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DISPOSITIF DE COMMANDE, NOTAMMENT DE L'ALIMENTATION DES CHAUDIERES.
La présente invention est relative à des perfectionnements aux
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dispositifs de commande de 19alhnentation des chaudièreso
En fonctionnement normal des chaudières ou générateurs de va- peur, il se produit, en général, des conditions qui modifient la demande en vapeur. Lorsque cette demande augmente, il faut augmenter de façon corres-
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pondante l'arrivée deau d'alinentation, ainsi que l'arrivée de combustible à l'appareil de chauffage, de manière à empêcher une chute de pression et de la qualité de la vapeur. Inversement lorsque la demande de vapeur diminue, il
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faut réduire de façon correspondante l'arrivée deau d'alimentation et celle du combustible, car autrement la température de la vapeur et la pression pour- raient s'élever plus que cela n'est désiré.
On voit donc qu9il est particuliè- rement désirableet en particulier dans une chaudière à tubes d'eau, de main- tenir automatiquement un équilibre entre l'arrivée d'eau d'alimentation à la chaudière, l'arrivée du combustible à 1?appareil de chauffe et la sortie de la vapeur.
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La présente invention comporte 1?utflisation de conduites munies de plaques ou analogue percées d9un orifice, en conséquence, elle fait entrer en jeu de façon générale les lois physiques qui commandent 19écoulement de fluides à travers des orifices mesurés et elle utilise les phénomènes physi- ques qui leur sont associés pour commander automatiquement et proportionnel- lement 1'écoulement d'un ou de plusieurs fluidespar exemple l'arrivée du com-
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bustible à un appareil de chauffage d-lune chaudière, en relation ave 1garri- vée d'eau d'alimentation à la chaudière., Pour la mise en oeuvre de l'invén- tion, on utilise un orifice de restriction dans la tuyauterie qui sert à ame- ner l'eau d'alimentation à la chaudière et également dans une tuyauterie qui
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amène du combustible liquide à 19appareil de chauffage de la chaudière.
La différence de pression qui s'exerce sur les côtés opposés des plaques à orifi-
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ce' est utilisée pour actionner un dispositif commandant l'arrivée du combusti- ble en fonction de l'arrivée d'eau d'alimentation. De cette fagon, il est pos- sible de régler exactement le fonctionnement d'une chaudière produisant de la vapeux ou chauffant un fluide en actionnant des commandes à l'extrémité d'en- trée de la chaudière plutôt qu'à son extrémité de sortie.
Bien qu'il soit pos- sible d'utiliser des moyens analogues pour commander, de façon proportionnelle, 1?arrivée d'eau d'alimentation et l'arrivée de combustible en fonction de la sortie de vapeur ou d'eau chaude de la chaudière, il est préférable de comman- der la sortie en fonction de l'entrée. Ceci est particulièrement vrai dans le cas de chaudières du type à tubes d9eau, puisque la commande de l'admission et du combustible réduit au minimum les variations de qualité de la vapeur sortant de la chaudièreo Pour augmenter encore l'exactitude du dispositif de commande selon l'invention, il est prévu un moyen sensible à la température de la va- peur et/ou autres fluides sortant de la chaudière.
Ce moyen sensible à Inaction de la température est relié au dispositif commandé par la pression et fonction- ne concurremment avec lui en vue de régler les positions relatives du mécanis- me proportionnel associé pour tenir compte de la température du fluide sortant.
Comme variante du dispositif sensible à Inaction de la température, on a repré- senté un dispositif analogue., permettant d'assurer facilement et commodément des réglages à la main.
La commande proportionnelle représentée ici peut évidemment être appliquée à l'écoulement de courants de fluide dans d'autres cas. En conséquen- ce, l'invention couvre, de façon générale, toutes ces applications.
L'invention a pour objet en premier lieu un dispositif perfection- né de commande proportionnelle,comportant des orifices de restriction de l'é- coulement dans les conduites du système, les phénomènes physiques associés à cette disposition étant utilisés pour commander automatiquement l'écoulement d'un courant de fluide par rapport à un autre, et il convient particulièrement bien pour régler automatiquement le fonctionnement des chaudières du type à tu- bes d'eau, de telle sorte que l'arrivée du combustible liquide à l'appareil de chauffage de la chaudière soit maintenu en équilibre avec le volume d'eau de complément amené à la chaudière.
L'invention a également pour objet, dans le dispositif du type ci-dessus;, des moyens permettant de modifier facilement les proportions des fluides circulant dans des conduites séparéeso
Elle a encore trait, dans le dispositif ci-dessus, à un disposi- tif servant à régler automatiquement, en fonction de la température, le dispo- sitif de dosage, de manière à tenir compte de la température ou de la qualité du fluide sortant de la chaudière.
D'autres particularités et avantages de 1-'invention ressortiront de la description ci-dessous, faite en se référant au dessin annexé, dans le- quel :
La fig. 1 est une coupe longitudinale, avec parties en élévation, d'un système de commande selon l'invention, les conduites dans lesquelles cir- culent les courants de fluides à régler proportionnellement n'étant représen- tées qu'en partie.
La fig. 2 est une coupe transversale, à plus grande échelle, sui- vant la ligne 2-2 de la fige 1, montrant un moyen permettant de relier de fa- gon réglable certaines des pièces.
La fig. 3 est une coupe longitudinale suivant la ligne 3-3 de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en élévation représentant une variante ser- vant à régler à la main les leviers de manoeuvre de la fig. 1.
On a représenté schématiquement sur le dessin une forme de réa- lisation de l'invention applicable à la commande du combustible liquide envoyé à l'appareil de chauffage d'une chaudière ou d'un générateur de vapeur. Dans
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l'exemple représenté, la conduite ou tuyau 1 peut être considéré comme relié à un générateur de vapeur, non représenté, et il sert à amener de 1-'eau de complément à cette chaudière.
Une conduite 6 est reliée à un brûleur à com-
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bustible liquide (non représenté) servant à-chauffer la chaudière, en vue day amener ce combustible dont la quantité est réglée automatiquement en passant de la conduite 7 dans la conduite 6, en proportion déterminée par rapport au volume d'eau de complément amené à la chaudière par la conduite 2 comme on le verra plus loin.
Dans la conduite ± est montée une plaque .8 percée d'un orifice 9 servant à réduire le passage du liquide dans ledit orifice. Une plaque analo-
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gue Il est montée dans la conduite 6, cette plaque présentant un orifice 12. Comme on le voit sur la fig. 1, les conduites 6 et 7 sont décalées l'une par rapport à l'autre, leurs extrémités étant fermées en ;13, et 14, respectivement mais, toutefois, ces conduites communiquent par un orifice 16 fermé par une soupape 17 qui est actionnée, comme on le verra plus loin, de manière à per- mettre le passage du combustible liquide de la conduite 7 dans la conduite 6 allant à l'appareil de chauffe du générateur de vapeur.
Bien que, pour la com-
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modité, 1?appareil de la fig. 1 soit représenté comme occupant une position verticale et que les fluides circulent dans les conduites ± et 6 dans des di- rections opposées, on peut modifier ces conditions suivant les besoins dans différentes installations. Avec l'intérieur de la conduite 7 communique un
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tuyau 1& relié à une ouverture d'un robinet à trois voies J:2. dont le bois- seau 20 comporte un passage diamétral 21 et un passage radial 22 communiquant avec le précédent. Sur une autre ouverture du robinet 19 est branché un tuyau 23 qui peut fonctionner comme tuyau de vidange dans certaines installations et comme tuyau d'air comprimé dans d'autres. Sur un orifice diamétralement op-
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posé du robinet 12 est branché un tuyau 24, qui est dans 1,'alignement du tuyau 23.
Gomme on le comprend, en faisant tourner le boisseau 20, on peut obtenir différentes combinaisons de branchement entre les conduites 18, 23, et 24.p à volonté.
Le tuyau 24 comporte un réducteur de pression 26 d'un type cou-
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rant. Sur ce réducteur 26 est branché un tuyau 27 comportant une partie recour- bée descendante 28 dans laquelle est montée une plaque 23.avec orifice 31.. La partie de tuyau 78 va à un moteur 32, commandé par pression et servant à action- ner la soupape 7.. Le moteur 2 est d'un type courant et il comporte un diaphrag- me 33, serré entre les parties à& et .2i du logement, la partie étant portée par un tube 6 qui entoure la tige 3*7 de la soupape 7,. La tige 7 est fixée sur le diaphragme 33 de manière à monter et descendre avec lui suivant le côté du diaphragme sur lequel s'exerce la pression.
Un ressort à boudin 38 est pla- cé sous le diaphragme 33 afin d'équilibrer sensiblement le poids des pièces, de manière à agir sur la soupape 17 en fonction des variations de la pression
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du fluide au-dessus du diaphragme 33.. Un manomètre 32, est monté sur le tuyau 27. de manière à indiquer la pression qui y règne-.
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Sur le tuyau 28, en un point situé en dessous de la plaque Z2, est branché un tuyau bzz sur lequel est monté un manomètre l2 et relié, SI à son autre extrémité, à une soupape de décharge 43., laquelle comporte une conduite éà servant à évacuer le fluide en excès s'écoulant par le tuyau , lorsque la soupape 46, s'écarte de son siège fs1.o La soupape 46 est portée par une tige 48 qui coulisse dans la plaque d'extrémité 42, du logement de soupape 43.. La soupape 46, commande la pression dans la chambre sous pression 32,, en vue d9ac- tionner la soupape 12.
Lorsque la soupape 4, s9ouvre légèrement pour laisser sortir du fluide du tuyau 41, la pression dans la chambre sous pression 32
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est réduite et, en conséquence, la soupape 17 est amenée par le ressort 38, dans sa position fermée, représentée sur la fig. 1, en réduisant ainsi le volume de combustible passant de la conduite 7 dans la conduite 6. Lorsque la
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soupape se ferme, la pression dans la chambre sous pression 32, augmente et agit sur le diaphragme 33 en provoquant un mouvement d'ouverture de la sou-
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pape 17, par l'intermédiaire de la tige 37,, de manière à augmenter l'arrivée de combustible à l'appareil de chauffage ou au générateur de vapeur.
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La soupape s'ouvre et se ferme en fonction de changements dans la pression d'eau d'alimentation et du combustible fluide dans les conduites 5 et 6 respectivement, sur les côtés opposés de leurs plaques à orifices res-
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pectives 8 et 119 la différence de pression étant transmise à la soupape ±µ au moyen du mécanisme suivant : de petits tuyaux 51 et 52 font communiquer la conduite 6 avec un boîtier 53 contenant un diaphragmer ce boîtier étant en deux parties entre lesquelles est serré,sur son bord, un diaphragme flexi- ble 54 sur la partie centrale duquel sont fixés, sur ses deux faces, des dis- ques 22 et 57, sur le côté gauche desquels,en regardant la fig. l, est fixé un bras court se déplaçant avec le diaphragme 54.
Il y a lieu de noter que l'une des extrémités du tuyau 51 communique avec l'intérieur de la conduite 6, du côté à haute pression de la plaque à orifices 11 et que son autre extré- mité communique avec la chambre qui se trouve dans leboîtier 53, du côté droit
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du diaphragme 2it, tandis que le tuyau J2 communique par 19-une de ses extrémi- tés avec l'intérieur de la conduite 6, du côté à basse pression de la plaque à orifice il, et, par l'autre extrémité, avec l'espace qui se trouve du côté
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gauche du diaphragme 2lt,.
Le sens de l'écoulement du liquide dans la conduite 6 est indiqué par la flèche.
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Dans le boîtier il pivote en 22 un bras 61 à l'extrémité extérieu- re duquel est fixé un arbre 62, de sorte que le déplacement du bras 61 autour de l'axe de l'arbre 62 provoque une légère rotation de cet arbre.
Comme on le voit plus nettement sur la fig. 3, la paroi intérieure, supérieure, du boî-
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tier 2l comporte une cavité 63, dans laquelle se loge l'extrémité du bras 61 voisine de l'extrémité de l'arbre 62, ceci donnant du jeu permettant au bras
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61 de se déplacer en même temps que le diaphragme µka Le trou par lequel passe l'arbre 62 a un diamètre supérieur à celui de cet arbre et, dans 1?intervalle, est monté un manchon en caoutchouc ou matière plastique appropriée, moulé sur l'arbre mais suffisamment élastique pour permettre à cet arbre de se déplacer en fonction de tous les déplacements du diaphragme 54, -tout en empêchant une fuite, le long de cet arbre, du fluide sous pression passant de l'intérieur à l'extérieur du boîtier.
Sur l'extrémité extérieure de l'arbre 62 est calée, de manière à tourner avec lui, à l'extérieur du boîtier 53,1?extrémité inférieu- re d'un bras vertical 66 qui, comme on le voit sur la fig. 1, bascule vers la droite ou vers la.gauche lorsque le diaphragme 54 se déplace.
Des tuyaux 67. et 68 font communiquer la conduite ± avec un autre boîtier 63,, de construction analogue au boîtier 53et fait comme lui de deux parties entre lesquelles est serré un diaphragme 71. Sur la partie centrale de
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ce diaphragme et sur ses faces opposées sont fixés des disques 72 et 22 sur le côté droit duquel, en regardant la fig. l, est fixé un bras 11;, se déplaçant avec le diaphragme 71.
Sur le bras 7, pivote en zij, dans le boîtier , un bras 7.1 fixé à l'arbre 'riz et traversant la paroi du boîtier, cet arbre com- portant umzanchon analogue au manchon représenté sur la fig. 3 Sur 1 ex- trémité extérieure de l'arbre 78 est calée sur lui, de manière à tourner avec
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lui à l'extérieur du boîtier 22" l'extrémité supérieure d'un bras z dirigé vers le bas, qui, comme on le voit diaprés la figo 1 bascule vers la droite ou vers la gauche lorsque le diaphragme 71 se déplace.
Comme on le voit sur la fig.
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lue le tuyau 67 fait ecmuniquer l'espace compris dans le boîtier 6 gauche du diaphragme 71,qui est le coté à pression élevée de la plaque tandis que
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le tuyau 68 fait communiquer la chambre intérieure du boîtier 6 qui se trouve à droite du diaphragme 71 avec le côté à basse pression de la plaque 8. On voit donc que la chambre à haute pression qui se trouve à gauche du diaphragme 71 est à l'opposé de la chambre à haute pression qui se trouve à droite du diaphrag- me 54.
Les bottiers 53 et 69 sont sensiblement de construction analogue, sanf que le bras 22 est plus long que le bras 66. Toutefois, on peut modifier
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à volonté les longueurs relatives des bras Tl et 66 de manière à satisfaire aux'nécessités de différentes conditions opératoires. Le bras 79, sur une par- tie convenable de sa longueur, comporte une fente longitudinale centrale 81 qui
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s'étend presque jusqu'à l'extrémité inférieure du bras ou peut même s'ouvrir à cette extrémité inférieure, si on le désire. Il est prévu, de façon analo- gue, sur le bras 66, sur une partie désirée de sa longueur, une fente 82.Les
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bras 22 et 66 sont articulés sur une bielle 83, en forme de T retourné.
La posi-
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tion de la liaison en T est établie au moment de l'installation pour donner les positions désirées des leviers 79 et 66. Des réglages appropriés dans les pro- portions des leviers peuvent se faire automatiquement de façon à compenser des variations dans la pression et la qualité de la vapeur ou on peut faire à la main des réglages analogues. La pièce 83 comporte deux éléments de formes
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identiques 83a et $3b, fixés 15un sur 1'antre à l'aide de pièces d'espace- ment $1 qui se logent dans les fentes 81 et 82. Les éléments 83a et z sont fixés sur les pièces d'espacement à l'aide de dispositifs de fixation 86.
Il est prévu un jeu suffisant entre les pièces d'espacement 84 et les bords des
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fentes 81 et 82 pour permettre un coulissement longitudinal, ainsi que le léger pivotement nécessaire entre les pièces lorsque l'un des diaphragmes % ou 71 se déplace.
Sur l'extrémité supérieure de la partie verticale de la pièce
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83, pivote en 87,un levier z$ pivotant en 8 , sur un prolongement du boîtier d9un diaphragme 92 commandé par la température. Ce boîtier est fait déléments 2l et 94., entre lesquels est fixé un diaphragme 96.muni en son centre de dis- ques 97. et desquels part un bras 2.ê, montant par une ouverture de la partie 93 du boîtier et articulé en 99 sur le levier 88. Un ressort 103.9 travail- lant à la tension, est fixé à une extrémité sur lextrémité libre du levier 88, en 102, et à l'autre extrémité, sur une vis 103 de réglage de la tension du ressort.
Sur une ouverture de la partie 94 du boîtier est branché un tuy- au 100 communiquant à l'autre extrémité avec un organe 104 à dilatation ther- mique. Cet organe 104 contient un agent sensible à Inaction des changements de la température, de sorte que lorsque l'élément 104 est placé au contact de la
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conduite de sortie des vapeurs (non représenté) ou en d-autres endroits où il est soumis à l'action d'une certaine température, l'agent contenu dans cet élé- ment 104 est en partie ou en totalité transformé en vapeur à l'intérieur dudit élément, augmente ainsi la pression dans le boîtier du diaphragme 96, en des- sous de celui-ci, en soulevant le diaphragme et avec lui le bras 98,
1?ampli- tude de ce soulèvement variant avec la pression exercée contre le diaphragme.
Sur l'extrémité extérieure de l'arbre 78, à l'extérieur du boî- tier ìl, se trouve un bras 106 tournant avec 1?arbre 78. Comme on le voit sur la fig. 1, le bras 106 monte obliquement pour venir dans une position telle que
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sa tête 107 vienne sur la tige de soupape sur laquelle il est fixé, de ma- nière à se déplacer avec elle. Une ferrure 108, montée sur le boîtier fil, sert ' à fixer une extrémité du ressort 109, l'autre extrémité étant reliée à l'autre extrémité du bras 106. Le ressort 109 tend ainsi normalement à pousser le bras 106 en sens inverse des aiguilles d'une montre, en regardant la fig. 1, sauf dans la mesure où il en est empêché par le diaphragme 71.
Le déplacement vers la droite de ce diaphragme 71 fait tourner le bras 106 dans le sens des aigu-il-
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les d'une montre, par 1?interméàiaire des bras Z4 et 72 et de l'arbre 78p ce qui tend à fermer la soupape 6 en antagonisme à la tension du ressort 1090
Le mécanisme de commande à main représenté sur la fig. 4 compor- te une pièce en 111 en forme de L, sur la branche verticale de laquelle pivote
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un levier 112. ce levier étant relié à une extrémité à la pièce 83, et un res- sort 1.1 étant monté sur son autre extrémité. Le ressort 113 est fixé sur la branche horizontale de la pièce 111 et il pousse le levier il dans le sens des aiguilles d'une montre. Une vis 114., portant contre le dessous du bras 112. sert à assurer le réglage de la position du bras 112 et à maintenir celui-ci en position réglée.
Le levier 112 provoque le déplacement de la pièce 83, de manière à modifier les proportions des bras des leviers 79 et 66.
Le dispositif de commande selon l'invention fonctionne de la façon suivante :
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On supposera que la circulation de l'eau dans la conduite i se fait dans le sens de la flèche ou de gauche à droite en regardant la fig. 1 et que l'écoulement du combustible fluide, par exemple un gaz ou une huile, se fait dans les conduites 6 et 7, dans la direction de là flèche ou vers la
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gaucheo Du fait de la plaque 8 avec orifice qui se trouve dans la conàuite ±p il y a une perte de pression dans la conduite, d'amont en aval de la plaque 80 En conséquence, la pression à gauche de la plaque 8 est plus élevée qu'à droite. De façon correspondante, la pression à droite de la plaque 11 contenue dans la conduite 6 est,supérieure à celle qui règne à gauche.
On voit donc
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que les tuyaux il et j67 amènent les pressions plus élevées sur les côtés res- pectifs des diaphragmes et il et que les tuyaux â2 et 68 amènent les pres- sions inférieures sur les côtés opposés. En conséquence, la pression effective
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sur chacun des diaphragmes i4, et 71, est la différence entre les pressions rég- nant des deux côtés des plaques 11 et 8.
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En supposant qui7. règne une condition pour laquelle il passe dans la conduite 5 une quantité d'eau correspondant à une demande de vapeur,
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le diaphragme 71 s'infléchit vers la droite en regardant la fig. 1, en provo- quant un basculement des bras 79 et 106 dans le sens des aiguilles dune montre.
Le bras 106 ferme ainsi la soupape de décharge 46, ce qui entraîne une augmen- tation de la pression dans les conduites 28 et 41, laquelle agit à son tour sur
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le diaphragme .2l de la soupape 32., de manière à faire descendre et à faire ou- vrir davantage la soupape 17(qui normalement est partiellement ouverte) et fait arriver un plus grand volume de combustible de la conduite 7 (reliée à une alimentation en combustible portée à une pression désirée) à la conduite 6, en augmentant ainsi la pression dans la conduite 6 et, de façon correspon- dante la quantité de combustible allant par l'orifice 12 à la chambre de chauf- fe du générateur de vapeur.
Lorsque la pression augmente dans la conduite 6, la différence de pression sur les côtés opposés de la plaque 11 augmente de fa- çon correspondante et elle atteint finalement un point pour lequel elle est suf- fisante pour pousser le diaphragme 54 vers la gauche, en regardant la fig. 1
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et, par 193.ntermédiaire des bras 8j, àl et 66 et de la pièce 8, provoquer une rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre des bras 12. et 106, en pro- voquant l'ouverture de la soupape 46 et une réduction de pression dans les con- duites et 28. Ceci, à son tour, déplace proportionnellement la soupape 17 dans le sens de sa fermeture, en laissant ainsi arriver moins de combustible dans la conduite 6, ce qui réduit la quantité de combustible fournie au généra- teur de vapeur.
La répétition automatique des opérations ci-dessus décrites pro- voque un écoulement du combustible vers l'appareil. de chauffage de la chaudière, proportionnellement à l'eau d'alimentation arrivant à la chaudière.
L'appareil de commande en fonction de la température, décrit ci- dessus, est sensible à des variations de températures en un endroit commode de la chaudière ou sur le tuyau de sortie de la vapeur ou de l'eau chaude et il
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fonctionne concurremment avec 1?appareâ sensible à la pression, de manière à régler le dispositif proportionnel en fonction de la température de la vapeur ou autre fluide sortant de la chaudière. Lorsque la température de la vapeur ou de l'eau chaude augmente, l'agent contenu dans Isolément 104 se vaporise,
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ce qui provoque une augmentation de pression dans Isolément 1Q4 et le tuyau il la pression agissant sur le diaphragme 96 pour soulever le bras 98 et faire tour- ner le levier 88 en sens inverse des aiguilles d'une montre.
Le levier 88 agit sur l'élément 83 de manière à faire tourner celui-ci dans le sens des aiguilles
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d'une montre, en faisant ainsi basculer les bras 12 et 2pua dans le sens des ai- guilles d'une montre pour fermer la soupape 6,, ce qui provoque une augmenta- tion de pression dans les tuyaux bzz et 41. En conséquence, la soupape 17. s'ou- vre pour laisser arriver un plus grand volume de combustible de la conduite 7 dans la conduite 6,en augmentant ainsi la quantité de fluide passant par la conduite 6 pour aller à la chambre de chauffe du générateur de vapeur.
On voit que le fonctionnement du mécanisme de commande sous l'ac- tion de la température se combine avec le mécanisme sensible à Inaction de la pression, chacun d'eux fonctionnant concurremment de manière à régler propor-
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tionnellament l'arrivée du combustible en fonction de celle de l'eau d9alimen- tation. Ainsi., un mécanisme de commande agit en contrôlant 1?autre, ce qui augmente le facteur de sécurité du fonctionnement du générateur de vapeur.
Bien que l'on ait représenté sur le dessin certaines proportions
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et positions des pièces, il est bien entendu que ceci nest donné qu'à titre d'exemple et qu'on peut faire des réglages différents pour satisfaire aux nécessités d'une installation particulière. Par exemple, on peut régler la pièce 83 dans le sens de la longueur des bras 66 et 79 dans la mesure voulue pour changer le rapport des déplacements des leviers respectifs. On voit donc qu'en réglant de fagon appropriée la pièce 83 sur les bras 66 et 79, on peut proportionner l'arrivée du combustible à l'arrivée d'eau de complément.
Il est également entendu qu'on peut utiliser des moyens appropriés tels qu'une pompe, un injecteur ou autre dispositif courant pour refouler l'eau d'alimen- tation par la conduite 2. dans le générateur de vapeur, en antagonisme à la pression interne qui y règne, de sorte que la totalité de la pression qui règ- ne à l'intérieur du générateur ne s'exerce pas contre 1?arrivée de l'eau d'a- limentation. Comme on le comprend, c'est la différence des pressions des deux côtés de la plaque de la conduite ± qui est efficace pour provoquer les dé- placements du diaphragme 71 et la différence des pressions sur les côtés oppo- sés de la plaque 11 de la conduite 6 qui est efficace pour provoquer le dé- placement du diaphragme 54.
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CONTROL DEVICE, ESPECIALLY FOR THE BOILER SUPPLY.
The present invention relates to improvements to
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boiler shut-off control devices
In normal operation of boilers or steam generators, conditions generally arise which modify the demand for steam. When this demand increases, it is necessary to increase in a corresponding way.
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laying down the inlet of feed water, as well as the inlet of fuel to the heater, so as to prevent a drop in pressure and in the quality of the steam. Conversely, when the demand for steam decreases, it
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The feed water inlet and the fuel inlet must be reduced correspondingly, otherwise the steam temperature and pressure may rise more than desired.
It can therefore be seen that it is particularly desirable, and in particular in a water tube boiler, to automatically maintain a balance between the supply of feed water to the boiler and the supply of fuel to the appliance. heating and the steam outlet.
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The present invention involves the use of conduits provided with plates or the like pierced with an orifice, therefore, it generally brings into play the physical laws which control the flow of fluids through measured orifices and it makes use of the physical phenomena. associated with them to automatically and proportionally control the flow of one or more fluids, for example the arrival of the compressor.
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convertible to a boiler heater, in connection with the feed water supply to the boiler., For the implementation of the invention, a restriction orifice is used in the piping which is used to bring the feed water to the boiler and also to a pipe which
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feeds liquid fuel to the boiler heater.
The pressure difference exerted on the opposite sides of the orifice plates
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This is used to actuate a device controlling the arrival of fuel according to the supply of feed water. In this way, it is possible to precisely regulate the operation of a boiler producing steam or heating a fluid by operating controls at the inlet end of the boiler rather than at its outlet end. .
Although it is possible to use similar means to control, in a proportional fashion, the supply of feed water and the arrival of fuel according to the steam or hot water output of the machine. boiler, it is preferable to control the output according to the input. This is particularly true in the case of boilers of the water tube type, since the control of the inlet and the fuel minimizes variations in the quality of the steam leaving the boiler o To further increase the accuracy of the control device according to the invention provides a means sensitive to the temperature of the steam and / or other fluids leaving the boiler.
This temperature responsive means is connected to the pressure controlled device and operates concurrently with it to adjust the relative positions of the associated proportional mechanism to account for the temperature of the exiting fluid.
As an alternative to the temperature-sensitive device, a similar device has been shown, allowing easy and convenient manual adjustments.
The proportional control shown here can of course be applied to the flow of fluid streams in other cases. Consequently, the invention generally covers all of these applications.
The object of the invention is firstly an improved device for proportional control, comprising orifices for restricting the flow in the pipes of the system, the physical phenomena associated with this arrangement being used to automatically control the flow. one stream of fluid with respect to another, and it is particularly suitable for automatically regulating the operation of boilers of the water-tube type, so that the supply of liquid fuel to the heater of the boiler is kept in equilibrium with the volume of make-up water supplied to the boiler.
A subject of the invention is also, in the device of the above type;, means making it possible to easily modify the proportions of the fluids circulating in separate pipes.
It also relates, in the above device, to a device serving to automatically adjust, as a function of the temperature, the metering device, so as to take account of the temperature or of the quality of the outgoing fluid. of the boiler.
Other features and advantages of the invention will emerge from the description below, made with reference to the appended drawing, in which:
Fig. 1 is a longitudinal section, with parts in elevation, of a control system according to the invention, the conduits in which circulate the streams of fluids to be proportionately regulated being shown only in part.
Fig. 2 is a cross-section, on a larger scale, taken along line 2-2 of fig 1, showing a means for adjusting in an adjustable manner certain of the parts.
Fig. 3 is a longitudinal section taken along line 3-3 of FIG. 1.
Fig. 4 is an elevational view showing a variant serving to manually adjust the operating levers of FIG. 1.
There is schematically shown in the drawing an embodiment of the invention applicable to the control of the liquid fuel sent to the heating apparatus of a boiler or a steam generator. In
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the example shown, the pipe or pipe 1 can be considered as connected to a steam generator, not shown, and it serves to bring 1-water supplement to this boiler.
A line 6 is connected to a combustion chamber burner.
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liquid bustible (not shown) used to heat the boiler, with a view to bringing this fuel, the quantity of which is automatically regulated by passing from line 7 into line 6, in a determined proportion with respect to the volume of additional water brought to the boiler via line 2 as will be seen later.
In the line ± is mounted a plate .8 pierced with an orifice 9 serving to reduce the passage of liquid in said orifice. An analogue plate
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gue It is mounted in line 6, this plate having an orifice 12. As can be seen in FIG. 1, the pipes 6 and 7 are offset with respect to each other, their ends being closed at; 13, and 14, respectively, but, however, these pipes communicate by a port 16 closed by a valve 17 which is actuated , as will be seen below, so as to allow the passage of liquid fuel from line 7 into line 6 going to the steam generator heater.
Although, for the com-
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modité, the apparatus of FIG. 1 is represented as occupying a vertical position and that the fluids circulate in the pipes ± and 6 in opposite directions, these conditions can be modified according to the needs in different installations. With the interior of pipe 7 communicates a
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pipe 1 & connected to an opening of a three-way valve J: 2. whose timber 20 comprises a diametral passage 21 and a radial passage 22 communicating with the preceding one. To another opening of the tap 19 is connected a pipe 23 which can function as a drain pipe in some installations and as a compressed air pipe in others. On a diametrically op-
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From the tap 12 is connected a pipe 24, which is in 1, the alignment of the pipe 23.
As will be understood, by rotating the plug 20, it is possible to obtain different combinations of connection between the pipes 18, 23, and 24.p at will.
The pipe 24 comprises a pressure reducer 26 of a cut type.
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rant. To this reducer 26 is connected a pipe 27 having a curved descending part 28 in which is mounted a plate 23 with orifice 31. The pipe part 78 goes to a motor 32, controlled by pressure and serving to actuate. the valve 7. The motor 2 is of a standard type and it comprises a diaphragm 33, clamped between the parts to & and .2i of the housing, the part being carried by a tube 6 which surrounds the rod 3 * 7 of the valve 7 ,. The rod 7 is fixed on the diaphragm 33 so as to go up and down with it following the side of the diaphragm on which the pressure is exerted.
A coil spring 38 is placed under the diaphragm 33 in order to substantially balance the weight of the parts, so as to act on the valve 17 according to the variations in pressure.
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fluid above the diaphragm 33 .. A manometer 32 is mounted on the pipe 27. so as to indicate the pressure which prevails there-.
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On the pipe 28, at a point below the plate Z2, is connected a pipe bzz on which is mounted a manometer 12 and connected, SI at its other end, to a relief valve 43, which comprises a pipe éà serving to evacuate the excess fluid flowing through the pipe, when the valve 46 moves away from its seat fs1.o The valve 46 is carried by a rod 48 which slides in the end plate 42, of the housing of the valve. valve 43. Valve 46 controls the pressure in pressure chamber 32, to actuate valve 12.
When the valve 4 opens slightly to let out fluid from the pipe 41, the pressure in the pressure chamber 32
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is reduced and, accordingly, the valve 17 is brought by the spring 38, into its closed position, shown in FIG. 1, thereby reducing the volume of fuel passing from line 7 into line 6. When the
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valve closes, the pressure in the pressure chamber 32 increases and acts on the diaphragm 33 causing an opening movement of the valve.
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pape 17, via the rod 37 ,, so as to increase the arrival of fuel to the heater or to the steam generator.
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The valve opens and closes depending on changes in feed water pressure and fluid fuel in lines 5 and 6 respectively, on opposite sides of their res- ported orifice plates.
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pectives 8 and 119 the pressure difference being transmitted to the valve ± µ by means of the following mechanism: small pipes 51 and 52 communicate the pipe 6 with a housing 53 containing a diaphragm this housing being in two parts between which is clamped, on its edge, a flexible diaphragm 54 on the central part of which are fixed, on its two faces, discs 22 and 57, on the left side of which, looking at FIG. There is fixed a short arm moving with the diaphragm 54.
It should be noted that one end of pipe 51 communicates with the interior of line 6, on the high pressure side of orifice plate 11 and that its other end communicates with the chamber which is located. in housing 53, on the right side
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of the diaphragm 2it, while the pipe J2 communicates through one of its ends with the interior of the pipe 6, on the low pressure side of the orifice plate il, and, through the other end, with the 'space on the side
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left of diaphragm 2lt ,.
The direction of liquid flow in line 6 is indicated by the arrow.
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In the housing, an arm 61 is pivoted at 22, at the outer end of which a shaft 62 is fixed, so that the movement of the arm 61 around the axis of the shaft 62 causes this shaft to rotate slightly.
As can be seen more clearly in FIG. 3, the inner, upper wall of the box
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tier 2l comprises a cavity 63, in which is housed the end of the arm 61 adjacent to the end of the shaft 62, this giving play allowing the arm
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61 to move at the same time as the diaphragm µka The hole through which the shaft 62 passes has a diameter greater than that of this shaft and, in the interval, is mounted a sleeve of suitable rubber or plastic material, molded on the shaft. 'shaft but sufficiently elastic to allow this shaft to move according to all the movements of the diaphragm 54, while preventing a leak, along this shaft, of the pressurized fluid passing from the inside to the outside of the housing.
On the outer end of the shaft 62 is wedged, so as to rotate with it, on the outside of the housing 53.1 - the lower end of a vertical arm 66 which, as seen in FIG. 1, switches to the right or to the left as the diaphragm 54 moves.
Pipes 67. and 68 communicate the pipe ± with another housing 63 ,, of construction similar to the housing 53 and made like it of two parts between which is clamped a diaphragm 71. On the central part of
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this diaphragm and on its opposite faces are fixed discs 72 and 22 on the right side of which, looking at FIG. There is fixed an arm 11 ;, moving with the diaphragm 71.
On the arm 7, pivoting in zij, in the housing, an arm 7.1 fixed to the rice shaft and passing through the wall of the housing, this shaft comprising an umzanchon similar to the sleeve shown in FIG. 3 On 1 outer end of the shaft 78 is wedged on it, so as to rotate with
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him outside the housing 22 "the upper end of an arm z directed downwards, which, as can be seen from Figo 1, swings to the right or to the left when the diaphragm 71 moves.
As seen in fig.
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read the pipe 67 causes the space included in the left housing 6 of the diaphragm 71, which is the high pressure side of the plate, to emerge, while
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the pipe 68 communicates the inner chamber of the housing 6 which is to the right of the diaphragm 71 with the low pressure side of the plate 8. It can therefore be seen that the high pressure chamber which is to the left of the diaphragm 71 is at the opposite of the high pressure chamber which is to the right of diaphragm 54.
The boxes 53 and 69 are substantially of similar construction, without the arm 22 being longer than the arm 66. However, it is possible to modify
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at will the relative lengths of the arms Tl and 66 so as to meet the needs of different operating conditions. The arm 79, over a suitable part of its length, has a central longitudinal slot 81 which
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extends almost to the lower end of the arm or can even open at that lower end, if desired. Similarly, on the arm 66, over a desired part of its length, a slot 82 is provided.
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arms 22 and 66 are articulated on a connecting rod 83, in the shape of an inverted T.
The posi-
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tion of the T-link is established at the time of installation to give the desired positions of the levers 79 and 66. Appropriate adjustments in the proportions of the levers can be made automatically to compensate for variations in pressure and pressure. steam quality or you can make similar adjustments by hand. Part 83 has two shape elements
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Identical 83a and $ 3b, attached to each other with spacers $ 1 which fit into slots 81 and 82. Items 83a and z are attached to spacers on the other side. using fasteners 86.
Sufficient clearance is provided between the spacers 84 and the edges of the
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slots 81 and 82 to allow longitudinal sliding, as well as the slight pivoting required between the parts when one of the diaphragms% or 71 moves.
On the upper end of the vertical part of the room
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83, pivots at 87, a lever z $ pivoting at 8, on an extension of the housing of a diaphragm 92 controlled by the temperature. This housing is made of elements 21 and 94., between which is fixed a diaphragm 96, fitted at its center with discs 97. and from which an arm 2.ê, rising through an opening in part 93 of the housing and articulated in 99 on the lever 88. A spring 103.9 working in tension, is fixed at one end on the free end of the lever 88, in 102, and at the other end, on a screw 103 for adjusting the tension of the spring.
To an opening of the part 94 of the housing is connected a pipe 100 communicating at the other end with a thermally expanding member 104. This member 104 contains an agent sensitive to the inaction of changes in temperature, so that when the member 104 is placed in contact with the
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vapor outlet pipe (not shown) or in other places where it is subjected to the action of a certain temperature, the agent contained in this element 104 is partly or totally transformed into vapor at the 'inside said element, thus increases the pressure in the housing of the diaphragm 96, below it, by lifting the diaphragm and with it the arm 98,
The magnitude of this lift varying with the pressure exerted against the diaphragm.
On the outer end of shaft 78, outside of housing 11, is an arm 106 rotating with shaft 78. As seen in FIG. 1, the arm 106 rises obliquely to come into a position such that
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its head 107 comes on the valve stem on which it is fixed, so as to move with it. A fitting 108, mounted on the wire housing, serves to fix one end of the spring 109, the other end being connected to the other end of the arm 106. The spring 109 thus tends normally to push the arm 106 in the opposite direction. clockwise, looking at fig. 1, except to the extent that this is prevented by diaphragm 71.
The movement to the right of this diaphragm 71 rotates the arm 106 in the direction of the acute-il-
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the ones of a watch, through the intermediary of the arms Z4 and 72 and of the shaft 78p which tends to close the valve 6 in antagonism to the tension of the spring 1090
The hand control mechanism shown in fig. 4 has an L-shaped 111 piece, on the vertical branch of which the
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a lever 112. this lever being connected at one end to the part 83, and a spring 1.1 being mounted on its other end. The spring 113 is attached to the horizontal branch of the part 111 and it pushes the lever it in the direction of clockwise. A screw 114., bearing against the underside of the arm 112. is used to ensure the adjustment of the position of the arm 112 and to maintain the latter in the adjusted position.
The lever 112 causes the part 83 to move, so as to modify the proportions of the arms of the levers 79 and 66.
The control device according to the invention operates as follows:
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It will be assumed that the circulation of water in the pipe i takes place in the direction of the arrow or from left to right, looking at fig. 1 and that the flow of the fluid fuel, for example a gas or an oil, is in the lines 6 and 7, in the direction of the arrow or towards the
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Left o Due to the plate 8 with orifice which is in the pipe ± p there is a pressure loss in the pipe, from upstream to downstream of the plate 80 Consequently, the pressure to the left of the plate 8 is more higher than right. Correspondingly, the pressure on the right of the plate 11 contained in the pipe 6 is greater than that which prevails on the left.
So we see
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that pipes and ent 67 bring the higher pressures to the respective sides of the diaphragms and; and that pipes inférieures and 68 bring the lower pressures to the opposite sides. Accordingly, the effective pressure
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on each of the diaphragms i4, and 71, is the difference between the pressures on both sides of the plates 11 and 8.
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Assuming who7. a condition prevails in which a quantity of water corresponding to a demand for steam passes through line 5,
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the diaphragm 71 bends to the right when looking at FIG. 1, by causing the arms 79 and 106 to tilt in the direction of clockwise.
The arm 106 thus closes the relief valve 46, which causes an increase in the pressure in the lines 28 and 41, which in turn acts on the pressure.
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diaphragm .2l of valve 32., so as to lower and further open valve 17 (which is normally partially open) and bring in a larger volume of fuel from line 7 (connected to a supply in fuel brought to a desired pressure) in line 6, thereby increasing the pressure in line 6 and, correspondingly, the quantity of fuel going through port 12 to the heating chamber of the steam generator .
As the pressure increases in line 6, the pressure difference on opposite sides of plate 11 correspondingly increases and it eventually reaches a point at which it is sufficient to push diaphragm 54 to the left, by looking at fig. 1
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and, through the intermediary of the arms 8j, to1 and 66 and of the part 8, causing an anti-clockwise rotation of the arms 12 and 106, causing the opening of the valve 46 and a reduction in the pressure in the lines and 28. This, in turn, proportionally moves the valve 17 in the direction of its closing, thus allowing less fuel to flow into the line 6, which reduces the amount of fuel supplied. to the steam generator.
The automatic repetition of the operations described above causes a flow of fuel to the appliance. boiler heating, in proportion to the feed water arriving at the boiler.
The temperature-dependent control unit, described above, is sensitive to temperature variations at a convenient location in the boiler or on the steam or hot water outlet pipe and it
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operates concurrently with the pressure sensitive apparatus, so as to adjust the proportional device according to the temperature of the steam or other fluid exiting the boiler. When the temperature of the steam or hot water increases, the agent contained in Insulation 104 vaporizes,
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this causes pressure to increase in Isolation 1Q4 and hose it acting on diaphragm 96 to lift arm 98 and rotate lever 88 counterclockwise.
The lever 88 acts on the element 83 so as to rotate the latter clockwise
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clockwise, thereby tilting the arms 12 and 2pua clockwise to close the valve 6 ,, which causes an increase in pressure in the pipes bzz and 41. Consequently , valve 17. opens to let a greater volume of fuel flow from line 7 into line 6, thereby increasing the amount of fluid passing through line 6 to go to the heating chamber of the generator. steam.
It can be seen that the operation of the control mechanism under the action of temperature is combined with the mechanism sensitive to Inaction of pressure, each of them operating concurrently so as to regulate propor-
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The arrival of fuel is also dependent on that of the feed water. Thus, one control mechanism acts by controlling the other, which increases the safety factor of operation of the steam generator.
Although some proportions have been shown in the drawing
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and positions of the parts, it is understood that this is given only by way of example and that different settings can be made to meet the needs of a particular installation. For example, the part 83 can be adjusted in the direction of the length of the arms 66 and 79 to the extent desired to change the ratio of the movements of the respective levers. It can therefore be seen that by appropriately adjusting the part 83 on the arms 66 and 79, it is possible to proportion the arrival of fuel to the arrival of additional water.
It is also understood that suitable means such as a pump, an injector or other common device can be used to discharge the feed water through line 2. into the steam generator, in antagonism to the pressure. internal pressure therein, so that all of the pressure inside the generator is not exerted against the inlet of the feed water. As will be understood, it is the difference in the pressures on the two sides of the pipe plate ± which is effective in causing the displacements of the diaphragm 71 and the difference in the pressures on the opposite sides of the pipe plate 11. line 6 which is effective in causing diaphragm 54 to move.