<Desc/Clms Page number 1>
Générateur de vapeur.
La présente invention a pour objet un générateur de vapeur comportant un foyer dont les parois sont composées d'un grand nombre de longs tubes horizontaux de faible section. La caractéristique principale de l'invention réside en ce que les tubes constituent un certain nombre de passages de circulation, le liquide circulant de l'entrée vers la sortie en montant progressivement, certaines parties des tubes étant disposées transversalement par rapport au courant des gaz, et tous les passages tubulaires étant disposés, par rapport au foyer et au courant de gaz chauds, de façon à recevoir de la chaleur en rapport avec l'alimentation en liquide, cette chaleur étant
<Desc/Clms Page number 2>
toutefois insuffisante pour vaporiser tout le liquide.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les différents tubes sont disposés de façon que chaque tube reçoive une quantité de liquide et une fraction de la chaleur totale égales à celles reçues par les autres tubes.
Les dessins annexés représentent unexemple de réa- lisation de linvention. Sur ces dessins:
Fig. 1 est une coupe verticale longitudinale d'un générateur de vapeur suivant l'invention, et
Fig. 2 en est une coupe horizontale.
Fig. Z 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. 4 est une vue en perspective, avec arrache- ments, l'enveloppe étant omise pour montrer la disposition de l'économiseur et du surchauffeur; cette vue peut se super- poser à celle suivant la Fig. 3, pour former une vue d'ensem- ble du foyer et de la surface d'absorption de chaleur.
Fig. 5 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. 6 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 tube coudé suivant la Fig. 5.
Fig. 7 est une vue, en perspective, d'un autre tronçon de tube, coudé de façon à former une partie du plan- 1
<Desc/Clms Page number 3>
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. 8 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'ex- trémité 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. 9 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 étant 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, com- prennent l'économiseur.
Fig. 10 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 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
<Desc/Clms Page number 4>
alternants, soient décentrés pour que chaque serpentin sup- porte le serpentin supérieur à l'endroit du croisement des cou- des, tout l'empilage étant supporté par la base.
Fig. 11 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. 12 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. 13 représente schématiquement le générateur de vapeur sans corps, à circulation de vapeur forcée, conforme à l'invention, avec une disposition des appareils de commande légèrement différente de celle que montre la Fig. 12.
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 séparateur 232, afin de
<Desc/Clms Page number 5>
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.
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 hori- zontaux,nus, le sixième côté étant formépar la chambre du brûleur entourée de matière réfractaire; à l'extrémité pos- térieure du foyer un faisceau de tubes horizontaux 228 est posé transversalement au foyer. Les gaz de combustion chauds passent du niveau inférieur au niveau supérieur à l'extré- mité 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 occu- pé, par le surchauffeur 242 qui est mis à l'abri de la cha- leur rayonnée par le foyer, d'une part par sa position et, d'autre part, par le faisceau des tubes 228 du niveau infé- rieur. Au niveau supérieur, à l'extrémité des gaz moins chauds, se trouve l'économiseur 202, ainsi que certains rac- cordements et le separateur-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 à commande positive raccordée à un ré- servoir à eau chaude ou à une autre source d'eau chaude munie d'un dispositif approprié de chauffage de l'eau d'alimenta- tion. L'économiseur 202 comporte des collecteurs verticaux adjacents 200 et 201, d'entrée et de sortie, respectivement,
<Desc/Clms Page number 6>
reliés par des serpentins plats horizontaux, disposés en parallèle qui forment un faisceau tubulaire transversal 202 dont la surface est de préférence proportionnée au débit, à la quantité 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 pratiquement pas de vapeur.
Le liquide du collecteur de sortie 201 de l'écono- miseur est conduit, par un tube 205, vers un tube distribu- teur 204 dans lequel le liquide est divisé en parties égales 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 opposantau 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.
<Desc/Clms Page number 7>
La première partie de chacun des cinq tubes géné- 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, l'extrémité d'entrée étant alimentée par le raccordement distributeur de liquide 204, à travers une résistance 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 tubes, qui sont disposées de façon à constituer des pa- rois latérales et terminale planes, ainsi que le faisceau de tubes 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, 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
<Desc/Clms Page number 8>
dans l'exemple représenté) à travers le foyer, en commençant et en terminant à la même paroi latérale.
Quand un tube est coudé à l'extrémité d'une paroi latérale pour monter d'un niveau inférieur au niveau immédia- tement 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. On forme donc ainsi une paroi complète en tubes nus, qui n'exige pas de réfractaire et qui absorbe la chaleur du foyer pour vaporiser du liqui- de, le mélange de liquide et de vapeur évoluant toujours ho- rizontalement 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 totale de chacune de ces cinquièmes parties est inférieure à la ion- gueur 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 coté du séparateur-collecteur 232 cylindrique vertical, situé au-dessus du foyer.
Les tubes qui voisinent dans les parois latérales sont raccordés, à l'extrémité antérieure des parois, par des coudes inverseurs de direction à rayon nul.
A l'endroit où les tubes quittent le plafond du foyer et montent vers le séparateur, ils traversent une pla- que 231 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
<Desc/Clms Page number 9>
alliage métallique assure l'étanchéité de la cloison des tubes du plafond qui sépare le passage des gaz du générateur de vapeur en forme d'U horizontal, la plaque 231 ne s'éten- dant 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 remontent vers le haut à travers la plaque d'étanchéité 231 et, comme le montre le dessin, entrent tangentiellement dans une chambre séparatrice 232 qui divise le fluide en liquide et en vapeur.
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 tu- bes à faible section raccordés en parallèle, on arrive à uni- formiser la qualité de la vapeur ou le rapport entre le li- quide non vaporisé et la vapeur produite, et en même temps on maintient mouillé l'intérieur de chaque tube générateur, en réglant 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- pe également une partie de la largeur du fond et du plafond
<Desc/Clms Page number 10>
du foyer, sur toute la longueur.
En morne 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.
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 sec- tions, les tubes de chaque section étant toujours horizontaux et coudés de façon à former des faisceaux en travers des pa- rois planes 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 surchauffés et que la même quantité de chaleur soit reçue par les différents 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 ré- glage automatique de la chaleur disponible pour l'absorption, en rapport avec le débit de vapeur surchauffée, comme expli- qué plus loin.
Afin que le générateur de vapeur puisse effective- ment 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- n
<Desc/Clms Page number 11>
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'étranglement244' 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, quand le brûleur est allumé mais avant que la circulation de li- quide 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
<Desc/Clms Page number 12>
brûleur de mise en marche. En mêle temps, un ventilateur auxiliaire 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 réglé 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.
En face de l'extrémité de chauffe du générateur de vapeur se trouve une plateòrme 286 qui supporte une turbine auxiliaire 287, qui, par l'intermédiaire d'une transmission appropriée, actionne la soufflerie 288 alimentant la chambre à air 284, une pompe alternative 289 fournissant au généra- teur de vapeur le liquide de travail, et des pompes à huile combustible et à huile de lubrification, respectivement.
Comme déjà dit, un ventilateur auxiliaire fournit, au moment du démarrage, l'air comburant nécessaire au brûleur 279;
<Desc/Clms Page number 13>
dès que la pression est établie dans le générateur de vapeur, la vapeur est amenée à la turbine 287 pour actionner la pompe d'alimentation 289, la pompe à huile combustible 290 et la soufflerie 285. Une variation de vitesse de la turbine auxi- liaire 287 entratne des variations correspondantes dans le débit de liquide de travail fourni au générateur, et de com- bustible et d'air nécessaires pour le vaporiser et surchauf- fer 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 initiale de liquide et parcouru par de la vapeur, et les tu- bes 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 estproportionnée au débit de combustible et d'air de façon que la quantité de liquide four- nie 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, le "trop-plein".
L'arrivée continuelle d'un excès de liquide au générateur et son évacuation conti- nuelle ont pour effet d'établir une réserve de liquide dans le séparateur, avec un niveau déterminé par le réglage de la section de l'écoulement. Des va.riations du niveau sont utili- sées pour régler automatiquement l'écoulement, de la façon décrite plus loin.
Sur la Fig. 12, 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 A
<Desc/Clms Page number 14>
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 réchauffeur, 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 entrai- 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 sépa- rateur.
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-
<Desc/Clms Page number 15>
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 brûleurà gaz 8 est alimentépar un tuyau 9, le débit de gaz étant réglé par une soupape 10 commandée par un solénoïde.
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 constam- ment 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 pompe 289 qui, à son tour, dépend de certaines caractéristiques va- riables 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-
<Desc/Clms Page number 16>
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.
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. Un 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.
<Desc/Clms Page number 17>
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- 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 mesures 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
<Desc/Clms Page number 18>
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 individuel- lement 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
<Desc/Clms Page number 19>
38' est insérée dans le conduit 32.
Le dispositif 23, sensible au niveau, est suscepti- ble de déterminer la position d'une tige-pilote 41 pour com- mander, en cas d'urgence et subséquemment, le fonctionnement du système. Il est à noter que l'on utilise les deux orifi- ces de sortie de droite de l'enveloppe, tant le supérieur que l'inférieur; l'orifice supérieur est raccordé à une sou- pape 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 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 fonction- nement des soupapes, de la façon et dans l'ordre voulus. Si le niveau dans le séparateur est à mi-hauteur à peu près, cela correspond aux conditions désirées. Le registre 15 est lar- gement ouvert, et la quantité de trop-plein s'écoulant par la soupape 3 est nulle ou très faible. Si, en raison des condi- tions de fonctionnement, le niveau dans le séparateur commen- ceà monter,. il se produit 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 conti- nue à monter malgré l'accroissement de la quantité de liquide de trop-plein déversé, et s'il atteint la limite supérieure de sécurité, alors, au moment oh 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 A ------
<Desc/Clms Page number 20>
ferme la soupape de dérivation, en provoquant un accroisse- ment 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 accéléré du liqui- de de trop-plein, le registre 13 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. 13 est un schéma général analogue à celui de la Fig. 12 avec une modification concernant la commande en A
<Desc/Clms Page number 21>
fonction du niveau à l'intérieur du séparateur 232, la partie supérieure n'étant plus utilisée comme zone de dé- versement accéléré, mais comme zone de dérivation sur la pompe à eau.
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-pilo- te, 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.
Quand le niveau dans le séparateur est à la hauteur voulue, le registre 15 est ouvert au maximum et la soupape de dériva- tion 43 est fermée. Si le niveau dans le séparateur monte, la soupape 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 comburant.
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.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Steam generator.
The present invention relates to a steam generator comprising a hearth the walls of which are composed of a large number of long horizontal tubes of small section. The main characteristic of the invention resides in that the tubes constitute a certain number of circulation passages, the liquid circulating from the inlet to the outlet while rising progressively, certain parts of the tubes being arranged transversely with respect to the gas flow, and all the tubular passages being arranged, with respect to the hearth and the hot gas stream, so as to receive heat in connection with the liquid supply, this heat being
<Desc / Clms Page number 2>
however insufficient to vaporize all the liquid.
According to another characteristic of the invention, the different tubes are arranged so that each tube receives a quantity of liquid and a fraction of the total heat equal to those received by the other tubes.
The accompanying drawings show an exemplary embodiment of the invention. On these drawings:
Fig. 1 is a longitudinal vertical section of a steam generator according to the invention, and
Fig. 2 is a horizontal section.
Fig. Z 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. 4 is a perspective view, broken away, the casing being omitted to show the arrangement of the economizer and the superheater; this view can be superimposed on that according to FIG. 3, to provide an overview of the fireplace and the heat absorbing surface.
Fig. 5 is a perspective view of a section of tube bent so as to form part of the flat wall delimiting two lateral sides and the rear face of the hearth.
Fig. 6 is a perspective view, showing a section of tube bent so as to form another part of the flat wall for two sides and the rear face of the hearth and part of a bundle of tubes bathed in hot gases at the rear part of the hearth, this tube cooperating, for the remaining part on both sides and the rear face, with a tube bent according to FIG. 5.
Fig. 7 is a perspective view of another section of tube, bent so as to form part of the plane- 1
<Desc / Clms Page number 3>
expensive of the hearth, before another part of the tube is bent to form part of the two side faces and the rear wall.
Fig. 8 is a perspective view of a section of tube bent so as to form part of the ceiling of the hearth and to leave a space between the end of the ceiling and the end of the hearth so that the gases can s 'raise above the level of the ceiling, that part of the tube being above that which forms part of the two side walls and of the rear wall.
Fig. 9 shows a tube bent so as to form part of the economizer between an inlet manifold and an outlet manifold, these manifolds being vertical and three sections of the tube forming, respectively, a flat horizontal coil transversely to the gas stream, a pair of transverse turns to support the upper flat coil, and part of the wall of the gas passage, on two opposite faces; two series of these tubes, alternately bent in opposite directions and all supported from below, include the economiser.
Fig. 10 shows a tube bent so as to form part of the superheater between the vertical inlet and outlet manifolds, two sections of the tube forming, respectively, a flat horizontal coil laid transversely to the gas flow, and parts from the wall of the gas passage, on opposite faces and at the end face, above the end of the hearth. Two series of such tubes, bent alternately in opposite directions and starting from two inlet manifolds to end in an outlet manifold, at successive levels, complete the sidewalls and terminate, and are bent so as elbows, at levels
<Desc / Clms Page number 4>
alternating, are off-center so that each coil supports the upper coil where the bends intersect, the entire stack being supported by the base.
Fig. 11 shows, schematically, the flat coils of the superheater, arranged horizontally between vertical inlet and outlet manifolds, with connections for saturated steam coming from the separator-manifold and outlet connections leading the superheated steam to the valve. throttle which controls the flow of steam to the place of use and to a bypass valve located upstream and used for start-up before opening the throttle valve.
Fig. 12 schematically shows the bodyless steam generator, with forced steam flow, according to the present invention, cooperating with the auxiliary and regulating devices necessary for its operation. As a steam generator for a transport or steam engine. traction.
Fig. 13 schematically shows the bodyless steam generator, with forced steam circulation, according to the invention, with an arrangement of the control devices slightly different from that shown in FIG. 12.
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, the drawing showing five of these tubes interrupted by an enlarged part. the end of the steam generating section, which acts as a separator or collector 232 to separate the steam and the liquid, the saturated steam going, without liquid, to a superheater 242, and part of the entering liquid being conducted by the tubes to separator 232, in order to
<Desc / Clms Page number 5>
keep the metal of the tubes wet and prevent solid deposits from forming. 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 hearth with flat walls, 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 end of the hot gases, the upper level is occupied by the superheater 242 which is shielded from the heat radiated by the hearth, on the one hand by its position and, on the other hand. , by the bundle of tubes 228 of the lower level. On the upper level, at the cooler gas end, is economizer 202, as well as some connections and separator-collector 232 located between economizer 202 and superheater 242.
The generator comprises an economizer 202 located at the cooler end of the gas passage and receiving liquid from a positively controlled pump connected to a hot water tank or to another hot water source provided with a. suitable device for heating the feed water. The economizer 202 has adjacent vertical collectors 200 and 201, inlet and outlet, respectively,
<Desc / Clms Page number 6>
connected by horizontal flat coils, arranged in parallel which form a transverse tube bundle 202, the area of which is preferably proportioned to the flow rate, to the quantity and to the pressure of the liquid, as well as to the quantity and to the local temperature of the gas and at the relative speed of the gas and the liquid, so that no or practically no vapor is formed therein.
The liquid from the economizer outlet manifold 201 is conducted, through a tube 205, to a distributor tube 204 in which the liquid is divided into equal parts sent into the various long tubes of the generator section. steam. In the example shown, the generator section has five long tubes of small cross section and five resistors to fluid flow 205, each of which gives the fluid greater resistance or causes a greater pressure drop. that the long generator tube that it supplies., in order to ensure an equal distribution of the liquid introduced into the long tubes 206, 207, 208, 209 and 210 which constitute the generator section of the assembly comprising a flat floor, two walls sides, and a ceiling for the fireplace,
as well as a bundle of tubes at the end of the fireplace, as described below.
The length of each of these generator tubes is divided into parts successively traversed by the current, but always horizontally and upwards, in order to avoid pockets of vapor as it is produced, and each part presents a particular shape and position so as to constitute flat bare metal walls and the tube bundle; to receive the same quantity of heat with the same quantity of liquid, and to supply equal and desired quantities of vapor.
<Desc / Clms Page number 7>
The first part of each of the five generator tubes 206 to 210 is bent so as to form a flat coil having the total length and one fifth of the width of the hearth floor, the inlet end being fed by the distributor connection. of liquid 204, through a resistor 205.
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 plane side and end walls, as well as the fireplace tube bundle 228. These connections are made by leading each tube through the front of the fireplace, along the floor, then upward along a side wall, to tubes located at the rear. different levels of this side wall, as indicated at 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 length section of a generator tube is bent along two sides and the rear end of the hearth wall, starting at 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. to constitute a tube bundle 228 at the rear of the fireplace, each second tube, in the direction of the height, is bent once more so as to pass several times (four times
<Desc / Clms Page number 8>
in the example shown) through the fireplace, starting and ending at the same side wall.
When a tube is bent at the end of a side wall to rise from a lower level to the immediately higher level, the two legs remain in contact because of the zero radius curvature of the elbow which does not no longer protrudes outwards, so that adjacent elbows can remain in contact to allow neighboring sections of the tube to touch each other. 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 so as to form one fifth of the width of the fireplace ceiling 230, and the total length of each of these fifth portions is less than the fireplace length. The second and third sections of the tube 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 tube is bent, out of the plane of the ceiling, towards the top and along one side of the vertical cylindrical separator-collector 232, located above the fireplace.
The adjacent tubes in the side walls are connected at the front end of the walls by direction reversing elbows with zero radius.
At the point where the tubes leave the ceiling of the hearth and go up towards the separator, they pass through a plate 231 which provides the seal and is made of a suitable metal alloy, capable of withstanding the temperature and to the nature of the gases without deteriorating. This plate in
<Desc / Clms Page number 9>
metal alloy seals the wall of the ceiling tubes which separates the gas passage from the horizontal U-shaped steam generator, plate 231 extending rearward only to a support located above the top row of shielding tubes.
The ends of the tubes going to the separator run upwardly through the seal plate 231 and, as shown in the drawing, enter tangentially a separator chamber 232 which divides the fluid into liquid and vapor.
The equalization of the heat absorbed by the steam generator tubes is also ensured by their position and, taking care to equalize or proportion the flow rate and the temperature of the liquid introduced into each of the five tubes with small section connected in At the same time, the quality of the vapor or the ratio between the non-vaporized liquid and the vapor produced is unified, and at the same time the interior of each generator tube is kept wet, by regulating the quantity of heat by relative to flow. In this way, by minimizing excess liquid, overheating is avoided as described later.
In order to equalize the quantity of heat absorbed by each of the various tubes connected in parallel, these tubes are bent and arranged so as to be uniformly exposed to the heat radiated from the hearth and bathed by the hot gases. Each tube occupies part of the height of each side wall of the hearth, along its entire length and at a given level, as well as part of the end wall at the same level, and each tube passes one or more times across the gas stream in the hearth, still at the same level. Each tube also occupies part of the width of the bottom and the ceiling.
<Desc / Clms Page number 10>
of the hearth, along the entire length.
In gloomy times, the burner is at one end of the hearth, and the flame and the gases. run straight through it in a longitudinal direction, so that from a thermal point of view there is symmetry with respect to the median plane of the focus, and each change in the temperature of the gases or in the intensity of radiation in the longitudinal direction affects the different generator tubes to the same extent, whatever the variations in the load.
It can therefore be seen that the invention provides a superheated steam generator constructed and arranged in three sections, each of which comprises several long tubes of small section connected in parallel and which are an economizer, a steam generator proper and a superheater, with , in the generator, a number of tubes different from the other sections, the tubes of each section being always horizontal and bent so as to form beams across flat walls at the limit of two horizontal passages for the gases, located one above the other, the lower being the focus;
the tubes are arranged so that they are not overheated and that the same amount of heat is received by the different tubes connected in parallel in each section, which ensures, in service, the greatest flexibility between zero and maximum of capacity, and the least weight as well as the smallest bulk, while allowing automatic adjustment of the heat available for absorption, in relation to the flow of superheated steam, as explained below.
In order that the steam generator can effectively achieve the performance of which it is capable, appropriate auxiliary devices are used, provided with control devices which ensure all the characteristics.
<Desc / Clms Page number 11>
useful ques necessary for the propulsion service of the type mentioned, namely flexibility in the whole range of loads between zero and maximum, high efficiency, reduced weight and small bulk, and this for all dimensions exceeding those required require small automobiles.
The auxiliary and control devices allow the steam generator to operate at its best to produce superheated steam with any flow required by the machine, without overheating or damage to any components, and with a minimum of stored heat, so that the generator can respond instantly to variations in the amount of steam needed to propel the vehicle, with a corresponding variation in power; the auxiliary apparatus which makes it possible to achieve these conditions are of a special kind and comprise control members which depend on the rate of production or consumption of steam.
Before start-up the steam generator is filled with water up to the shut-off or throttle valve 244 'which is closed, and the bypass valve 244 "which is also closed after filling or ajar. This prevents overheating of any part, when the burner is lit but before the circulation of liquid and vapor in the tubes is established, and it is necessary to avoid heating the tubes which are dry inside. and in which there is no or insufficient circulation to absorb heat to the extent necessary to reduce its temperature to a safe value.
In order to start the steam generator after it has been filled with water, the gas from the boiler is opened and ignited.
<Desc / Clms Page number 12>
start-up burner. At the same time, an auxiliary fan supplies air, and oil is also brought to the burner and ignited by the gas flame. When the oil burner is lit, the gas is turned off. Burning the oil heats the water in the generator, and some of this hot liquid, followed by steam, escapes through valve 244 "which has been opened enough to serve. safety valve without hindering pressure build-up.
As soon as the pressurized steam escapes through valve 244 ", the latter is closed and valve 244 'is opened to supply steam to an auxiliary turbine which controls all auxiliary apparatus normally in operation. among which a blower 288 for the combustion air, a liquid feed pump 289 and a liquid fuel pump 290. From this moment all the operation is automatic, the flow rate of the mentioned auxiliary devices being regulated in connection with the production of steam on the one hand, and on the other hand so as to ensure an excess of liquid in the steam generator tubes, over their entire length. The liquid level thus maintained in the separator also serves as a regulator, to maintain the desired ratio between the flow rates of fuel and water or any other liquid.
In front of the heating end of the steam generator is a platform 286 which supports an auxiliary turbine 287, which, through a suitable transmission, operates the blower 288 feeding the air chamber 284, a reciprocating pump. 289 supplying the steam generator with working liquid, and fuel oil and lubricating oil pumps, respectively.
As already stated, an auxiliary fan supplies, at the time of start-up, the necessary combustion air to the burner 279;
<Desc / Clms Page number 13>
as soon as pressure is established in the steam generator, steam is supplied to the turbine 287 to actuate the feed pump 289, the fuel oil pump 290 and the blower 285. A speed variation of the auxiliary turbine 287 results in corresponding variations in the flow rate of working liquid supplied to the generator, and of fuel and air required to vaporize and superheat it and, as described later, the speed of the auxiliary turbine is regulated automatically by the flow of superheated steam.
When the auxiliary turbine is started up, the superheater freed, by evaporation, of its initial reserve of liquid and traversed by steam, and the generator tubes supplied with liquid which replaces the steam formed, the separator prevents any liquid from entering. '' reach the superheater. So that all the generator tubes remain wet, the arrival of liquid is proportional to the flow of fuel and air so that the quantity of liquid supplied exceeds that which can be evaporated, and that liquid is always supplied to the separator. This excess liquid is continuously discharged from the separator and this discharged liquid is referred to hereinafter as the "overflow".
The continual arrival of an excess of liquid at the generator and its continual evacuation have the effect of establishing a reserve of liquid in the separator, with a level determined by the adjustment of the flow section. Variations in level are used to automatically adjust the flow, as described later.
In Fig. 12, the path of the fluid is represented by a simple sinuous tube, the economizer 202 being supplied with liquid under pressure, by means of a pipe 11, by a pump 289 which, which may be of any suitable type, is not A
<Desc / Clms Page number 14>
shown only schematically. From the economizer, the fluid passes to the generator, passes through it and goes to separator 232.
The steam from the separator reaches and passes through the superheater 242 from where the conduit 244 leads it to the main turbine 12 supposed to represent the machine using the steam.
The combustion products pass successively through the generator, the superheater, the economizer and the reheater, and they may come into contact with the separator or a part of it.
An auxiliary steam engine, shown as turbine 287, operates liquid feed pump 289, air blower 288, and pump 290 which supplies fuel oil to the burner. Although the drawing shows these devices schematically and as being driven at the same speed by a common shaft, it is understood that speed reducing gears or transmissions between the various devices are known and that their use is indicated for adjusting the speed. relative speed, power, and capacity, the drawing being intended merely to show that turbine 287 operates devices 288, 289 and 290 simultaneously and in unison.
The feed liquid pump is of such a capacity in relation to the capacity of the fuel oil pump and that of the blower, that it supplies a quantity of liquid in excess of that which the heat of combustion oil and air may vaporize, in order to ensure excess liquid and continuous flow of water to the separator.
The excess liquid is diverted from the path of the fluid in the separator, through a conduit 1 going to the hot water reserve or rejecting the water. The overflow liquid normally flows through throttle 2, while the overflow
<Desc / Clms Page number 15>
variable full flows through the regulating valve 3.
The furnace of the steam generator comprises a burner 4 supplied by a pipe 5, and an air chamber 6 supplied by a pipe 7. In order to ensure the ignition of the oil burner, a gas burner 8 is supplied by a pipe 9, the gas flow being regulated by a valve 10 controlled by a solenoid.
The flow of fuel oil supplied to the burner 4 is regulated, first of all, by the speed of the oil pump 290, but also by the throttling of a regulating valve 13 inserted in the pipe 5; the flow rate is constantly measured by a measuring device 14.
The combustion air flow rate is determined, first of all, by the speed of the blower 288 but it also depends on a register 15 inserted in the duct 7, between the blower and the air chamber 6. The air flow is constantly measured by a measuring device 16.
The flow rate of pressurized working liquid circulating in line 11 is controlled by the speed of pump 289 which, in turn, is dependent upon some varying characteristics of the operation of the system.
The speeds of the liquid pump, the blower and the oil pump are in constant relation to each other, determined by the mechanical connections between each of these devices and the motor shaft of the auxiliary turbine, and the speed of the three devices. varies with that of the turbine.
In order to ensure an appropriate ratio between the quantities of liquid, fuel oil and air delivered by the three devices, respectively, when the speeds of these are in a determined ratio, and also to ensure an appropriate ratio between these quantities, on the one hand, and the production rate
<Desc / Clms Page number 16>
For the production and use of steam, certain devices are used which are sensitive to certain variable quantities which are measured, indicated and used as the basis for the automatic regulation of the liquid supply and the fuel element supply to the furnace.
In the drawing, 17 denotes a pressure-sensitive device, such as a Bourdon tube connected to the duct 244 and comprising an index 18 which cooperates with a scale 19 to indicate, at each instant, the pressure of the steam supplied.
In connection with the pressure indicating device 17, an indicator of the production or flow of steam or of the load imposed on the steam generator is used, and this indicator may be a Bourdon tube 20 which controls an index 21 cooperating with an indicator. scale 22. By means of a pipe, the Bourdon tube 20 is connected to the turbine 12 at a location such that it is sensitive to the pressure in the casing of the first stage of the turbine, this pressure being, for a given pressure indicated by tube 17, in substantially rectilinear relation to the rate of circulation of steam.
Thus, the index 21 marks on the scale 22 a quantity which, in relation to that of the index 18 on the scale 19, indicates the rate of circulation of steam coming from the generator and, consequently, the steam flow rate and the load imposed on the generator.
A device 23, the operation of which depends on the level of liquid in the separator 232, is connected to the latter. This device has a pressure jacket surrounding a U-shaped mercury tube connected to the top and the base of the separator. A float tracks the level of mercury in one of the branches and locates an index 24 in front of a scale 25, instantly indicating the liquid level inside the separator.
<Desc / Clms Page number 17>
The flow measurement devices, 14 for the oil and 16 for the combustion air, cooperate to adjust the position of the stem of a pilot valve 26, from a predetermined position, if the ratio between the air and fuel flow rates deviate from the desired value. The pilot valve 26 is capable of adjusting the position of a fuel valve 13.
Each of Bourdon tubes 17 and 20 adjusts the position of the stem of a pilot valve to establish counteracting air pressure in a relay mechanism 27 from which a resulting counteracting air pressure is applied to the calibration device. diaphragm 28 which controls the auxiliary turbine.
Preferably, the flow rate of the feed liquid and that of the combustion elements supplied to the burner are regulated, in the first place, by the variation in speed of the auxiliary turbine, the pressure of the steam delivered and that in the casing of the turbine being used for this adjustment. However, in order to take account of possible differences in the speed-capacity characteristics of the pumps and of the blower, as well as of the variations in the operating conditions, control means are provided which supplement the main control of the combustion elements. . For the air, this additional adjustment means comprises a register 15 adjusted, downstream of the blower 288, by a pneumatic valve 29.
For the fuel, the additional adjustment means comprise an adjustment valve 13, located in the conduit 5 and coming into play when the ratio between the measured fuel and air flow rates deviates from the desired value.
It is, first, desirable to change the speed of the auxiliary turbine in relation to the amount of steam.
<Desc / Clms Page number 18>
used by the main turbine, so as to bring the supply to the steam generator with liquid and combustion elements, in approximate relation to the load of the main turbine; then, the fuel and air supply must be individually regulated, in relation to other variables of the operation of the system.
In order to adjustably determine the speed of the auxiliary turbine, preferably a pump, compressor or the like controlled by and operating with the auxiliary turbine is used to create a pressure of. fluid (such as oil pressure), in known relation to speed. This pressure is used in a regulating mechanism which tends, normally to keep the speed of the auxiliary turbine constant, independent of the pressure of the steam supplied thereto. The device sensitive to the oil pressure is then tared, according to the operating variations of the steam generator and of the main turbine, thus creating the speed conditions in which the variable speed regulator of the machine must operate. auxiliary turbine.
The oil coming from a pump 30 passes, through a pipe 31 (provided with a return duct 32) to an expandable metal bellows 33 which controls one end of a floating rod 34. The other end of the Rod 34 is moved by and integrally with a movable piston in a cylinder 35, which controls the inlet valves of the auxiliary turbine.
A pilot rod 36 is suspended at an intermediate point of the rod 34 and regulates the flow of pressurized oil through a pilot valve 37 to the opposing faces of the piston 35. An adjustable valve 38, normally open, is located. between the pipe 31 and the return duct 32, to constitute a bypass bypassing the pump 30. A fixed resistance
<Desc / Clms Page number 19>
38 'is inserted into the conduit 32.
The device 23, sensitive to the level, is capable of determining the position of a pilot rod 41 to control, in an emergency and subsequently, the operation of the system. It should be noted that the two output ports on the right of the envelope, both the upper and the lower, are used; the upper port is connected to an emergency shut-off valve 42 inserted in the fuel line 5, while the lower port is connected to the adjustable overflow valve 3, the air register 29 and the valve bypass 38.
The shape of the pilot rod 41 and of the valves 3, 29, 38, 42 is such that the air pressure established at the two exits of the pilot valve causes the adjustment or the operation of the valves, in the way and in the order you want. If the level in the separator is about halfway up, this is the desired condition. The register 15 is wide open, and the amount of overflow flowing through the valve 3 is zero or very small. If, due to the operating conditions, the level in the separator starts to rise ,. an accelerated spill occurs through valve 3, the latter gradually opening as the level rises.
In fact, as the level in the separator rises, the pilot rod 41 drops and the air pressure acting on the valve 3 increases in proportion to the axial movement of the pilot rod 41. If the level continues naked to rise despite the increase in the amount of overflow liquid discharged, and if it reaches the upper safety limit, then, at the moment when this point is reached, the increased air pressure acting on the relief valve. bypass 38 begins to exceed the force of the counter spring and A ------
<Desc / Clms Page number 20>
closes the bypass valve, causing an increase in pressure at 33 to reduce the speed of the auxiliary turbine; if the level continues to rise, the complete shutdown of the auxiliary turbine may follow.
Throughout the accelerated discharge zone of the overflow liquid, the register 13 is maintained in its maximum open position. If the level in the separator drops below its predetermined position, for example at mid-height, then, in the area designated as the air throttle area, the damper 15 begins to close tending towards a minimum open position; Since the air flow acts by the fuel and air flow measuring devices on the fuel valve 13, the fuel supply is also regulated by the register 15.
Thus, if for any reason the level in the separator drops below the desired normal level, the supply of fuel and air to the fireplace will gradually slow down until equilibrium is restored, and the level of the liquid returns or tends to return to the desired height.
If the level continues to fall below the lower safety limit, the upper shutter of the pilot 41 comes into play and varies the antagonistic air pressure acting on the valve 42 and, when the lower limit - safety level is reached, the valve 42 cuts off the fuel supply to the burner and closes the latter. As soon as the level is again above this safety limit, the burner and fuel supply will resume normal operation, unless stopped by other safety devices.
Fig. 13 is a general diagram similar to that of FIG. 12 with a modification concerning the command in A
<Desc / Clms Page number 21>
depending on the level inside the separator 232, the upper part no longer being used as an accelerated discharge zone, but as a bypass zone on the water pump.
The device 23 sensitive to the liquid level controls the pilot rod 41 which establishes an air pressure at the upper right-hand outlet of the casing of the pilot valve, this pressure varying substantially in proportion to the position. axis of the pilot rod and, therefore, level inside the separator. This antagonistic air pressure acts on air valve 29 to control damper 15, and on a pneumatically operated valve 43, in a bypass duct bypassing water pump 289.
When the level in the separator is at the desired height, register 15 is fully open and bypass valve 43 is closed. If the level in the separator rises, the bypass valve 43 begins to open and part of the pumped water recirculates through the pump, thus reducing the flow rate of the conduit 11, but without changing the speed of the auxiliary turbine. , nor the flow of fuel and combustion air.
If the level drops below the desired point, the bypass valve 43 remains closed and the damper 15 begins to close and moderate the heat slightly, without changing the liquid supply to the system, until the liquid level reaches the desired height.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.