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Procédé'et appareil de commande et de contrôle des générateurs à vapeur D@ckey dont la demanderesse est l'ayant-droit.
L'invention concerne un procédé et des moyens destinés à la commande et au contrôle du fonctionnement des généra- teursà vapeur,en particulier de ceux du type sans corps cylindrique et à circulation forcée, dont le trajet de circulation du fluide comprend un ou plusieurs tubes de petit diamètre intérieur et de grande longueur dans lesquels la circulation suivant le trajet parcouru est provoquée par l'entrée du liquide sous pression par l'une des extrémités et par la sortie de la vapeur seule par l'autre extrémité, ce type étant caractérisé par l'introduction d'une quantité de liquide normalement plus grande que celle de la vapeur qui en sort, et la différence entre ces/quantités étant prélevée dans le trajet précité entre ses extrémités.
Les générateurs à vapeur de ce type à faible volume de liquide et fonctionnant avec des dispositifs de combus- tion dont l'allure peut varier entre de larges limites, constituent une combinaison, qui permet de réaliser pratique
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ment des taux de dégagement de chaleur extrêmement élevés, aveo la possibilité qui en résulte d'obtenir économique- ment des variations pratiquement instantanées de la charge du minimum au maximum et inversement, sans qu'il en résul- te une grande dépense, cette combinaison convient particuliè- rement aux conditions de marche, telles que celles du service des locomotives, dans lesquelles la charge varie entre de larges limites, et où il est nécessaire de faire face à peu près instantanément à ces variations de charge,
Le générateur comporte un volume de liquide minimum avec une surface d'absorption de chaleur maximum disposée et agencée de façon à s'adapter à peu près instantanément aux variations rapides et aux grandes différences du taux de dégagement de chaleur dans le foyer. La surface drabsorp- tion de chaleur est disposée par rapport au trajet des produits de la combustion et de la chaleur de rayonnement, de façon que le liquide entrant dans le générateur y pé- nètre par l'extrémité froide de ce trajet. De plus, au point de vue du passage des gaz de la combustion dans le générateur à vapeur, la résistance au courant de gaz aug- mente d'une manière continue sur toute la longueur de leur passage.
La surface d'absorption de chaleur ou trajet de cir- culation du fluide moteur est formée par un ou plusieurs tubes de petit diamètre intérieur et de grande longueur avec une partie élargie se trouvant de préférence à l'ex- trémité de la section de production de vapeur et qui agit comme séparateur du liquide et de la vapeur. La vapeur passe ensuite à travers un surchauffeur, tandis que l'excès de liquide entraîné dans les tubes pour les mouiller et empêcher le dépôt d'incrustations, est extrait du sépara- teur dans des conditions contrôlées, ainsi qu'il sera ex- pliqué ci-après.
En sortant du séparateur une partie du
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liquide s'écoule par un tuyau d'évacuation normale d'une manière continue et par un tuyau d'évacuation supplé- mentaire à débit contrôlé et pénètre dans un économiseur sous pression, de façon que l'éoonomiseur et les sections de production de vapeur soient toujours alimentés et par- courus par une quantité de liquide plus forte que celle qui peut être transformée en vapeur par un seul passage de liquide, quoique la proportion de cet excès de liquide ne représente qu'une faïble partie du volume total de flui- de traversant le générateur de vapeut et suffise seulement le plus souvent à assurer le mouillage des tubes et à en- traîner les substances formant les incrustations.
Dans les générateurs de vapeur du type indiqué ci- dessus, qui contiennent peu de liquide et une quantité de chaleur emmagasinée susceptible d'un fort dégagement de chaleur, il est nécessaire que l'admission du liquide soit continue et proportionnée à chaque instant à la quantité de vapeur sortant du générateur, en tenant oompte en même temps de l'excès de liquide que l'on désire faire sortir du trajet de la circulation.
De plus pour réaliser des variations de dégagement de chaleur entre de larges limites avec un effet à peu près instantané et pour que l'opéra- tion de la combustion s'effectue efficacement, il faut pré- voir un procédé et un dispositif faisant fonctionner un générateur de vapeur de ce type conformément aux variations des conditions de marche. un des principaux objets de l'invention consiste à contrôler le fonctionnement d'un générateur de vapeur de ce type de façon à réaliser d'une manière satisfaisante et très rapidement d'amples variations dans le taux de dégage- ment de chaleur en réglant convenablement l'admission de li- quide et des éléments de la combustion.
L'invention a encore pour objet de maintenir une
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valeur uniformément élevée le rendement de la combustion quelles que soient la soudaineté et l'amplitude des varia- tions de la production.
Conformément à l'invention, on a élaboré un procédé de production de vapeur et de contrôle du fonctionnement d'un générateur de vapeur du type sans corps cylindrique et à circulation forcée, dans lequel arrive à l'une des extrémités un liquide sous pression et sort à l'autre seulement de la vapeur surchauffée, ce procédé étant caractérisé par le oontr8le normal de l'admission d'eau d'après les indications de la charge appliquée au généra- teur et par le maintien du rapport que l'on désire entre les débits de combustible et d'air pour la combustion.
Le procédé faisant l'objet de l'invention comporte aussi d'autres particularités qui seront toutes décrites en détail ci-après.
Dans l'appareil conforme à l'invention qui peut être utilisé pour appliquer ledit procédé et qui consiste dans un générateur de vapeur du type sans corps cylindri- que et à oirculation forcée comportant des sections de production et de surchauffe de la vapeur, on a prévu l'installation d'une séparation entre les portions de production et de surchauffe de la vapeur du trajet de cir- culation du fluide, un appareil de mesure fonctionnant sous l'action du niveau dans le séparateur et un dispositif régulateur contrôlé par le compteur de débit de l'air de combustion.
L'invention est représentée sur les dessins ci-annexés sur lesquels : la fig, 1 représente schématiquement un générateur de vapeur sans corps cylindrique à circulation forcée au- quel s'applique l'invention ; la fig. 2 représente schématiquement un générateur
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de vapeur sans corps cylindrique à circulation forcée combiné avec 1 appareil nécessaire au contrôle de son fonctionnement, ledit appareil étant représenté d'une manière partiellement schématique ; la fig. 3 est semblable d'une manière générale à la fig. 2, mais comporte certains appareils servant à 1'application du procédé; la fi g.4 est une coupe verticale d'une soupape pilote; la fig.5 est une coupe vertioale d'un relais pneu- matique ;
la fig. 6 est semblable à la tig.5, mais comporte certaines particularités supplémentaires de construction; les figs. 7 et 8 sont des détails de connexions élec- triques relatives à la fig.3; la fig. 9 est une coupe verticale d'un mécanisme de commande de la fig. 3.
Sur le dessin, les mêmes pièces sont désignées par- tout par les mêmes numéros de référence.
Le générateur de vapeur sans corps cylindrique à circulation forcée auquel s'applique l'invention est re- présenté schématiquement sur la fig. 1, de façon à faire apparaître la circulation des gaz, la circulation du luide moteur et la surface d'absorption de chaleur dis- posée de façon à être contenue dans l'enceinte figurée en traits mixtes.
Le trajet de circulation du fluide moteur est formé de longs tubes de petit diamètre intérieur réunis dans des collecteurs appropriés. Le générateur comporte un économiseur 202 placé à l'extrémité froide du passage des gaz et qui est alimenté en liquide par une pompe volumé- trique 289 qui est représentée réunie avec le réservoir
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d'eau, chaude 301.
Le liquide sortant du collecteur de sortie 201 de l'économiseur est amené par un tuyau 203 à un tuyau mul- tiple 204 qui le répartit dans la section de production de vapeur 302 par l'intermédiaire, dans le cas présent de cinq tuyaux 205 offrant une résistanoe au passage du fluide et dont chacun a une résistanoe plus forte que le tuyau de circulation du fluide qu'il dessert, des tuyaux distribuant le liquide proportionnellement à chacun des tuyaux de circulation du fluide 206, 207,208,209 et 210 qui constituent la section de production de vapeur de l'ensemble du générateur qui comporte des portions au plancher, contre les parois et écrans et contre la voûte, comme il est indiqué en 303,
Ces cinq circuits de circulation qui forment la surface de production de vapeur pénètrent tangentiellement dans une partie élargie du trajet de circulation du fluide, cette partie élargie ayant la tonne d'une chambre 232 de séparation destinée à partager le fluide en liquide et en vapeur, la vapeur passant dans le surohauffeur 242 et l'ex- cès de liquide étant détourné du trajet de circulation du fluide par un tuyau 1 qui le conduit au réservoir d'eau chaude ou à la décharge. Une évacuation continue normale s'effectue par un étranglement 2, tandis qu'une évacuation variable s'effectue par une soupape régulatrice 3.
La source de chaleur 304 (fig.l) comporte un brûleur à huile 4, alimenté par un tuyau 5 (fig.2) et une chambre à air 6, alimentée par une conduite 7. Pour produire l'inflammation initiale de l'huile, un dispositif d'allu- mage qui est un brûleur à gaz 8 est alimenté par un tuyau 9 avec un courant de gaz réglé par une soupape 10 commandée par un électro-aimant.
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Si l'on se reporte en particulier à la fig.2, on voit que le circuit de circulation du fluide a été re- présenté sous forme d'un seul tube en serpentin dont la section de l'économiseur 202 est alimentée en liquide sous pression par un tuyau 11 venant d'une pompe 289, qui, quoique représentée sur la fig. 1 comme pompe volu- métrique, peut être d'un type quelconque approprié, et qui par conséquent a été représentée sur la fig, 2 sous forme purement schématique. En sortant de la section de l'éoonomiseur, le fluide arrive dans la section 302 de production de vapeur et la traverse, puis se décharge dans le séparateur 232.
En sortant du séparateur, la vapeur passe dans le surohauffeur 242 et le traverse, puis en sort par le tuyau 244 pour arriver à une turbine prinoipa- le 12, choisie comme exemple d'un appareil consommateur de vapeur. Les produits de la combustion passent succes- sivement à travers la seotion de production de vapeur, le surchauffeur et l'éoonomiseur et peuvent venir en contact partiellement ou complètement avec le séparateur.
Une -turbine auxiliaire 287 actionne la pompe d'ali- mentation 289 pour le liquide, le ventilateur 288 et la pompe d'alimentation 290 pour l'huile. Quoique ces appa- reils aient été représentés sohématiquement et comme s'ils étaient placés de façon à être commandés par le même arbre et à la même vitesse, il doit être bien entendu que les engrenages de réduction de vitesse nécessaires ou les liai- sons de commande entre les divers appareils doivent être considérés comme connus et seraient établis d'une manière appropriée en ce qui concerne leur vitesse, leur puissance etc.. relatives et qu'on s'est seulement proposé d'indiquer que la turbine auxiliaire 287 actionne les appareils 289, 288 et 290 simultanément et en concordance.
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Le débit de ltalimentation en huile combustible du brûleur 4 est réglé d'abord par la vitesse de la pompe à huile 290, mais le débit, d'huile est réglé en outre par l'étranglement d'une soupape régulatrice 13 montée dans le tuyau 5 ; et le débit est mesuré d'une manière continue par un compteur de débit 14.
Le débit de l'alimentation en air servant à entrete- nir la combustion est déterminé d'abord par la vitesse du ventilateur 288, mais est en outre contrôlé par un registre 15 placé dans la conduite 7 entre le ventilateur 288 et la ohambre à air 6. Le débit d'air est mesuré d'une manière continue par un compteur de débit 16.
Le débit de l'alimentation en liquide sous pression passant par le tuyau 11 est contrôlé par la vitesse de la pompe 289 qui, à son tour se trouve sous le contrôle des facteurs variables du fonctionnement de l'ensemble.
Lorsqu'un générateur de vapeur de ce type fonctionna certains facteurs variables sont mesurés, relevés et utilisés pour servir de base au contrôle automatique de l'alimenta''' tion en liquide du générateur, et en éléments de combustion du foyer.
17 désigne un instrument fonctionnant sous l'action de la pression, tel qu'un tube de Bourdon relié au tuyau 244 et comportant une aiguille indicatrice 18 destinée à coopérer avec un index 19 pour faire connaître la valeur instantanée de la pression du courant de vapeur sortant du générateur.
Comme indicateur de puissance, ou de la charge du gé- nérateur à vapeur on a prévu un tube de Bourdon 20 qui déter- mine la position d'une aiguille indicatrice 21 par rapport à un index 22, Le tube de Bourdon 20 communique par un tuyau avec la turbine 12 en un point tel que la pression agissant sur le tube de Bourdon est celle qui règne dans l'enveloppe
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du premier étage de la turbine et qui est sensiblement proportionnelle au débit du courant de vapeur, L'ai- guille 21 indique donc par rapport à l'échelle 22 une valeur qui représente le débit du courant de vapeur sor- tant du générateur de vapeur et par conséquent indique la puissance ou charge dudit générateur.
23 désigne un dispositif fonctionnant sous l'action du niveau du liquide dans le séparateur 232, qui constitue une enceinte sous pression renfermant un tube en U à mer- cure en liaison avec le haut et le bas du séparateur, un flotteur monte et descend à la surface du mercure dans l'une des branches du tube et fait ainsi mouvoir une ai- guille 24 par rapport à un index 25, de façon à donner des indications sur la position instantanée du niveau du liquide dans le séparateur.
Le compteur de débit désigné en général par 14 et destiné à mesurer le débit de l'alimentation en combustible du foyer est un instrument fonctionnant sous l'action des différences de pression et disposé de façon à corriger le défaut de proportionnalité linéaire entre la pression dif- férentielle et le débit afin que les déplacements angulaires d'une aiguille 26 par rapport à un index 27 soient par quantités différentielles directement proportioneles aux variations différentielles du débit. Le contour des pièces entrant dans la construction intérieure du compteur de débit 14 est figuré en pointillé, il s'agit d'une cloche avec joint liquide dont les parois ont une épaisseur et une forme appropriées.
Le compteur de débit 16 qui sert à mesurer le débit d'air de combustion est semblable au compteur 14 et déter- mine la position d'une aiguille 28 par rapport à un index 29 pour indiquer d'une manière continue le débit instantané du courant d'air vers le foyer.
De préférence on réalise d'abord le contrôle de l'ali- mentation en liquide du trajet de circulation du fluide et
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du foyer en éléments de combustion par les variations de vitesse de la turbine auxiliaire, en prenant comme base de ce contrôle la pression du courant d'échappement de la vapeur et la pression dans l'enveloppe de la turbine.
Cependant pour tenir compte des différences qui peuvent exister dans les caractéristiques des pompes et du venti- lateur ainsi que des variations dans les conditions de marche, on a prévu un dispositif de second réglage complé- tant le premier contrôle des éléments de combustion, pour l'air ce dispositifde second réglage comporte un registre 15 dont la position à la sortie du ventilateur 288 est réglée par un dispositif de commande pneumatique 30. Pour le combustible, le dispositif de second réglage comporte une soupape régulatrice 13 dont la position dans le tube 5 dépend des écarts qui se produisent dans les proportions mesurées par rapport aux proportions que l'on désire du débit de combustible et du débit d'air.
La turbine auxiliaire est alimentée normalement par la vapeur d'échappement de la turbine principale, ou par de la vapeur soutirée dans un étage intermédiaire de la turbine principale. D'abord il est avantageux de faire varier la vitesse de la turbine auxiliaire en concordance avec la turbine principale de façon à proportionner appro- ximativement le débit de liquide et d'éléments de combustion dans le générateur de vapeur conformément à la charge de ce générateur ; puis de régler de nouveau l'alimentation de liquide et de combustible et d'air conformément aux fac- teurs variables ou caractéristiques du fonctionnement de la centrale.
Si la turbine auxiliaire était alimentée par de la vapeur à une pression relativement constante, provenant par exemple directement du générateur de vapeur, le rôle prin- cipal du mécanisme de réglage de la turbine auxiliaire con- sisterait à faire varier l'ouverture des soupapes d'admis-
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sion en concordance avec la marche de la turbine principale.
Mais lorsque la turbine auxiliaire consomme de la, vapeur de soutirage ou d'échappement de la turbine principale, si la charge sur la turbine principale diminue, la pres- sion de la vapeur disponible pour la turbine auxiliaire tombe plus vite qutil ne serait nécessaire pour les be- soins de la turbine auxiliaire au point de vue du travail qu'elle a à fournir et il serait probablement nécessaire d'ouvrir graduellement les soupapes lorsque la charge di- minue, et il pourrait même arriver que, la charge diminuant à une certaine valeur, la quantité de vapeur provenant de cette source soit insuffisante et qu'il faille ouvrir une soupape à haute pression pour compléter l'alimentation en vapeur de soutirage ou d'échappement.
Les soupapes dtadmission de la turbine auxiliaire ne peuvent donc être commandées directement en fonction de la marche de la turbine principale ou de la charge du générateur de vapeur, à moins que la pression de la vapeur fournie à la turbine auxiliaire soit relativement constan- te comme celle qui provient du générateur de vapeur, ce- pendant il est avantageux que la turbine auxiliaire fonc- tionne à une vitesse en concordance approximativement avec la vitesse de la turbine principale.
Pour déterminer la vitesse de la turbine auxiliaire, on prévoit de préférence une pompe, un compresseur ou dis- positif similaire 31 commandé par et avec la turbine auxi- liaire de façon à communiquer à un fluide (tel que de l'hui- le) une pression qui soit dans un rapport connu avec la vitesse. On utilise donc cette huile sous pression à la commande d'un mécanisme qui tend normalement à maintenir constante la vitesse de la turbine auxiliaire quelle que soit la pression de la vapeur qui l'alimente.
On fait donc varier la charge du dispositif fonctionnant sous l'action
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de la pression d'huile, conformément aux variations dans la marche du gén érateur de vapeur et de la turbine prin- oipale en satisfaisant ainsi aux conditions de vitesse nécessaire que doit réaliser le régulateur à vitesse va- riable de la turbine auxiliaire.
L'huile sortant de la pompe 31 passe par un tuyau 32 et arrive dans un soufflet métallique extensible 33 disposé de façon à faire varier la position de l'une des extrémités d'une bielle articulée 34 flottante. L'autre extrémité de la bielle 34 se meut sous l'action d'un pis- ton moteur se déplaçant dans un cylindre 35 et en même temps que ledit piston qui est destiné à manoeuvrer les soupapes d'admission de vapeur de la turbine auxiliaire.
Une tige pilote 36 est suspendue à la bielle 34 entre ses extrémités et contrôle le débit d'huile sous pression dans une botte pilote 37 (représentée en détail sur la fig.4) vers les faces opposées du piston 35.
Le fluide sous pression arrive à l'intérieur de la botte 37 entre les guides 38 du pilote séparés sur la tige 36 par un intervalle tel qu'ils se trouvent en coïncidence avec les orifices annulaires étroits 39. Lorsque la tige pilote se déplace suivant son axe dans la botte de façon que les guides 38 se déplacent par rapport aux orifices 39 on dispose d'une pression de charge définie dans les orifi- ces annulaires qui se trouve dans un rapport connu avec l'amplitude de ce déplacement.
Par exemple, si la tige 36 se déplace vers le haut, on dispose à l'orifice de sortie de la botte situé en haut à gauche (fig.4) d'une pression de charge qui augmente dans un rapport défini avec l'ampli- tude de ce déplacement, tandis que si la tige 36 descend, on dispose à l'orifice de sortie inférieur du côté gauche d'une pression qui augmente dans un rapport défini avec l'amplitude de ce mouvement.
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En supposant qu'une charge fixe soit appliquée à l'extrémité supérieure du ressort régulateur 40, si la charge sur la turbine principale diminue, provoquant une baisse de pression de la vapeur de soutirage ou d'échappe- ment disponible pour la turbine auxiliaire, la vitesse de la turbine auxiliaire diminuera, en faisant diminuer la pression de l'huile disponible dans le soufflet 33 et provoquent un mouvement de descente de l'extrémité de gauche de la bielle 34 avec un mouvement de descente cor- respondant de la tige pilote 36.
Ce mouvement fait dimi- nuer la pression sur le piston 35 et la fait augmenter au-dessous, de sorte que le piston remonte et ramène la tige pilote 36 dans sa position déterminée d'avance. Le mouvement asoendant du piston 35 ouvre les soupapes d'ad- mission et tend ainsi à faire reprendre à la vitesse de la turbine auxiliaire sa valeur primitive.
Ainsi qu'il a été dit ci-dessus, il est avantageux de charger le ressort régulateur 40 d'une quantité qui dépend de l'allure de la marche du générateur de vapeur et de la turbine principale. Pour connaître la charge de la turbine principale, on utilise de préférence l'indica- tion fournie par la mesure du débit de vapeur qu'elle re- çoit et à titre de mesure du niveau thermique du généra- teur de vapeur, on utilise l'indication fournie par la pression du courant de vapeur à la sortie du surohauffeur.
On a constaté que la pression dans l'enveloppe de la tur- bine varie suivant une ligne droite avec le débit. on uti- lise de préférence la pression dans le premier étage, quoique l'on puisse relever. la pression dans un autre étage quel- conque. La pression agissant dans le tube de Bourdon 17 détermine la position d'une tige pilote 41 dans une botte
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pilote 42, de façon à établir une pression de charge d'air dans un tuyau 43 qui représente la pression de la vapeur dans la conduite 244.
De même le tube de Bourdon 20 déter- mine la position dtune tige pilote 44 par rapport à une botte pilote 45, de façon à établir une pression de charge d'air dans le tuyau 46 qui représente la pression dans l'en- veloppe de la turbine. ces deux pressions de charge agis- sent sur un relais différentiel 47 où s'établit une pression de charge d'air, qui est la somme algébrique des pressions régnant dans les tuyaux 43, 46 et qui, par l'intermédiaire d'un tuyau 48 agit sur un diaphragme 49 servant à charger le ressort 40.
Si l'on se reporte à la fig.5, on voit que le tuyau 46 aboutit à une ohambre 50 séparée par un diaphragme ou une cloison mobile 52 d'une chambre 51 à laquelle aboutit le tuyau 43. Le diaphragme 52 et le ressort 53 qui le charge sont réunis tous deux à une tige 54 à laquelle est également fixé un diaphragme 55 séparant les chambres 56, 5., La chambre 56 est ouverte à l'air libre. De l'air sous pression peut arriver par le tuyau 58 dans la chambre 57 sous le contrôle d'une soupape 59. L'échappement de la chambre 57 à l'air libre est contrôlé par une soupape 60.
La tige 54 est destinée à déterminer la position d'un dis- positifde commande 61 des soupapes soit pour admettre de l'air sous pression par la soupape 59, en faisant ainsi aug- menter la pression dans la chambre 57, soit pour faire échap- per l'air dans l'atmosphère par la soupape 60 en faisant ainsi diminuer la pression dans la chambre 57. La pression dans la chambre 57 est transmise par un tuyau 48 de façon à agir sur le diaphragme 49. On remarquera que les variations de la pression qui agit par le tuyau 46 ou seulement de la pression qui agit par le tuyau 43, agissent de façon à
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faire varier la pression de l'air dans la chambre 57 et par conséquent la pression de l'air qui détermine la position du diaphragme 49.
Pour charger le ressort régulateur 40, on laisse prédominer de préférence l'aotion exercée par la pression dans l'enveloppe de la turbine. on peut arriver à ce résultat en donnant au guide 38 du pilote (dans la boite 42), dont la position dépend de la pression du courant de vapeur à la sortie du surchauffeur, une forme telle que sa pente soit plus longue et moins accusée et qu'il doive se déplacer davantage pour que la pression de l'air varie d'un kilogramme et que par conséquent la pression de charge de l'air varie moins, lorsque la pression de la vapeur varie d'une quantité donnée, par comparaison avec le guide 38 du pilote de la boîte 45 (dont la position est déter- minée par la pression dans l'enveloppe de la turbine )
dont la pente est relativement plus forte et par conséquent pro- voque une variation plus forte de la pression de charge de l'air pour une variation donnée de la pression dans l'en- veloppe de la turbine. On pourrait arriver au même résul- tat en interoalant des étranglements dans l'un ou l'autre des tuyaux 43,46, de façon à rendre l'un d'eux plus sensible que l'autre aux mouvements d'égale amplitude des tubes de Bourdon 17, 20 .
L'appareil peut être réglé de façon qu'une variation complète du minimum au maximum de la change provoque une va- riation de la pression de charge de l'air suffisante pour faire fonctionner la turbine auxiliaire dans la gamme de vitesses qui correspond à la variation de la charge, ou pour obtenir les variations de vitesse que l'on désire de la turbine auxiliaire correspondant à des vaniations définies de la pression du courant de vapeur sortant du générateur.
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Dans les anciens dispositifs de contrôle des généra- teurs de vapeur, le contrôle primaire de l'admission du liquide et des éléments de combustion (dans le cas présent, la vitesse de la turbine auxiliaire) se faisait d'après la pression du courant de sortie en tant qu'indicateur du niveau thermique du générateur de vapeur, cependant, étant donné la vitesse extrême avec laquelle la charge varie et le faible volant de chaleur et de liquide du générateur de vapeur en question, ainsi que la nécessité de réaliser un fonctionnement automatique dans la gamme entière de production, il devient indispensable de se servir d'un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit.
il est avantageux de contrôler le rapport entre la vitesse de la turbine auxiliaire (indiquée par la pression de l'huile) et la pression dans l'enveloppe de la turbine principale, étant donné que la vitesse de la turbine auxiliaire prend une valeur à peu près correcte aussitôt après que la char- ga a varié, au lieu d'attendre que la pression du courant de sortie de la vapeur ait changé. La sensibilité du contrôle de la pression du oourant de sortie de la vapeur est diminuée et le réglage est plus progressif avec de moindres variations générales de la pression de la vapeur que les conditions qu'il serait possible de réaliser par le contrôle d'un seul élément effectué par la pression du courant de sortie de la vapeur.
Le contrôle secondaire de l'alimentation du brûleur 4 en huile s'effectue par un appareil indiquant le rapport entre le combustible et l'air.' Les compteurs de débit 14,16 sont réunis l'un à l'autre de façon que, si le rapport entre le débit de l'huile combustible et celui de l'air de combus- tion du foyer s'écarte de la valeur que l'on désire, une tige pilote 62 prend une position dans le sens vertical de
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façon à faire varier une pression de charge agissant par un tuyau 63 dans la chambre 65 d'un relais régulateur 64.
Si l'on se reporte à la fig. 6, on voit que le relais régulateur 64 est semblable jusqu'à un certain point au relais 47 en comportant en plus un raccord de soutirage 67 faisant communiquer d'une manière réglable les cham- bres 56' et 57'. La chambre 66 débouche à l'air libre.
Une pression de charge établie dans la chambre 57' agit par le tuyau 68 sur la soupape à diaphragme 13 pour lui faire prendre une position convenable. Dans ce cas, le raccord de soutirage 67 à fonctionnement réglable a pour fonction de oompléter le contrôle primaire de la pression agissant sur la soupape 13 par un contrôle secon- daire de la même amplitude ou d'une amplitude différente, consistant par exemple dans une action successive ou sup- plémentaire pour empêcher la soupape 13 d'aller trop loin et de danser et par laquelle la position prise par la soupa- pe 13 n'est pas nécessairement en concordance directe avec la position prise par la tige pilote 62.
Sur le dessin les tuyaux ou capillaires servant à transmettre les pressions de contrôle de l'air ou de l'hui- le ont toujours été figurés en pointillé pour les distin- guer des connexions électriques ou des autres tuyaux ou conduites. un contrôle supplémentaire ou secondaire de l'air amené dans le foyer par la conduite 7 est effectué en faisant occuper une position convenable au registre 15 placé dans la conduite. Ce registre, ainsi que la soupape réglable 3 placée dans la dérivation 1 sont amenés ensemble dans une position convenable par une pression de charge d'air établie par une soupape pilote contrôlée par l'ai- guille 24 de l'appareil à flotteur 23.
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La fig.3 représente un exemple de réalisation de l'invention dans lequel le procédé qui en fait l'objet est appliqué à l'aide de dispositifs électriques au lieu des appareils à commande pneumatique décrits avec la fig.
2 à l'appui.
L'indicateur 18 est disposé de façon à faire prendre une position convenable à une électrode de surface varia- ble d'un appareil à décharge électronique 69 et l'indica- teur 21 est disposé de façon à faire prendre une position convenable à une électrode de surface variable d'un appa- reil à décharge électronique 70, ces deux appareils coo- pérant pour contrôler la position d'un dispositif de commande 71 servant à charger le ressort régulateur 40.
Sur le dessin une ligne unique réunit l'appareil 69 à un tableau de relais 72 et une ligne unique réunit l'appa- reil 70 au même tableau 72. Un conducteur 75 partant du tableau 72 aboutitan dispositif de commande 71.
L'appareil 23' qui fonctionne sous l'action du ni- veau détermine la position de l'électrode mobile d'un ap- pareil à décharge électronique 74 réuni électriqement à un tableau de relais. 75, d'où partent des conducteurs qui aboutissent à un dispositif de commande 76 et à un dis- positif de commande 77.
Le oompteur différentiel 78 combine les fonctions des compteurs 14, 16 de la fig. 2 pour comparer le débit du cou- rant de combustible et le débit du courant d'air, et lors- qu'un écart se manifeste dans le rapport déterminé d'avance de ces deux débits, il est destiné à faire mouvoir l'élec- trode mobile d'un appareil à décharge électronique 79 relié à un tableau de relais 80 et au dispositif de commande 89 de la soupape 13 de réglage du combustible. Les conducteurs dont 73 est un exemple doivdent être considérés comme étant des câbles pouvant comporter un ou plusieurs fils, mais ces
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oâbles sont représentés par une ligne unique pour simpli- fier le dessin.
Si l'on se reporte à la fig. 7, on voit qu'elle re- présente un schéma détaillé des connexions d'un tableau de relais tel que 75 et 80.si l'on prend le tableau 80 comme exemple et si l'on se reporte à la fig. 7, on voit que le bras 81, dont la position est déterminée par le comp- teur différentiel 78 est disposé de façon à faire mouvoir l'anode de l'appareil à décharge électronique 79 par rap- port à la cathode.
La cathode de l'appareil 79 est réunie au secondai- re d'un transfonnateur de chauffage 82, 83 et 84 sont des résistances, 85, une inductance, 86, un transformateur, 87, un appareil à décharge électronique et 88 un moteur.
Le but général de l'appareil à décharge électronique 87 est de contrôler un courant continu pulsatoire servant au contrôle de la vitesse du moteur 88 qui tourne dans un sens unique à une vitesse variant de zéro au maximum et dépendant du passage du courant de l'appareil 87.
Le contrôle de ce passage du courant s'effectue par le contrôle du pourcentage du temps pendant lequel l'appa- reil 87 peut être conducteur et ce contrôle est réalisé en appliquant à la grille de l'appareil 87 la somme de tensions continues et alternatives. Comme la tension alternative est en retard de phase par rapport à la ten- sion de plaque sous l'action d'un pont déphaseur 84,85,86, et comme par conséquent le point du oyole où la tension de grille atteint la valeur de passage et permet à l'appa- reil 87 de devenir conducteur retarde également, on peut faire varier la tension alternative, en faisant varier la grandeur de la tension continue qui est en série aveo la tension alternative.
On réalise cette variation de gran-
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deur de la tension continue en faisant varier la grandeur de la surface active de l'anode de l'appareil 79 par un mouvement mécanique imprimé au bras 81. Par conséquent on fait varier la vitesse de rotation du moteur 88, qui cons- titue une partie du dispositif de commande 89, en faisant varier la position du bras 81 par le compteur différentiel 78.
La fig. 8 représente le schéma du tableau de relais 72 combiné avec les appareils à décharge électronique 69 et 70 qui sont connectés en parallèle pour contrôler le moteur d'un dispositif de commande 71, en conjugaison avec Inaction de la pression du courant de sortie de la vapeur et de la pression dans l'enveloppe de la turbine principale.
La fig. 9 représente uné élévation verticale avec coupe partielle du dispositif de commande 89, qui repré- sente le type des dispositifs de commande 71,76,77 et 89 de la fig. 3. Le moteur 88 est celui qui porte le même numéro sur la fig. 7 et qui doit tourner dans un sens unique à une vitesse variant de zéro au maximum, cette vitesse variant suivant le courant passant dans son-induit, comme le montrent nettement les figs. 7 et 8.
Linduit en tournant actionne une pompe à fluide 91, qui refoule un fluide tel que de l'huile, provenant d'une chambre 93 située au-dessus du piston qui renferme la pompe 91, dans une chambre 92 xituée au-dessous du piston. Le passage du fluide de l'une des faces du piston sur l'autre tend à faire monter le piston et un ressort de compression s'oppose à ce mouvement, comme le montre nettement la figure.
La pression antagoniste du ressort varie avec la vitesse du moteur 88 et si l'une des extrémités de l'appareil, par exemple en 94, est montée de façon à pouvoir pivoter d'une
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manière relativement fixe, une variation de vitesse du moteur 88 provoque un mouvement relatif de l'extrémité 95 en se rapproohant ou s'éloignant de l'extrémité 94 et ce mouvement, communiqué à une soupape ou à un autre appareil dont il sagit dé régler la position, a pour effet d'amener ledit appareil dans la position qui con vient. on remarquera évidemment que si le sens de rotation de la pompe 91 change, le ressort qui s'oppose au mouve- ment peut être un ressort de tension au lieu d'un ressert de compression.
De plus, la charge résultant de la pré- senoe du ressort peut être appliquée à l'extérieur de l'ap- pareil plutôt qutà l'intérieur.
REVENDICATIONS
1.- Un procédé de production de vapeur et de contré- le du fonctionnement d'un générateur de vapeur du type sans corps cylindrique et à circulation forcée dans lequel on introduit à l'une des extrémités le liquide sous pres- sion et on recueille seulement de la vapeur surchauffée à ltautre extrémité, caractérisé en ce que l'admission de liquide est contrôlée normalement d'après les indications de la charge du générateur et les débits de combustilble et d'air de combustion sont maintenus dans le rapport que l'on désire.
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Method and apparatus for controlling and monitoring the D @ ckey steam generators of which the applicant is the beneficiary.
The invention relates to a method and means for controlling and monitoring the operation of steam generators, in particular of the type without cylindrical body and forced circulation, the fluid circulation path of which comprises one or more tubes. of small internal diameter and of great length in which the circulation following the path traveled is caused by the entry of the liquid under pressure by one of the ends and by the exit of the vapor alone by the other end, this type being characterized by the introduction of a quantity of liquid normally greater than that of the vapor which leaves therefrom, and the difference between these / quantities being taken in the aforementioned path between its ends.
Steam generators of this type with a small volume of liquid and operating with combustion devices, the shape of which can vary between wide limits, constitute a combination, which makes it possible to achieve practical
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extremely high heat release rates, with the resulting possibility of economically obtaining practically instantaneous variations in the load from minimum to maximum and vice versa, without a great expense, this combination particularly suitable for running conditions, such as in locomotive service, where the load varies between wide limits, and where it is necessary to cope almost instantaneously with these load variations,
The generator has a minimum liquid volume with a maximum heat absorbing surface arranged and arranged to accommodate almost instantaneously to rapid changes and large differences in the rate of heat release in the hearth. The heat absorbing surface is disposed relative to the path of the products of combustion and of the radiant heat, such that liquid entering the generator enters through the cold end of this path. In addition, from the point of view of the passage of combustion gases through the steam generator, the resistance to the gas flow increases continuously throughout the length of their passage.
The heat absorbing surface or working fluid circulation path is formed by one or more tubes of small internal diameter and of great length with an enlarged portion preferably located at the end of the production section. of vapor and which acts as a separator of liquid and vapor. The vapor then passes through a superheater, while the excess liquid entrained in the tubes to wet them and prevent the deposit of encrustations, is withdrawn from the separator under controlled conditions, as will be explained. below.
By removing part of the separator
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liquid flows through a normal discharge pipe in a continuous manner and through an additional controlled-flow discharge pipe and enters an economizer under pressure, so that the economizer and the steam generating sections are always supplied and traversed by a quantity of liquid greater than that which can be transformed into vapor by a single passage of liquid, although the proportion of this excess liquid represents only a small part of the total volume of liquid. passing through the steam generator and is usually sufficient only to ensure the wetting of the tubes and to entrain the substances forming the encrustation.
In steam generators of the type indicated above, which contain little liquid and a quantity of stored heat capable of giving off a great deal of heat, it is necessary that the admission of the liquid be continuous and proportionate at each moment to the temperature. quantity of steam leaving the generator, taking into account at the same time the excess liquid which one wishes to remove from the path of the circulation.
In addition, in order to achieve variations in heat release between wide limits with an almost instantaneous effect and for the operation of the combustion to take place efficiently, it is necessary to provide a method and a device for operating a device. steam generator of this type in accordance with variations in operating conditions. one of the main objects of the invention is to control the operation of a steam generator of this type so as to achieve in a satisfactory manner and very quickly large variations in the rate of heat release by suitably adjusting intake of liquid and combustion elements.
Another object of the invention is to maintain a
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the combustion efficiency is uniformly high regardless of the suddenness and magnitude of the variations in production.
In accordance with the invention, a method has been developed for producing steam and for controlling the operation of a steam generator of the type without cylindrical body and with forced circulation, in which a pressurized liquid arrives at one end and only superheated steam leaves the other, this process being characterized by the normal control of the water inlet according to the indications of the load applied to the generator and by maintaining the desired ratio. between fuel and air flow rates for combustion.
The method forming the subject of the invention also comprises other features which will all be described in detail below.
In the apparatus according to the invention which can be used to apply said method and which consists in a steam generator of the type without cylindrical body and with forced circulation comprising sections for producing and superheating the steam, it has been possible to have provided for the installation of a separation between the steam production and superheating portions of the fluid circulation path, a measuring device operating under the action of the level in the separator and a regulating device controlled by the meter combustion air flow rate.
The invention is shown in the accompanying drawings in which: FIG. 1 schematically represents a steam generator without a cylindrical body with forced circulation to which the invention applies; fig. 2 schematically represents a generator
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of steam without cylindrical body with forced circulation combined with 1 apparatus necessary to control its operation, said apparatus being shown in a partially schematic manner; fig. 3 is generally similar to FIG. 2, but includes some apparatus for the application of the method; fi g.4 is a vertical section of a pilot valve; FIG. 5 is a vertical section of a pneumatic relay;
fig. 6 is similar to tig. 5, but has certain additional construction features; figs. 7 and 8 are details of electrical connections relating to FIG. 3; fig. 9 is a vertical section of a control mechanism of FIG. 3.
In the drawing, the same parts are designated throughout by the same reference numbers.
The steam generator without cylindrical body with forced circulation to which the invention is applied is shown schematically in FIG. 1, so as to show the circulation of gases, the circulation of the motor fluid and the heat absorption surface arranged so as to be contained in the enclosure shown in phantom.
The path of circulation of the working fluid is formed of long tubes of small internal diameter joined together in suitable manifolds. The generator comprises an economizer 202 placed at the cold end of the gas passage and which is supplied with liquid by a positive displacement pump 289 which is shown united with the reservoir.
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water, hot 301.
The liquid leaving the outlet manifold 201 of the economizer is brought through a pipe 203 to a multiple pipe 204 which distributes it in the steam generating section 302 via, in this case five pipes 205 providing a resistance to the passage of the fluid and each of which has a greater resistance than the fluid circulation pipe that it serves, pipes distributing the liquid proportionally to each of the fluid circulation pipes 206, 207,208,209 and 210 which constitute the section of production of steam from the entire generator which comprises portions on the floor, against the walls and screens and against the vault, as indicated at 303,
These five circulation circuits which form the steam production surface penetrate tangentially into a widened part of the fluid circulation path, this widened part having the ton of a separation chamber 232 intended to share the fluid into liquid and vapor, the vapor passing through the superheater 242 and the excess liquid being diverted from the path of circulation of the fluid by a pipe 1 which leads it to the hot water tank or to the discharge. Normal continuous venting is through a throttle 2, while variable venting is through a regulating valve 3.
The heat source 304 (fig.l) comprises an oil burner 4, supplied by a pipe 5 (fig.2) and an air chamber 6, supplied by a pipe 7. To produce the initial ignition of the oil an ignition device which is a gas burner 8 is supplied by a pipe 9 with a gas flow regulated by a valve 10 controlled by an electromagnet.
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If we refer in particular to FIG. 2, we see that the fluid circulation circuit has been shown in the form of a single serpentine tube, the section of the economizer 202 of which is supplied with liquid under pressure by a pipe 11 coming from a pump 289, which, although shown in FIG. 1 as a positive displacement pump, may be of any suitable type, and which therefore has been shown in FIG. 2 in purely schematic form. On exiting the economizer section, the fluid enters and passes through the steam generating section 302, then discharges into separator 232.
On exiting the separator, steam passes through superheater 242 and passes through it, then exits through pipe 244 to arrive at a primary turbine 12, chosen as an example of a steam consuming apparatus. The products of combustion pass successively through the steam generating seotion, the superheater and the economizer and may come in partial or complete contact with the separator.
An auxiliary turbine 287 powers feed pump 289 for liquid, fan 288 and feed pump 290 for oil. Although these devices have been represented sohematically and as if they were placed so as to be driven by the same shaft and at the same speed, it should of course be understood that the necessary speed reduction gears or linkages of control between the various devices must be considered as known and would be established in an appropriate manner with regard to their relative speed, power etc. and that it has only been proposed to indicate that the auxiliary turbine 287 operates the devices 289, 288 and 290 simultaneously and in concordance.
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The flow rate of the fuel oil supply to the burner 4 is first regulated by the speed of the oil pump 290, but the flow rate of oil is additionally regulated by the throttling of a regulating valve 13 mounted in the pipe. 5; and the flow rate is continuously measured by a flow meter 14.
The flow rate of the air supply to support combustion is determined firstly by the speed of fan 288, but is further controlled by a damper 15 placed in duct 7 between fan 288 and the air chamber. 6. The air flow is continuously measured by a flow meter 16.
The flow rate of the pressurized liquid supply passing through the pipe 11 is controlled by the speed of the pump 289 which in turn is under the control of the varying factors of the operation of the assembly.
When a steam generator of this type is in operation certain variable factors are measured, recorded, and used as the basis for automatic control of the liquid supply to the generator, and of combustion elements to the fireplace.
17 designates an instrument operating under the action of pressure, such as a Bourdon tube connected to pipe 244 and comprising an indicator needle 18 intended to cooperate with an index 19 to make known the instantaneous value of the pressure of the vapor stream coming out of the generator.
As an indicator of power, or of the load of the steam generator, a Bourdon tube 20 has been provided which determines the position of an indicator needle 21 with respect to an index 22. The Bourdon tube 20 communicates by a pipe with the turbine 12 at a point such that the pressure acting on the Bourdon tube is that which prevails in the casing
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of the first stage of the turbine and which is substantially proportional to the flow rate of the steam stream, Needle 21 therefore indicates with respect to scale 22 a value which represents the flow rate of the steam stream leaving the steam generator and therefore indicates the power or load of said generator.
23 denotes a device operating under the action of the level of the liquid in the separator 232, which constitutes a pressurized chamber enclosing a U-shaped tube with mercury in connection with the top and the bottom of the separator, a float rising and falling at the surface of the mercury in one of the branches of the tube and thus causes a needle 24 to move relative to an index 25, so as to give indications on the instantaneous position of the level of the liquid in the separator.
The flow meter generally designated by 14 and intended to measure the flow rate of the fuel supply to the furnace is an instrument operating under the action of pressure differences and arranged so as to correct the lack of linear proportionality between the pressure dif - ferential and the flow so that the angular displacements of a needle 26 relative to an index 27 are by differential quantities directly proportional to the differential variations of the flow. The outline of the parts entering into the internal construction of the flow meter 14 is shown in dotted lines, it is a bell with a liquid seal, the walls of which have an appropriate thickness and shape.
The flow meter 16 which serves to measure the flow of combustion air is similar to the meter 14 and determines the position of a needle 28 relative to an index 29 to continuously indicate the instantaneous flow rate of the current. air to the fireplace.
Preferably, the liquid supply to the fluid circulation path is first checked and
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of the combustion element hearth by the speed variations of the auxiliary turbine, taking as a basis for this control the pressure of the steam exhaust stream and the pressure in the casing of the turbine.
However, to take into account the differences which may exist in the characteristics of the pumps and the fan as well as variations in the operating conditions, a second adjustment device has been provided to supplement the first check of the combustion elements, for the air this second adjustment device comprises a register 15 whose position at the outlet of the fan 288 is regulated by a pneumatic control device 30. For fuel, the second adjustment device comprises a regulating valve 13 whose position in the tube 5 depends on the deviations that occur in the measured proportions with respect to the desired proportions of fuel flow and air flow.
The auxiliary turbine is normally powered by the exhaust steam from the main turbine, or by steam drawn from an intermediate stage of the main turbine. First, it is advantageous to vary the speed of the auxiliary turbine in accordance with the main turbine so as to approximate the flow rate of liquid and combustion elements in the steam generator in accordance with the load of this generator. ; then readjust the supply of liquid and fuel and air according to the varying factors or characteristics of plant operation.
If the auxiliary turbine were supplied with steam at a relatively constant pressure, for example coming directly from the steam generator, the main role of the adjustment mechanism of the auxiliary turbine would be to vary the opening of the valves. 'admitted-
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sion in accordance with the operation of the main turbine.
But when the auxiliary turbine consumes the main turbine draw-off or exhaust steam, if the load on the main turbine decreases, the steam pressure available to the auxiliary turbine drops faster than would be needed to. the needs of the auxiliary turbine from the point of view of the work which it has to provide and it would probably be necessary to open the valves gradually when the load decreases, and it could even happen that, the load decreasing to a certain value, the quantity of steam coming from this source is insufficient and it is necessary to open a high pressure valve to complete the supply of withdrawn or exhaust steam.
The auxiliary turbine inlet valves therefore cannot be controlled directly according to the operation of the main turbine or the load of the steam generator, unless the pressure of the steam supplied to the auxiliary turbine is relatively constant as. that which comes from the steam generator, however, it is advantageous if the auxiliary turbine operates at a speed approximately in accordance with the speed of the main turbine.
To determine the speed of the auxiliary turbine, there is preferably provided a pump, compressor or similar device 31 controlled by and with the auxiliary turbine so as to communicate with a fluid (such as oil). a pressure which is in a known relation to the speed. This pressurized oil is therefore used to control a mechanism which normally tends to maintain the speed of the auxiliary turbine constant whatever the pressure of the steam which feeds it.
We therefore vary the load of the device operating under the action
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of the oil pressure, in accordance with the variations in the operation of the steam generator and of the main turbine, thus satisfying the necessary speed conditions which must be achieved by the variable speed regulator of the auxiliary turbine.
The oil leaving the pump 31 passes through a pipe 32 and arrives in an expandable metal bellows 33 arranged so as to vary the position of one of the ends of a floating articulated rod 34. The other end of the connecting rod 34 moves under the action of a motor piston moving in a cylinder 35 and at the same time as said piston which is intended to operate the steam inlet valves of the auxiliary turbine. .
A pilot rod 36 is suspended from the connecting rod 34 between its ends and controls the flow of pressurized oil in a pilot boot 37 (shown in detail in Fig. 4) to the opposite faces of the piston 35.
The pressurized fluid arrives inside the boot 37 between the guides 38 of the pilot separated on the rod 36 by a gap such that they lie in coincidence with the narrow annular orifices 39. As the pilot rod moves along its path. axis in the boot so that the guides 38 move relative to the orifices 39 there is a defined load pressure in the annular orifices which is in a known relation to the amplitude of this displacement.
For example, if the rod 36 moves upwards, there is at the outlet of the boot located at the top left (fig. 4) a load pressure which increases in a defined ratio with the amplifier - Study of this displacement, while if the rod 36 goes down, there is at the lower outlet orifice on the left side a pressure which increases in a defined ratio with the amplitude of this movement.
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Assuming a fixed load is applied to the upper end of the regulating spring 40, if the load on the main turbine decreases, causing a drop in the pressure of the offtake or exhaust steam available to the auxiliary turbine, the speed of the auxiliary turbine will decrease, reducing the pressure of the oil available in the bellows 33 and causing a downward movement of the left end of the connecting rod 34 with a corresponding downward movement of the pilot rod 36.
This movement decreases the pressure on the piston 35 and increases it below, so that the piston rises and returns the pilot rod 36 to its predetermined position. The upward movement of the piston 35 opens the inlet valves and thus tends to return the speed of the auxiliary turbine to its original value.
As has been said above, it is advantageous to charge the regulating spring 40 with an amount which depends on the speed of operation of the steam generator and of the main turbine. In order to know the load of the main turbine, the indication provided by the measurement of the steam flow rate which it receives is preferably used and as a measure of the thermal level of the steam generator, l. indication provided by the pressure of the steam stream at the outlet of the superheater.
It has been observed that the pressure in the casing of the turbine varies in a straight line with the flow rate. the pressure in the first stage is preferably used, although this can be raised. the pressure in any other stage. The pressure acting in the Bourdon tube 17 determines the position of a pilot rod 41 in a boot
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pilot 42, so as to establish an air charge pressure in a pipe 43 which represents the pressure of the vapor in the pipe 244.
Likewise the Bourdon tube 20 determines the position of a pilot rod 44 relative to a pilot boot 45, so as to establish an air charge pressure in the pipe 46 which represents the pressure in the casing of the tube. the turbine. these two charge pressures act on a differential relay 47 where an air charge pressure is established, which is the algebraic sum of the pressures prevailing in the pipes 43, 46 and which, via a pipe 48 acts on a diaphragm 49 serving to load the spring 40.
Referring to fig.5, we see that the pipe 46 leads to a chamber 50 separated by a diaphragm or a movable partition 52 from a chamber 51 which ends with the pipe 43. The diaphragm 52 and the spring 53 which loads it are both joined to a rod 54 to which is also fixed a diaphragm 55 separating the chambers 56, 5., The chamber 56 is open to the air. Pressurized air can enter through pipe 58 into chamber 57 under the control of valve 59. Exhaust from chamber 57 to the open air is controlled by valve 60.
The rod 54 is intended to determine the position of a control device 61 of the valves either to admit pressurized air through the valve 59, thereby increasing the pressure in the chamber 57, or to escape. - Perating the air in the atmosphere through the valve 60, thus reducing the pressure in the chamber 57. The pressure in the chamber 57 is transmitted by a pipe 48 so as to act on the diaphragm 49. It will be noted that the variations of the pressure which acts through the pipe 46 or only of the pressure which acts through the pipe 43, act so as to
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varying the air pressure in chamber 57 and therefore the air pressure which determines the position of diaphragm 49.
To charge the regulating spring 40, the aotion exerted by the pressure in the casing of the turbine is preferably allowed to predominate. this can be achieved by giving the pilot guide 38 (in box 42), whose position depends on the pressure of the vapor stream at the outlet of the superheater, a shape such that its slope is longer and less pronounced and that it must move more so that the air pressure varies by one kilogram and therefore the charge pressure of the air varies less, when the vapor pressure varies by a given amount, by comparison with the guide 38 of the pilot of the gearbox 45 (whose position is determined by the pressure in the casing of the turbine)
the slope of which is relatively steeper and consequently causes a greater variation of the air charge pressure for a given variation of the pressure in the casing of the turbine. We could arrive at the same result by inserting constrictions in one or the other of the pipes 43,46, so as to make one of them more sensitive than the other to the movements of equal amplitude of the tubes. de Bourdon 17, 20.
The apparatus can be adjusted so that a complete variation from the minimum to the maximum of the change causes a variation of the air charge pressure sufficient to operate the auxiliary turbine in the range of speeds corresponding to the variation of the load, or to obtain the desired speed variations of the auxiliary turbine corresponding to defined variations of the pressure of the steam stream leaving the generator.
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In older steam generator controls, the primary control of liquid inlet and combustion elements (in this case, the speed of the auxiliary turbine) was based on the pressure of the gas stream. output as an indicator of the thermal level of the steam generator, however, given the extreme speed with which the load varies and the low flywheel of heat and liquid of the steam generator in question, as well as the need to perform automatic in the entire production range, it becomes essential to use a device such as that which has just been described.
it is advantageous to control the ratio between the speed of the auxiliary turbine (indicated by the oil pressure) and the pressure in the casing of the main turbine, since the speed of the auxiliary turbine takes on a value gradually near correct immediately after the load has changed, instead of waiting for the pressure of the steam outlet stream to change. The sensitivity of the pressure control of the steam outlet current is reduced and the adjustment is more gradual with less general variations in the steam pressure than the conditions that would be possible by controlling a single one. element effected by the pressure of the outlet stream of steam.
The secondary control of the supply of oil to the burner 4 is effected by a device indicating the ratio between fuel and air. The flow meters 14,16 are joined to one another so that, if the ratio between the flow rate of the fuel oil and that of the combustion air of the fireplace deviates from the value that desired, a pilot rod 62 takes a position in the vertical direction of
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so as to vary a charge pressure acting through a pipe 63 in the chamber 65 of a regulator relay 64.
If we refer to fig. 6, it will be seen that the regulator relay 64 is similar to a certain extent to the relay 47 but additionally comprising a draw-off connection 67 communicating in an adjustable manner the chambers 56 'and 57'. Room 66 opens into the open air.
A charge pressure established in chamber 57 'acts through pipe 68 on diaphragm valve 13 to cause it to assume a suitable position. In this case, the function of the draw-off connection 67 with adjustable operation is to complete the primary control of the pressure acting on the valve 13 by a secondary control of the same amplitude or of a different amplitude, consisting for example of a successive or additional action to prevent valve 13 from going too far and dancing and whereby the position taken by valve 13 is not necessarily in direct agreement with the position taken by pilot rod 62.
In the drawing, the pipes or capillaries used to transmit the air or oil control pressures have always been shown in dotted lines to distinguish them from electrical connections or from other pipes or conduits. an additional or secondary control of the air brought into the hearth through the pipe 7 is effected by making the register 15 placed in the pipe occupy a suitable position. This damper, together with the adjustable valve 3 placed in the bypass 1 are brought together into a suitable position by an air charge pressure established by a pilot valve controlled by the needle 24 of the float apparatus 23.
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FIG. 3 represents an exemplary embodiment of the invention in which the method which is the subject thereof is applied with the aid of electrical devices instead of the pneumatically controlled devices described with FIG.
2 in support.
Indicator 18 is arranged so as to cause a variable surface electrode of an electronic discharge apparatus 69 to assume a suitable position and indicator 21 is arranged so as to cause an electrode to assume a suitable position. of variable area of an electronic discharge device 70, these two devices cooperating to control the position of a control device 71 serving to charge the regulating spring 40.
In the drawing, a single line joins the apparatus 69 to a relay board 72 and a single line joins the apparatus 70 to the same board 72. A conductor 75 from the board 72 ends in the control device 71.
The apparatus 23 'which operates under the action of the level determines the position of the movable electrode of an electronic discharge apparatus 74 electrically connected to a relay board. 75, from which lead conductors which terminate at a control device 76 and a control device 77.
The differential counter 78 combines the functions of the counters 14, 16 of FIG. 2 to compare the flow rate of the fuel current and the flow rate of the air current, and when a deviation occurs in the predetermined ratio of these two flow rates, it is intended to move the elec - Mobile trode of an electronic discharge device 79 connected to a relay board 80 and to the control device 89 of the fuel adjustment valve 13. Conductors of which 73 is an example should be considered as cables which may have one or more wires, but these
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The cables are represented by a single line to simplify the drawing.
If we refer to fig. 7, it can be seen that it represents a detailed diagram of the connections of a relay board such as 75 and 80. If we take the table 80 as an example and if we refer to fig. 7, it can be seen that the arm 81, the position of which is determined by the differential counter 78, is arranged so as to cause the anode of the electronic discharge apparatus 79 to move with respect to the cathode.
The cathode of the apparatus 79 is joined to the second of a heating transformer 82, 83 and 84 are resistors, 85, an inductor, 86, a transformer, 87, an electronic discharge apparatus and 88 a motor.
The general purpose of the electronic discharge apparatus 87 is to control a pulsating direct current for the control of the speed of the motor 88 which rotates in one direction at a speed varying from zero to the maximum and depending on the passage of the current of the device 87.
The control of this passage of current is effected by controlling the percentage of the time during which the device 87 can be conducting and this control is carried out by applying to the grid of the device 87 the sum of direct and alternating voltages. . As the alternating voltage is phase-lagged with respect to the plate voltage under the action of a phase-shifting bridge 84,85,86, and consequently as the point of the oyol where the gate voltage reaches the value of passage and allows the apparatus 87 to become a delay conductor also, the AC voltage can be varied, by varying the magnitude of the DC voltage which is in series with the AC voltage.
This variation of great-
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of the direct voltage by varying the size of the active area of the anode of the apparatus 79 by a mechanical movement imparted to the arm 81. Consequently, the speed of rotation of the motor 88 is varied, which constitutes a part of the control device 89, by varying the position of the arm 81 by the differential counter 78.
Fig. 8 shows the diagram of the relay board 72 combined with the electronic discharge devices 69 and 70 which are connected in parallel to control the motor of a control device 71, in conjunction with Inaction of the pressure of the output stream of the steam and the pressure in the casing of the main turbine.
Fig. 9 shows a vertical elevation partly in section of the control device 89, which shows the type of the control devices 71, 76, 77 and 89 of FIG. 3. The motor 88 is the one with the same number in fig. 7 and which must rotate in one direction at a speed varying from zero to the maximum, this speed varying according to the current flowing in its-induced, as clearly shown in figs. 7 and 8.
Linduit by rotating actuates a fluid pump 91, which delivers a fluid such as oil, coming from a chamber 93 situated above the piston which contains the pump 91, in a chamber 92 xituée below the piston. The passage of fluid from one side of the piston to the other tends to cause the piston to rise and a compression spring opposes this movement, as clearly shown in the figure.
The counteracting pressure of the spring varies with the speed of the motor 88 and if one of the ends of the apparatus, for example at 94, is mounted so as to be able to pivot by a
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relatively fixed manner, a variation of the speed of the motor 88 causes a relative movement of the end 95 moving towards or away from the end 94 and this movement communicated to a valve or other device to be regulated. the position, has the effect of bringing said apparatus into the appropriate position. it will obviously be noted that if the direction of rotation of the pump 91 changes, the spring which opposes the movement may be a tension spring instead of a compression spring.
In addition, the load resulting from the presence of the spring can be applied to the exterior of the apparatus rather than to the interior.
CLAIMS
1.- A process for producing steam and for controlling the operation of a steam generator of the type without cylindrical body and with forced circulation in which the liquid under pressure is introduced at one end and collected. only superheated steam at the other end, characterized in that the liquid inlet is controlled normally according to the generator load indications and the fuel and combustion air flow rates are kept in the ratio as the we want.
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