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Générateur de vapeur.
L'invention a pour objet un générateur de vapeur à circulation forcée, qui se distingue en ce qu'il convient pour des usages où la charge varie rapidement dans des li- mites étendues, comme c'est le cas dans le service que doi- vent fournir les machines motrices de locomotives ou de na- vires qui exigent une grande souplesse.
Jusqu'à présent, on n'a pu fournir des générateurs de-vapeur pratiques, d'un rendement élevé qui, par leur prin- cipe et leur construction, seraient réalisables en grandeurs très différentes et pourraient convenir pour le service de
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traction exigeant une puissance plus élevée que les petites automobiles, tout en présentant les caractéristiques de fai- bles poids et encombrement nécessaires pour concurrencer les moteurs à combustion interne qui exigent des carburants spé- ciaux d'un prix élevé.
Les générateurs de vapeur actuellement en usage ne résolvent pas le problème du générateur de faible poids, effi- cace et sûr,car les générateurs actuels exigent une grande masse de métal et de réfractaire et une grande réserve de li- quide, ce qui ne permet pas de modifier rapidement le volume de vapeur produite en raison de la quantité de chaleur emma- gasinée par les masses solides et liquides qui, en outre, rendent les installations inutilisables dans le but envisagé, à cause de leur énorme poids et du grand encombrement.
Afin de pouvoir modifier rapidement la production de vapeur en vue d'arrêts, de démarrages et de variations de vi- tesse ou, en d'autres mots, pour réaliser une souplesse suffi- sante, la chaleur emmagasinée dans le générateur doit toujours être maintenue au minimum, de sorte que l'alimentation en com- bustible et en liquide puisse être proportionnée à la produc- tion de vapeur et que les charges de main d'oeuvre et d'en- tretien soient réduites au minimum.
La souplesse d'une instal- lation du genre envisagé exige non seulement que la chaleur emmagasinée soit aussi faible que possible, mais aussi le maintien automatique d'un rapport approprié entre les éléments de combustion et la chaleur dégagée et absorbée, d'une part, et l'alimentation en liquide d'autre part, ainsi que le main- tien d'un équilibre entre l'alimentation en liquide et le taux de dégagement ou d'utilisation de vapeur produite; un tel réglage serait impossible sans que la quantité de cha- leur emmagasinée soit suffisamment basse et sans l'emploi d'appareils de réglage appropriés.
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L'utilisation efficace de la puissance fournie par la pression de vapeur exige que la pression soit élevée; la pression élevée nécessite des enceintes métalliques d'un poids minimum que l'on réalise sous forme de tubes d'acier d'un diamètre aussi réduit que pratiquement possible, et il faut utiliser le moins possible de collecteurs et de réser- voirs de diamètre plus grand; ceux dont l'emploi est indis- pensable, doivent présenter le diamètre minimum. Ces règles limitatives pour les enceintes métalliques excluent l'usage de la circulation naturelle du liquide avec conversion de celui-ci en vapeur, et exigent certaines autres mesures pour éviter le surchauffage du métal employé pour la transmission de la chaleur du combustible au liquide qui se vaporise et à la vapeur surchauffée.
Un taux élevé de production de vapeur à l'aide de la chaleur du combustible exige non seulement que la combus- tion soit complète dans le foyer et que l'excès d'air soit minimum à toutes les charges entre zéro et le maximum, mais aussi que la surface de chauffe soit convenablement disposée par rapport au foyer et -aux produits de combustion, pour fa- voriser dans la plus grande mesure l'absorption de chaleur à travers la surface de chauffe exposée à l'intérieur du foyer et au-delà de celui-ci. La nécessité d'un poids minimum exige ainsi des taux élevés d'absorption de chaleur par unité de surface de chauffe, afin que la forte absorption de chaleur nécessaire en vue d'un rendement élevé puisse être atteinte avec des surfaces réduites .au minimum.
En vue de l'encombrement minimum, le foyer doit être aussi petit que possible, et présenter des parois planes. Les dimensions réduites du foyer exigent que la chaleur de combustion du combustible soit libérée d'une façon intense et,en vue d'un rendement élevé, ceci doit se produire avec le moindre excès
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d'air et sans combustible non brûle. L'emploi de parois planes, et la nécessité d'utiliser un minimum de matière réfractaire exige que des tubes de faible section soient disposés côte- à-côte, en contact entre eux, pour former les parois planes nécessaires, ayant une surface métallique sensiblement con- tinue et délimitant le foyer et d'autres zones à gaz chauds, en dehors des dispositions prises en vue d'autres exigences.
Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir un générateur de vapeur à circulation forcée, dans lequel les masses métalliques et réfractaires ainsi que la quantité de liquide sont réduites au minimum, ce générateur comportant une source de chaleur à capacité très variable, et les surfaces transmettant la chaleur étant disposées de façon que le temps nécessaire pour transformer l'énergie du combustible en chaleur de vapeur fournie soit de l'ordre de secondes, avec utilisation d'une partie importante de l'éner- gie du combustible.
En outre, l'invention concerne des appareils et des modes opératoires tels que la capacité et les faibles poids et encombrement de l'installation lui permettent d'être uti- lisée là où des considérations de dimensions et de poids impo- saient jusqu'ici l'emploi de moteurs à combustion interne.
L'invention fournit aussi un générateur de vapeur de petites dimensions par unité de capacité qui, indépendamment des dimensions, est capable de passer presque instantanément de la charge maximum à la charge minimum et inversement, tout en conservant un rendement total élevé., ce qui est rendu possi- ble par la combinaison d'une multitude de longs conduits de faible section pour l'écoulement du fluide, raccordés en pa- rallèle et dont les tronçons générateurs sont toujours mouillés en vue de leur protection, avec une surface absorbant la cha-
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leur,disposée et agencée pour coopérer avec le trajet des gaz chauds de combustion venant d'une source de chaleur à capacité très variable, de façon à assurer, entre la source de chaleur et le fluide de travail, une faible résistance thermique et, par conséquent,
une transmission rapide de cha- leur ; l'invention a également pour but de maintenir une ré- sistance thermique particulièrement faible à l'intérieur du passage pour éviter le surchauffage du métal des tubes.
La dite surface d'absorption de chaleur est disposée, par rapport au foyer et au passage des produits de la combus- tion, de façon que le liquide entrant soit reçu à l'extrémité moins chaude du passage des gaz et passe ensuite dans les divers conduits de faible section, à travers des résistances à l'écoulement intercalées devant chacun des conduits de façon à égaliser la répartition de liquide entre ceux-ci, chacune de ces résistances égalisatrices opposant une résis- tance à l'écoulement plus grande que le conduit avec lequel elle coopère.
Ces conduits ou passages tubulaires, disposés de fa- çon à constituer les parois du foyer, sont exposés à la cha- leur de celui-ci et forment un plancher, un plafond et des parois latérales et terminale. L'ensemble est formé de tron- çons de tubes sensiblement en contact entre eux qui ne doi- vent être rendus étanches, de l'extérieur, que par une enve- loppe imperméable aux gaz et une substance de faible conducti- vité thermique et de poids réduit, le caractère réfractaire n'étant pas essentiel.
Ainsi, le poids de l'ensemble et son encombrement sont réduits au minimum; la chaleur.ne peut être emmagasinée que dans les minces parois métalliques des tubes de faible section formant la surface d'absorption de chaleur, et dans la très petite quantité de liquide contenu dans ces
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tubes, c'est-à-dire en des endroits où la chaleur emmagasinée est instantanément disponible pour être utilisée.
Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que les tubes continus de faible section sont disposés de façon qu'ils constituent non seulement les parois planes sur au moins cinq côtés du foyer, mais que certains tronçons des tubes croisent le courant des produits gazeux chauds de la combustion pour activer la transmission de chaleur, sans interrompre les longs tronçons comme cela résulterait de raccordements, et au-delà du foyer les parties des tronçons de tubes exposées au courant transversal des gaz sont plus grandes que celles qui constituent les parois.
Une autre caractéristique de la disposition des tubes réside en ce qu'on établit une circulation du fluide de tra- vail à des niveaux appropriés à l'intérieur des tronçons des tubes dans les parois, faisceaux et autres endroits où la vapeur est engendrée, on peut circuler de pain avec le liqui- de, de sorte que la circulation se fait toujours au même ni- veau ou vers un niveau supérieur, mais jamais vers un niveau inférieur, ce qui évite la formation de poches de vapeur aux points élevés où le fluide circule plus lentement; on sait que de telles poches constituent un danger, car elles rendent possible le surchauffage des tubes aux endroits en question, d'où avaries au générateur, interruptions de son service et accroissement du coût de l'entretien du générateur en bon état.
La nécessité d'utiliser une multitude de tubes raccor- dés en parallèle, et la section réduite des tubes vis-à-vis de la capacité de vaporisation qui est si grande qu'elle exige plus d'un tube de la faible section voulue, ont pour consé- quence qu'il faut plier ou couder les tubes pour pouvoir les disposer de façon que chaque tube reçoive, des gaz chauds, la
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même quantité de chaleur transmise par rayonnement et convec- tion, malgré les variations de l'intensité de la source de chaleur le long du trajet du brûleur à là sortie des gaz; en même temps, il y a lieu de rendre uniforme l'alimentation'des divers tubes en liquide, afin que la capacité de production de vapeur et l'état du fluide délivre par chaque tube soient les mêmes;
il faut aussi rendre uniforme l'état des diffé- rentes parties du fluide provenant des divers tubes, même si le liquide fourni à chacun de ceux-ci n'est pas le même. Ces conditions sont réalisées en modifiant convenablement la po- sition ou la longueur des tubes.
L'invention fournit aussi le moyen d'assurer la synchronisation de la quantité totale de chaleur libérée et de la quantité totale de liquide fourni, et l'égalisation entre cette dernière et la quantité totale de vapeur délivrée, et ce d'une façon continue et automatique, à l'aide d'organes de réglage et de dispositifs auxiliaires coopérant avec les autres caractéristiques énumérées.
Une des caractéristiques de l'invention consiste en ce qu'on empêche le surchauffage des tubes pendant la produc- tion de vapeur, en disposant les tubes et en utilisant les dispositifs auxiliaires et de réglage de façon que les tron- çons des tubes servant à la production de vapeur soient main- tenus mouillés intérieurement, tout en favorisant une vapori- sation aussi complète que possible, compatible avec un degré d'humidité final approprié.
Une autre caractéristique consiste en ce qu'on sur- chauffe la vapeur produite, à l'aide d'une surface minimum de tubes et sans surchauffer ceux-ci, et l'on y arrive en éva- cuant le liquide non vaporisé avant l'entrée du fluide dans le surchauffeur, ainsi qu'en disposant les tubes surchauffeurs., n -
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par rapport à d'autres tubes, de façon que la chaleur rayon- née du foyer soit interceptée alors que les gaz atteignant le surchauffeur sont suffisamment chauds, mais pas trop chauds, et qu'ils suffisent juste à porter la vapeur à la température voulue quand cette vapeur est convenablement bai- gnée par les gaz chauds.
Une caractéristique additionnelle est le raccorde- ment métallique soudé des extrémités des tubes à haute pres- sion., aux endroits où des tronçons droits des tubes sont en contact pour former la paroi plane du foyer et pour renverser l'écoulement dans les tubes quand les extrémités raccordées forment l'extrémité d'une paroi.
Une caractéristique de l'invention est la façon de plier et de disposer les tubes horizontalement en travers du courant des gaz chauds, pour une partie de leur longueur, et de former une paroi à l'aide d'une autre partie, les rangées supérieures étant supportées par les rangées inférieures dans des zones de gaz à différentes températures et différemment disposées pour former des surfaces du générateur de vapeur, du surchauffeur et de l'économiseur.
Une autre caractéristique encore est la disposition du surchauffeur permettant d'éviter des avaries par surchauf- fage au moment de la mise en marche du générateur de vapeur, quand la combustion a commencé mais avant l'établissement de la circulation de vapeur à travers le générateur, tout en ré- duisant au minimum le temps nécessaire pour la production de vapeur surchauffée, cette caractéristique étant combinée aux caractéristiques du système de réglage.
L'invention qui comporte toutes ces caractéristiques et d'autres encore tend, d'une façon générale, à réaliser avec succès toutes les conditions nécessaires pour assurer un rende-
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ment élevé, une grande souplesse, un poids réduit et un faible encombrement d'une machine motrice capable de concur- rencer les moteurs à combustion interne plus grands que ceux utilisés pour des petites automobiles. Aucun générateur de vapeur actuellement connu n'est capable de réaliser ces con- ditions; par contre, le générateur de vapeur suivant l'in- vention les réalise.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'invention. Sur ce dessin:
Fig. 1 est une vue schématique qui montre la dispo- sition de la surface d'absorption de chaleur d'un générateur de vapeur suivant l'invention, et le trajet des gaz et du fluide de travail.
Fig. 2 est une élévation de côté du générateur de vapeur et des organes auxiliaires.
Fig. 3 est une coupe verticale du générateur repré- senté sur la Fig. 2.
Fig. 4 est une coupe horizontale suivant la ligne 4-4 de la Fig. 2.
Fig. 5 est une vue en plan fragmentaire montrant la disposition et le support des {éléments représentés sur la Fig. 6.
Fig. 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la Fig. 5, montrant, à plus grande échelle, des corps profilés disposés, entre les tubes, dans le trajet des gaz de combus- tion.
Fig. 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la Fig. 2, montrant, en perspective, la disposition d'une partie de la surface absorbant la chaleur.
Fig. 8 est une coupe transversale suivant la ligne 8-8 de la Fig. 3.
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Fig. 8A est une coupe semblable suivant la ligne 8A-8A de la Fig. 3.
Fig. 9 est une coupe semblable suivant la ligne 9-9 de la Fig. 3.
Fig. 10 est une vue en bout, partiellement en coupe, du brûleur et de son montage.
Fig. Il est une coupe longitudinale suivant la ligne 11-11 de la Fig. 10.
Fig. 12 est une vue en plan du dispositif de chauf- fage d'air.
Fig. l3 est une coupe suivant la ligne 13-13 de la Fig. 12, cette ligne .étant également indiquée sur la Fig. 2, pour plus de clarté.
Fig. 14 est une coupe horizontale correspondant à la Fig. 12.
Fig. 15 est une coupe transversale suivant la ligne 15-15 de la Fig. 14.
Fig. 16 est une vue en perspective, avec arrache- ments, l'enveloppe étant omise pour montrer la disposition des tubes qui constituent la paroi du foyer et des organes situés dans le courant des gaz.
Fig. 17 est une vue en perspective, avec arrachements, l'enveloppe étant omise pour montrer la disposition de l'éco- nomiseur et du surchauffeur; cette vue peut se superposer à celle suivant la Fig. 16, pour former une vue d'ensemble du foyer et de la surface d'absorption de chaleur.
Fig. 18 est une vue fragmentaire montrant comment des conduits droits ou des tronçons de tubes parcourus par un fluide peuvent être réunis par des raccords d'un rayon nul, pour constituer une paroi de foyer plane, ne nécessitant aucun revêtement réfractaire.
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Fig. 19 est une coupe suivant la ligne 19-19 de la Fig. 18.
Fig. 20 est une coupe correspondant à la Fig. 18.
Fig. 21 est une vue en bout du capuchon formant le raccordement à rayon nul entre deux tubes.
Fig. 22 est une vue de détail en élévation, partiel- lement en coupe, montrant la façon de supporter, à l'aide de supports extérieurs, les tubes d'une paroi plane au voisinage de l'enveloppe du foyer.
Fig. 23 est une coupe verticale du séparateur collec- teur de liquide.
Fig. 24 est une coupe suivant la ligne 24-24 de la Fig. 23.
Fig. 25 est une vue de détail en élévation, partiel- lement en coupe, montrant une façon de protéger les connexions de niveau d'eau et autres, aux endroits où celles-ci s'enga- gent dans le séparateur transversalement au trajet des gaz chauds.
Fig. 26 est une coupe suivant la ligne 26-26 de la Fig. 25.
Fig. 27 montre, en coupe verticale, le dispositif d'étanchéité pour les tubes traversant la plaque de cloison- nement.
Fig. 28 est une vue en perspective, d'un tronçon de tube plié de façon à former une partie de la paroi plane déli- mitant deux côtés latéraux et la face postérieure du foyer.
Fig. 29 est une vue en perspective, montrant un tron- çon de tube coudé de façon à former une autre partie de la paroi plane pour deux côtés et la face arrière du foyer et une partie d'un faisceau de tubes baignés par des gaz chauds à la partie postérieure du foyer, ce tube coopérant, pour la partie restante des deux côtés et de la face arrière, avec un n
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tube coudé suivant la Fig. 28.
Fig. 30 est une vue, en perspective, d'un autre tronçon de tube, coudé de façon à former une partie du plan- cher du foyer, avant qu'une autre partie du tube soit coudée pour former une partie des deux faces latérales et de la paroi postérieure.
Fig. 31 est une vue, en perspective, d'un tronçon de tube coudé de façon à former une partie du plafond du foyer et à laisser un espace entre l'extrémité du plafond et l'extré- mité du foyer pour que les gaz puissent s'élever au-dessus du niveau du plafond, cette partie du tube se trouvant au- delà de celle qui fait partie des deux parois latérales et de la paroi postérieure.
Fig. 32 montre un tube plié de façon à former une partie de l'économiseur entre un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie, ces collecteurs tant verticaux et trois tronçons du tube formant, respectivement, un serpentin horizontal plat transversalement au courant des gaz, une pai- re de spires transversales pour supporter le serpentin plat supérieur, et une partie de la paroi du passage des gaz, sur deux faces opposées; deux séries de ces tubes, alternative- ment pliés en sens inverses et supportés tous par le bas, comprennent l'économiseur.
Fig. 33 montre un tube coudé de façon à former une partie du surchauffeur entre les collecteurs verticaux d'en- trée et de sortie, deux tronçons du tube formant, respective- ment,un serpentin horizontal plat posé transversalement au courant des gaz, et des parties de la paroi du passage des gaz, sur des faces opposées et à la face terminale, au-dessus de l'extrémité du foyer. Deux séries de tels tubes, pliés al- ternativement en sens inverses et partant de deux collecteurs
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d'entrée pour aboutir à un collecteur de sortie, à des ni- veaux successifs, complètent les parois latérales et termina- le, et sont coudés de façon que les coudes, à des niveaux alternants, soient décentrés pour que chaque serpentin suppor- te le serpentin supérieur à l'endroit du croisement des cou- des, tout l'empilage étant supporté par la base.
Fig. 34 représente, schématiquement, les serpentins plats du surchauffeur, disposés horizontalement entre des collecteurs verticaux d'entrée et de sortie, avec des rac- cords pour la vapeur saturée venant du séparateur-collecteur et des raccords de sortie conduisant la vapeur surchauffée vers la vanne d'étranglement qui commande l'écoulement de la vapeur vers l'endroit d'utilisation et vers une vanne de dé- rivation située en amont et utilisée, pour la mise en marche, avant d'ouvrir la vanne d'étranglement.
Fig. 35 représente schématiquement le générateur de vapeur sans corps, à courant de vapeur forcé, conforme à la présente invention, coopérant avec les appareils auxi- liaires et de réglage nécessaires à son'fonctionnement comme générateur de vapeur pour une machine à vapeur de transport ou de traction.
Fig. 36 représente schématiquement le générateur de vapeur sans corps, à circulation de vapeur forcée, conforme à l'invention, aveo une disposition des appareils de commande légèrement différente de celle que montre la Fig. 35.
Fig. 37 est une coupe verticale d'une valve-pilote.
Figs. 38, 39 et 40 montrent, à plus grande échelle, des corps de,soupape pour valve-pilote.
Figs. 41, 42 et 43 sont des diagrammes de fonction- nement des appareils de commande, en rapport avec le fonc- tionnement du générateur.
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Fig. 44 est une vue de détail d'une variante d'un appareil de commande représente sur les Figs. 35 et 36,
Le générateur de vapeur à circulation forcée., confor- me à la présente invention est représente schématiquement sur la Fig. 1 qui indique le courant des gaz, le courant du fluide de travail et les endroit±successifs où ce fluide vient en contact avec la surface d'absorption de chaleur, le généra- teur étant compris dans l'espace délimité par les traits mix- tes qui représentent les parois de l'enveloppe.
Le trajet d'écoulement du liquide et de sa vapeur passe par plusieurs longs tubes de faible section de passage 206, 207, 208, 209 et 210 reliés en parallèle, le dessin re- présentant cinq de ces tubes interrompus par une partie élar- gie à l'extrémité de la section génératrice de vapeur qui agit comme séparateur ou collecteur 232 pour séparer la va- peur et le liquide, la vapeur saturée allant, sans liquide, vers un surchauffeur 242, et une partie du liquide entrant étant conduit par les tubes vers le séparateur232, afin de maintenir mouillé le métal des tubes et d'empêcher la forma- tion de dépôts solides. Ce liquide non vaporisé est finale- ment détourné du trajet de circulation dans le séparateur 232,et évacué dans des conditions réglées, comme expliqué plus loin.
Les parties du g-énérateur sont disposées à deux niveaux, à l'intérieur de parois verticales communes. Le niveau inférieur est occupé par le foyer à parois planes, délimité sur cinq côtés par des parois faites de tubes ho- rizontaux, nus, le sixième côté étant formé par la chambre du brûleur entourée de*matière réfractaire; à l'extrémité postérieure du foyer un faisceau de tubes horizontaux 228 est posé transversalement au foyer. Les gaz de combustion
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chauds passent du niveau inférieur au niveau supérieur à l'extrémité postérieure 245 et retournent,par un passage au-dessus du plafond du foyer, vers un réchauffeur d'air 282 situé au-dessus du brûleur, pour se diriger ensuite vers la sortie.
A l'extrémité des gaz chauds, le niveau supérieur est occupé par le surchauffeur 242 qui est mis à l'abri de la chaleur rayonnée par le foyer, d'une part par sa position et, d'autre part, par le faisceau des tubes 228 du niveau inférieur. Au niveau supérieur, à l'extrémité des gaz moins chauds, se trouve l'économiseur 202, ainsi que certains rac- cordements et le séparateur-collecteur 232, situé entre l'é- conomiseur 202 et le surchauffeur 242.
Le générateur comporte un économiseur 202 situé à l'extrémité moins chaude du passage des gaz et recevant du liquide d'une pompe 289 à commande positive dont la vi- tesse détermine le débit de liquide, cette pompe étant, comme le montre la Fig. 2, raccordée à un réservoir à eau chaude ou à une autre source d'eau chaude munie d'un dispositif ap- proprié de chauffage de l'eau d'alimentation.
L'économiseur 202 comporte des collecteurs verti- caux adjacents 200 et 201 (Figs. 3, 4 et 7), d'entrée et de sortie, respectivement, relias par des serpentins plats ho- rizontaux, disposés en parallèle comme c'est représenté et qui forment un faisceau tubulaire transversal 202 dont la surface est de préférence proportionnée au débit, à la quan- tité et à la pression du liquide, ainsi qu'à la quantité et à la température locale du gaz et à la vitesse relative du gaz et du liquide, de façon qu'il ne s'y forme pas ou pra- tiquement pas de vapeur.
Le liquide du collecteur de sortie 201 de l'écono- miseur est conduit, par un tube 203, vers un tube distributeur 204 dans lequel le liquide est divisé en parties égales ...
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envoyées dans les divers longs tubes de la section génératri- ce de vapeur.
Dans l'exemple représenté, la section génératri- ce comporte cinq longs tubes de faible section et cinq résis- tances à l'écoulement de fluide:205, chacune de celles-ci opposant au fluide une résistance plus grande ou causant une chute de pression plus grande que le long tube générateur qu'elle alimente, afin d'assurer une répartition égale du liquide introduit dans les longs tubes 206, 207, 208, 209 et 210 qui constituent la section génératrice de l'ensemble comportant un plancher plan, deux parois latérales, et un plafond pour le foyer, ainsi qu'un faisceau de tubes à l'ex- trémité du foyer, comme décrit plus loin.
La longueur de chacun de ces tubes générateurs est divisée en parties parcourues successivement par le courant, mais toujours horizontalement et vers le haut, afin d'évi- ter des poches de vapeur à mesure que celle-ci est produite, et chaque partie présente une forme et une position parti- culières de façon à constituer des parois planes en métal nu et le faisceau tubulaire, à recevoir la même quantité de chaleur avec une même quantité de liquide, et à fournir des quantités égales et voulues de vapeur.
La première partie de chacun des cinq tubes géné- rateurs est coudée de façon à former un serpentin plat ayant la longueur totale et un cinquième de la largeur du plancher du foyer, et une de ces cinquièmes parties est représentée sur la Fig. 30, l'extrémité d'entrée étant alimentée par le raccordement distributeur de liquide 204, à travers une ré- sistance 205.
Les extrémités de sortie du premier tronçon des dif- férents tubes générateurs faisant partie du plancher du foyer sont raccordées aux extrémités d'entrée du deuxième tronçon des
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tubes, qui sont disposées de façon à constituer des parois latérales et terminale planes, ainsi que le faisceau de tu- bes du foyer 228. Ces raccordements sont réalisés en condui- sant chaque tube à travers la partie antérieure du foyer, le long du plancher, puis vers le haut le long d'une paroi laté- rale, vers des tubes situés à différents niveaux de cette pa- roi latérale, comme c'est indiqué en;211,, 212, 213, 214 et 215, où le diamètre des tubes est un peu plus grand pour per- mettre la production du volume voulu de vapeur.
Le deuxième tronçon de la longueur d'un tube généra- teur est coudé suivant deux côtés et l'extrémité arrière de la paroi du foyer, en commençant par l'extrémité avant d'une paroi latérale et en aboutissant à l'extrémité avant de l'au- tre paroi latérale après quoi, en inversant la direction du tube par une courbure ou coude de rayon zéro, on l'amène à un niveau supérieur. En raison du rayon nul du coude, le tube retourne vers le point de départ en contact avec le tronçon adjacent, et l'on renverse sa direction autant de fois qu'il le faut pour former un cinquième de la hauteur du foyer, .comme le montre la Fig. 28.
Afin de constituer un faisceau tubulaire 228 à l'arrière du foyer, chaque deuxième tube, dans le sens de la hauteur, est coudé une fois de plus de façon à passer plusieurs fois (quatre fois dans l'exemple représenté) à tra- vers le foyer, en commençant et en terminant à la même paroi latérale, comme le montrent les Figs. 9,16 et 29.
Quand un tube est coudé à l'extrémité d'une paroi la- térale pour monter d'un niveau inférieur au niveau immédiate- ment supérieur, les deux branches restent en contact en rai- son de la courbure de rayon nul du coude qui ne fait pas saillie non plus vers l'extérieur, de sorte que des coudes adjacents peuvent rester en contact pour permettre aux tron- çons voisins du tube de se toucher. La réalisation d'un pareil
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coude sera décrite en détail plus loin. On forme donc ainsi une paroi complète en tubes nus, qui n'exige pas de réfrac- taire et qui absorbe la chaleur du foyer pour vaporiser du liquide, le-mélange de liquide et de vapeur évoluant toujours horizontalement ou vers le haut, mais jamais vers le bas ou vers un niveau inférieur.
Le troisième tronçon de la longueur de chaque tube générateur est coudé de façon à former, comme le montre la Fig. 16, un cinquième de la largeur du plafond 230 du foyer, et la longueur totale de chacune de ces cinquièmes parties est inférieure à la longueur du foyer, comme le montrent les Figs. 16 et 31. Les deuxième et troisième tronçons du tube sont réunis par d'autres coudes à l'extrémité avant d'une des parois latérales et en travers de l'extrémité avant du plafond, après quoi chaque tube est coudé, hors du plan du plafond, vers le haut et le long d'un c8té du séparateur-collecteur 232 cylindrique vertical, situé au-dessus du foyer.
Les tronçons de tube qui voisinent dans les parois latérales sont réunis, à l'extrémité avant de la paroi, par des coudes de rayon nul, réalisées comme le montrent, à titre d'exemple, les Figs. 18 à 21. Les tronçons 221 et 222 sont juxtaposés sur toute leur longueur. A l'une des extrémités, le bout d'un tube est soudé au bout voisin d'un autre tube, en remplissant de soudure les espaces en forme de V de part et d'autre du point de tangence à l'extrémité, comme c'est indiqué en 223 et 224, et le métal de soudure est également appliqué au point même de tangence, pour réunir les tubes de façon étanche, comme indiqué en 225.
Le contour extérieur qui résulte de la réunion des extrémités des tubes est celui de deux demi-circonférences encadrant un rectangle (Fig. 19), et sur le bout de cette forme on soude, en évitant toute nervure
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ou saillie extérieure, un'capuchon 226 dont le contour corres- pond à celui des bouts réunis des tubes, comme c'est indiqué en 227. On réalise ainsi un raccord inverseur de direction, dont le rayon de courbure (rayon intérieur) est nul. Au plan de jonction des extrémités des tubes et dans l'espace au-delà des tubes ou dans le capuchon, la section de passage augmente depuis celle d'un cercle à celle d'un demi-cercle plus la moitié du carré circonscrit plus un rectangle d'une largeur égale à deux fois l'épaisseur de paroi des tubes.
Ce fait est avantageux parce qu'il diminue la résistance à l'écoulement dans un coude aussi prononcé. Le capuchon peut avoir une ,épais- seur appropriée à sa forme et plus grande que celle du tube, afin de résister à la pression .élevée, mais, à son bord soudé il a, de préférence, une épaisseur égale à celle de la paroi du tube et la soudure ne présente pas d'aspérités à l'exté- rieur, pour que les capuchons puissent rester en contact, ainsi que les tubes adjacents.
A l'endroit où les tubes quittent le plafond du foyer et montent vers le séparateur, ils traversent une pla- que 251 qui assure l'étanchéité et est faite d'un alliage mé- tallique approprié, susceptible de résister à la température et à la nature des gaz sans se détériorer. Cette plaque en alliage métallique assure l'étanchéité de la cloison des tubes du plafond qui sépare le passage des gaz du générateur de va- peur en forme d'U horizontal, la plaque 231 ne s'étendant vers l'arrière que jusqu'à un support situé au-dessus de la rangée supérieure de tubes formant écran.
Les extrémités des tubes allant vers le séparateur re- montent vers le haut à travers la plaque d'étanchéité 231 et, comme le montre le dessin,entrent tangentiellement dans une enceinte sur Je tra-
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jet du fluide, cette enceinte formant une chambre séparatrice 232 qui divise le fluide en liquide et en vapeur ; leséparateur 232 est obturé par un couvercle approprié quelconque, pré- sentant un trou de visite 235.
Aux endroits où les extrémités des tubes 216-220 traversent la plaque 231, il faut que le trou dans la plaque soit plus grand que la partie courbe, dans une mesure suffi- sante pour que le tube puisse être courbé vers le haut à par- tir du plan du plafond et pour permettre la dilatation et la contraction de cette partie du tube.
A cet effet, comme le montre la Fig. 27, la plaque est percée d'une ouverture et porte, en chacun de ces endroits, une enveloppe sensiblement conique, soudée à la plaque et entourant la partie courbe du tube, cette enveloppe présentant une bride supérieure 234 séparée par une rondelle 235 d'une autre bride 236, et dans l'espace entre ces brides est située une bague 237 guidée dans l'espace et soudée au tube en 238; il en résulte que, quand le tube se déplace longitudinalement par rapport à la plaque 231, la bague 257 coulisse entre les brides 234 et 236 tout en assu- rant l'étanchéité aux gaz pour limiter les fuites de gaz au foyer, celui-ci fonctionnant à une pression supérieure à la pression atmosphérique et à celle régnant dans le passage des gaz au-dessus du foyer.
Le séparateur 232 est une chambre ou enceinte cylin- drique se trouvant sur le trajet du fluide de travail, à l'ex- trémité de chacun des multiples tubes générateurs de fluide disposés en parallèle. Comme déjà dit, les tronçons 216 à 220 des tubes générateurs s'engagent dans le séparateur à mi-hau- teur, dans une direction tangentielle de sorte que, quand le fluide est déversé par ces tubes dans le séparateur, il s'y
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produit un mouvement tourbillonnant, et la force centrifuge localise le liquide près de la paroi et sépare la vapeur de ce liquide.
Le niveau du liquide dans le séparateur étant un facteur important de la conduite du générateur, comme expliqué plus loin, il est essentiel que le mouvement tourbillonnant cesse immédiatement après la séparation, afin que le niveau du liquide s'établisse librement par gravité. A cet effet on dispose à l'intérieur du séparateur, en-dessous du niveau auquel débouchent les tubes générateurs 216 à 220, un disposi- tif vertical comportant un couvercle conique 259 et, entre celui-ci et le fond de la chambre du séparateur, plusieurs lattes représentées comme étant des plaques ou ailettes ver- ticales radiales 239' qui arrêtent le tourbillonnement du li- quide résultant de son arrivée en direction tangentielle, et qui permettent au liquide de reposer et de prendre, dans le séparateur, son niveau déterminé par la gravité.
La partie inférieure du séparateur devient ainsi une chambre collectrice de liquide dans laquelle s'accumule une certaine quantité de liquide dont le niveau dépend des débits relatifs de l'arrivée et de l'évacuation de liquide.
On notera que, sur une partie de sa hauteur, le sé- parateur est exposé à la chaleur des gaz de combustion.
La vapeur saturée quitte le séparateur par les con- duits 240 pour atteindre les collecteurs d'entrée verticaux 241 d'un surchauffeur 242 qui comporte un certain nombre de ser- pentins plats horizontaux disposés, en deux groupes, en travers du passage des gaz au-dessus du foyer, sur toute la hauteur et toute la largeur du passage et le long des parois, les serpen- tins étant raccordés en parallèle entre les collecteurs verti- caux d'entrée 241 et les collecteurs verticaux de sortie 243.
La vapeur surchauffée quitte le collecteur de sortie par le
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conduit 244 et est amenée à la machine où elle est utilisée, telle qu'une turbine ou autre. Les serpentins plats horizontaux du surchauffeur constituent une surface absorbant la chaleur ainsi qu'un écran pour les parois du passage des gaz, et sont situés au-delà d'une chambre à gaz 245 dans laquelle le courant de gaz change de direction: après avoir passé vers l'avant au niveau du foyer, il retourne au-dessus de celui-ci, de façon à uniformiser le passage des gaz chauds sur les dif- férents tubes du surchauffeur.
Chacun de ces tubes est continu du collecteur d'entrée au collecteur de sortie, et est coudé dans un plan horizontal de façon à constituer une partie du faisceau de tubes du surchauffeur situé dans le passage des gaz, et aussi de la paroi du passage de gaz, tant sur les deux faces opposées qu'à la face terminale. Comme le montre la Fig. 33, un tel tube croise le passage de gaz huit fois, avec des coudes qui enrenversent la direction à l'extrémité de chaque partie droite, et s'étend sur deux tronçons de la longueur d'une des parois latérales, sur un tronçon de l'autre paroi latérale et le long de toute la paroi terminale.
Direc- tement au-dessus et en-dessous d'un tube surchauffeur ainsi coudé, se trouve un autre tube coudé de façon analogue mais en sens inverse, de façon à s'étendre sur les tronçons de la longueur des parois latérales non occupés par le tube voisin de dessus ou de dessous, mais s'étendant aussi, par endroits, sur les tronçons de la longueur de la paroi latérale occupés par les tubes voisins, et il en est de même pour la paroi terminale. Ainsi, la paroi terminale et des parties des deux parois latérales du passage de gaz présentent des tubes sur- chauffeurs horizontaux en contact qui constituent pour les gaz une paroi continue en métal nu.
L'inférieur des tubes
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horizontaux coudés du surchauffeur repose sur le fond du passage de gaz et il est susceptible de supporter le tube immédiatement supérieur du fait que les courbures des cou- des de la partie s'étendant en travers du passage des gaz sont disposées de façon que leurs centres soient décalés et que leurs projections horizontales se coupent. De cette fa- çon le surchauffeur entier se supporte lui-même depuis le bas.
Grâce à la disposition horizontale, à des niveaux différents, des tubes surchauffeursreliant les collecteurs. verticaux d'entrée et de sortie, tout liquide dans le surchauf- feur, par exemple à la mise en marche du générateur, tend à s'écouler vers le fond des collecteurs et à remplir les tubes inférieurs, en laissant les tubes supérieurs entièrement exempts de toutes poches de liquide et libres pour l'écoule- ment de la vapeur, ce qui empêche le surchauffage d'un tube surchauffeur, qui pourrait se produire si une poche de liquide entravait l'écoulement de vapeur à travers un tube, alors que la vapeur traverserait d'autres tubes exempts de poches.
Dans le surchauffeur décrit, les gaz chauds ne peuvent endommager aucun tube car chacun de ceux-ci est ou bien rempli de liqui- de, ou bien refroidi intérieurement par le courant de vapeur et, comme le liquide dans un tube de niveau inférieur se vaporise, le surchauffeur fonctionne passagèrement, en partie, comme chau- dière aquatubulaire, jusqu'à ce que tout le liquide soit vapo- risé complètement et sans danger, pendant que le reste fonc- tionne comme surchauffeur, après quoi le tout fonctionne comme surchauffeur. Cette caractéristique du surchauffeur suivant l'invention est représentée schématiquement sur la Fig. 34, où 232 est le séparateur fournissant de la vapeur saturée au col-
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lecteur vertical d'entrée 24le par le conduit 240.
Les tubes surchauffeurs horizontaux coudés désignés par 242 débouchent dans le collecteur vertical de sortie 243 d'où la vapeur surchauffée sort par le tuyau 244, avec un dé- bit réglé par la vanne d'étranglement 244'. Une seconde vanne 244" constitue une dérivation que l'on ouvre pour la mise en marche, avant d'ouvrir la vanne 244', et que l'on laisse ou- verte jusqu'à la disparition de tout le liquide dans le sur- chauffeur.
Il est à noter que chacun des différents tubes du surchauffeur à serpentins doubles supporté par le bas, est coudé de telle façon (Fig. 33) que non seulement il consti- tue un faisceau tubulaire à travers lequel circulent les gaz, mais encore qu'il protège les parois du passage des gaz, et qu'en outre chaque tube est uniformément baigné par des gaz de même température dans les différentes parties du courant des gaz, ce qui assure l'uniformité de la surchauffe dans chacun des tubes. De plus, la position et la surface de chaque tube sont telles que la température de la vapeur à la sortie n'est pas excessive, quelle que soit la charge.
Les tubes d'économiseur sont horizontaux comme ceux du surchauffeur et comme les tubes générateurs de vapeur, et chaque tube économiseur est coudé d'une façon présentant des caractères de similitude, en ce que des tronçons de la longueur d'un tube forment un faisceau en travers du passage des gaz, d'autres tronçons constituant des parties des parois latérales, et d'autres encore formant le support des tubes situés à un niveau plus élevé, l'ensemble étant supporté par le bas.
Cer- tains de ces tubes économiseurs sont représentés,sur la Fig. 32, (les uns en traits pleins et d'autres en traits interrompus), et cette figure les montre comme étant coudés en une série de - 1
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boucles entre le collecteur vertical d'entrée 200 et le col- lecteur vertical de sortie 201,deux boucles simples étant disposées dans le sens de l'écoulement des gaz, deux boucles multiples étant disposées transversalement, et des tronçons étant situés dans les deux parois latérales. Des tubes ainsi coudés sont supportés par les tubes d'en-dessous, et chaque tube est uniformément baigné par des gaz à la même température, de sorte que le liquide conduit par chacun des tubes est uni- formément chauffé.
La disposition horizontale entre des collec- teurs verticaux évite la formation de poches de vapeur ou de gaz dégagés par le liquide et empêche ainsi le surchauffage local des tubes.
L'égalisation de la chaleur absorbée par les tubes générateurs de vapeur est également assurée par leur position et, en ayant soin d'égaliser ou de proportionner le débit et la température du liquide introduit dans chacun des cinq tubes à faible section raccordée en parallèle, on arrive à unifor- miser la qualité de la vapeur ou le rapport entre le liquide non vaporisé et la vapeur produite, et en même temps on main- tient mouillé l'intérieur de chaque tube générateur, en ré- glant la quantité de chaleur par rapport au débit. De cette façon, en réduisant au minimum l'excès de liquide, on évite le surchauffage comme décrit plus loin.
Afin d'égaliser la quantité de chaleur absorbée par chacun des divers tubes raccordés en parallèle, ces tubes sont coudés'et disposés de façon à être uniformément exposés à la chaleur rayonnée du foyer et baignés par les gaz chauds. Cha- que tube occupe une partie de la hauteur de chaque paroi la- térale du foyer, sur toute sa longueur et à un niveau donné, ainsi qu'une partie de la paroi terminale au même niveau, et chaque tube passe une ou plusieurs fois en travers du courant gazeux dans le foyer, au même niveau encore. Chaque tube occu-
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pe également une partie de la largeur du fond et du plafond du foyer, sur toute la longueur.
En même temps, le brûleur se trouve à une des extrémités du foyer, et la flamme et les gaz le parcourent tout droit en sens longitudinal, de sorte qu'au point de vue thermique il y a symétrie par rapport au plan mé- dian du foyer, et chaque changement de la température des gaz ou de l'intensité de rayonnement en sens longitudinal affecte dans la même mesure les différents tubes générateurs, quelles que soient les variations de la charge.
Dans la partie 228 des tubes générateurs formant écran, aux endroits où ils croisent le passage des gaz et entre les couches alternantes de serpentins, on peut dispô- ser des corps profilés polis 246, représentés sur les Figs. 5 et 6 et faits d'alliage métallique résistant à la chaleur; ces corps sont portés par des supports latéraux 246' reposant sur les tubes. Ces corps sont de forme aérodynamique pour opposer le moins de résistance à la circulation des gaz, et ils servent non seulement à réfléchir la chaleur rayonnée, mais aussi à réduire la section de passage des gaz entre les tubes de l'écran, de façon qu'il y ait un accroissement percep- tible de la vitesse et, par conséquent, une meilleure transmis- sion de chaleur entre les gaz longeant les surfaces d'absorp- tion de chaleur et ces surfaces.
On voit donc que l'invention fournit un générateur de vapeur surchauffée construit et disposé en trois sections dont chacune comporte plusieurs longs tubes de faible section raccordés en parallèle et qui sont un économiseur, un généra- teur de vapeur proprement dit et un surchauffeur, avec, dans le générateur, un nombre de tubes différent des autres sections, les tubes de chaque section étant toujours horizontaux et cou- dés de façon à former des faisceaux en travers des parois pla-
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nes à la limite de deux passages horizontaux pour les gaz, situés l'un au-dessus de l'autre, l'inférieur étant le foyer;
les tubes sont disposés de façon qu'ils ne soient pas surchauf- fés et que la même quantité de chaleur soit reçue par les dif- férents tubes raccordés en parallèle dans chaque section, ce qui assure, en service, la plus grande souplesse entre le zéro et le maximum de capacité, et le moindre poids ainsi que le moindre encombrement, tout en permettant le réglage au- tomatique de la chaleur disponible pour l'absorption, en rapport avec le débit de vapeur surchauffée, comme expliqué plus loin.
Tout autour du générateur de vapeur, à proximité immédiate des tubes constituant les parois planes, est dis- posée une plaque 247 faite d'un alliage métallique résistant à la chaleur et servant d'enveloppe étanche aux gaz ; à l'ex- térieur de cette plaque se trouve de la matière isolante 247' de faible poids n'ayant pratiquement pas de capacité d'emmaga- sinement de chaleur et appliquée, si on le désire, en plus d'une couche, comme représenté, une seconde couche 248 étant appliquée extérieurement et renfermant 85% de magnésie ou d'une substance analogue ; on peut recouvrir l'ensemble des couches de toute façon appropriée, par exemple d'une tôle, comme décrit plus loin.
Une armature faite de montants et de barres d'acier est noyée dans la matière isolante qui, en réalité, est appli- quée après la construction de l'armature; celle-ci sert de support aux diverses parties du générateur de vapeur et se compose de cornières érigées aux coins de l'assemblage et de cornières horizontales 249 assemblées aux autres éléments de la construction par soudure ou autrement, de façon à consti- tuer l'armature. Des éléments plus lourds 250 sont disposés
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en travers du sommet et portent, fixées par des écrous 251, des barres suspendues 252, faites en alliage résistant à la chaleur et comportant des semelles 253, également en alliage et destinées à supporter les extrémités des serpentins plats de l'économiseur dans la partie moins chaude du trajet des gaz.
Comme le montre à plus grande échelle la Fig. 22, des montants en double T 254 sont disposés sur les cotes du générateur, et à la face intérieure de ces montants sont fixées, par soudure, les pièces 255 qui reçoivent des oreil- les 256 des tubes constituant les parois latérales planes du foyer; ces oreilles servent à maintenir en position les parois latérales planes.
La face extérieure de l'isolement 248 est recouver- te de plaques métalliques 257 fixées aux montants pour servir de protection à l'isolement, et la paroi extérieure de l'en- semble prend l'aspect que montre la Fig. 2 et fournit un foyer et des carneaux étandhes, susceptibles de résister à une pression interne des gaz considérablement supérieure à la pression atmosphérique.
L'extrémité antérieure ou de chauffe est constituée par une armature rectangulaire qui ménage une ouverture pour le brûleur,garnie d'un anneau réfractaire 258 auquel est fixée, par des boulons 259, une plaque 260 supportant la ba- gue 261 du brûleur, munie d'ailettes 262 qui dirigent l'air.
Au-delà de la bague à ailettes du brûleur est située la pla- que conique 263 susceptible de coulisser le long du manchon 264 qui la supporte et qui supporte aussi la tête d'atomisa- tion d'huile et d'alimentation 265, mobile le long du sup- port 2600, comme indiqué, quand on desserre la vis 266, cette tête de brûleur comportant des arrivées d'huile et de vapeur
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d'atomisation 267 et ,268, respectivement, commandées par des soupapes.
La chambre à air du brûleur est entièrement fermée et isolée, comme 0-'est indiqué en 269. Elle présente des ailettes de guidage et une paroi en volute 270, pour répartir l'air qui, en venant d'un réchauffeur d'air 282, entre, sur un côté, par une ouverture rectangulaire 271. Les ailettes divisent l'entrée de la chambre en passages d'air 272, 273, 274, 275, 276 et 277; ces passages s'étendent autour de l'entrée annulaire du brûleur de façon à assurer une répartition uni- forme de l'air atteignant le brûleur sur toute la périphérie de la bague.
La courbure des ailettes 278 est très soigneusement déterminée, et elles sont arrêtées aux endroits appropriés pour assurer une répartition uniforme de l'air sur toute la périphérie du brûleur, comme déjà dit, même si l'air entrant dans la chambre à air du brûleur n'est pas uniformément répar- ti à l'entrée de la chambre.
Afin d'assurer l'inflammation du jet d'huile, la, bague 258 à l'entrée du brûleur présente une ouverture 279 que traverse un brûleur à gaz avec un dispositif automatique d'al- lumage, non représenté; ce brûleur est alimenté en air à tra- vers des ouvertures 280 qui s'ouvrent dans une chambre à air secondaire 281, en arrière de la plaque 260. Au-dessus de l'ouverture rectangulaire 271 se trouve un réchauffeur d'air tubulaire 282 dont les tubes sont parcourus par les gaz brûlés du générateur de vapeur, ces gaz étant'ensuite évacués par le carneau 283.
Il est évident que le réchauffeur d'air se trouve à l'extrémité de chauffe du générateur de vapeur, ou au-dessus, et l'air y entre en 284 et traverse le faisceau tubulaire 282 du réchauffeur d'air, pour atteindre directement la chambre à
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air du brûleur, de sorte que la chaleur transmise à l'air lors de son passage par le réchauffeur 282 n'est pas perdue et la résistance à l'écoulement est réduite au minimum, en raison de la faible distance que l'air parcourt du réchauf- feur au brûleur.
Afin que le générateur de vapeur puisse effectivement réaliser les performances dont il est capable on utilise des appareils auxiliaires appropriés, munis de dispositifs de commande qui assurent à l'ensemble toutes les caractéristi- ques utiles nécessaires pour le service de propulsion du genre mentionné, à savoir la souplesse dans toute la gamme des charges entre le zéro et le maximum, un rendement élevé, un poids réduit et un faible encombrement, et ce pour toutes les dimensions dépassant celles que nécessitent les petites automobiles.
Les appareils auxiliaires et de commande permettent au générateur de vapeur de fonctionner au mieux, pour produire de la vapeur surchauffée avec tout débit nécessité par la machine, sans surchauffage ou avarie d'organes quelconques, et avec un minimum de chaleur emmagasinée, de sorte que le générateur peut répondre instantanément aux variations de la quantité de vapeur nécessaire pour la propulsion du véhicule, avec une variation correspondante de l'alimentation; les appa- reils auxiliaires qui permettent de réaliser ces conditions sont d'un genre particulier et comportent des organes de com- mande qui dépendent du taux de production ou de consommation de vapeur.
Avant le démarrage, le générateur de vapeur est rem- pli d'eau jusqu'à la soupape d'obturation ou d'étranglement 244' (Fig. 34) qui est fermée, et la soupape de dérivation 244" qui est également fermée après le remplissage ou entr' ouverte. On évite ainsi le surchauffage d'une partie quelconque,
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quand le brûleur est allumé mais avant que la circulation de liquide et de vapeur dans .les tubes soit établie, et il faut éviter de chauffer les tubes qui sont secs à l'intérieur et dans lesquels il n'y a aucune circulation ou une circulation insuffisante pour absorber la chaleur dans la mesure néces- saire pour réduire sa température à une valeur ne présentant pas de danger.
Afin de mettre en marche le générateur de vapeur après son remplissage d'eau, on ouvre et allume le gaz du brûleur de mise en marche. En même temps, un moteur auxiliaire de dé- marrage 292 fournit de l'air, et de l'huile est également amenée au brûleur et allumée par la flamme du gaz. Quand le brûleur à huile est allumé, on coupe le gaz. La combustion de l'huile a pour effet de chauffer l'eau dans le générateur, et une certaine quantité de ce liquide chaud, suivi par de la vapeur, s'échappe par la soupape 244" qui a été ouverte suf- fisamment pour servir de soupape de sûreté sans entraver l'accroissement de la pression.
Dès que la vapeur sous pres- sion s'échappe par la soupape 244", on ferme celle-ci et on ouvre la soupape 244' pour fournir de la vapeur à une turbine auxiliaire qui commande tous les appareils auxiliaires nor- malement en marche, parmi lesquels une soufflerie 288 pour l'air de combustion, une pompe d'alimentation de liquide 289 et une pompe à combustible liquide 290. A partir de ce moment tout le fonctionnement est automatique, le débit des appareils auxiliaires mentionnés étant règle en rapport avec la produc- tion de vapeur d'une part, et d'autre part de façon à assurer un excès de liquide dans les tubes générateurs de vapeur, sur toute leur longueur.
Le niveau de liquide ainsi maintenu dans le séparateur sert également de régulateur, pour maintenir le rapport voulu entre les débits de combustible et d'eau ou de tout autre liquide.
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En face de l'extrémité de chauffe du générateur de vapeur se trouve, placée sur un montant 285, une plateforme 286 qui supporte une turbine auxiliaire 287 qui, par l'inter- médiaire d'une transmission appropriée, actionne la souffle- rie 288 alimentant la chambre à air 284, une pompe alternative 289 fournissant au générateur de vapeur de liquide de travail, et les pompes 290 et 290' à huile combustible et à huile de lubrification, respectivement.
Un ventilateur auxiliaire 291, commandé par un moteur 292 indépendant de la turbine 287 fournit, au moment du dé- marrage, l'air comburant nécessaire au brûleur 279; dès que la pression est établie dans le générateur de vapeur, la vapeur est amenée à la turbine 287 pour actionner la pompe d'a- limentation 289, la pompe à huile combustible 290 et la souf- flerie 288. Une variation de vitesse de la turbine auxiliaire 287 entraîne des variations correspondantes dans le débit de liquide de travail fourni au générateur, et de combustible et d'air nécessaires pour le vaporiser et surchauffer et, comme décrit plus loin, la vitesse de la turbine auxiliaire est réglée automatiquement par le débit de vapeur surchauffée.
Lorsque la turbine auxiliaire est mise en marche, le surchauffeur débarrassé, par évaporation, de sa réserve ini- tiale de liquide et parcouru par de la vapeur, et les tubes générateurs alimentés en liquide qui remplace la vapeur formée, le séparateur empêche tout liquide d'atteindre le surchauffeur.
Afin que tous les tubes générateurs restent mouillés, l'arrivée de liquide est proportionnée au débit de combustible et d'air de façon que la quantité de liquide fournie dépasse celle qui peut être évaporée, et que du liquide soit toujours amené au séparateur. Cet excès de liquide est continuellement évacué du séparateur et ce liquide -évacué est dénommé, dans la suite,
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le "trop-plein". L'arrivée continuelle d'un excès de liquide au générateur et son évacuation continuelle ont pour effet d'établir une réserve de liquide dans le séparateur, avec un niveau déterminé par le réglage de la section de 1-'.écoulement.
Des variations du niveau sont utilisées pour régler automati- quement l'écoulement, de la façon décrite plus loin.
Le conduit tubulaire, situé sur le trajet des gaz chauds et allant du séparateur vers le régulateur de niveau extérieur au générateur doit être protégé contre le danger de surchauffage; à cet effet, on peut utiliser le moyen représen- té sur les Figs. 25 et 26 suivant lesquelles le conduit de raccordement 292 est entouré d'un manchon 293 espacé du rac- cordement et fermé aux deux extrémités, l'espace ainsi obtenu étant utilisé pour la circulation d'un liquide refroidissant, tel que par exemple le liquide de trop-plein venant du sépara- teur 232.
Le système de commande automatique qui coopère avec le générateur de vapeur est représenté schématiquement sur les Figs. 35 et 36.
Sur ces figures, le trajet du fluide est représenté par un simple tube sinueux, l'économiseur 202 étant alimenté en liquide sous pression, au moyen d'un conduit 11, par une pompe 289 qui, pouvant être de tout type approprié, n'est représentée que schématiquement. De l'économiseur, le fluide passe vers le générateur, le traverse et va au séparateur 232.
La vapeur venant du séparateur, atteint et traverse le sur- chauffeur 242 d'où le conduit 244 l'amène à la turbine prin- cipale 12 censée représenter la machine utilisant la vapeur.
Les produits de la combustion traversent successivement le générateur, le surchauffeur, l'économiseur et le r,échauffeur,
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et ils peuvent venir en contact avec le séparateur ou une partie de celui-ci.
Une machine à vapeur auxiliaire, représentée sous forme de la turbine 287, actionne la pompe d'alimentation de liquide 289, la soufflerie d'air 288, et la pompe 290 qui alimente le brûleur en huile combustible. Bien que le dessin montre ces appareils schématiquement et comme étant entraî- nés à la même vitesse par un arbre commun, il est entendu que des engrenages réducteurs de vitesse ou des transmissions entre les divers appareils sont connus et que leur emploi est indiqué pour régler la vitesse, la puissance et la capacité relatives, le dessin étant destiné simplement à montrer que la turbine 287 actionne les appareils 288, 289 et 290 simul- tanément et à l'unisson.
La pompe à liquide d'alimentation est d'une capacité telle par rapport à la capacité de la pompe à huile combus- tible et à celle de la soufflerie, qu'elle fournit une quan- tité de liquide dépassant celle que la chaleur de combustion de l'huile et de l'air peut vaporiser, dans le but d'assurer un excès de liquide et un écoulement continuel d'eau au sé- parateur..
L'excès de liquide est détourné du trajet du fluide dans le séparateur, à travers un conduit 1 allant vers la ré- serve d'eau chaude ou rejetant l'eau. Le liquide de trop-plein s'écoule normalement par l'étranglement 2, tandis que le trop- plein variable s'écoule par la soupape de réglage 3.
Le foyer du générateur de vapeur comporte un brûleur 4 alimenté par un tuyau 5, et une chambre à air 6 alimentée par un conduit 7. Afin d'assurer l'allumage du brûleur à huile, un brûleur à gaz 8 est alimenté par un tuyau 9, le débit de gaz étant réglé par une soupape 10 commandée par un solénoîde.
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Le débit d'huile combustible amenée au brûleur 4 est réglé, en premier lieu, par la vitesse de la pompe à huile 290, mais aussi par l'étranglement d'une soupape de réglage 13 insérée dans le tuyau 5 ; le débit est constamment mesuré par un appareil de mesure 14.
Le débit d'air comburant est déterminé, en premier lieu, par la vitesse de la soufflerie 288 mais il dépend aussi d'un registre 15 intercalé dans le conduit 7, entre la soufflerie et la chambre à air 6. Le débit d'air est constam- ment mesuré par un appareil de mesure 16.
Le débit de liquide de travail sous pression circu- lant dans le conduit 11 est réglé par la vitesse de la pom- pe 289 qui, à son tour, dépend de certaines caractéristiques variables du fonctionnement du système.
Les vitesses de la pompe à liquide, de la soufflerie et de la pompe à huile sont en rapport constant entre elles, déterminé par les liaisons mécaniques entre chacun de ces appareils et l'arbre moteur de la turbine auxiliaire, et la vitesse des trois appareils varie avec celle de la turbine.
Afin d'assurer un rapport approprié entre les quantités de liquide, d'huile combustible et d'air débitées par les trois appareils, respectivement, quand les vitesses de ceux-ci sont dans un rapport déterminé, et pour assurer aussi un rapport approprié entre ces quantités, d'une part, et le taux de pro- duction et d'utilisation de vapeur, on utilise certains dis- positifs sensibles à certaines grandeurs variables qui sont mesurées, indiquées et utilisées comme base pour le réglage automatique de l'alimentation en liquide et de l'alimentation du foyer en éléments combustibles.
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Sur le dessin, 17 désigne un dispositif sensible à la pression, tel qu'un tube Bourdon raccordé au conduit 244 et comportant un index 18 qui coopère avec une échelle 19 pour indiquer, à chaque instant, la pression de la vapeur fournie.
En relation avec le dispositif indicateur de pres- sion 17, on utilise un indicateur de production ou de débit de vapeur ou de la charge imposée au générateur de vapeur, et cet indicateur peut être un tube Bourdon 20 qui commande un index 21 coopérant avec une échelle '22. Au moyen d'un tuyau, le tube Bourdon 20 est raccordé à la turbine 12 en un endroit tel qu'il est sensible à la pression dans l'enveloppe du pre- mier étage de la turbine, cette pression étant, pour une pression donnée indiquée par le tube 17, en rapport sensible- ment rectiligne avec le taux de circulation de vapeur.
Ainsi, l'index 21 marque sur l'échelle 22 une grandeur qui, par rap- port à celle de l'index 18 sur l'échelle 19, indique le taux de circulation de vapeur venant du générateur et, par consé- quent, le débit de vapeur et la charge imposée au générateur.
Un dispositif 23 dont le fonctionnement dépend du niveau de liquide dans le séparateur 232, est raccordé à ce dernier. Ce dispositif comporte une enveloppe à pression en- tourant un tube à mercure en U raccordé au sommet et à la base du séparateur. LTn flotteur suit le niveau de mercure dans une des branches et situe un index 24 en face d'une échelle 25, en indiquant instantanément le niveau de liquide à l'in- térieur du séparateur.
Les dispositifs de mesure de débit, 14 pour l'huile et 16 pour l'air comburant, coopèrent pour régler la position de la tige d'une valve-pilote 26, à partir d'une position pré- déterminée, si le rapport entre les débits d'air et de combus-
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tible s'écarte de la valeur voulue. La valve-pilote 26 est susceptible de régler la position d'une soupape à combusti- ble 13.
Chacun des tubes Bourdon 17 et 20 règle la position de la tige d'une valve-pilote pour établir une pression d'air antagoniste dans un mécanisme de relais 27 à partir duquel une pression d'air antagoniste résultante est appliquée au dispositif de tarage à diaphragme 28 qui commande la turbine auxiliaire.
De préférence, le débit du liquide d'alimentation et celui des éléments de combustion fournis au brûleur sont réglés., en premier lieu, par la variation de vitesse de la turbine auxiliaire, la pression de la vapeur débitée et celle dans l'enveloppe de la turbine étant utilisées pour ce réglage. Toutefois, pour tenir compte des différences pos- sibles dans les caractéristiques vitesse-capacité des pompes et de la soufflerie, ainsi que des variations des conditions de fonctionnement, on prévoit des moyens de réglage qui com- plètent le réglage principal des éléments de combustion. Pour l'air, ce moyen de réglage complémentaire comporte un registre 15 réglé, en aval de la soufflerie 288, par une soupape pneu- matique 29.
Pour le combustible, le moyen de réglage complé- mentaire comporte une soupape de réglage 13, située dans le conduit 5 et entrant en jeu quand le rapport entre les débits mesurés de combustible et d'air s'écarte de la valeur désirée.
Il est, d'abord, désirable de modifier la vitesse de la turbine auxiliaire en rapport avec la quantité de vapeur utilisée par la turbine principale, de façon à mettre l'ali- mentation du générateur de vapeur en liquide et en éléments de combustion, en rapport approximatif avec la charge de la turbine principale; ensuite, il y a lieu de régler individuelle- n --
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ment l'alimentation en combustible et en air, en rapport avec d'autres variables du fonctionnement du système.
Afin de déterminer, de façon réglable, la vitesse de la turbine auxiliaire, on utilise, de préférence, une pompe, un compresseur ou un dispositif analogue 30 commandé par la turbine auxiliaire et fonctionnant avec celle-ci, en vue de créer une pression de fluide (telle qu'une pression d'huile), en rapport connu avec la vitesse. On utilise cette pression dans un mécanisme régulateur qui tend, normalement à maintenir constante la vitesse de la turbine auxiliaire, indépendamment de la pression de la vapeur fournie à celle-ci.
On tare alors le dispositif sensible à la pression d'huile, suivant les va- riations de fonctionnement du générateur de vapeur et de la turbine principale, en créant ainsi les conditions de vitesse dans lesquelles doit fonctionner le régulateur de vitesse va- riable de la turbine auxiliaire. -
L'huile venant d'une pompe 30 passe, par un tuyau 31 (muni d'un conduit de retour 32) vers un soufflet métallique extensible 33 qui commande une des extrémités d'une tringle flottante 34. L'autre extrémité de la tringle 34 est déplacée par et solidairement avec un piston mobile dans un cylindre 35, qui commande les soupapes d'admission de la turbine auxiliaire.
Une tige-pilote 36 est suspendue en un point intermédiaire de la tringle 34 et règle l'écoulement d'huile sous pression à travers une valve-pilote 37 vers les faces opposées du piston 35. Une soupape réglable 38, normalement ouverte, est située entre le tuyau 31 et le conduit de retour 32, pour constituer une dérivation contournant la pompe 30. Une résistance fixe 38' est insérée dans le conduit 32.
La valve-pilote désignée par 37 est représentée sur la Fig. 37.
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Du fluide sous pression est amené à l'intérieur de l'enveloppe 37, entre les obturateurs-pilote 39, situés le long de la tige 36 de façon à coïncider avec d'étroites lu- mières annulaires 40. Quand la tige-pilote est déplacée axia- lement dans l'enveloppe, de façon que les obturateurs 39 se déplacent par rapport aux lumières 40, une pression antagonis- te déterminée s'établit aux lumières annulaires, qui est en rapport connu avec l'amplitude du mouvement. Par exemple, quand la tige 36 est déplacée vers le haut, il s'établit, à l'orifice de sortie supérieur de droite de l'enveloppe (Fig. 37) une pression qui s'accroît en relation déterminée avec le mouvement, tandis que, quand la tige 36 descend, une pression s'établit à l'issue inférieure de'droite, cette pression augmen- tant en relation déterminée avec le mouvement.
Le dispositif 23, sensible au niveau (Fig. 35), est susceptible de déterminer la position d'une tige-pilote 41 pour commander, en cas d'urgence et subséquemment, le fonc- tionnement du système. Il est à noter que l'on utilise les deux orifices de sortie de droite de l'enveloppe, tant le su- périeur que l'inférieur; l'orifice supérieur est raccordé à une soupape obturatrice de secours 42 insérée dans le conduit à combustible 5, tandis que l'orifice inférieur est raccordé à la soupape de trop-plein réglable 3, au registre à air 29 et à la soupape de dérivation 38.
La Fig. 41 est un diagramme qui indique le fonc- tionnement réglé par le dispositif 23 commandé par le niveau de liquide dans le séparateur 232. Le raccordement de trop-plein 1 peut se trouver au niveau du fond du séparateur, ou légère- ment au-dessus. Il n'est pas désirable que le niveau d'eau laisse à découvert le raccordement de trop-plein, et pour cette raison le diagramme indique, comme niveau de sécurité, un ni-
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veau légèrement au-dessus du raccordement de trop-plein. A partir de ce niveau s'étend vers le haut, jusqu'à un niveau supérieur de sécurité, la zone de réglage subdivisée sommaire- ment en une zone d'étranglement d'air et une zone de déverse- ment accéléré.
La forme de la tige-pilote 41 et des soupapes 3, 29, 38,42 est telle que la pression d'air établie aux deux issues de la valve-pilote provoque le réglage ou le fonctionnement des soupapes, de la façon et dans l'ordre voulus. Si le niveau dans le séparateur est à mi-hauteur à peu près, cela corres- pond aux conditions désirées. Le registre 15 est largement ouvert,et la quantité de trop-plein s'écoulant par la soupa- pe 3 est nulle ou très faible. Si, en raison des conditions de fonctionnement, le niveau dans le séparateur commence à monter, il se produit, dans toute la zone indiquée sur la Fig. 41, un déversement accéléré à travers la soupape 3, celle- ci s'ouvrant progressivement à mesure que le niveau monte.
En effet, à mesure que le niveau dans le séparateur monte, la tige-pilote 41 descend et la pression d'air agissant sur la soupape 3 s'accroît proportionnellement au mouvement axial de la tige-pilote 41. Si le niveau continue à monter malgré l'ac- croissement de la quantité de liquide de trop-plein déversé, et s'il atteint la limite supérieure de sécurité, alors, au mo- ment où ce point est atteint, la pression d'air accrue agissant sur la soupape de dérivation 38 commence à dépasser la force du ressort antagoniste et ferme la soupape de dérivation, en pro- voquant un accroissement de pression en 33 en vue de réduire la vitesse de la turbine auxiliaire; si le niveau continue encore à monter, l'arrêt complet de la turbine auxiliaire peut s'en suivre.
Dans toute la zone de déversement accélère du liquide
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de trop-plein, le registre 15 est maintenu dans sa position d'ouverture maximum. Si le niveau dans le séparateur descend en-dessous de sa position prédéterminée, par exemple à mi- hauteur, alors, dans la zone désignée comme zone d'étrangle- ment d'air, le registre 15 commence à se fermer en tendant vers une position d'ouverture minimum; du fait que le courant d'air agit, par les appareils de mesure des débits de combus- tible et d'air, sur la soupape à combustible 13, l'alimenta- tion en combustible est .également réglée par le registre 15.
Ainsi, si pour une raison quelconque le niveau dans le sépa- rateur descend en-dessous du niveau normal désiré, l'arrivée de combustible et d'air au foyer se ralentit progressivement jusqu'au rétablissement de l'équilibre, et le niveau du liqui- de revient ou tend à revenir à la hauteur voulue.
Si le niveau continue à descendre en-dessous de la limite inférieure de sécurité,l'obturateur supérieur du pi- lote 41 entre en jeu et fait varier la pression d'air antago- niste agissant sur la soupape 42 et, quand la limite inférieu- re de sécurité est atteinte, la soupape 42 coupe l'alimenta- tion de combustible du brûleur et ferme celui-ci. Dès que le niveau est de nouveau au-dessus de cette limite de sécurité, le brûleur et l'alimentation de combustible se remettent à fonctionner normalement, à moins d'être arrêtés par d'autres dispositifs de sécurité.
La Fig. 36 est un schéma général analogue à celui de la Fig. 35, avec une modification concernant la commande en fonction du niveau à l'intérieur du séparateur 232. Le dia- gramme de fonctionnement est indiqué sur la Fig. 42 et il dif- fère principalement en ce que la partie supérieure n'est plus utilisée comme zone de déversement accéléré, mais comme zone de dérivation sur la pompe à eau. Les limites supérieure et
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inférieure de sécurité peuvent être établies et utilisées comme dans le cas de la Fig. 35.
Le dispositif 23 sensible au niveau de liquide com- mande la tige-pilote 41 qui établit une pression d'air à l'issue supérieure de droite de l'enveloppe de la valve-pilote, cette pression variant sensiblement proportionnellement à la position axiale de la tige-pilote et, par conséquent au niveau à l'intérieur du séparateur. Cette pression d'air antagoniste agit sur la soupape à air 29 pour commander le registre 15, et sur une soupape à commande pneumatique 43, dans un conduit de dérivation contournant la pompe à eau 289, Fig. 36. Quand le niveau dans le séparateur est à la hauteur voulue, le registre 15 est ouvert au.maximum et la soupape de dérivation 43 est fermée.
Si le niveau dans le séparateur monte, la sou- pape de dérivation 43 commence à s'ouvrir et une partie de l'eau pompée recircule à travers la pompe, en réduisant ainsi le débit du conduit 11, mais sans modifier la vitesse de la turbine auxiliaire, ni le débit de combustible et d'air com- burant.
Si le niveau descend en-dessous du point voulu, la soupape de dérivation 43 reste fermée et le registre 15 com- mence à se fermer et à modérer légèrement le chauffage, sans modifier l'alimentation en liquide du système, jusqu'à ce que le niveau de liquide atteigne la hauteur voulue.
Dans le cas de la Fig. 35, où l'on utilise les deux issues de l'enveloppe-de la valve-pilote, il est possible de varier le tarage ou la charge des différents dispositifs pneu- matiques commandés depuis la valve-pilote, de façon qu'ils in- terviennent successivement ou, en partie, simultanément. Les Figs. 41 et 42 sont des diagrammes sensiblement rectilignes de fonctionnement successif dans les différentes zones de ré-
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glage. La Fig. 43 montre que le réglage dans la zone d'étrangle- ment d'air peut ne pas être rectiligne, et que le réglage dans la zone de déversement accentué ou de dérivation sur la pompe peut suivre une courbe ayant la même forme ou une forme dif- férente, et que les deux courbes peuvent empiéter l'une sur l'autre.
Un tel mode opératoire est illustré par les Figs. 39 et 40 qui montrent différentes formes d'obturateur-pilotes, parmi lesquels le long obturateur qui s'élargit progressive- ment (Fig. 40) a une sensibilité entièrement différente des obturateurs sphériques suivant la Fig. 39. Afin d'obtenir une même variation de la pression antagoniste, il faut déplacer de quantités différentes les tiges portant des obturateurs dif- férents et, inversement, le même déplacement axial donne des variations de pression différentes et, de cette façon, la sen- sibilité varie d'un obturateur à l'autre.
On peut facilement construire une tige-pilote qui, comme celle de la Fig. 38, porte des obturateurs de sensibi- lités différentes pour les deux issues, et ces obturateurs sont espac,és, sur la tige, de façon à entrer en jeu et à modi- fier la pression antagoniste aux différentes issues de façon à donner un diagramme composé,, comme celui des Figs.
41 et 42, de deux droites qui se prolongent,,ou à créer, entre les deux zones une discontinuité dans laquelle ni la quantité de trop- plein, ni le réglage de l'air ne subissent de modification, ou à donner deux coubes qui peuvent empiéter l'une sur l'autre de s@rte que dans la partie médi@ne de la vari@tion (le nive@u on p@@@ @@@ifies tant le trop-plein que le rug @@@ de l'@@@@.
In outre, la forme des ohturateu's-pilotes, ainsi que la c@@@@e et la forme de,:) resorts des soup@pes et du @ d'@ @@@@ peuvent être 'celles qu'elles co@trecarrent les caractristioues
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de réglage ou les relations fonctionnelles entre le niveau dans le séparateur et la circulation d'air ou la position du registre.
La Fig. 44 montre l'agencement d'un dispositif 23 sensible au niveau, dans lequel deux valves-pilotes peuvent être utilisées et intervenir pour différentes zones de dépla- cement du bras 24. Ainsi, par exemple, si.le niveau monte au-dessus de la mi-hauteur, le bras 24 vient en prise avec la tige de la valve supérieure et commence à la soulever. Si le niveau descend en-dessous de la mi-hauteur, le bras fait des- cendre la tige-pilote de la valve inférieure. Au niveau moyen, il n'y a de mouvement dans aucune des deux valves-pilotes.
Bien que l'on ait décrit et représenté certaines for- mes de réalisation préférées de l'invention, il va de soi que c'est à titre d'exemple non limitatif.
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