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MEMOIRE D E S C R I P T I F déposé à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION " Ecran aquatubulaire perfectionne pour foyer da chaudière "
L'invention faisant 1'. objet du présent brevet a trait aux générateurs de vapeur dits " à rayonnement ", dont la chambre de combustion est entièrement ou partiellement délimitée par des faisceaux ou éorans de tubes vaporisateurs,
La dite invention consiste en une disposition perfectionnée et nouvelle des faisceaux ou écrans aquatubulaires constituant, dans un générateur à rayonnement, les parois verticales de la chambre. Le but principal de cette construction perfectionnée est de permettre aux écrans muraux de produire une vapeur plus sèche.
Un des objets secondaires de cette amélioration est d'activer la circulation de l'ensemble des écrans, et, par suite, d'augmenter le taux d'absorption de la chaleur pu* les surfaces
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@ vaporisantes exposées au rayonnement de la flamme .
Un autxe objet de l'invention est d'isoler aussi complète- ment que possible la circulation des écrans délimitant la cham- bre de combustion de celle des faisceaux de la chaudière chauffée par convection, afin d'éliminer toute possibilité de réactions de l'une sur l'autre qui pourraient y provoquer des troubles circulatoires.
Les générateurs de vapeur à rayonnement sont, en général, assez peu sujets aux troubles circulatoires qui se traduisent par des ralentissements ou renversements de sens au moment de brusques changements d'allure . Lorsque des troubles de ce genre se rencontrent dans ces chaudières, ils sont presque toujours localisés dans leurs faisceaux auxiliaires chauffés principale- ment par convection. De oe fait, on a tout intérêt, surtout dans les générateurs comportant une surface de chauffe importante chauffée par convection à isoler autant que possible les cir- ouits des écrans aquatubulaires du foyer de ceux de la chaudière à convection, afin que la circulation intense des premiers ait le moins possible de réaction sur oelle de la seconde plus lente et plus sujette aux troubles circulatoires .
Toutefois, si los écrans aquatubulaires de la chambre de combustion jouissent d'une circulation de sens bien déterminé, ils sont souvent le siège de troubles considérables dus à deux causes prinoipales :
1 Les éclatements de tubes provoqués par des surchauffes looales, du fait de la formation de poches de vapeur dans ces tubes.
Ce défaut résulte entièrement d'une alimentation trop lente des dits écrans .
2 Le primage, ou entrainement d'eau.par la vapeur .
Ce défaut résulte de la vitesse très élevée de circulation dans les écrans, qui rend beaucoup plus difficile la séparation
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de l'eau et de la vapeur.
Jusqu'à ce jour, on a cherché à résoudre le premier problème en réduisant le plus possible les résistances de tous les aircuits des écrans et particulièrement celle des tubes d'alimentation d'eau et de dégagement de vapeur, afin d'activer la circu- lation. Mais on a reconnu. que la tendance au primage en était plutôt empirée, et on a dû chercher la solution de ce second problème dans des expédients plus ou moins efficaces pour faciliter la séparation de l'eau et de la vapeurs dans le ballon principal d'eau et vapeur.
Le but principal de la présente invention est de réduire la tendance aux entraînements d'eau par la vapeur en réalisant une séparation préalable aussi complète que possible dans le collecteur de dégagement des écrans, de façon à n'envoyer au ballon principal d'eau et vapeur que de la vapeur presque sèche.
Ce résultat est obtenu par un renversement complet de la pratique antérieure en ce qui concerne les tubes de dégagement reliant le dit collecteur de dégagement au ballon principal.
En effet, au lieu de s'attacher à réduire au strict minimum la résistance à l'écoulement dans les dits tubes de dégagement, on leur donne au contraire une résistance considérable constituant un véritable étranglement de l'écoulement de la vapeur, la dite résistance étant calculée pour produire dans le collecteur de dégagement une contre-pression suffisante pour créer un plan d'eau secondaire dans le dit collecteur, c'est-à-dire à un niveau bien inférieur à celui du plan d'eau dans le ballon principal de la chaudière .
De ce fait, étant donné que le départ des tubes de dégagement se trouve placé dans la zone de vapeur du oolleoteur de dégagement, les dits tubes ne reçoivent plus que de la vapeur presque sèche. De plus, suivant la pratique courante, les dite tubes de dégagement débouchent dans la zone de vapeur du ballon
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principal. Par conséquent,la vapeur presque sèche provenant du collecteur de dégagement n'a aucune occasion de se charger d'eau dans le ballon principal,mais,au contraire,tend à y déposer le peu d'humidité quelle peut avoir, entraîné depuis le collecteur de dégagement.
Facultativement, la nappe de tubes de dégagement reliant le collecteur de dégagement au ballon principal peut être placée sur le parcours des fumées, de façon à sécher et même surchauf- fer la vapeur avant son arrivée dans le ballon principal.
Suivant une variante de l'invention, on peut prévoir l'insertion dans les tubes de dégagement d'une résistance variable suivant l'allure de vaporisation dans les écrans, de façon à maintenir le plan d'eau secondaire entre certaines limites très proches, dans le but de forcer le dit plan d'eau secondaire à s'établir toujours dans le collecteur de dégagement .
Les détails et avantages de l'invention ressortiront olairement de l'étude des dessine annexés, dans lesquels :
Figure 1 représente schématiquement en coupe verticale les circuits reliant un tube d'écran à la chaudière.
Figure 2 représente une coupe verticale à plus grande échelle à travers le collecteur de dégagement du dit écran, dans laquelle est figurée la variante de l'invention, avec insertion d'une résistance variable à l'entrée du tube de dégagement de vapeur .
Figure 3 représente une chaudière à convection combinée avec des écrans de foyer établis suivant l'invention .
Dans le circuit schématique d'un tube d'écran indiqué figure 1, le tube vaporisateur 1 se trouve à l'intérieur de la chambre de combustion. Il est alimenté en eau par le tube d'alimentation 2, et délivre la vapeur qu'il produit par le tube de dégagement 3, au ballon principal d'eau et vapeur 5, le tube de dégagement 3 aboutissant en 8 au-dessus de la zone d'eau 6,
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et dans la zone de vapeur 7 du dit ballon principal 5 .
En intercalant dans le tube de dégagement 3 une résistance appropriée à l'allure de vaporisation dans le tube 1, il se produira dans le collecteur de dégagement 9 une oontrepression qui provoquera un dénivellement entre les plans d'eau dans le ballon principal 5 et dans le circuit du tube vaporisateur 1. Pour une valeur donnée de cette résistance calculée d'après l'allu-re de vaporisation, on peut créer ainsi un plan d'eau secondaire dans le collecteur de dégagement 9.
Dès lors, le départ du tube de dégagement 3 se trouvant au-dessus du dit plan d'eau secondaire le dit tube 3 ne transportera plus - du moins en théorie - que de la vapeur sèche, tandis que toute l'eau non vaporisée provenant du tube vaporisateur 1 sera retournée par le tube de retour 4 au collecteur d'alimentation 10, En pratique, une certaine quantité d'eau pourra être entraînée avec la vapeur vers le ballon principal 5, par suite d'une séparation imparfaite dans le collecteur de dégagement 9. Mais elle sera infiniment plus faible que s'il n'y avait pas de plan d'eau secondaire dans le aollea- teur de dégagement 9, et sa séparation définitive pourra s'effectuer sans difficulté dans le ballon principal 5.
En pratique, on pourra calculer la résistance du tube de dégagement 3 de façon à situer le plan d'eau secondaire dans le collecteur, de dégagement 9 au niveau de la sortie du tube 1, à l'allure maximum de vaporisation de l'écran. Pour toutes les allures inférieures, le tube de dégagement 3 recevra un mélange d'eau et de vapeur, et la séparation devra se faire dans le ballon principal 5. Mais ceci a une importance nettement moindre, parce que les entraînements d'eau sont moins importants aux faibles allures .
La variante indiquée à plus grande échelle figure 2 fournit d'ailleurs le moyen de réduire à une valeur prévisible et très faible l'amplitude des fluctuations de niveau du plan d'eau
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secondaire, et de maintenir ce dernier dans les limites du collecteur de dégagement 9, quelle que soit l'allure de vaporisation dans les écrans. Ce résultat est obtenu en rendant automatiquement variable la résistance à 1'écoulement insérée dans le tube de dégagement 3 .
Un mode de réalisation de cette*variante indiqué figure 2 consisterait à prolonger le tube de dégagement 3 assez profondément dans l'intérieur du collecteur de dégagement 9, et à en percer la circonférence d'un nombre approprié de trous ou de fentes, de façon à former une sorte de crépine. La vapeur devra passer par les dits orifices ou fentes pour s'échapper par le tube 3 vers le ballon principal. Pour une allure donnée de vaporisation, le plan d'eau secondaire s'établira automatiquement à une hauteur telle que la perte de charge à travers les orifices de la crépine soit juste suffisante pour créer la contrepression nécessaire au maintien du plan d'eau à cette hauteur.
Une augmentation d'allure de vaporisation provoquera une contrepression plus grande qui refoulera le plan d'eau jusqu'à ce que ce dernier ait mis à découvert des orifices en nombres suffisants pour ramener la perte de charge à un chiffre voisin de la valeur initiale .
Il est évident que tout autre dispositif, tel qu'une entrée de tube coupée en sifflet, ou toute autre disposition quelconque, tendant à créer une résistance variable dans les tubes de dégagement de vapeur, remplirait le même rôle et tomberait dans le cadre de l'invention.
Grâce à cette disposition, le plan d'eau secondaire s'établit toujours dans les limites du collecteur de dégagement 9 et la séparation préliminaire de l'eau et de la vapeur s'effeatue dans de bonnes conditions dans le dit collecteur 9. Les entraînements d'eau par le tubede dégagement 3 seront très faibles, et l'assèchement définitif de la vapeur dans le ballon principal 5 ne présentera aucune difficulté .
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Un des avantages importants résultant de l'invention réside, d'une part, en ce que les tubes d'alimentation 2 reliant la zone d'eau du ballon principal 5 au collecteur d'alimentation 10, n'ont plus à transporter qu'une quantité d'eau très voisine de celle évaporée dans les écrans; et que, d'autre part, les tubes de dégagement 3 reliant le collecteur de dégagement 9 au ballon principal 5 n'ont plus à transporter que la vapeur produite dans les écrans, plus une fraction très faible d'humidité. Il en résulte, pour des tubes d'un diamètre donnée une circulation nettement plus rapide et une alimentation très sûre des écrans.
La figure 2.indique le mode d'application de l'invention à une chaudière comportant des faisceaux vaporisateurs chauffes par oonveotion, tandis que le foyer est muni d'écrans aquatubulaires chauffés par rayonnement. Les numéros de référence se rapportent aux mêmes parties que dans le dessin schématique de la figure 1, et la disposition est identique/avec celle de la figure 1, avec la seule différence que les tubes d'alimentation d'eau. 2, au lieu d'être reliés à la zone d'eau du ballon principal 5, sont branohés sur un, des ballons inférieurs de la chaudière. Le fonctionnement est d'ailleurs Identique .
On voit par ce qui précède que l'invention faisant l'omet du présent brevet consiste en une disposition nouvelle des écrans aquatubulaires appliqués aux foyers de générateurs de vapeur, disposition essentiellement caractérisée par les particularités suivantes, qui peuvent être adoptées isolément ou oonouremment, en combinaison en nombres quelconques :
1 Les écrans aquatubulaires formant une ou plusieurs parois de la ohambre de combustion du foyer délivrent leur vapeur dans un ou plusieurs collecteurs de dégagement.
2 Le ou les dits collecteurs de dégagement sont reliés au ballon principal d'eau et vapeur par des tubes de dégagement.
3 Facultativement, les dite tubes de dégagement débouchent dans la zone de vapeur du ballon principal .
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4 Les dits tubes de dégagement sont dotés d'une résistance à l'écoulement suffisante pour provoquer un dénivellement appré- ciable entre le plan d'eau principal dans le ballon principal et le plan d'eau secondaire dans les circuits de dégagement des écrans.
5 Cette résistance peut être invariable et calculée de façon à situer le plan d'eau secondaire dans le ou les collec- teurs de dégagement des écrans pour une allure donnée de vapori- sation dans les dits écrans.
6 En variante, cette résistance peut être variable, de façon à maintenir le plan d'eau secondaire dans les limites du ou des collecteurs de dégagement des écrans quelle que soit l'allure de vaporisation dans les dits écrans.
7 Les écrans aquatubulaires du foyer peuvent être munis de tubes de retour reliant leurs collecteurs de dégagement à leurs collecteurs d'alimentation, dans le but de ramener l'eau séparée dans les collecteurs de dégagement.
8 Le ou les collecteurs d'alimentation des écrans peuvent être reliés soit à la zone d'eau du ballon principal, soit à celle d'un ballon inférieur de @ la chaudière.
Il est évident que la description ci-dessus n'est donnée qu'à titre d'exemple et que des modifications considérables peuvent être apportées à cette construction, sans sortir du ca- dre du brevet, à condition de donner des résultats équivalents.