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Perfectionnements aux chaudières.
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Demande de Brevet Anglais du 2b Février 1947 en sa faveur et en faveur de Monsieur N. DALGLEISH.
La présente invention concerne des chaudières du type à corps enveloppant et notamment une chaudière à tubes de fumée comportant un passage double ou passage de retour.
Dans une chaudière à tubes de fumée des fuites tendent à se produire, par suite de la haute température des gaz de la combustion, notamment aux joints entre les tubes et la plaque tubulaire de la chaudière, et, à moins de procéder à des inspections continuelles, ces fuites peuvent devenir graves avant d'être visibles, car il est virtuellement impossible de procéder à une inspection minutieuse lorsque la chaudière est en fonctionnement.
En outre, pour assurer un meilleur rendement thermique, il est dtusage, dans les chaudières modernes, de tendre à augmenter la vitesse des gaz, cette augmentation exigeant, de son côté, un tirage forcé. Les pertes de tirage peuvent devenir appréciables et la puissance en chevaux exigée pour l'entraîne- ment du ventilateur servant à augmenter la vitesse des gaz est considérable.
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L'invention a principalement pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en supprimant tout contact entre les gaz et la plaque tubulaire. Un autre but consiste à créer des moyens pour réduire les pertes de tirage ou, en d'autres termes, pour permettre à la chaudière de fonctionner avec des vitesses de gaz relativement grandes sans perte correspondante due à une augmentation de la force en CU nécessaire pour actionner le ventilateur,
Suivant la présente invention, dans une chaudière du type à corps enveloppant, les tubes de fumée sont prolongés au-delà de la plaque tubulaire du corps de la chaudière et ils pénètrent dans la chambre de combustion en passant à travers une paroi secondaire ou cloison, qui peut être en matière réfractaire,
de façon à supprimer tout contact direct entre les gaz de combustion et la plaque tubulaire de la chaudière.
Dans la mise en pratique de l'invention, de courts prolongements tubulaires constitués en un alliage résistant aux hautes températures peuvent être fixés aux tubes de fumée à leur extrémité d'admission, les extrémités de ces prolongements des tubes étant fixées à la paroi postérieure de la chambre de combustion, qui est faite en briques réfractaires. Les prolongements des tubes peuvent également être munis d'extrémités à rebord de forme hexagonale ou de tout autre forme appropriée pouvant être assemblées entre elles par contact entre bords pour présenter une paroi continue aux gaz. Tout espace entre des tubes voisins ou autour des bords extérieurs du faisceau tubulaire peut être rempli avec des briques réfractaires ou une autre matière réfractaire.
En construisant de cette manière une chaudière du type à corps enveloppant, on empêche toute surchauffe locale qui,
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autrement, pourrait se produire autour des jointures entre les tubes et la plaque tubulaire, car on empêcha les gaz de la combustion de venir en contact avec la plaque, ces gaz passant directement dans les tubes de fumée en traversant les prolongements tubulaires.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, pour réduire les pertes de tirage, l'entrée dans les tubes de fumée est constituée par une ouverture en forme de venturi. On a constaté, en pratique, que les pertes de tirage sont principalement des pertes dynamiques dues soit à un changement subit de direction, soit à la contraction (et à la détente) nécessaire des gaz lorsque ceux-ci passent dans les extrémitésouvertes des tubes de fumée au sortir de la chambre de combustion ou à la détente, qui se produit, lorsque les gaz sortent à l'extrémité de la boite de fumée.
De même, dans le cas d'une chaudière comportant un passage de retour, le changement de direction nécessité avant que les gaz n'entrent dans les tubes de passage en retour et la contraction due à la reformation des gaz produisent des pertes considérables. A leur extrémité de sortie, les tubes peuvent être, conformément à la présente invention, accouplés directement avec les tubes de retour au moyen de tubes d'accouplement appropriés, de façon que les gaz passent directement d'un tube à l'autre sans subir ni détente ni contraction.
L'invention est représentée dans les dessins ci-joints appliquée à une chaudière à tubes de fuméeayant un double passage en retour.
Dans ces dessins : fig. 1 est une coupe longitudinale de la chaudière et de sa chambre de combustion;
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fig. 2 est une vue partielle en bout de la chaudière, montrant la disposition des tubes de fumée et des tubes d'accouplement; fig. 3 est une coupe, à une plus grande échelle, montrant les pièces de prolongement des tubes de fumée et la fa- çon de les fixer à la paroi postérieure de la chambre de combustion ; fig. 4 est une élévation partielle en bout montrant la façon dont les pièces de prolongement s'adaptent les unes aux autres ; fig. 5 est une coupe partielle montrant les moyens utilisés pour relier les tubes de fumée aux tubes d'accouplement; fig. 6 est une vue de détail semblable montrant les tubes de soufflage insérés en vue du nettoyage.
On considérera d'abord plus particulièrement la fig. 1 des dessins. Cette figure représente une chaudière économique du type dit "Super" comprenant un corps de chaudière ayant deux foyers B, (fig. 2) et C, (fig. 1) foyers dont les gaz passent dans la chambre de combustion indiquée d'une façon générale en D, puis dans les tubes de fumée S.
Les tubes de fumée S sont supportés du côté de la chambre de combustion et à l'extrémité postérieure du corps de chaudière, par une plaque tubulaire 1 et, d'une façon analogue, à leur extrémité antérieure, par une deuxième plaque tubulaire 2. Pour éliminer tout contact direct entre les gaz de combustion provenant des foyers B et C et la plaque tubulaire 1, les tubes de fumée S sont prolongés, suivant la présente invention, audelà de la plaque tubulaire 1 et ils pénètrent à l'intérieur de la chambre de combustion D en passant à travers une paroi secondaire ou cloison indiquée d'une façon générale en 4.
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Dans le type de construction représenté chaque tube de fumée est prolongé par une courte pièce tubulaire 5 faite de préférence en un alliage résistant à la chaleur et dont les extrémités d'entrée sont fixées à la paroi postérieure 4 de la chambre de combustion. Comme le montrent les fig. 3 et 4, les prolongements 5 sont munis de rebords hexagonaux 6 de façon à
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compact c/Il a ct former un faisceau/dans lequel les rebords sont en contact bord à bord de façon à présenter une paroi continue aux gaz.
On conçoit que les rebords hexagonaux 6 ne sont pas essentiels, et que l'on peut utiliser d'autres formes appropriées, les espaces compris entre les tubes voisins étant remplis par des briques réfractaires ou une autre matière réfractaire aux endroits où cela est nécessaire, ou autour des bords extérieurs de chaque faisceau de tubes.
On remarquera en outre que la chambre de combustion D est un élément distinct et indépendant du corps de la chaudière. Comme le montre le dessin, cette chambre est constituée par un ensemble en forme de botte comportant un bottier extérieur 38 et une garniture de revêtement en brique 8, les gaz de combustion venant du foyer entrant dans cette chambre en passant par un canal 9 muni d'une garniture semblable. La chambre D est portée par un socle 39.
Comme cela est indiqué par des flèches à la fig. l, les gaz de combustion sortant de la chambre de combustion D passent directement dans le groupe supérieur 7 de tubes de fumée par les prolongements 5 sans venir en contact avec la plaque tubulaire 1; de cette par suite-la température de la plaque 1 ne dépassera pas sensidisposition blëment la température de l'eau de la chaudière. On remarquera que l'espace intérieur compris entre la plaque 1 et le dos ou le revêtement de la paroi postérieure de la chambre de combus- @
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tion est en communication ouverte avec l'atmosphère par le canal l'.
Dans l'application à une chaudière normale du type économique dit "Super" à deux foyers, les tubes de fumée du premier groupe de passage et les tubes de retour peuvent être disposés dans deux faisceaux indépendants, chaque faisceau comportant une chambre de combustion indépendante, et, pour contribuer à la réduction des pertes de tirage, la voûte supérieure de la chambre de combustion peut être recourbée, comme cela est indiqué en 8', en avant et en arrière, autour d'un centre se trouvant exactement au-dessous du fond de la chambre de combustion, à l'extrémité de sortie du foyer. Les gaz de combustion tendront ainsi à circuler sur un trajet semi-circulaire, comme cela est indiqué par les flèches, à partir des extrémités du foyer, pour passer dans les tubes de fumée.
La paroi intérieure de la chambre de combustion peut être constituée par des briques réfractaires 10 pourvues d'un certain nombre d'ouvertures coniques et renforcées par une plaque d'acier 11 sur laquelle les prolongements tubulaires fixés aux tubes de fumée sont assujettis au moyen de boulons filetés.
Ces briques réfractaires, en combinaison avec les prolongements 5, empêchent complètement tout contact direct entre les gaz de combustion et la plaque tubulaire de la chaudière. Dans ce type de construction la plaque tubulaire est séparée de la plaque d'acier de la paroi intérieure en brique réfractaire de la chambre de combustion par un court espace 12 qui peut être à la température atmosphérique et permettre ainsi une inspection visuelle de la plaque tubulaire dans toutes les conditions de travail.
A leur extrémité de sortie les tubes du groupe supérieur
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7 des tubes de fumée peuvent être accouplés directement avec les tubes du groupe de retour 17 au moyen de tubes d'accouplement appropriés 18 (voir fig. 1 et 2) en acier doux ou en al- liage résistant à la chaleur, de façon que les gaz passent directement d'un tube de fumée à l'autre sans subir ni détente ni contraction.
Les tubes faisant partie de rangées voisines du faisceau supérieur et du faisceau inférieur respectivement sont ainsi accouplés directement entre eux par de courts tron- çons en U, les tubes situés au milieu de chaque faisceau étant accouplés par des tubes en U légèrement plus grands chevauchant les tubes centraux, les tubes extérieurs extrêmes chevauchant les tubes intermédiaires en U d'une façon analogue. 19 est un chapeau ou boîtier recouvrant les tubes d'accouplement 18.
On remarquera à la fig. 6 que la plaque tubulaire 2 de l'extrémité antérieure de la chaudière porte une plaque auxiliaire ou plaque de jonction 13, qui y est fixée au moyen d'une cornière 14 et qui entoure un espace intérieur 20. Deux plaques 24, 24' sont montées à l'intérieur de l'espace 20 et ne s'étendent que sur une surface limitée de la plaque tubulaire de la chaudière, cette surface correspondant à la surface occupée par le passage supérieur de tubes de fumée 7, les deux plaques étant réunies entre elles autour de leur périphérie par un anneau en cornière 25 fixé au moyen de baguettes de soudure de façon à former une chambre à vapeur 26.
Comme le montre la fig. 6, les tubes de fumée du groupe supérieur 7 sont reliés aux tubes d'accouplement 18 au moyen de courts tubes de jonction 27 pourvus de canaux d'injection 28, 28' dirigés dans des sens opposés et au moyen desquels de la vapeur de la boite à vapeur 26 peut être injectée au moyen d'un raccord de vapeur approprié à l'intérieur des tubes de fumée, lorsqu'on @
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le désire, en vue du nettoyage. Les canaux d'injection 28 sont dirigés vers les tubes de la boite à fumée, tandis que les autres canaux 28' sont dirigés vers les tubes de la chaudière. Les tubes courts 27 sont maintenus par les plaques 24, 24' et les tubes de fumée 7 ainsi que les tubes d'accouplement 18 viennent buter contre leurs extrémités.
A leur extrémité inférieure la jonction entre les tubes d'accouplement et les tubes de fumée 17 est effectuée au moyen de douilles 21 vissées en 22 pour s'adapter aux tubes d'accouplement.
Pour réduire les pertes de tirage dues à la contraction, l'orifice d'admission dans les tubes de fumée comprend de préférence un venturi dans le but de produire un effet d'induction. Comme le montre la fig. 3, la surface intérieure 30 des prolongements 5 est évasée de façon à former une gorge de venturi, et à leur extrémité de sortie 31, au-delà de la gorge, leur diamètre est égal au diamètre intérieur des tubes de fumée.
Dans le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus, les prolongements des tubes de fumée sont constitués par des tubes de faible longueur faits en alliage résistant à la chaleur, mais on pourrait également utiliser une matière non métallique, par exemple une matière céramique.
Il est également bien entendu que l'invention est également applicable à une chaudière économique ordinaire et à des chaudières à un seul foyer ou à foyer double comportant une chambre de combustion commune. L'utilisation d'une fausse plaque tubulaire ou plaque tubulaire spéciale, conformément à la présente invention, permet de réaliser à la fois des économies de construction et des économies dans le fonctionnement des chaudières, car non seulement on peut utiliser des
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plaques plus minces pour la construction des chaudières, (l'épaisseur de la plaque de chaudière pouvant par exemple être considérablement réduite), mais la chaudière peut aussi être chargée jusqu'à des limites supérieures.
REVENDICATIONS
1. Chaudière du type à corps enveloppant comprenant un foyer et des tubes de fumée ouverts du côté de la chambre de combustion du foyer, caractérisée en ce que les tubes de fumée sont pourvus, à leur extrémité d'admission, de dispositifs les reliant à la chambre de combustion de manière que les gaz passent directement de l'intérieur de cette chambre dans les tubes sans venir en contact avec la plaque tubulaire.