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Procédé de marche pour machines à vapeur .à haute pression.
A l'heure actuelle on a tendance à utiliser dans les machines à vapeur des pressions, supérieures à 20 atmosphères. Les générateurs de vapeur à haute pression
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sont, par suite de leur volume d'eau relativement faible, très sensibles aux fluatuations de la charge, pour aug- menter la souplesse de fonctionnement de la chaudière , on a déjà combiné des générateurs à haute pression avec des générateurs à basse pression, mais ce procédé entraîne des complications de marche très considérables, notam- ment à cause du ohauffage séparé.
La présente invention concerne un pro- cédé pour la marche des chaudières et machines à vapeur à haute pression grâce auquel pourront être évitées les difficultés susdites,particulièrement désavantageuses dans les machines mobiles.
Pour des machines à vapeur saturée, on connaîtdéjà des procédés dans lesquels la somme d'énergie engendrée dans les machines à vapeur(à pistons,à turbines, etc..) est divisée en -eux étages principaux, si bien que la vapeur à haute pression est, dans le premier ét.ge principal,détendue à une prescion intermédiaire sulsla quelle cette vapeur se condense en cédant sa chaleur à l'eau du deuxième étage principal,et est ensuite re- tournée à la chaudière à haute pression par des pompes, etc...La chaleur de condensation de la vapeur du premier étage transforme l'eau du deuxième étage principal en vapeur à basse pression qui, à son tour, est, dans des machines à vapeur à basse pression,détendue à la pression atmosphétique ou à la pression d'un condenseur.
Ce procédé visait à conserver dans le cyclede fonctionnement la chaleur latentede l'eau en- traînée et, en même temps, à alimenter en eau pure la chaudière exposée au feu.
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Conformément à la présente invention 1'échan gur de chaleur sera établi de manière à protéger la chau dière à haute pression contre les fluctuations de charge de l'installation motrice. Dans ce but, on établira des deux cotés, coté condensateur, et côté générateur, de grands volumes d'eau permettant un double effet d'accumu- lation, tout en assurant à la chaudière à haute pression une réserve d'eau d'alimentation réchauffée.
Il faut entendre, par là qu'on pourra diminuer ou arrêter par exemple l'alimentation en eau de l'accumulateur à basse pression provoquant ainsi une va.- porisation abondante dans l'élément à basse pression,sans rien changer à l'état thermique de la chaudière à haute pression. La majeure partie ou la totalité de la vapeur à basse pression est alors forunie par le coté à basse pression de l'accumulateur.
De préférence, l'eau du coté à basse pression sera accumulée au-dessus de la surface d'échange de la ohaleur afin que,m'orne pour le remplissage minimum de l'accumulateur.cette surface d'échange conserve sa pleine action. le volume d'eau du côté à haute pression de l'échangeur thermique est avantageusement situé assez bas pour que ses fluctuations de niveau correspondant à celles de la chaudière à haute pression, n'exercent aucune influence sur la surface active pour l'échange de la cha- leur.
L'effet de l'accumulateur est adapté à toutes les conditions de fonctionnement par ce fait que le rapport des admissions aux machines à haute pression et à basse pression est modifié en marche,de telle sorte qu'on puisse régler à volonté la pression régnant de part et d'autre dans l'accumulateur.
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Cette variation du rapport des admissions peut être commandée à la main ou bien automatiquement par exemple,grâce à la pression de la chaudière à haute pres- sion ou en fonction du rapport des pressions des chau dières à haute pression et à basse pression.
Des dispositifs indicateurs de niveau d'eau dans les chaudières à haute pression occasionnent de nombreux dérangements. Or, le procédé conforme à la présente invention, en raison de la forme d son condense - seur à grand volume d'eau,autorise une mesure fidèle de son niveau d'eau et par conséquent, le contrôle du niveau de l'eau- dans la chaudière à haute pression. Si les pertes par fuites dans le circuit à haute pression sont bien dé- terminées, on pourra même supprimer l'indicateur de niveau d'eau de la chaudière à haute pression.
Ce procédé perfectionné offre de précieux avantages pour les machines à haute pression. La vapeur à basse pression produits dans le générateur est de la vapeur saturée et ne pourrait, en général ,être surchauffa que dans un foyer; mais en présence de pressions suffisam- ment élevées dans la chaudière à haute pression, par exemple de 100 atm. ,on pourra très simplement surchauffer la vapeur à basse pression au moyen de la vapeur à haute pression.
Conformément à l'invention, on utilisera à cet effet une partie du contenu de la chaudière à haute pression (appeur, eau, ou mélange des deux) qu'on en- par circulation forcée/ verra/dans un circuit formera l'aide de pompes etc..., à travers un système de serpentins entourés par la vapeur à basse pression qu'on veut surchauffer. Bien entendu, ce
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procédé n'est pas restreint à la surchauffe de la Vapeur à basse pression,mais peut tout aussi bien,être appli- qué à la vapeur motrice des étages intermédiaires entre le deux étages principaux.
Si pour la production de la. vapeur à haute pression on utilise un procédé suivant lequel on prélève sur la chaudière une partie de son contenu que l'on fait circuler par une pompe en circuit ferme pour le ramener de la chaudière après absorption de.sa cha- leur au sein d'un dispositif de chauffage; spécial, on pourra,avec avantage, utiliser une partie de la masse en circulation pour la surchauffe intermédiaire en sup- primant a.insi toute pompe particulière.
Dans les chaudières de ce système à cir- culation de vapeur, il est avantageux de prévoir pour la mise en service, une chaudière de réchauffage séparée permettant le production d'une tapeur de 5 à 15 atm. la circulation pouvant alors débuter à ces pressions. "échan geur de chaleur peut, dans ce cas,servir avantageusement de chaudière de réchauffage.
On supprime ainsi toute chaudière spécial , tout en amenant l'échangeur de chaleur à sa pression de @ service.
Un mode de mise en oeuvre général est représenté sur la fig.l. On y boit une chaudière 1 à haute pression contenant un liquide,qui arrive an ni- veau s-s. La vapeur est prélevée en a sur la chaudière , surchauffée dans le sur chauffeur 2 et envoyée en b dans le cylindre à haute pression 3. Après avoir accompli son travail, la vapeur détendue est condensée dans l'é- changeur de chaleur 4. Celui-ci est exécuté par exemple de manière à engendrer dans ses tubes la vapeur à basse.
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pression, alorsqu'autor tubes se condense la vapeur; après avoir dévissé les couvercles/ ±Le la sorite/il sera aisé d'eniver les incrustations qui se déposent dans les tubes.
Dans l'espace de condensation 5, il se forme un niveau d'eau s's qui peut être lu sur l'indi- cateur de niveau 6 tandisque le niveau d'eau s"-s" dans le générateur 7 peut îre lu sur l'indicateur de niveau 8, ces indications pouvant être reportées dans la cabine du mécanicien.
La vapeur à basse pression ainsi engen- drée traverse un surohauffeur 9 pour y être surchauffée avant de gagner la machine à basse pression 10
Le condensât du condenseur 5 s'écoule vers / la pompe alimentatriae 11 qui le refoule par l'économi- seur à gaz d'échappement 12 jusque dans la chaudière à haute pression.Le générateur à basse pression 7 est alimen- té en eau par une pompe à basse pression 14.
Sur la fig.2 est représenté un mode de réalisation destiné à une locomotive qui utilise un géné- rateur à haute pression avec circulation contrainte ou forcée de la vapeur.Les signes de référence sur cette fige concordent avec ceux de la fig. l.De plus, le chiffre 15 désigne la pompe à vapeur pour la circulation forcée, le courant de vapeur étant pris en a sur la chaudière,refoulé à travers le surchauffeur 2 et ret3urné à la chaudière en c La vapeur de la machine à vapeur à piston, est puréfiée dans un déshuileur 16.
La vapeur à basse pression produite dans ce dispositif traverse un surchaufeur intermédiaire 17, pour y être surchauffée et gagne ensuitela machine à bas-
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se pression 10 A travers le surohauffeur intermédiaire on fait passer par des serpentins eto.. de la vapeur à haute pression prélevée en d derière la pompe sur le circuit forcé principal;
après se condensation sous la surpression de la pompe,cotte vapeur revient à la chau- dière,indépendamment de la ohute de pression statique. , On peut, de la sorte,quand les deux éta-
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ges principaux sont subdivisés en ous-étages,sUrOhaUffer la vapeur motrice entre étages,les conduites à haute près-. ' siondes divers surchauffeurs intermédiaires pouvant être exécutées en série ou en parallèle.
Le point de prélève- ment de la vapeur à haute pression peut, comme on l'a représenté,pire situé derrière la pompe afin d'appliquer- à la surchauffe intermédiaire une tapeur saturée.Mais on peut aussi, en tout autre endroit des serpentins de sur- chauffe, dériver de la apsur surchauffée pourvu que la marge de pression entre le point de prélèvement et la chaudière soit assez considérable pour garantir le passage à travers la conduite de surchauffe intermédiaire.
Dans d'autre systèmes de chaudières ne fonctionnant pas avec circulation forcée, la vapeur destinée à la surchauffé intermédiaire sera prise en un point quelconque de la chaudière ou du surohauffeur,alorsque le condensat formé dans le surchauffeur intermédiaire estretourné à la chaudière à haute pression grâce à un circuit fermé avez pompe etc...; de telle sorte qu'ici encore l'emplacement du surohauffeur intermédiaire ne dépendra pas non plus de la chute de pression statique.
En s'échappant du cylindre à basse pres- sion, la vapeur traverse avantageusement le tube de tirage mais cette vapeur pourrait aussi être détendue dans la machine jusquà condensation ou bien encore la vapeur
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d'échappement pourrait servir au chauffage ou à d'autres fins. L'eau est envoyée à la chaudière à.basse pressiez à partir du tender par une pompe alimentatrice ou plus simplement par un injecteur.
On voit en 18 un foyer spé- cial servant à la mise en route de la chaudière à haute pression et dont les gaz de chauffe traversent par exemple les tubes de fumée 19 du condenseur pour le mettre sous pression Par le conduite 20 la vapeur engendrée peut parvenir à la chaudière à haute pression et ensuite, à une pression convenable, être envoyée par une pompe de circulation à travers le surohauffeur. Dès qu'est atteinte la pression indispensable pour assurer une circulation de vapeur satisfaisante, le chauffage de l'échangeur de chaleur est arrêté et le conduite 20 est fermée. Ce pro- cédé,outre la pureté de l'eau d'alimentation, procure ence pour la chaudière à haute pression les grands avantages que l'on va décrire et convient plus particulièrement aux groupes mobiles, notamment pour les locomotives.
Le rendement de l'ensemble est bien amélioré du' fait que le poids de vapeur travaillant dans le deuxième étage principal est plus léger que dans le premier, ce qui diminue grandement les pertes par aonden- sation et échappement du groupe; en effet pour une pressian suffisamment élevée dans l'échangeur de chaleur la miffé renoe entre la quantité de chaleur contenue dans l'eau d'alimentation du côté à basse pression et la chaleur la- tente du liquide dans le générateur à basse pression est assez considérable, de telle sorte qutune partie de la chaleur de condensation de la vapeur du premier étage principal est utilisée, non pas pour la vaporisation mais pour le réchauffage de l'eau d'alimentation .
Les gaz perdus servant à réchauffer le condensât du premier étage
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principal, tandique l'eau d' alimentaïn.rt ...:.,..w....,1,.; ¯....1 -.5:.- --s-r-----------.--r-r----rr..-----.ase..wr..,w----rrr ------- du deuxième étage pris cipal sera, pour bien faire, non pas réchauffée à l'avance, mais simplement chauffée au passage d l'injeeteur par exemple avant de pénétrer dans le générateur. DE cette façon, sur une locomotive par exemple, le tendes n'aura plus a emmener qu'une quantité d'eau bien réduite, ou bien alors , pour une même quantité d'eau , le rayon d'au-
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tion augmentera grand en en .
En faisant de l'échangeur de chaleur un accumulateur à grand volume d'eau des deux cotés, on pour- ra,même pendant l'arrêt de la machine, prélever , pour' le chauffage et d'autres buts , de la vapeur ayant déjà accompli un travail mécanique; par exemple sur une 1000- motive, on aura à sa disposition, pour le chauffage du train, pour le frein à air comprimé ou raréfia,pour l'en- traînement de la pompe de circulation et de la pompe ali-
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montatrice eta..., une certaine quantité de vapeur ayant déjà .fourni du travail dans le premier étage principal alors/qu'autrement cette vapeur était obtenue par le lamina;
ge d'une quatnité de vapeur fraiche
Grâce à la séparation des systèmes de distribution pour la machine à ,haute pression et pour la machine à basse pression, tout en assurant les'liaisons-, de
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commande indispensables, il sera possible de aombîner'pve.0 une admission'a haute pression de valeur quelconque, une admission à base pression plus ou moins considérable. On pourra donc ainsi régler à volonté la pression dans 1'é changeur thermique.
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Un mode de réalisation d'un changement d'ad mission pour locomotive est indiqué sur la fig.3. On voit en 21 le levier de renversemetn de marche de la distribu- tion type Heusinger pour la machine à haute pression. (On peut par exemple commander aussi deux cylindres oompound), et en 22 le levier de la machine à basse pression, en 23 la vis principale du régulateur commandée par la manette
24 pour faire varier simultanément les admissions des deux étages principaux. Sur l'écrou 25 est articulée la tringle de renversement 26 de l'étage à haute pression.
La tringle 27 pour l'étage à basse pression se visse dans le manchon taraudé 28 qui peut tourner sur l'écrou 25.
Le volant de commande 29 assure la rotation du manchon taraudé et par suite le déplacement mutuel des tringles de renversement.Grâce à ce dispositif, on peut compenser les prélèvements variables de vapeur à.basse pression sur le générateur en diminuant l'admission à basse pression et en faisant baisser progressivement la pression,éviter toute surcharge de la chaudière à haute pression, et, quand des surcharges devront se produire , faire monter la pression dans l'échangeur de chaleur et inversement,aug- menter grandement l'élasticité de fonctionnement de la chaudière.
Sur les locomotives il est particulière- ment avantageux- d'avoir une eau d'alimentation pure pour la chaudière à haute pression; l'eau de chaudière impure ne peut ici charger d'incrustrations que l'éohangeur de chaleur. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur sera monté de manière à pouvoir être rapidement démonté et remplacé nettové par un échanguer,On peut aussi par exemple diviser l'é- changeur de chaleur en deux parties. Dans la première
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réchauffés/ partieseule l'eau d'alimentation du générateur es t/ par la vapeur qui se condse au point de provo- quer le dépôt de la totalité des sels d'incrustation qui seront recueillis dans une poche à boues spéciales.
Dans la seconde partie, de. beaucoup la plus grande, est en- suite assurée la vaporisation de cette eau ; ainsi la durée de service de l'éohangeur principal est grandement prolongée , et il suffira de démonte r , de temps en temps, le petit éohangeur. La transmission de la. chaleur se fera mieux aussi, et on économisera de la surface de chauffe du fait que la chute de température dana le réchauffeur- est bien plus grande que si cette même surface de chauffe devait être comprise dans le générateur.
Les pertes par fuites dans le circuit à haute pression seront, à la manière la plus simple,ré- cupérées sur l'eau à basse pression ou, le aas échéante sur un condensat à basse pression spécialement engendré dans ce but. On peut par exemple refouler dans la chau dière à haute pression l'eau du générateur par une petite pompe alimentatrice auxiliaire ou plus avantageusement de l'eau d'alimentation à basse pression à travers u pe tit injecteur. Dans ce système, les soupapes de sûreté, de préférence, n'échapperont pas à l'air libre, mais dans un condensateur, ou bien encore une canalisa, ti on spéciale servira à empêcher par échappement au condenseur , les dépassements de pression de la chaudière à haute pression.
REVENDICATIONS.
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