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" Procédé et dispositif pour le réglage du débit des chaudières à vapeur, générateurs de gaz et des appareils analogues".
Il est déjà connu pour le réglage du débit des chaudières, des générateurs de gaz et d'autres appareils qui produisent un agent moteur pour un usage quelconque, de régler les facteurs influençant la production de cet agent moteur tels que l'alimen- tation en carburant ou en air de combustion, l'alimentation en eau, ou l'alimentation en produits chimiques, en fonction de la consommation de l'agent moteur par unité de temps,de telle façon qu'à tout instant la production par unité de temps de cet agent moteur soit égale à la consommation.
A cet effet, il est égale- ment connu de commander ce réglage au moyen d'une différence de
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pression variable avec le débit, en particulier en disposant dans la canalisation du fluide moteur une tuyère ou un diaphrag- me et en utilisant la différence de pression ainsi produite pour actionner un servo-moteur qui déplace les dispositifs de ré- glage influençant la production du fluide moteur tel que le papillon de tirage, la commande de grilles mécaniques, les orifi- ces d'admission du carburant, les pompes d'alimentation et les dispositifs analogues.
Comme le déplacement de ce dispositif de réglage ne se ré- percute pas instantanément sur le débit, l'impulsion qui le dé- place subsiste encore lorsque les dispositifs de réglage ont déjà atteint la position voulue.,de sorte que l'effet de réglage dépasse pour ainsi dire le but . Il est donc nécessaire, pour cette raison, d'utiliser un rappel en arrière particulier; par exemple par commutation prématurée du servo-moteur ayant pour effet de ramener le réglage à la valeur voulue. A titre d'exem- on pie/peut considérer le réglage de l'amenée d'air de combustion d'une chaudière à vapeur par déplacement du papillon de tirage.
Si la consommation de vapeur augmente rapidement d'une quantité déterminée pour rester ensuite de nouveau constante, la différenct de pression entre l'amont et l'aval d'un diaphragme monté dans la conduite de vapeur augmente également. Cette augmentation de la différence de pression provoque la mise en route d'un servo-moteur dans un sens correspondant qui a pour effet d'ou- @ vrir davantage le papillon de tirage. Toutefois, comme le ré- gime de production de vapeur nécessaire ne s'établit pas immédia- tement, l'impulsion de commande subsiste encore.de sorte que le papillon de tirage sera ouvert plus qu'il.ne le faudrait pour correspondre au nouveau régime stationnaire.
Il est donc néces- saire de prévoir des moyens de rappel, par exemple des moyens de commande auxiliaire du servo-moteur, qui provoquent l'ar- R¯ET de mouvement d'ouverture du papillon de tirage avant que la nouvelle différence de pression ait atteint la valeur voulue.
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Ces conditions compliquent la construction des régulateurs de débit de ce genre, notamment des RéGULATEURS électriques, dont l'entretien exige un personnel possédant des connaissances spé- ciales.
La présente invention a pour but de simplifier considérable- ment et de rendre moins chers la construction et l'entretien des régulateurs de débit de ce genre en les basant sur un procédé de réglage de débit qui consiste en ce que les organes de réglage influençant le débit sont déplacés en synchronisme avee les va- riations de ce dernier, c'est-à-dire que des moyen de réglage particuliers déplacés sans retabd et dans le même rapport que la différence de pression variable avec le débit actionnent direc- tement ou indirectement, également sans retard et dans le même rapport, les organes réglant le débit de la chaudière à vapeur, du générateur à gaz ou d'un appareil analogue.
Dans une forme de réalisation particulière du procédé fai- sant l'objet de l'invention,on superpose au déplacement provo- qué par le débit un déplacement provoqué par d'autres facteurs tels que la pression, le niveau de l'eau ou un facteur analogue.
A titre d'exemple,on a décrit ci-dessous et représenté en coupe élévation dans les fig.l à 7 du dessin annexé plusieurs formes de réalisation d'un dispositif suivant l'invention.
Dans la conduite de vapeur 1 (fig.l),qui est parcourue par la vapeur dans le sens de la flèche, est monté un diaphragme 2.
En amont et en aval de ce diaphragme sont branchées les canali- sations 3 et 4. Aussitôt qu'on prélève de la vapeur dans la chaudière, il se produit, entre les conduites 3 et 4, une diffé- rence de pression, la pression dans la conduite 4 étant inférieu- re à celle de la conduite 3 et cette différence de pression étant d'autant plus grande que le débit de vapeur (quantité de vapeur par seconde) est lui-même plus élevé. Cette différence de pres- sion est utilisée pour déplacer dans la même proportion un dispositif de commande monté dans le carter 5. Ce dispositif se compose dans la réalisation particulière de la fig.l d'un pis-
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ton 6 en forme de récipient dans lequel est monté un piston 7 en forme de cloche qui est fixé sur une tige de piston 8. On utilise l'eau comme agent de transmission.
Pour rendre les pis- tons étanches entre eux et par rapport à l'extérieur on utilise une garniture particulière qui peut être appelée une garniture à roulement et qui est représentée schématiquement en fig.2 : te garniture présente l'avantage de permettre de grandes cour- /-ses sans frottement notable et INDéPENDAMMENT DE la pression. En /principe, cette garniture est une combinaison entre une garniture ,à membrane'et une garniture à manchette.
Dans la fig. 2,la pièce 8 correspond à la tige de pisto
8 de la fig.l et la pièce 6b correspond à la collerette supé- rieure 6b du piston 6. Afin de rendre étanche vers le haut l'es- pace compris entre ces deux pièces,les bords d'une manchette 11 en forme d'anneau élastique renflé sont tendus entre des surfa- ces coniques correspondantes situées d'une part sur la pièce 8 et d'autre part sur la pièce 6b.
Lorsque la pièce 8 se déplace vers le haut d'une quantité déterminée par rapport à la pièce
6b, la surface annulaire renflée formant coude de la manchette se déplace vers le haut d'une quantité deux fois moindre, de sorte qu'elle roule en s'appliquant sous l'effet de la pression d'eau sur la paroi externe et en se décollant par conséquent de la paroi interne, le coude se formant toujours en un point différent de la surface de la manchette. Pour empêcher, dans le cas où les pressions sont faibles, que les faces interne et ex- terne de la manchette ne s'appliquent l'une contre l'autre du fait de son élasticité et pour éviter ainsi un frottement entre les deux faces de cette manchette, la chambre de pression de celle-ci peut être remplie avec du mercure ou avec des billes.
Les fig.3 et 4 représentent partiellement une membrane rou- lante en caoutchouc à plus grande échelle en coupe suivant la ligne A-A de la fig. 2. Les manchettes en caoutchouc ne compor- tent pas d'armature tissée comme les enveloppes des pneumati-
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ques, mais seulement des armatures constituées par des fils ou des cordons 22 (fig.3) sur la face externe, ou des armatures en ruban 23 (FIG.4), QUI donnent lieu à une certaine rigidité unique- ment dans le sens des 'génératrices mais non pas dans le sens circonférentiel.
La conduite 4 est reliée à l'intérieur du piston 6 qui est rendu étanche à son extrémité' intérieure rétrécie au moyen du joint 11A par rapport à l'extrémité intérieure également rétré- cie 5a du carter 5. La conduite 3 débouche par une partie élas- tique et flexible dans la partie supérieure du piston 6 qui est séparée de sa partie inférieure par le piston 7 en forme de clo- che. La surface externe du piston 7 est rendue étanche par rap- port à la paroi interne du piston 6 par un joint llb. A sa par- tie supérieurele piston 6 comporte une collerette 6b rendue étanche à l'aide d'un joint 11C par rapport à la tige de piston 8. La tige 8 est sortie de l'extrémité inférieure du carter 5 au moyen d'un joint lld.
Le piston 6 est chargé par un ressort 10 tandis que le piston 7 est chargé par un ressort 13 qui s'ap- puie vers le bas sur la collerette 6b du piston 6 et en haut sur l'extrémité supérieure de la tige de piston 8.
Le mode de fonctionnement du dispositif est le suivant: lORSQU'AUSUNE vapeur ne s'écoule par la conduite 1,la même pression règne dans les conduites 3 et 4, cette pression étant égale à celle de la chaudière. Cette pression agit sur le piston 6 vers le haut avec un effort qui est sensiblement proportion- nel à la valeur moyenne des diamètres de la collerette 6a et de la partie rétrécie 5A du carter. Sur le piston en forme de clo- che 7 s'exerce vers le bas une pression qui correspond à la moyen- ne du diamètre intérieur du piston 6 et du diamètre de la tige 8. La pression vers le haut est absorbée par le carter 5 par l'intermédiaire du ressort 10, tandis que la pression vers le bas est absorbée par le ressort 13 qui s'appuie sur le piston 6.
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Le piston 7 et la tige de piston 8 restent immobiles par rapport au piston 6. Si la pression de la chaudière augmente par exemple, le piston 6 et aussi la tige de piston 8 se déplacent vers le haut de sorte que la tige 8 referme le papillon de tirage en con- formité avec l'accroissement de la pression de la chaudière. Si maintenant on prélève de la vapeur dans la chaudière, la pres- sion de la conduite 4 et la pression sous le pisto 6 diminuent, le piston 7 et la tige 8 sont déplacés vers le bas dans le sens de la flèche et cela d'autant plus que la différence de pression entre l'amont et l'aval du diaphragme 2 est plus élevée.
Le déplacement de la tige de piston pourrait être utilisé directement pour agir sur les organes de réglage influençant la production de vapeur. Toutefois,en raison du poids des orga- nes mobiles, par exemple du papillon de tirage, cela exigerait un très large dimensionnement du dispositif beprésenté en fig.
1. Pour cette rafon, ce dispositif est accouplé avec un piston asservi connu en soi et représenté au dessin. Ce dispositif se compose d'un cylindre 14 auquel de l'eau sous pression est amenée en ,haut et en bas par la conduite 15, par exemple, dans une forme de réalisation particulière à l'invention, l'eau d'alimen- tation à la pression de la chaudière. Dans ce cylindre se dépla- ce un piston 16 qui est fixé sur une tige creuse 17. A l'inté- rieur de la tige creuse coulisse un piston-tiroir 18 qui est commandé par la tige de piston 8 à l'aide d'un levier 20. Dans le corps du piston 16 sont ménagés des canaux obliques 19a et 19b débouchant, d'une part, dans les chambres cylindtiques sé- parées par le pisto, et, d'autre part, dans la tige creuse, ces canaux étant obturés dans la position moyenne du tiroir 18.
Si le piston-tiroir 18 se déplace par exemple vers le haut,il découvre au moyen des ouvertures 21 les canaux 19a, de sorte que l'eau située au-dessus du piston 16 perd de la pression et que la pression s'exerçant sur la face intérieure du piston 16 sou-
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lève ce dernier dans le sens de la flèche. L'inverse se produit lorsque le tiroir 18 est déplacé vers le bas. Le piston 16 prend donc à tout instant une position correspondant à celle de la tige 8 dont il reproduit par conséquent les mouvements en four- nissant une puissance plus élevée qui est par exemple utilisée pour déplacer le papillon de tirage. L'effet de l'ensemble du dispositif consiste donc en un déplacement du papillon de tirage en fonction du débit de vapeur et de la pression de la chaudiè- re.
Au lieu du papillon de tirage ou en même temps que ce der- nier.,on peut également déplacer tous les autres organes influen- çant la production de la vapeur (tuyère d'admission du carbu- rant, vitesse de déplacement des barreaux de grilles, volets d'air primaire et d'air secondaire, ventilateur d'aspiration, etc. ) .
Les fig. 5 et 6 représentent d'autres formes de réalisation du dispositif de la fig.ldans lesquelles on utilise des mem- branes métalliques en accordéon. Le dispositif comporte une enveloppe constituée par deux parties cylindriques 24 et 24b et un coude intermédiaire 24a muni de brides 25 et 25a. La bride 25 est utilisée pour le serrage du rebord d'un accordéon métal- lique 26 qui est chargé par un ressort 27. En avant de l'accor- déon débouche la conduite 3 qui communique avec ledit accordéon et qui est branchée sur la conduite de vapeur 1 en amont du diaphragme 2. Une conduite 4 branchée en a val du diaphragme débouche dans la chambre entourant l'accordéon 26. Bans la par- tie 24b de l'enveloppe est monté un accordéon métallique 28 qui constitue avec l'accordéon 26 et la partie 24a de l'enveloppe une chambre fermée.
Sur la face terminale de l'accordéon 28 re- pose un axe transversal guidé dans des rainures longitudinales 29 et portant un levier 30 qui sort à l'extérieur par une rai- nure de l'enveloppe et dont les déplacements correspondent à ceux de la tige de piston 8 du dispositif de la fig.l. Le le-
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vier 30 repose constamment sur le fond de l'accordéon 28 qui est chargé par le ressort 31 à l'aide d'une tige 32 agissant sur une surface arrondie 33. A l'intérieur de l'enveloppe est disposée une glissière 34/Holidaire du levier 30 et contre la- quelle s'appuie à angle droit un poussoir 35 qui est'rendu do- lidaire du fond de l'accordéon 26.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant:
Lorsqu'on ne prélève pas de vapeur dans la conduite 1, la pression est la même dans les conduites 3 et %,de sorte que les pressionà l'extérieur et à l'intérieur de l'accordéon 26 s'équilibrent et que ce dernier reste immobile même lorsque la pression de la chaudière varie. Seul l'accordéon 28 accom- plit en cas de variation de la pression de la chaudière un mou- vement rectiligne en entraînant le levier 30 qui déplace par l'intermédiaire d'un piston asservi non représenté, analogue à celui de la fig.l, le papillon de tirage de façon à refermer ce dernier lors d'un accr&issement de la pression de la chaudière et à l'ouvrir davantage lors d'une diminution de cette pres- sion.
Si maintenant le prélèvement de vapeur provoque une dimi- nution de la pression dans la conduite 4, par rapport à la pres- sion de la conduite 3, le poussoir,- 35 se déplace vers la gau- che. Le levier coudé 30 à 34,dont le bras 34 s'appuie sur l'ex- trémité du poussoir 35, bascule dans le sens des aiguilles d'une montrejde sorte que l'extrémité 30 qui agit sur les or- ganes réglables bascule vers le bas et provoque une ouverture du papillon de tirage par l'intermédiaire du piston asservi.
Dans ce mouvement,l'articulation du levier est formée par la flexibilité de l'accordéon 28 dont les éléments se trouvent com- primés à droite et détendus à gauche. Des déformations très fai- bles suffisent pour assurer une mobilité suffisante au systè- me de levier 30-34.
La fig. 6 représente un dispositif fonctionnant de la même manièredans lequel le carter 36 est divisé par deux membranes
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37-38 chargées par des ressorts. Les deux chambres situées de part et d'autre de la membrane 37 sont reliées aux canalisa- tions 3 et 4 branchées de part et d'autre du diaphragme 2. La membrane 37 porte un 'poussoir' 39 disposé pependiculairement à sa surface et se terminant par une pièce en forme de mar- teau. Cette extrémité du poussoir 39 se déplace entre une sur- face de guidage 40 et un levier 41 formant plan incliné qui est disposé obliquement par rapport à la membrane 38 et qui est so- lidaire de celle-ci. L'extrémité extérieure de la tige 43 com- mande le piston asservi non représenté.
Lorsqu'on ne prélève pas de vapeur,la même pression règne dans les conduites 3 et 4 et la membrane 37 reste immobile même lorsque la pression de la chaudière varie. Sipar exemple,la pression de la chaudière baisse., la membrane 38 s'infléchit vers la droite, le levier obli- que 41 est poussé vers le bas par la tête du poussoir 39, la ti- ge 43 bascule sous l'effet de la déformation élastique de la membrane vers le haut et provoque une plus grande ouverture du papillon de tirage ou un accroissement de l'amenée du combus- tible,etc..
Si la pression de la conduite 4 s'abaisse par suite d'un accroissement de la consommation de vapeur, la membrane 37 se bombe vers la gauche et repousse par la tête du poussoir.. 39 le levier oblique 41 vers le bas, de sorte que l'extrémité de la tige 43 se soulève et commande un nouvel accroissement de la production de vapeur.
La fig. 7 représente schématiquement un dispositif qui a pour but de régler l'alimentation de la chaudière à la fois en fonc- tion du niveau d'eau et de la consommation de vapeur. On utilise pour cela un dispositif sensiblement analogue à celui de la fig.
1 et,désigné par la qui déplace la tige de piston 8 en fonction du débit de vapeur et qui est simplement simplifié en ce sens que le piston 7 coulisse non plus à l'intérieur d'un piston mo- bile, mais directement dans le carter. Les déplacements de la ti- ge de piston sont donc contrôlés uniquement par le débit de va-
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peut et non pas par la pression de celle-ci.
La tige de piston 8 agit par l'intermédiaire du levier 20 sur un dispositif de piston asservi 1b analogue à celui de la fig.l. L'axe de rotation du levier 20 est déplacé par un dispo- sitif à flotteur 44,, représenté d'une manière purement schémati- que,de façon que les mouvements de commande provoqués par la valeur instantanée du débit de vapeur se trouvant superposés à des mouvements de commande provoqués par la valeur instanta- née du niveau d'eau. Le piston asservi est utilisé pour régler une soupape d'alimentation non représentée.
Les dispositifs décrits ci-dessus et représentés à titre d'exemple assurent un réglage en fonction du débit et de la pression de vapeur ou en fonction du débit de vapeur et du ni- veau d'eau, mais il est possible de réaliser des dispositifs analogues dans lesquels le réglage est obtenu par superposition d'autres facteurs, par exemple un dispositif qui freine l'ali- mentation lors d'un accroissement de la pression de vapeur en fonction du niveau d'eau de façon à interrompre l'alimentation lorsque le niveau d'eau atteint une valeur maxime .