<Desc/Clms Page number 1>
Dispositif d'alimentation des installations de turbines fonc- tionnant à l'aide d'un mélange ou d'une buée d'un liquide et de sa vapeur.
La présente invention a pour objet un dispositif dtali- mentation des turbines dites "à buée" ou "à brouillard" c'est- à-dire des machines motrices du genre d'une turbine, qui sont actionnées par un mélange intime de très petites gouttelettes de liquide avec de la vapeur du même liquide. Ce mélange est formé dans une tuyère par la détente d'un liquide amené à haute pression et à haute température, par exemple de l'eau.
Ces turbines à buée ou à brouillard diffèrent des turbines à vapeur en ce qu'elles ne possèdent pas dechaudière, mais
<Desc/Clms Page number 2>
seulement un réchauffeur de liquide. L'alimentation du ré- chauffeur de liquide est naturellement plus forte que celle d'une chaudière, puisque la quantité de chaleur transformée rapportée à l'unité de poids du liquide est moindre que dans la machine à vapeur. En outre, les turbines à brouillard travaillent avec des pressions moyennes plus élevées que les pressions actuelles ordi- naires dans les turbines à vapeur. C'est pourquoi la question de l'alimentation des turbines à brouillard est beaucoup plus importante et plus difficile à résoudre que pour les turbines à vapeur.
L'alimentation normale à l'aide d'une pompe à piston est encore un inconvénient supplémentaire du fait que les turbines à brouillard ont des vitesses de rotation supérieures à celles des tur- bines à vapeur normales (abstraction faite de la turbine de Lavai), et c'est pourquoi on a besoin d'une forte réduction de la vitesse de rotation pour pouvoir actionner une pompe à piston.
'enfermement à la présente invention, l'alimentation du réchauffeur de liquide a lieu par contre au moyen d'un dispositif d'alimentation comportant une chambre fermée à l'extérieur, soumise à un effet de pulsation exercée par de la vapeur, et dont la vapeur d'échappement se condense dans un échangeur de chaleur avec cession de sa chaleur au liquide d'alimentation. Comme dans une installation de turbine à brouillard, les conditions thermo-dynamiques sont telles qu'une quantité notable de vapeur ne se produit que quand la détente a progressé jusqu'à une fraction de la pression primitive on ne.peut pas utiliser l'eau chaude sous pression pour la commande du dispositif d'ali- mentation pulsatoire, puisque son volume test que peu différent du volume de la quantité de liquide d'alimenta- tion.
<Desc/Clms Page number 3>
C'est pourquoi d'après l'invention, on utilise de la vapeur qui se condense périodiquement, obtenue soit à par- tir de vapeur détendue du réchauffeur de liquide, soit retirée d'un générateur de vapeur auxiliaire monté près du réchauffeur de la turbine à brouillard, ce générateur fournissant simplement la vapeur de marche pour le disposi- tif d'alimentation qui est en outre construit d'une mani- ère particulièrement avantageuse pour son application aux turbines à brouillard.
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 représente schématiquement une installation de turbine à brouillard.
Les. fig. 2, 3 et 4 sont des sections longitudinales et transversales du dispositif d'alimentation.
La fig. 5 représente partiellement en coupe un com- mutateur électrique pour le dispositif d'alimentation.
La fig. 6 représente une coupe longitudinale d'une variante d'exécution du dispositif d'alimentation.
Dans la fig. l, 1 représente la turbine et 2, les tuyères dans lesquelles la buée ou brouillard de liquide et de vapeur est produite. Le réchauffeur comprend dans cet exemple, un serpentin 4, une enveloppe calorifuge 5, et un bruleur 6. L'arrivée du combustible au bruleur est réglée automatiquement par une soupape de réglage 30, qui dans ce but, est soumise à l'influence de la pression dans la conduite principale 3 de liquide sous pression par l'intermédiaire de la conduite 17. Lors du dépassement d'une certaine pression, l'arrivée du combustible est étrangle. 31 est une soupape de fermeture à main. Le bruleur 6 chauffe une chaudière à vapeur auxiliaire qui dans l'exemp- le choisi, se compose de tubes d'eau 7 et e collecteurs @
<Desc/Clms Page number 4>
annulaires d'eau 8 et de la vapeur 9.
La vapeur produite se rend par une conduite 10 dans un cylindre d'alimenta- tion 11, qui possède deux raccords tubulaires 12 et 13.
Le liquide d'alimentation par exemple de l'eau, sort du condenseur 14 de la turbine par une soupape de retenue 15 pour se rendre au cylindre d'alimentation. Ce mouve- ment a lieu automatiquement. Si le piston 33 (fig.2) mobile dans le cylindre 11 est déplacé vers le bas sur le dessin, l'eau d'alimentation pénètre en fermant la soupape de retenue 15, par une soupape de retenue 16, dans le serpen- tin intérieur 18 d'un échangeur de chaleur, qui entoure l'enveloppe du réchauffeur 4. Le serpentin extérieur 19 recueille, au moyen d'une conduite 24, du cylindre d'alimentation 11, la vapeur d'échappement qui se dépose sur la paroi du serpentin intérieur 18.
Le condensat est ramené par une conduite 21 et un organe de commande monté dans le raccord 12 à un réservoir intermédiaire 22, et par un autre organe de commande du raccord 12 à la chaudière à vapeur 7 par la conduite 25. Dans la conduite de vapeur 10 allant du collecteur de vapeur 9 au cylindre d'alimen- tation 11 est insérée une soupape d'étranglement 26.
Une conduite 25 relie le raccord inférieur 13 du cylindre d'alimentation au serpentin intérieur 18 de l'échangeur de chaleur. Le collecteur de vapeur 9 est relié en outre par une soupape de sûreté 32 au serpentin extérieur 19 de l'échangeur de chaleur. Le serpentin intérieur 18 de l'é- changeur de chaleur est aussi relié par une conduite 20 au réchauffeur 4. Dans le cylindre d'alimentation 11 se déplace un piston 33 dont la tige 39 est constituée en forme de piston 34 à sa partie inférieure. Comme il est montré dans l'exemple du. dessin, à sa partie supérieure, la tige de piston 39 est munie latéralement ci un épaulement
<Desc/Clms Page number 5>
de guidage 42 qui se déplace dans une gorge 43 d'un tiroir coulissant 40 qui glisse dans le raccord 12.
Le tiroir coulis- sant 40 est amené dans ses positions finales par un ressort 38 au moyen d'un levier 36 qui s'engage dans un évidement 37. La tige de piston 39 entraîne, quand elle s'approche de ses positions finales supérieures ou inférieure, le tiroir soulissant 40. Dans la position dessinée, on suppose que le piston 33 se déplace vers le haut dans le réchauffeur 4 sous l'influ- ence de la haute pression agissant sur le petit piston 34.
L'alimentation a liea de la façon suivante: Dans le réchauffeur 4 règne une pression de 150 atm. et dans la chaudière à vapeur d'alimentation 7,8 et 9, une pression de 155 atm. Le piston 33 se trouve dans sa position la plus élevée. A ce moment, les communications sont établies par le tiroir coulissant 40 de telle manière que l'espace se trou- vant au-dessus du piston 33 est relié à la chaudière de va- peur. Cette communication est le cas échéant, étranglée par une fermeture partielle de la soupape 26. En même temps, le trajet du réservoir intermédiaire 22 à la chaudière à vapeur 7, 8 et 9 est libéré, de sorte que le contenu de ce réservoir intermédiaire s'écoule dans la chaudière.
Le piston se déplace alors vers le bas et repousse l'eau qui s'y trouve par la soupape de retenue 16 dans le serpentin intérieur 18 de l'échangeur de chaleur et ensuite dans le réchauffeur.
Quand la position la plus basse du piston est atteinte, la commutation se produit. Le chemin vers la chambre de vapeur de la chaudière se ferme, ainsi que la communication entre le réservoir intermédiaire 22 et la chaudière de vapeur 7. Dans ce but, la communication 21 du réservoir intermédiaire 22 s'ouvre vers l'extrémité inférieure du serpentin 19 de l'é- changeur chaleur. Le condensat s'écoulealors hors du ser- pentin 19 dans le réservoir intermédiaire 22. Lo rs de la
<Desc/Clms Page number 6>
commutation il s'écoule naturellement dans le serpentin extérieur 19 de l'échangeur de chaleur, tout d'abord la vapeur, qui s'est rassemblée dans le réservoir intermédiaire 22 à la place de l'eau d'alimentation qui s'est écoulée.
Toute la chaleur de la vapeur, pour autant qu'elle n'est pas transformée directement en travail mécanique lors du mouvement du piston, et pour autant qu'elle n'est pas perdue vers l'extérieur par conductibilité calorifique, est alors cédée à l'eau d'alimentation, par le fait que la vapeur se condense sur la paroi extérieure du serpentin intérieur 18 de l'échangeur de chaleur. Le mouvement ascendant du piston 33 a lieu sous l'effet de la pression qui pousse le piston auxiliaire 34 vers le haut. A ce moment, l'eau de condensa- tion de la turbine à brouillard 1 pénètre automatiquement dans l'espace situé au-dessous du piston.
Le piston auxi- liaire 34, et par conséquent, la conduite 25 pourraient être éventuellement supportés, et l'on pourrait soit monter un ressort qui détermine le mouvement ascendant, soit monter le cylindre d'alimentation 11 assez bas pour que la colonne de liquide provenant du condenseur 14 pousse le piston 33 vers le haut, dès que, par condensation dans le serpentin 19 la pression de la vapeur au-dessus du piston 33 est devenue suffisamment petite. La puissance de l'alimentation par variation de la durée de la course du piston peut, comme on l'a indiqué, être modifiée par la soupape de retenue 26 ou par un organe d'étranglement interposé à une autre place quelconque appropriée. Cette action peut aussi êtr-e réalisée à l'aide d'une commande à contact électrique dont un exemple est représenté fig. 5.
A la place du tiroir coulissant 40 on a monté dans le raccord supérieur 12 un tiroir 50, qui est relié à articulation au moyen d'un fléau 51 à un noyau de fer doux 52. Ce noyau. se déplace dans le accord d'un @ bâti 53 en métal non magnétique, par exemple du laiton, et
<Desc/Clms Page number 7>
est influencé par une bobine 54 à l'encontre d'un ressort 55.
L'excitation de la bobine a lieu au moyen d'un mouvement d'horlogerie commutateur 56, dont la vitesse de rotation peut être réglée au moyen d'un levier 57. Si l'on utilise cet actionnement extérieur pour l'organe de commande, on peut supprimer le système qui provoque le mouvement ascen- dant du piston 33, qui est alors simplement un piston de séparation jouant librement. Si l'on veut renoncer à l'avantage de cette séparation thermique, entre la vapeur et l'eau d'alimentation, ce piston jouant librement peut aussi être supprimé.
Dans le mode de réalisation représenté, tous les organes de réglage sont montés avantageusement à l'intérieur du raccord 12 de sorte que simplement les conduites doivent être rendues étanches vers l'extérieur et que les emplace- ments de fuites se trouvent à l'intérieur d'un espace fermé.
Cette condition est de grande importance eu égard à la très grande sensibilité, à une alimentation supplémentaire du réchauffeur de liquide tel qu'il est utilisé ici différem- ment du cas de la chaudière à vapeur.
La fig. 6 représente un mode d'exécution modifié du dispositif d'alimentation, dans lequel ce dispositif qui est actionné par pulsation n'est pas actionné par de la va- peur provenant d'une chaudière à vapeur montée près du ré- par chauffeur d'eau, maisde la vapeur provenant de liquide sous pression détendu retiré du réchauffeur de vapeur ou de la conduite principale 3 de la fig. 1. Dans ce mode de réalisation, la chaudière 7, 8 et 9 est donc supprimée, et le brûleur 6 ne chauffe en conséquence que le serpentin 4 du réchauffeur de liquide. Ce mode de réalisation simpli- fié comporte un cylindre 71, dans lequel se meut un piston 70 qui est relié à un piston notablement plus'grand 73 d'un
<Desc/Clms Page number 8>
cylindre 72.
Le cylindre 71 est relié par l'intermédiaire d'une soupape 75 à la conduite 74, qui est reliée au conden- seur 14 (fig. 1). La soupape de retenue 75 correspond ainsi à la soupape de retenue 15 de la fig. 1. D'autre part, le cylindre est relié par l'intermédiaire d'une soupape de re- tenue 76 qui correspond à la soupape de retenue 16 de la fig.
1, au serpentin intérieur 18 de l'échangeur de chaleur (fig.l). Le grand piston 73 est prolongé pour former une tige d'entraînement 94 qui se termine dans un disque d'en- traînement percé 78. Ce dernier se déplace à l'intérieur d'un tiroir creux 79. Le disque d'entraînement 78 ne s'applique pas directement dans les positions finales du piston 73 contre le fond du tiroir creux 79 et contre une plaque percée 80 vissée sur l'autre côté, mais on a inter- posé des ressorts 81 et 82 qui s'appuient contre des disques percés mobiles 83 et 84. Le tiroir creux 79 est empêché de tourner par une gorge non visible dans le dessin dans la- quelle s'engage une tige de guidage fixée sur le bâti 85 du tiroir.
Il possède en outre un évidement 86 dans lequel s'engage un cran à ressort 87 déterminant,les positions finales du tiroir. Le tiroir creux établit alternativement, dans ses positions finales, la communication de la conduite 88 reliée au serpentin extérieur 19 de l'échangeur de cha- leur (fig. 1) avec le raccord 89 du bâti du tiroir, qui est relié par l'intermédiaire d'une soupape réductrice de pression 90 de construction particulière connue avec une conduite 91. Cette conduite est reliée à l'extrémité du serpentin du réchauffeur 4 (fig. 1) ou dérivée de la con- duite principale 3 (fig. 1).
On a prévu sur le piston 73 une soupape de retenue 92 et le piston est soumis, dans l'exemple représenté à l'action d'un ressort relativement faible 93; qui assure son retour dans la position inférieure @
<Desc/Clms Page number 9>
si son propre poids n'y suffit pas.
Le fonctionnement est le suivant: Du liquide sous pression chaud à haute tension, par exemple à 120 atm. dans le cas où l'on emploie de l'eau, parvient par la conduite
91 par l'intermédiaire de la soupape de réduction de pression 90 avec une réduction notable de la pression par exemple à 12 atm., dans le raccord 89, dès que le piston 73 descendant plus bas à partir de la position indiquée, repousse au moyen du ressort 81 et du disque 83, le tiroir coulissant 79 de la position indiquée, dans sa deuxième position finale, dans laquelle l'intérieur du tiroir creux 79 est en communication avec le raccord 89, et ferme la conduite 88.
Dans cette position le cran 87 pénètre sous l'action de son ressort, dans l'évidement supérieur 86 et maintient le tiroir dans cette position aussi longtemps que le dit tiroir, pendant la montée du piston 73 est poussé à nouveau sous l'action du ressort 82 et de la plaque 84 dans la po- sition représentée. Dans la position inférieure du tiroir 79, la vapeur produite par l'eau sous pression détendue de 120 à 12 atm. pénètre sous le gros piston 73 et monte en même temps que le petit piston 70 en comprimant le ressort 93 vers le haut. De ce fait, le liquide se trouvant dans le petit cylindre 71 et aspiré hors du condenseur 14 (fig.1) par l'intermédiaire de la soupape de retenue 76 par la con- duite 77, est comprimé dans la partie inférieure du serpen- tin intérieur 18 de l'échangeur de chaleur.
A la fin de la course du piston, vers le haut, le tiroir 79 est commuté, le petit cylindre 71 se remplit à nouveau de liquide venant du condenseur par l'intermédiaire de la soupape de retenue 75, tandis que la vapeur chassée du grand cylindre 72 et se condensant parvient par la conduite 88 au serpentin ex- térieur 19 de J'échangeur de chaleur (fig. 1 . L'extrémité
<Desc/Clms Page number 10>
inférieure de ce serpentin'extérieur est comme dans la fig.l, reliée à un réservoir 22 qui est relié de son côté avanta- geusement par une soupape à flotteur à la conduite 74 venant du condenseur 14 (fig. 1).
De cette manière également, dans ce mode de réalisation, toute la chaleur est utilisée, et le réchauffeur de liquide est alimenté par le dispositif d'alimentation travaillant lentement par intervalles. La soupape de retenue 92 sert à empêcher une augmentation de pression trop forte dans le cylindre 72, par exemple par suite de défauts d'étanchéité dans le piston 70. Le liquide qui peut être parvenu à l'intérieur de 72, vaporisé et condensé peut alors s'écouler vers le bas par la soupape de retenue 92 ouverte, et est entraîné lors de la course sui- vante vers le bas du piston 73 par la conduite 88 avec le condensat provenant de la vapeur sous le piston 73.
Pour soustraire la turbine 1 à l'influence de l'alimen- tation pulsatoire, on a prévu un accumulateur d'égalisation 60 sur le côté de la haute temperature, c'est-à-dire entre la turbine 1 et le réchauffeur 4. Cette disposition de l'accumulateur d'égalisation présente pour la turbine à brouillard l'avantage particulier que l'installation est l'abri des dangers de fermeture complète du réchauffeur de liquide dans lequel, par exemple l'obstruction d'une conduite pourrait produire des augmentations de pression inadmissibles En outre, l'accumulateur d'égalisation procure à la turbine à brouillard le grand avantage que présentent la vapeur et la turbine à vapeur du fait de la provision de chaleur de la chaudière qui agit comme tampon.
Mais à l'action de l'accumulateur d'égalisation dans le présent dispositif d'alimentation comme moyen d'égalisation de la.température par mélange des parties de liquide successives à température différente, est bien plus importante que pour l'égalisation
<Desc/Clms Page number 11>
des variations de pression, car par suite des lentes pulsations du liquide fourni, il se produirait dans la tur- bine en l'absence de cet accumulateur des variations d'éner- gie défectueuses, non seulement par suite de la variation de pression, mais par suite du changement bien plus impor- tant de la température. Par introduction de l'accumulateur d'égalisation, il est possible de réunir tous les avantages qu'offre le système de la turbine à brouillard.
Le fonstionnement d'une installation de turbine à brouillard munie du système d'alimentation suivant l'invention a lieu avantageusement comme suit: Lors de l'arrêt de la turbine à brouillard 1, l'arrivée aux tuyères est inter- rompue par la personne qui dessert la machine au moyen d'un robinet à trois voies, 61 et simultanément la chambre entre les tuyères et ce robinet à trois voies est reliée au con- denseur 14. Le même phénomène a lieu quand pendant le fonc- tionnement, un deuxième robinet à trois voies est actionné par le régulateur 63 à force centrifuge.
Après l'arrêt de la turbine, il se produit une nouvelle arrivée de chaleur et d'eau d'alimentation au réchauffeur 4.
Cette arrivée remplit l'accumulateur d'égalisation 60 et produit pour le démarrage suivant une réserve de liquide sous pression importante. L'interruption de l'alimentation et de l'arrivée de chaleur a lieu automatiquement lors du dépassement d'un certain remplissage de l'accumulateur d'é- galisation, on par dépassement d'une certaine pression dans celui-ci. On agit alors de manière que seule l'arrivée de combustible ou d'air de combustion soit arrêtée suivant que l'on utilise des brûleurs à liquide ou la chauffe avec du combustible solide. L'interruption indiquée a lieu à une pression qui se trouve suffisamment au-dessous de la pres- sion maximum prévue.