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" Régulation automatique des chaudières unitubulaires".
La présente invention s'applique à toutes les chaudiè- res unitubulaires. Elle concerne plus spécialement la régu- lation automatique d'un. moteur à vapeur à condensation. Ce moteur comprend une chaudière unitubulaire, une machine à vapeur, un condenseur à refroidissement par air, un ventila- teur d'air de combustion, une pompe alimentaire et les régula- teurs d'air de combustion et d'eau d'alimentation.
Le charbon est supposé amené automatiquement au foyer par une grille inclinée. La chaudière unitubulaire se compose d'un réchauffeur, d'un vaporiseur, d'un surchauffeur, et d'un réchauffeur d'air.
On sait que dans ces conditions, pour assurer la bonne marche de la chaudière, il faut que la quantité d'air, néces-
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saire à la combustion et le débit d'eau d'alimentation res- tent proportionnels quand la charge varie entre 0 et 100%, dans n'importe quel sens et avec une vitesse quelconque.
Pour résoudre ce problème, d'une manière simple et ca- pable d'assurer une-véritable sécurité de fonctionnement, on a admis dans la présente invention, contrairement à la pra- tique courante, que la pression de la vapeur et la tempéra- ture de surchauffe peuvent varier entre deux limites très espacées l'une de l'autre, quand la charge varie de 0 à 100%.
A la charge 0, le dispositif de régulation est réglé pour maintenir la pression et la température les plus fortes que l'on puisse accepter; à la charge 100% pour la pression et la température minima ; aux charges intermédiaires pour des pressions et des températures dont la différence aux va- leurs limites varie proportionnellement à la charge.
Il est possible ainsi de faire dépendre la régulation de l'air et de l'eau, directement, de la pression à la chaudière par l'intermédiaire d'un régulateur de pression.Ce régulateur peut être constitué par un plongeur ou une membrane influencé par la pression de vapeur, et équilibré par un ressort.
En pratique, un tel dispositif ne donne pas de résultats satisfaisants. Il est nécessaire pour y parvenir de ne pas maintenir une proportionnalité rigoureuse entre les débits d'air et d'eau..'quand la charge varie. Le débit d'air étant fixé directement par le régulateur de pression, il faut cor- riger le débit d'eau par rapport à ce débit d'air. Si la sur- chauffe devient trop forte, il faut augmenter la quantité d'eau par rapport à la quantité d'air et inversement, jusqu'à ce qu'on obtienne la température voulue.
Ce résultat est obtenu, ici, en combinant à l'action du régulateur de pression, celle dtun thermostat influencé par la température de vapeur sortant de la chaudière.
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La description des figures jointes données à titre d'exem- ple fera mieux ressortir le principe et les dispositifs cou- verts par la présente invention.
La fig.l, représente un exemple de réalisation de l'en- semble de la régulation.,Il y est figuré une représentation du thermostat couvert parla présente invention.
La fig.2 et la fig.3 représentent la vue en coupe d'une soupape de réglage de débit d'eau couverte également par la présente invention.
La fig.4 représente un autre exemple de réalisation de l'ensemble de la régulation, permettant d'augmenter sa rapi- dité d'action et sa stabilité.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
Sur la fig.l, la chaudière est alimentée en eau par la pompe 21 et en air par le ventilateur 20. L'organe sensible du régulateur de pression est constitué par un plongeur 1 re- cevant directement la pression de la vapeur sortant de la chaudière. Ce plongeur commande les déplacements d'un levier 3. Il est équilibré par un ressort 2. On a figuré, à titre d'exemple, sur les différentes positions du levier 3 des valeurs de la pression et de la température de la vapeur correspondant à ces positions. Le thermosthat 11 qui y est également repré- senté est.dans sa forme de réalisation la plus simple, cons- titué de la façon suivante: une capacité renferme un gaz 7 chauffé par la vapeur, extérieurement et intérieurement, au moyen d'un faisceau tubulaire,8.
La capacité est limitée par une membrane déformable sur laquelle appuie un ressort 12 qui équilibre la pressiou du gaz. De cette façon, les dépla- cements de la membrane sont à peu près proportionnels aux températures prises par ce gaz.
Le levier 3 agit sur les organes de réglage de débit d'air et d'eau d'alimentation dont le degré d'ouverture entre la position fermée et la position ouverte est proportionnel
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à la charge. La pression et la température de surchauffe de la vapeur varient ainsi en raison inverse de la charge.
Sur le levier 3 est placé le point fixe 28 d'un second levier 4 qui reçoit à une extrémité, l'action du thermostat 11 et commande à 1'autre extrémité l'organe de réglage du débit d'eau d'alimentation 6.
Le réglage est fait de telle sorte que la quantité d'eau d'alimentation, qui est proportionnelle à la quantité de cha- leur utilisée dans la chaudière, est ajustée et corrigée, en tenant compte de la température de surchauffe par rapport à la quantité d'air insufflée au foyer, et qui, elle, est proportion- nelle à la quantité de vapeur produite dans la chaudière.
En conservant, à titre d'exemple, les chiffres indiqués sur le dessin, nous voyons que le réglage à la charge de 50% doit donner une pression de 22 Kgrs/cm2 et une température de 300 0. Si l'on passe à une charge de 75% la pression descend à 21 Kgs/cm2. La quantité d'eau augmente un peu plus qu'il ne le faudrait pour la charge de 75%. Le niveau d'eau dans la chaudière monte et la température commence à baisser.Cette bais- se de température entraine une baisse de niveau et ainsi de sui- te jusqu'à ce que l'équilibre soit obtenu pour une température voisine de 275 C
La soupape de réglage de débit d'eau, doit au moment de la variation de charge, régler le débit d'eau avec une grande précision.
Pour cela cet appareil, réprésenté sur les figures 2 et 3 et qui est également couvert par la présente invention, comporte plusieurs orifices 14 de sections égales' et disposées sur une hélice enroulée sur le cylindre 15. La rotation de ce 13 cylindre est commandée par le levier/et le nombre d'orifices découverts est ainsi proportionnel à la charge et permet d'as- surer une excellente proportionnalité de la charge au débit d'eau d'alimentation. La section de passage offerte par chacun de ces orifices peut en outre être ajustée au débit total.
Pour cela, il est prévu un tiroir cylindrique 17 placé à l'inày
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du cylindre 15 percé de trous. Ce tiroir est découpé suivant une hélice 19 de même pas que celle suivant laquelle sont pla- cés les orifices 14. Ce tiroir 17, peut être déplacé axiale- ment par exemple en vissant ou dévissant l'écrou 18 engagé sur la partie filetée de la tige 28 solidaire du tiroir 17 et qui est empêchée de tourner par une vis 26 engagée dans une rainure axiale du tiroir 17. Celui-ci est sollicité par un ressort 27 à venir obturer les trous 14, mais le degré d'obturation de ces trous est limité par l'appui de l'édrou 18 contre le corps fixe de la soupape 6.
Le débit d'air, pourra, avantageusement, être réglé par la variation du nombre de tours du moteur du ventilateur 20 en fonction de la charge. Pour cela le levier 3 agira par exem- ple comme représenté à la figure 1 en faisant varier la résis- tance du circuit d'excitation du moteur.
Le débit d'eau d'alimentation peut être réglé de la même façon en agissant sur l'excitation du moteur de la pompe 21 avec le levier 4.
Cette méthode de régulation peut être employée aussi sur les chaudières fixes en faisant commander l'arrivée d'air et de charbon par le levier 3 et l'arrivée d'eau par le levier 4.
Si l'on emploie des combustibles liquides, les débits d'air et de combustible seront réglés par le levier 3, le débit d'eau par le levier 4.
Si pour une raison ou une autre, la pression de la vapeur ou la température de surchauffe, dépasse les limites prévues, le plongeur 1 ou le thermostat 11 couperont le courant du mo- teur du ventilateur, c'est-à-dire, arrêteront la production de chaleur à la chaudière. Ceci permettrait éventuellement de supprimer la soupape de sûreté, qui est nécessaire dans les autres cas.
Pour augmenter la stabilité du réglage, c'est-à-dire, obtenir une action plus rapide du régulateur, celui-ci pourrait
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être.modifié suivant la fig.4. Le réglage d'air reçoit, alors, lui aussi une correction, donnée en fonction de la température de surchauffe. Si la température de la vapeur dépasse le degré charché, l'admission de l'air doit être un peu diminuée et in- versement. Dans ce but, on ajoute un troisième levier 22 dont le point fixe 29 est aussi sur le levier 3 et qui est articulé à une extrémité 24 sur le levier 4 et agit par ltautre extrémité sur l'organe de réglage de l'air 5. Si l'on place l'articula- tion 24 au point fixe 28 du levier 4, l'influence de la tempéra- ture sur le débit d'air est éliminée.
REVENDICATIONS.
1) Procédé pour le réglage automatique des chaudières uni- tubulaires comprenant une régulation de pression qui règle la combustion (proportionnelle à la production de chaleur) en fonc- tion de la quantité d'eau d'alimentation, (qui, elle, est propor- tionnelle à la quantité de chaleur utilisée) et d'un régulateur de température, caractérisé par le fait que le régulateur de pres- sion règle la production de chaleur dans la chaudière et la quan- tité d'eau d'alimentation en quantités directement proportion- nelles, et ceci entre deux limites de pression éloignées, tandis que le régulateur de température corrige, également entre deux limites de température éloignées, le débit d'eau d'alimentation par rapport au débit d'air envoyé au foyer si la variation de la température ne suit pas exactement celle de sa pression.
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"Automatic regulation of single-tube boilers".
The present invention applies to all unitubular boilers. It relates more specifically to the automatic regulation of a. condensing steam engine. This engine consists of a single-tube boiler, a steam engine, an air-cooled condenser, a combustion air fan, a feed pump and the combustion air and feed water regulators.
The charcoal is supposed to be brought automatically to the hearth by an inclined grate. The single-tube boiler consists of a heater, a vaporizer, a superheater, and an air heater.
We know that under these conditions, to ensure the good functioning of the boiler, it is necessary that the quantity of air,
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The combustion rate and the feed water flow rate remain proportional when the load varies between 0 and 100%, in any direction and with any speed.
In order to solve this problem, in a simple and capable way of ensuring true operational safety, it has been admitted in the present invention, contrary to current practice, that the vapor pressure and the temperature. The overheating temperature can vary between two widely spaced limits, when the load varies from 0 to 100%.
At load 0, the regulator is set to maintain the highest pressure and temperature that can be accepted; at 100% load for minimum pressure and temperature; at intermediate loads for pressures and temperatures whose difference at their limit values varies in proportion to the load.
It is thus possible to make the regulation of the air and water depend directly on the pressure in the boiler via a pressure regulator, which can be constituted by a plunger or a membrane influenced by vapor pressure, and balanced by a spring.
In practice, such a device does not give satisfactory results. In order to achieve this it is necessary not to maintain a strict proportionality between the air and water flow rates when the load varies. As the air flow is set directly by the pressure regulator, the water flow must be corrected in relation to this air flow. If the overheating becomes too strong, it is necessary to increase the quantity of water in relation to the quantity of air and vice versa, until the desired temperature is obtained.
This result is obtained here by combining the action of the pressure regulator with that of a thermostat influenced by the temperature of the steam leaving the boiler.
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The description of the accompanying figures given by way of example will bring out more clearly the principle and the devices covered by the present invention.
Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the whole of the regulation. There is shown a representation of the thermostat covered by the present invention.
Fig.2 and Fig.3 show the sectional view of a water flow control valve also covered by the present invention.
FIG. 4 represents another embodiment of the whole of the regulation, making it possible to increase its speed of action and its stability.
In these different figures, the same reference notations designate identical elements.
In fig.l, the boiler is supplied with water by the pump 21 and with air by the fan 20. The sensitive member of the pressure regulator consists of a plunger 1 directly receiving the pressure of the steam leaving the chamber. boiler. This plunger controls the movements of a lever 3. It is balanced by a spring 2. It has been shown, by way of example, on the different positions of the lever 3 values of the pressure and the temperature of the steam corresponding to these positions. The thermosthat 11 which is also represented therein is, in its simplest embodiment, constituted as follows: a capacity contains a gas 7 heated by steam, externally and internally, by means of a bundle tubular, 8.
The capacity is limited by a deformable membrane on which a spring 12 rests which balances the pressure of the gas. In this way, the displacements of the membrane are roughly proportional to the temperatures taken by this gas.
Lever 3 acts on the air and feed water flow rate regulators whose degree of opening between the closed position and the open position is proportional
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at the expense. The pressure and the superheating temperature of the steam thus vary inversely with the load.
On the lever 3 is placed the fixed point 28 of a second lever 4 which receives at one end the action of the thermostat 11 and controls at the other end the feed water flow rate regulator 6.
The adjustment is made in such a way that the quantity of feed water, which is proportional to the quantity of heat used in the boiler, is adjusted and corrected, taking into account the superheating temperature in relation to the quantity air blown into the fireplace, which is proportional to the quantity of steam produced in the boiler.
By keeping, by way of example, the figures indicated in the drawing, we see that the adjustment at the load of 50% must give a pressure of 22 Kgrs / cm2 and a temperature of 300 0. If we go to a 75% load the pressure drops to 21 Kgs / cm2. The amount of water increases a little more than necessary for the 75% charge. The water level in the boiler rises and the temperature begins to drop. This drop in temperature leads to a drop in the level and so on until equilibrium is obtained for a temperature close to 275 C
The water flow adjustment valve must, at the time of the load variation, adjust the water flow with great precision.
For this this apparatus, shown in Figures 2 and 3 and which is also covered by the present invention, comprises several orifices 14 of equal sections' and arranged on a helix wound on the cylinder 15. The rotation of this cylinder is controlled by the lever / and the number of openings is thus proportional to the load and makes it possible to ensure excellent proportionality of the load to the feed water flow rate. The passage section offered by each of these orifices can also be adjusted to the total flow rate.
For this, there is provided a cylindrical drawer 17 placed at the inày
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cylinder 15 pierced with holes. This slide is cut along a helix 19 of the same pitch as that along which the orifices 14. This slide 17 can be moved axially, for example by screwing or unscrewing the nut 18 engaged on the threaded part of the slide. rod 28 integral with the drawer 17 and which is prevented from rotating by a screw 26 engaged in an axial groove of the drawer 17. The latter is urged by a spring 27 to close the holes 14, but the degree of closure of these holes is limited by the support of the nut 18 against the fixed body of the valve 6.
The air flow can advantageously be adjusted by varying the number of revolutions of the fan motor 20 as a function of the load. For this, the lever 3 will act, for example, as shown in FIG. 1, by varying the resistance of the excitation circuit of the motor.
The feed water flow can be regulated in the same way by acting on the excitation of the motor of pump 21 with lever 4.
This control method can also be used on stationary boilers by controlling the air and coal supply by lever 3 and the water supply by lever 4.
If liquid fuels are used, the air and fuel flows will be regulated by lever 3, the water flow by lever 4.
If for some reason the steam pressure or the superheat temperature exceeds the prescribed limits, the plunger 1 or the thermostat 11 will cut off the power to the fan motor, that is, stop heat production at the boiler. This would possibly eliminate the relief valve, which is necessary in other cases.
To increase the stability of the adjustment, that is to say, to obtain a faster action of the regulator, it could
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be.modified according to fig. 4. The air control then also receives a correction, given as a function of the overheating temperature. If the temperature of the steam exceeds one degree, the air intake must be reduced a little and vice versa. For this purpose, a third lever 22 is added, the fixed point 29 of which is also on the lever 3 and which is articulated at one end 24 on the lever 4 and acts by the other end on the air regulating member 5. If the articulation 24 is placed at the fixed point 28 of the lever 4, the influence of temperature on the air flow is eliminated.
CLAIMS.
1) Method for the automatic regulation of single-tubular boilers comprising a pressure regulation which regulates the combustion (proportional to the production of heat) according to the quantity of feed water, (which, for its part, is proportional - proportional to the quantity of heat used) and a temperature regulator, characterized in that the pressure regulator regulates the heat production in the boiler and the quantity of feed water in quantities directly proportional, and this between two distant pressure limits, while the temperature regulator corrects, also between two distant temperature limits, the feed water flow rate in relation to the air flow sent to the fireplace if the variation temperature does not exactly follow that of its pressure.