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"Dispositif pour resurchauffer la vapeur dans les machines motricea"
On constate, dans les machines à vapeur à simple ou à multiple expansion, que le fluide, à la fin de la détente finale, est un mélange de vapeur el;. d'eau, même lorsque la vapeur est employée sous la forme surchauffée. C'est pourquoi, dans les machines à multiple expansion, on a essayé à plu- sieurs reprises de profiter de la faculté que l'on a de capter le fluide entre deux étages de détente pour le surchauffer à nouveau.
Mais le problème ainsi posé se heurte en pratique à des difficultés qui, jusqu'ici, ont retardé la généralisation
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de la méthode, principalement dans le cas où l'on ne dispose, pour l'appareil évaporatoire et surchauffeur, que d'un espace restreint, comme sur les locomotives, par exemple.
Dans ce dernier cas, qui est celui de la double expansion, les éléments surchauffeurs haute pression sont placés dans des tubes ad-hoc, qui occupent jusqu'aux deux- tiers de l'ensemble du faisceau tubulaire. On conçoit donc qu'avec les dispositions courantes, on ne puisse conserver, d'une part, la totalité des éléments affectés à la haute pression, et d'autre part, disposer, uniquement pour la basse pression, d'un nombre d'éléments supplémentaires suffisant pour resurchauffer la vapeur à basse pression, dont le volume spécifique est, à ce stade, quatre fois plus grand, environ, que pour la haute pression.
On voit immédiatement que, faute d'affecter à ce dernier emploi un nombre suffisant d'éléments, on n'offre à la vapeur basse pression qu'une section de passage insuffi- sante, entrainant fatalement des pertes de charge qui, jus- qu'ici, ont été absolument prohibitives.
La présente invention a pour objet de réaliser la resurchauffe entre deux étages de détente en n'entraînant qu'un perte de charge acceptable.
A cet effet, dans une première forme d'exécution, l'invention consiste à profiter de la possibilité que l'on a d'utiliser un certain nombre d'éléments supplémentaires, identiques à ceux employés pour la haute pression (éléments donnant par conséquent une haute température), en ne dirigeant dans ce faisceau qu'une fraction de la vapeur à resurchauffer.
On obtient ainsi, par mélange avec la vapeur non resurchauffée, un ensemble à température convenant pour la basse pression.
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Comme la circulation de la fraction de vapeur resurchauffée ne peut se faire dans les éléments correspondants que moyennant un apport de l'énergie nécessaire pour vaincre les résistances passives, on dispose une pompe de circulation, par exemple, dans le trajet de la vapeur dérivée.
Au dessin annexé, la fig. 1 représente, en coupe longitudinale, une disposition de ce genre.
La vapeur saturée arrive pan le tuyau 1 dans la chambre 2 de vapeur saturée du collecteur: de là elle se dirige par 3 vers le surchauffeur 4, qui est du type annulaire dans cet exemple ; en sort à l'état surchauffé par le tuyau 5 qui l'amène dans la chambre 6 de vapeur surchauffée du collecteur. La vapeur surchauffée se rend par ? aux cylin- dres HP. Elle les quitte par la tuyauterie 8 qui débouche dans un réservoir intermédiaire .
C'est en ce point que, suivant le dispositif objet de l'invention,est prise une dérivation 10 vers le resurchauf- feur.
11 est unepompe de circulation.
12 est une chambre de vapeur à resurchauffer, d'où un tuyau 14 amène cette vapeur à un.resurchauffeur annulaire 15 elle en sort resurchauffée par 16 qui la conduit dans la. chambre 13; 17 est le retour de cette fraction resurchauffée dans le réservoir 9, où se fait ainsi un mélange à tempéra- ture convenable qui a'écoule en 18 vers les cylindres BP.
Pour éviter la complication de la pompe de circula- tion ou autre moyeh équivalent, une seconde forme d'exécution de l'invention a été conçue d'après les modalités suivantes :
Certains types de surchauffeurs sont établis de tell: façon qu'ils localisent la partie active de leurs éléments au
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voisinage du foyer. Tel est le cas, en particulier, d'une forme spéciale du surchauffeur connu sous le nom de Itsurchauffeur annulaire", lequel ne présente dans s moitié la plus voisine de la boite à fumée, que les deux tubes de raccordement, lais- sant ainsi un emplacement disponible qui peut recevoir, par exemple, deux autres tubes¯formant la boucle simple d'un élé- ment de surchauffe raccourci indépendant du premier.
Dans ces conditions :
1 , en doublant par un élément BP tous les éléments HP,
2 , en affectant à la vapeur BP de nouveaux éléments¯ analogues aux HP, et en les doublant également comme il est dit ci-dessus, on peut doubler sensiblement, par rapport au surchauffeur HP, la section de passage offerte pour la resur- chauffe, avec une perte de charge du même ordre que pour la surchauffe HP.
La fige 2 représente en perspective schématique un dispositif ainsi établi :
19 est le tube à fumée de dimension voulue pour recevoir l'un des n éléments surchauffeurs HP. 20, par exempl du type annulaire, avec son tube d'amenée de vapeur 23, venant du collecteur de vapeur saturée 24 et son tube de sortie 25 se rendant au collecteur de vapeur surchauffée 26.
22 est le tube à fumée recevant l'un des n (environ) éléments resurchauffeurs BP 27 avec ses tubes d'amenée 28 venant du collecteur BP 29, et de sortie 30 se rendant au col- lecteur de vapeur resurchauffée 31.
Chacun des tubes à fumée 19 ou 22 reçoit en outre, dans sa partie voisine de la boite à fumée, un élément resur-
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chauffeur constitué par une boucle simple 32, 33 et 34, 35 reliés également aux collecteurs BP 29 et 31.
Pour a éléments surchauffeurs, en obtiendra ainsi environ 2n éléments resurchauffeurs, proportion indispen- sable pour n'avoir qu'une perte de charge acceptable.
Il convient de remarquer que tous les éléments de resurchauffe ne sont pas identiques : on aura 3n éléments constitués par une boucle simple, éloignée du foyer, et n éléments analogues en tous points aux éléments HP. La tem- pérature ne sera donc pas la même au sortir de chacun des types d'éléments, mais il sera très facile, par une diapo- sition appropriée du collecteur de vapeur resurchauffée, d'obtenir un mélange convenable de la vapeur avant son envoi dans les cylindres basse pression.
D'ailleurs, on pourra pallier, tout au moins dans une certaine mesure, à cet inconvénient, et diminuer en même temps la perte de charge dans les éléments intéressés, en choisissant convenablement les dimensions des éléments cons- titutifs.
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"Device for re-superheating steam in motricea machines"
It can be seen, in single or multiple expansion steam engines, that the fluid, at the end of the final expansion, is a mixture of el i steam. of water, even when steam is used in the superheated form. This is why, in machines with multiple expansion, attempts have been made on several occasions to take advantage of the faculty which one has of capturing the fluid between two expansion stages in order to overheat it again.
But the problem thus posed comes up in practice with difficulties which, until now, have delayed generalization.
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of the method, mainly in the case where only a limited space is available for the evaporator and superheater, as on locomotives, for example.
In the latter case, which is that of double expansion, the high pressure superheater elements are placed in ad hoc tubes, which occupy up to two-thirds of the entire tube bundle. It is therefore understood that with current arrangements, it is not possible, on the one hand, to keep all the elements assigned to the high pressure, and on the other hand, to have, only for the low pressure, a number of additional elements sufficient to re-superheat the steam at low pressure, the specific volume of which is, at this stage, four times greater, approximately, than for the high pressure.
We immediately see that, failing to allocate a sufficient number of elements to this latter use, the low pressure steam is only offered an insufficient passage section, inevitably leading to pressure drops which, until 'here were absolutely prohibitive.
The object of the present invention is to achieve the re-heating between two expansion stages while causing only an acceptable pressure drop.
To this end, in a first embodiment, the invention consists in taking advantage of the possibility of using a certain number of additional elements, identical to those used for high pressure (elements therefore giving high temperature), by directing into this beam only a fraction of the steam to be re-superheated.
Thus, by mixing with the non-superheated steam, a temperature assembly suitable for low pressure is obtained.
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As the circulation of the fraction of re-superheated steam can only take place in the corresponding elements by supplying the energy necessary to overcome the passive resistances, a circulation pump is placed, for example, in the path of the derived steam.
In the accompanying drawing, FIG. 1 shows, in longitudinal section, an arrangement of this kind.
The saturated steam arrives through the pipe 1 in the saturated steam chamber 2 of the manifold: from there it goes through 3 to the superheater 4, which is of the annular type in this example; exits in the superheated state via pipe 5 which brings it into the superheated vapor chamber 6 of the manifold. Superheated steam goes by? to the HP cylinders. It leaves them via the pipe 8 which opens into an intermediate tank.
It is at this point that, according to the device which is the subject of the invention, a bypass 10 is taken to the reheater.
11 is a circulation pump.
12 is a steam chamber to be re-superheated, from where a pipe 14 brings this steam to an annular superheater 15 it comes out re-superheated through 16 which leads it into the. room 13; 17 is the return of this re-superheated fraction to tank 9, where a mixture is thus made at a suitable temperature which flows at 18 to the LP cylinders.
To avoid the complication of the circulation pump or other equivalent means, a second embodiment of the invention has been designed according to the following methods:
Certain types of superheaters are established in such a way that they locate the active part of their elements at the
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neighborhood of the home. This is the case, in particular, with a special form of the superheater known under the name of its annular superheater ", which only has the two connecting tubes in the half next to the smoke box, leaving an available location which can accommodate, for example, two other tubes ¯ forming the single loop of a shortened superheating element independent of the first.
In these conditions :
1, by doubling all the HP elements with a BP element,
2, by assigning to the LP steam new elements similar to the HP, and by also doubling them as mentioned above, it is possible to substantially double, in relation to the HP superheater, the passage section offered for re-heating , with a pressure drop of the same order as for the HP overheating.
Fig 2 shows in schematic perspective a device thus established:
19 is the smoke tube of the desired size to receive one of the n HP superheater elements. 20, for example of the annular type, with its steam supply tube 23, coming from the saturated steam collector 24 and its outlet tube 25 going to the superheated steam collector 26.
22 is the smoke tube receiving one of the n (approximately) BP re-superheating elements 27 with its inlet tubes 28 coming from the BP manifold 29, and outlet 30 going to the re-superheated steam manifold 31.
Each of the smoke tubes 19 or 22 also receives, in its part adjacent to the smoke box, a resur-
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driver consisting of a single loop 32, 33 and 34, 35 also connected to the BP collectors 29 and 31.
For a superheating elements, approximately 2n reheating elements will thus be obtained, an essential proportion in order to have only an acceptable pressure drop.
It should be noted that all the re-superheating elements are not identical: there will be 3n elements constituted by a simple loop, far from the focus, and n elements similar in all points to the HP elements. The temperature will therefore not be the same when leaving each of the types of elements, but it will be very easy, by suitable positioning of the re-superheated vapor collector, to obtain a suitable mixture of the vapor before it is sent. in low pressure cylinders.
Moreover, it is possible, at least to a certain extent, to overcome this drawback, and at the same time reduce the pressure drop in the elements concerned, by suitably choosing the dimensions of the constituent elements.