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La présente invention concerne les chaudières et générateurs de vapeur de la catégorie décrite dans le brevet français n 847 673 du 17 décembre 1938, et dans lesquels on fait passer l'eau à chauffer ou à vaporiser suivant le cas, dans une ou plusieurs rangées de serpentins tabulaires réunies entre elles et disposées l'une dans l'autre autour
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d'un axe commun Les spires de chaque serpentin tubulaires sont espacées l'une de l'autre ainsi que des spires d'un serpenta concentrique adjacent de façon 8 permettre aux gaz chauds de la combustion de passer librement entre les spires des dinars serpentins.
12 pratique courante antérieure à l'invnetion con- siste,pour assembler deux ou plusieurs serpentins réunis entre eux, à enrouler le tube sur un mandrin approprié de façon à former le serpentin intérieur. On soude d'une maniè- re appropriée sur le serpentin intérieur ainsi formé, une série de bandes d'écartement permanentes de largeur et d'é- paisseur suffisantes pour résister à la haute température de là flamme et des gaz chauds.
Les bandes d'écartement , ont une forme sinueuse de façon à s'ajuster sur la surface extérieure courbe des tubes et à passer dans les intervalles entre les spires, tout en présentant des portions courbes pour recevoir les spires. du serpentin suivant à former, Mais, en raison de la largeur et de l'épaisseur qui sont nécessai- res pour assurer la permanence des bandes d'écartement, et de leur tendance à obstruer l'intervalle de passage pour les gaz chauds entre les serpentins, il est nécessaire de limiter le nombre de ces bandes.
Par conséquent, pendant qu'on enroule le serpentin extérieur, ses spires, au lieu d'avoir une forme exactement circulaire et de maintenir ain- si un écartement constant par rapport aux spires du serpen- tin antérieurement formé, ont tendance à prendre une courbu- re de plus petit rayon autour des bords des bandes d'écarté* ment et, par suite, une courbure.générale différant de celle d'une circonférence parfaite. Le tube du serpentin extérieur se rapprocha dans en dedans des spires du serpentin inté- rieur en dimiant notablement l'intervalle entre les spires des serpentins concentriques n des points situés à mi.-
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distance entre les bandes d'écartement.
L'intervalle de pas- sage des gaz chauds étant ainsi réduit, il se forme dans le tube des points chauds qui risquent de brûler le serpen- tin. Les courbures de petit rayon formées dans le tube aux bords des bandes d'écartement y font naître des efforts con- sidérables qui risquent d'y provoquer la formation de cri- ques lorsqu'il subit des efforts de flexion répétés résul- tant de la dilatation et de la contraction du serpentin.
Un autre inconvénient qui résulte de la forme de construction antérieure et de l'utilisation des générateurs de ce type général est dû à l'emploi de blocs d'écartement généralement de forme rectangulaire et qui, suivant le pro- cédé antérieurement appliqué, sont soudés sur certaines . spires d'un serpentin par une soudure relativement petite et juste suffisante pour maintenir le bloc en place.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités qui résultent de la forme de construction, de l'installation et de l'utilisation des chaudières à tubes d'eau du type esquissé ci-dessus et, à cet effet, on dispose, au lieu des bandes d'écartement permanentes, une série d'é- léments d'écartemènt perdus, de forme sinueuse, qui peuvent être mis en place au cours de l'opération d'enroulement du serpentin dans des positions périphériques relativement rap- prochées et qui,' après avoir servi à déterminer la position des diverses spires du serpentin extérieur, l'une par rap- port à l'autre, sont perdus, du.fait qu'ils peuvent brûler et disparaître après les quelques premiers allumages de la chaudière,
mais qui néanmoins ont rempli leur fonction, c'est-à-dire ont fait prendre une courbure exactement cir- culaire au tube en rendant ainsi constant l'intervalle sé- parant les spires des serpentins adjacents, et dans tout l'ensemble de la structure de facon à éviter la formation de
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réductions de section dans les intervalles de passage qui dé- limitent le trajet de circulation des gaz chauds, ainsi que de portions à courbure de petit rayon et, par suite, de points subissant des efforts considérables dans le tube, ainsi qu'il a été dit.
Suivant l'invention, on dispose aussi une série de -blocs d'écartement semblables ou identiques à ceux qu'on a employés jusqu'à présent, mais qui sont soudés dans des zo- nes spécialement choisies sur une ou plusieurs des spires des tubes adjacents, de façon à former une masse relative- ment grande de métal conducteur de la chaleur à l'endroit de la soudure et, par suite, à obtenir une transmission de chaleur maximum et rapide entre le¯feu et le côté de l'eau des tubes, tout en évitant en même temps la surchauffe et la destruction en résultant des blocs d'écartement.
Etant donné que les éléments d'écartement, sinueux, perdus, du tube, rendent inutiles les éléments de support antérieurs largement espacés, et que les éléments perdus peuvent être disposés relativement près l'un de l'antre, on donne aux diverses.spires du serpentin une forme plus voisine de la , forme circulaire et, par suite, une fois les éléments d'écar- tement brûlés et disparus, la section des intervalles de passage entre les spires augmente et, par suite, le mouve- ment des gaz chàuds s'accélère entre les spires des serpen- tins.
De même, les serpentins peuvent se dilater librement sur toute leur longueur, sans être gênés par les éléments d'écartement sinueux permanents antérieurs et par les sur- faces des blocs d'écartement antérieurs s'appliquant sur les serpentins courbes. Les blocs d'écartement de l'inven- tion confèrent une certaine rigidité à l'ensemble de la construction et guident les tubes en limitant leur dilata- tion latérale. D'une manière générale, ces blocs d'écartement
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ont pour effet de venir en contaat coulissant avec les spi. res d'un serpentin adjacent et de permettre leur dilatation verticale, tout en maintenant un écartement constant entre les spires adjacentes du serpentin sur. lequel les blocs sont fixés.
De nombreuses autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront autours de la description dé- taillée qui en est donnée ci-après en se reportant aux des- sins annexés, sur lesquels : la fige 1 est une coupe verticale passant sensible ment par l'axe vertical d'une portion d'un générateur cons.. truit suivant les principes de l'invention ; la fig 2 est une vue en plan de détail d'une par., tion du serpentin intérieur du générateur ; la fige 3 est une élévation latérale du serpentin intérieur du générateur ; la fige 4 est une coupe partielle à peu près sui- vant la ligne 4-4 de la fige 2 ;
la fige , est une coupe partielle à peu prés suivant la ligne 5-5 de la fige 2; la' fig 6 est 'une coupe partielle à peu prés suivant ' ia ligne 6-6 de la fig. 2; la fig. 7 est une vue en plan partielle d'une por- tion de tubes de chaudière ordinaires de la forme de cons- truction antérieure et indiquant pourquoi on obtient un écartement irrégulier des tubes; la fige 8 est une coupe à peu près suivant la ligne
8-8 de la fig. 7; , la fig. 9 est uné coupe à peu près suivant la ligne 9-9 de la fig. 7; la fige 10 est une coupe semblable à celle de la fig. 7 et représente les éléments d'écartement perfectionnée des spires des tubes, et
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la fig. 11 est une coupe à peu près suivant la ligne 11-11 de la fige 10.
Suivant la fig. 1, le générateur perfectionné de l'invention est désigné dans son ensemble par 10 et comporte an brûleur 11. On suppose évidemment -que le géné- rateur comporte les éléments accessoires ordinaires tels - qu'un séparateur d'eau et de vapeur, une pompe à combustible alimentant le brûleur, un ventilateur pour fournir l'air au brûleur, et une pompe d'alimentation en eau, ainsi que-dès appareils appropriés non représentés qui servent à régler le fonctionnement du générateur. On n'a représenté qu'une portion de ce mécanisme et il y a lieu/de se reporter au brevet antérieur précité pour y trouver la description com- plète du fonctionnement des générateurs du type général en question.
Le générateur 10 de' la fig. 1 comporte une envelop- pe 12 montée sur un support approprié, non représenté,un carneau 13, une conduite d'air 14, un autel annulaire ordi- naire 15 dirigé vers le bas à partir de la boite à feu 16 formant une chambre de combustion au-dessus de laquelle est disposé un.cône 17, percé de trous d'arrivée d'air 18. Un pulvérisateur d'huile combustible et un dispositif d'allu- mage sont désignés respectivement par 20 et 21.
La forme spéciale du. brûleur 11 n'est représentée qu'à titre d'exemple et on peut dire que l'air arrivant par la conduite 14 pénètre dans la chambre de combustion à l'intérieur de la boite à feu 16 de la manière décrite dans ' le brevet précité et que des courants d'air s'établissent de façon à assurer une combustion sensiblement complète dont les produits, chauds passent par l'autel annulaire 15 et arrivent dans la chambre de chauffage centrale 22. entou- rée par les divers serpentins décrits en détail ci-après.
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La vapeur est produite dans une ou plusieurs des rangées de.serpentins réunies entre elles et disposées symé- triquement autour d'un axe vertical. La rangée Intérieure se composé de deux séries de serpentins concentriques réunis entre eux 23, et 24. Une rangée intermédiaire de serpentins se compose d'une série de serpentins désignés ensemble par 25 et la rangée extérieure se composé d'une série de serpen- tins désignés ensemble par 26.
La section des serpentins 23 et 24 est relativement grande tandis que celle des séries de serpentins 25 et 26 diminue progressivement. Le groupe entier de serpentins est disposé entre une masse inférieure en matière réfractaire 30 à l'extrémité du générateur oppo- sée au brûleur 11, et une masse de matière réfractaire 31 située immédiatement au-dessus des serpentins et disposée con tre un écran ou plaque de chicane 32.
Les longueurs dans le sens axial des divers ser- pentins diminuen@@au serpentin intérieur 23 au serpentin exté- rieur 26 en donnant ainsi à la série des rangées de serpen- tins un contour de forme trapézoïdale en coupe. Le volume de la chaudière' dans lequel le groupe de serpentins est dis- posé constitue un canal de passage de section décroissante pour les gaz du foyer pendant leur mouvement radial vers l'espace 34 qui existe entre le serpentin extérieur et la paroi du foyer.
La section décroissante de cet espace dans la chaudière et la diminution progressive des dimen- sions des divers serpentins ont.pour effet d'assurer un con- tact intime avec les gaz du foyer pendant qu'ils se refroi- dissent et se contractent, de'sorte que le rendement du gé- nérateur est notablement augmenté.
Comme montré par la fige 1, la forme de construc- tion des rangées intérieure, intermédiaire et extérieure de serpentins,est la même,à part les dimensions des tubes,
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et les différences entre les nombres et les diamètres des serpentins. Les serpentins n'ont pas la forme de véritables hélices, mais ils consistent chacun en plusieurs boucles ou spires circulaires disposées chacune dans un plan hori- zontal sur environ 350 et réunies à la spire-suivante adjacente supérieure ou inférieure par des portions dépor- . tées telles que 35 (fig. 2 et 3).
Les serpentins adjacents disposés excentriquement se réunissent à une extrémité de la rangée de serpentins par des portions déportées appro- priées, telle que la portion 36 de la fig. 2 entre les deux serpentins intérieurs 23 et 24 Les divers accouple- ments des extrémités de cette sorte sont inclinés de façon à disposer les spires des serpentins adjacents en quinconce*
Les spires sont ainsi disposées en quinconce à peu près sur la totalité de la longueur de 350 des spires. Les gaz chauds sont ainsi obligés de suivre vers l'extérieur un tra- jet sinueux radialement entre les serpentins en quinconce et de venir en contact étroit avec la surface des serpen- tins sur une surface de grande étendue, en augmentant ainsi le rendement de la transmission de chaleur entre le feu et le côté de l'eau, des serpentins.
La nature de l'invention est plus facile à com- prendre d'après la fig. 7 qui représente une petite portion de deux spires/de serpentins adjacents montés dans un générateur de vapeur ordinaire du type décrit dans le bre- vet précité, et qui, pour faciliter l'enroulement des tubes, et maintenir l'écartement entre les spires adjacentes, com- porte une série d'éléments d'écartement sinueux 40 dispo- sés entre les serpentins adjacents. Ces éléments d'écarte- ment ne sont généralement pas fixés sur le serpentin anté- rieurement.enroulé et peuvent être en tout nombre approprié.
Ils sont flexi/bles et permettent aux serpentins de se dila-
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ter et de se contracter, tout en donnant aux spires des serpentins le support nécessaire l'une sur l'autre. Comme l'indique la fige 7, lorsqu'on enroule les diverses spires d'un serpentin extérieur sur les éléments d'écartement 40, la portion de chaque spire qui forme pont entre les bandes d'écartement adjacentes 40 a tendance à prendre une forme .rectiligne 41, de sorte que, dans une coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 7 les spires des serpentins adjacents sont plus rapprochées l'une de l'autre qu'en un point plus voisin de l'élément d'écartement 40, comme 1'indique par exemple la coupe suivant la ligne 9-9, représentée par la fig. 9.
Il est évident qu'aux points ou régions où les surfaces de deux serpentins adjacents viennent très prés l'une de l'au- tre, la section de passage des gaz chauds entre les tubes en ce point est réduite, tandis que, dans d'autres régions du serpentin, les gaz chauds de la Combustion passent li- brement.
Pour empêcher les spires des serpentins adjacents de se rapprocher de cette manière, on soude par points suivant l'invention une série de fils métalliques 42 (figs.
2 et 10), d'épaisseur appropriée sur la périphérie du pre- mier serpentin d'une rangée avant d'enrouler le second ser- pentin de la rangée. Le nombre de fils sinueux est assez grand et leur intervalle dans le sens circonférentiel est assez petit pour qu'au cours de l'enroulement du tube, les diverses spires du serpentin prennent une forme à peu prés exactement circulaire.
Dans ces conditions, il n'existe plus de portions rectilignes 41, comme dans la forme de construction de la fig. 7' et, ce qui est aussi important, il est possible, étant donné que les fils sont de petit diamè- tre, d'emboîter plus étroitement les diverses spires les unes dans les autres, puisque les Intervalles qui les sépa- rent sont les mêmes sur toute leur circonférence.Etant
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donné que cette forme de construction permet de rendre cons-) tant l'intervalle qui sépare les spires des serpentins adjacents, les gaz chauds qui circulent radialement vers l'extérieur dans le générateur viennent en contact plus étroit avec les tubes sur lesquels s'accumule moins de suie et, par conséquent,
on réalise une meilleure transmis- .sion de la chaleur du côté du feu au côté de l'eau du géné- rateur. Etant donné que les spires des serpentins sont sensiblement circulaires, la dilatation longitudinale globa.. le des tubes a pour effet de faire augmenter uniformément dans le sens radial le diamètre des diverses spires des serpentins, sans qu'elles se bombent localement. Les divers fils sinueux 42 sont mis en place au cours de l'enroulement initial du tube, mais ils se brûlent au cours des quelques premiers allumages à la mise en service de la chaudière.
La dispartition des fils brûlés n'a aucune importance en ce qui concerne leur fonction de support puisque le tube est supporté d'une autre manière, une spire sur l'autre, par un dispositif décrit ci-après. Mais il est important que les éléments d'écartement disparaissent en brûlant sous l'effet de.la chaleur, car il en résulte que la surface des intervalles entre les spires des serpentins augmente en accélérant ainsi le passage des gaz chauds entre les spires des serpentins.
Les diverses/spires des serpentins sont supportées en permanence l'une sur l'autre par des blocs d'écartement rectilignes (figs. 2 à 6) qui peuvent être soudés de diverses manières décrites ci-après sur les spires des ser- pentins adjacents. Les blocs d'écartement sont disposés entre les spires de chaque serpentin en rangées verticales qui peuvent être en nombre quelconque à volonté. Comme mon- tré .par la fig.. 2,'les diverses rangées sont disposées par séries diamétralement opposées, chaque série étant soudée
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sur les spires d'un des serpentins et l'autre sur les spires du serpentin adjacent.
Les blocs d'écartement tels que 43 ne sont pas nouveaux en principe, car ils sont représentés et décrits dans le brevet précité, Mais, suivant l'invention, ils rem- plissent une fonction de support et de transmission de cha- leur très sensiblement améliorée, du fait qu'ils sont soudés sur une spire de serpentin adjacent suivant une surface de soudure plus étendue.
Chaque élément d'écartement (fig.4) se dirige latéralement dans une direction partant de l'in- tervalle entre les spires adjacentes des serpentins supé- rieur et inférieur, en formant des languettes d'écartement qui s'appliquent contre les spires d'un serpentin intermé- diaire ou intérieur, suivant le cas, mais ne sont pas soudée sur elles, de façon à leur permettre de se dtlater dans le sens longitudinal s'il y a lieu, sans venir rencontrer les spires adjacentes.
Le bloc 43 est soudé sur trois c8tés , a,b et c (fig. 2) sur la spire du serpentin supérieur, mais n'est pas soudé sur la spire suivante, adjacente infé rieure, qui, par suite, peut glisser librement au-dessous du bloc 43 en se dilatant et se contractant, La masse de soudure est suffisante pour assurer une transmission de chaleur efficace entre le bloc 43 et l'eau contenue dans le serpentin et, par suite, pour empêcher les blocs de brû- ler.
Les blocs étant soudés de la manière indiquée sur la fig, 4.chaque spire de serpentin peut se dilater indépen- damment dans le sens radial, mais on fait en sorte que, comme le chauffage est sensiblement uniforme dans l'ensem- ble du.générateur, aucune spire de serpentin ne se dilate dans des conditions excessives et l'intervalle constant entre les spires reste maintenu. Les extrémités des blocs qui viennent en contact avec une spire adjacente sont pla- nes de façon à permettre aux serpentins de se dilater
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librement dans le sens longitudinal.
Suivant la fig. 5, les blocs d'écartement 43 sont soudés sur trois côtés a,b et c, comme sur la fig. 2 et, en outre, sur trois côtés inférieurs, sur la spire de serpentin immédiatement au-dessous du bloc, Chaque spire de serpentin est ainsi réunie à la spire supérieure et à la spire infé- .rieure par une épaisseur pleine de métal et pendant que le tube du serpentin se dilate, l'amplitude de la dilatation des divers serpentins est la même et, par suite, leurs spi- res restent en alignement vertical.
Outre les blocs d'écartement 43, on peut disposer une seconde série de blocs d'écartement (figs. 2 et 6).
Ces blocs d'écartement sont placés en des points où les spi- res d'un serpentin sont séparées par un intervalle plus grand, par exemple au voisinage des extrémités des serpentin, adjacents.
Les extrémités d'un serpentin, par exemple les ex- trémités 46 et (fig.2) sont maintenus en positions fixes l'une par rapport à l'autre par des soudures 48, de façon à. faciliter le remplacement ou les réparations en rendant in- terchangeables les rangées de serpentins semblables.