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"Surohauffeur à tubes de chauffe en serpentin".
La présente invention est relative aux surchauffeurs tubes de chauffe en serpentin dans lesquels le fluide chauffant, par exemple de la vapeur surchauffée ou un liquide porté une haute température s'écoule de haut en bas, tandis que la vapeur d'utilisation a surchauffer est introduite à la partie inférieure du surchauffeur: et en est évacuée à la partie supérieure. Les/serpentins de @
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chauffe peuvent, dans ce cas, être établis sous forme de tubes parallèles recourbés en forme d'U, ou de tubes concentriques les uns aux autres et enroulés en hélice.
Cette construction connue des surchauffeurs a l'avantage de rendre possible l'installation de la surface de chauffe maxima dans une chambre de volume donné. Si on fait, comme c'est l'habitude, circuler la vapeur d'uti- lisation à surchauffer suivant une direction essen- tiellement verticale à travers la chambre de surchauffe, la vitesse d'écoulement est déterminée par la grandeur des espaces libres entre les serpentins de tubes juxta- posés ou concentriques par où la vapeur s'écoule. Comme ces espaces libres doivent être relativement grands, pour tenir compte de la construction des serpentins et de leur montage, on obtient, en additionnant ces espaces libres, une section de passage si grande que la vitesse d'écoulement de la vapeur d'utilisation reste faible dans tous les cas.
En outre, la surface extérieure des ser- pentins de chauffe ne se trouve en contact avec la va- peur d'utilisation circulant entre eux suivant un trajet ascendant qu'à la place la plus étroite entre deux tubes voisins sur deux bandes resserrées. Pour ces deux raisons, et aussi par suite de la faible vitesse d'écoulement de la vapeur d'utilisation et de son mauvais contact avec la surface de chauffe, le coefficient de transmission thermique est faible et, par suite, une très grande sur- face de chauffe est nécessaire. Une grande surface de chauffe détermine un mauvais rendement de l'appareil et de grands frais d'établissement, abstraction faite, dans beaucoup de cas, du manque de place nécessaire.
La présente invention permet de remédier aux in- convénients précités en conservant la disposition de
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serpentins de chauffe en forme d'U ou d'hélice, mais en remplaçant l'écoulement vertical de la vapeur dtutili- sation par un trajet en va-et-vient sensiblement hori- zontal le long des serpentins de chauffe. Dans ce but, le surohauffeur est subdivisé en compartiments par des cloisons transversales munies d'ouvertures de passage disposées en chicanes pour la vapeur dtutilisation.
Celle-ci pénètre par une des cloisons transversales dans un compartiment de la chambre, se divise de manière à emprunter les trajets libres le long des tubes et les suit jusqu'à l'extrémité opposée de la cloison voisine située immédiatement au-dessus. De là, elle stéchappe de la même façon dans le compartiment suivant et s'écoule maintenant suivant une direction opposée le long des tubes en serpentin. Ce trajet en va-et-vient de la va- peur parallèlement aux tubes de chauffe a lieu jusqu'à la sortie.
Grâoe à ce nouveau mode de construction, il ntest plus nécessaire de maintenir très faible les jeux entre les bouoles des tubes spires juxtaposées ou concentriques et les parois de la chambre, pour avoir la plus grande vitesse d'écoulement possible pour la vapeur d'utili- sation et par suite une bonne transmission de chaleur.
Cette vitesse ne dépend plus de la grandeur de ces jeux, et l'invention permet de choisir arbitrairement la vi-. tesse d'écoulement de la vapeur d'utilisation, et ce, en direction verticale,. en déterminant de façon convena- ble, les dimensions des ouvertures de passage de cloisons intermédiaires, et, en direction horizontale, en agissant sur la distance des tubes superposés, La-limite supérieure .' de la vitesse ne dépend plus maintenant que des pertes,
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admissibles par frottement de la vapeur le long des ser- pentins lisses. On obtient en outre, par le mouvement de va-et-vient de la vapeur, expliqué ci-dessus, l'avantage suplémentaire que non seulement les tubes de chauffe soient en contact avec la vapeur qui s'écoule sur d'étroites bandes, de leur surface, mais qu'ils soient baignés sur toute leur étendue.
De même.aussi, l'influence nuisible des faisceaux de tubes d'inégale longueur dans le cas de la construction avec serpentins hélicoïdaux est éliminée.
Du fait de l'augmentation de la vitesse d'écoulement d'une part, et de l'immersion parfaite et constante des tubes de chauffe dans la vapeur d'utilisation circulant suivant un mouvement de va-et-vient d'autre part, on obtient une augmentation capitale de la transmission de chaleur et une utilisation efficace de la surface de chauffe. Par conséquent, on réalise une diminution cor- respondante de la surface de chauffe nécessaire pour une installation déterminée, c'est-à-dire une diminution de la place nécessaire pour le surchauffeur et une dimi- nution des frais d'établissement.
Le montage des serpen- tins de tubes de chauffe dans la chambre de l'appareil et leur jonction à 1'arrivéede vapeur chaude et à l'éva- cuation du condensat sont réalisés, conformément à l'in- vention, de manière que le remplacement d'un serpentin ne nécessite qu'un travail et un temps les plus réduits possibles.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
La fig. 1 est une coupe médiane verticale du sur- chauffeur,
La fig. 2 en est une coupe suivant la igne Il¯,, @
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de la fig. 1.
La fig. 3 représente à plus grande échelle, en coupe un mode de réalisation d'un joint étanche au passage d'un tube collecteur de vapeur à travers la paroi de la chambre du surchauffeur.
Un fond supérieur 2 et un fond inférieur 3 tous deux amovibles sont reliés l'enveloppe cylindrique de la chambre du surchauffeur. L'enveloppe 1 porte, à son extrémité inférieure, la tubulure d'admission 4 et son extrémité supérieure la tubulure de sortie 5 de la vapeur d'utilisation à surchauffer. Six tubes en serpentins 6 à 11, enroulés en hélices, sont destinée la circulation du fluide chauffant. Dans l'espace oompris entre les spires intérieures 11 est monté un cylindre 12, en tôle, fermé à. ses deux extrémités, de sorte que cet espace est complètement clos du cote de la chambre à section annulaire dans laquelle circule la vapeur d'utilisation. Cet espace est subdivisé en une série de compartiments annulaires par des parois transe ' versales 13.
Dans le mode d'exécution représenté, il y a dans chaque compartiment annulaire quatre boucles superposées de tubes en serpentins. Le nombre de tubes par compartiment annulaire, peut être choisi arbitraire- ment, pour obtenir un espacement vertical des boucles de nature produire la vitesse d'écoulement désirée de la vapeur d'utilisation dans l'intervalle compris entre les dites bouoles superposées.
Chaque cloison transversale 13 comporte un évidement en forme de secteur annulaire 14 et elle est construite en deux pièces pour faciliter le montage et le démontage.
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Les secteurs annulaires 14 sont diamétralement opposés quand on passe d'une cloison 13 à la suivante, de sorte que la vapeur d'utilisation est obligée de s'écouler suivant un trajet en chicane dans son parcours depuis la tubulure d'entrée 4 jusqu'à la tubulure de sortie 5.
Les cloisons intermédiaire 13 sont portées par des guides verticaux 15 et 16. Dans ce but, les guides sont munis de bossages 17 pour les guides 15 et 18 pour les guides 16 et sur ces bossages reposent les cloisons transversales 13. Les guides intérieurs 15 sont suspendus au bord supérieur du cylindre 12 au moyen de pièces en forme de crochets 20. Les guides extérieurs 16 reposent sur des embases 21, fixées à l'enveloppe 1 de la chambre du sur- chauffeur. A leurs extrémités inférireures, les guides 15 et 16 sont reliés par paires par des cornières trans- versales 19 facilement démontables, et à leurs extrémités supérieures par des boulons 22, des écrous 23 et des entre- toises 24.
Une rangée sur deux des tubes de chauffe en forme de serpentins possède une arrivéede vapeur et une éva- cuation de condensat communes. Par exemple, les extrémi- tés supérieures 25 et 26 des deux serpentins de tubes extérieurs 6 et 7 sont reliées à un tuyau collecteur 28, et leurs extrémités inférieures 30 et 31 à un tuyau col- lecteur 32. La réalisation de l'étanchéité à la vapeur pour le passage des tuyaux collecteurs à travers les fonds supérieur et inférieur de la chambre de surchauffe est la même pour tous ces tuyaux, aussi il suffit de la décrire pour un seultuyau collecteur 32, servant à l'éva- cuation du condensat, en se reportant à la figure 3.
Le tuyau collecteur 32 traverse un raccord 33, dudgeonné
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dans le fond 3, mais qui peut aussi être d'une seule pièce avec ce dernier. Les raccords peuvent aussi être montés dans l'enveloppe de la paroi de la chambre au lieu de l'être sur le fond. Le raccord 33 porte une bride 34, reliée à un anneau 35 au moyen de boulons
36 et d'écrous 37. L'anneau 35 tourne librement sur une pièce 38 munie d'un filetage 39 et appartenant au tuyau collecteur 39.
Au moyen d'un écrou 40, pouvant tourner sur les filets 39 du tuyau 32 et s'appuyant'-, contre l'anneau 35 le tuyau collecteur 32 peut être vissé de manière qu'un épaulement 41 s'appuie par l'autre côté contre l'anneau 3 Pour obtenir une meilleure étanohéité, entre l'anneau 35 d'une part, et l'épau- lement 41 du tuyau collecteur et la bride 34 du raccord 33 d'autre part, on a inséré un anneau de garniture 42.
La vapeur ne peut donc pas passer de l'intérieur de la chambre de surchauffe à l'extérieur, à l'endroit où se fait la traversée. La traversée étanche du tuyau collée-- teur réalisée de cette façon présente cet avantage que la garniture se trouve à l'extérieur de la chambre.
Chaque défaut d'étanchéité est par conséquent immédiate- ment décelé et on peut'facilement y remédier. @
Les tuyaux collecteurs servant à l'introduction de la vapeur de chauffe et l'évacuation du condensat sont disposés par rapport aux deux serpentins de chauffe correspondants de manière que l'un soit par exemple à peu prs à 1'aplomb du serpentin extérieur, et que l'autre soit sensiblement à l'aplomb du serpentin intérieur.
Dans le mode de réalisation représenté, le tuyau col lecteur 26 pour l'arrivée de vapeur de chauffe, se trouve à peu prés à l'apbmb du serpentin 6 et le tuyau collecteur
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32 pour l'évacuation du condensat à l'aplomb au ser- pentin 7. Du fait de cette disposition décalée, on obtient l'avantage lors d'une détérioration d'un ser- pentin de tuyau de pouvoir changer le serpentin en- dommagé sans couper la liaison, entre les autres serpentins et le tuyau collecteur. En cas d'avarie, on démonte les vis situées hors du fond supérieur 2 et du fond in- férieur 3. On peut ensuite enlever ce fond supérieur et tout le système de tubes de chauffe de la chambre.
Après avoir démonté les guides extérieurs 16 et les avoir enlevés ainsi que les cloisons transversales 13 chaque paire de serpentins de chauffe peut être démontée avec le tuyau collecteur qui lui appartient. Si, par exemple, le serpentin 7 est défectueux, on retire la paire de serpentins 6 et 7 et de ce fait, la communica- tion entre le serpentin 7 et les tuyaux collecteurs 28 et 32 est coupée. On peut alors retirer le serpentin 7 du côté où se trouve le tuyau collecteur 28, sans autre difficulté, puisque le tuyau collecteur 28 est décalé par rapport au serpentin 7 La communication entre les tuyaux collecteurs 28 et 32 et le serpentin 6 peut ainsi rester intacte.
En cas de détérioration du serpentin 6, celui-ci peut être séparé de la même façon et retiré du côté où se trouve le tuyau collecteur 32 Les travaux nécessaires au changement d'un serpentin sont réduits à un minimum du fait de montage décrit des serpentins par paires et de la disposition décalée des tuyaux collec- teurs. Si l'on emplois, dans le cas d'un diamètre plus grand des hélices, des serpentins à double pas, et que chaque double serpentin soit.relié à des tuyaux collec- teurs communs, on peut, en cas de besoin, changer un serpentin double exactement de la même lanière simple.
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Le trajet de la vapeur d'utilisatio à surchauffer travers les compartiments annulaires du surchauffeur, délimités par les cloisons intermédiaires 13 est in- diqué dans le dessin par des flèches. La vapeur qui entre par la tubulure 4 s'éooule dans le premier com partiment de la chambre, au-dessus de la oloison trans- versale 13 la plus basse passe dans les intervalles annulaires compris entre les hélices superposées des serpentins et gagne le côté opposé d'ou elle peut se,, rendre dans le deuxième compartiment à travers l'ouver- ture 14 de la deuxième cloison intermédiaire 13,à part tir du bas. Le passage de la vapeur a lieu, dans ce cas;, par les fentes annulaires situées entre l'enveloppe 1 et les bouoles des serpentins.
La vapeur remontant à travers les fentes annulaires subit un changement de . direction et s'écoule maintenant dans les intervalles compris entre les boucles le long des hélices puis le passage au côté opposé du compartiment annulaire suivant se reproduit, suivi d'une nouvelle déviation. De cette façon les boucles des serpentins de chauffe sont baignées le plus parfaitement possible par vapeur d'utilisation.
Comme celle-ci glisse aussi à la partie supérieure des boucles, il peut enoore se produire, dans les oomparti- ments annulaires inférieurs ou les boucles contiennent plus ou moins de condensat et ne renferment de la va- peur qu'à la partie supérieure de leur section, en oas de conditions favorables, une transmission de chaleur de cette vapeur de chauffe résiduelle à la vapeur à sur- chauffer et cela direotment à travers la paroi du tube.
Cette circonstance contribue essentiellement à une utili- sation complète de la ohaleur disponible dans la vapeur de ohauffe,
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L'écoulement de la vapeur d'utilisation en direction à peu près horizontale le long des boucles des tubes de chauffe, écoulement qui constitue une particularité es- sentielle de l'invention, peut, pour une largeur suffisante de l'espace, occupé dans la chambre de surchauffe, par des boucles être également réalisé quand les ouvertures de passage des colisons transversales sont formées de fentes annulaires qui se trouvent alternativement au bord extérieur et au bord intérieur, dans les cloisons consé- cutives.
Si l'on emploie des tubes en U recourbés à la place des tubes enroulés en hélice, les cloisons transversales doivent être disposées de .telle façon que leurs ouvertures de passage soient situées des côtés de la chambre où se trouvent les points de rebroussement, en forme d'U, des tubes de chauffe. En observant cette condition, on obtient que la vapeur d'utilisation passant travers l'ouverture d'une cloison transversale dans le compartiment suivant de la chambre s'écoule dans ce oompartiment le long des hélices des tubes de chauffe en direction à peu près horizontale.
REVENDICATIONS.
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