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Perfectionnements aux surchauffeurs et appareils analogues.
La présente invention concerne des appareils d'échange de chaleur :le fluides et plus particulièrement des perfectionnements aux surchauffeurs, perfectionnements grace auxquels on peut obtenir une surchauffe uniforme malgré les charges variables de la chaudière à laquelle le surchaufa feur est associé.
On a reconnu que les surchauffeurs à convection produisent des températures de surchauffe variables la relu' ils sont mis en fonctionnement conjointement avec une chauiière à vapeur lui est sujette à des charges variables.
Différents systèmes ont été proposés pour vaincre ce défaut mais aucun n'a fourni un appareil adopté généralement . L'un des buts de la présente invention est de fournir un dispo- sitif industrielle'tient avant geux lui procure le résultat
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désiré en faisant varier le degré d'efficacité de tubes :le surchauffeur lorsque la charge :le la chaudière varie* L'invention vise obtenir ce résultat en faisant varier la disposition des tubes de surchauffeur, de telle façon que les gaz balayant ces tubes ont une efficacité variable lors.. que la charge de la chaudière varie.
Plus spécialement, l'invention renferme :les moyens mécaniques pour replier des spires de tubes de surchauffeur à partir de leur espacement uniforme aux charges normales de la chaudière en vue de faire varier leur efficacité pour l'échange de chaleur et de maintenir ainsi la surchauffe cons- tante lorsque la charge de la chaudière varie.
Un but également de la présente invention est d'effectuer, dans une chaudière à surchauffeur, une surchauffe constante par des changements corrélatifs dans l'efficacité des tubes :le surchauffeur et des changements du degré de charge de la chaudière.
D'autres buts :le l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit.
L'invention va être décrite avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La fig. 1 est une coupe horizontale dans une ma- çonnerieds chaudière montrant le surchauffeur représenté en place.
La fige 2 est une vue du genre d'une coupe transversale de la construction représentée à la fige 1 indiquant un espacement uniforme des spires de surchauffeur.
La fige 3 est une coupe analogue à celle de la fig 2 mais indiquant l'espacement des spires de surchauffeur après que le régulateur a été actionné pour déplacer les spires alternées.
La fige 4 est une vue de côté montrant une for-
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me :le réalisqi-.inn -la -il --¯wp¯¯¯¯ ¯
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à convection du type à recouvrement.
La fig. 5 est une vue en coupe verticale par la ligne 5-5 de la fige 4 et montrant plusieurs pièces en é- lévation.
La fige 6 est une coupe de détail faite transversalement aux tubes de. surchauffeur et indiquant la disposition des pièces lorsque les registres ou les chicanes sont déplacés pour abriter certains tubes dans un groupe-
La fige 7 est une vue de détail montrant la manière dont les extrémités mobiles de certains des tubes de surchauffeur sont fixées un tube d'actionnement transversal qui agit comme une pièce du régulateur de surchauffe.
La fige 8 est une vue de détail montrant les pièces représentées à la fig, 7 et prise de la position in-
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tiquée par la ligne 8-8.
La fige 9 est une coupe transversale de l'ins- tallati.on de chaudière par la ligne 9-9 de la fig. 4 et mon- trant les pièces de surchauffeur en plan.
La fige 10 est une coupe verticale semblable à la fige 5 mais montrant une forme de réalisation de l'in- vention renfermant un certain nombre de plaques formant les chicanes*
La fige Il est une vue de détail montrant la manière dont les tubes fixes de surchauffeur sont maintenus en position.
La fig. 12 est une vue de détail en coupe par la ligne 12-12 de la fig. Il.
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Le surchauffeur indiqué aux fig, 1 et 2 consis¯ te en des spires pla.tes de tubes repliés en retour, s'éten- dant en travers d'un passage de gaz et reliés à un collec- teur 2 qui peut les supporter à une extrémité de la montu- re de la chaudière* A l'autre extrémité de la monture, cartons des tubes de surchauffeur sont supportés par des
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tubes de régulateur 3 par l'intermédiaire de consoles 4.
Ces tubes de régulateur sont montés dans des boites à bourrage d'obturation de gaz 5 de façon à se mouvoir par glissement en travers du passage des gaz et à travers la monture :le la chaudière* Ils peuvent constituer une partie d'une simple boucle comme on l'a indiqué aux fig. 1 et 2 et il peut y avoir des moteurs séparés 6 pour mettre en mouvement chacun des tubes supérieurs et inférieurs 3.
Lorsque le surchauffeur représenté est associé à un faisceau de tubes de chaudière, la disposition des spires :le surchauffeur indicée à la fig. 2 peut être considérée cornue la disposition normale, Dans cette forme :le realisation, des spires alternées de surchauffeur sont reliees aux tubes 3 et ls spires restantes 7 peuvent être fixées à n'importe quel autre support approprié, Lorsque le taux de charge de la chaudière augmente et qu'on désire que la surchauffe reste la même que dans les conditions normales,
les moteurs 6 sont actionnés pour déplacer les tu-' bes de régualteur 3 de telle façon que les spires alternées de surchauffeur sont amenées dans des positions voisines des spires fixes intermédiaires ou en contact avec celles¯ ci* Lorsque ceci est réalisé, on est en présence de groupes 8 'fige 3) de spires de surchauffeur, avec les passages de. gaz entre eux plus grands que les passages de gaz indiqués à la fige 2.
Cette action change l'efficacité des spires :le surchauffeur de telle façon que la surchauffe ne varie les avec le taux de charge de la chaudière*
Pour que les tabes 3 du régulateur :le surchauffe puissent être protégés d'un excès de chauffage ils sont re froidis par fluide à cause :le leur liaison par les sections de tube 9 au collecteur 2. De la vapeur circule donc dans les tubes du régulateur de surchauffe, Il doit être tien en¯
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collecteur d'entrée 2 tandis que l'autre est reliée à un collecteur de sortie analogue ( non représenté).
Le surchauffeur à convection représenté à la fig. 4 est placé entre des faisceaux de tubes de chaudière* Comme on le voit, les tubes 10 du faisceau inférieur :le tubes générateurs relient des collecteurs de descente 12 à des collecteurs de montée 14. Au-dessus de ce faisceau de tubes et à un espace notable de celui-ci se trouve un second faisceau de tubes 16 reliant des collecteurs de descend te 18 à des collecteurs de montée 30.De préférence les collecteurs de montée des différents faisceaux de tubes sont reliés par des raccords 22. Les raccords correspondants 24 relient les collecteurs de descente.
La fige 4 du dessin montre une coupe de l'instal- lation de chaudière à tubes d'eau, certaines parties de la chaudière étant supprimées pour éviter un encombrement inutile du dessin. Les personnes du métier comprendront par exemple que les collecteurs 18 sont reliés à la chambre d'eau d'un corps cylindrique à vapeur et à eau et que des organes de circulation horizontaux relient les collecteurs 20 à ce corps cylindrique. On comprendra également que des gaz chauds se meuvent de bas en haut en travers des tubes de chaudière et des tubes de surchauffeur. Ces gaz sont enfermés de manière générale dans l'espace entre les collecteurs et les cotés opposés de la monture de la chaudière, mais une enveloppe de chaudière indiquée d'une manière générale en 19 et 21 empêche la fuite de ces gaz de la monture.
Le surchauffeur consiste en des spires plates 26 faites chacune de tubes repliés. Comme on l'a représenté, chaque spire est reliée aux collecteurs d'entrée et de sortie 28 et 30 par des sections d'entrée et de sortie 32 et 34.
Ces sections s'étendent de préférence entre des raccords de descente successifs 24, comme on l'a indiqué à la fig. 4 des dessins*
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Pour que les gaz chauds circulant sur les surfa- ces de la chaudière ne formant pas de court-circuit sur le surchauffeur, les organes d'obturation sont prévus aux extremites du faisceau ;le tubes de surchauffeur. A l'ex - trémité du surchauffeur voisine des collecteurs de descen- te, on a représenté une paroi 11 s'étendant de préférence le long des raccords de descente 24. Près du sommet de cette construction et de préférence en contact avec les connexions
34 du surchauffeur se trouve la chicane 13.
A l'autre extré- mité du surchauffeur, un organe de fermeture 15 vient en contact avec les tubes de surchauffeur et avec les col- lecteurs de montée 14. Cet organe est :le préférence main- tenu en position par des pièces d'espacement 17 fixées aux tubes supérieurs de surchauffeur, ces pièces d'espacement permettant des mouvements de glissement relatifs des tubes de surchauffeur et de l'organe.
Des longueurs de tube successives de chaque spire de surchauffeur sont de préférence reliées par des entretoises disposées dans toute la spire en forme de ferme. Comme on l'a représenté, les entreto ises 25,27 et 29 Près de la partie médiane de chaque spire sont disposées en deux rangées s'écartant l'une de l'autre vers les extrémités intérieures des rangeas obliques dans lesquelles les entretoises d'extrémité 31 et 33 sont alignées. Cette double formation en ferme raidit avantageusement la spire de surchauffeur. Les entretoises individuelles peuvent être forces de deux pièces emboîtées, mobiles l'une par rapport à l'autre, permettant aux tubes adjacents 3' avoir un mouvement relatif longitudinal.
Sur le cote du passage de gaz formé par le collecteur de montée 14, les tubes de surchauffeur sont supportés par des consoles 36, de préférence soudées aux cotés internes des collecteurs de montée, Chalue spire de sur-
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la console 36 comme on l'a indiqué à la fige 4 des dessins* Cette construction permet à certaines des spires de surchauffeur d'être déplacées séparément le long des consoles* Dans ce mouvement, les prolongements 38 glissent le long des consoles 36. D'autres des spires de surchauffeur des groupes séparés peuvent être maintenus en :les positions fixes transversalement à la monture par la disposition de leurs prolongements entre des arrêts 37 formés sur la console 36. Cette disposition des éléments est représentée clairement aux fige 11 et 12.
Les spires du surchauffeur ont leurs extrémités mobiles pourvues de pattes 40 ( fig. 4 et 8)qui sont reliées par des organes 42 à un organe 3' actionnement tubulaire 44 agissant comme une partie d'un régulateur de surchauffe et relié de préférence à la circulation du fluide du système de façon être maintenu à une température satisfaisante indépendamment des variations de température des gaz chauds, On a représenté à la fig. 5 un organe d'actionnement supérieur 44 et un organe d'actionnement inférieur 46 montés de façon à pouvoir coulisser dans les parois 48 et 50 de la monture de la chaudière.
Ces organes s'étendent à travers des ouvertures formées dans les parois et peuvent être supportés par des pièces 54 dans le genre de boîtes à bourrage,* Ces pièces empêchent l'échappement des gaz de chauffage de la monture de la chaudière et fournissent des supports à coulissement pour les tubes 44 et 46. L'organe d'actionnement est relié par des pièces tubulaires 45 et 47 aux collecteurs 28 et 30.
Comme le montre clairement la fig. 5 du dessin, les organes d'actionnement supérieurs et inférieurs ont la forme d'un tube en simple boucle présentant une anse 43 reliant les parties supérieure et inférieure. Ce tube com., porte une partie supérieure 45 partant de l'organe 44 et reliée au collecteur 30. une pièce analogue 47 constitue
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un prolongement de l'organe d'actionnement 46 et est reliée au collecteur de surchauffeur 28. Ceci se voit clairement à la fig. 4du dessin.
A l'extérieur de la paroi 48 on a fixé surles tubes d'actionnement 44 et 46 des crémaillères 55 et 56. Ces crémaillères sont en prise avec des pignons 58 et 60 qui peuvent être actionnés par des moteurs commandés thermique- ment pour attirer les tubes 44 et 46 à travers la paroi 48 et faire varier ainsi les positions des tubes de surchauf- feur reliés. Le moteur 57 actionnant les pignons 58 et 60 peut être commandé thermiquement et automatiquement pour déplacer certains tubes :le surchauffeur sous l'effet de changements dans la température de surchauffe.
Extérieurement à la paroi 50, le tube supérieur 44 et le tube inférieur 46 de l'organe 3'actionnement sont pourvus de cremaillères 62 et 64 en prise respectivement avec des pilons 66 et 68 dont le fonctionnement peut être coordonné à celui des pignons 58 et 60. Ces pignons peuvent être actionnés pour mettre les tubes 44 et 46 sous tension en vue de les déplacer dans une direction opposée au mouveinent qu'ils ont sous l'effet de la rotation des pignons
58 et 60.
C'est une caractéristique importante de la présente invention que les tubes 44 et 46 du régulateur de surchauffe ne sont pas mis sous compression lorsque le mécanisme de réglage est actionné pour modifier le passage des gaz de chauffage à travers lefatsceau de tubes de surchauffeur et pour abriter des gaz certains de ces tubes. Ils sont toujours mis sous tension.
Les pitiés 45 et 47 fléchissent lorsque les moteurs 57 sont actionnes Pour mettre en mouvement les organes :l'actionnement et déplacer les tubes mobiles de sur-
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des pièces 45 et 47 est indiquée par les positions en traits pleins et en pointillé représentées à la droite -de la figé 9. Cette figure montre clairement également la ma- niére dont les pièces 44,45, 46 et 47 forment une simple boucle s'étendant d'un des collecteurs de surchauffeur à l'autre. On obtient ainsi un mécanisme de réglage de la surchauffe à refroidissement par fluide.
Un dispositif fonctionnant sous l'effet de la température, placé en contact avec la vapeur surchauffée, peut au moyen de commutateurs appropriés, commander le fonctionnement des moteurs pour maintenir une surchauffe constante* De cette manière, conjointement avec les dispositifs d'écrans des tubes de surchauffeur qui seront décrits dans la suite, une meilleure résistance de tirage est maintenue sur une large gamme de charges et le meilleur emploi possible du tirage est fait aux bas taux de charge.
La fige 9 du dessin indique une installation de chaudière et de surchauffeur dans laquelle il y a trois spires mobiles de surchauffeur 70,72 et 74. Elles sont attachées aux organes d'actionnement supérieur et inférieur 46 et 44 de la manière indiquée aux fig. 7 et 8 des dessins.
Si l'on considère la position relative des chicanes 78 et 60 par rapport aux tubes de surchauffeur,felle qu'elle est indiquée à la fig. 6, les chicanes sont portées par la spire de surchauffeur mobile 76. Elles agissent comme boucliers du tube de surchauffeur et consistent de préférence en des plaques de forme similaire, à extrémités épaissies 82, rainurées de façon à former emboîtement avec les paires inférieures et supérieures de longueurs de tube dans la spire 76.
Comme le montre la fig. 6, il y a un espace libre et non occupé entre deux groupes de tubes de surchauffeur 84 et 86 . Dans ces conditions, les gaz de chauffage peuvent s'écouler librement entre les groupes de tubes, des parties
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prolongées des chicanes étant placées entre les rangées supérieures et inférieures de tube dans les spires de surchauffeur du groupe 86. Cette disposition les éléments peut être considérée comme montrant un état de 1'appareil lorsque la chaudière fonctionne à un taux de charge élevé.
Lorsiue, comme en cas :le faibles taux :le charge, il est désiré que les espaces ou passages entre les groupes sépa- rés :le tubes :le surchauffeur soient fermés de façon que tous les gaz de chauffage passent sur les spires de tubes de surchauffeur, le régulateur :le surchauffe renfermant les tubes 44 et 46 est déplacé de façon à transporter les chicanes 78 et 80 dans les positions représentées en poib- tillé à la fig. 6.
Aux taux élevés :le charge, le mécanisme de commanie du surchauffeur représenté ne modifie pas seulement l'écoulement des sur le surchauffeur mais déplace également les différentes se ries :le registres ou de chicanes pour abriter un nombre plus grand de tubes :le surchauffeur.
Le fait lue les positions de ces écrans sont distribuées dans tout le surchauffeur favorise la bonne répartition du contact du gaz sur toute la surface d'absorption de chaleur de la chaudière dans toutes les phases du réglage du mécanisme de commande*
La fig. 9 des dessins montre la construction :le surchauffeur avec tous les passages ou espaces entre les groupes de tubes de surchauffeur fermés par les registres ou les chicanes,' Cas chicanes peuvent être formées de pla- 'lues :le petite section, comme on l'a indicé par les lignes :le jonction 88.
Des modifications désirables de l'appareil décrit peuvent être effectuées par la suppression de certaines des sections constituant les registres ou chicanes.
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métal, sont employées comme écrans ou chicanes fixés aux spires mobiles de surchauffeur. Sur cette figure la spire mobile de surchauffeur est indiquée en 73. Cette spire porte trois plaques métalliques 94,96 et 98 reposant de préférence sur certains des tubes de la spire et soudées à ceux-ci. un tourbillonnement local excessif ou une circulation des gaz chauds entre la partie supérieure et la partie inférieure des spires de surchauffeur est empêché par la plaque intermédiaire 96.
Il est à remarquer à propos de la fig. 9 que l'espacement des tubes de surchauffeur le long du collecteur 28 est uniforme. A l'autre extrémité du surchauffeur, les spires séparées de tubes de surchauffeur ont été infléchis ou déplacés de façon à se trouver dans des groupes espacées tels que ceux qui ont été décrits antérieurement.
La disposition d'éléments ici exposées implique un perfectionnement qui peut être employé avec avantage avec la variante d'un surchauffeur qui a été installé avec toutes ses spires de surchauffeuruniformément espacées aux deux extrémités du surchauffeur.
Lorsque les éléments de surchauffeur représentés à la fige 9 sont installés, ils peuvent être placés dans des positions telles que les spires :le surchauffeur sont uniformément espacées à chaque extrémité. Dans la suite les extrémités des tubes adjacents aux collecteurs peuvent être infléchies de façon à amener les tubes dans un groupement tel que celui représenté à la fige 9 et également à la fige 5.
Les tubes de surchauffeur peuvent être maintenus dans ce groupement lorsque des registres mobiles tels que ceux du présent cas sont prévus, ou bien des, moyens peuvent être prévus pour changer à volonté la disposition de tubes . de telle sorte qu'ils sont modifiés par rapport à la dispos!tion groupée des fige 5 et 9 pour obtenir un espacement
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Bien que la présente invention envisage des changements dans l'efficacité de parties :les surfaces de surchauffe de faon lue certaines parties absorbent plus de chaleur que d'autres, il n'ya pas :le défaut d'uniformité excessif résultant pour la surchauffent Tous les tubes séparés :le surchauffeur abouchent dans un collecteur commun de sortie dans lequel un mélange :le vapeur se produit pour egaliser la surchauffe* Aux- taux :
le charge maxima :le la chaudière, il peut ne pas y avoir :le mélange de ce genre mais le mélange a lieu aux taux de charge inférieurs même si la surface de surchauffe reste constante à toutes les charges.
Comme le montrent les fig. 4 et 5 des dessins, le tube inférieur 46 du régulateur :le surchauffe est relié aux coudes en 0 des tubes inférieurs de chaque spire mobile 70,72 et 74, et 76 tandis que le tube supérieur 44 est relié à la partie supérieure :les mêmes spires.
La fig. 7 montre clairement la manière dont le tube 44 est relié à la boucle 90 :l'une des spires de sur- chauffeur- Une broche 92 s'étend à travers la patte 40 et à travers deux organes parallèles 42 pour maintenir un support à pivotement pour la spire de surchauffeur.
Bien que l'invention ait été représentée par l'exposé 3' une variante particulière, et que la description se rapporte à cette variante, on comprendra que l'invention n'est pas limitée à celle-ci mais a la portée indiquée par les revendications annexées.
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