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" Perfectionnements à l'utilisation de la vapeur d'échappement pour le tirage nécessaire pour la combustion de combustible ".
L'invention concerne des perfectionnements à l'utilisation de la vapeur d'échappement pour la création du tirage nécessaire pour la combustion du combustible dans des générateurs de vapeur fonctionnant en collaboration avec des machines à fluide élastique.
Dans les systèmes qui utilisent la vapeur d'échappement des machines à fluide élastique pour créer le tirage nécessaire, il se orée dans la botte à fumée une dépression qui réagit, par l'intermédiaire des tubes de flamme, sur la grille où se fait la combustion, ce qui aspire de l'air d'en dessous de la
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grille à travers le combustible et fournit à ce dernier l'air nécessaire pour la combustion.
Généralement, l'organe employé pour créer la dépression dans la boîte à fumée est une tubulure de soufflage qui injecte un jet de vapeur d'échappement dans un conduit approprié ; la vapeur ainsi injectée orée, par suite de sa vitesse et de son inertie, un courant d'air, de gaz de combustion et de fumée dans l'atmosphère par la cheminée.
Généralement, on ne rencontre pas de grandes difficultés pour établir les dimensions des passages du conduit de la tubu- lure de soufflage et les autres détails, lorsque les prélève- ments à la chaudière sont stables ou si les prélèvements ne varient pas beaucoup.
Mais, par contre, on se heurte à des inconvénients et à des difficultés considérables lorsque la machine accouplée avec la chaudière est destinée à fonctionner avec de grandes varia- tions de rendement. Dans ce cas, la dépression créée dans la boite à fumée est fonction de l'énergie de la vapeur d'échappe- ment injectée par la tubulure de soufflage qui, à son tour, est fonotion du travail effectué par la maohine motrice.
Si, par exemple, la machine est appelée à fournir seulement une petite partie de sa puissance maximum, l'énergie de la vapeur d'échappement injectée par la tubulure de soufflage est petite aussi et, par conséquent, le tirage induit et l'influence exer- cée par le tirage sur le combustible de la grille sont égale- ment très faibles. facile
Une légère couche de charbon avec feu très faible suffit pour produire la vapeur nécessaire pour effectuer un petit travail et le tirage nécessairement modéré qui passe, d'en des- sous, à travers le combustible, ne dérange pas ce dernier.
Telles sont les conditions existantes quand, par exemple, une machine à vapeur alternative fonotionne avec de faibles admis-
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sions.
Mais si la machine est appelée à fonctionner à la puissanoe maximum et si l'on utilise l'admission maximum, les pulsations de la vapeur d'échappement injectée par la tubulure de soufflage ont une influence considérable sur la dépression créée et également sur le combustible se trouvant sur la grille qui est ainsi exposé à de forts coups d'air dont l'effet est généralement si grand ( par exemple dans les chaudières chauffées au oharbon ), même quand la couche de combustible est très épaisse, que le charbon est décollé de la grille et que du fait de l'imperfection de la oombustion, une grande quantité d'étincelles sont entraînées par les tubes à flamme dans la boite à fumée pour être expulsées de là par la oheminée.
Ce fait constitue un grave danger, par exemple pour les locomotives, dont les étincelles, ainsi que l'on sait, mettent souvent le feu à ce .qui se trouve dans le voisinage de la voie.
Il va de soi toutefois que l'on ne doit pas seulement oonsidérer le cas d'une installation motrice à charbon, mais également celui d'une installation actionnée par un autre combustible.
Jusqu'à présent, on a fait varier la proportion de la vapeur d'échappement qui passe par la tubulure de soufflage en disposant une conduite de dérivation qui débouche à l'extérieur et qui est oontrôlée par une vanne ou soupape dont l'ouverture se produit automatiquement en fonction de la pression qui règne dans la conduite d'échappement; on a proposé également de couper ou d'interrompre la vapeur d'échappement de la tubulure de soufflage et de la dériver par un by-pass dans l'atmosphère, de façon automatique, en ouvrant la porte du foyer.
Un objet de l'invention est de réaliser des organes destinés à faire disparaître l'action indésirable des fortes pul-
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sations de la vapeur d'échappement sur le combustible qui brûle pendant que la machine est au régime poussé. Un autre objet est de réaliser des organes à même de régler automatiquement l'énergie de la vapeur d'échappement injectée par la tubulure de soufflage en fonction des variations du régime de la machine.
L'invention réside dans des moyens permettant d'utiliser la vapeur d'échappement pour créer le tirage nécessaire pour assurer la combustion du combustible dans les installations génératrices de force motrice à vapeur ou autres, oomportant un passage de dérivation pour la vapeur d'échappement formant embranchement du tuyau principal d'échappement de vapeur et à même de faire passer une certaine quantité de vapeur d'échappement direotement à l'extérieur ( ou dans un réservoir, un tank ou analogue en vue de chauffage, condensation ou autre utilisation ), ce qui a pour résultat de diminuer la quantité de vapeur qui passe par la tubulure de soufflage et ainsi diminue l'effet de l'énergie de la vapeur d'échappement qui orée la dépression lorsque la machine motrice travaille à régime poussé,
en fonction de la position du mécanisme de distribution de la vapeur ou d'un autre régulateur de la vapeur fournie au cylindre ou aux cylindres de la machine.
A cette fin, une s-oupape montée dans le by-pass est en relation opératoire avec un élément de la commande de soupape distributrice de vapeur qui contrôle la puissanoe de la machine motrice à vapeur.
Le mouvement de la soupape dans cette disposition est en relation directe avec le mouvement de l'organe de contrôle de la machine et ainsi la quantité de vapeur qui passe par la tubulure de soufflage, cette soupape étant fermée quand la quantité de vapeur d'échappement est faible et largement ouverte quand la quantité de vapeur d'échappement est grande.
Au cours des dernières années, on a établi des tubulures
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de soufflage et des conduits qui réagissent moins fortement sous l'effet de grandes variations de la puissance développée par la machine, mais l'expérience a démontré que si la combustion est plus satisfaisante, à débit moyen et à petit débit, avec ces types spéciaux de tubulures de soufflage et de conduits, l'effet du tirage sur le combustible, quand le régime est poussé, est de provoquer l'entraînement de grandes quantités d'étincelles par les cheminées, à l'extérieur.
Pour faire clairement comprendre l'invention et en permettre une facile réalisation, on va la décrire de préférence dans son application à des locomotives à vapeur.
On va se référer aux dessins ci-joints dont :
La figure 1 est une coupe longitudinale pratiquée dans la botte à fumée d'une locomotive pourvue, conformément à l'invention, d'une conduite de dérivation de vapeur d'échappement partant de la conduite principale d'échappement et menant directement à l'extérieur et munie également d'une soupape en relation aveo l'arbre de renversement de marche ou avec un autre élément de la distribution d'une locomotive.
La figure 2 est une coupe longitudinale pratiquée dans la botte à fumée d'une locomotive montrant une variante.
La figure 3 montre un détail de la conduite d'échappe- ment avec la soupape ou l'élément de contrôle dans la position qui correspond à un régime réduit de la machine.
La figure 4 représente le même détail mais ici la soupape se trouve dans la position correspondant à un régime poussé de la machine.
Ainsi que le montre la figure 1, une tubulure de soufflage 1 est montée.sur la conduite d'échappement principale 5 dans la botte à fumée d'une locomotive et le bec de cette tubulure de soufflage est dirigé vers un conduit 2 servant de cheminée. A l'effet de la présente invention, une conduite de
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dérivation de vapeur d'échappement est branchée sur la conduite d'échappement principale 5 et elle donne directement à l'extérieur en 6.
Une soupape 7, de type connu, est montée dans la conduite d'échappement 4 et, par l'intermédiaire d'un mécanisme 8 en relation avec le distributeur de vapeur ou un autre élément qui règle la quantité de vapeur fournie à la machine, ferme le passage de la conduite d'échappement quand l'admission ou la puissanoe de la maohine est faible et ouvre proportionnellement le passage de la conduite d'échappement quand le régime de la machine motrice est plus fort.
La figure 2 illustre la botte à fumée d'une locomotive, dans laquelle la conduite principale d'échappement est conçue de manière à former deux tubulures de soufflage 1 avec des tubes guides Intermédiaires 3 pour les becs de vapeur d'échappement qui mènent au double conduit 2, Le conduit d'échappement 4 part de la conduite d'échappement principale 5 et donne par son extrémité 6 directement à l'extérieur. Ainsi qu'on peut le constater, l'extrémité 6 est, dans ce cas, d'une pièce avec le double entonnoir, bien que ceci ne soit pas nécessairement requis.
Il est clair qu'avec de grandes admissions, il passe des quantités de vapeur plus considérables par la conduite d'échap- pement principale 5 avec oorollairement des pulsations très prononcées et une énergie beaucoup plus grande que quand l'admission est faible. Conséquemment, le tirage produit par ces vives pulsations aura l'effet très indésirable de décoller le oharbon de la grille et d'expulser une grande quantité d'étin- celles.
En appliquant les perfectionnements-conformes à l'invention, on diminue la quantité de vapeur qui doit être expulsée par la tubulure de soufflage et la cheminée lorsque la machine
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marche à des régimes élevés, parce que lorsque les admissions sont considérables, la soupape de contrôle 7 permet le passage maximum dans le conduit de dérivation d'échappement 4 et qu'une partie de la vapeur d'échappement de la conduite d'échappement 5 pénètre dans le conduit 4, passe dans celui-ci, peut s'échapper à l'extérieur et ne prend ainsi aucune part à la création de la dépression dans la botte à fumée ( voir figure 4).
Par contre, quand les admissions sont faibles, la soupape de contrôle se trouve dans la position de la figure 3 et ne permet pas à de la vapeur d'échappement de passer à l'extérieur.
Il en résulte que la totalité de la vapeur d'échappement est utilisée pour créer le tirage quand' la machine fonctionne à faible régime. Il est évidemment clair que la modification du passage libre que réalise la soupape 7, se produit progressivement ; le passage est ouvert au maximum quand les régimes sont poussés ou les admissions élevées; il diminue graduellement à mesure que l'admission diminue et lorsque la distribution est au centre, le passage par la dérivation se ferme. Si on le désire, on peut également, par exemple en donnant une forme appropriée à la paroi intérieure de la chambre qui renferme la soupape de contrôle, maintenir le passage fermé pendant toute une gamme de petites admissions.
On voit clairement par les figures 3 et 4 que la totalité de la vapeur d'échappement, disponible dans la conduite d'échappement principale, est utilisée pour la création du tirage sur toute une gamme d'admissions des deux côtés de la position centrale du méoanisme, conformément à la longueur des faces concaves 9 ( figure 4). On peut toutefois faire usage d'autres formes de soupape de contrôle.
La description qui précède montre que l'invention réalise une forme de contrôle simple et efficace de la vapeur d'échappement dans le conduit qui part de la conduite d'échappement principale, en même temps qu'une connexion opératoire effective
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qui collabore aveo le régulateur en relation avec le mécanisme de commande de la soupape distributrice de vapeur.
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"Improvements in the use of exhaust steam for the draft necessary for combustion of fuel".
The invention relates to improvements in the use of exhaust steam for creating the draft necessary for combustion of fuel in steam generators operating in conjunction with elastic fluid machines.
In systems which use the exhaust vapor of elastic fluid machines to create the necessary draft, there is a vacuum in the smoke boot which reacts, via the flame tubes, on the grid where the combustion takes place. combustion, which draws air from below the
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grates through the fuel and supplies the fuel with the air needed for combustion.
Generally, the member used to create the vacuum in the smoke box is a blast pipe which injects a jet of exhaust vapor into a suitable duct; the vapor thus injected orated, by virtue of its speed and its inertia, a current of air, combustion gas and smoke into the atmosphere through the chimney.
Usually, no great difficulty is encountered in establishing the dimensions of the blast tube duct passages and other details, when the boiler draws are stable or the draws do not vary much.
However, on the other hand, considerable drawbacks and difficulties are encountered when the machine coupled with the boiler is intended to operate with large variations in efficiency. In this case, the depression created in the smoke box is a function of the energy of the exhaust vapor injected by the blowing pipe which, in turn, is the function of the work carried out by the prime mover.
If, for example, the machine is called upon to deliver only a small part of its maximum power, the energy of the exhaust vapor injected by the blowing nozzle is also small and, consequently, the induced draft and the influence exerted by the draft on the fuel from the grate are also very low. easy
A light layer of charcoal with a very low fire is sufficient to produce the steam necessary to carry out a small job and the necessarily moderate draft which passes, from below, through the fuel, does not disturb the latter.
Such are the conditions existing when, for example, an alternative steam engine operates with low allowances.
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sions.
But if the machine is called upon to operate at maximum power and if maximum intake is used, the pulsations of the exhaust vapor injected by the blowing pipe have a considerable influence on the vacuum created and also on the fuel. being on the grate which is thus exposed to strong blows of air the effect of which is generally so great (for example in boilers heated with coal), even when the layer of fuel is very thick, that the coal is loosened of the grate and that due to the imperfection of the combustion, a large quantity of sparks are entrained by the flame tubes in the smoke box to be expelled from there through the chimney.
This fact constitutes a serious danger, for example for locomotives, the sparks of which, as we know, often set fire to what is in the vicinity of the track.
It goes without saying, however, that one should not only consider the case of a coal-fired power plant, but also that of a plant powered by another fuel.
Until now, the proportion of the exhaust vapor which passes through the blowing pipe has been varied by providing a bypass line which opens to the outside and which is controlled by a valve or valve whose opening is closed. produced automatically according to the pressure prevailing in the exhaust pipe; it has also been proposed to cut or interrupt the exhaust steam from the blowing pipe and to divert it by a bypass into the atmosphere, automatically, by opening the door of the fireplace.
An object of the invention is to produce organs intended to eliminate the undesirable action of strong pul-
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exhaust vapor on fuel which burns while the machine is at high speed. Another object is to provide members capable of automatically adjusting the energy of the exhaust steam injected by the blowing pipe according to variations in the speed of the machine.
The invention resides in means for using the exhaust vapor to create the draft necessary to ensure the combustion of the fuel in steam power generating installations or the like, having a bypass passage for the exhaust vapor. forming a branch of the main vapor exhaust pipe and capable of passing a certain quantity of exhaust vapor directly outside (or into a reservoir, tank or the like for heating, condensation or other use), the result of which is to reduce the quantity of steam which passes through the blowing pipe and thus reduces the effect of the energy of the exhaust steam which creates the depression when the prime mover is working at high speed,
depending on the position of the steam distribution mechanism or other regulator of the steam supplied to the cylinder or cylinders of the machine.
To this end, a valve mounted in the bypass is in operative relation with an element of the steam distributor valve control which controls the power of the steam engine.
The movement of the valve in this arrangement is in direct relation to the movement of the machine's control member and thus the quantity of steam which passes through the blow-off nozzle, this valve being closed when the quantity of exhaust steam is small and wide open when the amount of exhaust vapor is large.
In recent years, tubing has been established
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blowing and ducts which react less strongly under the effect of large variations in the power developed by the machine, but experience has shown that if the combustion is more satisfactory, at medium flow and at low flow, with these special types blowing pipes and conduits, the effect of the draft on the fuel, when the speed is pushed, is to cause the entrainment of large quantities of sparks by the chimneys to the outside.
To make the invention clearly understood and to enable it to be easily implemented, it will preferably be described in its application to steam locomotives.
We will refer to the attached drawings including:
Figure 1 is a longitudinal section taken in the smoke boot of a locomotive provided, in accordance with the invention, with an exhaust vapor bypass line starting from the main exhaust line and leading directly to the exterior and also provided with a valve in relation to the reversing shaft or with another element of the distribution of a locomotive.
Figure 2 is a longitudinal section through the smoke boot of a locomotive showing a variant.
Figure 3 shows a detail of the exhaust pipe with the valve or control element in the position corresponding to reduced machine speed.
Figure 4 shows the same detail but here the valve is in the position corresponding to high speed of the machine.
As shown in Figure 1, a blast pipe 1 is mounted on the main exhaust pipe 5 in the smoke boot of a locomotive and the spout of this blast pipe is directed to a duct 2 serving as a chimney . For the purpose of the present invention, a
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Exhaust vapor bypass is connected to the main exhaust pipe 5 and it leads directly to the outside at 6.
A valve 7, of known type, is mounted in the exhaust pipe 4 and, by means of a mechanism 8 in connection with the steam distributor or another element which regulates the quantity of steam supplied to the machine, closes the passage of the exhaust pipe when the intake or the power of the engine is low and opens the passage of the exhaust pipe proportionally when the engine speed is higher.
Figure 2 illustrates the smoke boot of a locomotive, in which the main exhaust pipe is designed to form two blowing nozzles 1 with Intermediate guide tubes 3 for the exhaust steam nozzles which lead to the double duct 2, the exhaust duct 4 starts from the main exhaust duct 5 and gives via its end 6 directly to the outside. As can be seen, the end 6 in this case is one piece with the double funnel, although this is not necessarily required.
It is clear that with large inlets larger quantities of steam pass through the main exhaust line 5 with usually very pronounced pulsations and much greater energy than when the inlet is low. Consequently, the draft produced by these strong pulsations will have the very undesirable effect of loosening the coal from the grate and expelling a large quantity of sparks.
By applying the improvements in accordance with the invention, the quantity of steam which must be expelled by the blowing pipe and the chimney when the machine is reduced.
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operates at high speeds, because when the intakes are considerable, the control valve 7 allows maximum passage into the exhaust bypass duct 4 and part of the exhaust vapor from the exhaust duct 5 enters duct 4, passes through it, can escape to the outside and thus takes no part in the creation of the depression in the smoke boot (see FIG. 4).
On the other hand, when the intakes are low, the control valve is in the position of Figure 3 and does not allow exhaust vapor to pass to the outside.
As a result, all of the exhaust vapor is used to create the draft when the machine is running at low speed. It is obviously clear that the modification of the free passage which the valve 7 achieves occurs gradually; the passage is open to the maximum when the revs are high or the intakes high; it gradually decreases as the intake decreases and when the distribution is in the center, the passage through the bypass closes. If desired, it is also possible, for example by appropriately shaping the inner wall of the chamber which encloses the control valve, to keep the passage closed during a range of small inlets.
It can be clearly seen from Figures 3 and 4 that all of the exhaust vapor, available in the main exhaust line, is used for the creation of draft across a range of intakes on both sides of the center position of the valve. meoanism, according to the length of the concave faces 9 (Figure 4). However, other forms of control valve can be used.
The foregoing description shows that the invention achieves a form of simple and effective control of the exhaust vapor in the duct which leaves the main exhaust duct, together with an effective operative connection.
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which collaborates with the regulator in relation to the control mechanism of the steam distribution valve.