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Perfectionnements à l'alimentation en eau chaude des chaudières de locomotive et atres
Jusqu'à présent,, dans tous. les appareils pour l'ali- mentation des chaudières de locomotives et de tous autres générateurs avec de l'eau chaude et qui comprennent un dispositif de réchauffage utilisant la vapeur d'échappe- ment de la machine et un dispositif d'injection, l'apport de l'eau de la bâche d'alimentation dans le dispositif de réchauffage était commandé par le dispositif d'injection et se produisait obligatoirement chaque fois que ce dernier fonctionnait, de telle sorte que:
1 il nry avait aucune possibilité de réchauffage pen- dant les périodes de non injection dans la chaudière,
2 même dans le'cas où l'on constituait un volant d'eau chaude pendant la marche de la machine à régula beur ouvert, si l'on infectait d'eau dans la chaudière pendant les périodes de marche à régulateur fermé, il en résultait un refroidissement du volant d'eau chaude par suite de l'ap- port d'eau froide venant de la bâche d'alimentation et en- trainé par le fonctionnement du' dispositif d'injection.
Bans ces conditions, on était obligatoirement conduit à réaliser l'alimentation de la chaudière, pour ainsi dire, exclusivement pendant les périodes de marche à régulateur ouvert, ou bien si l'on voulait réaliser 1* alimentation à
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l'eau chaude pendant les périodes de marche à régulateur fermé, il fallait utiliser un .appoint de. vapeur vive de la chaudière pour compenser le refroidissement de l'eau du vo- lant d'eau chaude qui avait pu être constitué.
Il en résulte que, dans le cas où par suite des con- ditions d'exploitation, les périodes pendant lesquelles la machine consomme ou ne nonsomme pas de la vapeur sont fré- quemment alternées, les bénéfices provenant du réchauffage de l'eau d'alimentation se trouvent considérablement réduits et souvent même annulés.
En effet, dams le cas où l'alimentation de la chaudière est réalisée uniquement pendant les périodes de marche où la machine consomme de la vapeur c'est-à-dire à régulateur ouvert, il est nécessaire, non seulement d'activer le feu pour produire lArapeur au fur et à mesure de sa consoma- tion, mais encore de le pousser davantage pour compenser la dépression inévitablement produite quand l'eau est intro- duite dans la chaudière, et cette activité qu'on doit ainsi donner au foyer pendant les périodes de marche à régulateur ouvert se trouve inutilisée pendant les nombreuses pério- des de marche où la machine ne consomme pas de vapeur c'est-à-dire à régulateur fermé, de telle sorte qu'une grande quantité des calories produites par le foyer se trou- ve ainsi perdue.
Egalement, il est évident que, si l'on doit consommer une certaine quantité de vapeur vive pour compenser le re- froidissement de l'eau du volant d'eau chaude lorsqu'on veut continuer à alimenter la chaudière en eau chaude à régulateur fermé,.on diminue l'économie de charbon qui a été réalisée par le réchauffage de l'eau au moyen des ca- lories contenues dans la vapeur d'échappement.
La présente invention a pour objet un mode d'alimenta- tion en eau chaude des chaudières de- locomotives et de
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tous autres générateurs évitent les inconvénients ci-dessus et permettant, dans tous les cas, de réaliser, le pleir. de l'éco- nomie de combustible que l'on peut obtenir par l'emploi du ré chauffage de l'eau d'alimentation.
Suivant l'invention, on constitue pendant les périodes où. la machine consomme de la vapeur. c'est-à-dire de mar-- che à régulateur ouvert,une réserve d'eau chaude dans un réservoir en employant pour l'amenée de l'eau de la bâche d'alimentation, soit l'appareil d'injection lui-même dont on utilise la totalité ou une partie du débit, soit tout autre appareil ou moyens indépendants de l'appareil d'in- jection et pour le réchauffage de cette eau, soit, le dis- .
positif de réchauffage lui-même dont on utilise la totalité ou partiedu débitsoit tout autre moyen indépendant du dis- positif dé réchauffage et permettant également d'utiliser les vapeurs d'échappements de la machine principale ainsi que, éventuellement des machines auxilaires, les dispositions étant telles que. dans tous les cas,pendant la marche à régu. lateur ouvert, l'appareil d'injection ne puisse jamais puiser de l'eau dans la réserve d'eau chaude, tendisque pendant la marche à'régulateur fermé, l'appareil d'injec- tion puise toujours obligatoirement l'eau dans cette réser- ve à l'exclusion de la bâche d'alimentation.
De cette façon, l'alimentation de la chaudière et la constitution de la réserve d'eau chaude peuvent être ren dues partiellement ou entièrement distinctes l'une de l'autre.
Grâce à ces dispositions, on voit que, d'une part, au fur et à mesure que l'eau chaude de la réserve est envoyés à la chaudière il ne se produit plus' aucuneapport d'eau froide et qu'il n'est, par suite plus nécessaire d'emplo- yer de la vapeur vive pour composer le refroidissement qui en aurait pu résulter;
d'autre part, étant donné que l'on
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peut, sans inconvénient, alimenter la chaudière en eau chaude pendant Les périodes de marche à régulateur fermé, il devient possible de supprimer, quand on le voudra, l'alimentation pendant les périodes de marche à régulateur ouvert, et que, par conséquent, pendant celles-ci on n'aura plus à donner au feu que l'activité nécessaire pour produire la vapeur au fur et à mesure de la consommation, tandis que pendant les pé- riodes de marche à régulateur fermé on utilisera l'activité. existante du foyer pour compenser la dépression due à l'ali- mentation.
Il est bien entendu que, sans sortir du domaine de l'invention, en même temps qu'on constitue la réserve indé- pendante d'eau chaude, et lorsque cela est nécessaire en raison des conditions d'exploitation, on peut alimenter la chaudière pendant les périodes de marche à régulateur ouvert avec la quantité nécessaire d'eau réchauffée également .au moyen de la vapeur d'échappement, toutes les combinai- sons permettant de rendre solidaires ou indépendants, en to- talité ou en partie, le dispositif d'injection, le dispo- sitif de réchauffage et la réserve d'eau chaude, étant réalisées soit à la volonté du mécanicien, soit automatique- ment par conjugaison avec les mouvements du régulateur ou autres organes de distribution de la machine.
La constitution de la réserve indépendanted'eau cjau- de peut être réalisée en utilisant: soit un injecteur à vapeur d'échappement pour aspirer, réchauffer et refouler l'eau dans un réservoir approprié, soit une' pompé à com- mande mécanique ou à vapeur en combinaison avec le .isposi- tif de réchauffage principal ou avec un réchauffer auxiliai- re soit même en faisnt écouler l'eau directement de la bâche d'alimentation dans ce réservoir qui peut constituer lui-même -un réchauffeur auxiliaire, par surface ou par mélange, indépendant du dispositif principal de réchauf- fage, l'adduction de l'eau et de la vapeur dans ce réser-
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voir étant réglée partons moyens connus, dans la proportion ' convenable.
L'introduction de l'eau chaude de la réserve dans la chaudière peut être elle-même effectuée soit par'pompe, soit par tout autre moyen, et peut être commandée automati- quement suivant la position des organes de distribution de vapeur de la machine.
L'invention concerne également-une installation de réchauffage d'eau pour l'alimentation de chaudières permet- ' tant de mettre en pratique le mode S'alimentât ion ci-dessus décrit, et plus particulièrement la description suivante et le dessin annexé donnés uniquement à titre d'exemple, ont pour objet une installation de réchauffage de l'eau d'ali- mentation d'une locomotive, comportant l'emploi de deux pompes, l'une à eau froide, l'autre à eau chaude, la pompe à eau froide ayant une cylindrée supérieure à celle de la pompe à eau chaude,
en combinai son avec un réchauffeur disposé de manière à assurer l'évacuation de l'excès d'eau chaude résultant de la différence de débit des deux pompes et avec un réservoir d'eau chaude indépendant du réchauf- feur, la pompe à eau chaude pouvant à volonté être employée au remplissage de ce réservoir et celui-ci recevant en tout cas le trop plein d'eau chaude produit dans le réchauffeur.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description. le dessin est une vue sché- matique en élévation de ladite installation.
L'installation représentée comporte un réchauffeur A , des gaz de combustion ou utilisant/la vapeur d'échappement de la machine ainsi que la vapeur d'échappement de toutes les machines annexées telles que: pompe d'alimentation, compe à air, torbo-me- teurs employés pour l'éclairage ou le tirage etc.. Ce réchauffeur par exemple peut être du type décrit dans le brevet français N 572.393 du même inventeur, et comprend deux corps distincts ainsi eu'il est prévu dans ce brevet, l'un des corps communiquant à l'air libre par letuyau ? et
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comportant un compartiment de trop plein 2.
Ce compartiment 2 déverse son trop plein dans le réservoir d'eau chaude B par la conduite 4, et le compartiment 1 communique par la conduite 5 avec la pompe à eau chaude 6 laquelle est montée en tandem avec la pompe à eau froide 7 et le cy- lindre à vapeur 8. La cylindrée de la pompe à eau froide 7 est supérieure à celle de la pompe à eau chaude 6. Un petit tuyau 9 débouchant dans le haut du compartiment 2 longe horizontalement la chaudière jusqu'à la cabine du mécanicien et l'égouttoir 10 auquel il aboutit constitue pour le mécanicien un Indicateur du niveau dans le compar- timent 2. Enfin l'autre corps du réchauffeur reçoit par le conduit 11 l'eau, froide refoulée par la pompe 7 et, par les conduits 12 et 12a, l'eau condensée dans les valves C et D dont il est question ci-dessus.
Le réservoir d'eau chaude B communique avec l'atmos- phère par le tuyau vertical 13. Un tube 14 débouchant dans le fond de ce réservoir monte verticalement et se dirige horizontalement, à un niveau supérieur au niveau maximum de l'eau dans le tander,jusqu'au base d'aspiration E. Il com- munique avec l'atmosphère par le conduit 14a. Le réservoir B communique enfin avec la valve C par un conduit 15 débou- chant à sa partie supérieure et avec la valve D par un conduit 16 débouchant dans le fond au réservoir.
La valve C est constituée par un corps 17 dans lequel sont ménagées deux chambres cylindriques 18 et 19 de dia- mètres différents.et deux chambres 20 et 21 délimitées par les fonds supérieur et inférieur du corps et le siège des clapets 22 et 23. Ces clapets sont montés solidaire- ment avec les pistons 24 et 25 sur une tige commune 26.
La chambre 21 communique par le tuyau 27 avec la pompe 8; lq .chambre 18 communique avec le dôme de prise de vapeur de la chaudière par le tuyau 28 sur le trajet, duquel est mon-
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Dans le haut de la chambre 19 est monté le tube 15 et la chambre 20 communique par le conduit 31 raccordé sur le tuyau 32 venant de la pompe 6 avec la chapelle d'entrée 33 de la chaudière; dans le bas de cette chambre 19 sont branchés le tuyau 12 et un tuyau 34 aboutissant à un robinet à trois voies 35 qui peut être manoeuvré par le mécanicien de la position 35 à la position 35a.
Dans le corps de la valve D sont ménagées deux cham- bres cylindriques de diamètres différents 36 et 37. A l'in- térieurde ces chambres coulissent les pistons 38, 39 et 40 montés solidairement sur une tige 41. Le fond de la chambre 36 communique par le tuyau 42 avec la boîte à ti- roirs, par le tuyau 43 avec le robinet 35, et par le tuyau 12 avec le réchauffeur. A cette chambre sont raccordés en a outre, à des hauteurs différentes, le conduit 44 venant du vase E, le conduit 45 aboutissant à la ;pompe 7 et le conduit 16 aboutissant au réservoir d'eau chaude B. Un tuyau 46 fait communiquer la chambre 37 avec le conduit 28.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant: Le régulateur de la locomotive étant ouveft et le ro- binet à trois voies étant à la position 35, les chambres 19 et 36 des valves C et D sont remplies de vapeur vive à hau- te pression qui, agissant sur les pistons 25 et 38, les maintiennent dans la position représentée sur la figure.
Le robinet 30 étant ouvert de la quantité voulue, la vapeur vive venant de'la chaudière se rend à la pompe 8 en faible quantité par la chambre 21 dont le clapet 23 est ouvert légèrement. Le cylindre 7 aspire l'eau froide du tender par le vase E et les tuyaux 44 et 45, et la refoule par le tuyau 11 dans le réchauffeur. L'eau réchauffée passe dans le corps de gauche du -.
réchauffeur . Une partie de cette eau se rend par le tuyau 5 à la pompe 'd'eau chaude 6 qui, en raison de ce que le réservoir B est à l'air libre
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tarais que la chapelle 33 est à la pression de la chau- dière , ramène l'eau chaude dans ce réservoir B en pas- 22 sant à travers la chambre 20 dont le clapet/est sdu- levé. t'excès d'eau chaude dans le compartiment 1 se déverse- dans le compartiment 2 et de là se rend également par le tuyau 4 dans le réservoir B.
Lorsque le profil de la voie ou toute autre cause, permet de fermer le régulateur de la locomotive, la va- peur ntagit plus dans la chambre 36 de la valve D, ni dans la chambre 19 de la valve C. la-tige de piston 41 de la valve D s'abaisse sous l'action de la vapeur vive amenée par le conduit 46 au-dessus du piston 40, et le piston
39 coupe-la communication entre les tuyaux 44 et 45 et met en communication les tuyaux. 16 et 45: La tige de piston de la valve C descend sous l'effet du ressort com- mandant le clapet 22 et la vapeur vive venant de la chau- dière se rend librement à la pompe 8 . La pompe 7 aspire 1' l'eau du réservoir B et la refoule par le tuyau 11 dans le réchauffeur et par delà même permet à cette eau de ré- cupérer les calories contenues-dans la vapeur d'échappe- ment de la pompe.
Une partie de cette eau, se rend comme dans le cas précédent à la pompe 6 et de là à la chaudière par la chapelle 33. L'excès d'eau, du compartiment 1 se dé- verse dans le compartimenr 2 et retourne par le tuyau 4 dans le réservoir B.
Si, au cours d'une longue période de travail sans ar- rêts. on désiré alimenter la chaudière à régulateur ou- vert, il suffit d'amener le robinet 35 à la position 35a.
La valve D ne se trouve pas affectée par cette manoeuvre puisque son fonctionnement est independant de la posi- tion du robinet 35; par contre la tige de la valve C s'abaisse supprimant la communication entre.la pompe 6 et le réservoir B ; leclapet 23 ouvre en grand l'admis-
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sion de la vapeur à la pompe 8 et le clapet 22 retombe sur. son siège. La pompe 7 continue à,aspirer l'eau du tender par les tuyaux 44 et 45 et la refoule au réchauffeur. Une partie de cette eau se rend par le tuyau 5 à la pompe à eau chaude 6 qui la refoule à la chaudière.
L'excès d'eau chaude déversé dans la chambre 1 par suite de la différence de cylindrées entre les pompes 6 et 7, se déverse dans le compartiment 3 et de là dans le réservoir B où elle s'accu- mule pour être utilisée au moment de la marche à régulateur fermé. Lorsque le réservoir 3 est complètement rempli l'ex- cès d'eau du compartiment 2 se rend par le tuyau 14 -au vase d'aspiration E d'où elle est aspirée par la pompe à eau froide 7. Le tuyau 14 plongeant dans le fond du réservoir B, c'est l'eau la plus froide de ce réservoir qui e rend au vase E et le tuyau 14 s'élevant à un niveau supérieur au ni- veau de l'eau dans le tender, il ne risque pas, quand le ré- servoir B cesse de se remplir, de continuer à fonctionner comme siphon.
Quand le réservoir B est plein l'eau refonte par le tuyau 4 dans le compartiment 2 du réchauffeur A et atteint l'orifice d'entrée du tuyau 9; à partir de ce moment le trop plein du compartiment 2 s'écoule par le tuyau 9 dans l'égouttoir 10 placé devant le mécanicien et celui-ci, ain- si averti, arrête la pompe en fermant le robinet 30.
En résumé, il est facile de voir que grâce aux dis- positions employées lorsque le régulateur est fermé, quelle que soit la position du robinet 35, la pompe à eau froide ne peut pas aspirer l'eau du tender, mais aspire obligatoi- rement et automatiquement l'eau chaude du réservoir B, ce qui évite de façon rigoureuse tout apport d'eau froide dans la réserve d'eau chaude, et en même temps l'intruduction d d'eau froide dans la chaudière. En outre lorsque 1 régula-
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teur est Ouvert., il sufi de manoeuvrer le robinet 35 et de l'amener dans l'une de ses deux positions.pour permettre à volonté;
a) soit de remplir le réservoir d'eau chaude c'est-à-dire d'utiliser la totalité du débit de l'appareil d'injection et du réchauffeur pour constituer la réserve, en coupant l'ali- mentation à la chaudière , b) soit d'alimenter la chaudière si pour des raisons par- ticulières, le mécanicien est obligé d'alimenter momentanément la chaudière à régulateur ouvert, tout en constituant la réserve d'eau chaude au moyen du trop plein du réchauffeur, c'est-à-dire de n'utiliser qu'une partie du débit du réohauffeur pour consti- tuer la réserve.
De plus l'emploi des values 0 et D'actionnées par la vapeur provenant de la botte à tiroirs de la machine,'permet bien de réaliser les différents modes d'alimentatino ci-dessus d'une part à volonté suivant les besoins, d'après la position du ro- binet 35, et d'autre part automatiquement dans chaque cas sui- vant la position du régulateur.
L'invention bien entendu n'est pas limitée aux disposi- tions oonstructives décrites et représentées qui n'ont été choi- sies qu'à titre d'exemple. Lesvalves en particulier ont été représentées d'une façon schématique qui n'est pas limitative de leur mode de réalisation. Ces valves sont représentées comme étant actionnées par la vapeur vive de la chaudière, maiselles pourraient aussi bien être commandées soit directement à la main, soit automatiquement en étant reliées de façon appropriée aux organes de distribution de la vapeur. Dans ce dernier cas, le robinet 35 sera évidemment remplacé par tout dispositif de transmission mécanique approprié permettant à volonté de trans- mettre ou non, aux valves, ou autres organes obturateurs, les mouvements du régulateur ou autres organes de commande.
De même, les pompes 6 et 7 pourraient être commandées méca- niquement par les organes en mouvementée la machine,