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Régulation automatique d'un poste évaporatoire à préévaporation par surpresseur mécanique de vapeur
Les procédés et dispositifs compris dans la présente invention ont pour objet d'assurer la régulation automatique d'un appareil évaporatoire fonctionnant avec évaporation par- tielle par surpresseur mécanique de vapeur.
L'application, connue par ailleurs, de la surpression de vapeur à un poste évaporatoire du type à multiple effet, conduit à distinguer l'ensemble de ce poste en deux parties:
1 )- Partie fonctionnant en surpression de vapeur*
2 )- Partie fonctionnant en multiple effet normal, cette dernière, généralement du type à contrepression (soit avec récupération, en prélèvements de fabrication, de la totali- té de la vaporisation du dernier effet), ne constituant plus qu'un générateur auxiliaire de prélèvements.
Cette distinction d'un tel appareil évaporatoire en ces deux éléments conduit immédiatement à remarquer que l'ensemble du phénomène évaporatoire ne peut être considéré comme régulier etconstant. Des fluctuations dans la pr é pa- ration et l'arrivée des solutions à évaporer sont inévitables; elles conduisent elles-mêmes à des fluctuations dans l'allure des prélèvements, opérés sur la partie multiple effet ; certains
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des prélèvements ne se produisent que durant certains stades de la fabrication (prélèvement des cuites, par exemple, en sucrerie).
Enfin, même dans un poste, supposé constant en ses caractéristiques de fonctionnement (vaporisation et pré- lèvement), les écatts nécessaires aux différents effets et, en conséquence, leurs vaporisations, varient eux-mêmes en accord avec l'encrassement ou l'entartrement des faisceaux.
Le fonctionnement: dela partie multiple effet d'un tel poste est donc, nécessairement, irrégulier.
A l'inverse, pour la partie fonctionnant en surpres- sion de vapeur, la vaporisation assurée par la caisse corres- pondante d'évaporation est, pour un état donné de cette cais- se, constante, sauf action sur le régime de marche du surpres- seur ou les conditions d'évaporation de la caisse.
La réalisation d'une surpression de vapeur non ré- glée n'est donc pas satisfaisante puisqu'elle introduit un phénomène constant dans un phénomène nécessairement variable et conduit, suivant l'insuffisance ou l'excès de la vaporisa- tion assurée par le fonctionnement en surpression de vapeur, soit à une surcharge de la vaporisation demandée à la partie multiple effet (sans possibilité d'utilisation totale,'en pré- lèvements de fabrication, de cette vaporisation), soit à une insuffisance d'alimentation en jus de cette partie multiple effet et à l'impossibilité de fournir, par conséquent, par ce multiple effet, la totalité des prélèvements de fabrication.
Pour être satisfaisante ; la réalisation en surpres- sion de vapeur d'une partie de la vaporisation d'un poste évaporatoire suppose donc le réglage de cette surpression de vapeur à vaporisation variable (et, à l'opposé, par conséquent, de ce que serait normalement son fonctionnement) de manière à la rendre complémentaire de la vaporisation du multiple effet, elle-même définie'-par les appels de prélèvements,
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Le procédé de régulation de la présente invention consiste à asservir le fonctionnement de la préévaporation en surpression de vapeur au maintien à une valeur constante (ou à une valeur variable dans une limite à priori définie) du niveau des jus alimentant le multiple effet, soit dans un bal- lon des jus, en tête de l'ensemble de l'appareil évaporatoire, soit,
ce qui est équivalent en tant que principe et conditions d'application, dans un ballon des jus en tête de la partie mul- tiple effet proprement dite, et à l'aval, par conséquent, de la préévaporation.
En effet, toutes variations de régime pouvant être envisagées conduiront, soit directement, soit par voie de con- séquence, à une variation dans les possibilités d'admission des jus en tête du multiple effet. Le réglage de la préévapora- tion étant un réglage en quantité du volume des jus évaporés en surpression de vapeur, peut donc se ramener à un réglage à ni- veau constant des jus disponibles pour l'alimentation du multi- ple effet.
Ce réglage sera en effet satisfaisant si, en cas d'excès d'arrivée des jus, ou d'insuffisance d'appels de la partie multiple effet conduisant normalement, dens l'un comme dans l'autre cas, à accumulation des jus en tête du multiple effet, occasionnant la montée du niveau de ces jus au ballon, la partie fonctionnant en surpression de vapeur accélère son action et absorbe les excès de jus, ou si, à l'inverse, en cas d'insuffisance de jus, par ralentissement de cette arrivée ou appels de jus du multiple effet, occasionnant une baisse du niveau de ces jus à ce ballon, elle ralentit cette action, de manière à maintenir l'alimentation de la partie multiple effet, nécessaire à la réalisation, par cette dernière, des pré- lèvementsdefabrication qui lui sont à ce moment demandés*
Le dessin annexé montre schématiquement , à titre d'exemple,
différents dispositifs pour la réalisation du pro- cédé.
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La fig. 1 donne la disposition de ce ballon d'arri- vée des jus et de la caisse qu'il alimente. Dans ce schéma, 1 est le ballon d'arrivée des jus, 2 la caisse d'évaporation qu'il alimente ; 1 étant en équilibre de niveau et de pression avec 2 par les tuyauteries 3 et 4,5 est la tuyauterie d'arri- vée des jus à évaporer, 6 la tuyauterie d'arrivéede vapeur de chauffage au fausceau de 1, 7 la tuyauterie de départ de sa vaporisation, 8 celle de départ des jus concentrés après leur passage à 2.
Le niveau normal d'alimentation dela caisse 2 'soit par conséquent celui à maintenir par action sur la préé- vaporation) est défini par 9. Les niveaux extrêmes maximum et minimum étant respectivement définis par 10 et 11.
Ce schéma s'applique aussi bien au cas du réglage à niveau constant en tête de l'appareil évaporatoire qu'à ce- lui du réglage à niveau constant en tête du multiple effet et l'aval, par conséquent, de la caisse de préévaporation.
Dans le premier cas, 2 représentera la caisse de préévaporation, dans le second, le multiple effet, caractérisé par sa première caisse.
Le fonctionnement de la préévaporation doit donc être asservi au maintien de ce niveau constant 9 au ballon des jus 1.
Les prooédés de réglage pouvant être envisagés prendront donc comme moyen de détection ce niveau constant 9.
Il est cependant évident que le ballon 1 est un ballon étanche , la caisse d'évaporation 2 étant elle-même sous pression différente dela pression atmosphérique, et la température des jus au ballon 1 différente de la température d'ébullition normale-
Pour éviter les sujétions entraînées par l'utilisa- tion d'un flotteur intérieur au ballon d'arrivée des jus (gar- nitures au passage de l'axe de rotation du flotteur, gommage
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des articulations, variations de poids du flotteur par forma- tion à sa surface de cristallisations, etc.) l'invention com- porte l'utilisation d'un système de détection du niveau à l'in- térieur du ballon, extérieur à ce ballon constitué essentielle- ment par un réservoir équilibré agissant en fonction des va- riations de.
niveau à l'intérieur du réservoir, l'ensemble étant shcématiquement représenté sur la fig. 2 dans laquelle 1 dé- signe le ballon d'arrivée des jus, 12 le réservoir mobile exté- rieur, 13 la tuyauterie souple de communication avec les jus, par la partie inférieure du ballon 1, 14 la tuyauterie souple de prise de pression à la partie supérieure de ce ballon 1.
Ce réservoir mobile 9 est donc en équilibre de niveau et de pres- sion avec le ballon 1.
La position d'équilibre du réservoir mobile 9 est donc définie par la quantité de jus qu'il contient, soit par le niveau du ballon d'arrivée des jus à évaporer. Se réservoir mobile peut donc être installé à une distance quelconque du ré- servoir à jus; il suffit qu'il soit monté à une cote convena- ble pour obtenir l'équilibre recherché des niveaux.
Les diverses solutions quant à l'équilibrage de ce réservoir mobile, sont définies par les figures 2, 3 et 4 soit : a/ - Equilibrage par ressort compensateur 21, de tension réglable, expérimentalement ajustée au niveau de détection (Fig.2) L'axe de guidage peut commander les organes de réglage soit di- rectement par tringlage et leviers, soit par l'intermédiaire d'une transmission hydraulique ou à huile, cet axe constituant alors distributeur du circuit d'huile ou d'eau sous pression. b/ - Fonctionnement'de ce réservoir en fléau de ba- lance équilibré par ressort de tension réglable (fig. 3);
uti- lisation de l'axe de rotation comme distributeur des commandes automatiques des Appareils de réglage (circuits d'huile ou d'eau sous pression alimentant les servo-moteurs de ces organes de :réglage.)
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c/ - Fonctionnement de ce réservoir en fléau de ba- lance utilisant le bras de levier pour commande mécanique des organes de réglage. (Fig. 4)
Dans les schémas des figs. 2, 3,4, le ballon des jus est encore désigné par 1, les niveaux des jus (normal de réglage, maximum et minimum étant définis par 9,10 et 11.
Le réservoir mobile constituant l'organe de détection du ni- veau est désigné par 12; les tuyauteries souples de comrunica- tion avec les jus et de prise de pression par 13 et 14., le ressort équilibrant, s'il y a lieu, ce système mobile, par 21, l'axe de ce système mobile par 20. En cas d'utilisation d'un distributeur d'huile ou d'eau sous pression, commandant la système de réglage, ce distributeur est représenté sohémati- quement par 22, avec ses tuyauteries d'arrivée et de départ 15 et 16. Les organes de réglage commandés mécaniquement par ce système mobile sont, s'il y a lieu, représentés schématique- ment par le papillon 17.
Enfin, ce système mobile de détection peut, dans tou- tes les dispositions envisagées, être muni de deux butées, représentées schématiquement par 18 et par 19 oorrespondant aux niveaux maximum et minimum 10 et 11 au ballon 1, comman- dant, par exemple, un système de signalisation lumineux ou acous- tique et signalant cette irrégularité d'allure au personnel de conduite du poste, (le dispositif de détection du niveau de réglage à ce ballon 1 pourra agir, soit :
1.- Sur le fonctionnement del'ensemble du système de préévaporation, par action sur la température des jus à l'entrée de cette caisse.-
En effet, le débit du groupe de surpression est un débit-volume et non un débit-poids.
Une variation de la tem- pérature d'entrée des jus à la caisse -de préévaporation conduit
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donc à une variation du débit-poids du surpresseur de vapeur, à débit-volume pourtant constant.-.
Le poids spécifique de la vapeur aux températures defonctionnement varie dans une mesureimportante pour un faible écart de température (par exemple 0,6 kg/m3 pour 100 ; 0,837 kg/m3 pour 100 C) Une variation limitéede la tempéra- ture conduit donc à une variation importante du débit-poids.
Ce réglage de température peut être assuré : a) - soit par action, dans les conditions ci-dessus définies, sur la vanne d'arrivée de vapeur au dernier réchau- ffeur à l'amont de la pr éévapor at ion, par lesystème dedétec- tion décrit ci-dessus; b) - soit par action sur la température au ballon de réglage lui-même et en admettant alors un réglage des réchauf- feurs légèrement inférieur à la température normale de la préévaporation, avec réchauffage final au ballon deréglage par mélangeur de vapeur, dont le débit est réglé par vanne, com- mandée par ce régulateur.
Dans la pratique, l'apport d'eau à évaporer par ce réchauffage final par mélange ne peut com- porter d'inconvénient réel étant donné la valeur très réduite de cet appoint (en admettant une chaleur de vaporisation de 540 cal/kg de la vapeur de chauffage, cet appoint ne représen- te que 1/540e du poids total à traiter par degré de réglage alors qu'une variation de 1 degré correspond sensiblement, dans les zones de températures considérées, à une.
variation de l'ordre de 4 0/0 du poids spécifique de la vapeur.)
Le système de détection ci-dessus défini agira donc progressivement sur l'admission devapeur dechauffage des jus avant leur entrée au poste évaporatoire, par ouverture pro- gressive de cette vanne pour augmenter la température des jus,
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en cas de montée de niveau , par fermeture progressive en cas de baisse de niveau, le réglage du système de commande de cet- te vanne étant défini expérimentalement, compte tenu du volu- me des caisses et de celui du ballon des jus, soit de chaque cas particulier.
II.- Sur le fonctionnement du surpresseur de vapeur de la préévaporation. soit : a) - par laminage à l'aspiration ou au refoulement du surpresseur par vanne commandée soit mécaniquement, soit par servo-moteur à huile ou eau sous pression, par le système de détection ci-dessus décrit. L'action de cette vanne a- baissant l'écart de pression réalisé par le surpresseur, réa- lise par là-même, par rapport au régime maximum pour lequel cette préévaporation est établie, une réduction de l'écart des températures saturantes à la calandre (chambre d'évaporation} et au faisceau de la caisse de préévaporation et, par consé- quent, une variation de la vaporisation de cette préévapora- tion.
Il suffit donc de régler expérimentalement, pour chaque cas particulier, le système de commande de cette vanne, compte tenu du volume des caisses et de celui du ballon des jus. b) - par action sur la vitesse de rotation du sur- presseur de vapeur.
En effet, une variation du débit aspiré par le sur- presseur implique la même variation du débit devapeur basse pression revalorisée en vapeur de chauffage et, par conséquent, la même variation de la vaporisation de la préévaporation.
L'action sur la vitesse du surpresseur entraînant une varia- tion de son débit réalise, par là même, une variation de la vaporisation de la préévaporation.
Dans un groupe surpresseur à moteur électrique, le système de détection défini ci-dessus agira sur le rhéostat de réglage de moteur électrique.
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Dans un groupe turbosurpresseur, ce système agira sur la vitesse du groupe par action sur la régulation de la turbine, soit a/ - par action sur le circuit du distributeur d'huile du servo-moteur commandant les obturateurs, b / - par action sur le distributeur d'huile d'un ré- gulateur séparé, le régulateur centrifuge étant réglé en limi- teur de vitesse.
Une telle disposition est définie schématiquement par la fig. 5 dans laquelle 23 est le régulateur centrifuge normal de la turbine, réglé en limiteur de vitesse, 24 les ob- turateurs de la turbine, 25 le servo-moteur de ce système de réglage soumis, par le débit d'un circuit d'huile 26 à l'ac- tion du distributeur du système de détection de niveau ci-des- sus décrit. c/ - enfin, solution moins intéressante en raison du laminage qu'elle entraîne, sur une vanne de réglage sur la con- duite d'admission de vapeur, commandée par le dispositif de détection de niveau, soit mécaniquement, soit par l'intermédiai- re d'un servo-moteur, alimenté par un circuit d'huile ou d'eau sous pression contrôlé, comme indiqué ci-dessus, par ce régu- lateur de niveau.
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