vapeur, ce qui aura pour conséquence une augmentation sensible du rendement de la ma- ohine en question.
Par la disposition de séparateurs d'eau 17 dans les tuyaux 15, 16, on obtient en outre l'avantage essentiel qu' au moins le cylindre à pression intermédiaire travaille avec de la vapeur surchauffée, parce que les pompes ne reçoivent que de la vapeur sèche, qui est surohauffée lors de la oonpression.
On peut ensuite utiliser aussi l'énergie de la vapeur d'échappement apportée aux pompes 13 et 14, entièrement ou partiellement, pour augmenter la température de la vapeur inter- médiaire au moyen d'organe à friction ou d'organes d'étrangle- ment montés à l'intérieur ou à 1 extérieur des pompes, ou bien, si on le désire, pour augmenter encore la ohaleur contenue dans la vapeur, en faisant passer celle-ci à travers des surchauf- feurs montés dans les carneaux ou autres endroits appropriés de l'installation à vapeur. L'une des pompes, ou les deux, peuvent ainsi être oonstruites de propos délibéré de manière à avoir un faible rendementt tel que leur débit soit transfor-
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mé entièrement ou partiellement en', chaleur qui est ensuite absorbée par lahvapeur.
Les tuyaux 15, 16 peuvent aussi être oonstruits de manière à produire de propos délibéré un frot- tement ou des tourbillons dans le courant de vapeur, par exem- ple par le montage de résistances d'étranglement particulières constituées par exemple par des soupapes 26.
Pour faire fonctionner la machine sans augmentation de puissanoe, o'est-à-dire sans utiliser les dispositifs décrits, la turbine à vapeur est montée de manière à pouvoir être évitée au moyen d'un tuyau by-pass 27 partant de la conduite d'échappement 9 et aboutissant directement au oondenseur 12, ce tuyau 27 comportant à cet effet une soupape 28 permettant de l'ouvrir et de le fermer. Dans ce cas les soupapes 25 mon- tées dans les cloisons 19 et 20 établissent une communication diseote entre les chambres 21,23 et 22, 24 respectivement, chambres qui se trouvent de chaque côté de ces oloisons.
Bien qu'il puisse être dans la plupart des cas complète- ment suffisant, dans une machine à triple détente,de ne faire arriver l'énergie de la vapeur d'échappement qu'à la va- peur qui circule entre le cylindre à haute pression et le cylindre à pression intermédiaire, la présente invention peut être appliquée en pareil oas,lorsqu'on désire obtenir un ren- dement partioulièrement grand, au dispositif représenté dans la fig. 2.
Dans ce cas la compression de la vapeur entre le cylindre à haute pression 1 et le cylindre à basse pression 2 est alors effectuée au moyen de la pompe 13, la surohauffe de la vapeur ayant lieu entre le cylindre à pression intermédiai- re 2 et le cylindre à basse pression 3, la vapeur étant condui- te par l'autre pompe 14 et par un tuyau 16, au besoin compri- mée, à travers un surohauffeur 30 monté de préférence dans les oameaux des chaudières 29 et relié à ce tuyau.
La suroha- fe de la vapeur peut naturellement alors être effeotuée en par- tie de la façon précédemment déorite àu moyen d'organes à frio-
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tion et(ou) , oomne oela est représenté par exemple dans le dessin, au moyen d'un organe d'étranglement oonstitué par une soupape 26,cet organe à friotion ou organe d'étranglement étant moite dans la pompe 14 ou dans le tuyau 16.
De même, oomne dans
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vm4n±,±- 4 = la forme de réalisation précédente déorite, le réservoir 8 peut comporter une oloison 20 qui le divise en deux chambres 22,24, et qui oompo rte des ouvertures dans lesquelles sont montées des soupapes 25, ces ouvertures étant maintenues auto- matiquement fermés lorsque la pression régnant dans la cham- bre 24 est supérieure à la pression régnant dans la chancre 22, mais dans ce cas il pourra être plus avantageux de ne pas diviser le réservoir 8 de la façon indiquée.
Les ouvertures par lesquelles le tuyau 16 débouche dans le réservoir 8 peuvent. alors être de préférence telles que la vapeur d'échappement humide du cylindre à pression intermédiaire soit presque entiè- rement amenée à la pompe 14, tandis que la vapeur surohauffée amenée au cylindre à basse pression est pour la majeure partie introduite par le tiroir 6 de ce dernier.
De oette fa- çon, si l'on enlève la oloison représentée en fig. 2 et oompor- tant la soupape 25, le dispositif fonotionne de la façon vou- lue, pour autant que l'entrée et la sortie du tuyau 16 dans le réservoir se trouvent alors sur des oôtés opposés du réser- voir et de chaque côté de la partie restante de la paroi,la sortie de la vapeur se trouvant près de oette partie de la paroi et l'entrée de ¯¯la vapeur près du tiroir 6. Dansée même but, l'entrée et la sortie peuvent se trouver à des niveaux différents, l'entrée se trouvant de préférence dans la partie supérieure et la sortie dans la partie inférieure du réser- voir. La soupape 26 peut être utilisée alors pour régler la' quantité de vapeur apportée par la pompe 14.
Dans le cas particulier, la pompe 14 peut être mcntée de manière à ne ser- vir que de pompe de circulation, afin qu'une très faible par- tie seulement de la puissance de la turbine à vapeur soit absor-
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bée par oette pompe, la majeure partie étant fournie à la pompe 13 pour comprimer la vapeur entre le cylindre à haute pression et le cylindre à pression intermédiaire.
Le diagramme de fig. 3 permet de oonstater l'augmenta- tion de puissance que l'invention est à même de réaliser.
Cette figure représente en traits interrompus les diagrammes partiels obtenus dans une machine à vapeur ordinaire à triple détente et en traits pleins les diagrammes partiels obtenus oonfonnément à l'invention; Lorsque la pression esabaissée. dans la chambre 21 au moyen de la pompe 13,la pression ob- tenue après détente de la vapeur dans le cylindre à haute pression s'abaissera jusqu'à la ligne 31, oe cylindre four- nissant alors une puissance plus grande pour la même admis- sion. La pression régnant dans la chambre 23 monte jusqu' à la ligne 32; on dispose donc d'une plus grande ohute de chaleur pour le cylindre à pression intennédiaire et le cylindre à basse pression, et on obtient par conséquent une puissance plus grande pour une marne quantité de vapeur.
Le supplément de puissance obtenu par la compression de vapeur entre le cylindre à haute pression et le cylindre à pression intenné- diaire, lorsque la vapeur se détend dans ses cylindres, est ainsi indiqué par la surface hachurée 34 entre lesignes 32 et 33, tandis que l'autre supplément de puissance obtenu par suite de l'augmentation de volume produite par la sur- chauffe de la vapeur entre le cylindre à pre ssion intermé- diaire et le cylindre à basse pression lorsque la vapeur se détend dans ce dernier cylindre, est indiqué pur la surface 36 couverte de hachures différentes , entre les lignes 33 et 35.
En plus du supplément de puissance ainsi obtenu, on ob- tient un meilleur rendement thermique pour le cylindre à pression intermédiaire et le cylindre à basse pression, par suite de ce que la chaleur de compression est fournie à la vapeur qui est ainsi surchauffée , de sorte que le cylindre à pression intermédiaire au moins fonctionne avec de la va-
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peur surchauffée au lieu de vapeur sensiblement saturée com- me dans les machines à vapeur ordinaires.
Dans la forme de réalisation oonstruotive de l'inven- tion, représentée aux fig. 4-6, il n'y a compression de la vapeur qu'entre les cylindres à haute pression et à pression intermédiaire à l'aide du turbo-oompresseur 13, qui est di- rectement accouplé à la turbine à vapeur d'échappement 10 et est logé aveo oelle-oi dans une enveloppe commune, montée, de préférence, directement au-dessus du condenseur 12, oe qui fait que la vapeur d'échappement du cylindre à basse pression 3, qui est oonduite à travers le tuyau 9 et à tra- vers un séparateur d'eau 17a disposé dans celui-ci, quitte la turbine à travers un éohappement 11 se trouvant au pied de l'enveloppe.
La chambre 21 située dans le réservoir 7, qui est mi- se en communication aveo 1 ' échappement du cylindre à haute pression 1 à travers le tiroir +aute pression 4, est for- mée, suivant la fig. 6, par une ohemise 37,fermée à une extrémitée, du tiroir 4. La ohemise est reliée, par son ex- trémité ouverte, à une chancre adjacente à un couvercle 38 fixé sur le oôté supérieur du réservoir 7. Le tuyau 15 relié au turbo-oompresseur 13 est raccordé,par une extrémité, à oette chambre et, par l'autre extrémité, à une poohe ménagée du coté inférieur du couvercle 38, et reliée au réservoir 7.
De ce fait la vapeur d'échappement du cylindre à haute pression, après qu'elle a traversé un séparateur d'eau 17 et a été oomprimée dans le turbo-oompresseur, est envoyée à travers le réservoir 7 à l'admission, réglée par le tiroi r 5, du cylindre à pression intermédiaire. La communication direo- te, réglée par les soupapes 25, entre la chambre 21 et le réservoir 7 peut avantageusement, dans oe cas, être transfé- rée dans la paroi intérieure 40 du oouverole.
Dans la forme de réalisation représentée à la fig. 7,
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l'admission et l'échappement du tuyau 15 sont ménagés dans un couvercle analogue 38 disposé à la partie supérieure du réservoir ; de même, les ouvertures réglées par les soupapes 25 sont disposées pratiquement de la même manière sur la pa- roi intérieure 40. La oloison 19 qui divise le réservoir en deux chambres 21 et 23 est formée, dans le présent oas,par une plaque, qui est montée , de préférenoe, sur la pièce qui relie les deux blocs dans lesquels les cylindres à vapeur 1, 2 se trouvent ordinairement.
A la fig. 8, on a représenté la disposition dans une maohine à vapeur à piston, dent le réservoir à pression in- termédiaire 7 consiste en un tube disposé d'un oôté des oylin- dres à vapeur 1 et 2 et pourvu de raccords pour le tuyau 15.
Les raooords sont reliés aux chambres 21 et 23, qui se trou- vent des deux oôtés d'une paroi logée dans le tube et pourvue d'ouvertures pouvant être fermées par des soupapes 25.
Par les dispositions pour la subdivision du réservoir montrées aux fig. 6,7 et 8, il est possible de transformer les installations existantes d'une manière évidemment simple, afin d'utiliser les avantages obtenus par l'invention.
La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites oi-dessuset représentées aux dessins, mais elle peut aussi être utilisée , par exemple, dans des machines à vapeur à piston du type oompound, ainsi qu'on l'a dit plus haut. Il est de même évident que l'invention peut aussi être appliquée facilement lorsque les cylindres d'une machine à triple détente sont disposés les uns par rapport aux autres, autrement que de la façon représentée aux dessins, et par exemple aussi dans des machines oomportant par exemple deux cylindres à basse pression.
La oomnunioation directe entre les cylindres à vapeur commandés par les soupapes 25, peut aussi être établie autre- ment et être constituée par exemple par un tuyau reliant les
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tuyaux 15 et 16 et évitant les pompes 13, 14. Bien que le dispositif qui joue le rôle de panpe soit constitué avantageu- sement par un turbo-compresseur accouplé directement aveo la turbine à éohappement 10 ou, si on le désire, par un ventila- teur, il peut naturellement aussi être constitué par une pompe rotative ou par une pompe alternative entraînée par un train d'engrenages.