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disbositif pour le contrôle des centrales mixtes de chauffage et force motrice.
La présente invention a pour objet un disposi- tif de contrôle des centrales mixtes de chauffage et de force motrice.
Il est connu qu'il est quelquefois avantageux, lorsque des besoins de force motrice et de chaleur se pré sentent ensemble dans une usine @ d'utiliser pour le chauf fage , lavapeur d'échappement desmachines thermiques .
Il faut toutefois alors tenir compte de ce que le rapport de la puissance débitée sur 1'arbre des machines . à la quantité de vapeur d'échappement disponible présente une valeur déterminée à chaque charge et ne peut pas être changé en marche , mais comme les besoins instantanés de puissance et de chaleur d'une usine ne sont pas toujours dans ce même rapport il y a à tout moment besoin
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soit de puissance soit de vapeur de chauffage additionnel - le. Les excédents de puissance sont généralement fournie par une machine supplémentaire fonctionnant d'habitude à condensation* Quant aux excédents de vapeur nécessaires pour satisfai- re aux besoins du chauffage ,
ils sont fournis par une -soupape de réduction qui détend de la vapeur vive d'ap- point Ces modes d'opération sont coûteux, car ils néces sitent l'installation d'une machine supplémentaire et entrainent en outre des pertes thermiques par suite du fait que , souvent , les demandes de puissance et de cha leur ont des valeurs instantanées fort différentes , quoi -que en général elles se balancent sur une période de temps de quelques heures . On est obligé ainsi soit à la- miner de la vapeur sans en utiliser le travail de déten- -te, soit à utiliser la machine à condensation entrai-- nant une forte perte de chaleur dans le condenseur.
Dans des installations de ce genre , se trou- vent d'habitude deux catégories de machines ; les unes dites à contre-pression , réglées de façon à fournir de la vapeur d'échappement à pression constante , utilisée en tout ou en partie pour lechauffage ; les autres à con densation,marchanten parallèle avec las premières et rè- glées de fagon à maintenir une vitesse pratiquement cons- tante * Quelquefois , ces deux genres de machines sont combinées en une seule machine par exemple en une machine à deux cylindres . L'admission de vapeur au cylindre à haute pression est , dans ce cas réglée de fagon à mainte nir une pression constante à son échap ement , tandis que l'admission au cylindre à basse pression est réglée de fagon a. maintenir une vitesse constante de la machine.
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D'habitude , le cylindre à basse pression décharge sa va- peur dans un condenseur.
Dans des machines de ce genre l'énergie perdue au conden seur est de l'ordre de 70 à 85% de l'énergie entrant dans le cylindre à basse pression et susceptible d'être u tilisée dans l'installation
En outre , les machines de ce genre n'ont qu'une souplesse limitée attendu que pour rendre possible le réglage de la vitesse , il est nécessaire qu'une fraction importante de la charge totale du groupe soit toujours portée par le cylindre à basse pression
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de procurer un dispositif rendait automatiquement possible la fourniture de chaleur ou de puissance demandée instantanément en excès,tout en ren- dat possible la compensation des déséquilibres des char- ges de puissance et de vapeur de chauffage sur une pério- -de de plusieurs heures.
Elle est caractérisée essentiellement en ce que en vue de permettre de dériver , pour des besoins de chauf fage de la vapeur ayant déjè, travaillé dans la partie à haute pression d'une machine , l'admission de la vapeur dans cette partie à haute pression est contrôlée par un régulateur de vitesse tandis que la vapeur pour les be- soins du chauffage , prise à la sortie de cette partie en haute pression est maintenue à lapression désirée par une privation de la vapeur , vers la partie à basse pression de la machine,
Dans la réalisation pratique de l'invention , et en vue de la récupération des calories entrant dans la par-
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-tie à basse pression de la machine ,
la vapeur sortant de cette partie à basse pression est utilisée en totalité pour le réchauffage de l'eau ,-dans des réchauffeurs par- courus par une quantité d'eau variant avec les calories à absorber.
L'eau ainsi réchauffée peut être dirigée dans un accumulateur de chaleur monté de telle sorte qu'il peut recevoir de l'eau chaude fournie en excès pour absorber les calories non utilisées dans la machine et fournir de l'eau chaude et de la vapeur lorsque les besoins de va- peur de chauffage sont supérieurs à ceux qui peuvent être normalement desservis par la machine avec sa charge ins- tantanée de puissance.
La vapeur de chauffage peut être indifféremment produite par un transformateur de vapeur dans lequel est situé un serpentin parcouru par de la vapeur soutirée ou bien être fournie directement par la vapeur soutirée à l'échappement de la partie à haute pression de la machine.
Les dessins ci-joints montrent deux exemples de réalisation d'un dispositif construit suivant l'invention
La figure I est une vue schématique d'une ins- tallation complète appliquée à un turbo-alternateur, dans le cas où la vapeur de chauffage pour usage industriel est produite par un transformateur de vapeur ou évapora- teur.
La figure 2 est une vue analogue dans le cas où la vapeur de chauffage est prise directement sur la condui -te de passage de la vapeur de la partie à haute pression de la turbine à la partie àbasse pression*
Dans ces figures désigne la partie à hautee
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pression et 2 la partie à basse pression d'une, turbine en- trainant un alternateur ou tout autre rutilisateur de va peur . La vapeur vive arrive à la partie haute pres- sion de la turbine par une canalisation jusqu'aux soupa- pes réglant son admission dans la turbine .
Conformé- ment à l'invention, celle-ci est munie d'un régulateur de vitesse 1 quioontrôle l'ouverture et la fermeture des sou- papas .5% Sous le contrôle du régulateur 6 9 la turbine est donc maintenue à la vitesse désirée Après avoir ef- fectué son travail dans la partie à haute pression, la vapeur en sort par l'ouverture déchappement 7 pour se diri ger d'une part vers le réseau de chauffage et d'autre part vers la partie à,
basse pression 2 de la turbine où elle pé nètre par les soupapes] qui sont contrôlées par un régu- lateur de contre-pression ± ainsi que par un second régu- lateur de pression 33 qui sera mentionné ci-après Là va- peur qui entre dans le cylindre à basse pression en sort a près avoir effectué son travail et est dirigée vers des ré -chauffeurs d'eau qui seront décrits ci-après . Un bypass
10 met en communication la conduite d'amenée de vapeur a-- -vant les soupapes ± avec l'intérieur de la macnine à basse pression pour assurer le refroidissement de celle-ci lors- que les soupapes d'admission ± sont fermées .
Dans ce cas , en effet ; 9 la partie k basse pression s'échaufferait rapi- dement par suite des frottements Internes.
La vapeur de refroidiesement sortant de la partie µµ passe dans un petit condenseur 11 dans lequel circule un courant d'eau qui traverse également un réfrigérant pour l'hui- le de la turbine . Cette eau est mise en circulation par u -ne petite pompe 13.
La vapeur de chauffage pour usage industriel peut être produite dans un réservoir 14 ( voir figure I ) du
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transformateur de vapeur d'ou. elle s'échappe par'une con- duite 15 ou bien être prise directement sur une canali- sation branchée sur la sortie 7 de la vapeur de la partie à haute pression 1 de la turbine ( voir figure 2 )
Dans le premier cas , le transformateur de vapeur contient un serpentin raccordé à une canalisation branchée sur la sortie 7 de la vapeur de la partie à hau- te pression 1 de la turbine . Ce serpentin débouche d'au tre part , dans un réservoir 17 dans lequel se décharge l'eau de condensation et qui sert de réservoir d'eau d'ali mental ion des chaudières . Une pompe 18 refoule l'eau vers les chaudières.
Le transformateur de vapeur ou évaporateur 14 est alimenté en eau par une conduite sur laquelle est disposée une soupape 19 réglant l'admission d'eau . Une pompe 32 provoque une légère augmentation de la pression de 1'eau régnant dans la conduite d'amenée Sur une dériva'- tion de la conduite d'aspiration de la pompe est branché un accumulateur d'eau chaude et de vapeur formé par des réservoirs 20 La partie supérieure de ces réservoirs 20 est raccordée par des tuyauteries 21 directement sur la conduite 15 d'évacuation de la vapeur de chauffage .Ces réservoirs 20 sont traversés par des serpentins de chauf- fage 22 raccordés d'une part:
à la canalisation 16 et d'au- tre part au réservoir 17 ( figure 1) ou bien à une condui te 22' d'une part- et à un réservoir à flotteur 1 '(figure 2) d'autre part-.Eventuellement ces serpentins pourraient être remplacés par des tuyaux perforés d'injection de va- peur. La conduite 22' reçoit de la vapeur de soutirage d'u -ne prise de vapeur-2' légèrement en amont de l'ouverture d'échappement 7.
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Sur la conduite d'alimentation en eau de l'éva- porateur et des réservoirs de l'accumulateur d'eau chaude sont places des réohauffeurs d'eau 25a a2 et 5C dont 25a 2 sont reliés à lapartie à basse pression ± de la turbine par des canalisations de vapeur de sortira
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-ge et z et dont 2U est relié par les oanalisations de vapeur zig â l' éohappement l de la partie à. haute pres., sion 1 de la turbine L'eau est refoulée dans la conduite d'alimentation par une pompe 25 qui puise l'eau dans un réservoir 26 Sur la conduite entre la pompe et le
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premier réchauffeur d'eau 2µà est disposée une soupape de réglage 2 .
Cette soupape est contrôlée également par le régulateur de pression 33 dont le rôle sera décrit ci-
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après Les réchauffeurs d'eau 2% , ,2,,g ne sont pas proportionnés pour le flux normal d'eau d'alimentation, mais bien pour le flux d'eau nécessaire à condenser toute la vapeur provenant du cylindre à basse pression lorsque celui-ci porte sa charge maximup . Ces réchauffeurs jouent
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par conséquent le double l'ole de réchauffeur.,1>roprement dits et de condenseurs ;
la différence essentielle qui e- xiste avec les condenseurs ordinaires réside dans le fait que dans ces derniers , la température de l'eau de circu- lation n'est élevée que de quelques degrés tandis que dans
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les réchauffeurs ,? 2 ,prévus dans l'installation , la quantité d'eau utilisée pour la condensation est beau- coup plus faible ce qui permet une élévation beaucoup plus- forte de la température . En outre dans les oonden- seurs ordinaires la chaleur évacuée est perdue tandis
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que la chaleur évacuée par les réchauffeurs 25a 25b et 2µg de l'installation est utilisée entièrement dans l'ins t allation ainsi que cela sera décrit ci-après.
Un bypass 28 permet de renvoyer l'eau de la pom-
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-pe 25 dans le réservoir 26, tandis qu'un bypass 29 permet de refouler l'eau directement aux réservoirs 20 sans passer par l'intermédiaire des réohauffeurs.
Sur la canalisation 4 d'amenée de vapeur vive est branché un détendeur 30 puis un désurchauffeur 31, racaor -dé au circuit 16 de la vapeur de chauffage
Sur la canalisation 15 est placé un régulateur de pression 33.
Celui-ci agit sur la soupape de réglage d'eau .22 sur le détendeur 30 et sur les soupapes d'admission 8 à l'entrée de la partie à basse pression 2 de la machine.
Eventuellement le régulateur de pression 33 peut être relié à un régulateurplacé à l'extrémité de la canali- sation de vapeur de ohauffage et dépendre des indications de ce dernier , de manière à maintenir dans toute la cana- lisation une pression au moins égale à, celle pour laquelle le régulateur en bout de la canalisation est réglé . Il peut aussi être placé à la sortie de vapeur de la partie à haute pression de la turbine en 16.
Enfin l'installation se complète par un régula -teur de niveau 34 qui est placé sur l'un des réservoirs 20 et qui contrôle le bypass 29, et par un régulateur de niveau d'eau 36 contrôlant une soupape de trop plein 35.
Un dispositif de vidange 37 est en outre prévu sur la con- duite d'eau entre les réchauffeurs 23a et 23b et entre 23b et 23c tandis que des soupapes de retenue 38 sont placées sur les canalisations de vapeur de soutirage des parties à haute et à basse pressions de la turbine , au dessus de la. pompe 25, sur la conduite reliant le bypass .2 au bypas.
28 et sur une conduite qui met en communication le tuyau de retour de la vapeur traversant les réservoirs vers
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le réservoir 17 avec le réchauffeur d'eau !La , Enfin 40 est un purgeur placé entre les réchauffeurs d'eau 23a et
23b et entre 23b et 23c et des soupapes de sûreté .il sont disposées sur les canalisations 16 et 24a
Dans la disposition montrée figure 2 , la va- peur pour utilisation industrielle n'est plus produite par un évaporateur mais est prise directement sur la ca nalisation 1 à la sortie de la partie à haute pression I de la turbine.
Dans ce cas 9 la pompe 18qui fournit l'eau d'alimentation aux chaudières n'est plus alimentée par la vapeur condensée provenant du serpentin de l'évaporateur
14 ( figure I ) mais est branchée directement sur la ca- nalisation d'eau traversant les réchauffeurs d'eau 23a,
23b,23c en parallèle avec les réservoirs 20.
Le dispositif objet de l'invention , ainsi cons -truit fonctionne de la manière suivante
L'admission de vapeur vive ± dans la partie à haute pression de la turbine est réglée par le régula- teur de vitesse 6 de fagon à maintenir la vitesse de la machine à la valeur désirée. et
Le flux d'eau dans les réchauffeurs 23a, 23b, 23c ainsi que le flux de vapeur dans la partie à basse pres- sion de la machinesont réglée par les soupapes 27 et 8 de façon à maintenir en 15 la pression de vapeur dési- rée .
La soupape 27 est contrôlée par le régulateur de pression 33; les soupapes d'admission.µ , sont contrôlées à la fois par les régulateurs 33 et 9 Les impulsions communiquées par 33 et 8 sont proportionnelles à celles communiquées à 27; l'intervention de 33 dans le réglage de µ a pour but d'anticiper l'action du régulateur de con -tre pression.2 qui n'est ainsi appelé qu'à parfaire le
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réglage de façon à maintenir les variations de contre près sion à la sortie de la partie a basse pression de h tur- bine,entre certaines limites.
En supposant la turbine en fonctionnement avec une charge Ç en 3,et en admettant que 1 est la pression de la vapeur secondaire de chauffage en 15 et que pd est la valeur à laquelle cette pression doit être maintenue , plusieurs cas peuvent se présenter en pratique . Si , par exemple est constant et 2 plus grand que pd le régu- lateur de pression 33 communique des impulsions d'ouvertu re aux soupapes 27 et .Une plus grande quantité d'eau circule dans les réchauffeurs 23a 23b et 23c et par les soupapes une plus grande quantité de vapeur est dérivée vers la partie à basse pression.Le flux de vapeur vers 15 diminue , ce qui a pour effet de diminuer p qui tend à reprendre la valeur pd.
L'ouverture des soupapes ± apporte un appoint de puissance à la turbine ; comme C est supposé constant , la machine accélère et le régulateur ferme un peu les soupa pes d'admission 5 pour diminuer 1 !afflux de vapeur vive et rétablir la vitesse normale.
Le régulateur de contre pression ±,parfait le réglage des soupapes ± de fagon . maintenir à la valeur dé -sirée la contre pression à l'échappement de la partie ±de la machine.
Si,° est maintenant supposé encore constant mais plus petit que pd, le fonctionnement inverse à celui dé- crit ci-dessus se produit . Le régulateur de pression 33 communique des impulsions de fermeture aux soupapes 27 et .µ.Une plus petite quantité d'eau circule dans les réchauf- -feure 23a 23b et 23c et par lessoupapes à une plus petite
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quantité de vapeur est dérivée vers la partie à basse pression ? de la maohine Le flux de vapeur vers 15 aug- mente par conséquent ce qui tend augmenter la valeur de qui se rapproche de la valeur pd.
La fermeture des soupapes $ provoque une dimi- nution de puissance à, la turbine Comme C est supposé constant la machine tend à ralentir ,mais le régulateur ouvre davantage les soupapes pour augmenter 1'afflux de vapeur vive e Le régulateur de contre pression.2 parfait le réglage dessoupapes µ
Si les soupapes.µ et 27 sont complètement fer- mées et si.2 reste encore inférieur à pd le régulateur de pression 33 provoque l'ouverture de la soupape 30 normale -ment fermée ce qui permet un appoint supplémentaire' de vapeur en 15 pour élever la valeur de P jusque pd.
Si 9 est .maintenant supppsé constamment égal à pd et en augmentation ; le régulateur ° communique des impulsions d'ouverture aux soupapes 5, ce qui amené un ap point de vapeur supplémentaire à la turbine et une augmen- -tation de la pression p en 15 . Ce cas est donc ramené au premier cas envisagé ci-dessus.
Si ± est en diminution 9 le régulateur ferme un peu les soupapes % et moins de vapeur pénètre dans la turbine . Il s'en suit une diminution de p en 15 et le cas est ramené au deuxième cas envisagé ci-dessus. Il y a lieu de remarquer que si l'installation est emrégime . et si les charges de force motrice et de chauffage sont exac- tement balancées la quantité d'eau qui passe* dans les ré- chauffeurs 23a et 23b ( figure 1 ) 23a, 23b et 23c ,(figu- re 2 ) est égale à la. quantité d'eau aspirée par la pompe 18.
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Si la charge de force motrice est momentanément en excès sur la charge de chauffage , la quantité d'eau p assant par les réchauffeurs est en excès sr la quantité d'eau aspirée par la pompe 18 ; l'excédent va s'accumuler dans les réservoirs ± . L'inverse se produit lorsque la charge de chauffage est momentanément supérieure à la char ge de force motrice.
Dans le casoù un déficit d'eau vient à se produi- re en 2Q , 1a soupape 29 s'ouvre . Cette ouverture peut ê- tre réalisée automatiquement par le régulateur de niveau 34.
Dans le cas où un excès d'eau chaude se présente, il suffit d'ouvrir la vidange µµ , ce qui peut être réali- sé automatiquement par le régulateur de niveau µµ . Il est toutefois plus avantageux d'évacuer l'eau par 37 ,surtout dans le cas d'un excès important d'eau.
Dans le cas d'un appel brusque de vapeur provo- quant une chute de pression e la vapeur d'appoint est fournie par les réservoirs 20. En effet l'eau dans ces réservoirs 20 est maintenue à la température de saturation par les serpentins chauffants 22. Lors d'une baisse de pression , une certaine quantité de vapeur est produite par détente ( flashing ) Inversement , lors d'une hausse de pression, à la suite de 1'augmentation de température de saturation , un certain? quantité dechaleur est emmagasi- née dans l'eau des réservoirs 20. Ceux-ci servent donc à la fois de réservoirs d'eau chaude et de réservoirs de va- peur.. Ils accumulent de la vapeur lorsqu'il y eh a en excès; dans ce cas la pression monte dans ces réservoirs .
Ils en débitent lorsqu'il y a pénurie de vapeur ; dans ce cas la pression baisse dans les réservoirs 20.
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Le dispositif pour le règlage décrit ci-dessus , présente toute la souplesse désirée permettant à une char- ge de force motrice quelconque comprise entre et 100% d'été supportéeindépendamment du débit de vapeur de chauf -fage en 15 Il présente un rendement maximumattendu que toute l'énergie fournie par la vapeur vive en est pra -tiquement utilisée soit sous forme d'énergie mécanique sur l'arbre de la turbine en.1 D soit sous forme de cha- leur en 15.
Les seules pertes sont les pertes par rayonne- ment direct de chaleur les pertes par frottement aux pa liera et les pertes de ventilation de la partie à basse pression de la turbine traversée par une petite quantité de vapeur qui est évaouée dans le petit condenseur 11.
Dans une installation bien conçue et de dimen- sion suffisante , l'ensemble de ces pertes ne dépassera pas 1% de la chaleur rogue en 4.
Comme le montre la figure 2 le transformateur de vapeur peut être supprimé sans se départir de l'objet de l'invention .
Dans le cas où la turbine est prévue pour mar- oher en parallèle avec d'autres il peut etre intéres- sant à certains moments de contrôler directement les soupa- pes 5 par le régulateur 33 et de contrôler la soupape 27 à la main la soupape 1 est contrôlée à la fois à la main et par le controleur de contre pression Dans ce cas , la pression de la vapeur de chauffage est maintenue constante automatiquemeht par l'action du régulateur 33, sur les soupapes et l'apport d'énergie en .1 est réglé suivant les exigences du réseau d'utilisation en agissant à la main sur les soupapes ± et ± ,
ce dispositif de contrôle
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serait désirable par exemple pour une centrale mixte de chauffage et de force motrice marchant en parallèle sur un réseau avec d'autres centrales. Aux heures de pointe les soupapes µ et 27 seraient ouvertes dans ce cas et le maximum de charge serait supporté en 3.Les accumulateurs 20 s'empliraient entretemps d'eau chaude . Aux heures creuses, ,les soupapes ± et 27 seraient fermées , la turbi -ne déchargée et l'eau chaude accumulée pendant les pointes serait utilisée à l'alimentation des chaudières
Il y a lieu de remarquer qu'en tous cas le pro- mier dispositif de contrôle décrit est suffisant aussi bien pour la marche en parallèle que pour la marche indé- pendante .
Toutefois ,dans certains cas il peut être quel -que fois désirable d'adjoindre un dispositif du second gen re à un dispositif du premier genre.