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CHAUDIERE POUR LOCOMOTIVES Linvention a pour but de permettre la réalisation d'une chaudière pour-la production de vapeur d'eau et contient plus spécialement pour l'instal- lation sur des locomotives, dans laquelle le chauffage et la vaporisation de l'eau s'effectuent dans des compartiments séparés et successifs.
Dans ce but, en plus du corps cylindrique normal contenant le fais- ceau de tubes entre la chambre de combustion et la chambre ou boîte à fumées, et au-dessous de ce corps, on a prévu au moins une autre enveloppe qui présente à une extrémité, un orifice d'entrée pour l'eau d'alimentation et qui communi- que avec le corps cylindrique précité par'-son autre extrémité.
Cette enveloppe contient un autre faisceau de tubes de fumée qui communiquent, d'une part, avec la chambre ou boite à fumées précitée et, d'au tre part, avec la cheminée par l'intermédiaire d'une deuxième chambre à fumées.
On a représenté sur les dessins ci-annexés, à simple titre d'exem- ple, quelques modes de réalisation de la chaudière suivant l'inventim, à sa- voir : la Figo 1 montre, en coupe longitudinale, une chaudière avec foyer à caisson polyédrique; la Fig. 2 montre en coupe longitudinale partielle, une chaudière à foyer cylindrique ondulé; la Fig. 3 est une coupe transversale de la chaudière représentée sur la Figo 1, suivant la ligne Y; la Figo 4 est une coupe transversale de la même chaudière, mais sui- vant la. ligne X; les Figs. 5 et 6 montrent, en coupe, quelques détails de réalisa- tion; la Fig. 7 montre, en coupe longitudinale, une chaudière perfection- née par rapport à celle représentée Fig. 1.
Sur l'ensemble de ces figures, 1 désigne le corps cylindrique, 2 un foyer à caisson (Fig. 1) et 3 un foyer cylindrique ondulé Fig. 2).
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Dans la partie inférieure de la chambre à fumées 4 s' étend une partie de deux corps cylindriques 6 qui passent à travers la paroi 5.
Ces corps cylindriques sont normalement disposés de façon que l'axe en soit légèrement divergent par rapport à celui de la chaudière, comme il apparaît sur le dessin, ce qui donne plus d'homogénéité à l'ensem- ble, tout en facilitant le montage et l'entretien, alors que le déplacement des fluides mis en jeu se trouve facilité de manière à contribuer au fonc- tionnement thermique satisfaisant de l'ensemble.
A l'intérieur de chacun de ces corps cylindriques inférieurs, on a agencé un faisceau de tubes de fumée 7 emmanchés dans des plaques por- te-tubes 8 et 9 logées aux extrémités des corps cylindriques proprement dits. Ces plaques, dont les bords présentent des formes différentes et dont le diamètre est également différent., celui de la plaque 9 étant plus grand que celui de la plaque 8, sont respectivement maintenues dans les sièges d'a- justage 10 et 11 par des brides opposées.12 et 13 bloquées par des boulons 14 et 15 dont les premiers traversent directement la plaque 8 et les seconds la bride à charnière 16 fixée au corps cylindrique 6.
Grâce à cette dispo- sition, on peut extraire du corps cylindrique le faisceau de tubes 7 avec les plaques porte-tubes 8 et 9, puis procéder aisément à l'enlèvement des incrus- tations et des sels de précipitation laisséspar l'eau au cours de la phase de chauffage. Les corps cylindriques sont reliés à la paroi 5 au moyen d'une bride 17 et de chevilles correspondantes 18 et leur extrémité opposée est suspendue au corps de la chaudière, placée au-dessus, par l'intermédiaire de supports pendulaires 19.
Ces supports,d'un emploi courant sur les locomotives, sont constitués par de simples plaques de tôle et peuvent se déformer facilement avec une cer- taine élasticité, de sorte que les corps cylindriques 6 peuvent librement s'al- longer et se raccourcir suivant les effets de la dilatation thermique, par rapport à la chaudière qui les surmonte.
Au-delà du dispositif de suspension pendulaire 19, le corps cylindri- que est relié à la chambre à fumées 20 d'où s'élèvent les cheminées 21 qui pas- sent de part et d'autre du corps cylindrique principal l.
Les produits de la combustion, provenant du foyer 2 (Fig. l) ou 3 (Fige 2) de la chaudière, 1, parcourent le faisceau de tubes 22, débouchent dans la chambre à fumées 4 et, après avoir léché une partie de la paroi exté- rieure des corps cylindriques 6, pénètrent dans le faisceau 7 et atteignent la deuxième chambre à fumées 20 pour en sortir à travers les cheminées 21
Cette chambre à fumées 4 est fermée par une porte 23 ayant les mêmes dimensions que la section de la chambre elle-même, afin de permettre d'y ef- fectuer toutes opérations désirées pour l'entretien et le fonctionnement de la chaudière, y compris l'extraction des faisceaux de tubes 7.
Sur la Fige 7, on voit une variante de réalisation de la chaudière représentée sur la Fig., l. les modifications et les additions d'organes ef- fectuées dans ce cas ayant pour but de permettre un fonctionnement plus ra- tionnel et économique de la chaudière
Pour éviter que des particules solides, qui se seraient mélangées aux produits gazeux de la combustion, se déposent dans' les tubes 7, on a prévu., dans ce mode de réalisation, une surface plane 24 qui s'étend au-dessus des corps cylindriques 6 et, pour éviter que les particules solides soient chas- sées de cette surface par les courants gazeux, la porte de visite 23 est agen- cée de façon à former un angle mort à l' endroit de cette surface.
En tirant parti d'une structure qui donne à cette porte une soli- dité et une rigidité considérables, on a formé dans la porte 23 une conduite 25 suffisamment- ample et avec des congés bien arrondis pour diriger les gaz entre la partie supérieure de la chambre à fumées 4 et la partie inférieure en avant des plaques porte-tubes 9 des corps cylindriques 6, une paroi verti- cale plane 26 assurant l'appui nécessaire pour contenir les matières solides que l'on désire retenir dans la zone 27 indiquée en pointillés. Cet appui est enlevé automatiquement lors de l'ouverture de la porte de visite 23, ce
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qui permet d'effectuer alors un nettoyage complet de l'intérieur..
Grâce à cette disposition, on protège contre toute obstruction causée par l'accumulation de corps solides, des tubes de faisceaux 7 des corps cylindriques, mais on peut surtout éliminer les dispositifs encombrants et offrant des résistances considérables et nuisibles au passage des gaz de combustion, que l'on doit normalement installer à la base des cheminées dans les chambres à fumée des chaudières de type classique pour éviter qu'en plein air la sortie de corps incandescents puisse déterminer des incendies le long des zones traversées.
L'abaissement sensible de la température des gaz de combustion tout au long du parcours qu'ils doivent suivre après avoir quitté-la cham- bre à fumée. 4 contribue également à l'extinction des fragments solides restés en suspension et en combustion dans le cotirant gazeux et, par consé- quent, à la diminution des risques d'incendieo
De plus, la séparation nette des compartiments et la diversité logique des conditions thermiques de ces compartiments, suivant l'invention, aboutissent à des phénomènes particuliers dont il y a lieu de tenir compte, attendu qu'ils peuvent à leur tour donner lieu à des inconvénients de carac- tères divers;
c'est pourquoi ces nouvelles caractéristiques ont été appli- quées avec un ensemble de dispositions particulières, ce qui permet d'amé- liorer le rendement thermique de la chaudière, but final visé par l'inventiono
En effet, au. cours de la période de temps qui suit immédiatement l'allumage du feu dans la chaudière et un premier chauffage, les produits de la combustion se refroidissent sensiblement en traversant les tubes du pre- mier corps cylindrique qui constitue la chaudière'proprement dite.
En traversant la première chambre à fumée, ces gaz de combustion atteindraient une température telle qu'ils ne pourraient plus produire un ef- fet utile quelconque en parcourant le faisceau de tubes contenu dans la dite enveloppe cylindrique inférieure.
Au contraire, puisque les produits de la combustion contiennent toujours des vapeurs qui se condensent à des températures relativement basses, comme par exemple des vapeurs d'eau, de l'anhydride sulfureux et des hydrocar- bures lourds, mélangés à ces particules solides de compositions différentes, ces particules solides se déposeraient et s'accumuleraient sur les parois froi- des du corps cylindrique inférieur et du faisceau à tubes, à une température s'écartant de très peu de la température ambiante.
Suivant le mode de réalisation de la Fig. 7, au cours de la péri- de de mise en marche de la chaudière, on dirige ces produits de la combustion dans une voie différente en les déviant de celle qu'ils procureront ensuite lorsque lnsemble .de la machine aura atteint des conditions voisines du régime optimum.. Toujours en se référant à cette Fig. 7, on voit que, dans la partie inférieure de .l'enveloppe qui forme la chambre à fumées 4, on a prévu, une con- duite faisant fonction de cheminée 37, que l'on peut fermer au moyen d'un cou- vercle 38 ayant la forme d'un, gros.
clapet que l'on éloigne de son siège en actionnant un. peu de tringlerie indiqué schématiquement en 39. Lorsque le couvercle est ouvert, il est évident que les produits de la combustion, par suite du tirage naturel ou,, mieux encore artificiel, obtenu par exemple en utilisant un simple dispositif de soufflage, seront évacués à travers la con- duite 37 qui offre moins de résistance que le circuit plus long qui passe à travers les tubes 7 du corps cylindrique 6.
La manoeuvre de fermeture du couvercle ou clapet 38 pour rétablir le circuit normal pourra s'effectuer à un moment ultérieur, c'est-à-dire lors- que les produits de la combustion parviendront à la chambre à fumées 4 à une température convenable, ce qui ne peut résulter que du fait que, dans la chau- dière propremént dite, l'eua aura atteint une température élevée susceptible d'engendrer, dans la chaudière, une pression de vapeur pouvant être utilisée pour accélérer la mise au régime du système-.
Cette condition sera atteinte plus facilement si l'on prévoit de former autour du corps cylindrique inférieur, de préférence dans la zone pro-
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che de la cheminée 21, un revêtement étanche dans lequel on fera circuler la vapeur produite par la chaudière., G'est cette disposition supplémentaire qui constitue un autre perfectionnement apporté par l'invention.
Pour la réaliser, on a prévu une enveloppe métallique supplémen- taire, de forme cylindrique, désignée en*35, entourant le corps 6 et ménageant entre les deux surfaces un intervalle convenable destiné à être parcouru par la vapeur provenant de la chaudière, qui se condensera au contact des parois encore froides ducorps cylindrique en cédant très rapidement les calories qu' elle contient,grâce au très haut coefficient de transmission calorifique que l'on obtient entre les surfaces de contact de vapeurs qui se condensent très rapidement.
L'entrée de la vapeur peut être assurée, par exemple, à travers l'ouverture 40, tandis que l'évacuation de l'eau de condensation peut s'ef- fectuer par l'ouverture 41 située au point le plus bas de l'enveloppe 35. Il devient ainsi possible d'effectuer en très peu de temps et avantageusement un transfert de calories entre la chaudière et le deuxième compartiment en élevant la température de l'eau qui entoure le faisceau de tubes 7 qui pourra être parcouru, immédiatement après, par les produits de la combustion, lesquels, en contact avec des parois moins froides, n'y laisseront pas de condensats ou de matières susceptibles de produire des incrustations et des obstructions nuisi- bles.
Attendu, par ailleurs, qu'on dispose encore de vapeur sous pression, le tirage dans la chambre à fumées 20 et l'expulsion par la cheminée 21 des pro- duits de la combustion peuvent être encore accélérés,afin d'anticiper la mise au régime optimum du système, mais, plus encore, on rend plus difficile le dépôt de ces substances nuisibles sur les surfaces des tubés 7 grâce à l'accélé- ration de la vitesse des produits de combustion qui traversent ces tubes.
L'enveloppe ou chemise à vapeur 35 peut être utilisée ultérieurement, par exemple en y faisant passer la vapeur d'échappement provenant soit de la partie motrice principale, soit des autres parties motrices auxiliaires exis- tant à bord de la locomotive, ce qui présente des avantages sensibles. En ef- fet, 1?eau à chauffer parcourt le corps cylindrique en contre-courant par rap- port aux produits de la combustion et son déplacement est sensiblement régula- risé du fait que les tubes en faisceau forment un complexe de conduites longi- tudinales et que la vitesse acquise n'est pas négligeable, étant donné la fai- ble section de passage à l'intérieur des tubes.
Par contre, dans la zone péri- phérique du faisceau, définie par les tubes externes du faisceau et par le corps cylindrique lui-même, la section de passage est proportionnellement supérieure et l'apport calorifique à l'eau serait inférieur si l'on n'utilisait pas à cet effet, également, l'importante surface que représente l'enveloppe cylindrique 35.
Cette surface pourra être avantageusement étendue- jusqu'.au point où les différences de température des fluides mis en jeu rendent positif le transfert des calories utilisables
La disposition rationnelle des deux éléments les,plus importants, à savoir la chaudière et le corps cylindrique inférieur, la proportion conve- nable établie entre les superficies léchées par les produits de la combustion et le calcul approprié des sections de passage de ces pr6duits, permettent de réaliser des coefficients de transmission calorifique supérieure et d'atteindre le maximum de rendement,
ce qui se traduit par une économie sensible de ce com- bustibleo
L'eau d'alimentation que l'on introdùit par le point 28 dans la par- tie extrême et la plus froide du corps cylindrique 6 effectue un parcours à contre-courant le long du faisceau de tubes 7, par rapport aux produits de la combustion.
Lorsqu'elle parvient à l'extrémité opposée du corps cylindrique, l'eau,. ayant atteint une température voisine de sa température de vaporisa- tion, traverse la conduite 29 et pénètre dans le corps 1, où l'apport calori- fique des produits de la combustion n'aura d'autre effet sur l'eau que de la transformer en vapeur.
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Ainsi qu'on l'a déjà dit, la division en deux compartiments permet de mieux définir le rôle de chacun d'eux mais plus encore d'établir un rapport exact entre les éléments qui les composent, de sorte que les surfaces léchées par les gaz augmentent au fur et à mesure que-la température de ces gaz s'a- baisse et que les sections de passage diminuent au fur et à mesure que diminue le volume spécifique des produits de la combustion. C'est ainsi qu'on par- vient à réaliser un rendement élevé.
Pour préciser comment il est possible de définir avec exactitude le rôle de chaque élément en particulier et pour démonter quels sont les avan- tages qui en découlent immédiatement, on va prendre l'exemple d'une chaudière munie des corps cylindriques suivant l' invention pour la comparer à une chau- dière équivalente de type classique.
On suppose que les deux chaudières à comparer ont des grilles de même surface et que., dans le faisceau des tubes de fumée, quelques tubes contien- nent les éléments de sur chauffage de la vapeur suivant le système Schmidt bien connu.
On suppose qu'à une combustion de charbon fossile ayant une inten- sité suffisante pour brûler 500 kg/m2 de grille et par. heure, dans la. chaudière classique, l'intensité corresp ondante soit inférieure à 400 kg. dans la chau- dière du type décrit ici.
La température des produits de la combustion ne différera guère dans les deux cas, parce que la combustion moins intense dans la deuxième chaudière correspond à un passage d'air en excédent bien inférieur qui produit immédiate - ment un rendement plus élevé.
On peut supposer que, par suite des phénomènes de convexion et de rayonnement, les produits de la combustion cèdentproportionnellement la même quantité de chaleur dans les deux cas considérés, à travers les parois des foyers, dont les surfaces sont à peu près équivalentes, de sorte que ces produits se dirigeront vers les tuyaux de fumée à la même température d'environ 1.050 C.
Les deux faisceaux seront cependant assez différents puisqu'à la sur- face de la première chaudière, de type classique, correspond une surface de 40% inférieure environ, dans la deuxième chaudière réalisée suivant l'invention
Cette diminution, en supposant que les distances respectives entre les plaques porte-tubes soient égales, se traduit immédiatement par une réduc- tion de moitié environ du nombre de tubes qui composent le faisceau. Dans le deuxième cas cependant, le diamètre des tubes sera sensiblement supérieur, atten- du qu'il faut obtenir une section totale de passage des gaz qui ne soit pas trop inférieure à celle de la chaudière de type classique.
Une autre caractéristique de la chaudière suivant l'invention est que, par rapport aux tubes de diamètre 22, le nombre de tubes ayant un dia- mètre plus grand 30 et qui contiennent les él éments surchauffeurs de vapeur 34, est sensiblement plus grand que dams une chaudière classique, ce nombre étant même tel qu'en général les surfaces de contact avec les gaz, dans les deux types, de tubes gros et petits, sont à peu près équivalentes.
Si les superficies et les sections ont été convenablement établies, les produits de la combustion atteindront la chambre à fumée de la chaudière re- présentée à une température légèrement supérieure à celle de la chaudière clas- sique.
Or, alors que, dans la chambre à fumée classique, les gaz sont dé- finitivement expulsés dans l'atmosphère avec une masse calorifique encore im- portante, dans la chaudière suivant 1. 'invention on fait passer ces gaz, par contre, à travers les faisceaux 7 des corps cylindriques placés au-dessous, dont les tubes de fumées ont une surface égale à 85% environ de celle chauffée par la chaudière proprement dite l. C'est précisément dans ces éléments qu'une grande partie des calories encore présentes dans les produits de la combustion est transmise- à l'eau qui est chauffée jusqu'à une température légèrement infé- rieure à celle nécessaire pour s'évaporer ensuite dans la chaudière.
En supposant que la température approximative des gaz dans la
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chambre à fumées du corps 1 soit de 390 C, ils atteindront la cheminée 21 du corps cylindrique 6 à une température de 190 C, c'est-à-dire inférieure de 200 C environ.
Naturellement,pour compenser la moindre capacité de transmission de chaleur déterminée par la plus faible différence thermique entre les gaz et l'eau qui s'y trouvent, la section de passage est sensiblement réduite et telle qu'elle permet de conserver la vitesse élevée des gaz (condition essen- tielle pour assurer un coefficient élevé de transmission calorifique par con- vexion), tout en étant proportionnelle au volume spécifique inférieur qui correspond à une température moins élevée.
A ce fait important s'ajoute la disposition particulière des élé- ments individuels dans le but d'instituer d'une façon rigoureuse l'échange de chaleur par contre-courant entre les produits de la combustion là où la turbulence produite par la vaporisation serait insuffisante.
Tout cela ne peut se produire dans une chaudière de type classique, même si l'on voulait y aménager de diverses façons des parois ou déflecteurs pour assurer une division longitudinale ou transversale afin de contraindre les fluides à suivre des parcours bien établis d'avance. N'importe comment, il est impossible, dans les chaudières classiques, de réduire entre autres la section de passage des gaz en fonction de leur volume restreint par suite de la diminution de la température, en rehaussant le coefficient de transmission calorifique.
Un avantage essentiel de la chaudière décrite résulte de la posi- tion et des dimensions des différents éléments qui la composent.
Les corps cylindriques suivant l'invention occupent en effet un es- pace souvent inutilisé ou, de toute façon, mal utilisé.
Toujours en prenant pour base de comparaison une chaudière de type classique de capacité équivalente et ayant la même distance entre les plaques porte-tubes, le corps cylindrique réalisé suivant l'invention aura un diamètre inférieur d'au moins 15%, en raison du nombre inférieur de tubes de fumée qui composent le faisceau, en général, ce nombre atteignant même la moitié de celui des chaudières classiques.
Les corps cylindriques de la chaudière suivant l'invention seront fréquemment au nombre dé deux et,dans ce cas, leur diamètre individuel sera é- gal à la moitié environ de celui de la chaudière qui les surmonte. Par consé- quent, ces corps cylindriques peuvent être accouplés sans dépasser le plan de la projection horizontale de la chaudière principale,.
Grâce à cette disposition, il est bien entendu que l'on peut aug- menter la hauteur du foyer en lui donnant une profondeur et une capacité im- portantes, ce qui est avantageux pour l'amélioration de la -combustion.
Cette disposition satisfait également aux conditions relatives à la position du centre de masse, autant dans le sens vertical que dans le sens horizontal, ce qui permet de conserver sans aucun changement la disposition orthodoxe des essieux., du châssis et des mécanismes.
Il devient possible, par conséquent, de remplacer la chaudière de type classique par celle conforme à 1'invention, sur une locomotive ordinaire sans qu'il soit nécessaire d'y apportér des modifications ou des variantes par- ticulières.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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BOILER FOR LOCOMOTIVES The aim of the invention is to allow the realization of a boiler for the production of water vapor and contains more especially for installation on locomotives, in which the heating and vaporization of water s 'perform in separate and successive compartments.
For this purpose, in addition to the normal cylindrical body containing the bundle of tubes between the combustion chamber and the smoke chamber or box, and below this body, at least one other casing has been provided which presents to a end, an inlet orifice for the feed water and which communicates with the aforementioned cylindrical body by its other end.
This casing contains another bundle of smoke tubes which communicate, on the one hand, with the aforementioned smoke chamber or box and, on the other hand, with the chimney via a second smoke chamber.
There is shown in the accompanying drawings, purely by way of example, a few embodiments of the boiler according to the inventim, namely: FIG. 1 shows, in longitudinal section, a boiler with a combustion chamber. polyhedral box; Fig. 2 shows in partial longitudinal section, a boiler with a corrugated cylindrical hearth; Fig. 3 is a cross section of the boiler shown in Figo 1, taken along line Y; Figo 4 is a cross section of the same boiler, but following the. line X; Figs. 5 and 6 show, in section, some details of construction; Fig. 7 shows, in longitudinal section, an improved boiler compared to that shown in FIG. 1.
In all of these figures, 1 denotes the cylindrical body, 2 a box hearth (Fig. 1) and 3 a corrugated cylindrical hearth Fig. 2).
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In the lower part of the smoke chamber 4 extends a part of two cylindrical bodies 6 which pass through the wall 5.
These cylindrical bodies are normally arranged so that the axis diverges slightly from that of the boiler, as shown in the drawing, which gives more homogeneity to the whole, while facilitating assembly. and maintenance, while the movement of the fluids involved is facilitated so as to contribute to the satisfactory thermal operation of the assembly.
Inside each of these lower cylindrical bodies, there is arranged a bundle of smoke tubes 7 fitted into tube-carrying plates 8 and 9 housed at the ends of the cylindrical bodies proper. These plates, whose edges have different shapes and whose diameter is also different., That of the plate 9 being larger than that of the plate 8, are respectively held in the adjustment seats 10 and 11 by opposite flanges. 12 and 13 blocked by bolts 14 and 15, the first of which pass directly through the plate 8 and the second through the hinged flange 16 fixed to the cylindrical body 6.
By virtue of this arrangement, it is possible to extract the bundle of tubes 7 with the tube-holder plates 8 and 9 from the cylindrical body, and then easily proceed to the removal of incrustations and precipitation salts left by the water during of the heating phase. The cylindrical bodies are connected to the wall 5 by means of a flange 17 and corresponding pegs 18 and their opposite end is suspended from the body of the boiler, placed above, by means of pendular supports 19.
These supports, in common use on locomotives, are formed by simple sheet metal plates and can be deformed easily with a certain elasticity, so that the cylindrical bodies 6 can freely extend and shorten according to the effects of thermal expansion, relative to the boiler above them.
Beyond the pendulum suspension device 19, the cylindrical body is connected to the smoke chamber 20 from which rise the chimneys 21 which pass on either side of the main cylindrical body 1.
The combustion products, coming from the hearth 2 (Fig. L) or 3 (Fig. 2) of the boiler, 1, travel through the tube bundle 22, emerge into the smoke chamber 4 and, after having licked part of the outer wall of the cylindrical bodies 6, enter the bundle 7 and reach the second smoke chamber 20 to exit through the chimneys 21
This smoke chamber 4 is closed by a door 23 having the same dimensions as the section of the chamber itself, in order to allow all desired operations to be carried out for the maintenance and operation of the boiler, including extracting the bundles of tubes 7.
In Fig. 7, we see an alternative embodiment of the boiler shown in Fig., L. modifications and additions of components carried out in this case with the aim of allowing a more rational and economical operation of the boiler
In order to prevent solid particles, which would have mixed with the gaseous products of the combustion, to deposit in the tubes 7, there is provided, in this embodiment, a flat surface 24 which extends above the bodies. cylindrical 6 and, in order to prevent the solid particles from being driven from this surface by the gas currents, the inspection door 23 is arranged so as to form a dead angle at the location of this surface.
By taking advantage of a structure which gives this door considerable strength and rigidity, there is formed in door 23 a duct 25 sufficiently wide and with well-rounded fillets to direct the gases between the top of the door. smoke chamber 4 and the lower part in front of the tube-holder plates 9 of the cylindrical bodies 6, a flat vertical wall 26 providing the necessary support to contain the solids which one wishes to retain in the zone 27 indicated in dotted lines. This support is automatically removed when opening the inspection door 23, this
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which then allows a complete cleaning of the interior.
Thanks to this arrangement, it protects against any obstruction caused by the accumulation of solid bodies, the bundle tubes 7 of the cylindrical bodies, but above all it is possible to eliminate bulky devices offering considerable resistance and harmful to the passage of combustion gases, which should normally be installed at the base of the chimneys in the smoke chambers of conventional boilers in order to prevent the exit of incandescent bodies in the open air from causing fires along the areas crossed.
The significant lowering of the temperature of the combustion gases throughout the path they must follow after leaving the smoke chamber. 4 also contributes to the extinction of the solid fragments remained in suspension and combustion in the gas cotirant and, consequently, to the reduction of the fire risks.
In addition, the clear separation of the compartments and the logical diversity of the thermal conditions of these compartments, according to the invention, lead to particular phenomena which must be taken into account, since they can in turn give rise to disadvantages of various kinds;
this is why these new characteristics have been applied with a set of particular provisions, which makes it possible to improve the thermal efficiency of the boiler, the final aim of the invention.
Indeed, at. During the period of time immediately following the ignition of the fire in the boiler and a first heating, the products of combustion cool substantially as they pass through the tubes of the first cylindrical body which constitutes the boiler itself.
On passing through the first smoke chamber, these combustion gases would reach a temperature such that they could no longer produce any useful effect by passing through the bundle of tubes contained in said lower cylindrical envelope.
On the contrary, since the products of combustion always contain vapors which condense at relatively low temperatures, such as for example water vapors, sulfur dioxide and heavy hydrocarbons, mixed with these solid particles of compositions. different, these solid particles would settle and accumulate on the cold walls of the lower cylindrical body and the tube bundle at a temperature very little deviating from ambient temperature.
According to the embodiment of FIG. 7, during the start-up period of the boiler, these combustion products are directed in a different path deviating them from that which they will then provide when the whole machine has reached conditions close to that of optimum speed. Still referring to this FIG. 7, it can be seen that, in the lower part of the casing which forms the smoke chamber 4, there is provided a pipe acting as a chimney 37, which can be closed by means of a cut-out. vercle 38 having the shape of a, large.
valve that is moved away from its seat by actuating a. little linkage indicated schematically at 39. When the cover is open, it is obvious that the products of combustion, as a result of the natural draft or, better still artificial, obtained for example by using a simple blowing device, will be discharged at through the conduit 37 which offers less resistance than the longer circuit which passes through the tubes 7 of the cylindrical body 6.
The operation of closing the cover or valve 38 to restore the normal circuit can be carried out at a later time, that is to say when the combustion products reach the smoke chamber 4 at a suitable temperature, which can only result from the fact that, in the boiler proper, the eua will have reached a high temperature liable to generate, in the boiler, a vapor pressure which can be used to accelerate the system start-up -.
This condition will be reached more easily if it is planned to form around the lower cylindrical body, preferably in the pro-
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che of the chimney 21, a sealed covering in which the steam produced by the boiler will be circulated. It is this additional arrangement which constitutes another improvement provided by the invention.
To achieve this, an additional metallic casing, of cylindrical shape, designated by * 35, surrounding the body 6 and leaving between the two surfaces a suitable space intended to be traversed by the steam coming from the boiler, which is will condense on contact with the still cold walls of the cylindrical body, giving up the calories it contains very quickly, thanks to the very high heat transfer coefficient obtained between the contact surfaces of vapors which condense very quickly.
The entry of steam can be made, for example, through the opening 40, while the evacuation of the condensed water can be done through the opening 41 located at the lowest point of the water. 'envelope 35. It thus becomes possible to carry out in a very short time and advantageously a transfer of calories between the boiler and the second compartment by raising the temperature of the water which surrounds the bundle of tubes 7 which can be traversed immediately. afterwards, by the products of combustion, which, in contact with less cold walls, will not leave any condensate or matter liable to produce encrustation and harmful obstructions.
Whereas, moreover, that steam is still available under pressure, the draft in the smoke chamber 20 and the expulsion through the chimney 21 of the combustion products can be further accelerated, in order to anticipate the release. optimum speed of the system, but, moreover, the deposition of these harmful substances on the surfaces of the tubes 7 is made more difficult by the acceleration of the speed of the combustion products which pass through these tubes.
The steam jacket or jacket 35 can be used subsequently, for example by passing through it the exhaust steam from either the main driving part or from the other auxiliary driving parts existing on board the locomotive, which presents significant advantages. In fact, the water to be heated flows through the cylindrical body in counter-current with respect to the products of combustion and its movement is substantially regulated because the bundled tubes form a complex of longitudinal conduits. and that the speed acquired is not negligible, given the small passage section inside the tubes.
On the other hand, in the peripheral zone of the bundle, defined by the external tubes of the bundle and by the cylindrical body itself, the passage section is proportionally greater and the heat input to the water would be less if one also did not use the large surface area represented by the cylindrical casing 35 for this purpose.
This surface can advantageously be extended up to the point where the differences in temperature of the fluids involved make the transfer of usable calories positive.
The rational arrangement of the two most important elements, namely the boiler and the lower cylindrical body, the suitable proportion established between the areas licked by the combustion products and the appropriate calculation of the passage sections of these products, allow achieve higher heat transmission coefficients and achieve maximum efficiency,
which translates into significant savings in this fuel.
The feed water which is introduced through point 28 into the extreme and coldest part of the cylindrical body 6 travels countercurrently along the bundle of tubes 7, with respect to the products of the combustion.
When it reaches the opposite end of the cylindrical body, the water ,. having reached a temperature close to its vaporization temperature, passes through line 29 and enters body 1, where the calorific supply of the products of combustion will have no other effect on the water than turn into steam.
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As we have already said, the division into two compartments makes it possible to better define the role of each of them but even more to establish an exact relationship between the elements that compose them, so that the surfaces licked by the The gases increase as the temperature of these gases decreases and as the passage sections decrease as the specific volume of the products of combustion decreases. This is how a high yield is achieved.
To specify how it is possible to define with exactitude the role of each element in particular and to disassemble what are the advantages which immediately follow from it, we will take the example of a boiler provided with cylindrical bodies according to the invention to compare it to an equivalent conventional boiler.
It is assumed that the two boilers to be compared have grids of the same surface and that, in the bundle of the smoke tubes, a few tubes contain the elements for superheating the steam according to the well-known Schmidt system.
It is assumed that with a combustion of fossil coal having sufficient intensity to burn 500 kg / m2 of grate and by. hour, in the. classic boiler, the corresponding intensity is less than 400 kg. in the boiler of the type described here.
The temperature of the combustion products will hardly differ in either case, because the less intense combustion in the second boiler results in a much lower excess air passage which immediately produces a higher efficiency.
We can suppose that, as a result of the phenomena of convection and radiation, the products of combustion yield proportionately the same quantity of heat in the two cases considered, through the walls of the hearths, the surfaces of which are roughly equivalent, so that these products will go to the flue pipes at the same temperature of about 1.050 C.
The two bundles will however be quite different since the surface of the first boiler, of conventional type, corresponds to an area of approximately 40% less, in the second boiler produced according to the invention.
This reduction, assuming that the respective distances between the tube holder plates are equal, immediately results in a reduction by about half of the number of tubes which make up the bundle. In the second case, however, the diameter of the tubes will be appreciably greater, with the expectation that it is necessary to obtain a total gas passage section which is not too less than that of the conventional type boiler.
Another characteristic of the boiler according to the invention is that, compared to the diameter tubes 22, the number of tubes having a larger diameter 30 and which contain the steam superheating elements 34, is appreciably greater than that of the same. a conventional boiler, this number being even such that in general the gas contact surfaces, in both types, of large and small tubes, are roughly equivalent.
If the areas and sections have been properly established, the products of combustion will reach the smoke chamber of the boiler shown at a temperature slightly higher than that of the conventional boiler.
Now, while, in the conventional smoke chamber, the gases are definitively expelled into the atmosphere with a still significant calorific mass, in the boiler according to the invention these gases are passed, on the other hand, to through the beams 7 of the cylindrical bodies placed below, the smoke tubes of which have an area equal to approximately 85% of that heated by the boiler itself. It is precisely in these elements that a large part of the calories still present in the products of combustion is transmitted to the water which is heated to a temperature slightly below that necessary to then evaporate in Boiler.
Assuming that the approximate temperature of the gases in the
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smoke chamber of the body 1 is 390 C, they will reach the chimney 21 of the cylindrical body 6 at a temperature of 190 C, that is to say less than 200 C approximately.
Naturally, to compensate for the lower heat transfer capacity determined by the lower thermal difference between the gases and the water therein, the passage section is significantly reduced and such that it allows the high speed of gas (essential condition to ensure a high coefficient of heat transfer by convection), while being proportional to the lower specific volume which corresponds to a lower temperature.
To this important fact is added the particular arrangement of the individual elements with the aim of rigorously instituting the exchange of heat by counter-current between the products of combustion where the turbulence produced by the vaporization would be. insufficient.
All this cannot happen in a conventional boiler, even if one wanted to arrange there in various ways of the walls or deflectors to ensure a longitudinal or transverse division in order to force the fluids to follow well established paths in advance. In any case, it is impossible, in conventional boilers, to reduce, among other things, the passage section of the gases as a function of their restricted volume as a result of the reduction in temperature, by increasing the heat transmission coefficient.
An essential advantage of the described boiler results from the position and dimensions of the various elements which compose it.
The cylindrical bodies according to the invention in fact occupy a space which is often unused or, in any event, badly used.
Still taking as a basis of comparison a conventional type boiler of equivalent capacity and having the same distance between the tube-holder plates, the cylindrical body produced according to the invention will have a smaller diameter of at least 15%, due to the number lower number of smoke tubes that make up the bundle, in general, this number even reaching half that of conventional boilers.
The cylindrical bodies of the boiler according to the invention will frequently be two in number and, in this case, their individual diameter will be equal to about half that of the boiler which surmounts them. Consequently, these cylindrical bodies can be coupled without going beyond the plane of the horizontal projection of the main boiler.
Thanks to this arrangement, it is understood that the height of the hearth can be increased by giving it a great depth and capacity, which is advantageous for the improvement of the combustion.
This arrangement also satisfies the conditions relating to the position of the center of mass, both vertically and horizontally, which allows the orthodox arrangement of the axles, the chassis and the mechanisms to be retained without any change.
It therefore becomes possible to replace the conventional type boiler with that according to the invention on an ordinary locomotive without the need to make any particular modifications or variations.
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