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"Installation génératrice de vapeur à haute pression"
La présente invention se rapporte à,une ins- tallation génératrice de vapeur à haute pression. L'éta- blissement d'une installation de ce genre comporte la so- lution de problèmes qui sont notablement différents de ceux que pose la construction de chaudières pour pres- sions ordinaires, par exemple comprises entre 25 et 30 Kgs/cm2. C'est ainsi que, pour présenter une sécurité de service suffisante, une chaudière à haute pression ne doit pas comporter, dans les chambres parcourues par les gaz de combustion à haute température, de tambours à vapeur et à eau volumineux, car les tensions provoquées dans les tambours par les températures élevées donnent toujours lieu à des difficultés.
Comme, de plus, il ne saurait guère plus être question de tambours rivés ou même soudés à l'autogène pour des pressions au delà de 60 Kgs. et que les tambours venus de forge sans joints reviennent très
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cher, il n'est pas possible de construire à un prix avanta- geux des chaudières à haute pression tant qu'il s'agit d'utiliser des tambours forgés sans joints. La présence de tambours nécessite en outre celle de conduites de retour d'eau, auquel cas on se heur-te à des difficultés non seulement en ce qui concerne le dudgeonnage des tubes mais aussi à propos de la circulation de l'eau et du maintien des tubes en état de propreté. Les tubes de circulation d'eau nécessitent en outre des dispositifs spéciaux pour assurer le guidage des gaz du foyer.
La présente invention résoud, en évitant tous les inconvénients signalés, le problème que pose la construc- tion d'une chaudière à vapeur à haute-pression de grande puissance fonctionnant de façon sûre, économique et dont le prix de revient soit modéré. A cet effet., l'eau est vaporisée dans l'installation à haute pression suivant l'invention dans des tubes droits verticaux ou fortement inclinés et sans circulation et, dans chacun de ces tubes, à leur partie supérieure et en dehors de la zône de chauf- fage, il est ménagé un espace de collection de vapeur, et la partie de tube remplie d'eaus'élève au moins aussi haut que la surface de tube léchée par les gaz du foyer.
Bien qu'on ait déjà fait usage, en chaudronnerie, de tubes droits verticaux ou fortement inclinés comportant à leur partie supérieure un espace de collection de vapeur, cette utilisation n'a encore jamais eu pour base la con- statation sur laquelle repose la présente invention, que des tubes de ce genre ne permettent une propre génération
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de vapeur que s'il y rêgne une pression de vapeur élevée, car ce n'est que dans ce cas que la surface d' évaporation peut être mise avec la surface de chauffe des tubes dans un rapport tel qu'on puisse encore se servir de tubes de longueur permettant leur fabrication et dont le prix ne soit pas trop élevé, et qu'une évapo- ration calme et exempte d'entraînements d'eau soit garan- tie même dans le cas d'une production de grandes quanti- tés de vapeur par unité de surface.
Les avantages qui viennent d'être indiqueés sont réalisés, dans une mesure particulièrement complète, si l'on se sert de tubes bouilleurs droits ou fortement inclinés s'évasant conique- ment ou par gradins de bas en haut.
Les mesures qui consistent en ce que l'espace de collection de vapeur de chaque tube est disposé en dehors de la zone de chauffage et que seule la partie de tube en contact avec l'eau soit léchée par les gaz du foyer, me- sures qui s'appuient sur la constatation que surtout les parties de la paroi tubulaire voisines de la surfa- ce d'évaporation sont plus particulièrement en danger par suite de l'absence d'une circulation d'eau, contribuent en premier lieu à garantir une absolue sécurité de fone- ' tionnement. Pour augmenter encore cette sécurité, cha- cun des éléments tubulaires verticaux ou fortement incli- nés peut avec avantage être relié, au moyen de conduites individuelles commandées, à des conduites de distribution d'eau et de collection de vapeur situées en dehors de la chambre de chauffe.
Des modes d'exécution de l'objet de l'inven-
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tion sont représentés à titre d'exemple dans les dessins ci-joint :
La fig. 1 est une coupe verticale suivant la ligne 1-1 de la fig. 2 à travers une chaudière à vapeur dont les tubes bouilleurs sont disposés suivant deux rangées circulaires concentriques. On a, pour plus de clarté, supprimé dans cette vue ceux des tubes bouilleurs qui n'auraient été représentés qu'en élévation.
La fig. 2 est une coupe horizontale suivant la ligne II-II de la fig.l et dans laquelle, pour plus de clarté, un grand nombre de conduites ont été supprimées.
La fig. 3 est une coupe verticale suivant la ligne III-III de la fig. 4 à travers une chaudière dont les tubes bouilleurs sont disposés en rangées parallèles de part et d'autre de la grille; enfin, la fig. 4 représente , dans sa moitié supérieure, une coupe horizontale suivant la ligne IV-IV de la fig. 3 et, dans sa moitié inférieure, une coupe suivant la ligne V-V de la fig. 3.
Dans les fig. 1 et 2,1 désigne des tubes bouilleurs verticaux qui s'évansent coniquement de bas en haut et sont disposés en grand nombre en deux rangées concentriques. A la partie inférieure de chacun des tubes bouilleurs 1 est raccordée une.conduite individuelle étroite 2 amenant l'eau d'une chambre de répartition 3 ou 4. Les chambres 3 et 4 communiquent avec *un réchaufieur d'eau d'alimentation 5 dans lequell'eau est amenée par une conduite 6 et que est chauffé à 1' aide des gaz perdus. La chaudière est équipée d'un dis-
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positif de chauffage à charbon pulvérisé 7 autour du- quel deux rangées de tubes bouilleurs 1 sont disposées en cercle.
La surface de chauffe des tubes bouilleurs 1 et la section de passage des étroites conduites d'ali- mentation 2, ainsi que la vitesse d'écoulement de L'eau qui y passe sont choisies de manière qu'il suffit que l'eau parcoure une seule fois le tube de bout en bout pour qu'elle se trouve complètement vaporisée. En choi- sissant convenablement la conicité des tubes bouilleurs 1 on a en outre la possibilité d'établir entre la surfa- ce d'évaporation a et la surface de chauffe de chacun des tubes un rapport tel que l'évaporation s'accomplisse d'une manière relativement calme. La partie extrême supérieure des tubes bouilleurs 1 est de forme cylindri- que et n'est remplie d'eau que dans une faible mesure, de sorte qu'il est ménagé un espace b qui joue le rôle de séparateur d'eau et de chambre à vapeur.
La partie supérieure des tubes bouilleurs 1 est séparée du foyer 12 au moyen d'une cloison 11, qui sert en même temps à maintenir les tubes bouilleurs 1 dans leur position ver- ticale, de telle manière que les gaz du foyer ne puis- sent céder de la chaleur à ladite chambre b puisqu'ils n'ont pas accès dans la chambre 19. Afin de permettre l'évacuation de la vapeur produite dans les tubes bouil- leurs 1, chacun de ceux-ci est muni à sa partie supé- rieure d'une conduite individuelle étroite 8. Les di- verses conduites 8 sont raccordées à un collecteur 9 d'où la vapeur passe dans des serpentins de surchauffe lo. Les gaz de la combustion s'échappent de la chambre
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12 dans le sens de la flèche A vers le surchauffeur lo et, de là, par un passage 13, dans le sens de la flèche B, vers le réchauffeur 5.
Dans le cas de la chaudière décrite, des dispositifs de distribution d'eau et de collection de vapeur, les tubes bouilleurs 1 et les condu- ites étoites d'alimentation 2 sont les seuls éléments renfermés dans le foyer 12, d'ou il résulte une sécurité de fonctionnement considérable. On peut accroître encore cette sécurité en intercalant dans chacune des conduites 2 et 8 un organe d'interception grâce auxquels le tube bouilleur 1 peut être isolé tant sous le rapport de l'alimentation de l'eau que sous celui de la collection de vapeur. Par suite, si l'un quelconque des tubes 1 subit une avarie en cours de service, il est possible de l'isoler sans qu'il soit nécessaire d'interrompre le fonctionnement de la chaudière tout entière.
Comme organes d'interception pour les condui- tes 2 et 8 on peut avantageusement utiliser des soupapes de sûreté automatiques; ces soupapes peuvent être construi- tes de telle sorte que celles qui sont intercalées dans les étroites conduites d'alimentation 2 se ferment, par exemple, s'il se produit une élévation inadmissible de la pression dans le tube bouilleur tandis que, par con- tre, celles qui sont intercalées dans les étroites con- duites collectrices 8 se ferment lorsque la pression en aval du tube bouilleur auquel elle est affectée dépasse une certaine limite.
Comme il a été indiqué, en vue d'obtenir une évaporation calme, il y a avantage a ce/que les tubes
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bouilleurs 1 soient notablement plus larges à leur extré- mité supérieure qu'à leur extrémité inférieure, afin que la surface d'évaporation soit grande relativement à la surface chauffante. On peut atteindre ce résultat non seulement en donnant aux tubes 1 la forme conique repré- sentée à la fig. 1 mais encore, par exemple, en les élar- gissant par gradins successifs de bas en haut. Si on le désire, les tubes 1 peuvent être établis coniques jus- qu'à leur extrémité supérieure.
Si la partie supérieure des tubes bouilleurs 1, surtout la partie qui limite l'espace b qui joue le rôle de séparateur d'eau et de cham- bre à vapeur, se trouve dans une chambre accessible aux gaz de combustion , on peut revêtir ladite partie d'une composition calorifuge.
Dans le cas d'une génération de vapeur à très haute pression il est possible, par suite du petit volume spécifique de la vapeur, même si les tubes 1 sont uni- formément cylindriques, d'obtenir une surface d'évapo- ration de grandeur suffisante pour assurer une évapora- tion calme.
On peut disposer les tubes bouilleurs 1 de fa- çon à répondre à tous les besoins tant qu'il est possi- ble de disposer dans le foyer 12 des dispositifs de distri- bution d'eau et de collection de vapeur seulement les par- ties constituées par les étroites conduites d'alimenta- tion d'eau 2 et de prise de vapeur 8. C'est ainsi que, dans le second mode d'exécution repré'senté aux f,ig.3 et 4, les tubes bouilleurs verticaux 1 sont, en nombre con- sidérable, disposés en rangées parallèles de part et d'
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autre d'une grille 13.
Dans ce cas, le réchauffeur d'eau d'ali- mentation 5 est disposé, suivant le sens de l'écoulement des gaz du foyer, à l'arrière du surchauffeur 10 qui, de son côté, se trouve lui-même à l'arrière de la grille 13, les dimensions de la chaudière étant notablement plus grandes dans le sens de la lon- gueur que dans celui de la largeur. Dans les fig.3 et 4 on a aussi indiqué les organes d'interception 14 et 15 qui sont re- spectivement intercalés dans les étroites conduites d'alimenta- tion 2 et de prise de vapeur 8 à chacune desquelles est affecté, . dans sa catégorie, un tube bouilleur commun 1.
Toutes les con- duites 2 et 8 d'une rangée sont respectivement raccordées'à une conduite principale commune 16 ou 17 lesquelles, toutefois, sont elles aussi relativement étroites car les vitesses d'écoulement sont relativement faibles. Dans ce cas, les organes d'intercep- tion 14 et les conduites principales 16, de même que les cham- bres de distribution d'eau 18 sont disposées, comme il ressort de la fig.4, complètement en dehors de la maçonnerie 2o de la chaudière, ce qui contribue encore à la sécurité du fonctionne- ment du fait que, ici, les chambres à eau et à vapeur situées à l'intérieur de la chambre de chauffesont réduites au minimum, les conduites 8 et 17 étant aussi disposées dans la chambre 19, laquelle n'est pas parcourue par les gaz du foyer.
Comme, dans les modes d'exécution décrits, il suffit que l'eau traverse une seule fois les tubes bouilleurs 1 de bout en bout pour se trouver vaporisée, il n'est besoin d'aucune pompe de circulation d'eau, ce qui ajoute encore à la sécurité et à
1 l'économie de service de la chaudière.