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Procédé destiné à empêcher l'augmentation exagérée de la pression dans les générateurs à vapeur à faible capacité en eau, et dispositif régulateur permettant la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans les générateurs de vapeur à faible capacité en eau, notamment dans les chaudières à vaporisation rapide destinées à la propulsion de véhicules et surtout dans le cas des chaudières à foyer à grille, il est nécessaire de prévoir des mesures pour empêcher une élévation trop considérable de la pression de vapeur dans le générateur lors de la réduction ou de la suppression de la prise de vapeur,par
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exemple au moment de l'arrêt brusque du véhicule.
Etant donné que, lors du passage de la marche rapide à l'arrêt, la grille porte une masse importante de charbon incandescent pouvant encore rayonner une quantité de chaleur assez importante, même si l'on ferme le tirage, la pression de vapeur dans un tel générateur.' de vapeur à faible capacité. en eau et à enceinte de vapeur réduite croit fortement et d'une' manière brusque après fermeture de la conduite de prise de vapeur, en raison de la continuation de la production de vapeur. Il s'ensuit une perte d'eau notable lorsque l'échappement par la soupape de sûreté s'effectue au moment correct et ces pertes nécess-itent, lorsqu'on marche en circuit fermé pour le fonctionnement de la machine, un apport inadmissible d'eau d'appoint.
Si, au contraire, la soupape de sûreté ne fonctionnait pas ou qu'elle se trouve réglée à une pression d'échappement très élevée en vue de supprimer ces pertes, il peut se produire pour un accroissement de pression de vapeur exagéré des fatigues excessives des matériaux et par suite des déchirures de tubes.
Le moyen habitual consistant à réduire la pression trop élevée par introduction ultérieure d'eau froide dans les tubes de la chaudière, est sans effet dans les générateurs à vaporisation rapide, à faible capacité en eau et à enceinte de vapeur réduite; au contraire, comme les essais de la Demanderesse l'ont montré, l'accroissement de pression est beaucoup plus rapide à la suite de la réduction de l'enceinte de vapeur de la chaudière occasionnée par l'introduction ultérieure d'eau qu'en l'absence de cette introduction.
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La présente invention a pour but de supprimer l'inconvénient précité; elle consiste essentiellement à faire communiquer la canalisation amenant la vapeur du générateur au point d'utilisation avec une chambre de décharge qui comporte un dispositif permettant de condenser à la pression de la chaudière la vapeur en excès produite au moment de la réduction ou de l'arrêt du prélèvement de vapeur utile, en y introduisant de l'eau finement divisée, froide ou légèrement chauffée.
Un réglage approprié de l'eau finement divisée ainsi introduite permet de maintenir l'accroissement de pression entre des limites admissibles et même d'agir dans le sens voulu sur l'allure de cet accroissement. On règle la soupape de sûreté pour une pression plus élevée que celle qui correspond au fonctionnement normal pour obtenir ainsi une certaine action de réserve de la part de la chaudière.
L'introduction de l'eau dans la chambre de décharge peut être effectuée par exemple au moyen d'une crépine avec un nombre suffisamment élevé de petites ouvertures de sortie permettant une distribution fine de l'eau ou au moyen de surfaces de ruissellement montées dans la chambre de décharge de vapeur ou encore au moyen des deux disposi- tifs ci-dessus utilisée simultanément pour améliorer le fonctionnement du système.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
La fig. 1 est un graphique faisant apparaître le résultat des essais relatifs aux effets obtenus par le
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procédé et la dispositif conformes à l'invention, appliqués à une chaudière à vaporisation rapide, en ce qui concerne la réduction de la pression de vapeur après arrêt du prélèvement de vapeur.
Les figures 2 à 4 représentent schématiquement et à titre d'exemples trois modes d'exécution de dispositifs permettant ltexécution de ltinvention.
Sur la fig. 1, les pressions relatives de la vapeur, mesurées en atmosphères, sont portées en ordonnées et les durées d'injection mesurées en minutes, en abscisses. La courbe supérieure a représente l'accroissement de pression de la vapeur après arrêt de la prise de vapeur lorsqu'on n'injecte pas d'eau pour condenser la vapeur en excès. Dans ce cas, la pression normale de fonctionnement était main- tenue à 40 atmosphères. Cornue on le voit sur le dessin, la pression croit considérablement après fermeture de la sou- pape de prise de vapeur dès qu'il s'est écoulé une durée très brève; par exemple, elle monte déjà à 65 atmosphères après 1 minute et a 80 atmosphères après ? minutes au total.
La courbe b représente l'allure des pressions lorsqu' on utilise un dispositif conforme à l'invention et qu'on injecte une quantité d'eau déterminés, par exemple environ 5 kg pendant une durée de 2 minutes par exemple dans l'encein- te du réservoir de décharge. Cette injection commence après environ 1/2 minute. On peut, bien entendu, raccourcir sensiblement ce délai et l'injection peut commencer à être effectuée presque au moment même de l'arrêt de la prise de vapeur.
La pression de vapeur commence par croître encore comme le montre le graphique des essais, pendant une courte
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durée, au-dessus de 4o atmosphères et cela de la même manière que pour la courbe a. Cette période est suivie pendant la durée d par un accroissement de pression ultérieur moins marqué qu'antérieurement en raison de l'action de l'eau injectée, à la suite de la condensation de la vapeur avec réchauffage de l'eau injectée aux environs de la température de l'eau de chaudière. Cet accroissement de pression s'arrête dans la deuxième moitié de la durée d. A la fin de cette durée d, on interrompt l'injection d'eau, en suite de quoi la pression continue bien entendu à monter, sans atteindre même de loin comme on le voit en fig. 1, la valeur atteinte par la courbe a sans injection d'eau.
La troisième courbe c montre l'allure des pressions de vapeur lorsqu'on utilise une masse d'eau injectée à peu près double avec une durée d'injection e à peu près double. Lorsque l'accroissement de pression s'est arrêté au bout d'environ une minute et demie, il se produit même dans le cas représenté une réduction de la pression jusqu'à la fin de la durée e, moment où l'on arrête l'introduction d'eau dans le réservoir. A partir de ce moment, la pression recommence à monter sans atteindre les valeurs de la courbe a ni même de la courbe b. En général, la deuxième partie de l'accroissement de pression n'a d'ailleurs aucune action du fait que par exemple dans le cas d'une chaudère de véhicule, le fonctionnement normal a repris entre temps.
La courbe en traits interrompus f représente l'accroissement de pression en l'absence de toute condensation de la vapeur en excès.
Les essais relatés ci-dessus font apparaître le
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fonctionnement avantageux du système conforme à l'invention avec application de la condensation de la vapeur au moyen de surfaces de ruissellement ou par pulvérisation fine de l'eau par des crépines, etc....
Sur les figures 2 à 4 que l'on va maintenant décrire, les mêmes organes sont désignés par les mêmes références.
La chaudière tubulaire 1 reçoit l'eau d'alimentation provenant du réservoir d'alimentation 2 par l'intermédiaire de la pompe 3 constituée avantageusement par une pompe à piston et suivie par un réchauffeur d'eau 4 chauffé par la vapeur détendue, la vapeur partiellement détendue ou les gaz de fumée. La vapeur engendrée dans les tubes 1 est amenée au point d'utilisation par la conduite 5 comportant à la manière habituelle une soupape de sûreté 6 et une soupape de prise ou d'arrêt de vapeur 7.
De la conduite de vapeur 5 (fig. 2) ou directement du tube de vaporisation part une conduite 8 aboutissant à un réservoir 9.A l'intérieur formant chambre de vapeur de ce réservoir, s'ouvre une crépine lo recevant de l'eau d'alimentation, provenant de la conduite de refoulement il reliant la pompe d'alimentation 3 au réchauffeur 4, par l'intermédiaire d'une conduite auxiliaire 13 formant dérivation d'alimentation et comportant une soupape 12.
Lorsque la soupape de la conduite de prise de vapeur se trouve fermée, l'alimentation de la chaudière 1 par la pompe 3 à travers le réchauffeur 4 est interrompue à la main ou automatiquement, par exemple sous l'action de l'accroissement de pression se produisant dans la chaudière.
En même temps, la soupape 12 de la conduite d'alimentation
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auxiliaire 13 s'ouvre. La vapeur en excès produite par la chaleur rayonnant à ce moment de la grille et des parois du foyer passe par la conduite 8 dans le réservoir de décharge 9 et s'y condense sous l'action de l'eau froide sortant de la crépine lo. A la place de la crépine ou en plus d'elle, on peut utiliser, dans la chambre à vapeur formée par le réservoir 9, des surfaces de ruissellement 14.
Pour éviter, à la suite de la condensation de la vapeur, que le réservoir 9 ne soit noyé, l'eau chaude en excès est évacuée dans le cas du mode d'exécution représenté en fig. 2, par un dispositif automatique, par exemple par une soupape de vidange 16 commandée par un flotteur 15, pour sorti r par la conduite 27 et retourner au réservoir d'alimentation 2 dans lequel elle peut pénétrer par le serpentin 17 qui y est immergé pour laisser récupérer ainsi la chaleur de l'eau de condensation chaude.
Dans le mode d'exécution de la fig. 3, il s'agit d'une chaudière à circulation d'eau avec un réservoir 9 où se rassemble l'eau qui se sépare de la vapeur produite dans les tubes 1 et d'où. l'eau est ramenée à la partie inférieure de la chaud*e 1 par la conduite 18. Dans ce purgeur ou séparateur 9, on introduit encore en période de fonctionnement normal l'eau d'alimentation provenant du réservoir d'alimentation 2 et fournie par la pompe 3 par l'intermédiaire du réchauffeur 4. Cette eau parvient en passant sur la surface de ruissellement 14 dans la partie inférieure du réservoir 9 pour en ressortir par la conduite 18 aboutissant aux tubes de vaporisation 1.
Dans ce mode d'exécution, le réservoir séparateur 9 est utilisé en même temps pour la condensation de la
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vapeur en excès après arrêt du fonctionnement de la prise de vapeur. Une dérivation 13 de la conduite de refoulement de la pompe d'alimentation 3, se détachant en amont du réchauffeur 4 et comportant une soupape d'arrêt 12, aboutit à la crépine lo dans la chambre de vapeur du réservoir 9. Le flotteur 15 empêche toute suralimentation du réservoir 9, ce flotteur commandant la position de la soupape 19 dans la dérivation 13 d'alimentation auxiliaire.
La commande de cette soupape 19 pourrait être assurée également de toute autre manière, par exemple par voie électrique au moyen d'un contact plongeant dans l'eau du réservoir 9 pour permettre d'établir une connexion vers l'extérieur à l'aide de douilles de traversée du type utilisé pour les bougies d'allumage des moteurs.
Il existe encore d'autres moyens permettant de supprimer la suralimentation du réservoir. Par exemple on pourrait en marche normale de la pompe fermer après un temps déterminé, au moyen d'un déclenchement à retard, la soupape de la dérivation auxiliaire 13.
La fig. 4 représente encore un autre mode d'exécution suivant lequel on n'injecte dans le réservoir qu'une masse limitée déterminée d'eau. On peut y arriver au moyen d'un accumulateur à air comprimé ou soumis à l'action d'un poids, dont la contenance en eau est bien déterminée. Dans le cas représenté, on intercale dans la dérivation 13 branchée en amont du réchauffeur 4 un collecteur ou accumulateur 2o de ce genre pour recevoir une masse déterminée d'eau. Cet accumulateur contient un piston à étages 21.
L'espace au-dessus de la plus grande
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surface de piston communique avec la conduite de prise
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de vapeur 5 par l'intermédiaire d'une conduite 23 compor- . tant une soupape 22 tandis que l'espace au-dessous de la plus petite surface de piston est relié, par une conduite
24 comportant un clapet de retenue 28, au refoulement 11 de la pompe d'alimentation 3 ainsi qu'à la conduite 13 aboutissant à la crépine lo de la chambre de vapeur du réservoir 9.
Ce dispositif fonctionne de la manière suivante : lorsque la soupape de prise de vapeur principale 7 dans la conduite de prise de vapeur 5 est ouverte ainsi que la conduite principale d'alimentation 11, on ferme la soupape 22 dans la canalisation 23. On ferme également la dérivation auxiliaire d'alimentation 13. Il s'ensuit que l'accumulateur 2o se remplit en eau froide sous l'action de la pompe 3 par l'intermédiaire des conduites 11 et 24. Si, par contre, la soupape de prise de vapeur prin- cipale 7 et la conduite d'alimentation 11 se trouvent fermées, on ouvre la soupape 22 de la canalisation 23 et la soupape 12 dans la dérivation auxiliaire d'alimentation
13.
Grâce au fonctionnement du piston à étages 21, il se produit dans le réservoir accumulateur 2o une surpression par rapport à la pression de la chaudière et l'eau conte- nue dans l'accumulateur 2o refoulée dans la conduite 13 est injectée dans la chambre à vapeur du réservoir 9 par l'intermédiaire de la crépine lo.
La commande des différentes soupapes peut se faire automatiquement à l'aide d'huile sous pression ou d'un agent analogue, par l'intermédiaire de dispositifs sensibles à la pression et agissant sur des servo-moteurs commandant les différentes soupapes. La commande peut être
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également assurée par voie électrique.
En dehors des soupapes habituelles prévues dans les conduites d'alimentation et nécessaires au fonctionnement envisagé,on utilise encore dans les modes d'exécution représentés une soupape de surpression et de sécurité 25 qui laisse revenir par la canalisation 26 dans le réservoir d'alimentation en eau 2 la partie de l'eau qui ne traverse pas la crépine lo au moment de la fermeture de la conduite principale 11. De plus, on pourrait arrêter le débit de la pompe d'alimentation de la chaudière, surtout lorsqu'il s'agit d'une pompe à piston, en fermant, la soupape d'aspiration, ou encore, en cas de commande indépendante de la pompe d'alimentation, on peut arrêter le mouvement de celle-ci.
L'invention est également applicable dans les cas où, déjà pour raisons de construction, la chaudière doit comporter un collecteur à eau et à vapeur qui lui est relié directement.
Revendications.
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Method intended to prevent the exaggerated increase of the pressure in the steam generators with low water capacity, and regulating device allowing the implementation of this method.
In steam generators with low water capacity, in particular in rapid vaporization boilers intended for the propulsion of vehicles and especially in the case of grate furnace boilers, it is necessary to provide measures to prevent an excessive rise in temperature. the steam pressure in the generator when reducing or eliminating the steam intake, for example
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example when the vehicle comes to a sudden stop.
Since, when switching from fast to stop, the grate carries a large mass of incandescent carbon which can still radiate a fairly large quantity of heat, even if the draft is closed, the steam pressure in a such generator. ' of low capacity steam. water and reduced vapor enclosure increases sharply and abruptly after closing the steam intake line, due to the continued production of steam. This results in a noticeable loss of water when the exhaust through the safety valve takes place at the correct time and these losses necessitate, when operating in a closed circuit for the operation of the machine, an inadmissible supply of water. make-up water.
If, on the contrary, the safety valve did not work or if it is set to a very high exhaust pressure in order to suppress these losses, an excessive increase in vapor pressure may result in excessive fatigue of the pipes. materials and as a result torn tubes.
The usual means consisting in reducing the excessively high pressure by subsequent introduction of cold water into the tubes of the boiler has no effect in generators with rapid vaporization, with low water capacity and with reduced steam chamber; on the contrary, as the Applicant's tests have shown, the increase in pressure is much more rapid following the reduction of the steam chamber of the boiler caused by the subsequent introduction of water than the absence of this introduction.
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The object of the present invention is to eliminate the aforementioned drawback; it essentially consists in connecting the pipe bringing the steam from the generator to the point of use with a discharge chamber which includes a device allowing the excess steam produced at the time of reduction or reduction to be condensed at the pressure of the boiler. stopping the withdrawal of useful steam, by introducing finely divided water, cold or slightly heated.
Appropriate adjustment of the finely divided water thus introduced makes it possible to maintain the increase in pressure between admissible limits and even to act in the desired direction on the rate of this increase. The pressure relief valve is set for a higher pressure than that which corresponds to normal operation to thereby obtain some back-up action from the boiler.
The introduction of water into the discharge chamber can be effected for example by means of a strainer with a sufficiently high number of small outlet openings allowing fine distribution of the water or by means of runoff surfaces mounted in. the vapor discharge chamber or else by means of the two above devices used simultaneously to improve the operation of the system.
The description which will follow, with reference to the appended drawing, given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Fig. 1 is a graph showing the results of the tests relating to the effects obtained by the
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method and device according to the invention, applied to a rapid vaporization boiler, with regard to the reduction of the vapor pressure after stopping the withdrawal of vapor.
FIGS. 2 to 4 represent schematically and by way of example three embodiments of devices enabling the execution of the invention.
In fig. 1, the relative steam pressures, measured in atmospheres, are plotted on the ordinate and the injection times measured in minutes, on the abscissa. The upper curve a represents the increase in steam pressure after stopping the steam intake when no water is injected to condense the excess steam. In this case, the normal operating pressure was maintained at 40 atmospheres. As can be seen in the drawing, the pressure increases considerably after closing the steam intake valve as soon as a very short time has elapsed; for example, it already goes up to 65 atmospheres after 1 minute and has 80 atmospheres after? minutes in total.
Curve b represents the pattern of pressures when a device in accordance with the invention is used and a determined quantity of water is injected, for example approximately 5 kg for a period of 2 minutes, for example into the enclosure. te of the dump tank. This injection begins after about 1/2 minute. This period can, of course, be significantly shortened and the injection can begin to be carried out almost at the very moment of stopping the steam intake.
The vapor pressure begins to increase further as shown in the test graph, for a short time.
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duration, above 40 atmospheres and this in the same way as for curve a. This period is followed during the period d by a subsequent increase in pressure less marked than before due to the action of the injected water, following the condensation of the steam with reheating of the injected water around the temperature of the boiler water. This pressure increase stops in the second half of duration d. At the end of this period d, the injection of water is interrupted, following which the pressure of course continues to rise, without reaching even from a distance as can be seen in FIG. 1, the value reached by curve a without water injection.
The third curve c shows the shape of the vapor pressures when a mass of water injected approximately double is used with an injection duration e approximately double. When the increase in pressure has ceased after about a minute and a half, there is even in the case shown a reduction in pressure until the end of the period e, when the time is stopped. introduction of water into the tank. From this moment, the pressure starts to rise again without reaching the values of curve a or even of curve b. In general, the second part of the pressure increase has no effect, moreover, because, for example, in the case of a vehicle boiler, normal operation has resumed in the meantime.
The dotted line f represents the increase in pressure in the absence of any condensation of the excess vapor.
The tests described above show the
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advantageous operation of the system according to the invention with application of vapor condensation by means of trickling surfaces or by fine spraying of water through strainers, etc.
In Figures 2 to 4, which will now be described, the same members are designated by the same references.
The tubular boiler 1 receives the feed water from the feed tank 2 via the pump 3 advantageously constituted by a piston pump and followed by a water heater 4 heated by the expanded steam, the steam partially expanded or smoke gases. The steam generated in the tubes 1 is brought to the point of use by the line 5 comprising in the usual manner a safety valve 6 and a steam intake or stop valve 7.
From the steam pipe 5 (fig. 2) or directly from the vaporization tube, a pipe 8 leads to a reservoir 9. Inside forming the steam chamber of this reservoir, a strainer opens which receives water. supply, coming from the discharge pipe, it connecting the supply pump 3 to the heater 4, via an auxiliary pipe 13 forming a supply bypass and comprising a valve 12.
When the valve of the steam intake pipe is closed, the supply of the boiler 1 by the pump 3 through the heater 4 is interrupted manually or automatically, for example under the action of the pressure increase occurring in the boiler.
At the same time, the valve 12 of the supply line
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auxiliary 13 opens. The excess vapor produced by the heat radiating at this time from the grate and the walls of the hearth passes through line 8 into the discharge tank 9 and condenses there under the action of cold water leaving the strainer lo . Instead of the strainer or in addition to it, it is possible to use, in the steam chamber formed by the reservoir 9, runoff surfaces 14.
To prevent, following the condensation of the steam, the tank 9 from being flooded, the excess hot water is discharged in the case of the embodiment shown in FIG. 2, by an automatic device, for example by a drain valve 16 controlled by a float 15, to exit r through the pipe 27 and return to the supply tank 2 into which it can enter through the coil 17 which is submerged therein to allow the heat to recover from the hot condensed water.
In the embodiment of FIG. 3, it is a water circulation boiler with a tank 9 where the water which separates from the steam produced in the tubes 1 and from where. the water is returned to the lower part of the heater * e 1 via line 18. In this purger or separator 9, the feed water from the feed tank 2 and supplied is still introduced during normal operation. by the pump 3 via the heater 4. This water arrives by passing over the runoff surface 14 in the lower part of the tank 9 to come out via the pipe 18 leading to the vaporization tubes 1.
In this embodiment, the separator tank 9 is used at the same time for the condensation of the
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excess steam after stopping the operation of the steam outlet. A bypass 13 of the delivery pipe of the feed pump 3, coming off upstream of the heater 4 and comprising a shut-off valve 12, leads to the strainer lo in the vapor chamber of the tank 9. The float 15 prevents any overfeeding of the tank 9, this float controlling the position of the valve 19 in the auxiliary supply bypass 13.
The control of this valve 19 could also be ensured in any other way, for example electrically by means of a contact immersed in the water of the tank 9 to make it possible to establish a connection to the outside using Bushing sockets of the type used for engine spark plugs.
There are still other means for suppressing the overfeeding of the tank. For example, in normal operation, the pump could close after a determined time, by means of a delayed release, the valve of the auxiliary bypass 13.
Fig. 4 shows yet another embodiment according to which only a determined limited mass of water is injected into the reservoir. This can be achieved by means of a compressed air accumulator or subjected to the action of a weight, the water content of which is well determined. In the case shown, is inserted in the bypass 13 connected upstream of the heater 4 a collector or accumulator 2o of this kind to receive a determined mass of water. This accumulator contains a 21-stage piston.
The space above the largest
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piston surface communicates with the intake line
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steam 5 via a pipe 23 compor-. both a valve 22 while the space below the smaller piston surface is connected, by a pipe
24 comprising a check valve 28, to the discharge 11 of the feed pump 3 as well as to the pipe 13 leading to the strainer lo of the vapor chamber of the reservoir 9.
This device operates as follows: when the main steam intake valve 7 in the steam intake line 5 is open as well as the main supply line 11, the valve 22 in the line 23 is closed. the auxiliary supply bypass 13. It follows that the accumulator 2o is filled with cold water under the action of the pump 3 via the pipes 11 and 24. If, on the other hand, the intake valve main steam 7 and feed line 11 are closed, valve 22 of line 23 is opened and valve 12 in the auxiliary feed bypass
13.
By virtue of the operation of the stepped piston 21, there is an overpressure in the accumulator tank 2o in relation to the pressure of the boiler and the water contained in the accumulator 2o discharged into the pipe 13 is injected into the chamber. steam from the tank 9 via the strainer lo.
The various valves can be controlled automatically with the aid of pressurized oil or a similar agent, by means of pressure-sensitive devices acting on servo-motors controlling the various valves. The order can be
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also provided electrically.
Apart from the usual valves provided in the supply lines and necessary for the operation envisaged, in the embodiments shown, an overpressure and safety valve 25 is also used which allows to return through the line 26 to the supply tank in water 2 the part of the water which does not pass through the strainer lo when the main pipe 11 is closed. In addition, the flow of the boiler feed pump could be stopped, especially when it stops. This is a piston pump, by closing the suction valve, or again, in the event of independent control of the feed pump, the movement of the latter can be stopped.
The invention is also applicable in cases where, already for construction reasons, the boiler must include a water and steam collector which is directly connected to it.
Claims.
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