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Procédé et appareil de commande et de contrôle n'invention concerne les procédés de contrôle et spécialement un procédé et des moyens servant à commander et à contrôler le fonctionnement d'appareils tels que des générateurs de puissance et ou seulement des appareils L'utilisant, plus particulièrement on utilise un facteur variable dans le fonctionnement de cet appareil pour servir de mesure du fonctionnement et pour contrôler ledit ou tout autre appareil.
On a choisi de préférence, comme exemple pour donner une représentation et une description de l'inven- tion combinée ou en relation avec le fonctionnement des générateurs de vapeur, en particulier les générateurs de vapeur du type sans corps cylindrique à circulation for- cée, comportant un trajet de circulation du fluide forcé d'un ou plusieurs tubes de gsande longueur et de petit diamètre intérieur, 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
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de La vapeur seule, par l'autre, ce type étant oaruoté- risé par L'introduction d'une quantité de liquide norma- Lement plus grande que celle de La vapeur qui sort,
et la différence entre oes quantités étant prélevée dans le trajet précité entre ses extrémités.
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Une des prinoipales oaraotéristiqu-es de l'invention consiste dans 1#utilisation d'un facteur variable dans le fonctionnement de l'installation pour servir de base au contrôle de L*aLimentation en Liquide et au chauffage du générateur de vapeur.
On a choisi pour le représenter et le décrire un agencement dans lequel on utilise la hauteur du niveau du liquide dans Le cylindre du séparateur au contr8le de certains facteurs variables dans le fonctionnement de
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Ltinstallation et dans lequel il peut être souhaitable que ce contrale suive Les fLnoe%nà%ions du niveau.. IL doit être bien entendu cependant que dans son acception La plus large, l'invention concerne Le fonctionnement d'un appareil assujetti à suivre les fluctuations d'un niveau.
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de Liquide queloanque et dune manière générale. un fonctionnement conséou.tif à diverses variations.
Conformément à 1'tinveation$ on a élaboré un procédé destiné à produire de la vapeur et à faire fonctionner un générateur de vapeur du. type sans corps cylindrique et à circulation forcée, comportant un séparateur entre Les portions de production et de surchauffe de la vapeur
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du trajet de circulation du. fLuide, et caractérisé par le aontr8le réalisé progressivement et/ou, seulement succès'" sivement des faoteura variables dans le fonctionnement du générateur à vapeur, sous L'action du niveau du liquide dans le séparateur.
Le procédé faisant L'objet de l'invention, comporte encore d'autres particularités qui seront toutes décrites ci-après en détail.
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Dans L'appareil conforme à l'invention, qui peut être utilisé pour la mise en application du procéda et qui comporte un séparateur intercala entre les portions de production et de surchauffe de la vapeur du trajet de circulation du fluide, on a prévu un agencement de dis- positifs fonctionnant sous l'action de la position prise par une zone de séparation entre le liquide et la vapeur et un certain nombre de dispositifs destinés à régler des facteurs variables dans le fonctionnement du généra...
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teur de vapeur et oontreolde successivement par Les pre- miers dispositifs lorsque Ladite zone se déplace progres- sivement, L'appareil faisant l'objet de l'invention comporte encore d'autres particularités qui seront toutes décrites
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ai-aprés en détail,
L'invention est représentée sur le dessin ci-annexé sur lequel: la figure L représente schématiquement un générateur de vapeur sans corps cylindrique à circulation forcée,
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combiné avec les appareils nécessaires au oonteole de son fonctionnement, ces appareils étant figurée d'une manière partiellement schématique;
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la figure a représente sahmatiquement un générateur de vapeur sans corps cylindrique à circulation forode, les appareils de oontr$le étant disposas d'une manière un peu différente par rapport à ceux de la figure 1; la figure 3 est une coupe verticale d'une soupape pilote; les figures 4. 5 et 6 sont des soupapes pilotes, à
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plus grande dohelle-, les figures 7, 8 et 9 sont des graphiques reprêsen. tant le fonctionnement des appareils; la figure 10 est un détail dtane partie de Leappareil
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des figures i et bzz sous une forme mogifide.
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Si L'on se reporte particulièrement à la figure 1, on voit que le trajet de circulation du f Laide a été représenté sous forme de tube unique en serpentin, dont
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La section de l'éoonomiseur 02 est alimenté en liquide sons pression par un tuyau 11 venant d'une pompe 289, qui
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peut être d'un type quelconque approprié et qui par suite a été représenté sous forme purement schématique. ]Il sortant de la section de Ltdoonomiseur le fluide arrive dans la section de production de la vapeur 302 et la traverse,
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paie se décharge dans le séparateur 23E, I sortant du séparateur, la vapeur arrive dans le surahauffeoer au et le traverse,, en le quittant par le tuyau 244 pour arriver
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à. une turbine principale 1., prise comme exemple d'un appareil consommateur de vapeur.
Les produits de la com- bustion passent successivement à travers la section de
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production de la vapeur, le aurohauff eur et 1*éoonomisear et peuvent venir en contact avec une partie ou la totali- té du séparateur.
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Une turbine auxiliaire a87 commande la pompe d'ali- mentation en liquide 289. Le ventilateur a88 et la pompe d'alimentation en combustible U90, Quoique ces appareils aient été représentés schématiquanent et comme selle d- taient montés de façon à étre commandés par le marne arbre et à la marne vitesse, il doit être bien entendu que les engrenages de réduction nécessaires ou les liaisons de commande entre les divers appareils sont connus et seraient établis d'une manière appropriée en ce qui con- cerne leur vitesse, puissance, eto, relatives et que
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l'on s'est seulement proposé d1indiquer que la turbine auxiliaire 887 commande les appareils aSS, 889 et 890 simultanément et en concordance.
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l'excès de liquide est extrait du trajet de oircu.
lation du fluide par un tuyau 1 et amené dans un réaar-
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voir d'eau chaude on à la décharge. Une évacuation nor- male continue se produit par un étranglement 2, tandis qu'une évacuation variable se fait par une soupape régu- latrice 3,
Le foyer du générateur de vapeur comporte un brû- leur à huile 4, alimenté bar un tuyau 5, et une chambre à air 6 alimentée par une conduite 7. Pour réaliser l'in- flammation initiale du dispositif brûleur à huile. on a prévu un dispositif brûleur à gaz 8 alimenté par un tuyau 9 par un courant de gaz sous le contrôle d'une soupape 10 commandée par un électro-aimant.
Le débit de l'alimentation en huile combustible du brûleur 4 est contrôlé d'abord par la vitesse de la pompe à huile 290, mais l'alimentation en huile est encore réglée par L'étranglement d'une soupape régulatrice 13 placée dans le tuyau 5 et le débit du courant d'huile est mesuré d'une manière continue par un compteur 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, sous le contrôle d'un registre 15 placé dans la conduite 7 entre le ven- tilateur et la chambre à air 6, Le débit du courant dair est mesuré d'une manière continue par un compteur de débit 16.
Le débit de l'alimentation en liquide sous pression par le tuyau 11 est contrôlé par la vitesse de la pompe
289, qui, à son tour, se trouve sous le contrôle de facteurs variables dans le fonctionnement de l'installa- tion.
Lorsqu'un générateur de vapeur de ce type fonction- ne, certains facteurs variables sont mesurés, relevée et utilisés pour servir de base au contrôle automatique de l'alimentation en liquide dudit générateur et de l'ali- mentation du foyer de chauffage en éléments de combustion.
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17 désigne un appareil fonctionnant sous l'action de la pression, tel qu'un tube de Bourdon, réuni au. tuyau 244 et comportant une aiguille indicatrice 18 destinée à coopérer avec un index 19 pour faire connaître La va- Leur instantanée de la pression du courant de sortie de la vapeur.
A titre d'indication de La puissance ou de la charge du générateur de vapeur, on a prévu un tube de Bourdon 20 destina à faire prendre une position convenable à une aiguille indicatrice al par rapport à un index 22. Le tube de Bourdon 20 est réuni par l'intermédiaire d'un tuyau à la turbine la en un point tel que le tube de Bour- don soit sensible à L'action de La pression dans l'enve- loppe du premier étage de la turbine, pression qui se trouve dans un rapport sensiblement linéaire avec le débit du courant de vapeur. Les indies@ions de l'aiguille al,, par rapport à l'échelle 22 représentent donc le débit du courant de vapeur sortant du générateur de vapeur et fournissent ainsi une indication de la puissance en de la charge du générateur.
23, désigne un dispositif fonctionnant sous L'action de la hauteur du niveau du liquide dans Le séparateur 232 et constituant une botte sous pression qui renferme un tube en U à mercure réuni en bas et en haut au sépa- râleur. Un flotteur est disposé de façon à monter et à descendre avec la surface du mercure dans L'une des branches du tube et amène ainsi dans une position couve- nable une aiguille 24 par rapport à un index 25 pour faire connaître la hauteur instantanée du niveau du li- quide dans le séparateur.
Les compteurs de débit 14 et 16 ooopèrent pour ame- ner dans une position convenable la tige d'une soupape pilote 26, à partir dune position déterminée, lorsque
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La proportion entre Le débit du courant d'air- et du cou- rant de oombustible s'éoarte de la valeur que l'on dési- re. La soupape pilote a6 est destinée à oontrôler la position de la soupape 13 d'alimentation en combustible.
Les tubes de Bourdon 17 et 20 amènent chacun dans une position convenable la tige d'une soupape pilote pour établir une pression de charge pneumatique dans le méca- nisme du relais 27, qui applique une pression de charge pneumatique résultante sur un dispositif 28 de charge à diaphragme.
De préférence, on oontrôle d'abord le débit de l'a- limentation en Liquide du trajet de circulation du flui- de et en éléments de combustion du foyer, en faisant varier la vitesse de la turbine auxiliaire et utilisant comme base de ce contrôle la pression du courant de sore- tie 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 ventilateur, ainsi que des variations dans les con- ditions de marche, on a prévu des dispositifs de second réglage pour compléter le aontrôle primaire du débit des éléments de combustion.
Pour l'air. ce dispositif de second réglage consiste dans le registre 15 placé à la sortie du ventilateur 288 et amené dans une position con- venable par un dispositif de commande pneumatique 29. pour le combustible, le dispositif de second réglage consiste dans la soupape régulatrioe 13 située dans le tuyau 5 et amenée dans une position convenable sous l'action des écarts se produisant à partir de La. propor" tion que l'on désire entre le débit mesuré du courant de combustible et le débit mesuré du courant d'air.
Il est souhaitable d'abord de faire varier la vitesse de la turbine auxiliaire en concordnace avec la
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turbine principale, de façon à établir une proportion approximative entre le débit du Liquide et des éléments de combustion arrivant dans le générateur, conformément à la charge dudit générateur; puis de régler de nouveau séparément l'alimentation en huile et en air conformément aux autres facteurs variables dans Le fonctionnement de l'installation.
Pour déterminer la vitesse de La turbine auxiliaire, on a prévu de préférence une pompe, compresseur ou appa- reil similaire 30 commandé par la turbine auxiliaire et avec elle pour établir une pression de fluide (telle qu'- une pression d'huile) se trouvant dans un rapport connu avec la vitesse. On utilise ensuite cette pression d'hui- le dans un mécanisme régulateur qui tend normalement à maintenir constante la vitesse de la turbine auxiliaire, quelle que soit la pression de la. vapeur qui l'alimen- te.
Puis on charge l'appareil fonctionnant sous L'action de la pression. d'huile conformément aux variations qui se produisent dans la marche du générateur de vapeur et de La turbine principale, en réalisant ainsi les condi- tions de vitesse nécessaires que le régulateur à vitesse variable de la turbine auxiliaire doit assurer,
L'huile sortant de la pompe 30 passe par un tuyau 31 (qui comporte un tuyau de retour sa) pour arriver à un soufflet métallique 33 expansible, destiné à amener dans une position convenable L'une des extrémités d'une bielle articulée flottante 34.
L'autre extrémité de la bielle 34 se déplace sous L'action d'un piston moteur et avec lui, ledit piston se déplaçant dans un oylindre 35 et étant destiné à. faire mouvoir 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 du courant d'huile sous pression traver- sant une botte pilote 37 vers Les faces opposées du pis-
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ton 35. Une soupape réglable 38 normalement ouverte est placée entre le tuyau sous pression 31 et le tuyau de retour 32, de façon à constituer une dérivation contour- nant La pompe 30. Une résistance -fixe 38'est placée dans le tuyau 32.
Les soupapes pilotes désignées par 26 et 37 sont re- présentées en détail sur La figure 3.
Le fluide sous pression arrive à l'intérieur de la boîte 87 entre les guides pilot es 39, qui sont séparés sur la tige 36 par un intervalle tel qu'ils se trouvent en coïncidence avec les orifices annulaires étroits 40.
Lorsque la tige pilote se déplace suivant son axe dans la botte de façon que les guides 39 se déplacent par rapport aux orifices 40, une pression de charge définie s'établit dans les orifioes annulaires, se trouvant dans un rapport connu, aveo L'amplitude de ce mouvement* Par exemple, si la tige 36 monte, il existe à l'orifice de sortie supé- rieur du cote droit de la botte (figure 3) une pression de charge qui augmente dans un rapport défini avec l'am- pitude dudit mouvement, tandis que si la tige 36 descend, il existe à L'orifice de sortie inférieur du coté droit une pression qui augmente d'une manière définie avec l'am- plitude du mouvement.
L'appareil 23 (fig. 1) qui fonctionne sous l'action du niveau est destiné à amener dans une position convana- ble une tige pilote 41 pour le contrôle d'urgence et suc- oessif des facteurs variables dans le fonctionnement de l'installation, On remarquera que les orifices de sortie supérieur et inférieur du coté droit de La botte pilote sont utilisée tous les deux, L'orifice supérieur étant relié à une soupape 42 de fermeture d'urgence de l'arri- vée du combustible, placée dans le tuyau 5 et l'orifice inférieur étant relié à la soupape 3 régulatrice d'éva-
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ouation, au. dispositif de commande pneumatique 29 et à la soupape de dérivation 38.
Si L'on ae reporte à la figure 8, on voit qu'elle représente, à L'aide d'un graphique, la manière dont fonctionne le contrôle de L'appareil 23 qui fonctionne sous L'action de la hauteur du niveau dans le cylindre du. séparateur 232. Le tuyau 1 de L'évacuation peut se trouver à une hauteur coïncidant avec le fond du. sépara.- teur, ou. peut être légèrement au-dessus.
IL n'est pas avantageux que le niveau, de l'eau 401 découvre le tuyau d'évacuation, c'est pourquoi on a indiqué une limite de sécurité 402 inférieure qui se trouve à un niveau légère- ment supérieur au. tuyau. de l'évacuation, En partant de cette zone vers le haut jusqu'à une Limite de sécurité supérieure 403, se trouve la zone dans laquelle s'opère le contrôle et qui est partagée approximativement en une zone de fonctionnement avec étranglement de L'air 404 et une zone de fonctionnement à évacuation croissante,,
La forme donnée à la tige pilote 41 ainsi qu'aux divers dispositifs de commande pneumatiques 3, 29, 38, 42 est telle que la pression de l'air qui s'établit aux deux orifices de sortie de la soupape pilote actionne ou.
amené dans une position convenable Les divers dispositifs de commande de la manière et dans L'ordre de succession que L'on désire.. Si le niveau, dans le cylindre du séparateur se trouve à peu près à mi-hauteur, les conditions que L'on recherche sont réalisées.
Le registre 15 se trouve dans sa position d'ouverture en grand et L'excès de li- quide extrait ou évacué passant par la soupape 3 est très faible sinon nul. léais si, par suite des conditions de marche le niveau, du. liquide dans le séparateur commen ce à monter, il se produit d'une extrémité à l'autre de la zone indiquée sur la figure 8, une évacuation ou. ex- traction supplémentaire par la soupape 3, car cette sou-
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pape s'ouvre progressivement au fur et à mesure que le niveau monte. C'est-à-dire que, Lorsque le niveau dans le séparateur monte, la tige pilote 41 descend et la pression d'air qui agit sur la soupape 3 augmente propor- tionnellement à l'amplitude du mouvement du. pilote 41 suivant son axe.
Si le niveau continue à monter, malgré L'augmentation de la quantité d'eau évacuée et atteint éventiellement la limite de sécurité supérieure, lorsque ce point est atteint, la pression de l'air, qui agit sur la soupape de dérivation 38 et qui augmente, commence à devenir supérieure à la charge de son ressort et ferme la soupape de dérivation. en créant une pression dans le soufflet 33, en vue de réduire la vitesse de la turbine auxiliaire et si le niveau continue à monter,, cette pression peut.,. en fait, arrêter la turbine auxiliaire, de
D'un bout à Loutre de la zone/fonctionnement à évacuation croissante, le registre 15 reste dans sa po- sition d'ouiverture en grand.
Si le niveau dans le sépa- rateur descend à partir de sa position à peu près à mi- hauteur ou d'une position déterminée dune autre manière, le registre 15 se ferme progressivement, dans la zone de fonctionnement avec étranglement de l'air 44 jusqu'à une position douverture minimum et étant donné qu'en outre le débit du courant d'air agit par l'intermédiare du compteur différentiel de débit du courant d'air et du courant de combustible. de façon à contrôler la soupape 13 du combustible, ce mouvement oontrôle en même temps L'alimentation en combustible.
Par conséquent si, pour une cause quelconque résultant de la marche de l'instal- lation, le niveau dans le séparateur descend en-dessous de la hauteur normale que l'on désire, L'alimentation du foyer en combustible et en air diminue progressivement jusqu'à ce que l'équilibre soit obtenu et que le niveau du Liquide soit revenu ou tende à revenir à la haut
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que 1=on désire.
Si Le niveau continue à descendre vers la limite de sécurité inférieure, ce mouvement fait entrer en jeu le guide supérieur du pilote 41 pour faire varier la pres- sion de charge pneumatique sur la soupape 42 et si la Limite de sécurité inférieure est atteinte, la soupape 42 ferme l'arrivée du combustible et le brûleur. Cependant, chaque fois que le niveau est au-dessus de cette limite de sécurité. le brûleur et l'alimentation en combustible peuvent forctionner normalement à moins qu'ils niaient été fermés par un autre dispositif de sécurité,
La figure 3 représente le même agencement general que la figure 1, mais avec une variante relative au con- trôle opéré par le niveau dans Le séparateur 232.
La fi- gure 7 représente un graphique de ce fonctionnement qui diffère principalement de celui de la figure 8 du fait que L'on utilise la portion supérieure de la hauteur du ni- veau à titre de zone de fonctionnement de la dérivation 406 de la pompe à eau au lieu de zone de fonctionnement à L'évacuation croissante. On peut prévoir les limites de sécurité supérieure et inférieure et les utiliser de la marne manière que sur la figure 1.
L'appareil à niveau 23 est destiné à faire prendre une position convenable à la tige pilote 41 pour établir une pression de charge pneumatique venant de L'orifice supérieur du coté droit de la botte pilote et variant à peu près proportionnellement par rapport à la position prise par la tige pilote suivant son axe et par suite, conforme à la hauteur du niveau dans le séparateur, Cette pression de charge pneumatique agit sur le dispositif de commande pneumatique 29 pour faire prendre une position convenable au. registre 15 et sur la soupape 43 à commande pneumatique, montée dans une dérivation qui contourne la
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pompe à eau 289, figure z.
Lorsque le niveau se trouve à la hauteur que L'on désire dans le séparateur, le registre 15 est dans sa position dtouverture en grand et la soupa- pe de dérivation 43 est fermée, Si le niveau dans le séparateur monte au-*dessus de oette hauteur, la soupape de dérivation 43 commence à s'ouvrir et une partie de l'eau refoulée par la pompe circule de nouveau dans la pompe en diminuant ainsi le débit dans le tuyau 11, mais sans faire varier la vitesse de la turbine auxiliaire et par conséquent le débit de l'alimentation en oombustible et en air.
Si le niveau descend au-deseuus de la hauteur que 1?on désire, la soupape de dérivation 43 étant alors fer- mée, le registre 15 commence à se fermer et réduit légé- rement l'intensité du feu sans que le débit du liquide alimentant L'installation varie, jusqu'à ce que le niveau du liquide soit revenu à la hauteur que l'on désire.
Si l'on se reporte de nouveau à la figure 1, où les deux orifices de sortie de la botte pilote sont uti- lisés, on voit qu'il eat possible de faire varier la charge agissant sur les différente appareils à oommande pneumatique contrôlés par le dit pilote, de façon qu'ils fonotionnent successivement ou en empiétant L'un sur L'autre,
Les graphiques 7 et 8 indiquent un oontrôle s'opé- rant à peu près suivant une ligne droite, Les différentes zones de contrôle se faisant directement suite.
Si L'on se reporte à la figure 9, on voit que la zone de fonction- nement aveo étranglement de l'air par exemple peut oompor- et ter un contrôle différent dune ligne droite/que La zone de fonctionnement à évacuation sxpplémentaire ou avec dérivation de la pompe peut comporter un contrôle suivant une courbe ayant la marne courbure ou une cour-
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bure différente et que Les deux courtes peuvent empiéter L'une sur L'autre. pour expliquer ce fonctionnement, il convient de se reporter aux figures 4 et 5 qui représentent différentes formes de guides pilotes,
dont par exemple la forme de cône allongé de la figure 5 possède une sensibilité tout-à- fait différente de celle des guides à peu près sphériques de la figure 4. Il faut une amplitude du mouvement axial de la tige pilote différente dans L'un des cas pour obtenir la marne variation de la pression de charge pneu- matique et par conséquent la mené amplitude du mouvement axial donne lieu à une variation différente de la pres- aion de charge pneumatique; la sensibilité est donc dif- férente d'un cas à l'autre.
Il est facile de construire une tige pilote, telle que celle de la figure 6, comportant des guides pilotes de sensibilité différente pour les deux orifices de sortie et de plus, ces guides peuvent être séparés sur la tige pilote par un intervalle tel qu'ils fonctionnent et commencent à faire varier la pression de charge pneu- matique aux différente orifioes de sortie, soit de façon que les deux courbes se succèdent bout à bout suivant une Ligne droite, comme sur les figures 7 et 8, soit qu'il existe un intervalle entre les deux courbes pendant Le- quel ni le débit de L'évacuation,, ni Le contrôle du débit de l'air ne subissent de variations, soit que les déçue courbes empiètent l'une sur l'autre et que sur nne por- tion centrale de la variation de hauteur du niveau.
on fasse varier à la fois le débit de L'évacuation et le contrôle du débit de L'air. De plus, la forme des guides pilotes, ainai que la charge et la forme des ressorts des soupapes et du dispositif de commande pneumatique 29 pou- vent être choisies de façon à compenser les caractériati- quea du registre ou la relation fonctionnelle existant
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entre le niveau dans le aérateur et le débit d'air ou la position du registre.
La figure 10 représente un agencement de l'appareil 23 fonctionnant sous L'action du niveau et dans lequel on peut utiliser et faire fonctionner deux soupapes pilo- tes pendant des portions différentes du parcours du bras 24, Par exemple, si le niveau dépasse la mi-hauteur en montant il actionne la tige pilote du pilote supérieur et commence à la faire monter. S'il dépasse cette mi-hau- têtu* en descendante il commence à faire descendre la tige pilote du pilote inférieur,, Lorsque le niveau est à mi- hauteur, les soupapes pilotes ne reçoivent aucun mouvement ni lune ni l'autre.