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Chaudière à circulation forcée.
Il est connu de soumettre, dans les chaudières à circulation forcée, le réglage de la combustion ou du foyer à une impulsion de température déduite ou dérivée de la vapeur sortant de la chaudière. Ce mode de réglage présente l'inconvénient d'être plus ou moins en retard par rapport aux phénomènes qui se passent effectivement dans la chaudière, et qu'en conséquence il se produit facilement des mouvements pendulaires.
Le fait que 10 réglage est en retard est dû à ce qu'une modification de la chauffe ne devient jamais perceptible à 1'extrémité de
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la chaudière sous la ferme d'une variation de la tempé- raturede la Tapeur que lorsque le fluide de travail qui pénètre dans la chaudière à l'instant de la variation de la chauffe est arrivé en ce point.
Comme la durée de traversée pour la fluide de travail est en général de plu- sieurs minutes, l'impulsion de réglage vient donc toujours en retard d'une quantité très considérable,
Jusqu'à présent, on n'a pas encore trouvé de dé- tour donnant entièrement satisfaction pour parer à cet in- convénient. En avançant le point où lton recueille les' impulsions en remontant le sens d'écoulement du fluide de travail, il est à peine possible d'obtenir une améliora- tîon, car on ne peut déplacer ce point que jusqu'à lten- droit où commence la surchauffe.
La surface de vaporisa- tion qui fait suite à ce point ne peut, comme on sait, être utilisée pour recueillir des impulsions de tempéra- ture, parce que le fluide de travail .au contact de cét te surface de chauffe est toujours à la même température, quelle que soit la charge de la chaudière, c'est-à-dire à la température de la vapeur saturée correspondant à la pression de fonctionnement. Par conséquent, on nta plus que la possibilité de déduire l'impulsion du réchauffeur préalable.
Mais cette solution possible n'est pas appli- cable non plus, d'une part parce que les variations de température qui se produisent dans le réchauffeur sont relativement faibles, et d'autre part parce que cette im- pulsion arrive trop t8t et que par conséquent on abandon- nerait à elle-même sans contr8le une trop grande partie de la chaudlère située après le point où l'on rceueille les @mpclaicre Il est évident qu'on ne peut pas non plus utiliser une impulsion composée par une impulsion déduite rartiellement du réchauffeur et partiellement du surchauf- leur, parce que.
même avec cette composition., l'une ou l'autre des impulsions prend la suprémente et chacune d'el- les se produite ainsi qu'on l'q exposé ci-dessus, à un
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instant qui ne convient ID-a4l
La présente invention indique dans ces condi- tions une voie foncièrement nouvelle pour obtenir une im- pulsion de température qui suit une variation de la char- ge de la chaudière avec un retard plus faible.
Cette so- lution consiste en ce que l'on ajoute ou l'on affecte :1 la surface de chauffe proprement dite de la chaudière une surface de chauffe auxiliaire que le fluide traverse en un temps faible par rapport à celui qui est nécessaire pour traverser la surface de chauffe proprement dite de la chaudière, et en ce que l'on utilise les variations de température du fluide qui traverse cette surface de chauf- fe auxiliaire pour le réglage de la chaudière. L'intérêt de cette solution résulte du fait que, par son application, il devient possible de réduire autant qu'on le désire la caractéristique qui retardait jusqu'à'présent l'impulsion de température, c'est-à-dire la durée de passage du fluide de travail.
En soi, on peut exposer la surface de chauffe auxiliaire, qui peut être constituée par un faisceau tu- bulaire unique relativement mince, en un point quelconque au courant des gaz de chauffage de la chaudière et lui donner une forme quelconque. Toutefois, dans ce cas les variations de la chauffe de la chaudière ne se traduiront pas toujours dans la même proportion sur la surface pro- prement dite de chauffe de la chaudière et sur la surface de chauffe auxiliaire, c'est-à-dire que les températures de la vapeur qui se produisent à la fin de la surface au- riliaire ne seront pas forcément toujours une image fidè- le des bempératures existant à la fin de la chaudière.
Mais ceci n'exclut pas que l'on ne puisse méanmoins assu- rer le réglage du foyer au moyen des impulsions de tempéra- ture prises sur la surface de chauffeauxiliaire. Pour ob- tenir un réglage parfait, il suffit simplement de faire agir l'impulsion sur le réglage de la chauffe après en
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avoir corrige la valeur, et on dispose à ce;
, effet, dans la technique du réglage, des moyens les plus divers, com- ?!le par exemple de l'utilisation appropriée de disques pro- files ou de eames, de résistances échelonnées ou graduées, et d'autres dispositifsanalogues,
Mais en général, on ne se contentera pas de cet- te solution et on s' efforcera d'affecter ou de faire cor- respondre la surface de chauffe auxiliaire à la surface de chauffe proprement dite, qui sera brièvement désignée ci-après sous le nom de surface de chauffe principale, de manière qu'en cas de variation de la chauffe de la chau- dière les variations de température à l'extrémité ou à la fin de la surface de chauffe auxiliaire soient proportion- nelles à celles qui se produisent à l'extrémité ou à la fin de la surface de chauffe principale.
Pour obtenir ce résultat, on propose de faire passer la surface de chauffe principale et la surface au- xiliaire au moins d'une manière approchée par les mêmes zones de chaleur de la chaudière., Mais, dans certaines circonstances, cette solution ne fournit toujours pas une proportionnalité suffisante pour les variations de la température à l'extrémité des surfaces de chauffe princi- pale et auxiliaire, de sorte qu'il est avantageux en ou- tre que le rapport des dimensions de la surface de chauf- fe auxiliaire et de la surface de chauffe principale soit constant au moins d'une manière approchée dans les zones successives, à température constante, des gaz de la com- bustion,
Pour obtenir à l'extrémité de la surface de chauffe auxiliaire des variations de température aussi nettes et aussi grandes que possible, on propose en outre, conformément à la présente invention., d'alimenter la sur-- face de chauffe auxiliaire a-rec un liquide qui peut éga- iement être une partie de l'eau d'alimentation même de la chaudière, de belle sorte que de liquide passe sur la
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/ surface auxiliaire sans se vaporiser.
Si on admettait une vaporisation, la surface de chauffe auxiliaire aurait une température uniforme dans le liquide de mesure le long d'un certain trajet dans les limites duquel se pro- duit la vaporisation, c'est-à-dire que cette surface de chauffe auxiliaire comprendrait donc une partie proprement superflue pour le but recherché. Il faut signaler encore qu'il est avantageux, dans certaines circonstances, d'ali- menter la surface de chauffe auxiliaire par exemple avec de l'huile pour obtenir à la fin du trajet de mesure des températures aussi élevées que possible et par conséquent de grandes variations de température.
Mais au lieu d'un liquide, on peut aussi faire passer le long de la surface de chauffe auxiliaire un gaz, ce qui présente des avanta- ges parce que la résistance d'écoulement d'un gaz est plus faible que celle d'un liquide, de sorte qu'on peut donner une valeur particulièrement faible à la durée de passage du fluide qui s'écoule le long de la surface auxiliaire.
On peut procéder à l'alimentation de la surface de chauffe auxiliaire soit de telle sorte qu'elle soit toujours proportionnelle à l'alimentation, variable en cas de variation de la charge de la chaudière, de la sur- face de chauffe principale, soit au contraire en la main- tenant constamment fixe quelles que soient les variations de la charge de la chaudière. Dans ce second cas, il faut tenir compte de ce que, lors des variations de la charge de la chaudière, il se produit à la fin de la surface auxiliaire des variations de température,tandis que la température reste constante à la fin de la surface de chauffe principale, pourvu que, lors de 1s..variation de la charge de la chaudière, on modifie en même temps dans une mesure correspondante la fourniture de cha- leur et l'admission du fluide de travail.
En conséquen- ce, il partirait du thermomètre ou appareil thermométri'- que situé à la fin de la surface de chauffa auxiliaire
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une impulsion de réglage agissant sur le foyer et qui modifierait l'admission de la chaleur d'une manière er- ronée. On peut parer à cet inconvénient d'une manière simple an faisant agir sur le dispositif de réglage une impulsion de compensation déclenchée automatiquement lors des variations de la charge, et dont l'intensité correspond à l'importance de la variation de la charge.
Si on utilise comme appareil thermométrique, a l'extré- mité de.la surface auxiliaire, un thermomètre à résistan- ce, et si on constitue le ,dispositif de réglage, d'une manière connue, de telle'sorte qu'en utilisant un pont de Wheatstone, la résistance montée de l'une des branches varie et que par conséquent l'équilibre du pont est al- téré, on peut réaliser d'une manière simple le principe ci-dessus indiqué en empêchant une altération de 11 équi- libre du pont en insérant dans une autre branche corres- pondante du pont une résistance que l'on fait varier,en cas de variation de la charge, dans le sens convenable et de la quantité voulue. L'exemple d'exécution de la présente invention décrit plus loin fait ressortir cette disposition oncore plus clairement.
Au lieu d'un pont de Wheatstone, on peut toute- fois utiliser également n'importe quel autre dispositif de réglage électrique ou hydraulique. Si on utilise par exemple un régulateur à aiguille à contact dont les dé- viations de l'aiguille correspondent aux variations de la température à la fin de la surface de chauffe auxiliai- re, on peut éviter un réglage erroné en cas de variation de la charge de la chaudière d'une manière simple en dé- plaçant dans un sens ou dans 1 t autre et d'une manière convenable les deux contacts opposés avec lesquels coo- père le contact de l'aiguille, quand la charge de la chau- varie.
Il peut également, dans certaines circonstances, se produire un défaut de réglage lorsque la température
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du. fluide introduit sur la surface de chauffe principale, ou celle du fluide introduit sur la surface de chauffe auxiliaire varie. Lorsque c'est nécessaire, il faut en conséquence tenir compte également de ces deux influences.
Quand on utilise des thermomètres à résistance à 11 endroit où se fait l'alimentation des deux surfaces de chauffe, et quand on utilise en même temps un pont de Whoatstone, on peut obtenir ce résultat d'une manière simple en insé- rant dans les branches du pont les thermomètres à résis- tance correspondants, la valeur de la résistance de ces thermomètres variant dans le sens convenable avec les tem- pératures aux points d'alimentation.
Quand on utilise un régulateur hydraulique, on peut surveiller les variations de la température du fluide introduit, au moyen de trin- glages intermédiaires de forne convenableprévus dans le régulateur, et quand on utilise un régulateur à aiguille de contact, on peut obtenir cette surveillance d'une ma- nière tout aussi simple en déplaçant dans le sens conve- nable à gauche ou à droite la paire de contacts opposés coopérant avec le contact de l'aiguille.
Si on vaut évi- ter en même temps, comme il a été dît ci-dessus, une er- reur de réglage telle qu'elle pourrait se produire par des variations de la charge de la chaudière, il faut exécuter la commande qui doit déplacer la paire des contacts oppo- sés sous la forme d'un différentiel multiple permettant de déplacer la paire de contacts, sans influence nuisible ré- ciproque, de la façon exigée par une variation de la char- ge ou de la température de l'un ou l'autre, des fluides in- troduits.
Dans tous les cas, les régulateurs peuvent être exécutés avec ou sans dispositif de rappel. Si on utilise des régulateurs sans dispositif de rappel, la commanda du retour des températures à la fin de la surface de chauffe auxiliaire, jusqu'à la valeur initiale émane du côté du foyer de la chaudière.. Dans le cas où de retour s'effectue
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d'une manière trop lente et continue de telle sorte qu'il y a danger qu'il se produise des mouvements pendulaires lors du réglage, il est avantageux detransporter dans le régulateur même le dispositif ramenant la température à sa valeur initiale.
Dans ce cas, lerappel de la tempéra- ture peut s'effectuer d'une manière rigide ou d'une maniè- re isodromique. La façon dont on peut obtenir en détail la réduction de la température à sa valeur initiale quand on utilise un pont de Wheatstone, un régulateur hydrauli- que ou un régulateur à aiguille à contact est connue en soi et sans intérêt pour la présente invention même. Il est donc superflu d'étudier ce point plus en détail.
On pourrait peut être faire encore cette objec- tion que le nouveau mode de réglage ne serait pas écono- mîque, parce que la quantité de chaleur que lion dirige sur la surface de chauffe auxiliaire et que l'on retire par conséquent à la surface de chauffe principale est très considérable. Mais dans le cas où cela constituerait véritablement un inconvénient du nouveau procédé de mesu- re, il suffit simplement de diriger le fluide sortant de la surface auxiliaire sur un échangeur de chaleur dans le- quel on peut récupérer la chaleur absorbée par la surface de chauffe auxiliaire et utiliser cette chaleur d'une fa- çon quelconque.
Un exemple d'exécution de la présente invention est représenté sur les figures du dessin joint.
Sur la fig, 1, la surface de chauffe proprement dite de la chaudière, ou surface de chauffe principale qui sert à la production de la vapeur utile est désignée par 1, tandis que la surface de chauffe auxiliaire est désignée par 2. Les deux surfaces sont chauffées par um foyer de chaudière commun qui est représenté d'une manière schéma- tique en 3. Ainsi que l'indiquent les flèches 4 à 6, le foyer chauffe aussi bien la surface de chauffe 1 que la surface de chauffe 2. La surface 1 est alimentée par
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une pompe 7, et la surface 2 par une pompe 8. La va.- peur produite sur la surface 1 sort de la conduite 9.
Le fluide qui sort de la surface auxiliaire 2 est évacué par la conduite 10. Dans cette conduite, on a disposé un appareil 11 de mesure de la température, de même il y a dans la conduite d'arrivée 12 de la surface 2 et dans la conduite d'arrivée 13 de la surface 1 des ap- pareils 14 et 15 de mesure de la température. La sur- face auxiliaire est insérée par les conduites 16, 17, 18 et 19 dans un circuit dans lequel est disposé un échan- geur de chaleur 20.
La fig. 2 représente le dispositif de réglage précité dans lequel on utilise un pont de Wheatstone. Dans les quatre branches de ce pont sont montées quatre résîs- tances 21, 22, 25 et 24. Le dispositif a été établi de telle sorte que les valeurs des résistances 21, 22 et 23 varient suivant les variations de la température aux points 11, 14 et 15 de mesure de la température. La ré- sistance 24 peut être modifiée par un curseur 25 qui se déplace automatiquement aussitôt que la charge de la chaudière augmente ou diminue. Dans la branche 26 pro- prement dite du pont est monté un appareil 27 qui com- mande dans le sens d'une augmentation ou d'une diminution la vitesse de rotation du moteur 28 entraînant un dispo- sitif d'élévation du combustible 29 et le cas échéant un ventilateur pour l'air de combustion.
Le moteur 28 peut en même temps, ainsi que l'indiquent les lignes en pointillé 30, être soumis à un régulateur dit général, c'est-à-dire un régulateur permettant de modifier la char- ge de la chaudière par le fait que l'on règle en même temps les dispositifs de transport pour le combustible, l'air comburant et le fluide d'alimentation..
Cette installation fonctionne de la manière sui- vante. Tant que l'installation est à un état permanente le pont est en équilibre. Il ne passe donc aucun courant
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par le fil 26 du pont. Le dispositif 29 pour le trans- port du combustible, la pompe d'alimentation 7, et le dispositif non représenté de transport de l'air comburant tournent à des vitesses déterminées, et la chaudière fournit une quantité de vapeur correspondante à une tem:- pérature déterminée.
Si alors on remonte, par exemplepar l'utilisa- tîon du régulateur général précité, la charge de la chat,,- dière, il se produit la chose suivante quand on alimente la surface de chauffe auxiliaire 2 dtune manière cons- tante. Si on suppose que le régulateur général travaille de manière que l'admission du combustible, du fluide de travail et de 1' air comburant varie dans un rapport réci- proque tel que la température de la vapeur sortant de la conduite 9 ait toujours la même température, il en ré- sulterait néanmoins, par suite du chauffage variable de la surface auxiliaire 2, une augmentation de la tempéra- ture au point de mesure 11.
Mais cette augmentation de la température n'influence pas le dispositif d'alimenta- tion 29, parce qu'en même temps que la charge augmente on fait varier la résistance 24 par déplacement du cur- seur 25 dans une mesure telle que l'équilibre du pont n'est pas altéré par la variation de la résistance 21.
On peut donc modifier le réglage de la chaudière dans un sens ou dans l'autre sans qu'il se produise une erreur de réglage de la chaufferie émanant du point de mesure 11.
Un autre cas dans lequel le réglage du foyer ne peut entrer en action consiste dans le cas où la tempéra- ture du fluide introduit sur la surface de chauffe auxi- liaire 2 augmente ou diminue. Si la température augmen- te par exemple au point 14, elle augmente également au point 11.
Mais l'augmentation de la température au point li ne déclenche pas pour cela de manoeuvre de réglage agissant sur le dispositif d'alimentation 29, parce que les deux résistances 21 et 22 qui varient lorsqu'il se
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produit des variations de température aus points /11 et 14 sont insérées en des points tels du circuit du pont que l'augmentation ou diminution simultanée de la température aux points 11 et 14 es;; compensée et que le conducteur 26 du pont n'est donc pas parcouru par le courant.
Il n'y a que deux cas de fonctionnement où il se produit effectivement une intervention de réglage. L'un de ces cas est constitué par celui dans lequel la chauffe de la chaudière varie pour une raison quelconque quand cet- te chaudière est à l'état de régime permanent. L'autre cas se produit quand la température du fluide introduit dans la surface de chauffe principale 1 augmente ou diminue au point 15.
Il n'est pas nécessaire d'exposer, d'après ce qui précède, la façon dont le régulateur fonctionne dans le premier de ces cas.
Dans le second cas, il se produit une interven- tion de réglage dans des conditions tout à fait analogues au premier cas par le fait que la résistance 23 dont la valeur varie avec la température du point 15 altère lté- quilibre du pont. Par ce moyen, il seproduit dans la branche 26 du pont un courant d'échange qui. déplace dans le sens convenable et par l'intermédiaire de l'appareil 27 le moteur 28 ou le dispositif d'alimentation 29.