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Perfectionnements aux appareils échangeurs de chaleur pour fluides.
La présente invention concerne des appareils échangeuns de chaleur pour fluides et plus particulièrement des moyens de régler l'échange de chaleur effectué par ces appareils.
L'invention concerne en particulier des perfec- tionnements aux échangeurs -de chaleur tubulaires, perfec- tionnements grâce auxquels la transmission de chaleur peut être effectivement réglée dans de larges limites de condi- tions de fonctionnement.
Le taux de transmission de chaleur entre un fluide et un faisceau de tubes balayé par celui-ci transversale- ment dépend de l'écoulement de masse ou de la vitesse du fluide entre les tubes du faisceau pour une densité donnée du fluide, et spécialement de la vitesse la plus élevée entre des tubes adjacents..
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Le taux de transmission de chaleur par convectin d'un courant de gaz chaud à un corps plus froid tel qu'un tube, est une fonction de la vitesse et de la densité du gaz, à proximité de transmission de chaleur du tube. Cette rela- tion de la vitesse du fluide de chauffage est appelée l'écoulement de masse pour inclure la densité,, et une augmen- tation de l'écoulement de masse est effective pour augmenter le taux de transmission., les- autres conditions restant éga- les. Dans beaucoup de cas d'échange de chaleur par convec- tion entre des tubes d'un faisceau et un fluide s'écoulant transversalement, il est important que le taux de transmis- sion de chaleur soit susceptible de variation pour un écoulée ment de fluide total donné, en livres par heure, et une différence de température donnée entre le gaz et le tube.
Le but peut être de changer la température de sortie d'un fluide s'écoulant dans les tubes ou de maintenir la même tem- pérature avec un taux d'écoulement différent du fluide intérieur, pour un taux constant d'écoulement du fluide exté- rieur.
Le but de ce réglage peut également être de maintenir les températures de sortie du fluide intérieur à un taux d'écoulement non changé pour lui-même, lorsque le taux d'écou- lement ou la température du fluide extérieur a changé. Un autre but est de régler la température même du métal.
Un exemple des conditions dans lesquelles il est désirable que les conditions de sortie d'un fluide intérieur soient changées pour un état donné du fluide extérieur se ren- contre dans un surchauffeur d'une chaudière, spécialement un surchauffeur disposé de telle façon dans la monture de la chaudière que ses tubes sont balayés transversalement par les gaz du foyer de la chaudière. Ici, la température de la vapeur de sortie ou sa surchauffe, est un facteur important dans
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le fonctionnement dtune installation de force motrice à la vapeur et la température du tube lui-même est un facteur important. Les conditions de chauffage des gaz peuvent à certains temps être telles que la surchauffe est plus élevée ou plus basse que celle désirée. Ceci est une condition qui doit être corrigée.
Un changement dans la condition de sortie du fluide intérieur peut être obtenu par changement des surfaces dtécoulement entre des tubes adjacents de façon à changer la vitesse du fluide: extérieur s'écoulant transversalement, et ce changement peut être un changement de la vitesse moyenne, ou uniquement un changement dans la vitesse maxima sans changement de la vitesse moyenne.
Les principes et les appareils décrits ci-après sont particulièrement avantageux dans les surchauffeurs de chau- dières dans le cas où le réglage des températures de sur- chauffe avec la chaudière fonctionnant dans de larges limi- tes de charge est fortement désirable.
Dans une chaudière à vapeur ayant vn surchauffeur incorporé, la demande ou le débit de vapeur est le facteur qui détermine la vitesse à laquelle le combustible est brûlé et par conséquent la quantité de gaz chauds disponibles pour surchauffer- la vapeur et la température de ces gaz.
Pour une situation donnée dans une monture de chaudière, l'effet de surchauffe de la vapeur par les gaz, dans de certaines limites de débit de la chaudière ou de charge, n'est pas toujours en concordance avec celui désiré et par la présente inven- tion, une variation de degré de surchauffe est obtenue par la production d'un changement dans le taux de transmission de chaleur,, par un changement dans l'écoulement de masse du gaz, en conservant simultanément la même surface de transfert de chaleur pour n'importe quelle charge de la chaudière.
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La présente invention, qui renferme des dispositifs pour affecter et régler l'échange de chaleur de fluides de la manière spécifiée, sera décrite avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La fig. I est une coupe verticale dans une partie d'une installation de production de vapeur, montrant un surchauffeur qui peut être construit conformément à la présente invention.
La fig. 2 est une vue de détail en élévation laté- rale d'une partie d'un des serpentins du surchauffeur.
La fig. 3 est une vue de détail en élévation de côté d'un des serpentins du surchauffeur qui sont inter- posés dans les serpentins exposés à la fig. 2.
La fig. 4 est une vue de détail en élévation de c8té-, montrant le serpentin de la fige 2 dans sa relation par rapport à un serpentin adjacent de la fig. 3.
La fig. 5 est une vue du surchauffeur complet en élé- vation de côté.
La fig. 6 est une vue en bout de plusieurs des ser- pentins 'du. surchauffeur, prise suivant la ligne 6-6 de la fig. 4 et regardée dans la direction des flèches.
La fig. 7 est une vue en élévation en bout d'une partie de la structure du surchauffeur, prise dans la posi- tion indiquée par la ligne 7-7 de la fig. 4 et regardée dans la direction des flèches.
La fig. 8 est une vue de détail montrant la disposi- tion et la position relative des tubes du surchauffeur.
La fig. 9 est une vue en bout partielle d'une partie de la structure du surchauffeur, prise d'une position telle que celle indiquée par la ligne 7-7 de la fig, 4 et regardée dans la direction des flèches.
La fig. 10 est une vue en plan de la construction in- diquée à la fig. 9.
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La fig. II est une vue en perspective d'un élément de réglage qui est indiqué à la fig. 9.
Les fig. 12, 13 et 14 sont des vues schématiques indiquant les différentes dispositions des tubes pour dif- férents réglages de la position du surchauffeur.
La. fige 15 est une coupe partielle d'un faisceau tubulaire de surchauffeur montrant un moyen de maintenir différentes sections de tubes dans la relation désirée.
La fig. 16 est une coupe verticale partielle d'un faisceau tubulaire de surchauffeur montrant des organes de suspension à glissement entre les sections de tube dans les rangées verticales et d'autres dispositifs pour maintenir les serpentins de surchauffeur à l'espacement horizontal désiré.
La fig. 17 est une vue en élévation partielle de côté, prise par la ligne I7-I7 de la fig. 16 et regardée dans la direction des flèches.
La fig. 18 est une coupe partielle verticale dans un faisceau tubulaire de surchauffeur modifié, montrant une disposition différente des organes de suspension à glissement et du dispositif d'espacement des tubes.
La fig. 19 est une coupe verticale partielle prise par la ligne 19-19 de la fig. 18 et regardée dans la direc- tion des flèches.
La fig. 20 est une coupe verticale partielle d'une forme de réalisation supplémentaire des dispositifs pour maintenir les tubes de surchauffeur dans des positions rela- tives déterminées.
La fige 21 est une vue montrant principalement en élévation une forme de réalisation par laquelle on peut régler la surchauffe en changeant l'écoulement de masse du gaz pendant que le surchauffeur est en fonctionnement.
La fig. 22 est une vue en plan montrant un des arbres à came pour régler les serpentins mobiles de surchauffepr.
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Le!: fig. 23 est une vue en perspective montrant la manière dont sont construits les paliers pour un des arbres à came.
La fig. 24 est une vue en perspective montrant la manière'dont les extrémités des serpentins mobiles de surchauffeur sont supportées et déplacées par un des arbres à came.
La fig. 25 indique en élévation de côté une forme de réalisation dans laquelle des moteurs électriques ré- versibles peuvent être employés pour le réglage automatique de la surchauffe.
La fig. 26 indique schématiquement une commande automatique de la surchauffe sous l'effet de la température à la sortie du surchauffeur.
La fig. 27 est une vue schématique d'appareils de réglage par lesquels les arbres à came de la forme de réalisation de la fig. 21 sont déplacés s.ous l'effet de changement dans l'écoulement de vapeur affecté par des variations de surchauffe.
La fig. 28 indique schématiquement un système de réglage par lequel les arbres à cames de la forme de réali- sation de la fig. 21 peuvent Sire réglés successivement pour ce qui concerne la surchauffe et l'écoulement de vapeur.
Le faisceau tubulaire de surchauffeur qui est indiqué dans son ensemble par le chiffre IO aux fige 1 et 5 est formé de rangées de tubes horizontaux qui sont représentés disposés dans différents plans verticaux de façon à cons- tituer une série de serpentins plats verticaux. Dans la forme de réalisation représentée, il y a un certain nombre de serpentins plats disposés cote à cote alternativement en deux séries. Les serpentins alternés, comme le serpentin 12 indiqué à la fig. 2, sont fixes. Les serpentins intermédiai- res, comme le serpentin 14 indiqué à la fig. 25 du dessin sont mobiles. Ils sont fixés de façon réglable verticalement
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mais chacun est maintenu dans un certain plan vertical.
En conséquence les tubes supérieurs de tous les serpentins peuvent être placés dans un plan horizontal unique ou bien des tubes alternés peuvent être dans un plan différent de celui des tubes intermédiaires. Lorsque tous les tubes supérieurs sont dans un même plan, les espaces entre les tubes sont à la valeur minima et lorsque des tubes alternés sont dans des plans différents, les espaces entre les tubes sont plus grands. Les espaces sont au maximum lorsque le plus inférieur des deux plans est à mi-distance entre les plans de la première rangée et de la seconde rangée de tubes des serpen- tins fixes 12.
Avec cette disposition, la température de sortie de la vapeur ou d'un autre fluide à l'intérieur des tubes peut être modifiée pour un état quelconque donné du fluide extérieur, par soulèvement ou abaissement des serpentins 14 à un degré li- mité par la moitié de l'espace entre deux tubes adjacents dans un serpentin fixe 12.
Il rentre dans le cadre de l'invention que tous les serpentins mobiles puissent être reliés à un mécanisme de commande qui les oblige à se mouvoir simultanément, ou reliés à un mécanisme qui oblige un nombre quelconque choisi des serpentins mobiles à se placer dans des positions différentes désirées. Le mouvement de ce mécanisme de commande peut se faire pendant le fonctionnement du surchauffeur ou entre les périodes de fonctionnement lorsque la chaudière est arrêtée.
Finalement le mouvement des serpentins de surchauffeur peut être commandé à la main ou commandé automatiquement de façon à ré- pondre automatiquement à des changements de la température de sortie de la vapeur ou à uh changement dans l'écoulement de la vapeur.
En pratique les serpentins fixes et les serpentins mobiles sont reliés aux mêmes collecteurs d'entrée et de sortie et il est par conséquent important que les serpentins mobiles possèdent une flexibilité qui leur permet le réglage vertical de la position décrit. Dans les constructions
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représentées, cette flexibilité est réalisée. Dans une forme de réalisation, le mouvement des serpentins alter- nés verticalement est effectué à la main et est du type fixe réglable, en ce sens que leur position est fixée lorsque le surchauffeur est hors de fonctionnement. Cette mise en position est déterminée par 1-'emploi d'éléments intercalés d'épaisseurs différentes.. Un de ces éléments est. représenté en perspective à la fig. II des dessins.
Il présente un renfoncement 18 qui reçoit une partie d'une patte 20 soudée au tube d'entrée incliné 22 du surchauffeur.
Il est représenté dans la position de fonctionnement à la fig.9 des dessins, où il est placé en-dessous d'un support transversal d'extrémité 24 pour un groupe des serpentins réglables. Ce type de réglage vertical de la position peut être appliqué à une extrémité seulement de chacun des serpentins réglables verticalement ou aux deux extrémités.
Les organes de tensio 26 peuvent avoir leurs extré- mités supérieures fixées au support 24 par soudure et les extrémités inférieures de ces organes peuvent être recour- bées ou former une boucle pour supporter les coudes en U désignés par 28 des serpentins de surchauffeur. Comme le montre la fig. 4, la patte 30 fixe par rapport à un coude 28 en U, est échancrée pour recevoir l'extrémité inférieure de l'organe de tension 26. Lorsqu'on désire changer la position verticale d'un des serpentins 14, une pièce intercalaire 16 peut être enlevée et une pièce de hauteur différente être insérée à sa place. Un changement correspondant peut être. fait aux etrémités opposées du serpentin 14 par l'enlèvement des pièces intercalaires 32 qui sont interposées entre les pattes 34 et les consoles. 36.
Ces dernières sont représentées soudées à des tubes verticaux 38 ou à des raccords reliant les collecteurs 40 et 42.
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Le surchauffeur représenté est établi de façon à donner la surchauffe déterminée lorsque les serpentins réglables sont à une hauteur donnée. Si les conditions de fonctionnement sont changées, de sorte que la surchauffe est trop élevée ou trop basse, la chaudière peut être arrêtée et les serpentins réglables sont soulevés ou abaissés pour modifier le plus petit espace entre les tubes et les serpentins verticaux adjacents et par consé- quent la vitesse maxima ou l'écoulement de masse.
Le surchauffeur représenté est porté par des supports supérieurs aux deux extrémités ou par des supports entre tubes de différents genres pour les sections de tubes successives aux niveaux inférieurs. Si l'on se reporte particulièrement à la fig. 5 des dessins, les connedteurs 44. et 46 sont des étrésillons métalliquesinterposés entre des sections successives de tubes et soudés à celles-ci vers le haut et vers le bas. Au centre du surchauffeur il y a différents connecteurs qui sont représentés comme étant les organes de suspension à glissement 48. Des organes de suspension analogues à glissement 50 et 52 sont représentés aux extrénités du surchauffeur. Ces dispositifs peuvent avoir la forme de boucles de tube représentée plus clairement à la fig. 4 des dessins.
Une boucle inférieure 54 est ici soudée à la partie supérieure de la seution infé- rieure du tube et une boucle supérieure 56 s'étend à travers la boucle inférieure avec ses extrémités soudées à un tube directement au-dessus. Cette disposition permet des mouvements relatifs longitudinaux de dilatation de tubes adjacents et permet une certaine flexibilité dans le réglage des serpentins de surchauffeur.
Lorsque les serpentins fixes de suechauffeur sont construits conformément à la fig. 2 des dessins, certains organes de suspension à glissement 58 et 60 sont prévus aux extrémités du surchauffeur et le tube supérieur du sur-
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chauffeur 62 est relié rigidement au tube inférieur voisin par des étrésillons 64 et 66 qui sont soudés aux tubes. Un organe en forme de crochet 76 est soudé au sommet du tube 62 et est placé de façon à recevoir une barre 68 maintenue en position horizontale par des crochets successifs suspendus 70 soudés à leurs extrémités supérieures à des tubes de production de vapeur 72 du faisceau supérieur 74.
Comme le montre en particulier la fig. 3 des dessins, les serpentins réglables où mobiles du surchauffeur sont supportés par les crochets 76 en prise avec la tige 68. Ces serpentins n'ont toutefois pas les étrésillons rigides entre tubes, reliant les tubes supérieurs 78 aux tubes inférieurs voisins. Il peut y avoir toutefois un étrésillon rigide 80 entre le second et le troisième coudes en U, désignés par 82 et 84 respectivement. A l'autre extrémité du surchauffeur , on a placé les organes de suspension à glissement 86 et 88.
Cette disposition donne aux serpentins la flexibilité néces- saire pour permettre le réglage qui commande le fonctionnement du surchauffeur.
Les fig. 8, 16 et 18 indiquent différentes disposi- tions de tubes de surchauffeur et des dispositifs pour main- tenir les tubes dans leur position latérale espacée tout en permettant un réglage vertical de tubes alternés. Dans la construction de la fig. 8 les organes de suspension à glisse- ment 90 supportent les tubes inférieurs 92 à partir de tubes supérieurs 94 et permettent un mouvement relatif entre les tubes lorsque ceux-ci sont soumis à différentes conditions de température.
Dans la construction de la fig. 16 les tubes dans les serpentins successifs du surchauffeur sont décalés les uns par rapport aux autres et les sections de tubes successives 96 et 98 du même serpentin sont reliées par les organes de
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suspension à glissement 100 Les serpentins sont maintenus à l'espacement horizontal désiré au moyen de prolongements en barres 102 et 104. Les premiers sont représentés fixés par paires au tube supérieur 106 d'un serpentin intermédiaire du surchauffeur. Leurs surfaces extérieures s'étendent de préférence dans des plans verticaux où ces saillies viennent en contact avec des surfaces semblables des saillies 104.
Avec cette construction, les serpentins alternés peuvent être dé- placés verticalement par un mécanisme de commande tandis que l'espacement horizontal des serpentins est maintenu.
Dans la construction de la fig. 18, les pièces 108 de certains des organes de suspension à glissement ont une lon- gueur accrue. Ceci donne un plus grand espacement des tubes dans les deux rangées inférieures et permet aux serpentins de surchauffeur d'tre maintenus à leur espacement horizontal désiré par les saillies 110 et 112 qui prennent appui contre la pièce 108. Des saillies 114 et II6 fixées respectivement aux tubes inférieurs 118 et 120 peuvent être en contact direct, comme on l'a représenté.
La fig. 20 montre les plaques ou saillies 124 ou 126, s'étendant vers le bas, qui sont en contact avec des saillies horizontales 128 soudées aux tubes de la rangée médiane. Les serpentins de surchauffeur sont ainsi maintenus à l'espa- cement horizontal désiré. Une disposition analogue d'éléments est représentée à la fig. 15 qui représente également les saillies 130 dirigées vers le haut pouvant coulisser entre les éléments espacés 132 suspendus aux tubes 134 situés directe- ment au-dessus des tubes 136.
Le mouvement des serpentins de surchauffeur sous l'influence de la dilatation et de la contraction dues à la température est empêché de provoquer une distorsion excessive par la disposition de tiges ou de galets 138 dans des guidages fournis par les consoles conjuguées 34 et.. 36, mais lorsque les
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serpentins sont suspendus comme le montrent les fig. 21 et 25, aucun galet de ce genre n'est nécessaire. A la fig. 21 les serpentins mobiles de surchauffeur sont maintenus par des crochets 140 et 142 suspendus aux parties excentriques 144 et 146 des arbres à cames tubulaires refroidis par fluide 148 et 150.
Chaque bride a de préférence son extrémité recour- bée, comme le montre clairement la fig. 24 des dessins, de façon à s'adapter exactement sur une des parties excentriques 146.
Comme l'indique la fig. 22 des dessins, l'arbre à cames 148 s'étend à travers le mur 152 du foyer et est monté de façon à pouvoir tourner dans des paliers qui sont soli- daires de raccorda 38. Comme le montre la fig. 23, chaque palier comporte une saillie métallique de préférence soudée au raccord et est refroidi à cause de la circulation du fluide. Chaque palier consiste en une console 154 et en un support d'arbre 156.
Les serpentins fixes de surchauffeur 12 ( fige 22) peuvent être supportés par des brides semblables aux brides 140 et 142, dont les extrémités supérieures reposent sur des pièces circulaires 149 fixées concentriquement aux arbres à came. En raison de cette disposition des éléments, ces serpentins restent toujours dans la même position verticale lorsqu'un mécanisme de commande de surchauffe implique une rotation des arbres à cames et un changement subséquent dans l'écoulement de masse sur le surchauffeur.
Lorsqu'un serpentin fixe 12 et un serpentin mobile 14 sont disposés sur les côtés opposés d'un support d'arbre 156 (comme le montre la fig. 22) , les éléments 149 et 146 peuvent venir en contact avec les extrémités opposées du support pour empêcher un mouvement axial de l'arbre. La roue de vis sans fin 158 est ainsi empêchée également de se mouvoir hors de sa position de fonctionnement par rapport à la vis sans fin 162 du moteur électrique réversible 164.
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Au-delà de là roue 158, l'arbre à cames creux est relié par une boite à bourrage 166 à un élément tubulaire 168. Des liaisons semblables, aux extrémités opposées des deux arbres à cames, permettent la circulation d'un fluide de refroidissement à travers les arbres en vue de les protéger contre le chauffage excessif. De même des moteurs semblables à 164 peuvent être prévus pour les deux arbres à cames.
Même lorsque les cames 146 sont de construction uniforme et sont mises en position uniformément en travers du faisceau de tubes de surchauffeur, une grande portée de réglage de la surchauffe est effectuée lorsque l'arbre à cames est tourné légèrement sous l'effet d'un écart de la surchauffe par rapport à la valeur désirée, mais lorsque les Cane ont différentes levées et sont montées sur des angles différents, une portée de réglage encore plus grande est possible. Le resserrement des gaz dans les constructions par- ticulières de chaudières peut également être corrigé par une graduation des angles sous lesquels les cames sont montées ou par le placement de cames d'excentricités différentes, variant d'une manière déterminée en travers du surchauffeur.
A la place des arbres à cames 148 et 150, la forme de réalisation de la fig. 25 renferme des arbres basculants 170 et 172 sur lesquels sont calés, sans pouvoir tourner, des bras de manivelle 174 et 176. Chaque bras de manivelle 174 est articulé à une tige 178 qui s'étend à travers l'arbre de la chaudière jusqu'à, une liaison par pivot avec un serpentin mobile 14 de surchauffeur.. Les. extrémités opposées des serpen- tins 14 sont soulevées ou abaissées par les tiges I80 articulées par leurs extrémités supérieures aux bras de manivelle 176.
Des boucles 182 formées aux extrémités inférieures de ces tiges peuvent recevoir les barres 24 comme on l'a représenté,
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et dans cette éventualité, chaque tige I80 commande les mouvements des serpentins 14 au moyen des organes de liaison 24 et 26.
Les arbres basculants 170 et 172 sont actionnés par des moteurs électriques réversibles 184 et 186 et dans ce but des vis sans fin 188 et I90 sont disposées de façon à. venir en prise avec des secteurs de roue de vis sans fin 192 et 194. Il doit être bien entendu toutefois que ces disposi- tifs sont doés seulement pour représenter des moyens qui peuvent être employés pour mettre en mouvement les arbres basculants sous l'effet des changements de charge de la chaudière: D'autres dispositifs tels que des opérateurs à diaphragme ou des amplificateurs à course de piston peuvent être employés en combinaison avec des systèmes de réglage tels que ceux représentés aux fig. 26, 27 et 28.
A la fig. 26, le tune capillaire 200 relie un tube
Bourdon 202 à un élément tubulaire 204 exposé à la vapeur sur- chauffée dans le tube ou collecteur 206, formant un système fermé pour un fluide approprié transmettant la pression. Le tube Bourdon porte un indicateur 208 fonctionnant en travers de la face d'un index 210 et portant un contact 212.
Lorsque la surchauffe excède une valeur déterminée, le contact 212 est déplacé pour venir en prise avec le contact de ligne 214 et compléter un circuit par la ligne principale 216, l'in- dicateur 212, la ligne de moteur 218, le branchement 220, les moteurs, les branchements 222 et 224 et la ligne principale
226 pour faire en sorte que les moteurs tournent simultanément dans une direction telle que les serpentins de surchauffeur 14 sont abaissés pour augmenter l'écoulement de masse et amener ainsi la surchauffe de nouveau à la valeur déterminée. Ensuite le circuit est coupé par le retour de l'indicateur vers la position neutre.
Lorsque la surchauffe tombe en-dessous de la valeur déterminée, les effets opposés ont lieu et les moteurs 184 et
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186 sont actionnéq dans le sens inverse par suite de la fermeture d'un circuit renfermant l'indicateur, la ligne principale 216, la ligne de moteur 230, le branchement 232, les moteurs, les branchements 222 et 224 et la ligne principale 226.
Avec le système représenté à la fig. 27, le degré de surchauffe produit par un surchauffeur tel que celui repré- senté à la fig. 21 peut être réglé par changement des caracté- ristiques d'écoulement de masse du gaz et ces changements peu- vent être fonctions de l'écoulement de vapeur tel qu'il est indiqué par les changements de chute de pression dans le sur- chauffeur et les changements totaux de température de la vapeur. Pour effectuer ce réglage, les arbres 148 et I50 sont reliés par des bras de manivelle 240 et 242 aux tiges de diaphragme 244 et 246 des opérateurs à diaphragme, actionnés par fluide 248 et 250. Le fonctionnement de ces derniers se produit en concordance avec les changements de pression dans les lignes 252 et 254 qui sont reliées à une soupape-pilote indiquée d'une manière générale en 256.
Dans le cas présent, la soupape-pilote peut fonction- ner sous l'effet de changements dans la surchauffe tels qu'ils sont modifiés par des variations d'écoulement de vapeur. La soupape peut comprendre une tige 258 sur laquelle sont fixés des c8nes ou des sphères supérieur- ou inférieur 260 et 262 res- pectivement. Ces éléments sont placés dans des manchons 264 et 266 qui forment avec les chapeaux 268 et 270 une enveloppe de soupape-pilote, à partir de laquelle il y a toujours une fuite d'air aux deux extrémités. Il y a ainsi une construc- tion de soupape pleinement équilibrée avec un écoulement constant d'air le long des éléments 260 et 262. Ces derniers sont donc centrés et graissés et la construction est pratiquement sans frottement. De l'air sous pression est envoyé dans l'en- veloppe par la conduite 272.
Dans la soupape-pilote représentée aux dessins, :la bille inférieure 262 est placée à proximité d'une lumière à contour mince 274 qui communique avec les opérateurs 248 et 250
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par l'intermédiaire des conduites 252 et 254. Avec cette dis- position des éléments, employés dans ce type de soupape, la pression de charge sur les opérateurs à diaphragme peut avoir n'importe quelle relation désirée par rapport au mouvement axial de la tige 258 et des éléments 260 et 262.
Par exemple si ces derniers sont des cônes, il y aura une relation directe définie entre la pression de charge et le mouvement axial, ou bien si on les fait cylindriques ou autre- ment, des caractéristiques connues des éléments mobiles de surchauffeur 14 peuvent être incorporées de telle manière que la pression de charge est établie suivant une relation autre qu'une relation rectiligne, en concordance avec ces caracté- ristiques, et la surchauffe est réglée en conséquence.
En réglant la soupape-pilote-à partir de la tempéra- ture et du taux de fonctionnement de la chaudière ( indiqué par l'écoulement de vapeur diaprés la chute de pression dans le surchauffeur) un cycle de chasse est évité. Pour réaliser ce réglage, un levier flottant 276 est employé. Comme on l'a représenté, ce levier est relié par une extrémité-à la tige 258 de la soupape-pilote et par son autre extrémité à une bielle de commande 278 d'un compteur d'écoulement. En une position inter- médiaire, il est relié à la bielle 280 de commande de la température.
La commande de température agissant sur le levier flottant 276 renferme un système à remplissage gazeux fonc- tionnant sous l'effet de la température, comportant un bulbe 282 dans la conduite de vapeur ou le collecteur de sortie de. surchauffeur, comme on l'a indiqué à la fig. 27.
Ce bulbe est relié par un petit tube capillaire 284 à un tube Bourdon 286. On crée de cette manière un système fermé qui peut employer de l'azote ou de l'alcool ou une autre matière à tension de vapeur convenable suivant les températures aux- quelles le système doit fonctionner. Le tube Bourdon peut porter une aiguille 288 mobile par rapport à l'index 291 de façon qu'il y ait une indication visuelle ou un enregistrement de la tempé-
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rature. Lorsque la température de la vapeur s'écarte de la valeur déterminée, l'extrémité mobile du tube de Bourdon portant l'aiguille 288 actionne la soupape-pilote par les connexions avec la tige 258, en mettant en position les élé- ments 260 et 262 de la soupape-pilote en conséquence.
Le réglage de la surchauffe d'après le taux de fonc- tionnement ou l'écoulement de vapeur peut être effectué par l'interposition d'un compteur d'écoulement 290 qui peut être mis en connexion en travers d'un orifice ou d'une tuyère d'écoulement dans la conduite de départ de vapeur, on peut employer la différence entre la pression de vapeur saturée et la pression de sortie du surchauffeur comme mesure de l'écou- lement de vapeur, une relation parabolique existant entre la chute de pression à travers le surchauffeur et le taux d'écou- lement, la même loi étant valable pour un orifice ou une tuyère d'écoulement. Dans le présent exemple le compteur d'écoulement 290 renferme une chambre supérieure qui communi- que avec le collecteur de sortie 292 du surchauffeur par l'in- termédiaire du tube 294,
et une chambre de flottement infé- rieure 296 reliée au moyen des tubes 298 au corps cylindrique 300 de la chaudière. La chambre de flottement 296 actionne un levier 302 qui porte une aiguille 304 fonctionnant le long d'un index 306. Ce levier est de préférence articulé en un point entre ses extrémités, en 308, et relié par pivot en 278 au levier flottant 276.
Dans le système représenté à la fig. 28 des dessins, les opérateurs à diaphragme 310 et 312 peuvent être chargés de ressorts à différentes pressions. Par exemple l'opérateur 310 peut être chargé d'un ressort pour commencer à agir à la pression de 15 livres par pouce carré dans la conduite 314, taudis que l'opérateur 312 peut être chargé d'un ressort pour commencer à agir à une pression de trente livres par pouce carré.
Ce dernier opérateur est relié par des conduites 316 et
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318 à une soupape-pilote 320 qui contient des éléments 322 qui provoquent une relation telle entre le mouvement axial de la tige 324 de la soupape-pilote et les caractéristiques des opérateurs à diaphragme que m'opérateur 310 peut être actionné considérablement en avance du fonctionnement de l'opérateur 312 et qu'en fait de petits changements dans la surchauffe ne peuvent impliquer aucun fonctionnement du tout de ce dernier opérateur.
Sauf sous ce rapport, le système de réglage indiqué à la fig. 28 renferme des dispositifs de ré- 'glage de température et de taux de fonctionnement qui sont semblables à ceux indiqués à la fig. 27 et il est estimé qu'une description plus détaillée n'est pas nécessaire ici.
La fig. I des dessins montre le surchauffeur rece- vant sa vapeur d'un corps cylindrique à vapeur et à eau 330 par les tubes 332. Ces derniers peuvent être fixés par dilata- tion à leurs extrémités de sortie dans un collecteur de sur- chauffeur 334 monté en-dessous de supports appropriés dans une position située de préférence extérieurement aux collec- teurs inférieurs 336 et 338 et aux raccords 340 reliant ceux-ci, Dans la chaudière représentée, les serpentins d surchauffeur 10 reçoivent leur vapeur par des tubes d'admission 342 qui communiquent avec le collecteur 334 comme on l'a représenté.
Ils s'étendent de préférence le long d'un écran déviateur 344 dans une position telle qu'ils sont exposés aux gaz venant du foyer 346 et traversant le faisceau de tubes de production de vapeur 348. Après avoir passé à travers les serpentins du surchauffeur, la vapeur arrive par les tubes de sortie 350 dans un collecteur de sortie 352 qui est supporté par des consoles 354 fixées à leurs extrémités intérieures au collec- teur 40 ou à d'autres dispositifs appropriés et maintenues à leurs extrémités extérieures par les organes de tension 356.
Ces derniers sont représentés fixés à des consoles 358 de pré- férence soudées aux collecteurs 42. Les collecteurs 40 et 42
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sont reliés par des raccords 360 et le système est complété par des tubes de circulation horizontaux 362 et 364. Les tubes horizontaux 362 relient les cotés des extrémités supé- rieures des collecteurs 42 directement au corps cylindrique 330 et les tubes de circulation horizontaux supérieurs sont représentés s'étendant directement hors des extrémités supé- rieures des collecteurs 42 et aboutissant directement dans l'espace de vapeur du. corps cylindrique 330.
La chaudière représentée est suspendue à des poutres 366, les collecteurs 42 étant représentés reliés à l'une de ces poutres par les organes de tension 368 et le faisceau supérieur de tubes de production de vapeur étant supporté par- tiellement par des organes de tension 370 reliés à une autre des poutres. Cet organe de tension peut être fixé à des barres ou des plaques 371 qui passent entre les tubes du faisceau supérieur de façon à répartir la charge dans les or- ganes de tension 370 et à maintenir les tubes du faisceau su- périeur dans leurs positions de fonctionnement.
A proximité des barres ou des plaques 371, un écran déviateur 374 forme un prolongement du premier passage de gaz allant en se rétrécissant dans lequel le surchauffeur 10 est placé. Cet écran peut consister en des barres ou en des pla- ques qui sont insérées entre les tubes et tournent ensuite pour se fixer aux tubes de telle façon que la charge du sur- chauffeur est répartie sur les tubes du faisceau supérieur lorsque le surchauffeur est supporté par cet écran ou par les tubes du faisceau supérieur.
La circulation de la chaudière est complétée par l'intermédiaire de raccords 376 qui s'étendent vers le bas à partir du corps cylindrique 330 et relient directement ce corps cylindrique aux sommets des collecteurs 338. Ces raxords sont représentés disposés en une seule rangée dans les parties principales de leurs longueurs, mais les extrémités supérieures de raccords alternés sont recourbées hors de leur formation de
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rangée, comme on l'a indiqué en 378, en vue de fournir urie résistance appropriée de ligament entre les sièges des tubes pour les raccords. Si on le désire, les raccords alternés peuvent être recourbés hors de leur formation de rangée unique dans une position inférieure en vue de diminuer la perte de tirage:
La fig.
I montre que le foyer 346 a des parois conte- nant des tubes d'eau 384 et 386 reliés respectivement, à leurs extrémités supérieures, à des collecteurs 388 et 390. Des collecteurs analogues peuvent être placés d'une manière bien connue dans des parties inférieures de ces parois et être reliés aux tubes de paroi d'une maniÇre semblable à celle représentée à propos des collecteurs supérieurs. Lorsque les tubes de la paroi sont reliés à la circulation de la chaudière, on peut employer des connexions telles que celles représentées en 392 et 394. Ces dernières sont représentées reliant direc- tement le collecteur 388 et le corps cylindrique 330.
R e v e n d i c a t ions.
I/ Le procédé de fonctionnement d'une chaudière à vapeur et du surchauffeur associé, qui comprend les caractéristiques con- sistant à provoquer l'écoulement des gaz de foyer sur les élé- ments de surchauffage, à régler l'écoulement de masse du gaz sur ces éléments pendant que la chaudière et les surchauffeurs sont en fonctionnement, pour maintenir ainsi une surchauffe' déterminée pour des taux variables de fonctionnement de la chaudière.
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