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La présente invention concerne un dispositif de mesure de la température d'un fluide de travail passant dans une conduite tubulaire en particulier dans des tubes collecteurs à paroi épaisse d'un générateur de vapeur. Elle est caractérisée en ce que les deux extrémités d'un tube de mesure équipé avec un thermostat se raccordent à la conduite tubulaire, ce tube étant parcouru par une partie du fluide de travail à mesurer et la température de sa paroi constituant la mesure de la température du fluide de travail. De préférence le tube de mesure peut partir de la conduite tubulaire en amont d'une portion de section réduite de cette conduite et y revenir dans cette portion ou en aval d'elle.
Il peut être avantageux de faire pénétrer dans la conduite tubulaire parcourue par le fluide de travail l'extrémité du tube de mesure par laquelle le fluide de travail doit y entrer et de diriger son orifice en sens inverse de la direction de l'écoulement du fluide de travail dans cette conduite tubu- laire. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention le tube de mesure peut comporter un dispositif de compensation des dilatations ther- miques.
On a l'habitude, pour régler par exemple la température de sur- chauffe d'une chaudière à vapeur, de mesurer la température de la vapeur dans le tuyau collecteur qui arrive au surchauffeur ou en part On effectue souvent cette mesure en ne mesurant pas directement la tempé- rature de la vapeur, mais en mesurant la température de la paroi du tube laquelle température sert à déclencher les impulsions de réglage. Or, la théorie et la pratique s'accordent pour indiquer qu'en cas de variations de la température de la vapeur, la température de la paroi du tube ne suit ces variations qu'avec un certain retard. On peut démontrer que, toutes choses égales d'ailleurs, par exemple si la pression et la vitesse de la vapeur restent constantes, ce retard dépend en principe de l'épaisseur de la paroi du tube.
Le retard provoqué par la capacité calorifique de la paroi du tube, par exemple s'il s'agit de conduites tubulaires à paroi épaisse comme dans les tubes collecteurs de grosses installations de chaudières, peut prendre une valeur considérable. Il est évident que ces retards exercent déjà nettement une influence nuisible sur la qualité du réglage effectué.
Or l'invention a pour objet un moyen qui permet de mettre à profit avec des conduites tubulaires, même de forte épaisseur de paroi, les avantages qui résultent d'ailleurs de l'emploi de la température de la paroi du tube en tant que mesure pour le réglage de la température, sans avoir à supporter les inconvénients précités dûs aux retards nuisibles. Ce résultat peut être obtenu, suivant l'invention, en raccordant à la conduite tubulaire les deux extrémités d'un tube de mesure spécial équipé avec un thermostat, dans lequel passe une partie du fluide de travail à mesurer et dont la température de paroi constitue la mesure de la température du fluide moteur.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui en est donnée ci-après avec le dessin ci-joint à l'appui, qui indique l'effet produit par une élévation de température sur la paroi d'un tube, ainsi que trois formes de réalisation à titre d'exemple sous forme schématique d'un dispositif de mesure de la température construit suivant l'invention. Sur ce dessin :
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une partie d'une paroi tubulaire et indique par les diagrammes 1 et 2 l'effet produit par une variation de température sur la vapeur et sur la paroi tubulaire.
Les figures 2 à 4 représentent des dispositifs de mesure de la température qui comportent un'tube de mesure en principe parallèle à la conduite principale et équipé avec un thermostat et dont les dimensions sont sensiblement plus petites que celles de la conduite principale.
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La figure 1 est une coupe de la paroi d'une conduite tubulaire d'épaisseur s. La vapeur qui se trouve dans la conduite et est représentée par des flèches doit avoir une température Td et la paroi tubulaire une température Tr. Si on suppose que' la température de la vapeur varie brusquement comme l'indique le diagramme 1, on obtient approximativement une variation de la température moyenne de: la paroi tubulaire, telle que l'indique le diagramme 2. Il ressort de ce diagramme que la température de la paroi tubulaire ne s'égalise que peu à peu avec la températu- re de la vapeur.
Le temps nécessaire à cette égalisation peut être caractérisé par la constante dite de temps Zro Cette constante de temps est en première approximation proportionnelle à l'épaisseur de la paroi tubulaire, dans des conditions d'ailleurs comparables. Par exemple la constante de temps Zr = environ 9 secondes dans le cas d'un tube parcouru par de la vapeur à haute pression, dont les dimensions sont de 76 x 6 mm et déjà à environ 27 secondes dans un tube de 216 x 18 mm.
Les figures 2 à 4 représentent une partie d'une conduite tubulaire. 1 dans laquelle passe par exemple un fluide de travail liquide ou gazeux dans la direction de la flèche. Les deux extrémités d'un tube de mesure 2 de dimensions sensiblement plus petites et parallèle à la conduite, se raccordent à cette portion de conduiteo Le tube de mesure est équipé avec un thermostat 3 qui surveille la température de la paroi du tube de mesurée Or il est important au point de vue de la précision de la mess =, de faire en sorte d'assurer une circulation suffisante et énergique du fluide moteur dans le tube de mesure.
Ce résultat-peut être obtenu suivant. la figure 2 en faisant partir le tube de mesure de la conduite tubulaire en amont d'une portion de secti réduite, pouvant par exemple consister en un organe de réduction de secti 4 et en le faisant revenir dans la conduite tubulaire 1 en aval de cette réduction de section. La figure 3 représente une autre soluti dans laquelle la sortie du fluide de travail du tube de mesure débouche au point de section minimum d'un tube de Venturi 5 qui réduit la section de la conduite tubulaire -1. Suivant la solution de la figure 4, le fluide de travail est refoulé dans le tube de mesure sous l'acticn de la pressicn dynamique.
A cet effet l'extrémité du tube de mesure par laquelle le fluide de travail à mesurer entre dans la conduite tubulaire 1 dans laquelle passe le fluide de travail se prolcnge à l'intérieur de cette ccnduite et l'orifice d'entrée du tube de mesure est dirigé en sens inverse de la circulation du fluide de travail dans la conduite.
En raison de la faible épaisseur de par,1 du tube de mesure, il est possible d'indiquer par le thermostat sans retard appréciable, rapidement et avec précision, les variations de température du fluide de travail même lorsqu'il passe dans une conduite à paroi épaisse.
Il faut évidemment tenir compte au point de- vue de la construction des dispositifs de mesure de la température suivant l'invention, des différences de température qui peuvent se produire entre la conduite tubulaire et le tube de mesure en raison de la faible. épaisseur de paroi de ce tube,et de la nécessité éventuelle de prévoir un dispositif de comrensation de- dilatations thermiques qui peuvent se produire. Si la forme de construction de @arigure 2 ne suffit pas à cet effet, on peut compenser la dilatation thermique par exemple par un coude de compensation 6, tel que celui de la figure 3, ou par un compensateur de dilatation à soufflet métallique 7 tel que celui de la figure 4.
Les dispositifs de mesure de la température suivant l'invention d'une forme de construction appropriée peuvent servir avantageusement non seulement au réglage de la. température des surchauffeurs des installations de chaudières à vapeur, tel qu'il. est, indiqué ci-dessus ur- quement à titre d'exemple, mais encore à toutes les installations de surveillance de la température de fluides gazeux ou liquides qui passent dans des conduites tubulaires ou dans des réservoirs.
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The present invention relates to a device for measuring the temperature of a working fluid passing through a tubular pipe, in particular in thick-walled collecting tubes of a steam generator. It is characterized in that the two ends of a measuring tube equipped with a thermostat are connected to the tubular pipe, this tube being traversed by a part of the working fluid to be measured and the temperature of its wall constituting the measurement of the working fluid temperature. Preferably, the measuring tube can start from the tubular pipe upstream of a portion of reduced section of this pipe and return to it in this portion or downstream of it.
It may be advantageous to cause the end of the measuring tube through which the working fluid to enter it to enter the tubular pipe through which the working fluid passes and to direct its orifice in the opposite direction to the direction of the flow of the fluid. working in this tubular pipe. According to another embodiment of the invention, the measuring tube may include a device for compensating for thermal expansions.
In order to regulate the superheating temperature of a steam boiler, for example, it is customary to measure the temperature of the steam in the collecting pipe which arrives at the superheater or leaves it.This measurement is often carried out without measuring the temperature of the steam directly, but by measuring the temperature of the wall of the tube, which temperature is used to trigger the regulation pulses. However, theory and practice agree to indicate that in the event of variations in the temperature of the vapor, the temperature of the wall of the tube follows these variations only with a certain delay. It can be shown that, all other things being equal, for example if the pressure and the speed of the vapor remain constant, this delay depends in principle on the thickness of the wall of the tube.
The delay caused by the heat capacity of the tube wall, for example in the case of thick-walled tubular conduits such as in the header tubes of large boiler installations, can be of considerable value. It is obvious that these delays already clearly exert a detrimental influence on the quality of the adjustment carried out.
However, the object of the invention is a means which makes it possible to take advantage with tubular conduits, even with a large wall thickness, the advantages which moreover result from the use of the temperature of the wall of the tube as a measurement for the temperature adjustment, without having to endure the aforementioned drawbacks due to harmful delays. This result can be obtained, according to the invention, by connecting to the tubular pipe the two ends of a special measuring tube equipped with a thermostat, in which passes a part of the working fluid to be measured and whose wall temperature constitutes measuring the temperature of the motor fluid.
Other characteristics of the invention will become apparent from the detailed description which is given below with the accompanying drawing, which indicates the effect produced by a rise in temperature on the wall of a tube, as well as three exemplary embodiments in schematic form of a temperature measuring device constructed according to the invention. On this drawing :
Figure 1 is a longitudinal section of part of a tubular wall and shows by diagrams 1 and 2 the effect produced by a temperature variation on the steam and on the tubular wall.
Figures 2 to 4 show temperature measuring devices which include a measuring tube in principle parallel to the main pipe and equipped with a thermostat and whose dimensions are substantially smaller than those of the main pipe.
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FIG. 1 is a section through the wall of a tubular pipe of thickness s. The vapor which is in the pipe and is represented by arrows must have a temperature Td and the tubular wall a temperature Tr. If we assume that the temperature of the vapor varies sharply as shown in diagram 1, we obtain approximately a variation in the average temperature of: the tubular wall, as shown in diagram 2. It emerges from this diagram that the temperature of the tubular wall is only gradually equalized with the temperature of the vapor.
The time necessary for this equalization can be characterized by the so-called time constant Zro. This time constant is in a first approximation proportional to the thickness of the tubular wall, under conditions which are moreover comparable. For example the time constant Zr = approximately 9 seconds in the case of a tube traversed by high pressure steam, the dimensions of which are 76 x 6 mm and already at approximately 27 seconds in a tube of 216 x 18 mm .
Figures 2 to 4 show part of a tubular pipe. 1 in which for example a liquid or gaseous working fluid passes in the direction of the arrow. The two ends of a measuring tube 2 of significantly smaller dimensions and parallel to the pipe, connect to this portion of the pipe The measuring tube is equipped with a thermostat 3 which monitors the temperature of the wall of the measured tube Or it is important from the point of view of the precision of the mess =, to ensure a sufficient and energetic circulation of the working fluid in the measuring tube.
This result can be obtained as follows. Figure 2 by starting the measuring tube of the tubular pipe upstream of a portion of reduced secti, which may for example consist of a reduction member of secti 4 and by making it return in the tubular pipe 1 downstream of this section reduction. FIG. 3 represents another solution in which the outlet of the working fluid from the measuring tube opens at the point of minimum section of a Venturi tube 5 which reduces the section of the tubular pipe -1. According to the solution of FIG. 4, the working fluid is discharged into the measuring tube under the acticn of the dynamic pressicn.
For this purpose the end of the measuring tube through which the working fluid to be measured enters the tubular pipe 1 through which the working fluid passes extends inside this duct and the inlet of the measuring tube. measurement is directed against the flow of the working fluid in the pipe.
Due to the small thickness of par, 1 of the measuring tube, it is possible to indicate by the thermostat without appreciable delay, quickly and precisely, the temperature variations of the working fluid even when it passes through a pipe at thick wall.
Obviously, from the point of view of the construction of the temperature measuring devices according to the invention, account must be taken of the temperature differences which can occur between the tubular pipe and the measuring tube due to the small. wall thickness of this tube, and the possible need to provide a device for compensating for thermal expansions which may occur. If the form of construction of Figure 2 is not sufficient for this purpose, the thermal expansion can be compensated for, for example, by a compensating elbow 6, such as that of figure 3, or by a metal bellows expansion compensator 7 such as than that in Figure 4.
The temperature measuring devices according to the invention of a suitable form of construction can advantageously serve not only for the control of the. temperature of the superheaters of steam boiler installations, such as. is, indicated above ur- cally by way of example, but also to all installations for monitoring the temperature of gaseous or liquid fluids which pass through tubular conduits or into reservoirs.