Procédé pour la production de vapeur au moyen d'un générateur de vapeur et pour la commande de celui-ci, et générateur de vapeur pour la mise en #uvre de ce procédé. L'invention comprend un procédé pour la production de vapeur au moyen d'un généra teur de vapeur et pour la commande de celui- ci, ainsi qu'un générateur de vapeur pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le générateur de vapeur que comporte la présente invention est du type sans corps cylindrique et à circulation forcée. Il com porte avantageusement, comme ce sera le cas pour les formes d'exécution décrites plus loin, un circuit pour le fluide en circulation, formé d'un ou plusieurs tubes de grande lon gueur et de petit diamètre intérieur, dans les quels la circulation est provoquée par l'entrée du liquide sous pression par l'une des extré mités et par la sortie de la vapeur seule, par l'autre, la quantité de liquide intro duite étant normalement plus grande que celle de la vapeur qui sort et la différence entre ces quantités étant prélevée dans le cir cuit entre ses extrémités.
Conformément à l'invention, le procédé pour la production de vapeur au moyen d'un générateur de vapeur et pour la commande de ce générateur qui est du type sans corps cylindrique et à circulation forcée compor tant un séparateur placé entre les sections de production et de surchauffe de la vapeur du circuit pour le fluide en circulation, est caractérisé en ce qu'on contrôle progressive ment et successivement les facteurs varia bles dans le fonctionnement du générateur de vapeur, en fonction de la hauteur du ni veau du liquide dans le séparateur.
Le générateur que comprend l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, est .du type sans corps cylindrique et à cir culation forcée, et il est caractérisé en ce qu'il comporte un sépaarateur intercalé entre les sections de production et de surchauffe de la vapeur du circuit pour le fluide en circu lation,
des moyens fonctionnant sous l'action de la hauteur du niveau de l'eau dans le sé parateur et un certain nombre de moyens des tinés à régler individuellement les facteurs variables dans le fonctionnement du généra teur de vapeur et contrôlés successivement par les premiers moyens au fur il à mesure des déplacements progressifs de la Hauteur dit niveau de l'eau dans le séparateur.
Le dessin annexé représente, à titre ïl'exemples et schématiquement. deux formes d'exécution du générateur de vapeur due comprend l'invention.
La, fi-. 1 représente sebéma,tiquement la. première foi-mp d'exécution du générateur: la fig. ? représente schématiquement la deuxième forme d'exécution du générateur: la, fi-. 3 est une coupe verticale d'une soupape pilote: les<U>fi-.</U> 4. 5 et 6 sont des variantes (le détails, à plus grande échelle:
les<U>fi-</U> 7. 8 et 9 sont des graphiques re présentant le fonctionnement. de différente formes d'exécution du générateur; la fi-. 10 est un détail d'une troisiénie forme d'exécution du générateur.
Dans le générateur représenté à la fig. 1, le circuit pour le fluide en circulation est, représenté sous forme d'un tube unique en serpentin, dont une section. constituant<B>lui</B> économiseur 202. est alimentée en liquide sons pression par un tuyau, 11 venant d'une pompe 289, qui peut être d'un type quelconque ap proprié et qui, par suite, a été représentée sous forme purement schématique.
En sortant de la section de l'économiseur, le fluide ar rive dans une section 302 pour la production de la. vapeur et la traverse, puis se décharge dans un séparateur 232. En sortant du sé parateur. la vapeur arrive dans un surchauf- feur 242 et le traverse en le quittant par un tuyau 244 pour arriver à une turbine princi pale 12, prise comme exemple d'un appareil consommateur de vapeur.
Les produits de la combustion passent successivement à traver la section de production de la vapeur. le sur chauffeur et l'économiseur et peuvent venir en contact avec une partie ou la totalité dit séparateur. Une turbine auxiliaire ?87 commande la. pompe d'alimentation en liquide 289, un ven tilateur 288 et une pompe d'alimentation en combustible 290.
Quoique ces appareils aient été représentés schématiquement et comme s'ils étaient montés de façon à être comman dés par le même arbre et à la, même vitesse, il doit être bien entendu que les engrenages (le réduction nécessaires ou les liaisons de commande entre les divers appareils sont con nus et seraient établis d'une manière appro priée en ce qui concerne leur vitesse, puis sance, etc., relatives et que l'on s'est seule ment proposé d'indiquer que la turbine auxi liaire 287 commande les appareils<B>2</B>88.<B>2</B>89 et 290 simultanément et en concordance.
L'excès de liquide est extrait du circuit pour le fluide en circulation par un tuyau 1 et amené dans un réservoir d'eau chaude ou à la décharge. l ne évacuation normale con- linue se produit par un étranglement \?, tan- (lis qu'une évacuation variable se fait par aine soupape régulatrice 3.
Ix, foyer dit générateur de vapeur com porte un brûleur à huile 4, alimenté par un tuyau 5, et une chambre à, air 6 alimentée par une conduite 7. Pour réaliser l'infla.m- ination. initiale du dispositif brîtleur à huile. on a prévu un dispositif brtîleur à gaz 8 ali- itienté par un tuyau 9 par un courant de gaz sous le contrôle d'une soupape 10 comman dée par un électro-aimant.
Le débit (le l'alimentation en huile com bustible du brfleur 4 est contrôlé d'abord par la vitesse de la. pompe à huile 290, niais l'ali- mentation en huile est encore réglée par l'é tranglement d'une soupape régulatrice 13 placée dans le tuyau 5 et le débit. du cou rant d'huile est mesuré d'une manière conti nue. par un compteur 14.
Le débit de l'alimentation en air servant à entretenir la combustion est déterminé d'a bord par la vitesse du ventilateur 288, mais est, en outre, sous le contrôle d'un registre 15 placé dans la. conduite 7 entre le ventilateur et la chambre à air 6. Le. débit du courant d'air est mesuré d'une manière continue par un compteur de débit 16.
Le débit de l'alimentation en liquide sous pression par le tuyau 11 est contrôlé par la vitesse de la pompe 289 qui, à son tour, se trouve sous le contrôle de facteurs variables dans le fonctionnement du générateur.
Lorsqu'un générateur de vapeur de ce type fonctionne, certains facteurs variables sont mesurés, relevés et utilisés pour servir de base au contrôle automatique de l'alimen tation en liquide dudit générateur et de l'a limentation du foyer de chauffage en<B>élé-</B> ments de combustion.
17 désigne un appareil fonctionnant sous l'action de la pression, tel qu'un tube de Bourdon, réuni au tuyau 244 et comportant une aiguille indicatrice 18 destinée à coopé rer avec un index 19 pour faire connaître la valeur instantanée de .la pression du courant de sortie de la vapeur.
A. titre d'indication de la puissance ou de la charge du générateur de vapeur, on a prévu un tube de Bourdon 20 destiné à faire prendre une position convenable à une ai guille indicatrice 21 par rapport à un index 22. Le tube de Bourdon 20 est réuni par l'in termédiaire d'un tuyau à la turbine 12 en un point tel que le tube de Bourdon soit sensi ble à l'action de la pression dans l'enveloppe du premier étage de la turbine, pression qui se trouve dans un rapport sensiblement li néaire avec le débit du courant de vapeur.
Les indications de l'aiguille 21, par rapport à l'é chelle 22, représentent -donc le débit du cou rant de vapeur sortant,du générateur de va peur et fournissent ainsi une indication de la puissance ou de la charge du générateur.
23 désigne un dispositif fonctionnant sous l'action de-la hauteur du niveau du liquide dans le séparateur 232 et constituant une boîte sous pression qui renferme un tube en <B>U</B> à mercure réuni en bas et en haut au sépa rateur. Un flotteur est disposé de façon à monter et à -descendre avec la surface du mer cure dans l'une des branches du tube et amène ainsi -dans une position convenable une ai guille 24 par rapport à un index 25 pour faire connaître la hauteur instantanée du ni veau du liquide dans le séparateur.
Les compteurs de débit 14 et 16 coopèrent pour amener dans une position convenable la tige d'une soupape pilote 26, à partir d'une position déterminée, lorsque la proportion en tre le débit du courant d'air et du courant de combustible s'écarte de la valeur que l'on désire. La soupape pilote 26 est destinée à contrôler la position de la soupage 13 d'ali mentation en combustible.
Les tubes de Bourdon 17 et 20 amènent chacun dans une position convenable .la tige d'une soupape pilote pour établir une pres sion de charge pneumatique dans le méca nisme d'un relais 27. qui applique une pres sion de charge pneumatique résultante sur un dispositif 28 de charge à diaphragme.
De préférence, on contrôle d'abord le dé bit -de l'alimentation en liquide du circuit pour le fluide en circulation et en éléments de combustion du foyer, en faisant varier la vitesse de la turbine auxiliaire et utilisant comme base -de ce contrôle la pression du cou rant de sortie de la vapeur et la pression dans l'enveloppe de la turbine.
Cependant, pour te nir compte des différences qui peuvent exis ter dans les caractéristiques des pompes et du ventilateur, ainsi que des variations dans les conditions de marche, on a prévu des dis positifs de second réglage pour compléter le contrôle primaire du débit des éléments de combustion. Pour l'air, ce dispositif de se cond réglage consiste dans le registre 15 placé à la sortie du ventilateur 288 et amené dans une position convenable par un dispo sitif de commande pneumatique 29.
Pour le combustible, le dispositif de second réglage consiste dans la soupape régulatrice 13 située dans le tuyau 5 et amenée dans une position convenable sous l'action des écarts se produi sant -à partir de la proportion que l'on dé sire entre le débit mesuré du courant de com bustible et le débit mesuré du courant d'air.
Il est souhaitable d'abord de faire varier la vitesse de la turbine auxiliaire en concor dance avec la turbine principale, de façon à établir une proportion approximative entre le débit du liquide et -des éléments de combus tion arrivant dans le générateur, conformé- ment à la, charge dudit générateur: puis de régler de nouveau séparément l'a.linientation en huile et en air conformément aux autre: facteurs variables dans le fonctionnement dc, l'installation.
Pour déterminer la, vitesse de la. turbine auxiliaire, on a. prévu une pompe, c011 ipres- seur ou. appareil similaire 30 commande par la.
turbine auxiliaire et avec elle pour établir une pression de fluide (telle qu'une pression d'huile) se trouvant dans un rapport connu a<B>a</B> vec la vitesse. On utilise ensuite cette pres- sion d'huile dans un mécanisme régulateur qui tena normalement à maintenir contante la vitesse de la turbine auxiliaire, quelle que soit la.
pression de la vapeur qui l'alimente. Puis ou charge l'appareil fonctionnant sors l'action de la. pression (l'huile conformément aux variations qui se produisent dans la, mar che du générateur de vapeur et de la turbine principale. en réalisant. ainsi les eonditio s de vitesse nécessaires due le régulateur<B>)</B> vi tesse variable de la, turbine auxiliaire doit assurer.
L'huile sortant de la pompe 30 passe par un tuyau 31 (qui comporte un tuyau de re tour 32) pour arriver à. un soufflet métallique 33 expansible, destiné à amener dans une po sition convenable l'une des extrémités @l'unc bielle articulée flottante 34. L'autre extrémité de la, bielle 34 se déplace sous l'action d'un piston moteur et avec lui. ledit piston se dé plaçant dans un cylindre 35 et étant. destiné à. faire mouvoir les soupapes d'admission de vapeur de la, turbine auxiliaire.
Une tige pi lote 36 est suspendue à la bielle 34 entre ses extrémités et contrôle le débit du courant d'huile sous pression traversant une boîte pi lote 37 vers les faces opposées du piston 35. Une soupape réglable 38, normalement ou verte, est placée entre le tuyau sous pression 31 et le tuyau de retour 32, de façon à, cons tituer une dérivation contournant la pompe 30. Une résistance fixe 38' est placée dans le tuyau 32.
Les :soupapes pilotes désignées par 26 et 37 sont représentées en détail sur la, fig. 3. Le fluide sous pression arrive < i, l'intérieur de la boîte :37 (ou 26) entre des guides pilote <B>39.</B> qui sont séparés sur une tige 36 par un intervalle tel qu'ils se trouvent en coïncidence avec; des orifices annulaires étroits 40.
Lors que la. tige pilote se déplace suivant son axe dans la boîte, de façon que les guides 39 se déplacent par rapport aux orifices 40, un(, pression de charge définie s'établit dans les orifices annulaires, se trouvant dans 11n rap port connu avec l'amplitude de ce mouvement.
Par exemple. si la. tige 36 monte. il existe à l'orifice de sortie supérieur, du côté droit de la boîte (fi-. 3), une pression de charge qui augmente dans un rapport défini avec l'am- plitude dudit mouvement, tandis que si la tige 36 descend. il existe à l'orifice de sortie inférieur, du côté droit, une pression qui aug mente d'une manière définie avec l'amplitude cbi mouvement.
L'appareil 23 (fig. 1), qui fonctionne sous l'action (le la hauteur du niveau dans le séparateur. est destiné à amener dans une po sition convenable une tige pilote 41 pour le contrôle d'urgence et successif des facteurs variables dans le fonctionnement du généra teur.
On remarquera. que les orifices de sortie supérieur et inférieur du côté droit de la boîte pilote sont utilisés tous les deux, l'orifice supérieur étant relié à une soupape 42 de fer- nieture d'urgence de l'arrivée dit combustible. placée dans le tuyau 5. et l'orifice inférieur étant relié à la soupape 3 régulatrice d'éva cuation, au dispositif de commande pneuina- tique 29 et Î Ï, soupape de dérivation 38.
Si l'on se reporte à. la fi-. 8. on voit qu'elle représente, à l'aide d'un graphique. la. ma- nière dont fonctionne le contrôle de l'appa reil<B>2:3</B> (lui fonctionne sous l'action de la hau teur (lu niveau dans le cylindre du sépara teur<B>232.</B> Le tuyau 1 de l'évacuation peut se trouver<B>1</B> 1 une hauteur coïncidant avec le fond du séparateur.
ou peut être légèrement au-dessus. Il n'est pas avantageux que le ni veau de l'eau 401 découvre le tuyau d'éva cuation, c'est pourquoi on a indiqué une Ii- mite de sécurité 402 inférieure qui se trouve û un niveau légèrement supérieur au tuyau de l'évacuation. En partant de cette zone vers le haut, jusqu'à une limite de sécurité supé rieure 403, se trouve la zone dans laquelle s'opère le contrôle et qui est partagée ap proximativement en une zone de fonctionne ment (404) avec étranglement de l'air et une zone de fonctionnement à évacuation crois sante.
La forme donnée à la. tige pilote 41 ainsi qu'aux divers dispositifs de commande pneu matique 3, 29, 38, 42 est telle que la pression de l'air qui s'établit aux deux orifices de sortie de la soupape pilote actionne ou amène dans une position convenable les divers dis positifs de commande de la manière -et :dans l'ordre de succession que l'on désire. Si le niveau dans le cylindre du séparateur se trouve à peu près à .mi-hauteur, les conditions que l'on recherche sont réalisées.
Le registre 15 se trouve dans sa position d'ouverture en grand et l'-excès de liquide extrait ou évacué passant par la soupape 3 est très faible, si non nul. Mais si, pax suite .des conditions de marche, le niveau du liquide dans le sé parateur commence à monter, il se produit d'une extrémité à l'autre de la zone comprise entre les niveaux 404 et 403 sur la fig. 8, une évacuation ou extraction supplémentaire par la soupape 3, car cette soupape s'ouvre progressivement au fur et à. mesure que le niveau monte.
C'est-à-dire que, lorsque le ni veau dans le séparateur monte, la tige pilote 41 descend et la pression d'air qui agit sur la soupape 3 augmente proportionnellement à l'amplitude du mouvement du pilote 41 suivant son axe. Si le niveau continue à mon ter, malgré l'augmentation de la quantité d'eau évacuée, et atteint éventuellement la li mite de sécurité supérieure, ,lorsque ce point est atteint, .la pression de l'air, qui agit sur la.
soupape de dérivation 38 et qui augmente, commence à devenir supérieure à la charge de son ressort et ferme la soupape de dérivation, en créant une pression dans le soufflet 33, en vue de réduire la vitesse de la turbine auxi liaire et, si le niveau continue à monter, cette pression peut, en fait, arrêter la turbine auxi liaire. D'un bout à l'autre de la zone de fonction nement à évacuation croissante, le registre 15 (fig. 1) reste dans sa position d'ouverture en grand.
Si le niveau dans le séparateur descend à partir de sa position 404 à peu près à mi- hauteur, le registre 15 se ferme progressive ment, dans la zone de fonctionnement avec étranglement de l'air, jusqu'à une position d'ouverture minimum, et étant donné qu'en outre le débit du courant d'air agit par l'in termédiaire du compteur différentiel de dé bit du courant d'air et du courant de com bustible, de façon à contrôler la soupape 13 du combustible,
ce mouvement contrôle en même temps l'alimentation en combustible. Par conséquent si, pour une cause quelconque résultant de la marche du générateur, le ni veau dans le séparateur descend en dessous de la hauteur normale que l'on désire., l'ali mentation du foyer en combustible et en air diminue progressivement jusqu'à ce que l'é quilibre soit obtenu et que le niveau du li quide soit revenu ou tende à revenir à la hau teur que l'on désire.
Si le niveau continue à descendre vers la limite de sécurité inférieure, ce mouvement fait entrer en jeu le guide supérieur du pi lote 41 pour faire varier la pression de charge pneumatique sur la soupape 42 et, si la limite de sécurité inférieure est atteinte, la soupape 42 ferme l'arrivée du combusti ble au brûleur.
Cependant, chaque fois que le niveau est au-dessus de cette limite de sé curité, le brûleur et l'alimentation en com- bustible peuvent fonctionner normalement à moins qu'ils n'aient été fermés par un autre dispositif de sécurité.
La fig. 2 représente une :seconde forme d'exécution du générateur avec une variante relative au contrôle opéré par le niveau dans le séparateur 232. La fig. 7 représente un graphique de ce fonctionnement qui diffère principalement de celui de la fi-. 8 du fait que l'on utilise la portion supérieure 406 de la hauteur du niveau à titre de zone de f onc- tionnementd'une dérivation (fig. 7) de la pompe à eau au lieu de zone de fonctionne ment pour l'évacuation croissante.
On peut prévoir les limites de sécurité supérieure et inférieure et les utiliser de la, même manière que sur la fi-. 1.
L'appareïl à niveau 23 est destiné à faire prendre une position convenable à la tige pilote 41. pour établir une pression de charge pneumatique venant de l'orifice supérieur du côté droit de la. boîte pilote et va.ria.nt à peu prés proportionnellement par rapport ii la position prise par la tige pilote suivant son axe et. par suite, conforme à la hauteur dit niveau dans le séparateur.
Cette pression de clia.rge pneumatique agit sur le dispositif de commande pneumatique 29 pour faire prendre irae position convenable au registre 15 et sur une soupape 43 à commande pneumatique. montée dans une dérivation qui contourne la pompe à eau 289 (fig. 2).
Lorsque le niveau se trouve à la. Hauteur que lori désire dans le séparateur. le registre<B>1.)</B> est dans sa position d'ouverture en grand et la. soupape de déni- va.tion 45 " est fermée. Si le niveau dans le séparateur monte au-dessus (le cette hauteur.
la soupape de dérivation 43 commence à s'ouvrir et une partie de l'eau refoulée par la pompe circule (le nouveau dans la pompe en diminuant ainsi le débit dans le tuyau <B>11.</B> mais sans faire varier la vitesse de la, turbine auxiliaire et par conséquent le débit de l'ali- rnenta-tion en combustible al- en air.
Si le niveau descend au-dessous de la, hauteur que l'on désire. la soupape de déri- vation 43 étant alors fermé(-. le registre 1:) commence à se fermer et réduit légèrement l'intensité du feu sans que le débit dit Ii quide alimentant l'installation varie. jus(pi a ce que le niveau du liquide soit revenu s1 la, hauteur que l'on désire.
Si l'on se reporte de nouveau à la fiÏ. 1, oir les deux orifices de sorte de la. boite pi lote sont utilisés, on voit qu'il est possil)le de faire varier la charge agissant sur les diffé rents appareils<B>il,</B> commande pneumatique con- trôlés par ledit pilote, de façon qu'ils fonc tionnent successivement ou en empiétant. l'irai sur l'autre.
Les graphiques î et 8 indiquent un con trôle s'opérant à peu près suivant une ligne droite, les différentes zones de contrôle se faisant directement suite. Si l'on se reporte à la fig. 9, on voit que la zone de fonction nement avec étranglement de l'air, par exemple. peut comporter un contrôle différent d'une ligne droite et que la. zone de fonction nement à évacuation supplémentaire ou avec dérivation de la pompe peut comporter lui contrôle suivant une courbe ayant la. nr,ine courbure mi une courbure différente et que les deux courbes peuvent empiéter l'une sur l'autre.
Pour expliquer ce fonctionnement. il con vient de se reporter aux fig. 4 et; 5 qui repré- sentent différents formes de guides pilotes. Par exemple. le guide de la fi-. 5. qui pré sente la forme d'un cône allongé, possé de une sensibilité tout à fait différente (le celle )les guides à peu près sphériques de la fig. 4.
II faut une amplitude du mouvement axial de la tige pilote différente dans ces deux cas pour obtenir la même variation de la pression (le charge pneumatique, et par conséquent la même amplitude du mouvement axial donne lieu à une variation différente de la pression de charge pneumatique: la sensibilité est, donc différente d'un cas à l'autre.
Il est facile de construire une tige pilote. telle que celle de la fig. 6, comportant des guides pilots de sensibilité différente pour les deux orifices de sortie et, (le plus, ces huides peuvent être séparés sur la tige pi lote par un intervalle tel qu'ils fonctionnent et:
commencent à faire varier la, pression (le cliai-ge prieurnatique aux différents orifice..: de sortie, soit de façon que les deux courbes se succèdent bout; à bout suivant une liane droite, comme sur les fig. î et. 8, soit qu'il exista:
un intervalle entre les deux courbes penchait lequel ni le débit de l'évacuation. ni le contrôle (lu débit de l'air ne subissent (le variations. soit (lue les deux courbes lune sur l'autre et que sur une por tion centrale de la. variation de bailleur du niveau, on fasse varier à la fois le débit de l'évacuation et le contrôle du débit de l'air.
<B>De</B> plus. la forme des guides pilotes, ainsi que la charge et la. forme (les ressorts < .les soupapes et du dispositif de commande pneu- ina.tique 29 peuvent être choisies de façon à compenser les caractéristiques du registre ou la relation fonctionnelle existant entre le ni veau dans le séparateur et le débit d'air ou la position du registre.
La fig. 7 0 représente un agencement de l'appareil 23 fonctionnant sous l'action du niveau et dans lequel on peut utiliser et faire fonctionner -deux soupapes pilotes pendant (les portions différentes du parcours du bras ?4. Par exemple, si le niveau dépasse la mi- hauteur en montant, il actionne la tige pilote (lu pilote supérieur et commence à la faire monter. S'il dépasse cette mi-hauteur en descendant, il commence à faire descendre la tige pilote du pilote inférieur. Lorsque le niveau est à mi-hauteur, les soupapes pilotes ne reçoivent aucun mouvement ni l'une, ni l'autre.