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BREVET D'INVENTION Mesures pour augmenter le rendement des épurateurs d'eau d'alimentation de locomotives.
La présente invention concerne les épurateurs d'eau d'alimentation pour locomotives, comportant des disposi- tifs planés à l'intérieur et à l'extérieur de la chaudiè- re et destinés à coopérer de telle manière que les matiè- res dissoutes dans l'eau d'alimentation sont séparées de l'eau avant qu'elles provoquent dans la chambre d'eau de la chaudière des dégats de corrosion et d'incrustations.
Des épurateurs de ce genre sont déjà connus depuis des années et beaucoup d'administrations de chemin de fer ont déjà pourvu la plus grande partie de leur parc de lo- comotives de ces épurateurs. Il a été constaté partout que depuis l'équipement des locomotives au moyen de l'é- purateur, les dépenses pour l'entretien de leurs chaudiè- res ont diminué considérablement par rapport aux dépenses antérieures, à cause de la diminution des dégats de cor- rosion et d'incrustations.
Les dépenses qui sont encore provoquées par les dé- gâts en question sont toutefois toujours tellement gran-
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parvenait à les abaisser davantage par l'augmentation du rendement des épurateurs.
Des recherches faites à ce sujet ont fixé comme cau- ses du rendement encore insuffisant des épurateurs, sans discussion possible :
La dispersion insuffisante de l'eau envoyée dans une chambre de vapeur de la chaudière, l'arrivée non satisfai- sante et non correctement conduite de la vapeur de chaudiè- re à l'eau, les dimensions trop petites des surfaces de dé- pôt dans les garnitures de ruissellement et le dispositif imparfait pour l'évacuation des boues de la chaudière.
Pour la dispersion de l'eau d'alimentation on a employé toujours jusqu'à présent une tête d'alimentation disposée dans la chambre de vapeur et qui était reliée aux deux con- duites d'alimentation de la locomotive. Déjà lorsque l'a- limentation se faisait toujours exclusivement par une seu- le conduite d'alimentation et que l'orifice d'écoulement de la tête d'alimentation était par conséquent dimensionné en concordance avec cette conduite, l'eau était divisée seulement en jets d'eau qui tombaient alors presque verti- calement sur les garnitures de ruissellement disposées avant la chambre d'eau de la chaudière. Sur ce court trajet, l'eau venait donc seulement pour quelques instants en con- tact avec la vapeur par les petites surfaces des jets d'eau.
Lors de la rencontre avec les garnitures intérieu- res de ruissellement, elle n'était par conséquent échauffée que dans une mesure telle que les gaz dissous dans l'eau commençaient à se séparer de l'eau.
Dans les cas toutefois où l'on. doit compter sur une pleine alimentation simultanée par les deux conduites d'a- limentation, l'orifice de sortie de la tête d'alimentation devait recevoir des dimensions de grandeur correspondante.
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Un orifice de sortie qui, dans ce cas, produisait une di persion convenable de l'eau subdivise toutefois à peine core l'eau lorsqu'on alimente avec une seule conduite d' limentation. L'échauffement de l'eau était par conséque lorsque l'eau atteignait alors les garnitures intérieure de ruissellement, encore plus minime, et jusqu'en ce poi peu de gaz se séparaient par conséquent de l'eau.
Mais il n'y a pas seulement dans l'eau d'alimentati des gaz, mais également de grandes quantités de matières solides de différentes natures, en dissolution, et ces m, tières doivent être séparées déjà lorsque l'eau atteint : garnitures intérieures de ruissellement. Dans les garni tures intérieures, les matières solides doivent alors se déposer de façon tellement complète que de l'eau pure pa: vient pratiquement seule dans la chambre d'eau.
La séparation des matières solides commençait toute- fois jusqu'à présent le plus souvent dans les garnitures intérieures de ruissellement et progressait lentement, v@ qu'une partie des garnitures intérieures seulement était parcourue par la vapeur de la chaudière.
La vapeur de la chaudière pouvait, en effet, parven: seulement dans la chambre d'alimentation de la chaudière par l'intervalle entre la paroi de la chaudière et la pa- roi de la cuve qui porte les garnitures intérieures de r@ sellement. Aux figs. 1 et 2, le bord de la cuve est dési gné par 16 et la cuve par 17.
Le courant de vapeur s'échappant par cette ouverture était seulement très faible vu que, comme on l'a déjà mer tionné, l'eau ne venait en contact avec la vapeur que par de petites surfaces pendant un temps très court et conder sait par conséquent en eau de minimes quantités seulement de vapeur. Ce faible courant de vapeur baignait seulemer
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leurs parties inférieures étaient par conséquent chauffées uniquement en quelque sorte indirectement.
Ces causes font ressortir clairement que des gaz et des matières solides en quantité notable ont passé avec l'eau dans la chambre d'eau de la chaudière et y ont pro- voqué les dégâts mentionnés.
L'étendue des dégâts aurait pu être diminuée s'il avait été possible d'évacuer à l'air libre tout au moins les matières solides, par une courte élimination régulière des boues de la chaudière pendant le fonctionnement des locomotives. De semblables mesures auraient eu un résul- tat réel si l'ouverture de sortie de la chaudière était dégagée complètement brusquement. Le jet d'eau à haute tension sortant brusquement aurait alors détaché des sur- faces de dépôt toutes les matières solides déposées à pro- ximité du fond de la chaudière et comprises dans les dépôts et les aurait transportées à l'air extérieur car alors leur adhérence aux surfaces était encore minime.
On connait déjà des soupapes d'évacuation de boue uti- lisables pour une semblable opération. Elles n'ont toute- fois pas pu être utilisées sur les locomotives parce que lors de leur emploi le jet d'eau chaude à haute tension sortant brusquement est dangereux pour le personnel et produit des excavations dans la plateforme de la voie.
La présente invention a pour but de remédier aux in- convénients que provoque le rendement insuffisant de la réalisation actuelle de l'épurateur, par des mesures qui augmentent le rendement de l'épurateur jusqu'au maximum pou- vant être atteint.
Le but de la présente invention est atteint par une amélioration des dispositifs employés avec l'épurateur de telle façon que par leur coopération, parmi les matiè-
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res dissoutes dans l'eau d'alimentation, les gaz sont é oués complètement vers la machine de la locomotive et 1 matières solides sont déposées pour la plus grande part avant la chambre d'eau de la chaudière tandis que le pe reste de matières solides parvenant encore dans la cham d'eau peut être éliminé de la chaudière sans danger, pe dant le fonctionnement, par une évacuation régulière de boues.
Les dessins représentent un exemple de réalisation l'invention pour une chaudière de locomotive à dôme-épu@ teur.
La fig. 1 est une coupe transversale par le milieu du dôme-épurateur et de la chaudière.
La fig. 2 est une vue à plus grande échelle de la partie supérieure de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe longitudinale dans le dôme- épurateur et la partie supérieure de la chambre de la chaudière suivant la ligne III-III, mais sans les garni- tures intérieures existant à la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en plan du dispositif d'alime : tation.
Les figs. 5 et 6 montrent en coupe et en vue le dis. positif qui permet d'évacuer les boues sans danger, même pour une chaudière de locomotive se trouvant sous pressi< par l'ouverture brusque et entière de la soupape d'évacue tion des boues déjà connue.
1 est la chaudière de locomotive pourvue du dôme-épt rateur 2 et dont la paroi tubulaire S de la chambre de f@ mées est pourvue d.e trous 4 pour la disposition des tubes de fumées et tubes bouilleurs non représentés. La ferme- ture du dôme-épurateur se fait par le couvercle 5 au moye
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7 est le tuyau d'entrée, 8 et 9 sont les conduites d'ali- mentation qui sont reliées à l'extérieur du dôme aux deux pompes d'alimentation non représentées de la locomotive et à l'intérieur du dôme aux têtes d'alimentation bifurquées 10 et 11. 12 est un anneau de choc disposé verticalement dans le dôme. 13, 14, 15 sont des garnitures intérieures de ruissellement qui sont montées dans la cuve 17, pourvue du bord 16.
La cuve 17 embrasse par les parois 20 et 21, pourvues d'ouvertures 18 et 19, le tuyau d'admission 7 à la manière d'une selle et porte le filtre 22. A la cuve .17 sont raccordées, symétriquement à l'axe longitudinal de la chaudière, les deux conduites 23 fixées à la paroi de la chaudière et qui s'étendent jusqu'à proximité du fond de la chaudière. 24 est une poche à boues disposée dans le fond de la chaudière et qui porte la soupape 26 d'éva- cuation des boues connue, qui est reliée à la chaudière et également par le tuyau 25 à la chambre du dôme et qui peut s'ouvrir complètement et brusquement. 27 est un détendeur de pression qui relie la soupape d'évacuation des boues à l'air extérieur.
Pour la meilleure compréhension du fonctionnement dé- crit ci-après de l'installation d'épuration, on a représen- té à la fig. 2 les trajets de la vapeur par des flèches en pointillé et les trajets de l'eau par des flèches en traits pleins.
Suivant les figs. 1-3, chacune des deux conduites d'alimentation 8, 9 est reliée à l'extérieur de la chau- dière à une pompe d'alimentation non représentée et à l'intérieur du dôme épurateur à une tête d'alimentation bifurquée 10, 11. Lorsque donc les deux pompes d'alimen- tation fonotionnent en même temps, le débit d'une des pompes n'influence pas celui de l'autre.
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Dans chaque tête d'alimentation, l'eau d'alimentation refoulée sort des deux branches de la fourche en deux jets dirigés l'un vers l'autre. Par leur choc, l'eau est sub- divisée en un voile d'eau en forme d'écran. uniformément, sur la surface de section transversale du dôme-épurateur délimitée par l'anneau'de choc 12. Elle vient donc par les deux grandes surfaces du voile d'eau en contact avec la vapeur et condense par conséquent en eau, instantané- ment, de très grandes quantités de vapeur. Dans les gran- des zônes de forte dépression produites par la condensa- tion, il pénètre immédiatement un courant de vapeur inten- se venant de la chaudière qui divise le'mince voile d'eau en petites particules d'eau.
Comme ces particules doi- vent tomber alors à travers le courant de vapeur soufflant en sens inverse, elles sont mises en tourbillonnement continu pendant la chute et en outre considérablement re- tardées. Il en est de même naturellement des lambeaux du voile d'eau qui se dirigent encore contre l'anneau de choc 12, qui les reçoit et les détourne vers une garniture intérieure de ruissellement.
Ce courant de vapeur échauffe tellement rapidement l'eau désagrégée presque sous forme de brouillard et mé- langée intimement à la vapeur que non seulement tous les gaz qui y'sont dissous mais encore, à peu près complète- ment, toutes les matières solides sont séparées lorsque l'eau atteint les garnitures intérieures de ruissellement.
Tous les gaz sont balayés immédiatement par le cou- rant de vapeur, avec forte dilution, dans la chambre de vapeur de la chaudière, d'où ils s'écoulent sans produire des dégâts, avec la vapeur de travail, dans la machine de la locomotive. Le dépôt des matières solides commence immédiatement déjà sur les surfaces de ruissellement su-
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périeures.
Pour couvrir la grande consommation de vapeur dans les zônes de dépression, l'intervalle employé jusqu'à présent pour le passage de la vapeur de la chaudière entre la pa- roi intérieure de la chaudière et la paroi 16 de la cuve 17 ne suffisait plus. Pour augmenter l'ouverture de pas- sage d'écoulement, le fond de la cuve 17 a par conséquent été divisé par les parois 20, 21 qui embrassent à la ma- nière d'une selle le tuyau d'admission 1 et qui sont pour- vues d'ouvertures de grandeur appropriée 18, 19 pour le passage de la vapeur de la chaudière.
Comme le courant de vapeur insufflé par ces ouvertures supplémentaires sur les deux alimentations parcourt toutes les garnitures de ruissellement, l'eau s'écoulant à travers celles-ci est échauffée tellement fortement que même les matières pour . la séparation desquelles les températures les plus éle- vées sont nécessaires sont encore séparées. En même temps ce courant de vapeur favorise encore le dépôt des matières séparées en dernier lieu.
Il déchire en effet le voile d'eau prenant naissance aux bords d'écoulement des garnitures intérieures et pro- jette les particules d'eau contre la face inférieure des garnitures intérieures qui, autrement, ne seraient pas touchées par l'eau.
Pour préserver davantage la chaudière de l'encrasse- ment, on a disposé finalement sur le fond de la cuve 17 les filtres 22 que l'eau doit traverser avant de parvenir par les conduites 23 dans la chambre d'eau de la chaudière.
Par suite de ces mesures, il ne s'écoule avec l'eau que de très minimes quantités de matières solides vers la chaudière -rais il ne s'écoule aucun gaz.
Pour pouvoir évacuer sans danger de la chaudière une
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grande partie encore de ces matières solides avec la s< pape d'évacuation déjà mentionnée, la soupape d'évacuai des boues 26 est reliée, suivant la fig. l, au détendes pression 27.
Suivant les figs. 5 et 6, le détendeur de pression consiste en un tuyau bifurqué a dont les deux branches fourche d, e sont incurvées et présentent des sections transversales croissant constamment vers leurs orifices g situés 1+un en face de l'autre. Le jet de liquide cha à haute tension, pénétrant de la soupape d'évacuation ou verte dans le tuyau a est divisé en deux jets par les br ches de la fourche. Lors du passage dans les branches d la fourche, l'énergie d'écoulement de chaque jet est bri sée vu que tout d'abord la tension existant dans chaque , devient plus minime par la séparation de vapeur hors du liquide dans la mesure où la section transversale de la b che de fourche s'élargit.
En outre, le choc des deux cou rants d'eau contre les parois incurvées des branches de fourche exerce une action de destruction de l'énergie.
Finalement, le reste de l'énergie subsistant encore est détruit lors de la sortie du liquide des orifices f, g par le choc des deux jets à leur sortie, dans une mesure telle que l'eau tombe sur le sol sans tension,' comme une pluie. L'enveloppe h, i, ouverte du bas, qui entoure les détendeurs de pression met le personnel à l'abri des en- nuis provoqués par les bouffées de vapeur.
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PATENT OF INVENTION Measures to increase the efficiency of locomotive feedwater purifiers.
The present invention relates to feedwater scrubbers for locomotives, comprising devices planed inside and outside the boiler and intended to cooperate in such a way that the materials dissolved in the boiler. The feed water is separated from the water before it causes corrosion and scale damage in the boiler water chamber.
Scrubbers of this kind have already been known for years and many railway administrations have already supplied the greater part of their lodgings with these scrubbers. It has been observed everywhere that since the equipping of the locomotives with the purifier, the expenses for the maintenance of their boilers have decreased considerably compared to the previous expenses, because of the decrease in damage to cor - erosion and encrustation.
The expenses which are still caused by the damage in question are however still so great.
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managed to lower them further by increasing the efficiency of the purifiers.
Research carried out on this subject has fixed as the causes of the still insufficient performance of purifiers, without possible discussion:
Insufficient dispersion of the water sent to a steam chamber of the boiler, the unsatisfactory and improperly conducted inlet of steam from the boiler to the water, the too small dimensions of the deposit surfaces in the runoff fittings and the imperfect device for the evacuation of sludge from the boiler.
For the dispersion of the feed water, a feed head has always been used up to now, arranged in the steam chamber and which was connected to the two feed pipes of the locomotive. Already when the supply was always made exclusively through a single supply line and the outlet of the supply head was therefore dimensioned in accordance with this line, the water was only divided. in jets of water which then fell almost vertically on the runoff fittings placed before the water chamber of the boiler. On this short path, therefore, the water came into contact with the steam only for a few moments through the small surfaces of the water jets.
Upon encountering the inner runoff packings, it was therefore only heated to such an extent that the gases dissolved in the water began to separate from the water.
However, in cases where one. must rely on a full simultaneous supply through both supply lines, the outlet of the supply head had to be dimensioned correspondingly.
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An outlet which in this case produced a suitable water distribution, however, hardly even subdivides the water when supplied from a single supply line. The heating of the water was consequently when the water reached the interior fittings of runoff, even more minimal, and until then little gas separated consequently from the water.
But there are not only gases in the supply water, but also large quantities of solids of different kinds, in solution, and these materials must be separated already when the water reaches: interior fittings of runoff. In the internal linings, the solids must then be deposited so completely that pure water pa: practically comes alone in the water chamber.
The separation of the solids, however, heretofore started most often in the run-off interior linings and proceeded slowly, since only part of the interior linings was traversed by the steam from the boiler.
Steam from the boiler could in fact reach the boiler feed chamber only through the gap between the wall of the boiler and the wall of the vessel which carries the interior sealings. In figs. 1 and 2, the edge of the tank is denoted by 16 and the tank by 17.
The flow of steam escaping through this opening was only very weak since, as has already been mentioned, the water only came into contact with the steam through small surfaces for a very short time and therefore knows by therefore in water only minimal amounts of steam. This weak current of steam bathed only the sea
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their lower parts were therefore heated only to some extent indirectly.
These causes clearly show that a significant quantity of gases and solids have passed with the water into the water chamber of the boiler and caused the damage mentioned therein.
The extent of the damage could have been reduced if it had been possible to evacuate at least the solids to the open air, by a short regular removal of the sludge from the boiler during the operation of the locomotives. Similar measures would have had a real result if the outlet opening of the boiler were suddenly cleared completely. The high-voltage jet of water coming out suddenly would then have detached from the deposit surfaces all the solid matter deposited near the bottom of the boiler and included in the deposits and would have transported them to the outside air because then their adhesion to surfaces was still minimal.
Sludge discharge valves are already known which can be used for a similar operation. However, they could not be used on the locomotives because during their use the high voltage hot water jet coming out suddenly is dangerous for the personnel and produces excavations in the track bed.
The object of the present invention is to remedy the drawbacks caused by the insufficient efficiency of the present embodiment of the scrubber, by measures which increase the efficiency of the scrubber to the maximum that can be reached.
The object of the present invention is achieved by an improvement of the devices employed with the purifier such that by their cooperation, among the materials
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When dissolved in the feed water, the gases are exhausted completely to the engine of the locomotive and 1 solids are deposited mostly before the boiler water chamber while the remainder of the solids still entering the water chamber can be safely removed from the boiler during operation by regular sludge removal.
The drawings show an exemplary embodiment of the invention for a dome-trap locomotive boiler.
Fig. 1 is a cross section through the middle of the dome-purifier and the boiler.
Fig. 2 is a view on a larger scale of the upper part of FIG. 1.
Fig. 3 is a longitudinal section through the dome-purifier and the upper part of the boiler chamber along line III-III, but without the interior linings existing in fig. 1.
Fig. 4 is a plan view of the feed device: tation.
Figs. 5 and 6 show in section and in view say. positive which allows the sludge to be discharged without danger, even for a locomotive boiler under pressure by the sudden and complete opening of the already known sludge discharge valve.
1 is the locomotive boiler provided with the dome-switch 2 and the tubular wall S of the chamber of f @ mées is provided with holes 4 for the arrangement of the smoke tubes and boiling tubes not shown. The dome-purifier is closed by cover 5 by means of
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7 is the inlet pipe, 8 and 9 are the feed pipes which are connected outside the dome to the two feed pumps not shown of the locomotive and inside the dome to the heads of the locomotive. bifurcated feed 10 and 11. 12 is a shock ring disposed vertically in the dome. 13, 14, 15 are interior runoff gaskets which are mounted in the tank 17, provided with the edge 16.
The tank 17 embraces by the walls 20 and 21, provided with openings 18 and 19, the intake pipe 7 in the manner of a saddle and carries the filter 22. The tank .17 are connected, symmetrically to the. longitudinal axis of the boiler, the two pipes 23 fixed to the wall of the boiler and which extend to near the bottom of the boiler. 24 is a sludge bag disposed in the bottom of the boiler and which carries the known sludge discharge valve 26, which is connected to the boiler and also through pipe 25 to the dome chamber and which can be extended. open completely and sharply. 27 is a pressure reducer which connects the sludge discharge valve to the outside air.
For a better understanding of the operation described below of the purification installation, we have shown in fig. 2 the paths of steam by dotted arrows and the paths of water by arrows in solid lines.
According to figs. 1-3, each of the two supply pipes 8, 9 is connected outside the boiler to a supply pump, not shown, and inside the purifier dome to a bifurcated supply head 10, 11. Therefore, when the two feed pumps are operating at the same time, the flow of one of the pumps does not influence that of the other.
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In each feed head, the pumped feed water leaves the two branches of the fork in two jets directed towards each other. By their impact, the water is subdivided into a veil of water in the form of a screen. uniformly, over the cross-sectional area of the dome-purifier delimited by the shock ring 12. It therefore comes through the two large surfaces of the veil of water in contact with the steam and consequently condenses into water instantly. , very large amounts of steam. In large areas of high vacuum produced by condensation, a strong steam stream immediately enters from the boiler which splits the thin veil of water into small water particles.
As these particles then have to fall through the reverse blowing vapor stream, they are continuously vortexed during the fall and furthermore significantly retarded. The same is naturally true of the shreds of the veil of water which still move against the shock ring 12, which receives them and diverts them towards an interior runoff lining.
This stream of vapor heats the water which has broken down almost in the form of a mist and mixed intimately with the vapor so rapidly that not only all the gases which are dissolved in it but also, almost completely, all the solids are separated when water reaches interior runoff trims.
All the gases are immediately swept by the stream of steam, with strong dilution, into the steam chamber of the boiler, from where they flow without producing damage, together with the working steam, into the machine of the boiler. locomotive. The deposition of solids begins immediately already on the upper runoff surfaces.
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earlier.
To cover the large consumption of steam in the depression zones, the interval used until now for the passage of the steam from the boiler between the interior wall of the boiler and the wall 16 of the tank 17 was no longer sufficient. . To increase the flow passage opening, the bottom of the tank 17 has consequently been divided by the walls 20, 21 which embrace the inlet pipe 1 like a saddle and which are provided with apertures 18, 19 of suitable size for the passage of steam from the boiler.
As the stream of steam blown through these additional openings on the two feeds passes through all of the drip linings, the water flowing through them is heated so strongly that even the materials for. the separation of which the highest temperatures are required are further separated. At the same time, this vapor stream further promotes the deposition of the material separated last.
It tears the veil of water arising at the flow edges of the interior trim and throws water particles against the underside of the interior trim that otherwise would not be touched by the water.
To further protect the boiler from fouling, the filters 22 which the water must pass through before reaching the water chamber of the boiler through the pipes 23 have finally been placed on the bottom of the tank 17.
As a result of these measures, only very small amounts of solids flow with the water to the boiler - no gas will flow.
To be able to safely evacuate from the boiler a
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still a large part of these solids with the already mentioned discharge valve, the sludge discharge valve 26 is connected, according to fig. l, to pressure relief 27.
According to figs. 5 and 6, the pressure regulator consists of a bifurcated pipe a whose two fork legs d, e are curved and have cross sections constantly increasing towards their orifices g located 1 + one opposite the other. The high voltage jet of cha liquid entering from the exhaust or green valve in pipe a is divided into two jets by the prongs of the fork. During the passage in the branches of the fork, the energy of flow of each jet is broken since first of all the tension existing in each, becomes more minimal by the separation of vapor out of the liquid insofar as the cross section of the fork cover widens.
In addition, the impact of the two streams of water against the curved walls of the fork legs exerts an energy destroying action.
Finally, the rest of the energy still remaining is destroyed during the exit of the liquid from the orifices f, g by the impact of the two jets at their exit, to such an extent that the water falls on the ground without tension, 'as rain. The envelope h, i, open from the bottom, which surrounds the pressure regulators protects the personnel from harm caused by the bursts of steam.