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Régulateur de température de vapeur.
Cette invention se rapporte à des régulateurs de température de vapeur, du type pourvu d'une chambre de mélange équipée d'une chemise intérieure, qui est adaptée pour protéger les parois de la chambre contre le liquide régulateur de température, pulvérisé dans la chambre, et elle a comme but de fournir des régulateurs de température perfectionnés de ce type.
Selon la présente invention, un régulateur de température du type spécifié est caractérisé par le fait qu'une chemise inté- rieure en forme de Venturi est aménagée pour recevoir un jet pulvérisé de liquide régulateur de température, provenant d'un pulvérisateur disposé près de l'extrémité d'admission de vapeur surchauffée de la chemise.
A titre d'exemple, on va maintenant'décrire l'invention. avec référence aux dessins annexés, dans lesauels : @
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Figure 1 est une vue partiellement schématique d'un systè- me destiné à contrôler la température de la vapeur.surchauffée et comprenant un régulateur de température du type à. pulvérisation, montré en élévation latérale partiellement en coupe;
Figure 2 est une vue latérale en coupe et à une échelle plus grande que la figure 1, du régulateur de températUre;
Figure 5 est. une coupe transversale lelong de la ligne 3-3 de la figure 2.
Figure 4 est une élévation latérale à une échelle encore plus grande, de l'ajutage de pulvérisation;
Figure 5 est une vue en bout de l'ajutage de pulvérisation; et
Figure 6 est une vue plane en coupe le long de la ligne 6-6 de la figure 4, de l'ajutage de pulvérisation.
Dans le système montré à la figure 1 des dessins, de la¯ vapeur surchauffée passe, du collecteur de vapeur et d'eau 10 d'un géné- rateur de vapeur, à travers un premier surchauffeur chauffé au gaz 12, et une allonge du tuyau de sortie 14 du surchauffeur ali- mente la chambre régulatrice de température 16.
Dans la chambre ré- gulatrice de trouve un fourreau qui comprend un tron- çon cylindrique d'admission 18 et une chemise intérieure sous la forme d'un Venturi de sortie 20, centrée à l'intérieur de la chambre 16 et écartée des parois de celle-ci car des cales espacées 22 à une extrémité, et par une bague 24 à l'autre extrémité Comme il est montré, quatre, cales d'écartement,- espacées de 90 et soudées sur le Venturi de sortie 20, s'justent avec glissement contre la paroi intérieure de la chambre 16.
La bague 24 est soudée sur le tronçon d'admission 18 et s'ajuste étroitement dans la paroi intérieure de la chambre 20, tandis qu'un raccord latéral 26 est fixé sur le tronçon d'admission 18, où celui-ci présente une ou- verture latérale, et ce raccord sàjuste dans le raccord latéral 28 de l'ajutage, toujours pour fixer le fourreau dans sa position de marche.
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A son extrémité d'entrée, le tronçon démission 18 est sup- porté à l'intérieur de la paroi de la. chambre par la bague 24 et comme, jusqu'à la gorge du Venturi, ce tronçon conduira de la va- peur surchauffée, il n'y aura pas de déplacement différentiel du tronçon par rapport à la paroi de l'enveoppe, o s'il y en a un, il sera petit étant donné que l'emplacement longitudinal du fourreau ent-i tier est fixé par le raccord latéral 26. Le raccord latéral 26 est sou- dé ' au raccord 28 et il agit également pour tenir la partie inter- médiaire du fourreau au centre de l'enveloppe.
Etant donné que l'extrémité de sortie du Venturi peut se déplacer axialment, ce Venturi se dilatera ou se contractera dans le sens de la longueur d'après les variations de températures aux- quelles sera soumise sa paroi métallique dont la température est légèrement binférieure à celle de l'enveloppe environnante puisque de la vapeur surchauffée passera dans l'anneau entre la chambre 16 et le Venturi de sortie 20.
Le tronçon cylindrique d'admission 18 présente un ou plu- , sieurs trous 19 qui permettent le passage de la vapeur surchauffée dans l'espace annulaire entre le tronçon d'admission et la chambre
16. Etant donné que les espaces entre les cales 22 -du Venturi fournissent des sorties, ilay aura un certain flux de vapeur sur- chauffée à travers l'espace annulaire entre les tronçons 18 et 20 et.la chambre. A l'exception de pertes dextérieures de chaleur en des endroits situés µ l'avant de la gorge du Venturi et de l'effet refroidissant des parois refroidissantes du Venturi de sortie, la vapeur surchauffée:
- passant à travers l'espace ,annulaire, µ l'extré- rieur des tronçons 18 et 20, ne subira. qu'une faible réduction de température et pour ces raisons, la lourde paroi de la chambre 16 n'aura pas de gradients abrupts de température.
Quatrecplaques 23 placées-radialement et à des distances égales autour de l'entrée du Venturi de sortie;L comme il est mon- tré dans la figure 3, supportent le Venturi 20 en alignement précis avec la portion cylindrique-d'admission et avec l'axe de l'ajutage
30.
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Ces plaques qu'on soudera de préférence au tronçon d'admission, servent à renforcer l'orifice d'admission du Venturi de sortie auquel elles sont fixées, leur bord intérieur Étant conforme pour s'adapter étroitement à la surface extérieure du Venturi de sortie.
De plus, chaque plaque 23 s'appuie contre une bague 21 qui est fixée dans l'extrémité de sortie du tronçon cylindrique d'admission.
L'ajutage de pulvérisation d'eau 30 est tenu en place, à l'avant et très près de l'entrée du Venturi de sortie, par un tube d'ajutage d'eau qui comprend les tronçons 32, 34, et 36, le tronçon Z4 étant, comme montré, muni d'une collerette pour permettre son rattache- ment à la collerette du raccord de l'ajutage 28 au moyen de boulons 38.
Comme indiqué dans' les figures 4,5 et 6 l'ajutage de pulvéri- sation 30 possède une chambre circulaire dont l'admission est reliée au tronçon'de tube 32 et est disposée tangentiellement pour pro- duire un mouvement giratoire de l'eau dans la chambre de l'ajutage et une pulvérisation en forme de cône à travers la sortie cen- trale 76 de l'ajutage. Le centre de cette sortie, la ligne médiane de la chambre de l'ajutage de pulvérisation et les axes longitudinaux du tronçon d'admission 18 et du Venturi de sortie*20 du fourreau, se trouvent dans le prolongement l'un de l'autre. La sortie 76 est située à une distance de la'gorge du Venturi de sortie qui est in- férieure au diamètre de l'orifice d'admission de-ce Venturi.
Le tube de l'ajutage de pulvérisation est relié à une source d'eau relativement pure et dont la température est inférieure à celle de la vapeur qui sera surchauffée, tandis que sa pression est sensiblement plus élevée que celle de la vapeur qui' passe à'travers le régulateur de température, et cette eau est conduite vers l'aju- tage 30, a un endroit tel que l'effet de refroidissement sur le mé- tal du Venturi de sortie et particulièrement sur le métal à la gorge du Venturi, soit minimum. Ceci est obtenu en plaçant l'ajutage de
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pulvérisation de tellefsçon.parrappcrt 'l' entr# du Venturi de sortie, que le jet pulvérisé sortant de l'ajutage soit disposé dans une enve- @
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loppe de vapeur qui s'accélère jusqu'à la. vitesse à la gorge et qui aspire le jet d'eau pulvérisé.
On a également placé l'ajutage dàns une zône de vitesse relativement petite, de sorte que la perte de pression due à la turbulence cr:éée par le corps de l'ajutage, soit petite.
L'eau .qui sort de l'ajutage 30 est dirigée vers la surface intérieure du Venturi de sortie, à son extrémité d'admission, et prend approximativement la forme.d'un cône creux enveloppé unifor- mément par la vapeur et présente une grande surface d'eau pulvérisée à la vapeur environnante.
Etant donné que l'ajutage 30 décharge l'eau avec une compo= sante initiale dé vitesse dans la direction du flux de vapeur, l'énergie prise au flux de vapeur pour accélérer l'eau, est matériel- lement réduite.
L'énergie requise'pour accélérer l'eau jusqu'à la vitesse de la vapeur est récupérée à .la sortie de ,la. gorge du Venturi, dans le même rapport que les caractéristiques de récupération de l'ajutage par suite de la vitesse de la réaction entre la vapeur et l'eau; cette réaction vaporisant l'eau atomisée par transfert de chaleur de la vapeur surchauffée. Dans l'appareil représenté cette réaction est pratiquement instantanée.
La vapeur s'approche grande vitesse du régulateur de tempé- rature à travers le conduit 14, et cela signifie que la vitesse du fluide à travers la gorge du Venturi est extrêmement élevée.
Pour produire le transfert de chaleur 'entre les deux fluideson uti- lise, dans l'appareil représenté, des vitesses de fluide à travers la gorge du Venturi qui s'approchent de la vitesse du son et ces conditions, combinées à' la disposition décrite précédemment de l'ajutage de pulvérisation, conduisent à la vaporisation pratiquement instantanée des deux fluides.
Au delà du régulateur de température, la vapeur passe à tra- vers un conduit 41 vers un second surchauffeur chauffé au gaz 43 et de là elle passe à travers un conduit 44 vers le lieu de son emploi.
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Dans le système montre dans la figure 1, la source d'eau régulatrice de température, pour l'ajutage dé pulvérisation 30, est la tuyauterie d'alimentation 50 de la chaudière, tuyauterie qui part de la pompe d'alimentation 53, passe à travers l'économiseur 54 et se rend vers le collecteur de vapeur et d'eau 10..'On bran- chement 56 mène de le tuyauterie 50 vers le tube 36 de l'ajutage de pulvérisation, une vanne de réglage du flux 58 étant intercalée entre les deux. Cette vanne est commandée par un appareil 60 qui à son tour est controlé par un relais 62 qui est assujetti à l'indice leur et enregistreur de flux de vapeur 64, et à un dispositif 66 'sensible à l'a température de la vapeur.
Le flux d'eau régulatrice de température vers 1''ajutage 32, est donc contrôlé conformément à la demande, pour un effet régulateur de la température de la vapeur indiqué par-le flux de vapeur et par l'écart entre une température déterminée et la température de la vapeur dans la sortie-44.
Un conduit de dérivation 70, qui contourne la vanne de réglage du flux 58, comprend une vanne actionnée par moteur 72 et' qui contrôle le flux d'eau à travers le conduit de dérivation.
Le contrôle de la surchauffe peut se faire automatiquement, semi-automatiquement ou à la main.
Le régulateur de température a un grand rayon de fonctionne- ment, et il est caractérisé par une petite chute de pression et par sa réaction rapide aux variations dans la demande d'effet ré- gulateur de température de vapeur, Il est également caractérisé par sa simplicité de contrôle et par l'aménagement simple et com- pact d'un petit nombre d'organes. L'emploi d'un fourreau favorise une longue durée de vie du régulateur de température car son emploi élimine de sérieuses tensions de déformations thermiques dans les parois de la. chambre du régulateur, de sorte qu'on évite la détério- ration de l'épaisseparoi de la chambre due aux variations de température in terne.
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Steam temperature regulator.
This invention relates to vapor temperature regulators, of the type provided with a mixing chamber equipped with an inner jacket, which is adapted to protect the walls of the chamber against the temperature regulating liquid, sprayed into the chamber, and it aims to provide such improved temperature controllers.
According to the present invention, a temperature regulator of the type specified is characterized in that an inner jacket in the form of a Venturi is arranged to receive a spray jet of temperature regulating liquid, coming from a sprayer arranged close to it. superheated steam inlet end of the jacket.
By way of example, the invention will now be described. with reference to the accompanying drawings, in the following: @
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Figure 1 is a partially schematic view of a system for controlling the temperature of superheated steam and including a type temperature controller. spraying, shown in side elevation partially in section;
Figure 2 is a sectional side view and on a larger scale than Figure 1, of the temperature controller;
Figure 5 is. a cross section along line 3-3 in Figure 2.
Figure 4 is a side elevation on an even larger scale of the spray nozzle;
Figure 5 is an end view of the spray nozzle; and
Figure 6 is a sectional plan view along line 6-6 of Figure 4, of the spray nozzle.
In the system shown in Figure 1 of the drawings, superheated steam passes from the steam and water manifold 10 of a steam generator, through a first gas-heated superheater 12, and an extension of the boiler. outlet pipe 14 of the superheater supplies the temperature regulating chamber 16.
In the regulating chamber is a sleeve which comprises a cylindrical inlet section 18 and an inner liner in the form of an outlet Venturi 20, centered inside the chamber 16 and spaced from the walls of the chamber. the latter because spacers 22 at one end, and by a ring 24 at the other end As shown, four, spacers, - spaced 90 and welded to the outlet Venturi 20, fit with sliding against the inner wall of the chamber 16.
The ring 24 is welded to the intake section 18 and fits tightly into the inner wall of the chamber 20, while a side connector 26 is attached to the intake section 18, where the latter has one or more - lateral opening, and this fitting sàjjust in the lateral fitting 28 of the nozzle, always to fix the sleeve in its running position.
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At its inlet end, the resignation section 18 is supported inside the wall of the. chamber by the ring 24 and as, up to the throat of the Venturi, this section will conduct superheated steam, there will be no differential displacement of the section with respect to the wall of the casing, o s' there is one, it will be small since the longitudinal location of the entire sleeve is secured by the side connector 26. The side connector 26 is welded to the connector 28 and it also acts to hold the part. middle of the sleeve in the center of the shell.
Since the outlet end of the Venturi can move axially, this Venturi will expand or contract lengthwise according to the temperature variations to which its metal wall will be subjected, the temperature of which is slightly lower than. that of the surrounding envelope since superheated steam will pass through the ring between chamber 16 and outlet Venturi 20.
The cylindrical inlet section 18 has one or more holes 19 which allow the passage of superheated steam in the annular space between the inlet section and the chamber.
16. Since the spaces between the Venturi wedges 22 provide outlets, there will be some flow of superheated steam through the annulus between sections 18 and 20 and the chamber. With the exception of external heat losses in places located in front of the Venturi throat and the cooling effect of the cooling walls of the outlet Venturi, the superheated steam:
- passing through the annular space, µ the outside of sections 18 and 20, will not undergo. only a small reduction in temperature and for these reasons, the heavy wall of chamber 16 will not have steep temperature gradients.
Four plates 23 placed-radially and at equal distances around the inlet of the outlet Venturi; L as shown in figure 3, support the Venturi 20 in precise alignment with the cylindrical-inlet portion and with the l 'axis of the nozzle
30.
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These plates, which will preferably be welded to the inlet section, serve to reinforce the inlet orifice of the outlet Venturi to which they are attached, their inner edge being conformal to closely adapt to the outer surface of the outlet Venturi .
In addition, each plate 23 bears against a ring 21 which is fixed in the outlet end of the cylindrical inlet section.
The water spray nozzle 30 is held in place, in front of and very close to the inlet of the outlet Venturi, by a water nozzle tube which includes sections 32, 34, and 36, the section Z4 being, as shown, provided with a collar to allow its attachment to the collar of the connection of the nozzle 28 by means of bolts 38.
As shown in Figures 4, 5 and 6 the spray nozzle 30 has a circular chamber, the inlet of which is connected to the section of tube 32 and is disposed tangentially to produce a gyratory movement of the water. into the nozzle chamber and a cone-shaped spray through the center outlet 76 of the nozzle. The center of this outlet, the center line of the chamber of the spray nozzle and the longitudinal axes of the inlet section 18 and the outlet Venturi * 20 of the barrel, lie in the extension of each other . The outlet 76 is located at a distance from the throat of the outlet Venturi which is less than the diameter of the inlet port of this Venturi.
The tube of the spray nozzle is connected to a source of relatively pure water, the temperature of which is lower than that of the steam which will be superheated, while its pressure is significantly higher than that of the steam which passes through it. 'through the temperature regulator, and this water is led to the nozzle 30, at a location such as the cooling effect on the metal of the outlet Venturi and particularly on the metal at the throat of the Venturi, or minimum. This is achieved by placing the nozzle of
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spraying in such a way after entering the inlet of the outlet Venturi, so that the sprayed jet leaving the nozzle is placed in an enclosure.
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lope of steam which accelerates to the. speed to the throat and which sucks the spray of water spray.
The nozzle was also placed in a relatively small velocity zone, so that the pressure loss due to the turbulence created by the nozzle body was small.
The water leaving the nozzle 30 is directed to the interior surface of the outlet Venturi at its inlet end and approximately takes the form of a hollow cone uniformly enveloped by steam and exhibits a large area of water sprayed with surrounding steam.
Since the nozzle 30 discharges the water with an initial velocity component in the direction of the steam flow, the energy taken from the steam flow to accelerate the water is materially reduced.
The energy required to accelerate the water to the speed of steam is recovered at the outlet of the. Venturi throat, in the same ratio as the nozzle recovery characteristics as a result of the rate of the reaction between steam and water; this reaction vaporizes the atomized water by transferring heat from the superheated steam. In the apparatus shown, this reaction is practically instantaneous.
The vapor approaches the temperature regulator at high velocity through conduit 14, and this means that the velocity of the fluid through the throat of the Venturi is extremely high.
To produce the heat transfer between the two fluids, in the apparatus shown, fluid velocities through the throat of the Venturi are used which approximate the velocity of sound and these conditions, combined with the arrangement described. previously from the spray nozzle, lead to the practically instantaneous vaporization of the two fluids.
Beyond the temperature regulator, the steam passes through a duct 41 to a second gas-heated superheater 43 and from there it passes through a duct 44 to the place of its use.
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In the system shown in Figure 1, the temperature regulating water source, for the spray nozzle 30, is the boiler feed pipe 50, which piping from the feed pump 53 is passed to. through economizer 54 and to the steam and water manifold 10. Connection 56 leads from the piping 50 to the tube 36 of the spray nozzle, a flow control valve 58 being interspersed between the two. This valve is controlled by an apparatus 60 which in turn is controlled by a relay 62 which is subject to their index and vapor flow recorder 64, and to a device 66 'sensitive to the temperature of the vapor.
The flow of temperature regulating water to nozzle 32 is therefore controlled in accordance with demand, for a regulating effect of the temperature of the vapor indicated by the flow of vapor and by the difference between a determined temperature and the temperature of the steam in the outlet-44.
A bypass line 70, which bypasses flow control valve 58, includes a motor operated valve 72 and which controls the flow of water through the bypass line.
The overheating control can be done automatically, semi-automatically or by hand.
The temperature regulator has a large operating radius, and it is characterized by a small pressure drop and by its rapid reaction to variations in the demand for the vapor temperature regulating effect. It is also characterized by its simplicity of control and by the simple and compact arrangement of a small number of parts. The use of a sheath promotes a long life of the temperature regulator because its use eliminates serious thermal deformation stresses in the walls of the. chamber of the regulator, so that deterioration of the thick wall of the chamber due to variations in internal temperature is avoided.