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Procédé destiné à empêcher l'augmentation exagérée de la pression dans les générateurs à vapeur à faible capacité en eau, et dispositif régulateur permettant la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans les générateurs de vapeur à faible capacité en eau, notamment dans les chaudières à vaporisation rapide destinées à la propulsion de véhicules et surtout dans le cas des chaudières à foyer à grille, il est nécessaire de prévoir des mesures pour empêcher une élévation trop considérable de la pression de vapeur dans le générateur lors de la réduction ou de la suppression de la prise de vapeur,par
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exemple au moment de l'arrêt brusque du véhicule.
Etant donné que, lors du passage de la marche rapide à l'arrêt, la grille porte une masse importante de charbon incandescent pouvant encore rayonner une quantité de chaleur assez importante, même si l'on ferme le tirage, la pression de vapeur dans un tel générateur.' de vapeur à faible capacité. en eau et à enceinte de vapeur réduite croit fortement et d'une' manière brusque après fermeture de la conduite de prise de vapeur, en raison de la continuation de la production de vapeur. Il s'ensuit une perte d'eau notable lorsque l'échappement par la soupape de sûreté s'effectue au moment correct et ces pertes nécess-itent, lorsqu'on marche en circuit fermé pour le fonctionnement de la machine, un apport inadmissible d'eau d'appoint.
Si, au contraire, la soupape de sûreté ne fonctionnait pas ou qu'elle se trouve réglée à une pression d'échappement très élevée en vue de supprimer ces pertes, il peut se produire pour un accroissement de pression de vapeur exagéré des fatigues excessives des matériaux et par suite des déchirures de tubes.
Le moyen habitual consistant à réduire la pression trop élevée par introduction ultérieure d'eau froide dans les tubes de la chaudière, est sans effet dans les générateurs à vaporisation rapide, à faible capacité en eau et à enceinte de vapeur réduite; au contraire, comme les essais de la Demanderesse l'ont montré, l'accroissement de pression est beaucoup plus rapide à la suite de la réduction de l'enceinte de vapeur de la chaudière occasionnée par l'introduction ultérieure d'eau qu'en l'absence de cette introduction.
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La présente invention a pour but de supprimer l'inconvénient précité; elle consiste essentiellement à faire communiquer la canalisation amenant la vapeur du générateur au point d'utilisation avec une chambre de décharge qui comporte un dispositif permettant de condenser à la pression de la chaudière la vapeur en excès produite au moment de la réduction ou de l'arrêt du prélèvement de vapeur utile, en y introduisant de l'eau finement divisée, froide ou légèrement chauffée.
Un réglage approprié de l'eau finement divisée ainsi introduite permet de maintenir l'accroissement de pression entre des limites admissibles et même d'agir dans le sens voulu sur l'allure de cet accroissement. On règle la soupape de sûreté pour une pression plus élevée que celle qui correspond au fonctionnement normal pour obtenir ainsi une certaine action de réserve de la part de la chaudière.
L'introduction de l'eau dans la chambre de décharge peut être effectuée par exemple au moyen d'une crépine avec un nombre suffisamment élevé de petites ouvertures de sortie permettant une distribution fine de l'eau ou au moyen de surfaces de ruissellement montées dans la chambre de décharge de vapeur ou encore au moyen des deux disposi- tifs ci-dessus utilisée simultanément pour améliorer le fonctionnement du système.
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 est un graphique faisant apparaître le résultat des essais relatifs aux effets obtenus par le
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procédé et la dispositif conformes à l'invention, appliqués à une chaudière à vaporisation rapide, en ce qui concerne la réduction de la pression de vapeur après arrêt du prélèvement de vapeur.
Les figures 2 à 4 représentent schématiquement et à titre d'exemples trois modes d'exécution de dispositifs permettant ltexécution de ltinvention.
Sur la fig. 1, les pressions relatives de la vapeur, mesurées en atmosphères, sont portées en ordonnées et les durées d'injection mesurées en minutes, en abscisses. La courbe supérieure a représente l'accroissement de pression de la vapeur après arrêt de la prise de vapeur lorsqu'on n'injecte pas d'eau pour condenser la vapeur en excès. Dans ce cas, la pression normale de fonctionnement était main- tenue à 40 atmosphères. Cornue on le voit sur le dessin, la pression croit considérablement après fermeture de la sou- pape de prise de vapeur dès qu'il s'est écoulé une durée très brève; par exemple, elle monte déjà à 65 atmosphères après 1 minute et a 80 atmosphères après ? minutes au total.
La courbe b représente l'allure des pressions lorsqu' on utilise un dispositif conforme à l'invention et qu'on injecte une quantité d'eau déterminés, par exemple environ 5 kg pendant une durée de 2 minutes par exemple dans l'encein- te du réservoir de décharge. Cette injection commence après environ 1/2 minute. On peut, bien entendu, raccourcir sensiblement ce délai et l'injection peut commencer à être effectuée presque au moment même de l'arrêt de la prise de vapeur.
La pression de vapeur commence par croître encore comme le montre le graphique des essais, pendant une courte
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durée, au-dessus de 4o atmosphères et cela de la même manière que pour la courbe a. Cette période est suivie pendant la durée d par un accroissement de pression ultérieur moins marqué qu'antérieurement en raison de l'action de l'eau injectée, à la suite de la condensation de la vapeur avec réchauffage de l'eau injectée aux environs de la température de l'eau de chaudière. Cet accroissement de pression s'arrête dans la deuxième moitié de la durée d. A la fin de cette durée d, on interrompt l'injection d'eau, en suite de quoi la pression continue bien entendu à monter, sans atteindre même de loin comme on le voit en fig. 1, la valeur atteinte par la courbe a sans injection d'eau.
La troisième courbe c montre l'allure des pressions de vapeur lorsqu'on utilise une masse d'eau injectée à peu près double avec une durée d'injection e à peu près double. Lorsque l'accroissement de pression s'est arrêté au bout d'environ une minute et demie, il se produit même dans le cas représenté une réduction de la pression jusqu'à la fin de la durée e, moment où l'on arrête l'introduction d'eau dans le réservoir. A partir de ce moment, la pression recommence à monter sans atteindre les valeurs de la courbe a ni même de la courbe b. En général, la deuxième partie de l'accroissement de pression n'a d'ailleurs aucune action du fait que par exemple dans le cas d'une chaudère de véhicule, le fonctionnement normal a repris entre temps.
La courbe en traits interrompus f représente l'accroissement de pression en l'absence de toute condensation de la vapeur en excès.
Les essais relatés ci-dessus font apparaître le
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fonctionnement avantageux du système conforme à l'invention avec application de la condensation de la vapeur au moyen de surfaces de ruissellement ou par pulvérisation fine de l'eau par des crépines, etc....
Sur les figures 2 à 4 que l'on va maintenant décrire, les mêmes organes sont désignés par les mêmes références.
La chaudière tubulaire 1 reçoit l'eau d'alimentation provenant du réservoir d'alimentation 2 par l'intermédiaire de la pompe 3 constituée avantageusement par une pompe à piston et suivie par un réchauffeur d'eau 4 chauffé par la vapeur détendue, la vapeur partiellement détendue ou les gaz de fumée. La vapeur engendrée dans les tubes 1 est amenée au point d'utilisation par la conduite 5 comportant à la manière habituelle une soupape de sûreté 6 et une soupape de prise ou d'arrêt de vapeur 7.
De la conduite de vapeur 5 (fig. 2) ou directement du tube de vaporisation part une conduite 8 aboutissant à un réservoir 9.A l'intérieur formant chambre de vapeur de ce réservoir, s'ouvre une crépine lo recevant de l'eau d'alimentation, provenant de la conduite de refoulement il reliant la pompe d'alimentation 3 au réchauffeur 4, par l'intermédiaire d'une conduite auxiliaire 13 formant dérivation d'alimentation et comportant une soupape 12.
Lorsque la soupape de la conduite de prise de vapeur se trouve fermée, l'alimentation de la chaudière 1 par la pompe 3 à travers le réchauffeur 4 est interrompue à la main ou automatiquement, par exemple sous l'action de l'accroissement de pression se produisant dans la chaudière.
En même temps, la soupape 12 de la conduite d'alimentation
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auxiliaire 13 s'ouvre. La vapeur en excès produite par la chaleur rayonnant à ce moment de la grille et des parois du foyer passe par la conduite 8 dans le réservoir de décharge 9 et s'y condense sous l'action de l'eau froide sortant de la crépine lo. A la place de la crépine ou en plus d'elle, on peut utiliser, dans la chambre à vapeur formée par le réservoir 9, des surfaces de ruissellement 14.
Pour éviter, à la suite de la condensation de la vapeur, que le réservoir 9 ne soit noyé, l'eau chaude en excès est évacuée dans le cas du mode d'exécution représenté en fig. 2, par un dispositif automatique, par exemple par une soupape de vidange 16 commandée par un flotteur 15, pour sorti r par la conduite 27 et retourner au réservoir d'alimentation 2 dans lequel elle peut pénétrer par le serpentin 17 qui y est immergé pour laisser récupérer ainsi la chaleur de l'eau de condensation chaude.
Dans le mode d'exécution de la fig. 3, il s'agit d'une chaudière à circulation d'eau avec un réservoir 9 où se rassemble l'eau qui se sépare de la vapeur produite dans les tubes 1 et d'où. l'eau est ramenée à la partie inférieure de la chaud*e 1 par la conduite 18. Dans ce purgeur ou séparateur 9, on introduit encore en période de fonctionnement normal l'eau d'alimentation provenant du réservoir d'alimentation 2 et fournie par la pompe 3 par l'intermédiaire du réchauffeur 4. Cette eau parvient en passant sur la surface de ruissellement 14 dans la partie inférieure du réservoir 9 pour en ressortir par la conduite 18 aboutissant aux tubes de vaporisation 1.
Dans ce mode d'exécution, le réservoir séparateur 9 est utilisé en même temps pour la condensation de la
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vapeur en excès après arrêt du fonctionnement de la prise de vapeur. Une dérivation 13 de la conduite de refoulement de la pompe d'alimentation 3, se détachant en amont du réchauffeur 4 et comportant une soupape d'arrêt 12, aboutit à la crépine lo dans la chambre de vapeur du réservoir 9. Le flotteur 15 empêche toute suralimentation du réservoir 9, ce flotteur commandant la position de la soupape 19 dans la dérivation 13 d'alimentation auxiliaire.
La commande de cette soupape 19 pourrait être assurée également de toute autre manière, par exemple par voie électrique au moyen d'un contact plongeant dans l'eau du réservoir 9 pour permettre d'établir une connexion vers l'extérieur à l'aide de douilles de traversée du type utilisé pour les bougies d'allumage des moteurs.
Il existe encore d'autres moyens permettant de supprimer la suralimentation du réservoir. Par exemple on pourrait en marche normale de la pompe fermer après un temps déterminé, au moyen d'un déclenchement à retard, la soupape de la dérivation auxiliaire 13.
La fig. 4 représente encore un autre mode d'exécution suivant lequel on n'injecte dans le réservoir qu'une masse limitée déterminée d'eau. On peut y arriver au moyen d'un accumulateur à air comprimé ou soumis à l'action d'un poids, dont la contenance en eau est bien déterminée. Dans le cas représenté, on intercale dans la dérivation 13 branchée en amont du réchauffeur 4 un collecteur ou accumulateur 2o de ce genre pour recevoir une masse déterminée d'eau. Cet accumulateur contient un piston à étages 21.
L'espace au-dessus de la plus grande
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surface de piston communique avec la conduite de prise
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de vapeur 5 par l'intermédiaire d'une conduite 23 compor- . tant une soupape 22 tandis que l'espace au-dessous de la plus petite surface de piston est relié, par une conduite
24 comportant un clapet de retenue 28, au refoulement 11 de la pompe d'alimentation 3 ainsi qu'à la conduite 13 aboutissant à la crépine lo de la chambre de vapeur du réservoir 9.
Ce dispositif fonctionne de la manière suivante : lorsque la soupape de prise de vapeur principale 7 dans la conduite de prise de vapeur 5 est ouverte ainsi que la conduite principale d'alimentation 11, on ferme la soupape 22 dans la canalisation 23. On ferme également la dérivation auxiliaire d'alimentation 13. Il s'ensuit que l'accumulateur 2o se remplit en eau froide sous l'action de la pompe 3 par l'intermédiaire des conduites 11 et 24. Si, par contre, la soupape de prise de vapeur prin- cipale 7 et la conduite d'alimentation 11 se trouvent fermées, on ouvre la soupape 22 de la canalisation 23 et la soupape 12 dans la dérivation auxiliaire d'alimentation
13.
Grâce au fonctionnement du piston à étages 21, il se produit dans le réservoir accumulateur 2o une surpression par rapport à la pression de la chaudière et l'eau conte- nue dans l'accumulateur 2o refoulée dans la conduite 13 est injectée dans la chambre à vapeur du réservoir 9 par l'intermédiaire de la crépine lo.
La commande des différentes soupapes peut se faire automatiquement à l'aide d'huile sous pression ou d'un agent analogue, par l'intermédiaire de dispositifs sensibles à la pression et agissant sur des servo-moteurs commandant les différentes soupapes. La commande peut être
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également assurée par voie électrique.
En dehors des soupapes habituelles prévues dans les conduites d'alimentation et nécessaires au fonctionnement envisagé,on utilise encore dans les modes d'exécution représentés une soupape de surpression et de sécurité 25 qui laisse revenir par la canalisation 26 dans le réservoir d'alimentation en eau 2 la partie de l'eau qui ne traverse pas la crépine lo au moment de la fermeture de la conduite principale 11. De plus, on pourrait arrêter le débit de la pompe d'alimentation de la chaudière, surtout lorsqu'il s'agit d'une pompe à piston, en fermant, la soupape d'aspiration, ou encore, en cas de commande indépendante de la pompe d'alimentation, on peut arrêter le mouvement de celle-ci.
L'invention est également applicable dans les cas où, déjà pour raisons de construction, la chaudière doit comporter un collecteur à eau et à vapeur qui lui est relié directement.
Revendications.
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