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Construction tubulaire.
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La présente invention a pour objet une construc- tion tubulaire susceptible de former un trajet de circula- tion de fluide, fait de longs tubes de faible section raccordés en série, dont ceux qui sont immédiatement voi- sins sont sensiblement en contact entre eux.
Une telle construction est avantageusement uti- lisée dans un échangeur de chaleur, pour former la paroi du foyer d'un générateur de vapeur.
Suivant l'invention, les extrémités des tubes
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voisins sont assemblées côte-à-côte, par soudure autour de la périphérie, et un capuchon non cloisonné est soudé sur les extrémités assemblées de façon à former un coude inverseur de direction et à constituer un passage tubulai- re continu de grande longueur formant les parois du foyer, celles-ci étant exposées à la chaleur du foyer dont elles constituent le plancher, le plafond et les parois latéra- les et terminale. La construction est ainsi formée de tubes continus, sensiblement en contact entre eux et qui ne doi- vent être rendus étanehes que du côté extérieur par une enveloppe imperméable aux gaz, faite d'une matière à faible conductibilité thermique et de poids réduit, le caractère réfractaire n'étant pas essentiel.
Les dessins annexés représentent un exemple de réalisation de l'invention; sur ces dessins : Fig. 1 est une coupe verticale longitudinale d'un générateur de vapeur.
Fig. 2 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. 3 est une ¯vue fragmentaire montrant comment des conduits ou tubes droits parcourus par un fluide peu- vent être réunis par des coudes d'un rayon nul, pour cons- tituer une paroi de foyer plane, ne nécessitant aucun re- vêtement réfractaire.
Fig. 4 est une coupe suivant la ligne 19-19 de la Fig. 3.
Fig. 5 est une coupe correspondant à la Fig. 3.
Fig. 6 est une vue en bout du capuchon formant le raccordement à rayon nul entre deux tubes.
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Un générateur de vapeur auquel la présente inven- tion est appliquée est représenté sur la fig. 1
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, interrompus par une partie élargie à l'extrémité de la section généra- trice de vapeur, qui agit comme séparateur ou collecteur 232 pour séparer la vapeur et le liquide, la vapeur saturée allant, sans liquide, vers un surchauffeur, et une partie du liquide entrant étant conduit par les tubes vers le sé- parateur 232, afin de maintenir mouillé le métal des tubes et d'empêcher la formation de dépôts,.solides. Ce liquide non vaporisé est finalement détourné du trajet de circula- tion dans le séparateur 232, et évacué dans des conditions réglées.
Les parties du générateur 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 horizontaux, nus, le sixième côté étant formé par la cham- bre du brûleur entourée de matière réfractaire; à l'extré- mité postérieure du foyer un faisceau de tubes horizontaux 228 est posé transversalement au foyer. Les gaz de combus- tion 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 supé- rieur est occupé par le surchauffeur et un économiseur.
La première partie de chacun des cinq tubes géné-
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rateurs 206 à 210 est coudée de façon à former un serpentin plat ayant la longueur totale et un cinquième de la largeur du plancher du foyer. Les extrémités de sortie du premier tronçon des différents tubes générateurs faisant partie du plancher du foyer sont raccordées aux extrémités d'entrée du deuxième tronçon des tubes, qui sont disposées de façon à constituer des parois latérales et terminales planes, ainsi que le faisceau de tubes du foyer 228.
Ces raccorde- ments sont réalisés en conduisant chaque tube à travers la partie antérieure du foyer, le long du plancher, puis vers le haut le long d'une paroi latérale, vers des tubes situés à différents niveaux de cette paroi latérale, com- me c'est indiquéen 211, 212, 213, 214 et 215, où le diamètre des tubes est un peu plus grand pour permettre la production du volume voulu de vapeur.
Le deuxième tronçon de la longueur d'un tube géné- rateur est coudé suivant deux cotés 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'autre paroi latérale après quoi, en inversant la direc- tion 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.
Afin de constituer un faisceau tubu- laire 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 repré- senté) à travers le foyer, en commençant et en terminant à la même paroi latérale.
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Quand un tube est coudé à l'extrémité d'une paroi latérale pour monter d'un niveau inférieur au niveau immé- diatement supérieur, les deux branches restent en contact en raison 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 tronçons voisins du tube de se toucher. On forme donc ainsi une paroi complète en tubes nus, qui n'exige pas de réfractaire et qui absorbe la chaleur du foyer pour va- poriser du liquide, le mélange de liquide et de vapeur évo- luant 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 un cinquième de la largeur du plafond 230 du foyer, et la longueur to- tale de chacune de ces cinquièmes parties est inférieure à la longueur du foyer. 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 côté du sé- parateur-collecteur 232 cylindrique vertical, situé au-dessus du foyer.
Lestronçons du 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. 3 à 6. Les tronçons 221 et 222 sont juxtaposés sur toute leur longueur. A l'une des ex- trémités, 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,
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comme c'est indiqué en 223 et 224, et le métal de soudure est également appliqué au point même de tangence, pour ré- unir les tubes de façon étanche, comme indique en 225.
Le contour extérieur qui résulte de la réunion des extrémités des tubes est celui de deux demi-circonférences encadrant un rectangle (Fig. 4), et sur le bout de cette forme on soude, en évitant toute nervure ou saillie extérieure, un capuchon 226 dont le contour correspond à celui des bouts réunis des tubes, comme c'est indiqué en 227. On réalise ainsi unraccord 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 tu- bes 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 lar- geur 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 épaisseur 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'extérieur, pour que les capuchons puis- sent rester en contact, ainsi que les tubes adjacents- REVENDICATIONS.
---------------------------- l.- Construction tubulaire constituant un trajet de circulation de fluide formé de longs tubes de faible section raccordés en série, les tubes adjacents étant dis- posés côte à côte en contact ou sensiblement en contact entre eux, caractérisé en ce que les extrémités voisines
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des tubes juxtaposés sont assemblées par soudure autour de parties voisines ou opposées de leur périphérie, et qu'un capuchon est fixé par soudure pour former un coude inverseur de direction reliant les tubes adjacents.
2.- Construction tubulaire comportant des tubes disposés parallèlement, des soudures assemblant des tubes à leurs extrémités seulement pour former une extrémité jumelée de forme sensiblement elliptique, et un capuchon non cloisonné ayant une forme correspondante à son extrémi- té ouverte, soudé aux tubes à sa périphérie pour former un coude inverseur de direction.
3.- Construction tubulaire suivant la revendi- cation 2, caractérisée en ce que le capuchon est soude aux extrémités des tubes bord-à-bord.
4. - Construction tubulaire suivant la revendica- tion 3, caractérisé en ce qu'à son extrémité ouverte le capuchon à la marne épaisseur de paroi que les tubes, tan- dis que les autres parties de la paroi du capuchon ont une épaisseur plus grande.
5. - Procédé pour la réalisation d'un coude inver- seur de direction, consistant à disposer des tubes côte-à- côte avec leurs extrémités dans un mène plan transversal, à déposer du métal de soudure pour remplir les creux oppo- sés résultant de la courbure des parois des tubes aux ex- trémités adjacentes, en formant ainsi une extrémité jumelée de profil continu sensiblement elliptique, et à souder, bord -à-bord, la périphérie d'un capuchon concave non-cloi- sonné de forme semblable, à la périphérie de l'extrémité jumelée des tubes.
6.- Construction tubulaire comportant, pour un échangeur de chaleur, un assemblage de tubes dans un même
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plan, les tubes étant raccordés.. en vue d'une circulation à traj ets parallèles successifs, par les coudes inverseurs de direction de rayon nul permettant aux tubes de se tou- cher et de former une paroi :fermée ou continue.
7.- Construction tubulaire formant un passage sinueux et composée de tubes de section circulaire dispo- sés chacun en contact avec Le suivant le long d'une géné- ratrice de leur surface cylindrique et raccordés deux à deux, par des coudes inverseurs de direction de rayon nul, de façon que les tubes assemblés constituent une paroi sen- siblement continue.
8.- Construction tubulaire comportant des coudes inverseurs de direction formés en juxtaposant des tubes cylindriques suivant leurs génératrices, en appliquant du métal de soudure sur les côtés de ces tubes pour les assem- bler et combler les creux opposés jusqu'à ras des faces extérieures des tubes, et en soudant aux tubes un capuchon concave, à ras de leur périphérie.
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Tubular construction.
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The object of the present invention is a tubular construction capable of forming a path for the circulation of fluid, made of long tubes of small cross-section connected in series, with those which are immediately adjacent are substantially in contact with each other.
Such a construction is advantageously used in a heat exchanger, to form the wall of the hearth of a steam generator.
According to the invention, the ends of the tubes
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neighbors are assembled side by side, by welding around the periphery, and a non-partitioned cap is welded on the assembled ends so as to form a direction reversing bend and to constitute a continuous tubular passage of great length forming the walls of the hearth, these being exposed to the heat of the hearth of which they constitute the floor, the ceiling and the side and end walls. The construction is thus formed of continuous tubes, substantially in contact with each other and which must be sealed only on the outside by a gas-impermeable envelope, made of a material of low thermal conductivity and of reduced weight, the character refractory is not essential.
The accompanying drawings represent an embodiment of the invention; in these drawings: Fig. 1 is a longitudinal vertical section of a steam generator.
Fig. 2 is a perspective view, cut away, the casing being omitted to show the arrangement of the tubes which constitute the wall of the hearth and of the members situated in the gas flow.
Fig. 3 is a fragmentary view showing how straight conduits or tubes traversed by a fluid can be joined by elbows of zero radius, to form a flat hearth wall, requiring no refractory coating.
Fig. 4 is a section taken along line 19-19 of FIG. 3.
Fig. 5 is a section corresponding to FIG. 3.
Fig. 6 is an end view of the cap forming the zero radius connection between two tubes.
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A steam generator to which the present invention is applied is shown in FIG. 1
The flow path of the liquid and its vapor passes through several long tubes of small passage section 206, 207, 208, 209 and 210 connected in parallel, interrupted by a widened part at the end of the generator section of vapor, which acts as a separator or collector 232 to separate the vapor and the liquid, the saturated vapor going, without liquid, to a superheater, and part of the entering liquid being conducted through the tubes to the separator 232, in order to maintain wet the metal of the tubes and prevent the formation of deposits, .solid. This unvaporized liquid is ultimately diverted from the flow path in separator 232, and discharged under controlled conditions.
The parts of the generator are arranged at two levels, inside common vertical walls. The lower level is occupied by the flat-walled fireplace, delimited on five sides by walls made of horizontal, bare tubes, the sixth side being formed by the burner chamber surrounded by refractory material; at the rear end of the hearth a bundle of horizontal tubes 228 is laid transversely to the hearth. The hot combustion gases pass from the lower level to the upper level at the rear end 245 and return, through a passage above the ceiling of the hearth, to an air heater 282 located above the burner, to be then direct towards the exit. At the hot gas end, the upper level is occupied by the superheater and an economizer.
The first part of each of the five general tubes
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rators 206 to 210 is angled to form a flat coil having the full length and one-fifth the width of the fireplace floor. The outlet ends of the first section of the various generator tubes forming part of the floor of the fireplace are connected to the inlet ends of the second section of the tubes, which are arranged so as to constitute flat side and end walls, as well as the bundle of tubes. of foyer 228.
These connections are made by leading each tube through the front part of the fireplace, along the floor, then upwards along a side wall, to tubes located at different levels of this side wall, as this is indicated in 211, 212, 213, 214 and 215, where the diameter of the tubes is a little larger to allow the production of the desired volume of steam.
The second section of the length of a generator tube is bent along two sides and the rear end of the hearth wall, starting with the front end of a side wall and ending at the front end of the hearth wall. the other side wall after which, by reversing the direction of the tube by a curvature or bend of zero radius, it is brought to a higher level. Due to the zero radius of the elbow, the tube returns to the starting point in contact with the adjacent section, and its direction is reversed as many times as necessary to form a fifth of the height of the hearth.
In order to constitute a tube bundle 228 at the rear of the hearth, each second tube, in the direction of the height, is bent once more so as to pass several times (four times in the example shown) through the hearth, starting and ending at the same side wall.
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When a tube is bent at the end of a side wall to rise from a lower level to the next higher level, the two legs remain in contact due to the zero radius curvature of the elbow which does not protrude non more outward, so that adjacent elbows can remain in contact to allow neighboring sections of the tube to touch. A complete wall is thus formed in bare tubes, which does not require refractory material and which absorbs the heat from the hearth to vaporize liquid, the mixture of liquid and vapor always evolving horizontally or upwards, but never down or down.
The third section of the length of each generator tube is bent to form one fifth of the width of the ceiling 230 of the fireplace, and the total length of each of these fifth portions is less than the length of the fireplace. The second and third pipe sections are joined by further bends at the front end of one of the side walls and across the front end of the ceiling, after which each pipe is bent, out of the plane of the ceiling., up and along one side of the vertical cylindrical separator-manifold 232, located above the fireplace.
The sections of the tube which adjoin in the side walls are joined at the front end of the wall by elbows of zero radius, produced as shown, by way of example, in Figs. 3 to 6. The sections 221 and 222 are juxtaposed over their entire length. At one end, the end of a tube is welded to the adjacent end of another tube, filling the V-shaped spaces on either side of the point of tangency at the end with solder. ,
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as indicated at 223 and 224, and the weld metal is also applied at the same point of tangency, to seal the tubes together, as indicated at 225.
The outer contour which results from the union of the ends of the tubes is that of two semi-circumferences framing a rectangle (Fig. 4), and on the end of this form is welded, avoiding any rib or external projection, a cap 226 of which the contour corresponds to that of the joined ends of the tubes, as indicated at 227. In this way, a direction reversing connection is produced, the radius of curvature of which (internal radius) is zero. At the junction plane of the ends of the tubes and in the space beyond the tubes or in the cap, the passage section increases from that of a circle to that of a semicircle plus half of the circumscribed square plus a rectangle with a width equal to twice the wall thickness of the tubes. This fact is advantageous because it decreases the resistance to flow in such a sharp bend.
The cap may have a thickness appropriate to its shape and greater than that of the tube, in order to withstand the high pressure, but at its welded edge it preferably has a thickness equal to that of the wall of the tube and the thickness thereof. welding does not present any roughness on the outside, so that the caps can remain in contact, as well as the adjacent tubes.
---------------------------- l.- Tubular construction constituting a fluid circulation path formed of long tubes of small section connected in series , the adjacent tubes being arranged side by side in contact or substantially in contact with one another, characterized in that the neighboring ends
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juxtaposed tubes are assembled by welding around neighboring or opposite parts of their periphery, and a cap is fixed by welding to form a direction reversing elbow connecting the adjacent tubes.
2.- Tubular construction comprising tubes arranged in parallel, welds joining tubes together at their ends only to form a twin end of substantially elliptical shape, and an unpartitioned cap having a shape corresponding to its open end, welded to the tubes at its periphery to form a direction reversing bend.
3.- Tubular construction according to claim 2, characterized in that the cap is welded to the ends of the tubes edge-to-edge.
4. - Tubular construction according to claim 3, characterized in that at its open end the cap has a wall thickness of the tubes, while the other parts of the wall of the cap have a greater thickness. .
5. - Process for the production of a reversing bend, consisting in placing the tubes side by side with their ends in a transverse plane lead, in depositing welding metal to fill the resulting opposing hollows. of the curvature of the walls of the tubes at the adjacent ends, thus forming a twin end of substantially elliptical continuous profile, and to weld, edge-to-edge, the periphery of a non-partitioned concave cap of similar shape , at the periphery of the twin end of the tubes.
6.- Tubular construction comprising, for a heat exchanger, an assembly of tubes in the same
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plane, the tubes being connected, with a view to circulation through successive parallel paths, by direction reversing elbows of zero radius allowing the tubes to touch each other and to form a wall: closed or continuous.
7.- Tubular construction forming a sinuous passage and composed of tubes of circular cross-section each arranged in contact with the next along a generator of their cylindrical surface and connected in pairs, by direction reversing elbows. zero radius, so that the assembled tubes form a substantially continuous wall.
8.- Tubular construction comprising direction reversing elbows formed by juxtaposing cylindrical tubes along their generatrices, by applying weld metal to the sides of these tubes to assemble them and fill the opposing hollows up to the exterior faces. tubes, and by welding a concave cap to the tubes, flush with their periphery.