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Perfectionnements aux générateurs de vapeur.
La présente invention concerne des générateurs de vapeur du type à circulation forcée comportant un grand nom- bre de tubes générateurs de vapeur de faible section et de longueur relativement grande, chauffés par des éléments de combustion. Le but principal de l'invention est d'assurer que l'eau d'alimentation fournie aux tubes générateurs de vapeur soit partagée, entre ces tubes, en rapport avec la quantité de chaleur absorbée par chaque tube.
Suivant l'invention, et dans le but d'assurer l'uni- formité ou la proportionnalité de la répartition de l'eau
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d'alimentation entre les multiples tubes du générateur de vapeur, un distributeur d'eau d'alimentation est disposé à l'entrée de chaque tube, et des mesures sont prises pour éviter la présence, en amont du distributeur, de vapeur qui fausserait la répartition; on y arrive à l'aide d'un appa- reil échangeur de chaleur dont la capacité d'absorption de chaleur est suffisante pour soustraire de la chaleur à l'eau d'alimentation préchauffée amenée au distributeur.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'invention.
Fig. 1 est le schéma d'un système générateur de vapeur auquel l'invention est applicable 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 absor- bant la chaleur, les éléments géométriques, tels que formes., positions relatives ou niveaux, n'étant pas respectés.
Fig. 2 est une vue en perspective du générateur, avec les appareils auxiliaires qui servent à réaliser l'in- vention.
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 en élévation, à plus grande échelle, des distributeurs ou résistances à la circulation d'eau, cette figure montrant aussi la disposition des résis- tances.
Fig. 5 est une coupe suivant la ligne 14-14 de la Fig. 4.
Fig. 6 est une coupe, à plus grande échelle, sui- vant la ligne 15-15 de la Fig. 5.
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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- mention à la sortie de la vapeur surchauffée, ainsi que le foyer et le courant de gaz chauds.
Sur la Fig. l, la section d'ébullition ou génératri- ce 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 commencent dans un collecteur d'en- trée 204, une résistance réglable à la circulation d'eau,205, étant toutefois, interposée entre le collecteur 204 et cha- cun des huit passages.
Une telle résistance est représentée, en détails, sur les Figs. 4 à 6, et sa fonction est de ré- gler la différence de la résistance à l'écoulement et de la chaleur fournie aux divers passages, ceux-ci étant initiale- ment établis de façon à avoir approximativement la même lon- gueur 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 uni- forme 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 produc- tion de vapeur, et qui constitue une caractéristique importan- te de l'invention, consiste en ce que les tubes sont disposés- n côte-à-côte dans les parois du foyer, dans le passage des gaz
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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, aux en- droits où ils passent à un niveau supérieur, avec renverse- ment simultané de leur position relative dans la série ;
tubes sont aussi coudés de façon à constituer un faisceau transversal s'étendant, d'une manière nouvelle, en travers du passage des gaz, afin que non seulement chacun des longs tubes coudés absorbe la même quantité de chaleur, par rayon- nement 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 des intervalles équivalant approximativement au diamètre d'un tube, ce qui rend les tubes accessibles et permet de leur adjoindre une surface complémentaire de toute forme voulue; ce qui est important aussi est que cela permet de remplir les interstices 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 améliorer, ainsi que l'absorption de la chaleur du foyer et la combustion elle- même.
Les huit tubes producteurs de vapeur A à H commen- cent à la base de la paroi et forment une bande, de la hau- teur de huit tubes, tout autour de la périphérie qui, avec le réfractaire de remplissage et la surface complémentaire entre
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les tubes, comprend la base de quatre parois planes, et les tubes de la série ainsi formée sont superposés 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, on désignera par A le tube inférieur, 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 relevée à un niveau supérieur et disposée sous forme d'un serpentin horizontal plat transversale 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 derrière le foyer I. Les tubes ainsi coudés sont superposés de 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 tubes 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 montant 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 pen-
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dant que la série est à son niveau inférieur, est amené à occuper la position supérieure dans sa série quand celle-ci est au niveau supérieur suivant, et le même tube est ramené à la position inférieure dans la série quand celle-ci monte au troisième niveau.
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 li- mitée à ce mode particulier de construction. Le nombre des circuits de vaporisation peut être autre que huit, et il peut varier suivant l'importance de l'installation et d'au- tres conditions, mais ce nombre est toujours plus grand que un.
En outre, la condition essentielle étant l'humidité de la vapeur fournie par les tubes, l'eau peut être répartie entre ceux-ci de façon inégale'et la répartition de la cha- leur 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 la longueur des tubes ou par leur disposition par rapport au foyer et au courant des gaz chauds.
Comme le montre le schéma de la Fig. 1, 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 com- posé d'une section d'économiseur principal 202 et de sections d'économiseur supplémentaires 202â et 202b, chacune de celles-
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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 direc- tion.
En-dessous de l'économiseur 20b se trouve le surchauf- feur 242 de construction sensiblement pareille. La construc- tion est encore la même pour les réchauffeurs d'air primaire et secondaire 206 et 207, respectivement, mais la surface de ceux-ci est avantageusement augmentée à l'aide d'ailettes.
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 collecteur de sortie de celle-ci vers le collecteur d'en- trée de la section d'économiseur 202b et par le collecteur final de sortie 201 de l'économiseur combiné; les conduits de raccordement 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 in- termédiaires des collecteurs; ces conduits;ne sont pas dési- gnés particulièrement 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 collec- teur 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 productrice de vapeur, en suivant les tubes dans l'ordre précédemment décrit et passe finalement, à travers
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les tubes du plafond, dans les conduits débouchant, tangen- tiellement., 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. L'eau de trop-plein, à la températu- re de la vapeur saturée, atteint le collecteur d'entrée du réchauffeur d'air primaire 206 où une partie de sa chaleur est récupérée par l'air dirigé vers les brûleurs de combus- tible 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 flamme est dirigée vers le bas ou le fond, et là les gaz rebroussent de 180 et se dirigent vers le haut à travers les deux passa- ges parallèles J et K séparés par une cloison faite de tubes juxtaposés et par une paroi L faite en toute matière réfractai- re appropriée, telle que du métal ou du réfractaire non mé- tallique.
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 entraf- 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 impossi- ble à réaliser. Pour empêcher cette éventualité, il faut con- denser la vapeur de façon que de l'eau seule atteigne le col- lecteur 204, et le réchauffeur d'air 207 peut servir de con- denseur 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.
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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 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 qui commande le générateur.
Le g,énérateur décrit est du type dont la section 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 séparateur 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 tubu- laires A à H recevant l'eau à travers des résistances à la circulation 205.
Comme le montrent les Figs. 4 à 6, 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 chaque 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,
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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 orga- nes 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 su- périeure 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.
REVENDICATIONS ---------------------------
1) Générateur de vapeur du type à circulation forcée comportant plusieurs tubes générateurs de vapeur de faible section et de longueur relativement grande, chauffés par des éléments de combustion et alimentés de liquide par l'intermé-
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diaire d'un économiseur chauffant le liquide avant l'arrivée de celui-ci aux tubes générateurs, caractérisé par un distri- buteur répartissant le liquide d'alimentation entre les tubes générateurs sensiblement en rapport avec la chaleur absorbée par chacun des tubes et situé à l'entrée de chaque tube, et par un appareil échangeur de chaleur susceptible de soustraire de la chaleur au liquide d'alimentation chauffé fourni au distributeur,
dont la capacité d'absorption de chaleur est suffisante pour maintenir le liquide d'alimentation fourni au distributeur à une température inférieure à la températu- re de saturation, afin d'assurer l'absence de vapeur dans le distributeur.
2) Générateur de vapeur suivant la revendication 1, dans lequel l'appareil échangeur de chaleur est destiné à préchauffer l'air comburant.
3) Générateur de vapeur suivant la revendication 1 ou 2, comportant un foyer composé d'un passage de gaz en forme d'U sensiblement vertical dans lequel les éléments de combustion sont pompés à l'une des extrémités, caractérisé en ce que le réchauffeur d'air est disposé tout près de l'en- trée du passage de gaz.. d'un côté de celle-ci.
4) Générateur de vapeur suivant la revendication 1 ou 2, comportant un foyer composé d'un passage de gaz en for- me d'U sensiblement vertical dans lequel les éléments de com- bustion sont pompés à l'une des extrémités et contenant un économiseur disposé près de la sortie du passage de gaz en forme d'U,caractérisé en ce que le réchauffeur d'air est disposé sensiblement au niveau de l'économiseur, mais sur le côté de l'entrée du passage des gaz opposé à l'économiseur.