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L'invention est relative aux chaudières de locomotives dans lesquelles les gaz de combustion s'écoulent dans un faisceau de tubes constitué, d'une part, par des tubes dits "de chauffe" comportant uniquement des surfaces de chauffe pour vaporiser l'eau et, d'autre part, par des tubes de plus grand diamètre et montés en parallèle, dénommés "à fumée" qui servent, en outre, à recevoir le surchauffeur de vapeur, dans lesquels les gaz de combustion cèdent également une partie de leur chaleur à l'eau qui les entoure, la partie restante de la chaleur étant fournie aux éléments du surchauffeur traver. ses par la vapeur de travail.
Pour obtenir une meilleure économie totale d'une locomotive, il est important que la température de la vapeur, ainsi que la surchauffe, soient poussées aussi loin que l'état de la technique de lubrification le Remette . En même
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terips, le surchauffeur, qui est r,:,1:::tiv8:'lcnt lourd et. dont
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la construction ainsi que l'entretien sont onéreux, doit tou-
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tefois avoir, pour un rendement donr6 une surface de chauffe aussi petite que possible et, cens 1intérêt de exploitation du co.,,1)ustible, le- tea?4rature moyenne des gaz per13.us, sortant des tubes de chauffe et des tubes de f1e, devrait être aussi
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basse que possible.
L'invention a pour but d'obtenir les températures de
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surchauffe les plus 'lev6es, 0ui sont utilisables pratique-"lent et comprises entre 400 et 4500 ou aê::xe plus, avec une surface de chauffe ¯=zi.ni:ltn pour le surchpuffeur et une économie totale :J.2.Xi:::U:J.. On autre but important de l'invention est d' at,4¯nenter La température de surchauffe d'une manière notable, dans des chaudières de locomotives existmtes, en général jusqu'i'1. la temp4rature la plus élevée possible tout en conservant le systé2e tubulaire existant, c'est-à-dire sans repiplacer les
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tubes de chauffe et à fumée.
De cette manière, il est possible
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de noderniser à peu de frais une chaudière à vapeur surchauffée d?J:1OG.ge ou de corriger des chaudières nouvelles qui, souvent, ne permettent pas d'obtenir une température de surchauffe absolU:lent satisfaisante.
Ces buts sont atte2Li-its, confor:;;4ùient 1; l'inirention, par la combinaison d'un dispositif producteur de tirage ?\ rende''lent ,':levé, avec une conju3'eison ét:,.ro2:ri.''3 des conditions de résistance et de section transversale du systene tubulaire de la chaudière de locomotives Par conséquente i chaudière de locomotive avec surchauffeur #la.c.5 dans les tubes P fwra4e, établie selon l'invention, est caractérisée par le fait 1]'en utilisant un dispositif de tirage a aspirtian, ;
r¯tettant c1'obteni. une raréfaction de l'air dans la boîte à Ti?-.14e correspondant à une 'pression d'environ 100 v7z avec une contre-pression de 0, 2 atm. en surpression au raaxi?u, '11eSUr2e la tubulure de sortie de la machine d',ntraîner'1.ent principale;, la résistance
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au passage du chemin d'écoulement sur les tubes de chauffe, considérés'séparément ou en groupe, concentré pour une quan- tité de gaz donnée, par unité de section transversale du tube non rétrécie, est notablement plus grande (par exemple d'au moins 10 %) que la résistance au passage du chemin'de,- coule.ment-sur les tubes de fumée* Ceci,peut être obtenu, con- formément à l'invention, en augmentant le frottement contre les parois,
ce qui augmente en même temps la transmission de chaleur, ou en faisant intervenir des moyens d'étranglement ' dans l'écoulement sur les tubes de chauffe ou encore par une combinaison de ces deux dispositions. Pour un mode de réalisation préféré, on constitue le moyen d'étranglement par un rétrécissement de la section transversale utile des tubes de chauffe à la paroi tubulaire du foyer à un degré tel que la section d'entrée susdite corresponde, au maximum, à la moitié de la section non rétrécie des tubes de chauffe . Dans ce cas, on peut constituer avantageusement le rétrécissement par des anneaux d'étranglement établis dans les extrémités des tubes de chauffe qui se trouvent du côté du foyer.
Pour un autre mode de réalisation préféré de l'invention,on établit le dispositif d'étranglement du côté de la sortie du courant gazeux qui s'écoule hors du groupe de tubes de chauffe dans la boite à fumée. Dans ce cas, on peut, ou bien étrangler la totalité du courant gazeux qui sort des tubes de chauffe non rétrécis par un dispositif d'étranglement établi en aval, ou bien établir dans chaque tube de chauffe individuel, des organes d'étranglement mais cette fois à la sortie de ces tubes.
.Le rétrécissement nécessaire doit, toutefois, être augmenté en conséquence pour obtenir le même effet à cause des volumes gazeux plus petits qui sortent de ces tubes.
Des essais n'ont pas manqué pour augmenter la surchauffe en fournissant au surchauffeur une Quantité plus grande de gaz brûlés, soit en augmentant la section d'écoulé-
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ment libre à l'intérieur des tubes de fU:J1ée, 1 diamètre de ces tubes étant augmenté et/ou la section transversale des éléments du surchauffeur étant réduite, soit en diminuant le nombre des tubes de chauffe, ou bien encore en étranglant le passage du gaz dans les tubes de chauffe ou, finalement, en combinant plusieurs de ces dispositions.
Ces essais sont décrits, ppr exemple, dans un article paru dans la Revue Générale des Chemins de Fer, Paris, Année 1929 pages 326-440 Dans cet article, il ést dit que l'on peut, par une combinaison des dispositions susdites, obtenir un accroissement de la tempéra-
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ture de surchauffe, de 258 è 3800 par exe2p1e, sans augmenter la surface de surchauffe, de sorte que cette dernière température est atteinte avec une surface de chauffe du surchauffeur correspondant à environ 33% delà surface de chauffe qui sert à vaporiser l'eau.
Ces essais n'ont toutefois pas eu un succès
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permanent et dans les loco-iotives françaises moderne!,,, de même que dans celles d'autres -pays, on obtient la te'npcrature de surchauffe désirée de .400 F ppr exe aple, Il pleine charge, 8 l'aide d'une surface de surchauffe augmentée en consô<iuence, cette surf ace étant généralement supérieure de plus de 45% à la surface de chauffe susdite, acuand les locomotives comportent
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des réchauffeurs de l'epu dl'ili,,lent,-tioii chauffés par les gaz perdus. Ceci signifie que le rendement spécifinue de la surface de chauffe du surchauffeur, c' est-.-d.re son absorption de chaleur par unité de surface de chauffe., est relative''.eut réduite.
Dans les traités modernes concernpnt 1^ construction des 10 cO'::.O ti ves, par dans celui de Meineke 1949, on reco:!l'"l8.nde de lIl1Üntenir, le rapport de la surface (le la paroi H, balayée par les gaz de coiibustion, la section dcouleent libre 9 dans la partie principale du tube, pour les tubes de chauffe, à une valeur aussi élevée que pour les tubes de fumée y compris les éléments de surchauffeur logés dans ces
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tubes. Comme rapport d t . , un degr.'- fli=v4 , , tubes.
Comme ce rapport déterminée un degré '1 Pv=;, la, ré-
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sistance totale d'un tube à l'écoulement, pour autant que des dispositions spéciales ne soient pas prises, cette règle si- gnifie que, dans les tubes de chauffe, par unité de section libre, s'écoule. à peu près la même quantité de gaz que dans les tubes à fumée. D'après les lois de la théorie de l'écoule- ment, .cette règle procure à peu près un minimum de la résis- tance à l'écoulement pour l'ensemble du système tubulaire quand on considère la somme de toutes les sections d'écoulement,, l'é- tendue des surfaces de chauffe et la quantité de gaz comme étant connues.
La tendance, à limiter la résistance à l'écoulement, domine les opinions actuelles concernant le dimensionnement de la chaudière de locomotive et, pour la même raison, on recom- mande de limiter le rapport susdit H/q à environ 400. Ceci correspond également à une règle admise depuis plus d'un demi- siècle, pour la construction des locomotives, que le diamètre des tubes de chauffe doit correspondre à environ un centième de leur longueur, ce qui donne un rapport H/q=400.
On a constaté que les règles de dimensionnement sus- dites' ne sont pas valables quand un dispositif de tirage par aspiration ayant un rendement particulièrement élevé est utilisé comme par exemple dans le brevet Autriche n 173.385 déposé le sept juin 1950 qui permet d'obtenir une raréfaction de l'air dans la boite de fumée., correspondant à une colonne d'eau d'en- viron 100 mm avec une contrepression de la vapeur de sortie, mesurée à la tubulure de sortie de la distribution du cy- lindre à vapeur, ou d'une manière générale à la tubulure de, sortie de la machine d'entraînement principale, de 0,1 atm.
en surpression par exemple, contrairement à ce qui se produit avec les dispositifs ordinaires avec tuyau à vapeur de la soufflerie oui nécessitent une contre-pression trois ou nuatre fois plus grande. Avec un dispositif de tirage par aspiration ayant un rendement aussi élevé ou à peu près, permettant de produire une raréfaction de l'air dans la boite de fumée d'en-
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viron 100 mm avec une contrepression d' au rna.xi:
¯u 0, 2. a.ta. en surpression, dont auestion plus haut, ce aui est également possible par exemple avec des cheminées multiples avec des
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tuyères intermédiaires diaprés 1,ylche.--o, on combine confor- mément à l'invention la caractéristique que la résistance au passage du chemin d'écoulement sur les tubes de chauffe, considérés séparément ou en groupe concentré, pour une quantité de gaz donnée.par unité de la section non rétrécie du tube, est notablement plus grande que la résistance au passage
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du chemin d-lécoule-rient.sur les tubes de fumée.
Comme déjà dit, on augmente considÁrableY1ent, par l'objet de l'invention, l'économie de la chaudière. Un maximum de l'effet économioue est obtenu quand on combine l'effet de l'invention avec un dispositif constitué par une cloison séparatrice, qui, devant 1''extrémité de la chaudière, s'étend transversalement -par rapport aux tubes de chauffe et aux tubes à fumée, cette cloison séparant la chaudière en une chambre
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de vaporisation et en une ch-mbre ou un compartiment de réchauffage qui se trouve également sous la pression de la chaudière et dans laquelle débouche le conduit d'alÍ'11entHtion d'eau.
Avec la conbinaison en question, la section transversale des tubes de chauffe, qui traversent 1.?. chs-bre de rch2.uftage, peut être choisie aussi réduite oue possible, en vue ;' uJmnter leur résistance µ 1?<µcouler.ent, alors eue la cloison séparatrieey crui délimite le ch2bre de réchauffage sert !gPliement d'aduui aux tubes de chauffe. Confort/ment . 1¯'- nvention on donne aux tubes de chauffe un diamètre interne qui est nlus petit que 1/125 de la longueur totale.
La combinaison en question permet de diminuer la température des gaz perdus, sortant du tube de chauffe, de manière que, pour une puissance de vaporisation modérée de la chaudière, elle soit même inférieure à la température d'ébullition de l'eau de la. chaudière.
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-.'Les dessins montrent, à titre d'exemples, des modes de réalisation de dispositifs d'étranglement qui, selon l'in- vention, sont propres à augmenter la résistance au passage pour le chemin d'écoulement sur les tubes de chauffe.
Les figs 1 à 9 montrent, en coupe longitudinale détaillée,, des dispositifs d'étranglement établis dans l'extré- mité d'entrée des tubes d.e chauffe.
La fig.. 10 montre, semblablement, un dispositif ana- logue établi dans l'extrémité de sortie d'un tube de chauffe.
La fig. Il montre, en coupe longitudinale détaillée, un mode de réalisation d'un dispositif d'étrangle-ment pour un groupe concentré de tubes de chauffe, ce dispositif étant établi à leur sortie.
Les figs. 12 à 13 ¯montrent, respectivement en coupe longitudinale et en.plan, un mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif d'étranglement des tubes de chauffe est accouplé à un dispositif propre à modifier la section transversale de la tuyère d'échappement.
Les figs. 14 et 15 montrent, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale suivant XV-XV de la fig. 14, l'extrémité de la chaudière , de forme allonge, avec la cloison séparatrice et les chambres de réchauffage séparées par cette cloison.
Sur la fig. 1 on constitue le dispositif d'étrangle- ment par un anneau d'étranglement 1 de faible longueur qui, à cause du diamètre interne dés tubes de chauffe 2 différant un , peu d'un tube à. l'autre, est introduit avec jeu dans l'extré- mité du tube de chauffe.,,qui se trouve du côté du foyer, et qui, pour être maintenu et pour permettre la transmission de chaleur, est soudé en 3 au tube 2.
Comme l'anneau 3, qui a une paroi relativement épaisse dans le sens radial pour per- mettre l'obtention d'un effet d'étranglement important, ac- quiert une température beaucoup plus élevée que celle du tube
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2 refroidi par l'eau, une soudure s'étendant de tous les côtés ou épaisse serait vite cisaillée par les dilatations relatives produites par la chaleur, de sorte que le soudage ne se fait qu'en un endroit étroitement limité du pourtour de l'anneau 1.
L'anneau d'étranglement 1 est constitué en une matière résistant à la chaleur, par exemple un acier spécial ayant une teneur élevée en chrome et auquel est ajouté du nickel. Des anneaux d'étranglement, selon la fig. 1, conviennent particulièrement à des locomotives chauffées à l'huile pour lesquelles des encrassements formés par des particules incandescentes de cendres ou de charbon, entrainées par le courant gazeux, ne peuvent pas se former.
La fig. 2 montre un anneau d'étranglement 5 qui permet un soudage périphérique. A cet effet, on donne à 1' extrémité à souder 5' de l'anneau une épaisseur tellement réduite, que cette extrémité puisse être refroidie efficacement par le bourrelet de soudure 6 et que les différences de températures, qui peuvent encore exister, ne puissent solli- citer d'une manière excessive le joint soudé.
Le bourrelet descu- dure 6 est avantageusement rendu lisse par meulage superficiel ou fraisage pour empêcher que les cendres incandescentes puissent y adhérer. L'entrée, à profil curviligne et concave suivant la ligne 7, selon l'invention, de l'anneau d'étrranglement 5 a pour effet que les particules de cendres entraînées glissent le long de cette entrée et ne restent pas adhérentes à l'anneau 5. En outre, l'effet d'étranglement est efficacement augmenté par accroissement de la contraction de la veine d'entrée suivant les lignes d'écoulement s-s montrée sur la fig. 2.
La surface de sortie S, qui va en s'évasant coniquement dans le sens de l'écoulement, de l'anneau d'étranglement a pour effet de faciliter le nettoyage des tubes, qui se fait dans de nombreux pays par soufflage, par ramonage ou à l'aide de brosses depuis leur extrémité de sortie.
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La. fig..3 montre une autre variante, selon l'inven- tion, du dispositif d'étranglement sous la forme d'un anneau d'étranglement 10 qui, sous condition d'être constitué en une matière résistant fortement à la chaleur, peut être façonne par matriçage à la presse tout en ayant, en substance, une paroi d'épaisseur réduite et une élasticité correspondante. Le bord d'entrée étroit 11, qui fait saillie vers l'intérieur, et la. face extérieure conique 12 s'opposent d'une manière particu- lièrement efficace à l'adhérence des particules de cendres. Le rebord interne 13 sert au centrage.
Une autre variante très avantageuse de l'anneau d'étranglement, établi selon'l'invention, est montrée sur la fig. 4 et comporte des douilles séparées 20, 21, 22 emboî- tées télescopiquement les unes dans les autres. De cette mniè- re, on peut déterminer aisément le diamètre interne le- plus favorable et adapter le diamètre externe de l'ensemble au dia- mètre externe des tubes. On peut aussi mandriner les douilles successivement les unes dans les autres, ce qui permet d'ob- ' tenir le transfert nécessaire de la chaleur et une adhérence ' permanente, le cas échéant même sans soudage. Finalement, on 'peut aussi, conformément à l'invention, maintenir des douilles élastiques et fendues 20' et 21' (fig. 5) à l'aide d'une douille interne 22' mise en place par mandrinage.
Cette variante con- vient également pour des tubes qui sont seulement sertis dans la paroi du foyer et qui, par conséquent, nécessitent éventuel- lement un mandrinage supplémentaire. Les douilles des fias 4 et
5 comportent de petits épaulements 23 qui empêchent un glis- sement des douilles vers l'intérieur au cours du mandrinage.
La fig. 6 montre un dispositif d'étranglement, éta- ' bli selon l'invention, qui convient plus spécialement à des locomotives chauffées à l'huile, ce dispositif étant constitué par un anneau d'étranglement 25 qui comporte une partie à paroi mince et de préférence cylindrique 26, fixée dans l'extrémité
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du tube de chauffe 2, par exemple par mandrinage ou par soudage à cette extrémité et une partie 27 raccordée à cette partie 26 et qui va en se rétrécissant vers l'intérieur du tube 2,' la partie 27 comportant l'étranglement ayant un diamètre d.
La fig. 7 montre une autre variante constituée par un anneau d'étranglement 30 pour laauelle, en utilisant une matière résistant d'une manière particulièrement 'bien à la chaleur,on renonce, dans l'intérêt de la possibilité d'une dilatation libre, à une fixation assurant le refroidissement.
L'anneau d'étranglementdont la forme conique d'entrée 31 facilite le glissement des particules de cendres et' dont la face interne conique 32 facilite le nettoyage du tube, est maintenu avec jeu entre deux ergots 34 et 35 engagés dans des encoches 10 calisées correspondantes de l'anneau d'étranglement. Les ergots 34 et 35 sont fixés avec quelques points de soudage seulement au tube. Ce mode de fixation, qui ne fait pas intervenir un soudage continu ou un mandrina.ge, présente, en outre, la.vanta- ge d'une dépense de travail moindre dans le cas'on l'on veut rendre les tubes étanches quand il s'agit de tubes mandrinés car les ergots 34 et 35 peuvent, au besoin, être enlevés facilement-par quelques coups de marteau.
La fig. 8 montre une autre réalisation de l'anneau d'étranglement 30 maintenu en place en jeu, l'anneau étant engagé, comme pour un joint à baïonnette, à l'aide d'un encoche 33 sur un ergot 34', qui est ru.eux protégé contre les gaz chauds, après quoi on fait tourner l'anneau en le guident par la gorge périphérique 33', cet anneau ^tant ensuite empêché de tourner par le balourd obtenu par la constitution excentrée de l'anneau. L'excentricité du corps annulaire 30 par rapport à l'axe longitudinal du tube de chauffe 2 est.désignée sur la fige 8 par e.
Pour tous les modes de les anneaux d'étranglement montrés comportent, du côté du foyer, un diasètre
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interne d à l'entrée qui donne une surface de section égale à ou plus petite que la moitié de la section d'écoulement non rétrécie, avec un diamètre D du tube de chauffe 2. Les anneaux d'étranglement ayant les formes susindiquées procurent, par suite de la contraction importante de l'écoulement, un effet d'étranglement particulièrement élevé sans que l'on ait à faire intervenir des orifices excessivement petits.
Par exemple on peut augmenter, à peu près de 5 fois, dans un tube de chauffe d'environ 5m, la résistance opposée à l'écoulement d'une quantité donnée de gaz à l'aide d'un orifice d'étranglement dont le diamètre est égal à la moitié du diamètre interne du tube et on peut, à cause de la quantité accrue de gaz qui, de ce fait, vient frapper le surchauffeur, augmenter la température de la vapeur par exemple de 300 à 400 . ce qui, avec les méthodes connues jusqu'ici, ne peut être obtenu qu'après des transformations importantes de la cha.udière.
Comme la valeur absolue de la ré- sistance à l'écoulement est inversement proportionnelle à la quantité de gaz qui travers' le tube et comme les tubes de chauffe contiennent une quantité notablement moindre de gaz, la résistance totale du système tubulaire n'augmente toutefois que d'environ 150%. ce qui, pour le dispositif de tirage par aspiration, de grande valeur et préconisé par l'invention, nécessite une dépense d'énergie tellement modérée que le gain en économie, obtenue par la surchauffe nettement accrue, subsiste presque complètement, plus spécialement pour les charges moyennes de la locomotive qui sont déterminantes pour l'économie totale.
Lors du remplacement des tubes de chauffe ou des extrémités de ces tubes, par suite de l'usure, il est également possible, en soi, d'obtenir l'effet d'étranglement désiré par un rétrécissement correspondant des extrémités des tubes, du côté du foyer. Comme, pour des raisons de résistance et de construction, une variation aussi prononcée du diamètre n'est ppsper- mise, ces extrémités de ces tubes doivent être constituées avec
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des rayons de plus ou modns grands,.
comme montra sur la fig.. 9, ce qui a pour effet un regain d'énergie, de sorte que., pour le même effet d'étranglement, un plus petit diamètre. d'entrée est nécessaire que lorsqu'on utilise les anneaux d'é- tranglement conformément à l'invention. De cette manière, on obtient par exemple, avec un diamètre d'entrée de 60% seulenent., un accroissemnt d'à peu près le double pour la résistance du tube-.. En outre, par le rétrécissement prononcé du tube, on di- minue le pourtour de la zone de mandrinage ou du soudage de retenue, ce qui réduite en conséquence, le pouvoir d'adhérence.
Ce mode de réalisation'n'est donc avantageux que lorsqu'on désira uniquement obtenir un accroissement modéré de la température de surchauffe.
La fig. 10 montre un organe d'étranglement 37 qui contrairement aux anneaux d'étranglement décrits plus haut, se trouve à la sortie du tube de chauffe. La section nécessaire pour l'orifice d'étranglement 37', qui dans ce' cas est établi à la partie inférieure du tube pour éviter les encfrassements, doit être choisie de manière à être plus petite à cause des vo- lumes de gaz moindres qui doivent traverser cet orifice.
Cet établissement de lubrifiée 37' en dehors de la zone la plus chaude, permet également l'obtention d'une sec- tion de sortie variant automatiquement avec la charge afin ou-,on s'approche de la surchauffe, maximum permise pour toutes les charges. A cet effet, on a recours à une lamelle élastique 39, par exemple en acier, qui coopère avec l'orifice d'étranglement
37', cette lamelle découvrant une section de sortie plus ou moins grande, par l'effet de dépression qui règne dans la boîte à fumée et qui varie avec la charge.
L'organe d'étranglement 37 est constitué, dans ce cas, par un disque engagé à l'aide d'une ailette 38' dans une fente 38" ménagée dans l'extrémité qui, généralement, est assez loin ,.,du tube de chauffe ou dans un prolongement tubulaire soudé dudit
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La fig. 11 montre un mode de réalisation de l'invention pour lequel le dispositif d'étranglement est établi à l'extrémi- té de sortie du courant gazeux, qui débouche depuis le groupe de tubes de chauffe 40 dans la boîte à fumée 41. Une paroi 42, qui entoure la sortie du groupe de tubes de chauffe, est fermée en partie par un écran 43 de manière qu'il subsiste seulement le passage.44 assurant l'étranglement nécessaire.
L'écran 43 peut pivoter autour de l'axe 43' ou être démonté pour permettre le nettoyage des tubes de chauffe: Le déplace- ment de l'écran 43 présente également la possibilité d'une dé- termination plus aisée par des essais de la section optima de sortie en 44. On désigne par 45 des tubes à fumée à proximité desquels on peut établir des tubes de chauffe. Le dispositif d'étranglement décrit est adjoint au groupe de tubes d.e chauffe
40 établi à l'écart du groupe de tubes à fumée 45.
Quand le rapport de résistance en trèfles tubes à. fumée et les tubes de chauffe reste le même, la surchauffe varie avec la charge. Conformément à l'invention, on obtient le maintien de la température de surchauffe admissible au maximum, même dans la zone des charges moyennes, ou le rapprochement le plus grand possible de la température permise au maximum pour des charges plus petites, en faisant croître l'étranglement de l'écoulement dans les tubes de chauffe quand la charge diminue. Ceci peut être obtenu par un déplacement la main de l'écran 43, par exemple en reliant celui-ci par une tringlerie. à un dispositif de coin- mande accessible par le conducteur de la locomotive.
Le déplace- ment de l'écran 43 peut également se faire automatiquement à l'aide d'un effort de rappela de préférence élastique, exercé par exemple par un arbre 43' agissant comme un ressort de torsion pour l'écran 43 afin que la surface de la section de l'orifice d'étranglement 44 varie dans le même sens que. la dépression variable régnant dans la boite de fumée. Comme il en résulte une modification de la section d'écoulement totale, on modifie.
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en même temps et conformément à l'invention, l'effet de la pompe du dispositif de tirage par aspiration, de manière telle que l'activation du feu dans le foyer reste à peu près la même.
A cet effet, on diminue, par exemple, la section de la tuyère d'échappement à mesure que l'étranglement des tubes de chauffe augmente.
Un mode de réalisation de ce dispositif est montré sur les figs. 12 et 13. Le dispositif d'étranglement 41 est adjoint au groupe de tubes de chauffe 40 et constitué comme celui de la fig. 11. Il comporte un écran 43 qui peut pivoter autour de l'arbre 43' et règle un intervalle de passage 44 au bord de ce groupe. Cet écran 43 est relié par une tige 50 à un dispositif 51 propre à modifier la section transversale de la tuyère d'échap- pement. Comme exemple du dispositif de soufflerie, on adopte celui décrit dans le brevet Autriche n 173.385 dont Question plus haut. On désigne pa.r 52 le tube vertical et par 53 le tuyau d'échappement subdivisé par des ailettes de guidage 54 en plusieurs cana.ux divergents 55.
Sur la glace de la tuyère sont établis., de part et d'autre de l'ensemble des canaux 55, des tiroirs 56 qui;, à l'aide de fentes de commande inclinées 58 dans lesquelles sont logés des ergots fixes 57, peuvent être rapprochés et écartés l'un de l'autre, suivant que les tiroirs 56 sont déplaces longitudinalement dans un sens ou dans l'autre.
Ce déplacement est produit par l'écran 43 qui est relié, . cet effet, par la tige 50 et la tête 60 aux tiroirs 56. La liaison de la tête 60 aux tiroirs 56 doit être telle que les déplacements latéraux de ceux-ci ne soient pas empêchée. Pour cet exemple montré, cette liaison est obtenue à l'aide de fentes transvesales 62 dans un de ces organes, par exemple dans la tête 60 de la tige 50, par des ergots 63 engagés dans ces fentes et prévus sur l'autre organe, par exemple sur les tiroirs 56.
Le dispositif 57, 58 doit être réglé demaniërr telle par rapport aux mouvements de l'écran 43 que l'effet de pompe
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du dspos.:i.,' ;.et3.rage pa.r ¯asp.ration et l'étranglement des- tubes de chauffe varient dans le même sens,
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Dans'l'écran 43 peuvent être prévus des perforations des trous ou des petits clapets qui aident à obtenir un réglage plus précis.
Pour la construction de locomotives nouvelles ou au cours de grosses réparations de chaudières qui nécessitent des renouvellements tellement importants ;due 1' on' peut, sans quil en résulte de frais'supplémentaires considérables, déterminer sans aucune contrainte, le nombre et les dimensions des tubes, il est évident qu'il faut choisir'les dimensions des tubesde manière telle qu'un accroissement artificiel de la résistance devienne inutile et qu'une partie aussi grande que possi- ble de la tota.lité de la résistance à l'écoulement soit produite par frottement sur les parois, d'autant plus que,
selon la théorie de la similitude entre la résistance et la transmission de la chaleur, un accroissement du frottement sur les parois tend à favoriser la transmission de la chaleur.
Conformément à l'invention, on s'écarte dans ces cas de la règle fondamentale, citée au débuta suivant laquelle le rapport H/q dans les tubes de chauffe.et dans les tubes de fumée doit être à peu près le même et'on choisit un rapport H/q notablement plus élevé pour les tubes de chauffe et cela pour les raisons suivantes: quand les rapports H/q dans les tubes de chauffe et les tubes de fumée sont les mêmes,' les températures moyennes du gaz sont également analogues dans ces tubes et la chute moyenne de la température entre les gaz de combustion
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et es parois des tubes 'de chauffe, refroidies par. l'ea.u,: est 'beaucoup plus grande que celle qui se produit entre les gaz et les éléments relativement chauds du surchauffeur.
En procédant
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comme on la. ya3,t jusqu'ici, on ne"poite. 1>as,çoi>i@lètei>ent de la, surface ohauffe-nte coûteuse, du surchauffeur et cette surface doit être rcnduè'"excesp'iv6'ent p'rnnc'e'si l'on vut r:1;1;c"ndré'
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une température de surchauffe déterminée.
Alors qu'on obtient théoriquement? dans une chaudière avec des surfaces de chauffe à peu près de la même valeur5 1''. optimum d'économie quand, les gaz de combustion sortent de tous les tubes avec la même température finale, il résulte, du fait que la chaleur absorbée par le surchauffeur a une valeur plus grande et que .la surface de chauffe du surchauffeur est plus lourde et plus coûteurse, qu'un décalage de l'optimum se produit dans le sens d'une diminution considérable des températures des gaz perdus sortant des tubes de chauffe.
Conformément à l'invention, on choisit le H/q pour les tubes de chauffe de manière telle qu'il soit au moins de la$, de préférence de 50 à 60%, plus élevé que pour les tubes à fumée, y compris le surchauffeur,dont le H/q est maintenu, en'même temps, à au moins 380 pour limiter la perte en gaz perdus. On obtient, par conséquent, des tubes de chauffe ayant un diamètre relativement petit, ces tubes. procurant également des températures plus basses pour les gaz perdus, mais la tendance, conformément à l'invention; à augmenter'davantage la résistance à l'écoulement par les tubes de chauffe, par un accrois sèment du rapport H/q au-delà de 500 est bientôt limitée, en pratique, par le fait que les tubes, quand on diminue davantage leur diamètre, deviennent trop élastiques et subissent des flexions excessives.
En outre, le nombre de tubes de chauffe devient bientôt trop grand et on est donc obligé, même pour de nouvelles chaudières; d'obtenir la résistance la plus avantageuse, produite par les tubes de chauffe, en ayant recours, conformément à l'invention, à des anneaux d'étranglement ou à un rétrécissement plus prononcé des tubes de chauffe. De plus, l'étranglement à l'extrémité d'entrée des tubes de chauffe provoque un certain accroissement de la transmission de chaleur par suite de la turbulence plus prononcée des gaz de combustion après que ceux-ci ont traversé l'étranglement.
Pour obtenir..une économie maximum, on combine, confor-
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mément à l'invention, la nouvelle disposition décrite plus , haut avec un dispositif dont un mode de réalisation est contre sur, les figs. 14 et 15. Sur ces figures, on désignè par A la. paroi de la chaudière, de forme allongée, par B la paroi qui supporte les tubes et qui délimite latéralement la boite de fumée C, par 2 les tubes de chauffe., par 45 les tubes à fumée et. par 46 les éléments du surchauffeur logés, de la manière connue, dans ces tubes 45.
A une certaine distance de la paroi B supportant les tubes, on établit dans la chaudière A une cloison séparatrice T qui forme, de pair avec la paroi B et la partie correspondante de la paroi de la chaudière A, une chambre de réchauffage K dans la partie inférieure de laquelle on introduit l'aide d'un dispo- sitif pulvérisateur V, de l'eau d'alimentation à l'état finement divisé, cette eau s'échauffant dans la chambre K en venant en contact avec les tubes 2 et 45 et s'écoulant par les orifices o da.ns la chambre de vaporisation R de le. chaudière qui se trouve à la partie inférieure de la. cloison T. Les orifices de passage o se trouvent très près au-dessous du niveau libre le plus bas de l'eau de chaudière.
Pour empêcher la formation d'un matelas d'air inerte au-dessus du niveau libre de l'eau dans le réchauffeur, on ménage, tout en ,haut de la. cloison T, des orifices o' par lesquels l'air peut s'écouler. La cloison séparatrice T peut également se terminer à peu près au niveau'de la surface libre, la plus,basse, de.l'eau'de chaudière. Dans ce cas., on peut supprimer l'ouverture d'inspection qui sans 'cela. est nécessaire.
L'accroissement de la résistance de-passage dans le chemin d'coulement sur-les tubes de. chauffagepeut être obtenu non seulement à l'aide d'anneaux et d'écra.ns ou,.clapets d'étranglement (fig. 1 à 13) mais également par des tubes de chauffe très étroits qui peuvent être utilisés avec avantage quand on a recours à une cloison séparatrice T, celle-ci formant alors
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un appui pour ces tubes de chauffe étroits et empêchant que ceux-ci ne fléchissent trop fortement.
Alors,Que, selon l'invention, les tubes de chauffe doivent avoir un diamètre interne corresponda.nt au moins à 1/125ème de leur longueur totale (distance entre les parois supportant les tubes) si l'on veut éviter les difficultés résultant d'une flexion excessive ou des vibrations, on peut, quand on a recours au dispositif faisant l'objet de l'invention, en combinaison avec une installation de tirage par aspiration ayant le rendement élevé défini plus haut, 'utili- ser des tubes de chauffe dont le diamètre interne est plus petit que 1/125, en étant avantageusement compris entre 1/140 et 1/180 de leur longueur totale. De plus on peut utiliser également avec avantage des tubes de chauffage fabriqués d'une Manière particulière, par exemple des tubes tordus.
Inapplication de l'invention n'est pas limiteà la combinaison avec une installation avec tuyère d'échappement mais elle peut également être utilisée avec une turbo-soufflante actionnée par la vapeur d'échappement, si celle-ci n'a pas besoin, pour produire une dépression de 100 mm dans la boite de fumée, d'une contrepression supérieure à 0,2 atm en surpression, mesuréeà la tubulure d'échappement de le. distribution du cylindre à vapeur ou, dans le cas de locomotives à turbines, à la tubulure d'échappement de la turbine principale. REVENDICATIONS
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The invention relates to locomotive boilers in which the combustion gases flow in a bundle of tubes consisting, on the one hand, of so-called "heating" tubes comprising only heating surfaces for vaporizing the water and , on the other hand, by tubes of larger diameter and mounted in parallel, called "smoke" which serve, in addition, to receive the steam superheater, in which the combustion gases also give up part of their heat to the water around them, the remaining part of the heat being supplied to the elements of the superheater traver. its by working steam.
To obtain the best overall economy from a locomotive, it is important that the temperature of the steam, as well as the superheating, be pushed as far as the state of the art lubrication the Remette. Same
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terips, the superheater, which is r,:, 1 ::: tiv8: 'heavy lcnt and. whose
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construction and maintenance are expensive, must always
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However, to have, for a given efficiency, a heating surface as small as possible and, in the interest of exploiting the co. ,, 1) ustible, the average le- tea? 4rature of the gases per13.us leaving the heating tubes and the tubes from f1e, should also be
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low as possible.
The object of the invention is to obtain the temperatures of
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the highest superheating, which can be used in practice - slow and between 400 and 4500 or higher, with a heating surface ¯ = zi.ni: ltn for the superheater and total savings: J.2. Xi ::: U: J .. Another important object of the invention is to control the superheat temperature to a noticeable extent in existing locomotive boilers, generally up to 1. the highest possible temperature while maintaining the existing tubular system, i.e. without repositioning the
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heating and smoke tubes.
In this way it is possible
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to modernize inexpensively a superheated steam boiler d? J: 1OG.ge or to correct new boilers which often do not make it possible to obtain a satisfactory absolute superheating temperature.
These goals are achieved, according to: ;; 4ùient 1; the initiation, by the combination of a draft producing device? \ rende''lent, ': lifted, with a conju3'eison ét:,. ro2: ri.' '3 of the conditions of resistance and cross-section of the tubular systene of the boiler of locomotives Consequently i locomotive boiler with superheater # la.c.5 in the tubes P fwra4e, established according to the invention, is characterized by the fact 1] 'using an aspirtian draft device, ;
retaining this obtained. a rarefaction of the air in the Ti 2 - 14 box corresponding to a pressure of about 100 volts with a back pressure of 0.2 atm. in excess pressure at the axis? u, '11eSUr2e the outlet pipe of the main machine, ntrain'1.ent ;, the resistance
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the passage of the flow path over the heating tubes, considered separately or in a group, concentrated for a given quantity of gas, per unit of cross-section of the tube not constricted, is notably greater (for example at less 10%) than the resistance to the passage of the path, - flow-on the smoke tubes * This can be obtained, according to the invention, by increasing the friction against the walls,
which at the same time increases the heat transmission, or by bringing in restricting means' in the flow over the heating tubes or by a combination of these two arrangements. For a preferred embodiment, the throttling means is constituted by a narrowing of the useful cross section of the heating tubes to the tubular wall of the fireplace to a degree such that the aforesaid inlet section corresponds, at most, to the half of the unshrunk section of the heating tubes. In this case, the constriction can advantageously be constituted by throttling rings established in the ends of the heating tubes which are located on the side of the fireplace.
For another preferred embodiment of the invention, the throttling device is established on the outlet side of the gas stream which flows out of the group of heating tubes in the smoke box. In this case, it is possible either to throttle the whole of the gas stream which leaves the non-constricted heating tubes by a throttling device established downstream, or else to establish in each individual heating tube, throttling members but this times at the exit of these tubes.
The necessary shrinkage must, however, be increased accordingly to achieve the same effect because of the smaller gas volumes exiting these tubes.
Attempts have not failed to increase the superheating by supplying the superheater with a larger quantity of burnt gas, or by increasing the flow section.
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free inside the fU tubes: J1ée, 1 diameter of these tubes being increased and / or the cross section of the superheater elements being reduced, either by reducing the number of heating tubes, or even by restricting the passage gas in the heating tubes or, finally, by combining several of these arrangements.
These tests are described, ppr example, in an article published in the Revue Générale des Chemins de Fer, Paris, Year 1929 pages 326-440 In this article, it is said that one can, by a combination of the aforementioned provisions, obtain an increase in temperature
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overheating ture, from 258 to 3800 for example, without increasing the superheating surface, so that the latter temperature is reached with a heating surface of the superheater corresponding to approximately 33% of the heating surface which is used to vaporize the water.
However, these trials were not successful.
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permanent and in modern French locomotives! ,,, as well as in those of other countries, one obtains the desired superheating temperature of .400 F ppr exe aple, Il full load, 8 'a superheating surface increased in consô <iuence, this surf ace being generally more than 45% greater than the aforesaid heating surface, acuand the locomotives comprise
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dl'ili epu heaters, slow, -tioii heated by waste gases. This means that the specific efficiency of the heating surface of the superheater, i.e. its heat absorption per unit of heating surface, is relative ''.
In modern treatises concerning the construction of the 10 cO '::. Objectives, for in that of Meineke 1949, we reco:! The l8.nde of it, the ratio of the surface (the wall H, swept by the coiibustion gases, the free flow section 9 in the main part of the tube, for the heating tubes, at a value as high as for the smoke tubes including the superheater elements housed in these
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tubes. Like report d t. , un degree .'- fli = v4,, tubes.
As this ratio determines a degree '1 Pv = ;, la, re-
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Total resistance of a tube to flow, unless special provisions are made, this rule means that in the heating tubes, per unit of free section, flows. about the same amount of gas as in the smoke tubes. According to the laws of flow theory, this rule provides approximately a minimum of the flow resistance for the whole tubular system when we consider the sum of all the sections d The extent of the heating surfaces and the amount of gas are known to flow.
The tendency to limit flow resistance dominates current opinions regarding the sizing of the locomotive boiler and, for the same reason, it is recommended to limit the aforesaid H / q ratio to about 400. This also corresponds to a rule accepted for more than half a century, for the construction of locomotives, that the diameter of the heating tubes must correspond to approximately one hundredth of their length, which gives a ratio H / q = 400.
It has been found that the aforementioned sizing rules are not valid when a suction device having a particularly high efficiency is used as for example in the patent Austria n 173,385 filed on June 7, 1950 which allows to obtain a rarefaction of the air in the smoke box, corresponding to a water column of about 100 mm with a backpressure of the outlet steam, measured at the outlet pipe of the steam cylinder distribution , or generally to the outlet tubing of the main drive machine, 0.1 atm.
in overpressure for example, unlike what happens with ordinary devices with a steam pipe from the blower, yes, they require back pressure three or four times greater. With a draft device by suction having an output as high or about, allowing to produce a rarefaction of the air in the box of smoke in-
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about 100 mm with a back pressure of at rna.xi:
¯u 0, 2. a.ta. in overpressure, including above, this aui is also possible for example with multiple chimneys with
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Varied intermediate nozzles 1, ylche .-- o, in accordance with the invention, the characteristic that the resistance to the passage of the flow path over the heating tubes, considered separately or in a concentrated group, is combined for a quantity of gas given per unit of the non-narrowed section of the tube, is notably greater than the resistance to passage
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of the path flows over the smoke tubes.
As already said, the economy of the boiler is considerably increased by the object of the invention. A maximum of the economic effect is obtained when the effect of the invention is combined with a device consisting of a dividing wall, which, in front of the end of the boiler, extends transversely to the heating tubes. and smoke tubes, this partition separating the boiler into a chamber
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vaporization chamber and in a reheating chamber or compartment which is also under the pressure of the boiler and into which the water supply duct opens.
With the combination in question, the cross section of the heating tubes, which pass through 1.?. chs-bre de rch2.uftage, can be chosen as small as possible, in view; ' uJmnter their resistance µ 1? <µcouler.ent, then had the crui separatrieey partition delimiting the reheating chamber serves! gPliement of the heating tubes. Comfort / ment. According to the invention, the heating tubes are given an internal diameter which is no less than 1/125 of the total length.
The combination in question makes it possible to reduce the temperature of the waste gases leaving the heating tube, so that, for a moderate vaporization power of the boiler, it is even lower than the boiling temperature of the water. boiler.
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The drawings show, by way of example, embodiments of throttling devices which, according to the invention, are adapted to increase the resistance to passage for the flow path on the heating tubes. .
FIGS. 1 to 9 show, in detailed longitudinal section, throttling devices established in the inlet end of the heating tubes.
Fig. 10 similarly shows a similar device established in the outlet end of a heater tube.
Fig. It shows, in detailed longitudinal section, an embodiment of a throttling device for a concentrated group of heating tubes, this device being established at their exit.
Figs. 12 to 13 ¯ show, respectively in longitudinal section and en.plan, an embodiment of the invention in which the throttling device of the heating tubes is coupled to a device suitable for modifying the cross section of the nozzle. exhaust.
Figs. 14 and 15 show, respectively in longitudinal section and in transverse section along XV-XV of FIG. 14, the end of the boiler, of elongated shape, with the separating partition and the heating chambers separated by this partition.
In fig. 1 the throttling device is formed by a throttle ring 1 of short length which, because of the internal diameter of the heating tubes 2 differing slightly from tube to tube. the other, is introduced with play in the end of the heating tube. ,, which is on the side of the hearth, and which, to be maintained and to allow the transmission of heat, is welded in 3 to the tube 2 .
As the ring 3, which has a relatively thick wall in the radial direction to allow a strong throttling effect to be obtained, acquires a much higher temperature than that of the tube.
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2 When cooled by water, a weld extending from all sides or thick would be quickly sheared by the relative expansions produced by heat, so that the welding only takes place in a narrowly limited place around the perimeter of the ring 1.
The throttle ring 1 is made of a heat resistant material, for example a special steel having a high chromium content and to which nickel is added. Throttle rings, according to fig. 1, are particularly suitable for locomotives heated with oil for which fouling formed by incandescent particles of ash or coal, entrained by the gas stream, cannot form.
Fig. 2 shows a throttle ring 5 which allows peripheral welding. To this end, the thickness to be welded 5 'of the ring is made so small that this end can be effectively cooled by the weld bead 6 and that the temperature differences, which may still exist, cannot. place excessive stress on the welded joint.
The descending bead 6 is advantageously made smooth by surface grinding or milling to prevent incandescent ash from adhering to it. The entry, with a curvilinear and concave profile along line 7, according to the invention, of the throttle ring 5 has the effect that the entrained ash particles slide along this entry and do not remain adherent to the ring 5. Further, the throttling effect is effectively increased by increasing the contraction of the inlet vein along the flow lines ss shown in FIG. 2.
The outlet surface S, which widens conically in the direction of flow, of the throttle ring has the effect of facilitating the cleaning of the tubes, which is done in many countries by blowing, by sweeping. or using brushes from their outlet end.
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Fig. 3 shows another variant, according to the invention, of the throttle device in the form of a throttle ring 10 which, provided that it is made of a material which is highly resistant to heat. , can be die-stamped while having, in substance, a reduced wall thickness and corresponding elasticity. The narrow entry edge 11, which projects inward, and the. conical outer face 12 oppose in a particularly effective manner the adhesion of the ash particles. The internal rim 13 is used for centering.
Another very advantageous variant of the throttle ring, established according to the invention, is shown in fig. 4 and comprises separate sockets 20, 21, 22 telescopically nested one within the other. In this way, one can easily determine the most favorable internal diameter and adapt the external diameter of the assembly to the external diameter of the tubes. It is also possible to mandrel the bushes successively into each other, which allows the necessary heat transfer and permanent adhesion to be obtained, if necessary even without welding. Finally, it is also possible, in accordance with the invention, to maintain elastic and split bushings 20 'and 21' (FIG. 5) with the aid of an internal bush 22 'placed by mandrel.
This variant is also suitable for tubes which are only crimped into the wall of the hearth and which, therefore, possibly require additional winding. The sockets of fias 4 and
5 have small shoulders 23 which prevent the bushes from sliding inward during the mandrel.
Fig. 6 shows a throttling device, established according to the invention, which is more particularly suitable for locomotives heated with oil, this device being constituted by a throttle ring 25 which has a thin-walled part and preferably cylindrical 26, fixed in the end
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of the heating tube 2, for example by mandrel or by welding at this end and a part 27 connected to this part 26 and which tapers towards the inside of the tube 2, the part 27 comprising the constriction having a diameter d.
Fig. 7 shows a further variant consisting of a throttle ring 30 for the plunger, by using a material which is particularly resistant to heat, in the interest of the possibility of free expansion, the need for a free expansion is dispensed with. fixing ensuring cooling.
The throttle ring whose inlet conical shape 31 facilitates the sliding of the ash particles and 'whose conical internal face 32 facilitates cleaning of the tube, is held with play between two lugs 34 and 35 engaged in notches 10 marked. of the throttle ring. The pins 34 and 35 are fixed with a few welding points only to the tube. This method of fixing, which does not involve continuous welding or a mandrina.ge, has, moreover, the advantage of a lower labor expenditure in the case of wanting to make the tubes tight when they are mandrel tubes because the pins 34 and 35 can, if necessary, be easily removed by a few hammer blows.
Fig. 8 shows another embodiment of the throttle ring 30 held in place in play, the ring being engaged, as for a bayonet joint, by means of a notch 33 on a lug 34 ', which is ruptured. .eux protected against hot gases, after which the ring is rotated by guiding it by the peripheral groove 33 ', this ring then being prevented from rotating by the unbalance obtained by the eccentric constitution of the ring. The eccentricity of the annular body 30 with respect to the longitudinal axis of the heating tube 2 est.dedesigned on the rod 8 by e.
For all modes, the throttle rings shown include, on the focus side, a diaseter
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internal d at the inlet which gives an area of section equal to or smaller than half of the non-constricted flow section, with a diameter D of the heating tube 2. The restricting rings having the above-mentioned shapes provide, due to the large contraction of the flow, a particularly high throttling effect without having to involve excessively small orifices.
For example one can increase, about 5 times, in a heating tube of about 5m, the resistance against the flow of a given quantity of gas by means of a throttle orifice whose diameter is equal to half of the internal diameter of the tube and it is possible, because of the increased quantity of gas which, as a result, strikes the superheater, to increase the temperature of the steam, for example from 300 to 400. which, with the methods known so far, can only be obtained after major transformations of the boiler.
As the absolute value of the resistance to flow is inversely proportional to the quantity of gas passing through the tube and since the heating tubes contain a appreciably less quantity of gas, the total resistance of the tube system does not, however, increase. than about 150%. which, for the drawing device by suction, of great value and recommended by the invention, requires an expenditure of energy so moderate that the saving in economy, obtained by the markedly increased superheating, remains almost completely, more especially for average loads of the locomotive which are decisive for the total economy.
When replacing the heating tubes or the ends of these tubes, as a result of wear, it is also per se possible to achieve the desired throttling effect by a corresponding narrowing of the ends of the tubes, on the side. fireplace. As, for reasons of strength and construction, such a pronounced variation in diameter is not allowed, these ends of these tubes must be made with
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radii of larger or larger ,.
as shown in fig. 9, which results in an energy boost, so that., for the same throttling effect, a smaller diameter. input is required only when using the throttle rings according to the invention. In this way one obtains for example, with an inlet diameter of only 60%., An increase of approximately double the resistance of the tube. In addition, by the pronounced narrowing of the tube, one di - minimizes the periphery of the mandrel zone or the retaining weld, which consequently reduces the adhesion power.
This embodiment is therefore only advantageous when it is only desired to obtain a moderate increase in the superheating temperature.
Fig. 10 shows a throttle member 37 which, unlike the throttle rings described above, is located at the outlet of the heating tube. The section required for the throttle orifice 37 ', which in this case is established at the bottom of the tube to avoid fouling, should be chosen so as to be smaller because of the lower gas volumes which must pass through this hole.
This establishment of lubricated 37 'outside the hottest zone, also allows obtaining an output section varying automatically with the load in order to approach the superheating, maximum allowed for all charges. For this purpose, recourse is had to an elastic strip 39, for example of steel, which cooperates with the throttle orifice
37 ', this strip revealing a more or less large outlet section, by the vacuum effect which prevails in the smoke box and which varies with the load.
The throttling member 37 consists, in this case, of a disc engaged with the aid of a fin 38 'in a slot 38 "formed in the end which, generally, is quite far from the tube. heater or in a welded tubular extension of said
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Fig. 11 shows an embodiment of the invention in which the throttling device is established at the outlet end of the gas stream, which opens from the group of heating tubes 40 into the smoke box 41. A wall 42, which surrounds the outlet of the group of heating tubes, is partially closed by a screen 43 so that only the passage 44 remains, ensuring the necessary constriction.
The screen 43 can swivel around the axis 43 'or be removed to allow cleaning of the heating tubes: The movement of the screen 43 also presents the possibility of an easier determination by tests of the optimum outlet section at 44. 45 denotes smoke tubes near which heating tubes can be established. The described throttling device is added to the group of heating tubes
40 set away from group of flue tubes 45.
When the resistance ratio in tube clovers to. smoke and heater tubes remains the same, superheat varies with load. According to the invention, one obtains the maintenance of the maximum admissible superheating temperature, even in the zone of average loads, or the closest possible approach of the maximum permitted temperature for smaller loads, by increasing the temperature. 'restriction of the flow in the heating tubes when the load decreases. This can be obtained by moving the screen 43 by hand, for example by connecting it by a linkage. to a control device accessible by the driver of the locomotive.
The displacement of the screen 43 can also be done automatically by means of a preferably elastic return force, exerted for example by a shaft 43 'acting as a torsion spring for the screen 43 so that the area of the section of the throttle orifice 44 varies in the same direction as. the variable depression prevailing in the smoke box. As this results in a modification of the total flow section, one modifies.
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at the same time and in accordance with the invention, the effect of the pump of the suction draft device, so that the activation of the fire in the fireplace remains approximately the same.
For this purpose, for example, the section of the exhaust nozzle is reduced as the constriction of the heating tubes increases.
An embodiment of this device is shown in figs. 12 and 13. The throttling device 41 is added to the group of heating tubes 40 and formed like that of FIG. 11. It comprises a screen 43 which can pivot around the shaft 43 'and regulates a passage interval 44 at the edge of this group. This screen 43 is connected by a rod 50 to a device 51 suitable for modifying the cross section of the exhaust nozzle. As an example of the blower device, the one described in Austrian Patent No. 173,385, of which Question above, is adopted. Par 52 denotes the vertical tube and 53 the exhaust pipe subdivided by guide fins 54 into several divergent cana.ux 55.
On the ice of the nozzle are established., On either side of all the channels 55, drawers 56 which;, with the aid of inclined control slots 58 in which are housed fixed lugs 57, can be brought together and separated from each other, depending on whether the drawers 56 are moved longitudinally in one direction or the other.
This displacement is produced by the screen 43 which is connected,. this effect, by the rod 50 and the head 60 to the drawers 56. The connection of the head 60 to the drawers 56 must be such that the lateral movements of the latter are not prevented. For this example shown, this connection is obtained using transvesales slots 62 in one of these members, for example in the head 60 of the rod 50, by lugs 63 engaged in these slots and provided on the other member, for example on drawers 56.
The device 57, 58 must be adjusted to such a degree with respect to the movements of the screen 43 that the pump effect
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dspos.:i., '; .et3.rage par.r ¯asp.ration and throttling of the heating tubes vary in the same direction,
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In the screen 43 there may be provided perforations of the holes or small valves which help to obtain a more precise adjustment.
For the construction of new locomotives or during major repairs to boilers which require such extensive renewals; due to the fact that it is possible, without resulting in considerable additional costs, to determine without any constraint, the number and dimensions of the tubes It is evident that the dimensions of the tubes must be chosen in such a way that an artificial increase in resistance becomes unnecessary and that as large a part of the total resistance to flow as possible is obtained. produced by friction on the walls, especially since,
According to the theory of the similarity between resistance and heat transmission, increased friction on the walls tends to promote heat transmission.
In accordance with the invention, one deviates in these cases from the fundamental rule, quoted at the beginning, according to which the ratio H / q in the heating tubes and in the smoke tubes must be approximately the same and on chooses a significantly higher H / q ratio for the heating tubes and this for the following reasons: when the H / q ratios in the heating tubes and the smoke tubes are the same, the average gas temperatures are also similar in these tubes and the average temperature drop between the flue gases
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and the walls of the heating tubes, cooled by. the water is much greater than that which occurs between the gases and the relatively hot elements of the superheater.
By proceeding
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as we have it. ya3, t so far, one does not "poite. 1> as, çoi> i @ lei> ent of the, costly heating surface, of the superheater and this surface has to be increased excessively. 'eif we saw r: 1; 1; c "ndré'
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a determined superheat temperature.
So what is theoretically obtained? in a boiler with heating surfaces of approximately the same value5 1 ''. optimum economy when the combustion gases leave all the tubes with the same final temperature, it results from the fact that the heat absorbed by the superheater has a greater value and that the heating surface of the superheater is heavier and more expensive, that a shift of the optimum occurs in the direction of a considerable decrease in the temperatures of the waste gases leaving the heating tubes.
According to the invention, the H / q is chosen for the heating tubes in such a way that it is at least the $, preferably from 50 to 60%, higher than for the smoke tubes, including the superheater, the H / q of which is maintained at the same time at at least 380 to limit the loss of waste gas. Heating tubes are obtained, therefore, having a relatively small diameter, these tubes. also providing lower temperatures for the waste gases, but the tendency in accordance with the invention; to further increase the resistance to flow through the heating tubes, by an increase in the H / q ratio beyond 500 is soon limited, in practice, by the fact that the tubes, when their diameter is further reduced , become too elastic and undergo excessive bending.
In addition, the number of heating tubes soon becomes too large and one is therefore obliged, even for new boilers; to obtain the most advantageous resistance, produced by the heating tubes, by having recourse, according to the invention, to throttling rings or to a more pronounced narrowing of the heating tubes. In addition, the constriction at the inlet end of the heater tubes causes some increase in heat transmission due to the more pronounced turbulence of the combustion gases after they have passed through the constriction.
To obtain ... maximum savings, we combine, conform
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mement to the invention, the new arrangement described above with a device, one embodiment of which is against, FIGS. 14 and 15. In these figures, we denote by A la. wall of the boiler, of elongated shape, by B the wall which supports the tubes and which laterally delimits the smoke box C, by 2 the heating tubes., by 45 the smoke tubes and. by 46 the elements of the superheater housed, in the known manner, in these tubes 45.
At a certain distance from the wall B supporting the tubes, a separating partition T is established in the boiler A which forms, together with the wall B and the corresponding part of the wall of the boiler A, a reheating chamber K in the lower part of which is introduced, using a spray device V, feed water in the finely divided state, this water being heated in chamber K by coming into contact with the tubes 2 and 45 and flowing through the orifices o da.ns the vaporization chamber R of the. boiler which is located at the bottom of the. bulkhead T. The through holes o are located very close below the lowest free level of the boiler water.
To prevent the formation of an inert air mattress above the free water level in the heater, care is taken at the top of the. partition T, orifices o 'through which air can flow. The dividing wall T can also terminate approximately at the level of the free surface, the lowest, of the boiler water. In this case, it is possible to suppress the inspection opening which without it. is necessary.
The increase in the resistance of passage in the flow path on the tubes of. heating can be obtained not only by means of rings and screens or throttle valves (fig. 1 to 13) but also by very narrow heating tubes which can be used with advantage when one has use of a dividing wall T, which then forms
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a support for these narrow heating tubes and preventing them from flexing too strongly.
So, that, according to the invention, the heating tubes must have an internal diameter corresponding to at least 1 / 125th of their total length (distance between the walls supporting the tubes) if we want to avoid the difficulties resulting from 'excessive bending or vibrations, when the device forming the subject of the invention is used, in combination with a suction drawing installation having the high efficiency defined above, it is possible to use pressure tubes. heater whose internal diameter is smaller than 1/125, being advantageously between 1/140 and 1/180 of their total length. In addition, heating tubes manufactured in a particular manner, for example twisted tubes, can also be used with advantage.
The application of the invention is not limited to the combination with an installation with an exhaust nozzle but it can also be used with a turbo-blower actuated by the exhaust steam, if the latter does not need, to produce a depression of 100 mm in the smoke box, with a back pressure greater than 0.2 atm in overpressure, measured at the exhaust manifold of the. distribution to the steam cylinder or, in the case of turbine locomotives, to the main turbine exhaust manifold. CLAIMS
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