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Chaudière amovible à foyer intérieur pour locomobiles.
L'invention concerne la chaudière multi-tubulaire amovible à foyer intérieur du type classique utilisé pour les locomobiles.
Dans les locomobiles, il existe certaines relations entre la chaudière et la machine disposée au-dessus ou au-dessous.
Comme l'on est obligé de tenir compte de l'arbre à manivelle et de la position des volants, la chaudière ne peut pas être agrandie à volonté. C'est pourquoi l'on utilise une chaudière non enmaçonnée et ne comportant qu'un tube de flamme dans la partie antérieure et dans lequel est monté aussi le foyer intérieur et un ensemble de tubes de fumée dans la partie posté- rieure. Dans ces conditions, les gaz de la combustion doivent être largement utilisés sur leur trajet rectiligne unique à travers la chaudière, sans recours à des carneaux latéraux, comme dans les chaudières à tube de flamme, ou à un retour des fumées, comme dans Les chaudières marines.
Ces derniers types dé chaudières ou ces dernières chaudières à tubes de retour,
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etc* ontrainent un diamètre extérieur 'beaucoup trop grand pour des locomobiles, de sorte que les volants devraient être trop écartés. Il en résulte aussi, pour les pressions relativement élevées qui, pour des raisons d'économie, sont de plus en plus utilisées dans les chaudières, not amment pour les locomobiles à puissance thermique, des épaisseurs de tôle qui ne sont pas économiques, même si l'on'ne tient pas compte de ce qu'il y a, pour des raisons de fabrication, des limites à l'augmentation du diamètre et à 1'épaisseur des tôles.
Pour économiser de la place, la chaudière doit être aussi courte que possible. La longueur de la chaudière est limitée vers le bas par les considérations dues au montage de la machine sur la chaudière, et éventuellement au logement d'un dôme de vapeur. Il résulte de ces considérations, pour la chaudière de m locomobiles, une longueur correspondant environ à 4 - 5,5 fois le diamètre du tube de flamme.
Pour utiliser largement les gaz de chauffage et pour disposer d'une surface de chauffe aussi grande que possible, le tube de flamme n'était jusqu'à présent pas plus long qu'il n'est nécessaire pour loger la grille dans le cas d'un foyer intérieur. On a donc choisi, pour la distance entre l'autel et les parois du tube, une valeur correspondant à peu près à 0,5 - 0,75 fois le diamètre du tube de flamme, cette valeur pouvant même atteindre jusqu'à 1,3 fois le diamètre du tube de flamme pour les petites chaudières de locomobiles. Les petites locomobiles exigent des longueurs de boite à feu et de chahdière relativement plus grandes, afin d'assurer un foyer suffisant en raison du diamètre plus petit du tube de flamme.
L'espace situé en arrière de l'autel devait en outre servir er. particulier aussi à répartir les gaz uniformément sur le sys- tème tubulaire qui se trouve en arrière. D'après les principes qui viennent d'être rappelés, on obtient, pour la boite à feu, y compris la grille et l'autel, une longueur correspondant à
2 - 2,5 fois le diamètre de la boite à feu, les valeurs les
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plus grandes se rapportant généralement encore à de petites chaudières.
Les dimensions données actuellement à la chaudière d'une locomobile ont en particulier l'inconvénient que la distance entre la paroi du tube et l'autel est petite, de telle sorte que les gaz de la combustion atteignent la paroi de tubes à une température élevée qui est encore d'environ 1000 , et il en résulte que la paroi de tubes constitue une partie délicate de la chaudière. Cette sensibilité est encore accrue lorsqu'il y a des incrustations et lorsque la température'change fréquemment, comme cela est inévitable au moment de l'ouverture de la porte du foyer et de i'entrée d'air froid, ou lorsque la grille n'est que partiellement couverte.
La restriction de la chambre de combustion y compris l'espace situé entre l'autel et la paroi de tubes a pour conséquence que, dans le cas de combustibles contenant des gaz, les hydrocarbures ne sont pas encore complètement brûlés lors que les gaz de chauffage pénètrent dans les tubes à fumée.
Il en résulte un dégagement de fumée et des pertes par suite de ce que la combustion est incomplète.
Conformément à la présente invention, on augmente très sensiblement la boite à feu et la distance entre l'autel et les parois du tube, de manière telle que les gaz de la combustion atteignent la paroi de tubes sous une température sensiblement plus basse. Le tube de flamme ou tube ondulé aura, dahs ce nouveau type, une longueur supérieure à 2,6 fois le diamètre moyen du tube de flamme ou tube-foyer et comprise entre 2,6 et 3,3 fois le diamètre du tube de flamme ; a constaté qu'il est avantageux de se rapprocher de la limite supérieure pour les petites chaudières, et de la limite inférieure pour les grandes chaudières:
Dans la chambre de combustion beaucoup plus grande ainsi obtenue et qui réduit sensiblement la charge d foyer, il se produit une combustion complète et un meilleur brassage dea gaz, de sorte qu'il est plus facile d'éviter de grandes différences de température entre la partie supérieure
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et la'partie inférieure des parois du tube. La plus grande surface de chauffe par rayonnement obtenue par 1'allongement de la boite à feu améliore l'utilination de la chalcur lc long du trajet des flammes et permet d'utiliser le rayonnement de ces couches de gaz.
On obtient en outre une augmentation de l'utilisation de la chaleur par des dispositions tendant à augmenter la tr ansmission de là chaleur dans le système de tubes à fumée de la chaudière, système qui fait suite à la boite à feu, de sorte que, pour une longueur totale de la chaudière pratiquement la même, l'on obtient la même utilisation des gaz de chauffage qu' auparavant, ainsi que des essais l'ont déjà prouvé et bien que la boite à feu soit sensiblement plus grande et que la cavité de cette boite soit également plus grande. Parmi les dispositions propres à aug- menter la transmission de la chaleur dans la dernière partie de la chaudière, on citera entre autres l'augmentation de la vitesse des gaz, ainsi qu'elle résulte par exemple de l'utilisation de tubes un peu plus étroits.
Au lieu d'être réalisée par l'augmentation de la vitesse des gaz, la transmission de la chaleur peut aussi être augmentée par d'autres moyens tels que la disposition de bandes tourbillonnaires dans les tubes à fumée. Comme le système de tubes à fumée proprement dit est sensiblement plus court, son nettoyage, qui est effectué lorsque ce système est sorti, se trouve d'autant plus facilité que le dépôt d'incrustations est beaucoup moindre, du fait du travail beaucoup plus faible - produit par suite de la faible température des gaz de chauffage atteignant la paroi de tubes - des surfaces de chauffe des parois du tube.
Dans le mode de construction qui fait l'objet de l'invention, la distance optima entre la paroi de tubes et l'autel doit généralement être choisie égale à environ 1,2 à 1,5 fois le diamètre du tube de flamme. Une combustion pratiquement complète a lieu dans la grande chambre de combustion ainsi créée. Les gaz de combustion atteignent la paroi de tubes SOUE
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une température sensiblement plus basse que dans le type usuel actuel. Même lorsque la grille est partiellement découverte, il se produit un fort brassage des gaz de combustion avec l'air avant l'arrivée des gaz sur la paroi de tubes, de sorte que l'on évite tout refroidissement local de la paroi du tube.
Aux dessins ci-joints on a représenté: en fig. I, une vue d'une chaudière du type actuel, et aux fig. 2 et 3 des vues, données à titre d'exemples non limitatifs, de chaudières construites conformément à la présente invention.
Ainsi qu'on le voit en fig. I, la distance I entre l'autel 2 et la paroi 3 de tubes du système de tubes à fumée 4 n'est, dans le type employa jusqu'ici, qui! d'environ 0,5 A 0,75 fois le diamètre du tube de flamme 5.
Par contre, dans le type qui fait l'objet de l'invention, et qui est représenté à la fig. 2, la longueur de la boite à feu est supérieure à 2,6 fois le diamètre du tube de flamme.La distance 6 entre l'autel 7 et la paroi 8 de tubes du système de tubes à fumée 9 est également plus grande et elle est égale à environ 1,2 - 1,5 fois le diamètre du tube de flamme IO.Fig. 3 représente une vue du nouveau type appliqué à une chaudière comportant un faisceau de tubes d'eau. La distance II entre l'autel 12 et les tubes antérieurs du faisceau I3 de tubes d'eau est également égale à 1,2 - 1,5 fois le diamètre du tube de flamme 14. Le diamètre des tubes des faisceaux 9 et 13 est plus petit que d'habitude et le nombre des tubes est augmenté en conséquence.
Les différentes rangées de tubes du faisceau de tubes d'eau I3 sont décalées entre elles.
Lorsqu'il existe un surchauffeur dans lequel la vapeur produite dans la chaudière est surchauffée jusqu'à 350 en chiffres ronds, les fumées sortent de la chaudière en arrière des tubes de fumée à une température d'environ 450 . Dans ces conditions, la boite à feu des types actuels a à peu près la même longueur que les tubes de'fumée (voir fig. I). Dans la
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chaudière conforme à la présente invention, les tubes de fuaée sont - lorsqu'un surchauffeur est monté en arrière desdits tubes à famée, en vue de surchauffer la vapeur jusqu'à 350 environ, sensiblement plus courts que le tube de flamme et ils ne sont qu'environ moitié moins longs, comme on le voit sur la fig. 2.
L'utilisation de la longue boite à feu de grand diamètre, ians laquelle le refroidissement des gaz de combustion a déjà @té poussé sensiblement jusqu'au-dessous de 1.000 , permet l'utiliser aussi, au lieu du faisceau de tubes de fumée, un
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'ait10(HlIl rio tuhot1 d'ou\! ootll1tl !:.uf, par doo Litlioti 1,l'ULll1vr;rnuu.". par rapport au tube de flamme et dudgeonnés ou soudés dans ce lernier. Pour ce qui concerne la température, le rayonnement, , la grandeur de la chambre de combustion et la combustion com- plète, les conditions sont d'ailleurs ici les mêmes que décria précédemment.
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Removable interior hearth boiler for locomobiles.
The invention relates to the removable multi-tubular boiler with an internal hearth of the conventional type used for locomobiles.
In locomobiles, there are certain relationships between the boiler and the machine placed above or below.
As one has to take into account the crankshaft and the position of the handwheels, the boiler cannot be enlarged at will. This is why a non-built-in boiler is used which only has a flame tube in the front part and in which is also mounted the interior hearth and a set of smoke tubes in the rear part. Under these conditions, the combustion gases should be used extensively on their single straight path through the boiler, without recourse to side flues, as in flame tube boilers, or to flue gas return, as in boilers. marines.
These latter types of boilers or these latest return tube boilers,
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etc. * result in an outside diameter which is much too large for locomobiles, so the flywheels should be too wide apart. This also results, for the relatively high pressures which, for reasons of economy, are used more and more in boilers, in particular for locomobiles with thermal power, sheet thicknesses which are not economical, even if no account is taken of the fact that there are, for manufacturing reasons, limits to the increase in diameter and thickness of the sheets.
To save space, the boiler should be as short as possible. The length of the boiler is limited downwards by considerations due to the mounting of the machine on the boiler, and possibly the housing of a steam dome. It follows from these considerations, for the boiler of m locomobiles, a length corresponding to approximately 4 - 5.5 times the diameter of the flame tube.
In order to make extensive use of the heating gases and to have as large a heating surface as possible, the flame tube was until now no longer than is necessary to accommodate the grate in the case of 'an interior home. We have therefore chosen, for the distance between the altar and the walls of the tube, a value corresponding to approximately 0.5 - 0.75 times the diameter of the flame tube, this value even reaching up to 1, 3 times the diameter of the flame tube for small locomobile boilers. Smaller locomotives require relatively longer firebox and chahdière lengths to ensure sufficient focus due to the smaller diameter of the flame tube.
The space behind the altar was also to be used. It is also particularly important to distribute the gases uniformly over the tubular system located behind it. According to the principles which have just been recalled, we obtain, for the firebox, including the grate and the altar, a length corresponding to
2 - 2.5 times the diameter of the firebox, the lowest values
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larger still generally referring to small boilers.
The dimensions currently given to the boiler of a locomotive have in particular the disadvantage that the distance between the wall of the tube and the altar is small, so that the combustion gases reach the wall of the tubes at a high temperature. which is still about 1000, and as a result the tube wall is a delicate part of the boiler. This sensitivity is further heightened when there are encrustations and when the temperature changes frequently, as is inevitable when the fireplace door is opened and when the cold air enters, or when the grate is turned off. is only partially covered.
The restriction of the combustion chamber including the space between the altar and the tube wall has the consequence that, in the case of fuels containing gases, the hydrocarbons are not yet completely burned when the heating gases enter the smoke tubes.
The result is smoke development and losses as a result of incomplete combustion.
In accordance with the present invention, the firebox and the distance between the altar and the walls of the tube are very substantially increased, so that the combustion gases reach the wall of the tubes at a substantially lower temperature. The flame tube or corrugated tube will have, in this new type, a length greater than 2.6 times the average diameter of the flame tube or hearth tube and between 2.6 and 3.3 times the diameter of the flame tube ; found that it is advantageous to approach the upper limit for small boilers, and the lower limit for large boilers:
In the resulting much larger combustion chamber, which significantly reduces the combustion chamber load, complete combustion and better gas mixing takes place, so that it is easier to avoid large temperature differences between the combustion chamber. the top part
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and the lower part of the walls of the tube. The greater radiant heating surface area obtained by lengthening the firebox improves the use of heat along the flame path and allows the radiation from these gas layers to be utilized.
In addition, an increase in the use of heat is obtained by measures tending to increase the transmission of heat in the flue gas tube system of the boiler, a system which follows the fire box, so that, for a total length of the boiler practically the same, one obtains the same use of the heating gases as before, as tests have already proved it and although the firebox is appreciably larger and the cavity of this box is also larger. Among the measures suitable for increasing the transmission of heat in the last part of the boiler, one will quote inter alia the increase in the speed of the gases, as it results for example from the use of tubes a little more narrow.
Instead of being achieved by increasing the velocity of the gases, heat transmission can also be increased by other means such as the arrangement of vortex bands in the smoke tubes. As the smoke tube system itself is noticeably shorter, its cleaning, which is carried out when this system is taken out, is all the more facilitated as the deposit of encrustation is much less, because of the much lower work. - produced as a result of the low temperature of the heating gases reaching the tube wall - heating surfaces of the tube walls.
In the mode of construction which is the subject of the invention, the optimum distance between the wall of the tubes and the altar should generally be chosen equal to approximately 1.2 to 1.5 times the diameter of the flame tube. Almost complete combustion takes place in the large combustion chamber thus created. The combustion gases reach the wall of SOUE tubes
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a temperature significantly lower than in the current conventional type. Even when the grid is partially uncovered, there is a strong stirring of the combustion gases with the air before the gas arrives on the tube wall, so that any local cooling of the tube wall is avoided.
In the accompanying drawings there is shown: in FIG. I, a view of a boiler of the current type, and in figs. 2 and 3 of the views, given by way of non-limiting examples, of boilers constructed in accordance with the present invention.
As seen in fig. I, the distance I between the altar 2 and the wall 3 of the tubes of the flue gas system 4 is, in the type used so far, which! approximately 0.5 to 0.75 times the diameter of the flame tube 5.
On the other hand, in the type which is the subject of the invention, and which is represented in FIG. 2, the length of the firebox is more than 2.6 times the diameter of the flame tube.The distance 6 between the altar 7 and the tube wall 8 of the flue tube system 9 is also larger and it is equal to approximately 1.2 - 1.5 times the diameter of the flame tube IO.Fig. 3 shows a view of the new type applied to a boiler comprising a bundle of water tubes. The distance II between the altar 12 and the anterior tubes of the bundle I3 of water tubes is also 1.2 - 1.5 times the diameter of the flame tube 14. The diameter of the tubes of bundles 9 and 13 is smaller than usual and the number of tubes is increased accordingly.
The various rows of tubes of the water tube bundle I3 are offset from one another.
When there is a superheater in which the steam produced in the boiler is superheated up to 350 in round numbers, the fumes exit the boiler behind the smoke tubes at a temperature of around 450. Under these conditions, the firebox of current types has about the same length as the smoke tubes (see fig. I). In the
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boiler according to the present invention, the flue tubes are - when a superheater is mounted behind said star tubes, with a view to superheating the steam up to approximately 350, substantially shorter than the flame tube and they are not that about half as long, as can be seen in fig. 2.
The use of the long firebox of large diameter, in which the cooling of the combustion gases has already been pushed substantially to below 1,000, allows it to be used also, instead of the bundle of smoke tubes, a
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'ait10 (HlIl rio tuhot1 d'ou \! ootll1tl!:. uf, by doo Litlioti 1, ULll1vr; rnuu. ". relative to the flame tube and expanded or welded in this lernier. Regarding the temperature , the radiation,, the size of the combustion chamber and the complete combustion, the conditions are moreover here the same as described previously.