Installation pour la production de vapeur, munie d'un générateur de vapeur et d'un dispositif servant à la commande et au contrôle de son fonctionnement. L'invention a pour objet une installation pour la, production de vapeur, munie d'un générateur -de vapeur et d'un dispositif ser vant à.
la commande et au contrôle de son fonctionnement, caractérisée par un premier appareil consommateur principal utilisant un fluide élastique, par un second appareil con sommateur auxiliaire utilisant un fjuide élas tique, et par un mécanisme réglant' la vitesse de l'appareil consommateur auxiliaire sous l'action des variations de la pression agissant sur l'appareil consommateur principal.
La forme d'exécution de l'installation se lon l'invention, que l'on décrira plus loin à titre -d'exemple, comporte un: générateur -de vapeur du type sans corps cylindrique à cir culation forcée, dont le circuit de circulation du fluide comporte un ou plusieurs tubes de grande longueur et de petit diamètre inté rieur, dans lesquels la circulation suivant le circuit parcouru est provoquée par l'entrée du liquide sous pression par l'une des extrémités et par la sortie -de la vapeur seule par l'au tre,
la quantité -de liquide introduite étant normalement plus grande que celle de la va peur qui sort et la différence entre ces quan- tit6s étant prélevée dans le circuit précité, entre ses extrémités.
Dans ladite forme d'exécution que l'on -dé crira plus loin, la presque totalité de la va peur produite passe dans une turbine prin cipale. On utilise une turbine auxiliaire .à l'a limentation du générateur de vapeur en li quide et en éléments -de combustion et la ré gulation de la turbine auxiliaire se fait en partie sous l'action -de la pression -de la va peur dans l'enveloppe de la turbine princi pale en un point où cette pression permet de mesurer le débit .du courant de vapeur
arri vant dans la turbine principale et la traver sant. Cette pression de la vapeur permet donc une mesure -de la charge -du .générateur de va peur et par suite de la puissance dudit géné- rateur. On va maintenant décrire, à. titre d'exem ple, la. forme d'exécution ci-dessus mention née, qui est représentée au dessin annexé, dans lequel:
la fig. 1 représente schématiquement la dite forme d'exécution de l'installation de production de vapeur, qui comporte un géné rateur sans corps cylindrique à circulation forcée, et qui est munie d'un dispositif ser vant à la commande et au contrôle de son fonctionnement; la fig. 2 est une coupe verticale d'une soupape pilote; la: fig. 3 est une coupe verticale d'un re lais pneumatique; la fig. 4 est semblable à la fi-. 3, mais comporte certaines particularités supplémen taires de construction;
la fi--. 5 est une élévation avec coupe par tielle d'une portion d'une turbine à vapeur; la fig. 6 est un graphique du rapport en tre le débit et la pression; les fi-. 7 et 8 sont des détails de construc tion d'une soupape pilote.
Le circuit de circulation du fluide du gé nérateur de vapeur sans corps cylindrique à circulation forcée que comporte la forme d'exécution représentée de l'installation selon l'invention, est représenté schématiquement sur la. fig. 1, sous forme d'un tube unique en serpentin dont la section de l'économiseur 202 est alimentée en liquide sous pression par un tuyau 11, venant d'une pompe 2189, qui peut être d'un type quelconque approprié et qui par suite a été représentée sous forme sché matique.
En sortant de l'économiseur, le li quide traverse une section de vaporisation qui peut, par exemple, former le fond, les pa rois et l'écran de la chambre de combustion, le fluide se déchargeant ensuite dans un sé parateur 232, formant une partie élargie du circuit de circulation du fluide. En sortant du séparateur, la vapeur arrive à. un sur- chauffeur 242 et le traverse, et à une turbine principale 12, prise comme exemple d'un ap pareil consommateur principal de vapeur.
L'excès de liquide entrant dans le séparateur est extrait du circuit de circulation du fluide par un tuyau 1 pour arriver, par exemple, dans un réservoir d'eau chaude ou à la dé charge. Une évacuation ou extraction normale continue s'effectue par un étranglement 2, tandis qu'une extraction variable se fait par l'intermédiaire d'une soupape régulatrice 3.
Une source de chaleur est représentée sous forme d'un brûleur ô, huile 4 alimenté par une pompe à huile 290, par l'intermédiaire d'un tuyau 5, et entouré par une chambre à air 6 alimentée par un ventilateur 288, par l'intermédiaire d'une conduite 7.
Pour réali ser l'inflammation initiale du dispositif brû leur à huile, on a. prévu un brûleur à gaz 8 alimenté, par un tuyau 9, par un courant de gaz contrôlé par une soupape 10. Les pro duits de la combustion passent successivement à travers la section de vaporisation, le sur- chauffeur et l'économiseur et peuvent venir en contact avec une partie ou la totalité du séparateur.
Les parois qui limitent le passage des gaz depuis le brûleur jusqu'à la cheminée sont représentées schématiquement en 300 en traits mixtes.
Une turbine auxiliaire<B>287,</B> constituant un appareil consommateur auxiliaire, commande la pompe d'alimentation en liquide 289, le ventilateur 2$8 et la pompe d'alimentation en huile 290.
Quoique ces appareils aient été re- présentés schématiquement et comme s'ils étaient montés de façon à être commandés par le même arbre et à la même vitesse, il .doit être bien entendu que les engrenages de ré duction nécessaires ou les liaisons de com mande entre les divers appareils sont connus et seraient établis d'une manière appropriée, en ce qui concerne leur vitesse, puissance,
ete. relatives et que l'on s'est seulement pro posé d'indiquer que la turbine auxiliaire commande les appareils 289, 288 et 290 si multanément et en concordance.
Le débit de l'alimentation du brûleur 4 en huile combustible est contrôlé d'abord par la. vitesse de la pompe à huile 290, mais est encore réglé par une soupape régulatrice 13 placée dans le tuyau 5, le débit d'huile étant mesuré d'une manière continue 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 <B>288,</B> mais est en outre sous le contrôle d'un registre 15 placé dans la conduite 7, le débit @de l'air étant mesuré d'une manière continue par un compteur 16.
Lorsque le générateur de vapeur fonc tionne, certains facteurs variables sont me surés, relevés et utilisés pour servir de base au contrôle automatique de l'alimentation du- dit générateur en fluide et de l'alimentation du foyer ,de chauffage en éléments de com bustion.
<B>19</B> -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 2.0 destinée à coopé rer,avec un index. 2'1, pour faire connaître la valeur instantanée de la pression du courant -de sortie de la vapeur.
A titre d'indicateur :de la puissance ou,de la charge -du générateur de vapeur, on a prévu un tube de Bourdon 25 destiné à faire prendre une position convenable à une ai guille indicatrice 26 par rapport â un index 27.
Le tube de Bourdon 2à est réuni, par l'intermédiaire -d'un tube capillaire 28, à la turbine 12' en un point (fig. 5) tel que le tube de Bourdon soit sensible à l'action de la pres sion dans l'enveloppe du premier étage de la turbine, pression qui se trouve dans un rap port linéaire avec le débit du courant de va peur ( fig. 6).
Les indications de l'aiguille 2.6, par rapport à l'échelle 27, représentent donc le débit du courant -de vapeur sortant du générateur de vapeur et fournissent ainsi une indication de la puissance ou -de la charge du générateur.
<B>29</B> désigne un dispositif fonctionnant sous l'action @de la hauteur du niveau du li quide dans le séparateur 232, et constituant une boîte sous pression renfermant un tube en U à mercure réuni en bas et en haut au séparateur. Un flotteur est disposé de façon à monter et à descendre avec la .surface du mercure -dans l'une des branches -du tube et amène ainsi dans une position convenable une aiguille 30 par rapport à un index 31,
pour faire connaître la hauteur instantanée du ni veau -du liquide dans le séparateur.
Les compteurs de -débit désignés d'une manière générale par 14 et 1,6 fournissant une mesure du débit @de l'alimentation -du foyer respectivement en combustible et en air sont d'un type connu et chacun d'eux est un appareil fonctionnant sous l'action d'une pression différentielle et -disposé de façon à rétablir les écarts ià partir de la proportion nalité linéaire entre la pression différentielle et le débit,
afin que les déplacements angu laires des aiguilles respectives soient direc tement proportionnels par quantités -différen tielles aux variations différentielles du -débit. Le contour des pièces entrant dans la construction de l'intérieur du compteur de débit 14 est représenté en pointillé; ce compteur comporte une cloche ià joint liquide dont les parois ,sont en une matière -d'épais seur et de forme appropriée.
La boîte sous pression -de l'indicateur -de niveau 2j9 et le compteur de débit 16 sont chacun représentés en coupe, de façon à faire apparaître nettement leur forme de construc tion intérieure.
Les compteurs de débit 14 et 16 coopè rent au contrôle de la soupape régulatrice 13 pour l'huile combustible, de façon à mainte nir la proportion -déterminée de combustible et d'air.
Une augmentation -du débit du courant d'air passant par la conduite 7 a pour effet de faire tourner en sens inverse .des aiguilles d'une montre un bras indicateur 301, dépla çant une bielle 302 vers le haut. De même, une augmentation -du :débit @du courant d'huile combustible dans le tuyau 5 a pour effet de faire tourner en sens inverse -des ai guilles d'une .montre un bras indicateur 3,08, déplaçant une bielle 304 vers le bas.
Des mouvements d'égaile amplitude des bielles 302, 304 (en sens inverse) ne donnent lieu à aucun mouvement dans le sens de son axe d'une tige 72 d'une soupape pilote; c'est ce que l'on désire pour que le rapport des dé- bits reste invariable.
Mais, si les débits d'air et de combustible varient, la variation diffé rentielle se produisant entre les positions et les mouvements des bielles 302, 304 provo que le déplacement suivant son axe du pilote 7 2 dans un sens et d'une quantité tels que la soupape régulatrice 13 actionnée par le dia- phragnie se déplace d'une quantité et dans un sens approprié, de façon à. faire reprendre au débit de combusible la valeur qui correspond à la proportion cherchée avec le débit d'air.
On règle -d'abord le débit de l'alimenta- tion du générateur de vapeur en liquide et en éléments de combustion en contrôlant la vitesse de la. turbine auxiliaire; ce réglage s'effectue en partant de la mesure de la pres sion de la. vapeur sortant du surchauffeur, de la pression dans l'enveloppe de la turbine prise comme mesure du débit de vapeur et de la mesure ou du relevé de la vitesse de la turbine auxiliaire.
La. turbine auxiliaire peut être alimentée par de la vapeur à haute pression venant du générateur de vapeur par un tuyau 500 com portant une soupape<B>501.</B> Elle peut recevoir de la vapeur d'échappement de la. turbine principale par une dérivation 502 comportant une soupape 503. Elle peut recevoir et utili ser de la vapeur de soutirage dans un étage de la turbine principale par un tuyau 504 comportant une soupape 505.
La boîte à sou pape de la turbine auxiliaire est disposée, de préférence, de façon à recevoir normalement de la vapeur à. basse pression, telle que de la vapeur d'échappement ou de soutirage de la. turbine principale, et ce n'est que dans le ca.s on le débit de cette vapeur est insuffisant pour donner satisfaction aux besoins du mé canisme régulateur de la turbine auxiliaire que le dispositif à soupape d'admission ouvre l'admission de la. vapeur à haute pression par le tuyau 500.
La boite à. soupape de la turbine auxi liaire est représentée schématiquement et comporte une cloison 311 contenant les sièges des soupapes d'admission et les soupapes ,coopérantes 308, 309, 310. Un arbre à cames 305 amène dans des positions convenables trois cames calées sur l'arbre et commandant les soupapes. D'autres ,cloisons 306, 307 sont prévues pour séparer les arrivées de vapeur par les tuyaux 500, 502 et 504. De préférence, la soupape 308 s'ouvre la première. admet tant ainsi dans la turbine auxiliaire de la. va peur d'échappement de la turbine principale 12.
Si la quantité de vapeur nécessaire aug mente, la soupape 310 s'ouvre pour admettre de la vapeur de soutirage de la turbine prin cipale, et si elle augmente encore, la soupape 309 s'ouvre pour admettre de la vapeur à haute pression par le tuyau 500 dérivé sur le tuyau de sortie 244 du générateur.
Il est avantageux d'abord de faire varier la vitesse de la turbine auxiliaire en concor- dance avec la turbine principale pour éta blir une proportion approximative entre l'aJi- mentation du générateur de vapeur en li quide et en éléments de combustion confor mément à la charge du générateur de vapeur.
puis de réaliser un nouveau réglage indivi duel de l'alimentation en liquide. en comhus- tible et en air conformément aux facteurs va riables dans la marche de l'installation.
Si la vapeur était fournie à la turbine auxiliaire à une pression relativement cons tante, par exemple en provenant du généra teur de vapeur, la principale fonction du mé canisme régulateur consisterait 'a faire varier l'ouverture des soupapes d'admission en con cordance avec le fonctionnement de la sou pape principale. Mais lorsque la turbine auxi liaire consomme de la vapeur de soutirage ou d'échappement de la turbine principale, si la charge sur la turbine principale diminue.
la pression de la vapeur disponible pour la turbine auxiliaire baisse plus vite qu'il ne faudrait pour que la turbine auxiliaire puisse assurer son service et il sera. probablement nécessaire que :
les soupapes s'ouvrent pro gressivement au fur et à. mesure que la. charge diminue et il pourra même arriver que la charge ayant diminué jusqu'à une certaine valeur, la quantité de vapeur provenant de cette source sera. insuffisante et que la sou pape à haute pression devra s'ouvrir pour compléter l'alimentation en vapeur de sou tirage ou d'échappement.
Les soupapes d'admission de la turbine auxiliaire ne peuvent être commandées direc tement en fonction de la marche de la tur bine principale onde la charge du générateur de vapeur à moins que .l'alimentation en va peur de la turbine auxiliaire se fasse à une pression relativement constante, par exemple en provenant du générateur de vapeur. Mais on .désire que la turbine auxiliaire marche à une vitesse qui soit approximativement en concordance avec celle de -la turbine prin cipale.
Pour déterminer la vitesse de la turbine auxiliaire, une pompe à huile 506 est coin- mandée par la turbine auxiliaire et avec elle, de -façon à établir une pression d'huile se trouvant dans un rapport connu avec la vi tesse. Cette pression d'huile est utilisée dans un mécanisme régulateur qui tend normale ment à maintenir constante la vitesse .de la turbine auxiliaire quelle que soit la pression de da vapeur qui l'alimente.
Puis, le disposi tif fonctionnant sous .l'action de la pression d'huile est chargé conformément aux varia tions qui se produisent dans la marche du générateur @d@e vapeur et de la turbine prin cipale, permettant ainsi au régulateur à vi tesse variable de la turbine auxiliaire de sa tisfaire aux conditions de vitesse qu'il doit remplir.
L'huile sortant de la pompe 506 passe par un tuyau 507 et arrive dans un soufflet mé tallique expansible 508 destiné à faire pren dre une position convenable à l'une des ex trémités d'une bielle flottante 509. L'autre extrémité de la bielle 509 se déplace sous l'action d'un piston moteur se déplaçant dans un .cylindre 511 et actionne l'arbre 805 des tiné à faire mouvoir les soupapes d'admission de vapeur 808, 809, 310 .dans la turbine auxi liaire.
Une tige pilote 42 .est suspendue à la bielle 509 entre les extrémités,de la bielle et contrôle le -débit d'huile sous pression par l'intermédiaire d'une boîte pilote 43, vers les faces opposées du piston 511.
La fig. 2 représente en détail une sou- pape pilote telle que celle qui est désignée par 43.
Le fluide sous pression arrive à l'inté rieur de da boîte 43 entre des guides pilotes 44 qui sont séparés sur la tige 42 par un intervalle tel qu'ils se trouvent en coïnci dence avec des orifices annulaires étroits 45. Lorsque la tige pilote se déplace suivant son axe dans la boîte, de façon que les guides 44 se déplacent par rapport aux orifices 45, il s'établit une pression -de charge définie dans les orifices annulaires, pression qui se trouve dans un rapport connu avec l'ampli tude de ce mouvement.
Par exemple, si la tige 42 monte, il existe à l'orifice de sortie supérieur, -du côté gauche de la boîte (fig. 2), une pression de charge qui augmente dans un rapport défini avec l'amplitude de ce mouvement, tandis que si la tige 42 descend, il existe à l'orifice de sortie inférieur, du côté gauche, une pression qui augmente d'une manière définie avec l'amplitude du mou vement.
En supposant qu'il existe une charge fixe à, l'extrémité supérieure du ressort 512 du régulateur, si la charge -de la turbine princi pale diminue, provoquant une baisse de pres sion de la vapeur disponible soit par le tuyau 502, soit par le tuyau 504, la vitesse,de la turbine auxiliaire diminue, en faisant di minuer la pression .de .l'huile agissant dans le soufflet 508 et en faisant descendre l'ex trémité du côté gauche de la bielle 509, mou vement qui s'accompagne d'un mouvement de descente correspondant du pilote 42.
Ce mou vement fait diminuer la pression au-dessus du piston et augmenter la pression au-dessous du piston 511, ce qui fait remonter le piston et ramène le pilote 42 dans sa position déter minée. Le mouvement .d'ascension du piston 511 fait ouvrir les soupapes d'admission et tend ainsi à faire reprendre à la vitesse de la turbine auxiliaire sa valeur primitive.
Ainsi qu'il a été dit ci-dessus, il est avan tageux que la charge du ressort 512 du régu lateur dépende de l'allure de la marche @du générateur de vapeur et de la turbine princi pale. A titre d'indication de la charge de la turbine principale. on utilise une mesure du débit de la, vapeur qui lui est fournie et à titre de mesure du niveau thermique clic gé nérateur de vapeur, on utilise l'indication donnée par la pression de la vapeur à la sor tie du surchauffeur. On a constaté que la.
pression dans .l'enveloppe de la, turbine se trouve dans un rapport linéaire avec le dé bit. De préférence, on utilise la. pression dans le premier étage, quoique l'on puisse prendre la pression dans un autre étage quelconque de la turbine.
La, pression qui agit sur le tube de Bour don 19 fait prendre une position convenable à une tige pilote, de façon à établir une pres sion de charge pneumatique dans un tuyau 513, pression qui représente la pression de vapeur dans le tuyau 244.
De même. le tulle de Bourdon ?5 fait prendre une position con- venable à une tige pilote. de façon à éta.hlir une pression de charge pneumatique dans titi tuyau 46. pression qui représente la, pression dans l'enveloppe de la turbine. Ces deux pressions de charge agissent sur un relais dif férentiel 47, d'où une pression de charge pneumatique, qui est la somme algébrique des pressions existant dans les tuyaux 513, 46.
agit par l'intermédiaire d'iin tuyau 62 sur un diaphragme 515 pour charger le res- sort <B><U>519.</U></B>
Si l'on se reporte à la. fi-. 3. on voit que le tuyau 46 aboutit à une chambre 50 sépa rée par un diaphragme ou une cloison mobile 52 d'une chambre 51 à, laquelle aboutit le tuyau 513. Le diaphragme 52 et le ressort 53 qui le charge sont réunis tous deux à une tige 54. 'a laquelle est également fixé un dia phragme 55. séparant des chambres 56,<B>57.</B> La chambre 56 est ouverte à l'air libre. Une arrivée d'air comprimé peut se faire par un tuyau 58 dans la chambre 5 7 sous le con trôle d'une soupape 59. L'échappement de la chambre 57 dans l'atmosphère est contrôlé par une soupape 60.
La tige 54 est destinée à faire prendre une position convenable à un dispositif de commande 61 des soupapes, de façon, soit à admettre de l'air comprimé par la soupape 59 et à augmenter ainsi la pres- sion dans la chambre 57, soit à faire échap per de l'air dans l'atmosphère par la sou pape 60 et à diminuer ainsi la pression dans la. chambre 57. La pression dans la chambre 5 7 est transmise par un tuyau 62, de façon à agir sur le diaphragme 515.
On re marquera que les variations de la pression, qui agit par le tuyau 46 et/ou celle qui agit par le tuyau 513 agissent de façon à faire varier la pression de l'air dans la chambre 57 et, par conséquent, la pression de l'air servant à déterminer la position du dia phragme 515.
Lorsque la pression dans la chambre 50 augmente, la tige 54 et les diaphragmes 52. 55 descendent à l'encontre de la tension du ressort 53, en faisant tourner le levier 61 de eommande des soupapes en sens contraire des aiguilles d'une montre et en ouvrant ainsi la soupape 59 pour faire entrer le fluide (air) comprimé dans la chambre 57.
La pression dans la chambre 57 augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne une va-leur telle qu'agissant sur le diaphragme 55, elle sur monte la pression qui a augmenté dans la chambre 50 et fasse remonter la tige 54 et les diaphragmes 52, 55 en les ramenant dans la position déterminée où les soupapes 59. 60 sont fermées toutes les deux.
La nouvelle pression qui s'est établie dans la. chambre <B>57.</B> agissant par le tuyau 62. fait descendre le diaphragme 515 à l'encontre du ressort 512 et augmente par suite la, charge sur le souf flet métallique 508. L'action inverse se pro duit lorsqu'une diminution de la pression dans la chambre 50 ou une augmentation de la pression dans la chambre 51 ont. toutes deux pour effet de faire tourner dans le sens des aiguilles d'une montre le levier 61 de commande des soupapes, de faire baisser la pression dans la chambre 57 et par suite di minuer la charge sur le ressort 512.
En ce qui concerne la charge du ressort 512 du régulateur, on laisse de préférence prédominer l'action de la pression dans l'en veloppe de la turbine. On peut arriver à ce résultat en donnant une forme convenable au pilote 44' (fig. 7), dont la position est dé- terminée par la pression du courant de sor tie de la vapeur, de façon que sa pente soit.
plus longue et moins forte et que par suite l'amplitude de son mouvement doive être plus grande pour faire varier la pression de l'air de un kilogramme et par conséquent que la variation de la pression de charge pneuma tique soit moindre pour une variation donnée de la pression de la vapeur, que dans le cas du pilote 44" (fig. 8) dont la position est dé terminée par la pression dans l'enveloppe de la turbine, et dont l'inclinaison est relative ment plus forte et qui, par conséquent, fait varier davantage la pression de charge de l'air pour une variation donnée de la pression dans l'enveloppe de la turbine.
On pourrait arriver aux mêmes résultats en intercalant des étranglements dans l'un ou l'autre des tuyaux 46, 513 pour rendre l'un plus sensi- bile que l'autre à des mouvements d'égale amplitude des tubes de Bourdon 19, 25.
L'appareil peut être réglé de façon qu'une variation de la charge de sa valeur minimum à sa valeur maximum puisse faire subir à la pression de charge pneumatique une variation suffisante pour faire fonctionner la turbine auxiliaire dans la gamme entière de vitesses correspondant à la variation de la charge, ou pour que la vitesse de la turbine auxiliaire su bisse les variations que l'on désire, correspon dant à des variations définies de la, pression du courant de sortie de la vapeur.
Dans les anciens dispositifs de contrôle des générateurs de vapeur, le contrôle pri maire du débit du courant d'entrée du liquide et des éléments de combustion (dans le cas présent de la vitesse de la turbine auxiliaire) se faisait en utilisant la pression à la sortie du générateur à titre d'indication du niveau thermique dans le générateur de vapeur.
Mais étant données l'extrême rapidité des va riations de la charge et la faible quantité de chaleur et de liquide emmagasinée dans le générateur @de vapeur en question, ainsi que la nécessité de le faire fonctionner automa tiquement dans toute l'étendue de la gamme de production, il devient indispensable de se servir d'un dispositif du genre de celui que présente la forme d'exécution décrite de l'ins tallation selon l'invention.
Le contrôle diffé rentiel entre la vitesse de la turbine auxi liaire (mesurée par la pression d'huile) et la pression dans l'enveloppe de la turbine est avantageux étant donné que la correction à peu près exacte de la vitesse de la turbine auxiliaire se fait aussitôt que la charge va rie, sans attendre que la pression dans le gé nérateur de vapeur ait varié.
La sensibilité du contrôle .de la pression du courant de sortie de la vapeur est réduite et le réglage s'effec tue d'une manière plus progressive et avec -des variations générales de la pression de la vapeur moins grande qu'il ne serait possible de le réaliser par le contrôle d'un seul élé ment opéré par la pression du courant de sor- tie de la vapeur.
Le contrôle secondaire de l'alimentation en huile du brûleur 4 se fait par l'appareil proportionnant :les débits d'huile et d'air. Les compteurs,de débit 14, 16 sont reliés l'un à, l'autre, de façon que, lorsque la proportion entre le débit de l'alimentation en huile et le débit .de l'air de combustion s'écarte de la valeur que l'on désire, un pilote 72 prend une position convenable dans le sens vertical, -de façon à. faire varier une pression de charge agissant par un tuyau 63 dans une chambre 65 d'un relais régulateur 41.
Si l'on se reporte à la fig. 4, o#n remarquera que le relais ré gu,ateur 41 est semblable jusqu'à un certain point au relais 47, mais comporte en plus une -dérivation <B>67</B> d'échappement réglable entre les chambres 56' et 57'. La @oha.mbre 66 est ou verte à l'air libre par le tuyau 64.
Une pression de charge s'établissant dans la chambre 57' agit par l'intermédiaire d'un tuyau 68 sur la soupape à diaphragme<B>13,</B> de façon à lui faire prendre une position con venable. Dans ce cas, le rôle de la dérivation 67 d'échappement réglable est de compléter le contrôle primaire de la pression agissant sur le dispositif de commande 13, par un contrôle secondaire de la même amplitude ou d'une amplitude différente, consistant, par exemple, dans une action successive ou sup plémentaire empêchant un mouvement exces- sif et d'oscillation et par laquelle la position prise par la soupape 13 ne dépend pas directe ment de la. position prise par le pilote<B>72.</B>
L n contrôle supplémentaire ou secon daire de l'air arrivant au foyer par la con duite 7 est réalisé en faisant prendre une po sition convenable au registre 15 placé dans la conduite 7. Ce registre, ainsi que la soupape réglable 3 montée dans le tuyau d'extraction 1, sont amenés ensemble dans une position convenable par une pression de charge pneu matique établie par une soupape pilote sous le contrôle de l'aiguille 30 de l'appareil à niveau d'eau 29.
Installation for the production of steam, equipped with a steam generator and a device for controlling and monitoring its operation. The subject of the invention is an installation for the production of steam, provided with a steam generator and a device serving as.
the control and monitoring of its operation, characterized by a first main consuming apparatus using an elastic fluid, by a second auxiliary consuming apparatus using an elastic fluid, and by a mechanism regulating the speed of the auxiliary consuming apparatus under the pressure. action of variations in pressure acting on the main consumer device.
The embodiment of the installation according to the invention, which will be described below by way of example, comprises a: steam generator of the type without cylindrical body with forced circulation, including the circulation of the fluid comprises one or more tubes of great length and of small internal diameter, in which the circulation according to the circuit traversed is caused by the entry of the liquid under pressure by one of the ends and by the outlet of the vapor alone by the other,
the quantity of liquid introduced being normally greater than that of the vapor which leaves and the difference between these quantities being taken from the aforementioned circuit, between its ends.
In said embodiment which will be described later, almost all of the fear produced passes into a main turbine. An auxiliary turbine is used to supply the steam generator with liquid and combustion elements and the regulation of the auxiliary turbine takes place partly under the action of the pressure of the vapor in the casing of the main turbine at a point where this pressure makes it possible to measure the flow rate of the vapor stream
inlet in the main turbine and the crossing. This vapor pressure therefore makes it possible to measure the load of the generator and consequently of the power of said generator. We will now describe, at. as an example, the. embodiment mentioned above, which is shown in the accompanying drawing, in which:
fig. 1 schematically shows the said embodiment of the steam production installation, which comprises a generator without a cylindrical body with forced circulation, and which is provided with a device for controlling and monitoring its operation; fig. 2 is a vertical section of a pilot valve; the: fig. 3 is a vertical section of a pneumatic re lais; fig. 4 is similar to fi-. 3, but has certain additional construction features;
the fi--. 5 is a sectional elevation of a portion of a steam turbine; fig. 6 is a graph of the ratio between flow and pressure; the fi-. 7 and 8 are construction details of a pilot valve.
The circuit for circulating the fluid of the steam generator without a cylindrical body with forced circulation which the embodiment shown of the installation according to the invention comprises, is shown schematically in. fig. 1, in the form of a single serpentine tube, the section of the economizer 202 of which is supplied with liquid under pressure by a pipe 11, coming from a pump 2189, which may be of any suitable type and which consequently has been shown in diagrammatic form.
On leaving the economizer, the liquid passes through a vaporization section which can, for example, form the bottom, walls and screen of the combustion chamber, the fluid then discharging into a separator 232, forming an enlarged part of the fluid circulation circuit. On leaving the separator, the steam arrives at. a superheater 242 and through it, and to a main turbine 12, taken as an example of such a main consumer of steam.
The excess liquid entering the separator is extracted from the fluid circulation circuit through a pipe 1 to arrive, for example, in a hot water tank or at the discharge. A continuous normal evacuation or extraction takes place through a throttle 2, while a variable extraction is done through a regulating valve 3.
A heat source is shown in the form of an oil burner ô 4 supplied by an oil pump 290, via a pipe 5, and surrounded by an air chamber 6 supplied by a fan 288, by the 'intermediary of a pipe 7.
To achieve the initial ignition of the oil burner device, we have. provided a gas burner 8 supplied, by a pipe 9, by a gas flow controlled by a valve 10. The combustion products pass successively through the vaporization section, the superheater and the economizer and can come in contact with part or all of the separator.
The walls which limit the passage of the gases from the burner to the chimney are shown diagrammatically at 300 in phantom.
An auxiliary turbine <B> 287, </B> constituting an auxiliary consumer apparatus, controls the liquid supply pump 289, the fan 28 and the oil supply pump 290.
Although these devices have been shown schematically and as if they were mounted so as to be controlled by the same shaft and at the same speed, it should of course be understood that the necessary reduction gears or control links between the various devices are known and would be established in an appropriate manner, with regard to their speed, power,
summer. relative and that we have only proposed to indicate that the auxiliary turbine controls the devices 289, 288 and 290 so simultaneously and in concordance.
The flow rate of the fuel oil supply to the burner 4 is first controlled by the. speed of the oil pump 290, but is still regulated by a regulator valve 13 placed in the pipe 5, the oil flow being continuously measured by a counter 14.
The flow rate of the air supply serving to maintain the combustion is determined on board by the speed of the fan <B> 288, </B> but is also under the control of a damper 15 placed in the duct 7 , the air flow rate being continuously measured by a meter 16.
When the steam generator is in operation, certain variable factors are measured, recorded and used as the basis for the automatic control of the supply to said generator with fluid and the supply of the furnace, heating with combustion elements. .
<B> 19 </B> -describes a device operating under the action of pressure, such as a Bourdon tube, joined to the pipe 244 and comprising an indicator needle 2.0 intended to cooperate, with an index. 2'1, to give the instantaneous value of the pressure of the steam outlet stream.
By way of indicator: of the power or of the load - of the steam generator, a Bourdon tube 25 is provided, intended to make an indicator needle 26 take a suitable position with respect to an index 27.
The Bourdon tube 2a is joined, by means of a capillary tube 28, to the turbine 12 'at a point (fig. 5) such that the Bourdon tube is sensitive to the action of the pressure in it. the casing of the first stage of the turbine, pressure which is in a linear relation with the flow of the current of the fear (fig. 6).
The indications of needle 2.6, relative to the scale 27, therefore represent the flow rate of the steam stream leaving the steam generator and thus provide an indication of the power or load of the generator.
<B> 29 </B> designates a device operating under the action of the height of the liquid level in the separator 232, and constituting a pressurized box enclosing a U-shaped mercury tube joined at the bottom and at the top of the separator. A float is arranged so as to rise and fall with the .surface of the mercury -in one of the branches -du tube and thus brings into a suitable position a needle 30 relative to an index 31,
to make known the instantaneous height of the liquid level in the separator.
The flow meters generally designated by 14 and 1.6 providing a measurement of the flow rate of the fuel and air supply to the fireplace respectively are of a known type and each of them is an apparatus. operating under the action of a differential pressure and -disposed so as to restore the differences i from the linear proportionality between the differential pressure and the flow rate,
so that the angular displacements of the respective needles are directly proportional by quantities -differen tial to the differential variations of the -flow. The outline of the parts entering into the construction of the interior of the flow meter 14 is shown in dotted lines; this meter comprises a bell ià liquid seal, the walls of which are made of a material -d'épaisseur and of suitable shape.
The pressure box of the level indicator 2j9 and the flow meter 16 are each shown in section, so as to clearly show their internal construction form.
The flow meters 14 and 16 cooperate in controlling the regulator valve 13 for the fuel oil, so as to maintain the determined proportion of fuel and air.
An increase in the flow rate of the air stream passing through line 7 has the effect of rotating counterclockwise an indicator arm 301, moving a connecting rod 302 upwards. Likewise, an increase in the flow rate of the fuel oil flow in pipe 5 has the effect of rotating in the opposite direction a needle of one. Shows an indicator arm 3.08, moving a connecting rod 304 towards the bottom.
Movements of equal amplitude of the connecting rods 302, 304 (in the opposite direction) do not give rise to any movement in the direction of its axis of a rod 72 of a pilot valve; this is what is desired so that the rate ratio remains invariable.
But, if the air and fuel flow rates vary, the differential variation occurring between the positions and the movements of the connecting rods 302, 304 causes the displacement along its axis of the pilot 7 2 in a direction and by an amount such that the diaphragm actuated regulator valve 13 moves an appropriate amount and direction so as to. return the fuel flow to the value that corresponds to the desired proportion with the air flow.
The flow rate of the supply of liquid and combustion elements to the steam generator is first regulated by controlling the speed of the. auxiliary turbine; this adjustment is made on the basis of the pressure measurement of the. steam leaving the superheater, the pressure in the casing of the turbine taken as a measure of the steam flow rate and the measurement or reading of the speed of the auxiliary turbine.
The auxiliary turbine can be supplied with high pressure steam coming from the steam generator through a pipe 500 com carrying a valve <B> 501. </B> It can receive exhaust steam from the. main turbine by a bypass 502 comprising a valve 503. It can receive and use the withdrawal steam in a stage of the main turbine through a pipe 504 comprising a valve 505.
The valve box of the auxiliary turbine is preferably arranged to normally receive steam. low pressure, such as exhaust or draw-off steam. main turbine, and it is only in the ca.s on the flow of this steam is insufficient to meet the needs of the regulating mechanism of the auxiliary turbine that the inlet valve device opens the inlet of the. high pressure steam through hose 500.
The box. The auxiliary turbine valve is shown schematically and comprises a partition 311 containing the seats of the intake valves and the cooperating valves 308, 309, 310. A camshaft 305 brings into suitable positions three cams wedged on the shaft. and controlling the valves. Others, partitions 306, 307 are provided to separate the steam inlets through pipes 500, 502 and 504. Preferably, valve 308 opens first. admits so much in the auxiliary turbine of the. going afraid of main turbine exhaust 12.
If the amount of steam required increases, valve 310 opens to admit steam from the main turbine draw-off, and if it increases further, valve 309 opens to admit high pressure steam through the main turbine. pipe 500 branched onto the outlet pipe 244 of the generator.
It is advantageous first to vary the speed of the auxiliary turbine in accordance with the main turbine to establish an approximate proportion between the supply of the steam generator with liquid and combustion elements according to the specification. the load of the steam generator.
then carry out a new individual adjustment of the liquid supply. in fuel and air in accordance with the variable factors in the operation of the installation.
If steam were supplied to the auxiliary turbine at a relatively constant pressure, for example from the steam generator, the main function of the regulating mechanism would be to vary the opening of the inlet valves in accordance with the requirements. the operation of the main valve. But when the auxiliary turbine consumes the draw-off or exhaust steam from the main turbine, if the load on the main turbine decreases.
the steam pressure available to the auxiliary turbine is dropping faster than it would take for the auxiliary turbine to perform its service and it will be. probably necessary that:
the valves open progressively as and when. as the. load decreases and it may even happen that the load having decreased to a certain value, the quantity of steam coming from this source will be. insufficient and that the high pressure valve must open to complete the supply of draft or exhaust steam.
The auxiliary turbine inlet valves cannot be controlled directly according to the operation of the main turbine or the load of the steam generator unless the feed to the auxiliary turbine is at a minimum. relatively constant pressure, for example from the steam generator. However, it is desired that the auxiliary turbine run at a speed which is approximately in agreement with that of the main turbine.
To determine the speed of the auxiliary turbine, an oil pump 506 is driven by the auxiliary turbine and with it, to establish an oil pressure at a known ratio with the speed. This oil pressure is used in a regulating mechanism which normally tends to keep the speed of the auxiliary turbine constant regardless of the steam pressure which feeds it.
Then, the device operating under the action of the oil pressure is charged in accordance with the variations which occur in the operation of the steam generator and the main turbine, thus allowing the speed governor. variable of the auxiliary turbine to meet the speed conditions it must meet.
The oil leaving the pump 506 passes through a pipe 507 and arrives in an expandable metallic bellows 508 intended to take a suitable position at one of the ends of a floating connecting rod 509. The other end of the connecting rod 509 moves under the action of a driving piston moving in a cylinder 511 and actuates the shaft 805 of the tines to move the steam inlet valves 808, 809, 310. in the auxiliary turbine.
A pilot rod 42 is suspended from the connecting rod 509 between the ends of the connecting rod and controls the flow of pressurized oil through a pilot box 43, to the opposite faces of the piston 511.
Fig. 2 shows in detail a pilot valve such as that designated 43.
The pressurized fluid arrives inside the box 43 between pilot guides 44 which are separated on the rod 42 by a gap such that they lie in cohesion with narrow annular orifices 45. When the pilot rod comes together. moves along its axis in the box, so that the guides 44 move relative to the orifices 45, a defined load pressure is established in the annular orifices, which pressure is in a known relationship with the amplitude of this movement.
For example, if the rod 42 rises, there exists at the upper outlet orifice, on the left side of the box (fig. 2), a load pressure which increases in a defined ratio with the amplitude of this movement, while if the rod 42 descends, there is at the lower outlet port on the left side a pressure which increases in a definite manner with the amplitude of the movement.
Assuming there is a fixed load at the upper end of governor spring 512, if the load on the main turbine decreases, causing the pressure of the available steam to drop either through hose 502 or through the pipe 504, the speed, of the auxiliary turbine decreases, by reducing the pressure of the oil acting in the bellows 508 and by lowering the left side end of the connecting rod 509, movement which s 'accompanied by a corresponding downward movement of the pilot 42.
This movement decreases the pressure above the piston and increases the pressure below the piston 511, which raises the piston and returns the pilot 42 to its determined position. The upward movement of the piston 511 opens the intake valves and thus tends to return the speed of the auxiliary turbine to its original value.
As has been said above, it is advantageous that the load of the spring 512 of the regulator depends on the rate of operation @du steam generator and of the main turbine. As an indication of the main turbine load. a measurement of the flow rate of the steam supplied to it is used and, as a measure of the thermal level of the steam generator, the indication given by the pressure of the steam at the outlet of the superheater is used. It was found that the.
pressure in the casing of the turbine is in a linear relationship with the flow. Preferably, the. pressure in the first stage, although the pressure in any other stage of the turbine can be taken.
The pressure acting on Bourdon tube 19 causes a pilot rod to assume a suitable position, so as to establish a pneumatic charge pressure in pipe 513, which pressure represents the vapor pressure in pipe 244.
The same. Bourdon tulle? 5 takes a position suitable for a pilot rod. so as to éta.hlir a pneumatic charge pressure in titi pipe 46. pressure which represents the pressure in the casing of the turbine. These two load pressures act on a differential relay 47, hence a pneumatic load pressure, which is the algebraic sum of the pressures existing in the pipes 513, 46.
acts through a pipe 62 on a diaphragm 515 to charge the spring <B><U>519.</U> </B>
If we refer to the. fi-. 3. we see that the pipe 46 ends in a chamber 50 separated by a diaphragm or a movable partition 52 from a chamber 51, which ends in the pipe 513. The diaphragm 52 and the spring 53 which loads it are both united to a rod 54. 'to which is also attached a diaphragm 55. separating the chambers 56, <B> 57. </B> The chamber 56 is open to the air. A compressed air supply can be made by a pipe 58 in the chamber 57 under the control of a valve 59. The exhaust of the chamber 57 into the atmosphere is controlled by a valve 60.
The rod 54 is intended to cause a suitable position for a valve control device 61, so as either to admit compressed air through the valve 59 and thus to increase the pressure in the chamber 57, or to allow air to escape into the atmosphere through valve 60 and thus reduce the pressure in the. chamber 57. The pressure in chamber 57 is transmitted through a pipe 62, so as to act on diaphragm 515.
It will be noted that the variations in the pressure, which acts through the pipe 46 and / or that which acts through the pipe 513 act so as to vary the pressure of the air in the chamber 57 and, consequently, the pressure of the air used to determine the position of the diaphragm 515.
As the pressure in the chamber 50 increases, the rod 54 and the diaphragms 52. 55 descend against the tension of the spring 53, turning the valve control lever 61 counterclockwise and counterclockwise. thus opening the valve 59 to allow the compressed fluid (air) to enter the chamber 57.
The pressure in the chamber 57 increases until it reaches a value such that, acting on the diaphragm 55, it increases the pressure which has increased in the chamber 50 and makes the rod 54 and the diaphragms 52 rise. , 55 by returning them to the determined position where the valves 59. 60 are both closed.
The new pressure that has established itself in the. chamber <B> 57. </B> acting through the pipe 62. lowers the diaphragm 515 against the spring 512 and consequently increases the load on the metal bellows 508. The reverse action occurs when A decrease in the pressure in the chamber 50 or an increase in the pressure in the chamber 51 have. both have the effect of rotating the valve control lever 61 clockwise, to lower the pressure in the chamber 57 and consequently to reduce the load on the spring 512.
With regard to the load of the spring 512 of the regulator, the action of the pressure in the casing of the turbine is preferably allowed to predominate. This can be achieved by shaping the pilot 44 '(Fig. 7), the position of which is determined by the pressure of the outgoing steam stream, in a suitable shape, so that its slope is.
longer and less strong and that consequently the amplitude of its movement must be greater in order to vary the air pressure by one kilogram and consequently that the variation of the pneumatic charge pressure is less for a given variation of the steam pressure, than in the case of the pilot 44 "(fig. 8) whose position is determined by the pressure in the casing of the turbine, and whose inclination is relatively greater and which, therefore, further vary the air charge pressure for a given change in the pressure in the turbine casing.
We could achieve the same results by inserting constrictions in one or the other of the pipes 46, 513 to make one more sensitive than the other to movements of equal amplitude of the Bourdon tubes 19, 25 .
The apparatus may be adjusted so that a variation of the load from its minimum value to its maximum value can cause the pneumatic load pressure to undergo a variation sufficient to operate the auxiliary turbine in the entire range of speeds corresponding to the variation of the load, or for the speed of the auxiliary turbine to be subject to the variations that are desired, corresponding to defined variations in the pressure of the output steam stream.
In older steam generator controls, the primary control of the flow rate of the inlet stream of liquid and the combustion elements (in this case the speed of the auxiliary turbine) was done using pressure at the generator output as an indication of the thermal level in the steam generator.
However, given the extreme rapidity of load variations and the small quantity of heat and liquid stored in the steam generator in question, as well as the need to make it work automatically throughout the range. production, it becomes essential to use a device of the type that has the described embodiment of the installation according to the invention.
The differential control between the auxiliary turbine speed (measured by the oil pressure) and the pressure in the turbine shell is advantageous since the roughly exact correction of the auxiliary turbine speed is achieved. as soon as the load changes, without waiting for the pressure in the steam generator to vary.
The sensitivity of the control of the pressure of the steam outlet stream is reduced and the adjustment is made in a more gradual manner and with less general variations in the steam pressure than would be possible. to achieve this by controlling a single element operated by the pressure of the steam outlet stream.
The secondary control of the oil supply to burner 4 is carried out by the proportional device: the oil and air flows. The flow meters 14, 16 are connected to each other, so that when the proportion between the flow rate of the oil supply and the flow rate of the combustion air deviates from the desired value, a pilot 72 takes a suitable position in the vertical direction, so. varying a charge pressure acting through a pipe 63 in a chamber 65 of a regulator relay 41.
If we refer to fig. 4, it will be noted that the regulator relay 41 is similar to a certain extent to the relay 47, but has in addition an adjustable exhaust <B> 67 </B> branch between the chambers 56 ' and 57 '. The @ oha.mbre 66 is or green in the open air through pipe 64.
A charge pressure building up in the chamber 57 'acts through a pipe 68 on the diaphragm valve <B> 13, </B> so as to cause it to assume a suitable position. In this case, the role of the adjustable exhaust bypass 67 is to complete the primary control of the pressure acting on the control device 13, by a secondary control of the same amplitude or of a different amplitude, consisting, for example , in a successive or additional action preventing an exces- sive movement and oscillation and by which the position taken by the valve 13 does not depend directly on the. position taken by pilot <B> 72. </B>
The additional or secondary control of the air arriving to the fireplace through the duct 7 is carried out by making the register 15 placed in the duct 7 take a suitable position. This register, as well as the adjustable valve 3 mounted in the duct. extraction 1, are brought together into a suitable position by a pneumatic charging pressure established by a pilot valve under the control of the needle 30 of the water level apparatus 29.