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Perfectionnements aux générateurs de vapeur.
La présente invention concerne un générateur de vapeur d'eau à circulation forcée, de faible poids et de construction ramassée, destiné à produire de la vapeur sur- chauffée à pression élevée, qui contient peu de liquide et emmagasine peu de chaleur, et est capable de répondre, sans délai appréciable, à de fortes et brusques variations de la demande de vapeur; de ce fait, le générateur est utilisa- ble pour la propulsion à vitesse variable, et ses dimen- sions sont telles qu'il peut convenir pour des locomotives,
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navires et pour d'autres genres de service, particulièrement dans les conditions où les dépenses occasionnées par le poids et la main d'oeuvre font choisir actuellement, des moteurs à huile lourde, de préférence aux divers types d'installations à vapeur.
Un générateur suivant l'invention, qui contient peu d'eau et est muni d'un dispositif de chauffe d'une grande souplesse, permet d'atteindre un taux élevé de production de chaleur, et il en résulte la possibilité de répondre, dans des conditions économiques et presque instantanément, à des fortes variations de la charge, du zéro à la charge maximum, et inversement.
Ce générateur, approprié aux fortes pressions de vapeur, présente une capacité minimum d'emmagasinement d'eau et une surface maximum d'absorption de chaleur, et il en découle nécessairement que la construction comporte des tubes de faible section et de grande longueur, en nombre élevé afin d'assurer la capacité désirée.
Toute la surface de chauffe comporte des tubes de faible section, disposés en sections, à travers lesquels l'eau et la vapeur circulent d'une façon nouvelle et particulière, et dans chaque section les multiples parties du trajet de circulation sont raccordées en parallèle entre des raccorde- ments d'un diamètre minimum, sans qu'il soit fait usage des corps de vapeur et d'eau usuels.
Les différentes sections, comprenant l'économiseur, le générateur et le surchauffeur, ainsi que des réchauffeurs d'air, sont disposées d'une manière nouvelle, avec certaines caractéristiques nouvelles de construction qui contribuent toutes à atteindre le but principal.
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Une des caractéristiques de l'invention réside dans la disposition de la surface de chauffe composée de tubes de faible section, par rapport au foyer et au passage des gaz de combustion chauds allant du foyer vers d'autres parties de l'installation. Les tubes de faible section sont utilisés au maximum dans les parois du foyer, particulière- ment les tubes de la section servant à la production de va- peur, et ce dans le but de réduire la capacité d'emmagasi- nement de chaleur et de former une paroi résistante, délimi- tant cet espace intensément chauffé.
Une autre caractéristique réside en ce qu'on assure l'humidité, à l'intérieur, de chacun des nombreux tubes géné- rateurs intensément chauffés et disposés en parallèle, et on y arrive en maintenant constamment, dans ces tubes, de l'eau en excès sur la quantité qui peut être vaporisée au cours d'un seul passage dans les tubes pour en éviter le surchauffage; une des caractéristiques de l'invention réside aussi dans la façon d'évacuer l'excès non vaporisé de liquide qui entraîne les matières solides de nature à former des incrustations.
Le générateur de vapeur d'eau conforme àl'invention est enfermé entre des parois planes, et la plus grande partie de l'espace délimité est divisé en sections par une disposi- tion telle des parties des tubes de petit calibre, que ceux-ci constituent les parois extérieures et des cloisons subdivi- sant l'espace, ou sont situés à l'intérieur de ce dernier.
Cette utilisation des tubes de la surface chauffante, pour diviser l'espace entier, d'une façon particulière, en com- partiments, est une des caractéristiques de l'invention, et l'on constitue quatre compartiments dont un forme la partie supérieure du foyer, pour la flamme d'un brûleur situé en haut et dirigeant sa flamme vers le bas, ce premier compartiment
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occupant à peu près la moitié de la surface horizontale ; un deuxième compartiment forme une extension du foyer, au ni- veau inférieur, et il occupe toute la surface du fond ou plan- cher;
les troisième et quatrième compartiments sont disposés côte-à-côte et occupent le reste de la surface horizontale à côté et derrière le premier compartiment du foyer, et ils sont parcourus par les gaz qui, venant du foyer, se dirigent vers le haut en deux courants parallèles.
La capacité d'absorption de chaleur et de production de vapeur d'eau du générateur est plus grande, par unité de poids et de volume que celle des générateurs de vapeur usuels, et sa souplesse dépasse celle des générateurs de vapeur usuels de grandeur comparable, utilisés pour le service de traction. Ces résultats nouveaux et utiles sont atteints par des mesures qui préservent toutes les parties, en toutes circonstances, des avaries par surchauffage et qui sont, elles-mêmesdes caractéristiques de l'invention; d'autres caractéristiques de l'invention contribuent à assurer un rende- ment élevé, l'installation entière se prêtant tout particu- lièrement à la commande automatique.
Le rendement élevé est assuré grâce à l'absorption de chaleur, dans les parois du foyer et du passage des gaz, par les tubes générateurs de vapeur, en même temps que par la température élevée du foyer atteinte grâce à l'emploi, entre les tubes des parois, d'un réfractaire à rayonnement secondaire, par la disposition d'une partie des tubes géné- rateurs de vapeur de faible section en travers du chemin des gaz chauds, et par la disposition relative des différentes sections de la surface chauffante, par rapport au courant de gaz et aux températures de celui-ci.
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La sécurité contre le surchauffage est assurée, pour les tubes générateurs de vapeur, par le maintien d'un excès d'eau dans les tubes, et, pour les tubes surchauffeurs, par leur disposition derrière un écran les abritant contre la chaleur rayonnée, ainsi que par le réglage de la fraction du poids total des gaz brûlés dans le foyer et conduits sur les tubes, le restant des gaz passant sur les tubes générateurs de vapeur et les tubes économiseurs dans les deux comparti- ments parallèles'situés derrière le compartiment principal du foyer chauffé par une flamme dirigée vers le bas, et parcou- rus par des courants de gaz qui montent après avoir renversé leur direction de 180 sur le fond du foyer.
Pour augmenter le rendement, les tubes disposés en travers du courant mon- tant des gaz sont peu espacés, ce qui provoque une circulation intense de la masse des gaz afin d'accroître le taux de trans- mission de chaleur par convection, et tout l'air comburant est pompé dans le foyer, de façon à y établir une pression suffisamment ,élevée pour assurer la circulation intense des gaz.
La surface absorbant la chaleur et limitant le con- duit de circulation d'eau dans lequel la vapeur est engendrée est composé, comme déjà dit, de plusieurs longs tubes de faible section entre lesquels l'eau est également partagée et qui sont disposés symétriquement au point de vue thermique, étant uni- formément exposés à la source de chaleur. A l'extrémité de cette section génératrice se trouve le séparateur qui sépare l'eau de la vapeur.
La vapeur saturée est ensuite conduite à travers un surchauffeur,tandis que l'eau en excès, pompée à travers les tubes en rapport avec la quantité de combustible fourni.et brûlé, afin de sauvegarder l'humidité qui assure la
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sécurité et empêche la formation d'incrustations, est ex- traite du séparateur dans des conditions réglées par le ni- veau d'eau dans le séparateur, en fournissant ainsi unélé- ment de réglage du fonctionnement du générateur, comme dé- crit plus loin.
Au séparateur, il se produit un déversement normal continu et un déversement additionnel réglé du trop- plein d'eau dont la quantité est comprise entre des limites maximum et minimum, de sorte que l'économiseur et les sec- tions génératrices de vapeur reçoivent et conduisent toujours une quantité d'eau qui dépasse celle susceptible d'étre con- vertie en vapeur, et, bien que le rapport ou le volume de cet excès ou trop-plein d'eau ne représente qu'une faible partie du volume total de vapeur produite, il est suffisant, sans plus, pour assurer aux tubes une température inoffensive en les maintenant mouillés et en entraînant les matières susceptibles de produire des incrustations.
Dans des générateurs de vapeur du type mentionné, .avec faible contenance de liquide et faible capacité d'emma- gasinement de chaleur, et avec un taux élevé de chaleur dé- gagée au foyer et transmise par les surfaces, l'alimentation en eau doit nécessairement être continue et toujours pro- portionnée à la production de vapeur et, en même temps, elle doit tenir compte du minimum nécessaire et du maximum désiré de déversement de trop-plein ou d'évacuation d'eau en excès hors du trajet de circulation.
De plus, pour réaliser la grande souplesse de dégagement de chaleur permettant de répondre en substance instantanément aux variations des conditions de fonctionnement, et pour réaliser une combustion efficace, il faut prévoir un procédé et des moyens pour la conduite du générateur de vapeur en rapport avec les conditions variables et de façon à assurer positivement, dès la mise en marche,
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l'humidité des tubes générateurs sur tout le trajet de circu- lation et l'humidité permanente des tubes dans toute la sec- tion génératrice, et à éviter mieux encore le surchauffage des tubes surchauffeurs, de préférence en maintenant la tem- pérature de la vapeur surchauffée constante à toutes les char- ges.
Dans des générateurs de vapeur de ce genre une des préoccupations principales est l'adaptation instantanée et continuelle du taux de dégagement de chaleur et de la quantité de chaleur absorbée, à la quantité de chaleur nécessaire pour convertir l'eau en vapeur surchauffée, quelle que soit l'importance ou la rapidité de variation de cette dernière quantité, et, en même temps, il faut que la quantité totale d'eau d'alimentation, ainsi que la chaleur absorbée, soient réparties également ou proportionnellement, suivant le cas, en- tre les divers tubes fonctionnant en parallèle.
La construction suivant l'invention assure une répartition uniforme de l'eau par l'emploi de résistances régulatrices, et la répartition uniforme de la chaleur totale absorbée par la disposition sy- métrique vis-à-vis du foyer et des gaz en circulation, de sorte que les tubes soient similairement exposés au rayonne- ment et uniformément baignés par les gaz, dans des conditions de température similaires, d'où résulte une complète symétrie thermique.
.Une autre caractéristique importante est l'agencement de la surface chauffante par rapport au courant des gaz chauds de combustion, ces gaz étant susceptibles d'être dérivés, de façon réglée, afin de corriger la quantité de chaleur absorbée par le surchauffeur, comparativement à la surface de convection ou, inversement, pour régler la température de la vapeur dé- bitée.
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De plus, le générateur de vapeur suivant l'invention est, comme déjà dit, du type où chaque tube générateur de vapeur reçoit plus d'eau d'alimentation que la quantité suscepti- ble d'être convertie en vapeur au cours d'un seul passage à travers le tube jusqu'au séparateur, et la façon de récupérer la chaleur de l'eau en excès qui, au séparateur, quitte le système, constitue une des caractéristiques de l'invention. La récupération de la chaleur de cette eau de trop-plein peut se réaliser conformément à l'invention, en transmettant la cha- leur à un ou plusieurs des éléments de combustion, de préfé- rence à l'air comburant que l'on pompe dans le foyer.
En plus du chauffage de l'air, une caractéristique de l'invention consiste dans l'utilisation d'un dispositif qui traite l'air en lui transmettant la chaleur provenant de l'eau qui quitte l'économiseur, cette transmission de chaleur s'effectuant en rapport avec les conditions de fonctionnement variables.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, une forme pratique de réalisation de l'invention:
Fig. 1 est le schéma d'un système générateur de vapeur conforme à l'invention, qui indique le parcours du fluide de travail, à travers les différentes sections du trajet de circulation, ainsi que le parcours des gaz chauds de combustion passant sur les surfaces absorbant la chaleur, les éléments géométriques, tels que formes, positions rela- tives ou niveaux, n'étant pas respectés.
Fig. 1A montre schématiquement un générateur de vapeur à circulation forcée avec surchauffeur, conforme à l'invention, coopérant avec les appareils de réglage qui as- surent automatiquement le fonctionnement du générateur, avec sécurité et toute la souplesse dont le générateur est capable.
Fig. 2 est une vue en perspective du générateur suivant l'invention, avec ses appareils auxiliaires.
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Fig. 3 est une vue en perspective du générateur, l'enveloppe étant, en partie, omise pour montrer les diffé- rentes sections de la surface chauffante et la disposition de certains organes.
Fig. 4 est une vue schématique en perspective, avec arrachements, montrant d'autres parties de la surface chauffante.
Fig. 5 est une vue en perspective montrant d'autres parties de la surface chauffante, les parties représentées sur la Fig. 4 étant, pour la plupart, omises pour montrer les coudes des différents tubes d'une série multiple de tubes pour la circulation, à l'endroit où ils passent d'un niveau à un autre.
Fig. 6 est une coupe verticale suivant la ligne 6-6 de la Fig. 7.
Fig. 7 est une coupe verticale suivant la ligne 7-7 de la Fig. 6.
Fig. 8 est une coupe verticale suivant la ligne 8-8 de la Fig. 7.
Fig. 9 est une coupe horizontale suivant la ligne 9-9 de la Fig. 7.
Fig. 10 est une coupe semblable suivant la ligne 10-10 de la Fig. 7.
Fig. 11 est une coupe partielle suivant la ligne 11-11 de la Fig. 9.
Fig. 12 est une coupe partielle suivant la ligne 12-12 de la Fig. 11.
Fig. 13 est une vue en élévation, à plus grande échelle, des distributeurs ou résistancesàla circulation d'eau, cette figure montrant aussi la disposition des résistances.
Fig. 14 est une coupe suivant la ligne 14-14 de la Fig. 13.
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Fig. 15 est une coupe, à plus grande échelle, sui- vant la ligne 15-15 de la Fig. 14.
Fig. 16 est une vue en perspective, de l'extérieur, d'un coin, montrant la façon dont une série de tubes hori- zontaux parallèles, faisant partie d'une paroi à différents niveaux, sont coudés pour changer de niveau les uns par rap- port aux autres quand ia série entière change de niveau par rapport au courant de gaz, les coudes se plaçant à l'exté- rieur de la paroi où ils sont à l'abri de la chaleur et faci- lement accessibles.
Figs. 17 et 18 sont des vues schématiques montrant la subdivision de la majeure partie de l'espace délimité par les parois planes, en quatre compartiments à l'aide de trois cloisons.
Le générateur de vapeur est représenté, schémati- quement, sur la Fig. 1 qui indique les différents passages de circulation ou circuits parallèles, notamment la direction du courant du fluide de travail,de l'entrée de l'eau d'ali- mentation à la sortie de la vapeur surchauffée, ainsi que le foyer et le courant de gaz chauds.
Sur la Fig. 1 (ainsi que sur les Figs. 4 et 5), la section d'ébullition ou génératrice de vapeur comporte huit trajets de circulation individuels, dont chacun est continu de l'entrée d'eau jusqu'à la sortie d'eau et de vapeur qui débouchent, tangentiellement, dans un séparateur 232. Ces huit passages, qui sont des longs tubes séparés, de faible section, sont désignés par les lettres A à H, inclusivement, et com- mencent dans un collecteur d'entrée 204, une résistance ré glable à la circulation d'eau 205, étant toutefois, inter- posée entre le collecteur 204 et chacun des huitpassages. Une telle résistance est représentée, en détails, sur les Figs.
13 à 15, et sa fonction est de régler la différence de la
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résistance à l'écoulement et de la chaleur fournie aux divers passages, ceux-ci étant initialement (établis de façon à avoir approximativement la même longueur et la même surface, et disposés pour recevoir, du foyer et des gaz chauds, la même quantité de chaleur.
Les tubes A à H sont disposés, par rapport les uns aux autres et par rapport à la source de chaleur, de façon qu'il se produise un équilibrage naturel de la quantité de chaleur reçue par chaque passage, ou une répartition uniforme de la chaleur totale entre ces passages.
Le moyen d'égaliser la chaleur absorbée par chacun des huit longs tubes raccordés en parallèle pour la production de vapeur, et qui constitue une caractéristique importante de l'invention,consiste en ce que les tubes sont disposés côte-à-côte dans les parois du foyer, dans le passage des gaz et dans les cloisons, en formant une série de tubes montant successivement à des niveaux plus .élevés; ces tubes sont cou- dés aux coins et aussi, d'une manière différente, (comme le montre la Fig. 16), aux endroits où ils passent à un niveau supérieur, avec renversement simultané de leur position relative dans la série ;
tubes sont aussi coudés de façon à constituer un faisceau transversal s'étendant, d'une ma- nière nouvelle, en travers du passage des gaz, afin que non seulement chacun des longs tubes coudés absorbe la même quan- tité de chaleur, par rayonnement et par convection, mais aussi .pour éviter que les coudes soient exposés à la chaleur aux endroits où. peuvent se former des poches de vapeur, ce qui pourrait endommager les tubes portés à une température trop élevée. La nouvelle disposition rend accessible les différents tubes.
Aux endroits où les tubes se trouvent dans la paroi verticale du foyer, ils sont disposés horizontalement avec
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des intervalles équivalant approximativement au diamètre d'un tube, ce qui rend les tubes accessibles et permet de leur ad- joindre une surface complémentaire de toute forme voulue, com- me le montrent, à titre d'exemple, les Figs. 11 et 12; ce qui est important aussi est que cela permet de remplir les inter- stices entre les tubes de réfractaire qui agit comme surface à rayonnement réfléchi et accroît la température du foyer ainsi que l'intensité d'absorption de chaleur rayonnée par unité de surface exposée, de sorte que la température des gaz à la sortie du foyer s'en trouve améliorée, ainsi que l'absorption de la chaleur du foyer et la combustion elle- même.
Les huit tubes producteurs de vapeur A à H com- mencent à la base de la paroi et forment une bande, de la hauteur de huit tubes, tout autour de la périphérie qui, avec le réfractaire de remplissage et la surface complmen- taire entre les tubes, comprend la base de quatre parois planes, et les tubes de la série ainsi formée sont superpo- sés dans la bande plane contournant les coins.
En commençant à la position inférieure des huit tubes A à' H qui partent du collecteur 204 et sont interrom- pus par les résistances 205, ou désignera par A le tube in- férieur, les tubes superposés suivants étant désignés dans l'ordre indiqué.
Quand une série de huit tubes complète son tour à la base des parois délimitant l'installation, elle est re- levée à un niveau supérieur et disposée sous forme d'un ser- pentin horizontal plat transversal, avec des coudes inver- seurs de direction, ce serpentin s'étendant sur toute la largeur de l'installation et jusqu'à mi-profondeur environ dans les passages à gaz montants III et IV, derrière le foyer I (Fig. 18). Les tubes ainsi coudés sont superposés de
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façon à être décalés horizontalement, à des niveaux successifs.
Après avoir formé un faisceau de tubes décalés horizontalement, d'une hauteur totale de huit tubes, les huit tubes de la série sont coudés de façon à constituer un autre faisceau similaire au-dessus du premier, ce qui donne, en travers du passage des gaz, un faisceau d'une hauteur de seize tubes, le tout se trouvant, au-dessus du fond du foyer, à une hauteur égale à celle de la bande de huit tu- bes de la paroi, et les gaz s'élevant du fond du foyer passent sur ce double faisceau de tubes. Comme les gaz se refroidissent en mon- tant au contact des tubes, il faut, en vue d'égaliser la chaleur absorbée par chaque tube à des niveaux croissants dans la série, changer la position occupée par le tube dans la série, chaque fois que la série passe d'un niveau au niveau supérieur suivant.
Par exemple, le tube qui occupe dans sa série la position inférieure pendant que la série est à son niveau inférieur, est amené à occu- per la position supérieure dans sa série quand celle-ci est au ni- veau supérieur suivant, et le même tube est ramené à la position inférieure dans la série quand celle-ci monte au troisième niveau.
La disposition des groupes de tubes désignés par
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A à H est illustrée par le schéma suivant: H G F Faisceau de spires d'une E hauteur de 16 tubes.
D C B A B C D E F G H1 F E --Admission D C B Circuit complet des parois A'' délimitant le fond du foyer.
Circulation d'eau
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Dans cette partie du faisceau tubulaire transversal composée de serpentins plats à spires avec coudes inverseurs de direction, l'empilage de tubes se supporte lui-même, car chaque serpentin repose sur le suivant (de haut en bas), com- me le montrent les Figs. 3 et 4, mais les longueurs des ser- pentins sont différentes à des niveaux alternativement ren- contrés par les gaz montants; toutefois, près des parois laté- rales et de la cloison verticale divisant le passage des gaz montants en compartiments III et IV (Fig. 18), les tubes se touchent dans un même plan vertical, de façon à former trois parois sensiblement continues.
Des parties de tubes alternants de ce faisceau transversal sont prolongées vers l'avant pour contourner les parois latérales et antérieure du foyer, tandis que les tubes intermédiaires sont coudés de façon à se placer entre le foyer I et les passages des gaz montants II et III (Figs. 4 et 5), d'où il résulte une cloison entre l'espace I et les espaces III et IV (Fig. 17) qui forme un passage des gaz en forme d'U, venant des brûleurs et passant par les carneaux de sortie; une des branches est formée par l'espace I du foyer, la base courbe est l'espace II, et la seconde brandie est formée par les espaces III et IV séparés par une cloison faite de tubes.
Au quatrième et cinquième niveaux, on maintient la même disposition de la série de huit tubes en serpentin transversal à coudes inverseurs de direction, et ce pour une partie qui s'étend approximativement sur la moitié de la lar- geur et de la profondeur de l'installation dans l'espace III, en renversant le niveau des tubes dans leur série chaque fois que la série passe à un niveau supérieur. Quatre spires forment la largeur de cette partie, le reste de la largeur de l'instal- lation étant réservé au surchauffeur, comme décrit plus loin.
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B C D II E Tubes du plafond.
F G H - - - - H - - - - G - - - - F U - - - - E R - - - - D Faisceau de spires de C - - - - C demi-largeur, d'une H - - - - B hauteur de 16 tubes.
A III - IV- - A U - - - - A F - - - - B F - - - - C E - - - - D U - - - - E IR - - - - F ---- G H H - - - - - - - - G - - - - - - - - F - - - - - - - - E - - - - - - - - D - - - - - - - - C - - - - - - - - B - - - - - - - - A - III - - -IV - Faisceau de spires A - - - - - - - - de largeur entière, B - - - - - - - - d'une hauteur de 16 tubes.
C - - - - - - - - D - - - - - - - - E - - - - - - - - F - - - - - - - - G - - - - - - - - H - - - - - - - - Circuit complet des G parois délimitant le fond du foyer.
D B
Au-delà de sa partie constituant le faisceau en serpentin, qui vient d'être décrit, la série de huit tubes est coudée pour contourner de nouveau les parois de l'installa- tion et pour s'étendre en travers du sommet de façon à former le plafond tubulaire du foyer (Fig. 4), avec des courbures k
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locales ménageant des ouvertures pour le brûleur dont la flamme est dirigée vers le bas. Dans ces parties de la série, la disposition des tubes est de nouveau renversée par rapport à celle dans la série de serpentins supérieurs précédemment formés .
On notera que la totalité de la vapeur est formée dans des tubes horizontaux exposés au rayonnement ou balayés par les gaz chauds, que les tubes soient situés dans les pa- rois ou s'étendent en travers du courant des gaz, tandis que les flammes et les gaz chauds se dirigent d'abord verticale- ment du sommet à la base, puis en travers de celle-ci pour remonter verticalement de la base au sommet. Chaque long tube générateur de vapeur, tout en étant horizontal, est coudé et disposé de façon à occuper, dans ses différentes parties, des niveaux différents, les changements de niveau se faisant toujours vers le haut.
Au passage d'un niveau à l'autre lors du changement de niveau relatif des tubes dans une série ou dans un ruban de huit tubes, quand celui-ci passe à un niveau supérieur (comme le montre la Fig. 16), chaque tube est coudé hors du plan de la paroi qui réunit les parties se trouvant à deux niveaux différents, et ces coudes sont tels qu'ils di- rigent la circulation alternativement vers le bas et vers le haut entre les parties horizontales du tube exposé à la cha- leur. Des coudes dirigeant la circulation vers le bas et situés en dehors de la paroi sont représentés sur la Fig.16.
Quand la vapeur et l'eau dans un tube sont amenées à circuler vers le bas, il peut se former, dans une partie élevée, une poche de vapeur, et si cette partie du tube était exposée à la chaleur le tube pourrait être endommagé par surchauffage.
Cet inconvénient est évité en plaçant les coudes dans les- quels des poches pourraient se former, en dehors du plan de
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la paroi, où ils ne sont pas exposés à la chaleur.
Le tube générateur de vapeur exposé à la chaleur est horizontal sur toute sa longueur, et le sens général de la circulation est montant pour les parties successives de chaque tube passant d'un niveau à un niveau supérieur, l'eau entrant à la base, et la vapeur et l'eau sortant au sommet; la vapeur se déplace donc constamment avec l'eau et ne peut former des zones locales à poches de vapeur, susceptibles d'être surchauffées.
Par conséquent, une caractéristique importante de l'invention est la disposition horizontale des tubes avec un sens général de la circulation dirigé vers le haut, ces tubes étant exposés à la chaleur dans un foyer où les flammes et la première partie du parcours des gaz sont dirigées vers le bas, les gaz s'élevant ensuite verticalement, de sorte que tout surchauffage local est évité si la quantité d'eau d'alimentation dépasse celle qui peut être vaporisée.
Bien que la description de l'invention précise que l'eau est divisée en huit parties égales circulant dans huit tubes générateurs, disposés de façon à recevoir tous la même quantité de chaleur, tant par rayonnement que par convection, il est clair que l'invention n'est pas limitée à ce mode par- ticulier de construction. Le nombre des circuits de vaporisa- tion peut être autre que huit, et il peut varier suivant l'im- portance de l'installation et d'autres conditions, mais ce nombre est toujours plus grand que un.
En outre, la condition essentielle étant l'humidité de la vapeur fournie par les tu- bes, l'eau peut être répartie entre ceux-ci de façon inégale et la répartition de la chaleur absorbée par les tubes peut être inégale aussi, en rapport avec la quantité d'eau, une telle répartition de la chaleur étant obtenue par le choix de
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la longueur des tubes ou par leur disposition par rapport au foyer et au courant des gaz chauds.
Comme le montrent les Figs. 1 et lA, l'eau entre dans le circuit par la vanne 17 du conduit d'alimentation allant vers la pompe d'eau d'alimentation 289 entraînée par la turbine auxiliaire 287 qui actionne aussi la pompe à air 288 et la pompe à huile 290. La pompe d'alimentation 289 qui peut être double, fournit l'eau à l'économiseur 202 composé d'une section d'économiseur principale 202 et de sections d'économiseur supplémentaires 202a et 202b, chacune de celles- ci étant du type qui, comme le montre la Fig. 3, comporte des collecteurs horizontaux espacés dans le sens vertical et reliés par des tubes horizontaux, coudés de façon à former des serpentins verticaux plats à coudes inverseurs de di- rection.
En-dessous de l'économiseur 202b se trouve le sur- chauffeur 242 de construction sensiblement pareille. La cons- truction est encore la même pour les réchauffeurs d'air pri- maire et secondaire 206 et 207, respectivement, mais la sur- face de ceux-ci est avantageusement augmentée à l'aide d'ai- lettes.
Le fluide de travail circule, dans le générateur, de la pompe d'alimentation 289 vers le collecteur d'entrée de l'économiseur 202 puis, de son collecteur de sortie vers le collecteur d'entrée de la section d'économiseur 202a, du col- lecteur de sortie de celle-ci vers le collecteur d'entrée de la section d'économiseur 202b et par le collecteur final de sortie 201 de l'économiseur combiné; les conduits de raccorde- ment entre les diverses sections ne sont pas de construction particulière, excepté en ce qu'ils sont doubles et débouchent, comme le montre le dessin, en des points intermédiaires des collecteurs; ces conduits ne sont pas désignés particulière-
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ment par des chiffres de référence, car leur parcours est clairement indiqué sur les dessins.
Du collecteur de sortie 201 de l'économiseur, le liquide passe, par le conduit 203, vers le collecteur d'en- trée du réchauffeur d'air secondaire 207 puis, du collecteur de sortie de celui-ci, vers le distributeur :204 qui alimente les résistances 205 des huit tubes générateurs de vapeur A à H de la surface chauffante; l'eau entrant dans les conduits tubulaires A à H traverse, dans ceux-ci, la surface produc- trice de vapeur, en suivant les tubes dans l'ordre précédem- ment décrit et représenté sur les diagrammes ci-dessus, et passe finalement, à travers les tubes du plafond, dans les conduits débouchant, tangentiellement, dans le séparateur 232.
Dans le séparateur, l'eau est séparée de la vapeur saturée, et l'eau en excès ou de trop-plein se déverse, à la base du séparateur, à travers des déversoirs fixe et variable 2 et 3,respectivement (Fig. lA). L'eau de trop-plein, à la température de la vapeur saturée, atteint le collecteur d'en- trée du réchauffeur d'air primaire 206 où une partie de sa chaleur est récupérée par l'air dirigé vers les brûleurs de combustible 4, après quoi l'eau passe dans le réchauffeur d'eau 354.
Tout l'air comburant est fourni à l'installation en passant par les réchauffeurs d'air primaire et secondaire 206 et 207 puis, par les brûleurs 4, dans le foyer où la flam- me est dirigée vers le bas ou le fond, et là les gaz rebrous- sent de 180 et se dirigent vers le haut à travers les deux passages parallèles J et K (Fig. 3) séparés par une cloison faite de tubes juxtaposés et par une paroi L faite en toute matière réfractaire appropriée, telle que du métal ou du ré- fractaire non métallique.
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La fonction principale du réchauffeur d'air 207 est de coopérer avec les résistances 205 pour égaliser la répar- tition de l'eau de l'économiseur entre les huit tubes produc- teurs de vapeur. Parfois, l'eau de l'économiseur peut entrai- ner un peu de vapeur et, .si un mélange d'eau et de vapeur atteint le collecteur distributeur 204, la répartition égale de l'eau et de la vapeur entre les huit tubes devient impos- sible à réaliser. Pour empêcher cette éventualité, il faut condenser la vapeur de façon que de l'eau seule atteigne le collecteur 204, et le réchauffeur d'air 207 peut servir de condenseur à refroidissement par l'air, pour éliminer, dans le collecteur de sortie, la vapeur qui aurait pénétré, avec l'eau, dans le collecteur d'entrée.
Les détails de construction du générateur, parti- culièrement des parois et des supports, sont tels qu'une pres- sion règne partout dans la chambre de combustion et dans les passages des gaz, tout l'air comburant étant fourni par pom- page.
Le générateur comporte, en premier lieu, l'empilage de tubes qui forment la chambre de combustion I à l'aide de tubes portant des ergots comme le montrent les Figs. 11 et 12, ces ergots étant disposés en quatre rangées 300 à 304 der- rière la surface exposée à la chaleur 305 de chaque tube, et noyés dans de la matière réfractaire 306. Le générateur en- tier est entouré d'un revêtement de deux couches de matière isolante, dont une couche, désignée par 307 est hautement réfractaire, tandis que l'autre couche 308, qui est la couche extérieure, peut contenir, par exemple, 85% de magnésie et porte une enveloppe protectrice métallique 309.
La construction entière est consolidée par des montants 310 et des cornières 311, ainsi que par des barres transversales 312 et 313, le
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tout formant une ossature appropriée, assemblée de façon connue en soi, par exemple par soudure. Les panneaux métalli- ques latéraux 309 sont rendus plus rigides par des pièces rapportées 314 et 315; l'assemblage entier est prévu pour résister, sans fuites, à la pression régnant à l'intérieur, qui est plus grande que la pression extérieure.
A l'intérieur de la construction fermée qui vient d'être décrite se trouvent des supports suspendus ou tirants 316 et 317 fixés aux tubes de l'économiseur et du surchauf- feur qui portent les tirants, par le dessus, au moyen de sup- ports 318 et 319 respectivement, fixés à la paroi intérieure ou à la cloison entre la chambre de chauffe et les passages de gaz. Le support 319 est porté par l'extrémité inférieure de pièces 320 solidaires du support 318. A l'extrémité exté- rieure de la paroi, les coudes des tubes sont supportés les uns par les autres, comme c'est indiqué en 321.
L'économiseur 202 est supporté d'une manière sembla- ble par des barres 322 voisines des collecteurs, et les bar- res suspendues 323 et 324 portent des tiges 325 et 326 accro- chées aux extrémités inférieures des pièces 327 pendant de la traverse 328 et, par conséquent, les tubes de l'économi- seur sont entourés de parois semblables à celles de la partie principale du générateur.
Au sommet et sur le côté de la structure du géné- rateur se trouve, sur un prolongement 330 des poutrelles, une enceinte 329 qui supporte les réchauffeurs d'air primaire et secondaire 206 et 207 qui reçoivent l'air venant de la pompe 288 à l'entrée 208 et le délivrent à la chambre à air 331 à travers le plafond de la chambre du foyer, ce plafond présentant également des ouvertures 232 destinées à recevoir les brûleurs 4 qui dirigent leurs flammes entre les tubes du
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plafond, déformés à cet effet comme le montre la Fig. 4, et dans le foyer I.
Des ailettes 333 sont prévues pour diriger l'air aux endroits où le courant s'infléchit à angle droit pour atteindre la chambre à air 331, et un registre 334 pivotant sur l'axe 335 et commandé par le levier 336 règle le courant d'air allant des réchauffeurs d'air vers les brûleurs.
La chambre à air du foyer est isolée du courant des gaz brû- lés évacués à travers l'économiseur, par une cloison 337 por- tée par une barre 338 qui, avec l'enveloppe du générateur, sert de support à deux séries de volets ou de registres M et N (désignés par 83 sur la Fig. lA), chacun des volets se compo- sant de lattes 339 portées par un axe 340 dont est solidaire un levier 341,les leviers étant réunis en groupes M et N par des barres 342; d'autre part, les deux groupes sont réunis pour fonctionner ensemble de telle façon que l'un des groupes soit ouvert ou fermé, mais qu'ils ne soient jamais ouverts ou fermés simultanément.
Grâce à l'existence de la cloison entre les passages des gaz III et IV, la disposition décrite des registres permet d'envoyer, par une manoeuvre appropriée, tous les gaz de combustion à travers le passage III pour baigner l'économiseur 202b, si le groupe de registres M est fermé et N ouvert. En fermant le groupe de registres N et en ouvrant le groupe M, on peut envoyer tous les gaz par le passa- ge IV pour baigner le surchauffeur ou, en amenant les registres dans des positions intermédiaires, on peut régler la propor- tion des gaz empruntant les deux chemins, en vue de corriger la température de surchauffe.
Il résulte de ce qui précède que l'agencement et la disposition de la surface chauffante en vue d'égaliser la chaleur reçue par chacun des huit tubes générateurs de vapeur aboutissent à la symétrie thermique dans tout le générateur
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et que l'égalisation de l'alimentation en eau, réalisée en même temps, a pour effet de rendre uniforme le degré d'humi- dité de la vapeur dans le surchauffeur, et en même temps il est prévu un mécanisme de commande, représenté sur la Fig. lA, qui commande le générateur.
Afin de comprendre le fonctionnement du générateur, il faut avoir présent à lesprit que le débit de vapeur à la machine à vapeur, ou la position d'étranglement dans le con- duit de vapeur du surchauffeur constitue l'élément qui dé- termine le taux de production de vapeur.
Le générateur présentant une faible contenance de liquide, une capacité réduite d'emmagasinement de chaleur et un taux élevé de production de vapeur, l'arrivée d'eau d'alimentation doit nécessairement être continue et toujours proportionnée au débit de vapeur ; faut aussi tenir compte de la dérivation désirée de gaz pour la surchauffe, et de l'évacuation,au séparateur, de liquide en quantité comprise entre un maximum et un minimum,, et il faut aussi prévoir des moyens de permettre au générateur de suivre instantanément les variations du taux de production de vapeur, quelles que soient l'importance et la rapidité de ces variations et ce, tout en maintenant la sécurité de fonctionnement et un rende- ment élevé en toutes circonstances, à partir d'une capacité nulle et jusqu'aux charges élevées.
La Fig. lA est un schéma illustrant un procédé et des appareils pour la commande du fonctionnement d'un géné- rateur du genre décrit, ces appareils coopérant avec le géné- rateur de façon à lui permettre de réaliser toutes les per- formances dont il est capable.
Le générateur décrit est du type dont la section
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génératrice est composée, comme déjà dit, de longs tubes séparés de faible section, raccordés en parallèle entre des collecteurs ou raccords appropriés, alimentés en eau à l'une des extrémités, débitant un mélange de vapeur et d'eau au sé- parateur et fournissant, ensuite, de la vapeur surchauffée seule à l'extrémité de sortie, tandis que l'excès d'eau est abandonnée au séparateur, et ce générateur fonctionne de la façon suivante:
L'eau du collecteur 201 de l'économiseur est in- troduite dans le distributeur 204 qui délivre l'eau à la section génératrice de vapeur comportant huit circuits tu- bulaires A à H recevant l'eau à travers des résistances à la circulation 205.
Comme le montrent les Figs. 13 à 15, chacune de ces résistances comporte une connexion 343 qui reçoit l'eau du distributeur 204 par l'intermédiaire d'un raccord 344 et d'un long serpentin de faible section 345 qui oppose une résistance à la circulation ou provoque une chute de pression plus grande que celle causée dans le circuit A à H devant lequel ce serpentin est interposé. La longueur de cha- que serpentin 345 de section donnée est calculée pour chacun des circuits A à H de façon que chacun de ceux-ci reçoive, à tout instant, la même fraction de la quantité totale d'eau.
Les extrémités de ces serpentins 345 sont raccordées, en 346, à la base 347 qui constitue un chapeau soudé en 348 à l'ex- trémité de celui des circuits A à H qui est alimenté par la résistance. Un collier 349 est soudé à la base 347 et sur ce collier est sertie l'extrémité 350 d'un soufflet 351 dont l'autre extrémité est sertie sur un collier semblable 352 vissé dans la plaque 353 de l'enveloppe du foyer; de cette façon on réalise un assemblage étanche aux gaz, entre l'en- veloppe du foyer et les résistances, ce qui permet aux or-
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ganes flexibles assemblés de se dilater et contracter.
L'eau divisée en parts égales par les résistances 205, circule dans chacun des tubes successivement à travers les parties de ceux- ci appartenant à la partie inférieure de la paroi du foyer, au faisceau assurant la convection, aux cloisons, à la partie supérieure de la paroi du foyer et au plafond de celui-ci, dans l'ordre indiqué, et finalement l'eau venant du plafond du foyer est déversée dans le séparateur 232.
L'excès d'eau se déverse au séparateur, comme trop-plein, par le déversoir fixe 2 et le déversoir variable 3, passe dans le réchauffeur d'air primaire 206, et de là vers le réchauffeur ouvert d'eau d'alimentation 354 présentant une ouïe 355; dans ce réchauf- feur, cette eau vient se mélanger, en la réchauffant, à l'eau d'alimentation qui est alors amenée par le conduit 356 à la pompe auxiliaire 357 puis, à travers une crépine 358, vers une batterie de deux pompes d'alimentation 289 actionnées par la turbine auxiliaire 287 qui actionne également la pompe à air 288 et la pompe à huile combustible 290, tous ces appa- reils étant indiqués schématiquement sur la Fig. 1A.
Sur cette Fig. lA, le trajet de circulation, de l'entrée d'eau d'alimentation à la sortie de vapeur surchauf- fée est représenté comme un seul tube sinueux dans lequel est intercalé le séparateur. L'eau est fournie à la section d'économiseur 202, à travers un conduit 11, par la pompe 289 qui, comme le montre la Fig. 2, est une pompe à commande po- sitive dont le débit est sensiblement proportionnel à la vi- tesse, mais qui peut être de tout type approprié.
De la section de générateur 202 le liquide passe vers la section génératrice de vapeur, les réchauffeurs d'air étant omis sur le schéma pour plus de clarté, car le chauf- fage de l'air n'est pas soumis au réglage. De la section
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génératrice de vapeur, l'eau et la vapeur saturée sont dé- versées ensemble dans le séparateur 232. Du séparateur, la vapeur saturée passe dans le surchauffeur 242 qu'elle quitte par le conduit 244 raccordé à la turbine principale à vapeur 12 qui représente, à titre d'exemple, la machine utilisant la vapeur. Les produits de la combustion traversent successi- vement le générateur de vapeur, le surchauffeur et l'.écono- miseur et peuvent venir en contact avec la totalité ou une partie de la surface assurant la convection, suivant la posi- tion des volets M et N, comme expliqué plus loin.
Une turbine auxiliaire 287 actionne la pompe à eau d'alimentation 289,la pompe à air .288 et la pompeà huile combustible 290. Ces appareils sont tous commandés par le même arbre, bien qu'ils puissent avoir des vitesses diffé- rentes, les réducteurs de vitesse ou organes de transmission nécessaires n'étant pas représentés. Le débit d'eau d'alimen- tation est très sensiblement proportionnel à la vitesse de la pompe d'alimentation.
Le débit d'huile combustible fournie aux brûleurs 4 est réglé, en premier lieu, par la vitesse de la pompe à huile 290, mais aussi par l'étranglement de la soupape de réglage 13 insérée dans le tuyau 5 ; débit à travers ce tuyau 5 est constamment mesuré par l'appareil de mesure 14.
Le débit d'air comburant est déterminé, en premier lieu, par la vitesse de la soufflerie 288, mais aussi par le registre 15 situé dans le conduit 7 en aval de la soufflerie, puisqu'il faut pouvoir ajuster ce débit en vue de maintenir un rapport approprié entre les quantités de combustible et d'air, la soufflerie n'étant pas une pompe à commande positive, comme les pompes à combustible et à eau. Le débit d'air est constamment mesuré par l'appareil de mesure 16.
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Le débit de liquide sous pression, à travers le conduit 11 est réglé par la vitesse de la pompe 289, mais aussi par la position de la soupape de réglage 17 du côté aspiration de la pompe, et par la soupape de réglage 18 dans la dérivation sur la pompe.
Au cours du fonctionnement d'un tel générateur, certaines grandeurs variables sont mesurées, indiquées et utilisées comme base pour le réglage automatique du débit de liquide.et de celui des éléments de combustion fournis au foyer.
Le système de réglage est constitué de la façon suivante:
Sur le schéma Fig. lA, 19 désigne un dispositif sensible à la pression, tel qu'un tube Bourdon raccordé au conduit 244 et pourvu d'un index 20 coopérant avec une échelle 21 en vue d'indiquer, à chaque instant, la pression de la vapeur débitée. 22 est un dispositif sensible à la tem- pérature, tel qu'un tube Bourdon, faisant partie d'un système sensible à la température, situé à proximité du conduit 244, le tube Bourdon comportant un index 23 coopérant avec une échelle 24 pour indiquer, à tout instant, la température de la vapeur débitée et pour commander les volets régulateurs de la surchauffe 83 (M et N) .
Comme indicateur de débit du générateur, on utilise un appareil de mesure de débit 78 raccordé au conduit 244 à travers une plaque à orifice ou autre étranglement 79. Cet appareil de mesure de débit peut déplacer, verticalement, la tige d'une valve-pilote 43, afin de modifier la pression d'air antagoniste agissant sur le relais 47 en rapport avec le débit de vapeur.
Le tube Bourdon 22 sensible aux variations de tem- pérature de la vapeur débitée déplace, verticalement, une
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tige-pilote 80 en vue de modifier la pression d'air anta- goniste agissant sur une soupape pneumatique 82, qui règle la position de volets 83, ceux-ci pouvant correspondre aux volets M et N de la Fig. 8. Comme déjà expliqué, ces voléts sont disposés, par rapport au trajet du fluide à travers le générateur et par rapport à la commande de la circulation des gaz, de telle façon qu'ils règlent l'absorption de chaleur par les différentes parties du trajet de circulation dans le générateur de vapeur et, par là, la température de la vapeur débitée.
29 représente un dispositif dont le fonctionnement dépend du niveau d'eau dans le séparateur 232, et qui com- porte une enveloppe à pression entourant un tube à mercure en U raccordé au sommet et à la base du séparateur. Un flot- teur suit le niveau de mercure dans une des branches et dé- place ainsi un index 30 en face d'une échelle 31, en indi- quant instantanément le niveau d'eau dans le séparateur.
Le dispositif de mesure de débit désigné, d'une façon générale, par 14, et destiné à mesurer le débit de combustible fourni au foyer, peut être un dispositif à pres- sion différentielle susceptible de corriger la relation non linéaire entre la pression différentielle et le débit, afin que la position angulaire d'un index 32 mobile devant une échelle 33 varie en rapport direct avec les variations du débit. A l'intérieur du dispositif 14, les traits inter- rompus dessinent le contour de la construction interne, no- tamment d'une cloche à joint hydraulique, à parois de grande épaisseur.
Le dispositif de mesure 16 qui mesure le débit d'air comburant est semblable au dispositif 14 et commande les mouvements d'un index 36 devant une échelle 37, pour
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indiquer constamment et instantanément le débit d'air envoyé au foyer. L'arrivée d'eau au trajet de circulation de fluide et l'arrivée des éléments de combustion au foyer sont réglés, en premier lieu par la variation de la vitesse de la turbine auxiliaire 287, l'arrivée d'eau au générateur étant utilisée comme base pour ce réglage. Toutefois, pour tenir compte de l'écart possible entre les caractéristiques des pompes 289 et de la soufflerie 288, ainsi que des variations des conditions de fonctionnement, on prévoit un moyen de réajustage complétant le réglage principal des éléments de combustion.
Pour l'air, ce moyen est donné par le registre 15 situé en amont de la soufflerie 288 et commandé par un régulateur pneumatique 38.
Pour le combustible, le moyen de r,éajustage consiste en une soupape régulatrice 13 située dans le tuyau 5 et sensible aux écarts par rapport à la relation désirée entre les débits mesurés d'huile et d'air.
La vitesse de la turbine auxiliaire est réglée par la variation du degré d'ouverture de soupapes régulatrices 39 qui admettent à la turbine de la vapeur sous une pression relativement basse et qui, dans certaines conditions de fonctionnement, admettent, en outre, de la vapeur sous une pression relativement élevée. Par exemple, la vapeur à basse pression peut être la vapeur d'échappement de la turbine prin- cipale 12, ou de la vapeur dérivée de cette turbine, tandis que la vapeur à pression élevée peut venir directement du générateur de vapeur. Un régulateur pneumatique 40 détermine la position des soupapes 39 sous l'influence de la pression d'air antagoniste établie par un relais 41.
Le réglage de l'alimentation en eau (par la varia- tion de vitesse de la pompe à eau) s'effectue de préférence en fonction du débit d'eau d'alimentation, du débit de vapeur
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et du niveau d'eau dans le séparateur.
Comme déjà dit, le dispositif de mesure 78 est sensible au débit de vapeur du générateur et commande le dé- placement vertical d'une tige-pilote 42 dans l'enveloppe d'une valve-pilote 45 qui peut être alimentée en air comprimé, com- me l'indique la petite flèche.
De l'air sous pression est pompé dans l'enveloppe 43 et, en raison de la construction de la valve-pilote, quand la tige 42 est déplacée vers le haut on dispose d'une pression d'air antagoniste croissant en rapport déterminé avec le dé- placement, tandis que, si la tige 42 est déplacée vers le bas, la pression d'air antagoniste disponible décroît en rapport déterminé avec le déplacement. Les tubes ordinaires ou capillaires qui transmettent la pression d'air antagoniste sont représentés, sur le dessin, par des traits interrompus pour mieux se distinguer d'autres appareils ou conduits; un tel tube est représenté en 46, et il transmet à un relais différentiel 47 une pression d'air antagoniste qui est en rapport connu avec le débit de vapeur.
D'une façon similaire, l'indicateur de niveau de liquide 29 déplace verticalement une tige-pilote 48 pour établir au relais 47, par l'intermédiaire du raccordement 49, une pression d'air antagoniste caractéristique du niveau de liquide. La pression se transmet de ce relais, par un rac- cordement 62, à un régulateur à diaphragme taré par ressort qui commande la vanne 17 du conduit d'aspiration de la pompe à eau; on voit donc que des variations de la pression d'air antagoniste, transmises soit par le raccordement 46, soit par le raccordement 49, interviennent pour modifier la pres- sion d'air et pour actionner, en conséquence, le régulateur à diaphragme taré qui commande la vanne 17.
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La vanne 17 fonctionne comme orifice variable des deux côtés duquel existe une pression différentielle en relation connue avec le débit de liquide à travers la vanne 17. Les pressions régnant de part et d'autre de la vanne agissent, par l'intermédiaire des tubes 63 et 64, sur le relais 41. Une pression antagoniste établie par le relais 41 agit, par l'intermédiaire d'un raccordement 68, sur un régula- teur pneumatique 40 pour commander les soupapes 39 de la turbine, de façon à empêcher l'emballement et la marche irré- gulière en raison des caractéristiques du relais 41, et de ce fait la position du régulateur 40 n'est pas nécessaire- ment en relation directe avec la position de la vanne 17.
D'une façon générale, la position de la vanne 17 est déterminée en fonction du débit de vapeur et du niveau d'eau dans le séparateur et, comme déjà dit, cette vanne constitue un orifice variable dans la conduite d'aspiration de la pompe à eau. Le relais 41 qui reçoit la pression diffé- rentielle régnant de part et d'autre de la vanne 17, commande le régulateur 40 et les soupapes 39 de la turbine, afin de régler la vitesse de la pompe à eau 289 de façon que la pres- sion différentielle de part et d'autre de la vanne 17 soit maintenue constante quel que soit le degré d'ouverture de la vanne 17 et, de cette façon, l'arrivée d'eau à la pompe à eau est réglée proportionnellement tant au débit de vapeur qu'au niveau d'eau dans le séparateur.
Si le débit de vapeur augmente, la tige-pilote est soulevée d'une quantité proportionnelle, en accroissant proportionnellement la pression d'air antagoniste agissant à travers le raccordement 46, en faisant descendre la tige du relais 47 et en accroissant ainsi la pression d'air anta- goniste dans le raccordement 62. La variation du degré d'ou- verture de la vanne 17, qui en résulte, modifie la pression
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différentielle agissant sur le relais 41, fait varier la pression antagoniste qui, par l'intermédiaire du régulateur 40, commande les soupapes d'étranglement 39 de la turbine auxiliaire et produit ainsi un débit accru d'eau à travers le conduit 11, en rapport avec le débit accru de vapeur du générateur de vapeur.
Si le niveau de liquide dans le sépa- rateur 232 tend à baisser, la tige-pilote 48 se soulève, en accroissant la pression antagoniste dans le relais 47 qui, d'une manière semblable, ouvre encore la vanne 17 alimentant la pompe et augmente le débit d'eau fournie au générateur.
On notera que la vanne 17 est commandée en fonction du débit de vapeur du générateur, et en fonction du niveau d'eau dans le séparateur, tandis que la vitesse de la pompe à eau dépend non seulement de ces deux variables mais aussi du taux de circulation d'eau vers et à travers la pompe.
Le dispositif 29 qui dépend du niveau d'eau commande aussi, par l'intermédiaire de la tige-pilote 48, la position de la soupape 3 de trop-plein variable, de façon qu'en cas d'élévation du niveau d'eau dans le séparateur 232 au-dessus d'une hauteur prédéterminée, la soupape 3 s'ouvre dans la mesure voulue et vient accentuer le déversement normal, par le trop-plein 2, vers le conduit 1.
La pression de la vapeur débitée agit, par l'inter- médiaire d'un tube Bourdon 19, sur une valve-pilote 69, pour établir une pression d'air antagoniste agissant, à travers le raccordement 70, sur une soupape 18 en dérivation sur la pompe d'alimentation, et sur le registre 15. Si la pression de la vapeur tombe en-dessous d'une valeur prédéterminée, la soupape 18 et le registre 15 tendent tous deux à s'ouvrir, chacun à partir d'une position prédéterminée. Cette inter- vention est particulièrement désirable en cas d'un accroisse-
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ment brusque et important de la charge du générateur, qui pourrait causer une chute marquée de la pression de vapeur.
Quand un tel accroissement brusque et important du débit de vapeur se produit, en tendant à réduire la pression de vapeur, la vitesse de la turbine auxiliaire augmente et le registre 15 s'ouvre. A ce moment, il est désirable d'accélérer l'ar- rivée de combustible et d'air, sans intensifier immédiatement l'alimentation en eau. L'établissement d'une dérivation sur la pompe, au moyen de la soupape 18, réduit le débit d'eau à travers le conduit 11 et la vanne 17 et provoque une accé- lération de la turbine pour rétablir le débit primitif d'eau et accroître ainsi le débit d'huile et d'air.
Sans la déri- vation on serait non seulement privé de cet avantage, mais l'accroissement instantané du débit d'eau à la suite de l'augmentation de vitesse de la turbine serait trop grand pour permettre l'utilisation de la faible capacité d'emma- gasinement de chaleur dans le générateur. Le réglage du ré- gulateur 38 et de la soupape est de préférence tel qu'ils ne soient sensibles qu'à des variations prédéterminées de la pression de vapeur correspondant à la pression d'air an- tagoniste dans le raccordement 70. Par exemple, le registre 15 peut être manoeuvré chaque fois que la pression de vapeur varie, à partir d'une valeur prédéterminée, dans un sens 'ou l'autre, tandis que la soupape 18 peut rester complète- ment fermée jusqu'à ce que la pression de vapeur descende, dans une mesure prédéterminée,
en-dessous de la valeur voulue. Au-delà de ce point, la soupape 18 commencerait à s'ouvrir et le registre 15 peut, ou non, être complètement ouvert pendant que la soupape 18 s'ouvre.
Le débit des éléments de combustion est de pré- férence réglé, en premier lieu, par la variation de vitesse n
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de la turbine auxiliaire, ce qui fait varier la vitesse de la soufflerie et de la pompe à huile à l'unisson du débit de liquide. Quand on a réajusté le débit d'air à l'aide du registre 15, et mesuré ce débit à l'aide du dispositif de mesure 16, on fait intervenir la soupape de réglage 13 dans le conduit d'huile, pour mettre le débit d'huile en rapport avec celui d'air. A cet effet, les dispositifs de mesure 14 et 16 sont reliés par un tringlage 71 qui commande une tige- pilote 72 pour établir une pression d'air antagoniste dans le conduit 73 d'un relais 74.
La pression d'air antagoniste résultant du fonctionnement du relais 74 agit, par le con- duit 75, sur la soupape régulatrice 13, dès que le rapport débit d'air-débit de combustible s'écarte d'une valeur pré- déterminée, et en même temps, elle commande une soupape régulatrice 76 qui règle l'arrivée de vapeur d'atomisation aux brûleurs d'huile 4, cette vapeur arrivant par un conduit 77.
Le circuit de commande automatique comporte des appareils et circuits électriques de commande. A la mise en marche de l'installation,on met d'abord le générateur sous pression, en allumant les brûleurs principaux 4 au moyen d'une torche à gaz 8 et d'un dispositif d'allumage à étin- celles S, la torche à gaz 8 étant alimentée par le tuyau 9 comportant une soupape de réglage 10. L'installation passe par un cycle d'allumage qui, dans le cas de défaut'de flamme, est interrompu par un dispositif approprié, de sorte que le réallumage est assuré par une cellule photoélectrique U.
Le système comporte aussi divers dispositifs de sécurité, mais le réglage automatique des dispositifs de commande est tel que dès le premier allumage de la torche 8 du brûleur principal de combustible, tous les appareils de ---
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commande interviennent immédiatement pour mettre le générateur en fonctionnement et sous pression, après quoi tout le sys- tème agit en fonction du débit de vapeur à travers le con- duit 244.
Quand le générateur est en marche, on utilise un conduit de vidange allant de la sortie du surchauffeur vers le condenseur ou la source.d'eau chaude, et, ce con- duit étant ouvert, on met en marche la pompe 357. Ensuite, la turbine auxiliaire 287 est mise en marche et elle actionne immédiatement la pompe d'alimentation d'eau, la soufflerie et la pompe à huile, désignées par 289, 288 et 290, respecti- vement. La mise en marche de ces machines auxiliaires a pour effet de remplir le séparateur 232 et de ramener de l'eau de l'ouverture de vidange du séparateur vers la source d'eau chaude ou vers la pompe 357.
Ensuite, on établit la circulation de vapeur vers un réchauffeur d'huile combustible non représenté, et l'on met en service le système de commande automatique, en ou- vrant un conduit d'air alimentant le système. Dès lors, la vitesse de la turbine auxiliaire est automatiquement main- tenue au minimum, du fait qu'il n'y a pas d'écoulement de vapeur à travers l'orifice de mesure, et aussi en raison du niveau élevé à l'intérieur du séparateur. Le dispositif de commande en fonction de la pression maintient les registres entièrement ouverts, mais le débit d'air reste faible en raison de la vitesse minimum de la turbine auxiliaire action- nant la soufflerie. Quand le brûleur principal est allumé, le système de commande augmente l'excès d'air pour maintenir le chauffage à une allure réduite.
Dès que le générateur est mis en marche, c'est la commande automatique qui se charge
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du maintien du rapport voulu entre les quantités d'air et de combustible. La soupape de trop-plein du séparateur est main- tenue large ouverte par le niveau élevé dans le séparateur, mais ne peut réduire le niveau dans le séparateur à la hau- teur normale avant que la pression dans le générateur soit établie, et l'écoulement d'eau se fait donc, pendant le dé- marrage, tant par le déversoir de trop-plein que par le pur- geur du surchauffeur. Quand ces conditions sont établies, on allume le feu principal, ce qui se fait simplement en fer- mant un interrupteur dans le circuit fournissant du courant à l'installation électrique d'allumage des brûleurs.
La fer- meture de cet interrupteur excite le dispositif d'allumage et fait arriver du combustible à une torche d'allumage automa- tique. Après un certain délai, le dispositif de réglage du rapport débit d'huile-débit d'air actionne une ,soupape dans le conduit d'huile pour maintenir le débit d'huile en rapport avec le débit d'air, et dès que la flamme d'huile se met à brûler, la torche et le dispositif d'allumage sont automati- quement arrêtés. Quand la pression est atteinte dans le géné- rateur, le séparateur commence à se vider.
Lorsque le niveau tombe à une hauteur prédéterminée en vue du réglage, la sou- pape de trop-plein accéléré se ferme et le niveau dans le séparateur se charge du réglage de la vitesse de la turbine auxiliaire et la porte à la valeur déterminée par l'écoule- ment d'eau par le conduit de trop-plein constant et par la vapeur sortant par le purgeur du surchauffeur.
Quand le générateur atteint la pression de fonction- nement, il est mis en service par l'ouverture d'une vanne obturatrice dans le conduit de sortie du surchauffeur, ou à l'aide d'une vanne à sens unique, et le purgeur du surchauf-
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feur est fermé. La vitesse de la turbine auxiliaire et des machines auxiliaires qu'elle entraîne est alors réglée par le débit de vapeur mesuré en rapport avec la demande de vapeur, et les autres dispositifs de réglage effectuent les réajustements nécessaires pour maintenir le fonctionnement dans les conditions voulues.
Bien qu'on ait indiqué que le fluide de travail soit de l'eau convertie en vapeur d'eau, il est entendu qu'on peut utiliser d'autres liquides et leurs vapeurs, et que l'in- vention concerne des générateurs de vapeur en général, et pas seulement des générateurs de vapeur d'eau.
REVENDICATIONS -----------------------------
1.- Générateur ou chaudière à circulation forcée, comportant un grand nombre de longs tubes générateurs de vapeur de faible section et des moyens de fournir à chaque tube du liquide en quantité dépassant sa capacité de vapori- sation entre les raccordements d'entrée et de sortie, ainsi que des passages de gaz parallèles dont un contient un foyer chauffé par des éléments de combustion, chacun des tubes générateurs de vapeur étant horizontal sur la plus grande partie de sa longueur mais coudé de façon que différentes parties de chaque tube soient situées dans les parois du foyer, dans une paroi du passage de gaz, et dans une cloison divisant les passages de gaz.
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Improvements to steam generators.
The present invention relates to a forced circulation steam generator of low weight and compact construction for producing superheated high pressure steam which contains little liquid and stores little heat, and is capable of producing high pressure superheated steam. to respond, without appreciable delay, to sharp and sudden variations in steam demand; therefore, the generator can be used for variable speed propulsion, and its dimensions are such that it can be suitable for locomotives,
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ships and other types of service, particularly under conditions where the expense of weight and labor currently dictates the choice of heavy oil engines, in preference to various types of steam installations.
A generator according to the invention, which contains little water and is provided with a very flexible heating device, makes it possible to achieve a high rate of heat production, and this results in the possibility of responding, in economic conditions and almost instantaneously to large variations in load, from zero to maximum load, and vice versa.
This generator, suitable for high steam pressures, has a minimum water storage capacity and a maximum heat absorption surface, and it necessarily follows that the construction includes tubes of small section and great length, in high number to ensure the desired capacity.
The whole heating surface has tubes of small section, arranged in sections, through which water and steam circulate in a new and particular way, and in each section the multiple parts of the circulation path are connected in parallel between connections of a minimum diameter, without using the usual steam and water bodies.
The different sections, comprising the economizer, generator and superheater, as well as air heaters, are arranged in a new way, with some new construction features which all help achieve the main purpose.
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One of the characteristics of the invention resides in the arrangement of the heating surface made up of tubes of small cross-section, relative to the hearth and the passage of hot combustion gases going from the hearth to other parts of the installation. The tubes of small section are used as much as possible in the walls of the furnace, in particular the tubes of the section used for the production of steam, with the aim of reducing the heat storage capacity and form a resistant wall, delimiting this intensely heated space.
Another characteristic resides in that one ensures the humidity, inside, of each of the numerous generator tubes intensely heated and arranged in parallel, and this is achieved by constantly maintaining, in these tubes, water. in excess of the amount which can be vaporized in a single pass through the tubes to prevent overheating; one of the characteristics of the invention also resides in the way of evacuating the non-vaporized excess of liquid which entrains the solids liable to form encrustation.
The steam generator according to the invention is enclosed between flat walls, and the greater part of the delimited space is divided into sections by such an arrangement of the parts of the small-caliber tubes, that these constitute the outer walls and partitions subdividing the space, or are located inside the latter.
This use of the tubes of the heating surface, to divide the entire space, in a particular way, into compartments, is one of the characteristics of the invention, and four compartments are formed, one of which forms the upper part of the hearth, for the flame of a burner located at the top and directing its flame downwards, this first compartment
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occupying approximately half of the horizontal surface; a second compartment forms an extension of the hearth, at the lower level, and it occupies the entire surface of the bottom or floor;
the third and fourth compartments are arranged side-by-side and occupy the rest of the horizontal surface next to and behind the first compartment of the hearth, and they are traversed by the gases which, coming from the hearth, go upwards in two parallel currents.
The generator's heat absorption and water vapor production capacity is greater, per unit of weight and volume, than that of conventional steam generators, and its flexibility exceeds that of conventional steam generators of comparable size, used for traction service. These new and useful results are achieved by measures which protect all parts, in all circumstances, from damage by overheating and which are themselves characteristics of the invention; other characteristics of the invention contribute to ensuring a high efficiency, the entire installation being particularly suitable for automatic control.
The high efficiency is ensured by the absorption of heat, in the walls of the hearth and the passage of gases, by the steam generator tubes, at the same time as by the high temperature of the hearth reached thanks to the use, between the tubes of the walls, of a refractory with secondary radiation, by the arrangement of a part of the vapor-generating tubes of small section across the path of the hot gases, and by the relative arrangement of the different sections of the heating surface, with respect to the gas stream and the temperatures thereof.
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Safety against overheating is ensured, for the steam generator tubes, by maintaining an excess of water in the tubes, and, for the superheater tubes, by their arrangement behind a screen sheltering them against the radiated heat, thus only by adjusting the fraction of the total weight of the gases burnt in the hearth and conducted on the tubes, the rest of the gases passing over the steam generator tubes and the economizer tubes in the two parallel compartments located behind the main compartment of the hearth heated by a flame directed downwards, and traversed by gas currents which rise after having reversed their direction of 180 on the bottom of the hearth.
To increase the efficiency, the tubes arranged across the rising gas stream are closely spaced, which causes an intense circulation of the mass of the gases in order to increase the rate of heat transmission by convection, and all the time. The combustion air is pumped into the hearth, so as to establish a sufficiently high pressure there to ensure the intense circulation of the gases.
The surface absorbing heat and limiting the water circulation duct in which the steam is generated is made up, as already said, of several long tubes of small section between which the water is also shared and which are arranged symmetrically to the thermal point of view, being uniformly exposed to the heat source. At the end of this generator section is the separator which separates the water from the steam.
The saturated steam is then conducted through a superheater, while the excess water, pumped through the tubes in relation to the amount of fuel supplied and burned, in order to save the humidity which ensures the
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safety and prevents the formation of encrustations, is extracted from the separator under conditions regulated by the water level in the separator, thus providing an element for adjusting the operation of the generator, as described later. .
At the separator, there is a continuous normal discharge and a controlled additional discharge of the overflow of water, the quantity of which is between maximum and minimum limits, so that the economizer and the steam generating sections receive and always lead a quantity of water which exceeds that capable of being converted into vapor, and, although the ratio or the volume of this excess or overflow of water represents only a small part of the total volume of steam produced, it is sufficient, without more, to ensure the tubes a harmless temperature by keeping them wet and by entraining materials liable to produce encrustations.
In steam generators of the type mentioned, with a low liquid capacity and low heat storage capacity, and with a high rate of heat released to the hearth and transmitted by the surfaces, the water supply must necessarily be continuous and always in proportion to the steam production and, at the same time, it must take into account the necessary minimum and the desired maximum of overflow discharge or discharge of excess water out of the circulation path .
In addition, to achieve the great flexibility of heat release making it possible to respond substantially instantaneously to variations in operating conditions, and to achieve efficient combustion, it is necessary to provide a method and means for driving the steam generator in connection with variable conditions and so as to positively ensure, from the start-up,
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humidity of the generator tubes over the entire circulation path and the permanent humidity of the tubes throughout the generator section, and better still avoid overheating of the superheater tubes, preferably by maintaining the temperature of the constant superheated steam at all loads.
In steam generators of this kind one of the main concerns is the instantaneous and continuous adaptation of the rate of heat release, and of the quantity of heat absorbed, to the quantity of heat necessary to convert the water into superheated steam, whatever. either the magnitude or the rapidity of variation of the latter quantity, and, at the same time, it is necessary that the total quantity of feed water, as well as the heat absorbed, be distributed equally or proportionally, as the case may be, in - be the various tubes operating in parallel.
The construction according to the invention ensures a uniform distribution of the water by the use of regulating resistances, and the uniform distribution of the total heat absorbed by the symmetrical arrangement with respect to the hearth and the circulating gases, so that the tubes are similarly exposed to radiation and uniformly bathed in gas, under similar temperature conditions, resulting in complete thermal symmetry.
Another important characteristic is the arrangement of the heating surface with respect to the stream of hot combustion gases, these gases being capable of being derived, in a controlled manner, in order to correct the quantity of heat absorbed by the superheater, compared to the convection surface or, conversely, to adjust the temperature of the delivered steam.
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In addition, the steam generator according to the invention is, as already stated, of the type where each steam generator tube receives more feed water than the quantity which is likely to be converted into steam during a period of time. only passage through the tube to the separator, and the way of recovering the heat from the excess water which, at the separator, leaves the system, constitutes one of the characteristics of the invention. The heat recovery from this overflow water can be carried out according to the invention, by transmitting the heat to one or more of the combustion elements, preferably to the combustion air which is pumped. in the foyer.
In addition to heating the air, a feature of the invention consists in the use of a device which treats the air by transmitting heat to it from the water leaving the economizer, this heat transfer s 'performing in connection with varying operating conditions.
The accompanying drawings show, by way of example, a practical embodiment of the invention:
Fig. 1 is a diagram of a steam generator system according to the invention, which indicates the path of the working fluid, through the various sections of the circulation path, as well as the path of the hot combustion gases passing over the absorbent surfaces heat, geometric elements, such as shapes, relative positions or levels, not being respected.
Fig. 1A schematically shows a forced circulation steam generator with superheater, according to the invention, cooperating with the regulating devices which automatically ensure the operation of the generator, with safety and all the flexibility of which the generator is capable.
Fig. 2 is a perspective view of the generator according to the invention, with its auxiliary devices.
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Fig. 3 is a perspective view of the generator, the casing being partly omitted to show the different sections of the heating surface and the arrangement of certain components.
Fig. 4 is a schematic perspective view, with cutaway, showing other parts of the heating surface.
Fig. 5 is a perspective view showing other parts of the heating surface, the parts shown in FIG. 4 being, for the most part, omitted to show the bends of the different tubes of a multiple series of circulation tubes, where they pass from one level to another.
Fig. 6 is a vertical section taken on line 6-6 of FIG. 7.
Fig. 7 is a vertical section taken along line 7-7 of FIG. 6.
Fig. 8 is a vertical section taken on line 8-8 of FIG. 7.
Fig. 9 is a horizontal section taken along line 9-9 of FIG. 7.
Fig. 10 is a similar section taken on line 10-10 of FIG. 7.
Fig. 11 is a partial section taken on line 11-11 of FIG. 9.
Fig. 12 is a partial section taken on line 12-12 of FIG. 11.
Fig. 13 is an elevational view, on a larger scale, of the distributors or resistors to the circulation of water, this figure also showing the arrangement of the resistors.
Fig. 14 is a section taken along line 14-14 of FIG. 13.
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Fig. 15 is a section, on a larger scale, taken along line 15-15 of FIG. 14.
Fig. 16 is a perspective view, from the outside, of a corner, showing how a series of parallel horizontal tubes, forming part of a wall at different levels, are bent to change level relative to each other. - port to others when the entire series changes level with respect to the gas stream, the elbows being placed outside the wall where they are protected from heat and easily accessible.
Figs. 17 and 18 are schematic views showing the subdivision of the major part of the space delimited by the flat walls, into four compartments with the aid of three partitions.
The steam generator is shown, schematically, in FIG. 1 which indicates the various circulation passages or parallel circuits, in particular the direction of the flow of the working fluid, from the inlet of the feed water to the outlet of the superheated steam, as well as the hearth and the current of hot gases.
In Fig. 1 (as well as in Figs. 4 and 5), the boiling or steam generator section has eight individual circulation paths, each of which is continuous from the water inlet to the water outlet and vapor which emerge, tangentially, in a separator 232. These eight passages, which are long separate tubes of small cross-section, are designated by the letters A to H, inclusive, and begin in an inlet manifold 204, a adjustable resistance to the flow of water 205, being however interposed between the manifold 204 and each of the eight passages. Such a resistor is shown, in detail, in Figs.
13 to 15, and its function is to adjust the difference of the
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resistance to flow and heat supplied to the various passages, these being initially (established so as to have approximately the same length and area, and arranged to receive, from the hearth and hot gases, the same quantity of heat.
The tubes A to H are arranged, relative to each other and relative to the heat source, so that there is a natural balancing of the amount of heat received by each pass, or a uniform distribution of heat total between these passages.
The means of equalizing the heat absorbed by each of the eight long tubes connected in parallel for the production of steam, and which constitutes an important feature of the invention, is that the tubes are arranged side by side in the walls. of the hearth, in the gas passage and in the partitions, forming a series of tubes rising successively to higher levels; these tubes are bent at the corners and also, in a different way (as shown in Fig. 16), at the places where they pass to a higher level, with simultaneous reversal of their relative position in the series;
tubes are also bent so as to form a transverse bundle extending in a new way across the gas passage, so that each of the long bent tubes not only absorbs the same amount of heat by radiation and by convection, but also. to prevent the elbows from being exposed to heat where. vapor pockets may form, which could damage the tubes heated to too high a temperature. The new layout makes the different tubes accessible.
Where the tubes are in the vertical wall of the fireplace, they are arranged horizontally with
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intervals approximately equivalent to the diameter of a tube, which makes the tubes accessible and allows a complementary surface of any desired shape to be added thereto, as shown, by way of example, in Figs. 11 and 12; what is also important is that it allows to fill the inter- stices between the tubes with refractory which acts as surface with reflected radiation and increases the temperature of the hearth as well as the intensity of absorption of heat radiated per unit of exposed surface, so that the temperature of the gases at the outlet of the hearth is thereby improved, as well as the absorption of heat from the hearth and the combustion itself.
The eight steam-producing tubes A to H start at the base of the wall and form a strip, eight tubes high, all around the periphery which, together with the refractory filling and the complementary surface between the tubes, comprises the base of four plane walls, and the tubes of the series thus formed are superimposed in the plane strip going around the corners.
Beginning at the lower position of the eight tubes A through 'H which extend from manifold 204 and are interrupted by resistors 205, or denote by A the lower tube, the following stacked tubes being designated in the order shown.
When a series of eight tubes completes its turn at the base of the walls delimiting the installation, it is raised to a higher level and arranged in the form of a transverse flat horizontal serpentine, with direction reversing elbows. , this coil extending over the entire width of the installation and up to approximately half-depth in the upright gas passages III and IV, behind the hearth I (Fig. 18). The tubes thus bent are superimposed
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so as to be offset horizontally, at successive levels.
After forming a bundle of horizontally offset tubes with a total height of eight tubes, the eight tubes of the series are bent so as to form another similar bundle above the first, which gives, across the passage of gas, a bundle with a height of sixteen tubes, the whole being, above the bottom of the hearth, at a height equal to that of the strip of eight tubes of the wall, and the gases rising from the bottom of the fireplace pass over this double bundle of tubes. As the gases cool on coming into contact with the tubes, it is necessary, in order to equalize the heat absorbed by each tube at increasing levels in the series, to change the position occupied by the tube in the series, each time that the series goes from one level to the next higher level.
For example, the tube which occupies in its series the lower position while the series is at its lower level, is brought to occupy the upper position in its series when this one is at the next higher level, and the same tube is brought back to the lower position in the series when it rises to the third level.
The arrangement of the groups of tubes designated by
EMI13.1
A to H is illustrated by the following diagram: H G F Bundle of turns with a height of E 16 tubes.
D C B A B C D E F G H1 F E - Inlet D C B Complete circuit of walls A '' delimiting the bottom of the fireplace.
Water circulation
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In this part of the transverse tube bundle composed of flat coils with turns with direction reversing elbows, the stack of tubes supports itself, because each coil rests on the next (from top to bottom), as shown in the Figs. 3 and 4, but the lengths of the coils are different at levels alternately encountered by the rising gases; however, near the side walls and the vertical partition dividing the passage of the rising gases into compartments III and IV (Fig. 18), the tubes touch each other in the same vertical plane, so as to form three substantially continuous walls.
Alternating tube parts of this transverse bundle are extended forward to bypass the side and front walls of the fireplace, while the intermediate tubes are bent so as to sit between the fireplace I and the upright gas passages II and III (Figs. 4 and 5), from which there results a partition between space I and spaces III and IV (Fig. 17) which forms a U-shaped gas passage, coming from the burners and passing through the outlet flues; one of the branches is formed by space I of the hearth, the curved base is space II, and the second brandie is formed by spaces III and IV separated by a partition made of tubes.
At the fourth and fifth levels, the same arrangement of the series of eight transverse serpentine tubes with direction-reversing elbows is maintained for a part which extends approximately half the width and depth of the installation in space III, by reversing the level of the tubes in their series each time the series goes to a higher level. Four turns form the width of this part, the rest of the width of the installation being reserved for the superheater, as described below.
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B C D II E Ceiling tubes.
FGH - - - - H - - - - G - - - - FU - - - - ER - - - - D Bundle of turns of C - - - - C half-width, one H - - - - B height of 16 tubes.
A III - IV- - AU - - - - AF - - - - BF - - - - CE - - - - DU - - - - E IR - - - - F ---- GHH - - - - - - - - G - - - - - - - - F - - - - - - - - E - - - - - - - - - D - - - - - - - - C - - - - - - - - B - - - - - - - - A - III - - -IV - Bundle of turns A - - - - - - - - full width, B - - - - - - - - with a height of 16 tubes.
C - - - - - - - - D - - - - - - - - E - - - - - - - - - F - - - - - - - - G - - - - - - - - - H - - - - - - - - Complete circuit of the G walls delimiting the back of the fireplace.
D B
Beyond its part constituting the coil bundle, which has just been described, the series of eight tubes is bent to again bypass the walls of the installation and to extend across the top so as to form the tubular ceiling of the fireplace (Fig. 4), with curvatures k
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rooms with openings for the burner, the flame of which is directed downwards. In these parts of the series, the arrangement of the tubes is again reversed from that in the series of previously formed upper coils.
Note that all the vapor is formed in horizontal tubes exposed to radiation or swept away by hot gases, whether the tubes are located in the walls or extend across the gas stream, while the flames and the hot gases move first vertically from the top to the bottom, then across it to rise vertically from the base to the top. Each long steam generator tube, while being horizontal, is bent and disposed so as to occupy, in its different parts, different levels, the level changes always being upwards.
When changing from one level to another when changing the relative level of the tubes in a series or in a strip of eight tubes, when this passes to a higher level (as shown in Fig. 16), each tube is bent out of the plane of the wall which unites the parts lying at two different levels, and these bends are such that they direct the flow alternately down and up between the horizontal parts of the tube exposed to the cha - their. Elbows directing the circulation downwards and located outside the wall are shown in Fig. 16.
When the steam and water in a tube are made to flow downwards, a vapor pocket can form in an elevated part, and if this part of the tube were exposed to heat the tube could be damaged by overheating.
This inconvenience is avoided by placing the elbows in which pockets could form, outside the plane of
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the wall, where they are not exposed to heat.
The steam generator tube exposed to heat is horizontal over its entire length, and the general direction of flow is upward for the successive parts of each tube passing from one level to a higher level, the water entering at the base, and the steam and water coming out at the top; the vapor therefore moves constantly with the water and cannot form local zones with pockets of vapor, liable to be overheated.
Therefore, an important feature of the invention is the horizontal arrangement of the tubes with a general direction of flow directed upwards, these tubes being exposed to heat in a hearth where the flames and the first part of the gas path are. directed downwards, the gases then rising vertically, so that local overheating is avoided if the amount of feed water exceeds that which can be vaporized.
Although the description of the invention specifies that the water is divided into eight equal parts circulating in eight generator tubes, all arranged to receive the same quantity of heat, both by radiation and by convection, it is clear that the The invention is not limited to this particular mode of construction. The number of vaporization circuits may be other than eight, and it may vary depending on the size of the installation and other conditions, but this number is always greater than one.
Furthermore, the essential condition being the humidity of the steam supplied by the tubes, the water may be distributed between them unevenly and the distribution of the heat absorbed by the tubes may also be uneven, in relation with the quantity of water, such a distribution of heat being obtained by the choice of
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the length of the tubes or by their arrangement with respect to the hearth and the current of hot gases.
As shown in Figs. 1 and lA, the water enters the circuit through the valve 17 of the supply pipe going to the feed water pump 289 driven by the auxiliary turbine 287 which also operates the air pump 288 and the oil pump 290. The feed pump 289, which may be dual, supplies water to economizer 202 consisting of a main economizer section 202 and additional economizer sections 202a and 202b, each of which is from type which, as shown in Fig. 3, has horizontal collectors spaced in the vertical direction and connected by horizontal tubes, bent so as to form flat vertical coils with direction reversing elbows.
Below economizer 202b is superheater 242 of substantially the same construction. The construction is still the same for the primary and secondary air heaters 206 and 207, respectively, but the area thereof is advantageously increased by means of fins.
The working fluid circulates, in the generator, from the feed pump 289 to the inlet manifold of the economizer 202 and then, from its outlet manifold to the inlet manifold of the economizer section 202a, from the inlet manifold of the economizer section 202a. outlet manifold thereof to the inlet manifold of the economizer section 202b and through the final outlet manifold 201 of the combined economizer; the connecting conduits between the various sections are not of particular construction, except in that they are double and open, as shown in the drawing, at intermediate points of the collectors; these conduits are not specifically designated
AT
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ment by reference numbers, as their route is clearly indicated on the drawings.
From the economizer outlet manifold 201, the liquid passes, through line 203, to the inlet manifold of the secondary air heater 207 then, from the outlet manifold thereof, to the distributor: 204 which supplies the resistors 205 of the eight steam generator tubes A to H of the heating surface; the water entering the tubular conduits A to H crosses, in these, the steam-producing surface, following the tubes in the order previously described and represented in the diagrams above, and finally passes , through the ceiling tubes, in the conduits opening out, tangentially, into the separator 232.
In the separator, the water is separated from the saturated steam, and the excess or overflow water flows, at the base of the separator, through fixed and variable weirs 2 and 3, respectively (Fig. 1A ). The overflow water, at the temperature of saturated steam, reaches the inlet manifold of the primary air heater 206 where part of its heat is recovered by the air directed to the fuel burners 4 , after which the water passes into the water heater 354.
All the combustion air is supplied to the installation passing through the primary and secondary air heaters 206 and 207 then, through the burners 4, into the fireplace where the flame is directed downwards or to the bottom, and there the gases reverse 180 and move upwards through the two parallel passages J and K (Fig. 3) separated by a partition made of juxtaposed tubes and by a wall L made of any suitable refractory material, such as metal or non-metallic refractory.
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The main function of the air heater 207 is to cooperate with the resistors 205 to equalize the distribution of the economizer water between the eight steam producing tubes. Sometimes the water from the economizer can cause some steam to flow, and if a mixture of water and steam reaches the distributor manifold 204, the water and steam are evenly distributed among the eight tubes. becomes impossible to achieve. To prevent this from happening, the steam must be condensed so that only water reaches the manifold 204, and the air heater 207 can serve as an air-cooled condenser, to remove, in the outlet manifold, the vapor which would have penetrated, with the water, in the inlet manifold.
The constructional details of the generator, particularly the walls and supports, are such that pressure prevails throughout the combustion chamber and in the gas passages, all combustion air being supplied by the pump.
The generator comprises, in the first place, the stack of tubes which form the combustion chamber I with the aid of tubes carrying lugs as shown in FIGS. 11 and 12, these pins being arranged in four rows 300 to 304 behind the heat exposed surface 305 of each tube, and embedded in refractory material 306. The entire generator is surrounded by a coating of two layers of insulating material, of which one layer, designated 307 is highly refractory, while the other layer 308, which is the outer layer, may contain, for example, 85% magnesia and carries a protective metallic shell 309.
The entire construction is consolidated by uprights 310 and angles 311, as well as by transverse bars 312 and 313, the
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all forming an appropriate framework, assembled in a manner known per se, for example by welding. The metal side panels 309 are made more rigid by inserts 314 and 315; the entire assembly is designed to resist, without leaks, the pressure prevailing inside, which is greater than the outside pressure.
Inside the closed construction which has just been described are suspended supports or tie rods 316 and 317 fixed to the tubes of the economizer and the superheater which carry the tie rods, from above, by means of supports. ports 318 and 319 respectively, attached to the interior wall or to the partition between the heating chamber and the gas passages. The support 319 is carried by the lower end of parts 320 integral with the support 318. At the outer end of the wall, the elbows of the tubes are supported by each other, as indicated at 321.
Economizer 202 is similarly supported by bars 322 adjacent to the manifolds, and hanging bars 323 and 324 carry rods 325 and 326 hooked to the lower ends of pieces 327 hanging from cross member 328. and, therefore, the economizer tubes are surrounded by walls similar to those of the main part of the generator.
At the top and on the side of the generator structure is, on an extension 330 of the joists, an enclosure 329 which supports the primary and secondary air heaters 206 and 207 which receive the air coming from the pump 288 to entry 208 and deliver it to the air chamber 331 through the ceiling of the hearth chamber, this ceiling also having openings 232 intended to receive the burners 4 which direct their flames between the tubes of the
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ceiling, deformed for this purpose as shown in Fig. 4, and in focus I.
Fins 333 are provided to direct the air to places where the current bends at right angles to reach the inner tube 331, and a register 334 pivoting on the axis 335 and controlled by the lever 336 adjusts the current of air from the air heaters to the burners.
The air chamber of the fireplace is isolated from the current of the burnt gases evacuated through the economizer, by a partition 337 carried by a bar 338 which, with the casing of the generator, serves as a support for two series of shutters. or of registers M and N (designated by 83 in FIG. 1A), each of the flaps consisting of slats 339 carried by a pin 340 of which a lever 341 is integral, the levers being united in groups M and N by bars 342; on the other hand, the two groups are brought together to work together in such a way that one of the groups is open or closed, but they are never open or closed simultaneously.
Thanks to the existence of the partition between the gas passages III and IV, the described arrangement of the registers makes it possible to send, by an appropriate maneuver, all the combustion gases through the passage III to bathe the economizer 202b, if the group of registers M is closed and N open. By closing the group of registers N and opening the group M, all the gases can be sent through passage IV to bathe the superheater or, by bringing the registers to intermediate positions, the proportion of the gases can be adjusted. taking both paths, in order to correct the overheating temperature.
It follows from the foregoing that the arrangement and arrangement of the heating surface for the purpose of equalizing the heat received by each of the eight steam generator tubes results in thermal symmetry throughout the generator.
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and that the equalization of the water supply, carried out at the same time, has the effect of making the degree of humidity of the steam in the superheater uniform, and at the same time there is provided a control mechanism, shown in Fig. lA, which controls the generator.
In order to understand the operation of the generator, it must be borne in mind that the flow of steam to the steam engine, or the throttling position in the steam line of the superheater is the element which determines the rate. steam production.
Since the generator has a low liquid capacity, a reduced heat storage capacity and a high rate of steam production, the feed water inlet must necessarily be continuous and always proportionate to the steam flow; It is also necessary to take into account the desired bypass of gas for the superheating, and the evacuation, at the separator, of liquid in an amount between a maximum and a minimum, and it is also necessary to provide means to allow the generator to follow instantly variations in the rate of steam production, regardless of the size and speed of these variations, while maintaining operational safety and high efficiency in all circumstances, from zero capacity up to 'at high loads.
Fig. 1A is a diagram illustrating a method and apparatus for controlling the operation of a generator of the type described, these apparatuses cooperating with the generator so as to enable it to achieve all the performances of which it is capable.
The generator described is of the type whose section
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generator is composed, as already said, of long separate tubes of small cross-section, connected in parallel between suitable manifolds or fittings, supplied with water at one end, delivering a mixture of steam and water to the separator and supplying, then, only superheated steam at the outlet end, while the excess water is left to the separator, and this generator operates as follows:
The water from the collector 201 of the economizer is introduced into the distributor 204 which delivers the water to the steam generator section comprising eight tubular circuits A to H receiving the water through circulation resistors 205 .
As shown in Figs. 13 to 15, each of these resistors has a connection 343 which receives water from the distributor 204 via a connector 344 and a long coil of small section 345 which opposes a resistance to the flow or causes a drop. of greater pressure than that caused in circuit A to H in front of which this coil is interposed. The length of each coil 345 of given section is calculated for each of the circuits A to H so that each of these receives, at all times, the same fraction of the total quantity of water.
The ends of these coils 345 are connected, at 346, to the base 347 which constitutes a cap welded at 348 to the end of that of circuits A to H which is supplied by the resistance. A collar 349 is welded to the base 347 and on this collar is crimped the end 350 of a bellows 351, the other end of which is crimped on a similar collar 352 screwed into the plate 353 of the casing of the hearth; in this way a gas-tight assembly is produced between the casing of the hearth and the resistances, which allows the or-
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Flexible ganes assembled to expand and contract.
The water divided in equal parts by the resistors 205, circulates in each of the tubes successively through the parts of these belonging to the lower part of the wall of the hearth, to the beam ensuring the convection, to the partitions, to the upper part from the wall of the fireplace and to the ceiling thereof, in the order shown, and finally the water from the ceiling of the fireplace is discharged into the separator 232.
The excess water flows to the separator, as an overflow, through the fixed weir 2 and the variable weir 3, passes into the primary air heater 206, and from there to the open feed water heater 354 with a hearing 355; in this heater, this water comes to mix, by heating it, with the feed water which is then brought through line 356 to the auxiliary pump 357 then, through a strainer 358, to a battery of two pumps feed 289 actuated by the auxiliary turbine 287 which also actuates the air pump 288 and the fuel oil pump 290, all of these apparatus being shown schematically in FIG. 1A.
In this Fig. 1A, the circulation path from the feed water inlet to the superheated steam outlet is shown as a single sinuous tube in which the separator is interposed. Water is supplied to economizer section 202, through conduit 11, by pump 289 which, as shown in FIG. 2 is a positively controlled pump, the flow rate of which is substantially proportional to the speed, but which may be of any suitable type.
From generator section 202 liquid passes to the steam generator section, the air heaters being omitted from the diagram for clarity, as the air heating is not subject to adjustment. From section
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generator of steam, the water and saturated steam are poured together into the separator 232. From the separator, the saturated steam passes into the superheater 242 which it leaves through the duct 244 connected to the main steam turbine 12 which represents , for example, the machine using steam. The combustion products pass successively through the steam generator, the superheater and the economiser and may come into contact with all or part of the surface providing convection, depending on the position of the flaps M and N, as explained below.
An auxiliary turbine 287 drives the feed water pump 289, the air pump 288 and the fuel oil pump 290. These devices are all driven by the same shaft, although they may have different speeds. Speed reducers or necessary transmission components not shown. The feed water flow rate is very substantially proportional to the speed of the feed pump.
The flow of fuel oil supplied to the burners 4 is regulated, first of all, by the speed of the oil pump 290, but also by the throttling of the regulating valve 13 inserted in the pipe 5; flow through this pipe 5 is constantly measured by the measuring device 14.
The combustion air flow rate is determined, firstly, by the speed of the blower 288, but also by the register 15 located in the duct 7 downstream of the blower, since it is necessary to be able to adjust this flow in order to maintain an appropriate ratio between the quantities of fuel and air, the blower not being a positively driven pump, like the fuel and water pumps. The air flow is constantly measured by the measuring device 16.
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The flow of liquid under pressure, through the pipe 11 is regulated by the speed of the pump 289, but also by the position of the adjustment valve 17 on the suction side of the pump, and by the adjustment valve 18 in the bypass on the pump.
During the operation of such a generator, certain variable quantities are measured, indicated and used as a basis for the automatic adjustment of the flow of liquid and that of the combustion elements supplied to the fireplace.
The adjustment system is made up as follows:
In the diagram Fig. 1A, 19 denotes a pressure sensitive device, such as a Bourdon tube connected to the duct 244 and provided with an index 20 cooperating with a scale 21 in order to indicate, at any time, the pressure of the steam delivered. 22 is a temperature sensitive device, such as a Bourdon tube, forming part of a temperature sensitive system, located near the duct 244, the Bourdon tube comprising an index 23 cooperating with a scale 24 to indicate , at any time, the temperature of the steam delivered and to control the superheating regulating flaps 83 (M and N).
As the generator flow indicator, a flow meter 78 is used connected to conduit 244 through an orifice plate or other constriction 79. This flow meter can move, vertically, the stem of a pilot valve. 43, in order to modify the opposing air pressure acting on the relay 47 in relation to the steam flow.
The Bourdon tube 22, sensitive to variations in the temperature of the steam delivered, moves, vertically, a
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pilot rod 80 with a view to modifying the antagonistic air pressure acting on a pneumatic valve 82, which regulates the position of flaps 83, the latter possibly corresponding to flaps M and N of FIG. 8. As already explained, these volets are arranged, with respect to the path of the fluid through the generator and with respect to the control of the circulation of the gases, in such a way that they regulate the absorption of heat by the different parts of the gas. circulation path in the steam generator and hence the temperature of the steam delivered.
29 shows a device, the operation of which depends on the water level in the separator 232, and which comprises a pressure envelope surrounding a U-shaped mercury tube connected to the top and to the base of the separator. A float follows the level of mercury in one of the branches and thus moves an index 30 in front of a scale 31, instantaneously indicating the level of water in the separator.
The flow rate measuring device, generally designated by 14, and intended to measure the flow rate of fuel supplied to the furnace, may be a differential pressure device capable of correcting the nonlinear relationship between the differential pressure and the flow, so that the angular position of an index 32 movable in front of a scale 33 varies in direct relation to the variations of the flow. Inside the device 14, the broken lines outline the internal construction, in particular of a bell with a hydraulic seal, with very thick walls.
The measuring device 16 which measures the combustion air flow is similar to the device 14 and controls the movements of an index 36 in front of a scale 37, to
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constantly and instantly indicate the air flow sent to the fireplace. The arrival of water to the fluid circulation path and the arrival of the combustion elements to the hearth are regulated, firstly by varying the speed of the auxiliary turbine 287, the water supply to the generator being used. as the basis for this setting. However, to take account of the possible difference between the characteristics of the pumps 289 and of the blower 288, as well as of the variations in the operating conditions, a readjustment means is provided to supplement the main adjustment of the combustion elements.
For air, this means is given by the register 15 located upstream of the blower 288 and controlled by a pneumatic regulator 38.
For fuel, the means of adjustment consists of a regulating valve 13 located in pipe 5 and sensitive to deviations from the desired relationship between the measured flow rates of oil and air.
The speed of the auxiliary turbine is controlled by varying the degree of opening of regulating valves 39 which admit steam to the turbine at a relatively low pressure and which, under certain operating conditions, additionally admit steam. under relatively high pressure. For example, the low pressure steam may be the exhaust steam from the main turbine 12, or derived steam from that turbine, while the high pressure steam may come directly from the steam generator. A pneumatic regulator 40 determines the position of the valves 39 under the influence of the opposing air pressure established by a relay 41.
The regulation of the water supply (by varying the speed of the water pump) is preferably carried out as a function of the feed water flow rate, the steam flow rate
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and the water level in the separator.
As already stated, the measuring device 78 is sensitive to the steam flow from the generator and controls the vertical displacement of a pilot rod 42 in the casing of a pilot valve 45 which can be supplied with compressed air, as indicated by the small arrow.
Pressurized air is pumped into the casing 43 and, due to the construction of the pilot valve, when the rod 42 is moved upwards, an opposing air pressure increasing in a determined relation with the displacement, whereas, if the rod 42 is moved downward, the available counteracting air pressure decreases in a determined relationship with the displacement. The ordinary tubes or capillaries which transmit the opposing air pressure are represented, in the drawing, by broken lines to better distinguish them from other devices or conduits; such a tube is shown at 46, and it transmits to a differential relay 47 an opposing air pressure which is in known relation to the steam flow.
Similarly, the liquid level indicator 29 vertically displaces a pilot rod 48 to establish at the relay 47, via the connection 49, an opposing air pressure characteristic of the liquid level. The pressure is transmitted from this relay, by a connection 62, to a diaphragm regulator calibrated by spring which controls the valve 17 of the suction pipe of the water pump; it can therefore be seen that variations in the opposing air pressure, transmitted either by connection 46 or by connection 49, intervene to modify the air pressure and to actuate, consequently, the calibrated diaphragm regulator which controls valve 17.
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The valve 17 functions as a variable orifice on both sides of which there is a differential pressure in known relation with the flow of liquid through the valve 17. The pressures prevailing on either side of the valve act, via the tubes 63 and 64, on relay 41. Counteracting pressure built up by relay 41 acts, through connection 68, on pneumatic regulator 40 to control turbine valves 39, so as to prevent failure. runaway and irregular operation due to the characteristics of relay 41, and therefore the position of regulator 40 is not necessarily in direct relation to the position of valve 17.
In general, the position of the valve 17 is determined as a function of the steam flow and the water level in the separator and, as already said, this valve constitutes a variable orifice in the suction line of the pump. with water. The relay 41 which receives the differential pressure prevailing on either side of the valve 17, controls the regulator 40 and the valves 39 of the turbine, in order to adjust the speed of the water pump 289 so that the pressure - differential pressure on either side of the valve 17 is kept constant regardless of the degree of opening of the valve 17 and, in this way, the water supply to the water pump is regulated proportionally both to the steam flow rate than at the water level in the separator.
If the steam flow increases, the pilot rod is lifted by a proportional amount, proportionally increasing the opposing air pressure acting through connection 46, lowering the relay rod 47 and thus increasing the pressure d antagonist air in connection 62. The resulting variation in the degree of opening of valve 17 changes the pressure
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differential acting on the relay 41, varies the counter pressure which, through the regulator 40, controls the throttle valves 39 of the auxiliary turbine and thus produces an increased flow of water through the duct 11, in relation with the increased steam flow from the steam generator.
If the liquid level in the separator 232 tends to drop, the pilot rod 48 rises, increasing the counter pressure in the relay 47 which, in a similar manner, further opens the valve 17 supplying the pump and increases. the flow of water supplied to the generator.
It will be noted that the valve 17 is controlled as a function of the steam flow rate of the generator, and as a function of the water level in the separator, while the speed of the water pump depends not only on these two variables but also on the rate of circulation of water to and through the pump.
The device 29 which depends on the water level also controls, via the pilot rod 48, the position of the variable overflow valve 3, so that in the event of a rise in the water level in the separator 232 above a predetermined height, the valve 3 opens to the desired extent and accentuates the normal discharge, through the overflow 2, towards the duct 1.
The pressure of the steam delivered acts, through a Bourdon tube 19, on a pilot valve 69, to establish an opposing air pressure acting, through the connection 70, on a valve 18 in bypass. on the feed pump, and on register 15. If the vapor pressure drops below a predetermined value, valve 18 and register 15 both tend to open, each from a predetermined position. This intervention is particularly desirable in the event of an increase.
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sudden and heavy load on the generator, which could cause a marked drop in vapor pressure.
When such a sharp and large increase in steam flow occurs, tending to reduce the steam pressure, the speed of the auxiliary turbine increases and damper 15 opens. At this time, it is desirable to speed up the inflow of fuel and air, without immediately stepping up the water supply. The establishment of a bypass on the pump, by means of the valve 18, reduces the flow of water through the conduit 11 and the valve 17 and causes an acceleration of the turbine to restore the original water flow. and thereby increase the flow of oil and air.
Without the bypass we would not only be deprived of this advantage, but the instantaneous increase in water flow as a result of the increase in turbine speed would be too great to allow the use of the low capacity. heat storage in the generator. The adjustment of regulator 38 and valve is preferably such that they are sensitive only to predetermined variations in vapor pressure corresponding to the counteracting air pressure in port 70. For example, register 15 can be operated whenever the vapor pressure varies, from a predetermined value, in either direction, while valve 18 can remain fully closed until the pressure steam descends, to a predetermined extent,
below the desired value. Beyond this point, valve 18 would begin to open and damper 15 may or may not be fully open while valve 18 is opening.
The flow rate of the combustion elements is preferably regulated, first of all, by the speed variation n
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of the auxiliary turbine, which varies the speed of the blower and the oil pump in unison with the flow of liquid. When the air flow has been readjusted using the register 15, and this flow has been measured using the measuring device 16, the regulating valve 13 is brought into the oil duct, to put the flow of oil in relation to that of air. To this end, the measuring devices 14 and 16 are connected by a linkage 71 which controls a pilot rod 72 to establish an opposing air pressure in the duct 73 of a relay 74.
The opposing air pressure resulting from the operation of the relay 74 acts, via the line 75, on the regulating valve 13, as soon as the air flow rate / fuel flow rate ratio deviates from a predetermined value, and at the same time, it controls a regulating valve 76 which regulates the arrival of atomizing vapor to the oil burners 4, this vapor arriving through a duct 77.
The automatic control circuit comprises electrical control devices and circuits. When starting up the installation, the generator is first put under pressure, igniting the main burners 4 by means of a gas torch 8 and a spark ignition device S, the gas torch 8 being supplied by pipe 9 comprising a regulating valve 10. The installation goes through an ignition cycle which, in the event of a flame failure, is interrupted by an appropriate device, so that re-ignition is provided by a U photocell.
The system also includes various safety devices, but the automatic adjustment of the control devices is such that from the first ignition of the torch 8 of the main fuel burner, all the --- devices
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commands intervene immediately to put the generator into operation and under pressure, after which the whole system acts according to the flow of steam through line 244.
When the generator is running, a drain pipe is used going from the outlet of the superheater to the condenser or the hot water source, and, this pipe being open, the pump 357 is started. the auxiliary turbine 287 is turned on and immediately operates the water feed pump, blower and oil pump, designated 289, 288 and 290, respectively. The start of these auxiliary machines has the effect of filling the separator 232 and returning water from the drain opening of the separator to the hot water source or to the pump 357.
Then, the flow of steam is established to a fuel oil heater, not shown, and the automatic control system is put into service, by opening an air duct supplying the system. Therefore, the speed of the auxiliary turbine is automatically kept to a minimum, because there is no flow of steam through the measuring port, and also because of the high level at the inside the separator. The pressure-dependent control device keeps the dampers fully open, but the air flow remains low due to the minimum speed of the auxiliary turbine driving the blower. When the main burner is on, the control system increases the excess air to keep the heating at a reduced rate.
As soon as the generator is started, the automatic control is charged.
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maintaining the desired ratio between the quantities of air and fuel. The separator overflow valve is kept wide open by the high level in the separator, but cannot reduce the level in the separator to the normal height until the pressure in the generator is built up, and the During start-up, water therefore flows through both the overflow weir and the superheater drain. When these conditions are established, the main fire is lit, which is done simply by closing a switch in the circuit supplying current to the electric burner ignition system.
Closing this switch energizes the ignition device and supplies fuel to an automatic ignition torch. After a certain delay, the oil flow to air flow ratio adjuster actuates a valve in the oil duct to maintain the oil flow in relation to the air flow, and as soon as the the oil flame starts to burn, the torch and the ignition device are automatically stopped. When pressure is reached in the generator, the separator begins to empty.
When the level drops to a predetermined height for adjustment, the accelerated overflow valve closes and the level in the separator takes care of adjusting the speed of the auxiliary turbine and raises it to the value determined by l Constant water flow through the overflow pipe and steam exiting the superheater trap.
When the generator reaches operating pressure, it is put into service by opening a shut-off valve in the outlet duct of the superheater, or by means of a one-way valve, and the bleed valve of the boiler. overheating
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feur is closed. The speed of the auxiliary turbine and of the auxiliary machines which it drives is then regulated by the steam flow rate measured in relation to the steam demand, and the other regulating devices carry out the necessary readjustments to maintain the operation under the desired conditions.
Although it has been stated that the working fluid is water converted to water vapor, it is understood that other liquids and their vapors can be used, and that the invention relates to heat generators. steam in general, not just steam generators.
CLAIMS -----------------------------
1.- Forced circulation generator or boiler, comprising a large number of long steam generator tubes of small cross-section and means of supplying each tube with liquid in a quantity exceeding its vaporization capacity between the inlet and outlet connections. outlet, as well as parallel gas passages, one of which contains a hearth heated by combustion elements, each of the steam-generating tubes being horizontal for most of its length but bent so that different parts of each tube are located in the walls of the hearth, in a wall of the gas passage, and in a partition dividing the gas passages.
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