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TETE TUBULAIRE POUR EXTREMITE D'ELEMENTS SURCHAUFFEURS.
Cette invention concerne les éléments surchauffeurs de vapeur destinés à être utilisés dans les tubes de fumée des chaudières de locomotive, des chaudières marines du type Scotch, ou dans d'autres tubes de fumée du même genre.
Les éléments surchauffeurs placés dans les tubes de fumée comprennent ordinairement un ou plusieurs tubes formant une ou plusieurs boucles,en forme d'épingle à cheveux, et la présente invention a particulièrement trait à des éléments surchauffeure dont la boucle, ou culotte, présente une tête ou un. prolongement en forme de tube Field.
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Pour satisfaire la demande actuelle de vapeur à haute température, les éléments surchauffeurs placés dans les tubes de fumée des chaudières ont été rapprochés plus qu'on ne le faisait jusqu'alors de la botte à feu ou chambre de combustion, et,dans certains oas, les éléments surchauffeurs ont été placés de façon à s'étendre au delà et en dehors des extrémités des tubes de fumée jusque dans la botte à feu.
Le fait d'amener les extrémités des éléments surchauf- feurs plus près de la boite à feu ou dans la botte à feu de la chaudière a pour résultat de soumettre les extrémités de ces éléments à des conditions de fonctionnement particulièrement sévères,et,en vue d'augmenter leur durée,il a été proposé de fabriquer les extrémités des surchauffeurs en acier résistant à la chaleur.
Dans beaucoup de chaudières à tubes de fumée du type locomotive,les entrées de gaz ou fumée dans les tubes de fumée sont réduites en diamètre et lorsqu'une partie quelconque de l'élément surchauffeur se trouve dans la partie de diamètre réduit du tube à fumée, il est essentiel qu'une section suf- fisante du tube à fumée reste accessible aux fumées de manière qu'elles ne soient pas étranglées à leur entrée dans le tube de fumée.
De même également, une section convenable doit être prévue pour que le courant de vapeur puisse s'effectuer dans la portion de l'élément surohauffeur qui se trouve dans la partie rétrécié du tube de fumée.
Dès éléments surohauffeurs présentant des extrémités de tubes du genre du tube Field à leur extrémité disposée du cote de la boite à feu permettant de satisfaire à ces conditions.
La présente invention a pour objet un élément surchauf-
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feur perfectionné conçu de telle manière que sa fabrication soit simple et permette un soudage efficace de l'extrémité en forme de tube Field sur la boucle ou culotte de l'élément surchauffeur.
L'élément surohauffeur objet de ltinvention destiné à être placé dans un tube de fumée comporte donc une boucle ou culotte comportant une portion de tube Field à son extrémi- té dirigée du coté de la boite à feu,et, à l'extrémité en question de l'élément surchauffeur, les deux branches du dit élément sont réunies en une portion commune qui entoure le tube interne du tube Field,ce dit tube interne étant constitué par un tube distinct des branches de l'élément surchauffeur et fixé en position par une de ses extrémités s'adaptant à l'ouverture de l'une des branches du tube, l'extrémité ouverte du tube extérieur du tube Field étant alors soudée à l'extrémité libre ou ouverte de la culotte d'assemblage des branches de l'élément surchauffeur.
Dans la fabrication d'un élément surchauffeur conforme à 1 'invention, il est possible d'effectuer une partie considérable du travail de soudure par forgeage à la machine, de façon à obtenir une soudure particulièrement efficace, tout en éliminant les possibilités de crique interne dans la région de la soudure.
C'est ainsi que l'union des branches du tube pour former la boucle,ou culotte, de l'élément surchauffeur peut se faire à l'aide de la matière même constituant les branches de l'élément surchauffeur par un procédé de forgeage déjà connu,et l'extrémité ouverte de la culotte ainsi formée est ramenée à une section circulaire égale au diamètre du tube extérieur du tube Field qui lui est alors soudé et qui peut être formé d'acier résistant à la chaleur.
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La. description qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La fig.1 représente une coupe verticale d'une tube à fumée pour chaudière du coté de la botte à feu et un élément surohauffeur conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue en plan partiellement coupée des éléments de la fig.l.
La fig.3 est une coupe suivant A-B de la fig.l du tube à fumée de l'élément surchauffeur.
Les fig.4 et 6 sont des vues semblables à la fig.l mais représentent des variantes de réalisation des éléments surchauffeurs conformes à l'invention.
Les fig.5 et 7 sont respectivement des coupes sui- vant C-D de la fig.4 et E-F de la fig.6
Sur toutes les fig. le chiffre de référence 1 désigne une portion de tube de fumée,et le chiffre 2 une portion de la plaque de chaudière dans laquelle est fixé le tube de fumée. Le tube de fumée présente une portion 3 réduite en diamètre sur une longueur appréciable et une portion 4 encore plus réduite, relativement courte, qui se dilate pour être rivée dans la plaque de chaudière.
En se référant plus particulièrement aux fig.l à 3 des dessins,la portion en forme de boucle,ou culotte, de l'élément surohauffeur comporte deux tubes ou branches 5 et 6 dont les extrémités sont réunies pour former la culotte présen-, tant une partie extérieure 7 commune et un entrejambe 8.
La culotte ouverte est obtenue par les procédés déjà connus et l'ouverture de la culotte est ramenée à une section circulaire du diamètre désiré.
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La. portion de tube Field d'élément surchauffeur comporte un tube externe 10 dont une extrémité 11 est formée et de préférence épaissie comme il est représenté sur les dessins,et un tube interne 12 disposé axialement à l'intérieur du tube 10.
L'extrémité du tube 12 la. plus éloignée de l'extrémité fermée du tube 10 est entrée dans l'ouverture du tube 5, et, pour amener l'axe de la portion principale du tube 12 dans un plan horizontal médian situé à égale distance des axes des tubes 5 et 6, la portion terminale 13 du tube 12 est coudée comme on l'a, représenté sur les dessins. De préférence,l'extré- mité du tube 12 qui s'engage dans le tube 5 est conique ou chanfreinée intérieurement comme on le voit en 14 sur la fig.l.
Pour maintenir en position le tube 12 dans le tube externe 10 et dans l'ouverture 9 de la culotte 7, il est prévu des ailettes ou oreilles 15 et 15a qui sont soudées au tube. Les ailettes 15 entrent à la fois dans l'ouverture de la culotte 9 et dans l'extrémité' ouverte du tube 10 qui sont du même diamètre et servent à assurer la mise en place convenable de ces tubes avant que l'on procède à la soudure 16. De manière que l'extrémité du tube 12 puisse être ferme- ment montée dans le tube 5, on peut prévoir une introduction à force de ces tubes l'un dans l'autre lorsque les deux organes sont froids. De préférence cependant,le tube 5 et la culotte 7 sont chauffés localement dans la région de l'entrejambe 8 et le tube 12 qui reste froid est enfoncé à force dans l'ouverture du tube 5 qui en se refroidissant serre encore davantage le tube 12.
De préférence également,les ailettes 15 sont soudées à l'extrémité 9 de la culotte 7 de façon à empêcher un mouvement
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du tube 12 pendant le fonctionnement.
Les boucles des éléments surchauffeurs sont générale- ment formées à partir de tubes d'aoier doux, et le tube externe 10 de la tête du tube Field d'un élément surohauffeur conforme à l'invention peut être dans le même métal que la boucle de l'élément surohauffeur. Cependant, quand il doit être soumis à des conditions d'emploi particulièrement sévères, on peut le faire en acier résistant à la chaleur. Ce dernier mode de construction est particulièrement indiqué lorsque l'élément de tube Field du surchauffeur doit faire saillie dans la boite à feu d'une chaudière de locomotive ou dans la chambre de combustion dtune chaudière marine du type Scotch ou autre chaudière à tube de retour.
Les fig.l, 2 et 3 montrent l'application de l'inven- tion à un élément surohauffeur ayant une boucle,ou. culotte, constituée par deux tubes,mais l'invention peut aussi s'appli- quer aux éléments dans lesquels la culotte comporte plus de deux tubes. C'est ainsi qu'on a représenté sur les fig.4 et 5 un élément dans lequel sont associés 3 tubes 20, 21 et 22, les tubes 20 et 21 amenant la vapeur vers la boite à feu ou chambre de combustion et le tube 22 emmenant la vapeur en sens inverse.
Les extrémités juxtaposées de ces 3 tubes sont réunies par une culotte 7 et le tube interne 12 de l'extrémité en forme de tube Field est enfoncée dans le tube de retour 22. De même que dans le mode de réalisation de l'invention décrit en regard des fig.l à 3, les extrémités des tubes 20, 21 et 22 peuvent être assemblées par une culotte obtenue par forgeage de .La manière connue.
Sur les fig.6 et 7 on a représenté un mode de @alisa- tion de l'invention dans lequel la culotte est obtenue par l'assemblage de cinq tubes 30 à 34, les tubes 30 à 33 amenant
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la vapeur vers la botte à feu et le tube 34 emmenant la vapeur dans la direction opposée. Les extrémités juxtaposées des cinq tubes peuvent constituer un ensemble à l'aide de la culotte obtenue par forgeage de la manière connue, la dite culotte 7 présentant une ouverture de section circulaire,âpres quoi l'extrémité 9 de la dite culotte ouverte est ramenée à la dimension désirée. Dans le mode de réalisation de la présente invention relatif à la fig.6, le tube interne 12 de l'élément de tube Field est rectiligne sur toute sa longueur et est entré à force dans le tube central plus large 34.
Si on le désire, le tube externe de l'élément de tube Field conforme à l'invention peut être équipé avec des languettes ou des entretoises radiales telles que celles représentées en traits pointillés en 17 sur la fig.3 dans le but de supporter l'élément dans le tube de fumée du café boite à feu ou dans la dite boite à feu.
Le tube externe 10 de l'élément de tube Field peut être fermé de toute façon appropriée. C'est ainsi que, quand il est fabriqué avec de l'acier résistant à la chaleur et que ce dit acier peut être forgé, ou quand il est fait en acier plus doux, le dit tube externe peut être une portion du tubage de l'élément surohauffeur qui est alors fermé à son extrémité par des procédés déjà connus. Ou encore, dans une variante, le dit tube externe 10 peut être moulé.
Si on le désire, le tube 10 peut être équipé avec des nervures longitudinales externes de façon à augmenter la sur- face de transmission de chaleur, les nervures étant rapportées par soudure sur le tube lorsque ce dernier est obtenu à partir d'un tube cylindrique ordinaire, ou pouvant être coulées en une seule pièce avec le dit tube lorsque celui-ci est obtenu par
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moulage.
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TUBULAR HEAD FOR THE END OF SUPERHEATING ELEMENTS.
This invention relates to steam superheating elements for use in the smoke tubes of locomotive boilers, marine Scotch type boilers, or other similar smoke tubes.
The superheating elements placed in the smoke tubes usually comprise one or more tubes forming one or more loops, in the shape of a hairpin, and the present invention particularly relates to superheating elements of which the loop, or panty, has a head. or one. Field tube-shaped extension.
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To meet the current demand for high temperature steam, the superheating elements placed in the flue pipes of the boilers have been moved closer than hitherto to the firebox or combustion chamber, and, in some oas , the superheating elements were placed so as to extend beyond and out of the ends of the smoke tubes into the fire boot.
Bringing the ends of the superheating elements closer to the firebox or into the boiler firebox results in subjecting the ends of these elements to particularly severe operating conditions, and, in view of to increase their duration, it has been proposed to manufacture the ends of the superheaters in heat-resistant steel.
In many locomotive type fire tube boilers, the gas or smoke inlets in the smoke tubes are reduced in diameter and when any part of the superheater element is in the reduced diameter part of the smoke tube It is essential that a sufficient section of the smoke tube remains accessible to the fumes so that they are not strangled as they enter the smoke tube.
Likewise also, a suitable cross-section must be provided so that the flow of steam can take place in the portion of the superheater element which is in the constricted part of the smoke tube.
From superheater elements having tube ends of the Field tube type at their end disposed on the side of the firebox allowing these conditions to be met.
The present invention relates to a superheating element
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An advanced torch designed in such a way that its manufacture is simple and allows efficient welding of the field tube end to the loop or panty of the superheater element.
The superheater element of the invention intended to be placed in a smoke tube therefore comprises a loop or panty comprising a portion of Field tube at its end directed towards the side of the firebox, and, at the end in question. of the superheating element, the two branches of said element are united in a common portion which surrounds the internal tube of the Field tube, this said internal tube being constituted by a tube distinct from the branches of the superheating element and fixed in position by a its ends adapting to the opening of one of the branches of the tube, the open end of the outer tube of the Field tube then being welded to the free or open end of the assembly panty of the branches of the superheater element.
In the manufacture of a superheater element according to the invention, it is possible to perform a considerable part of the machine forging welding work, so as to obtain a particularly efficient weld, while eliminating the possibilities of internal cracking. in the weld region.
Thus the union of the branches of the tube to form the loop, or panty, of the superheating element can be done using the same material constituting the branches of the superheating element by a forging process already known, and the open end of the panty thus formed is reduced to a circular section equal to the diameter of the outer tube of the Field tube which is then welded to it and which can be formed of heat-resistant steel.
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The description which will follow with regard to the accompanying drawing given by way of example will make it easier to understand how the invention can be implemented.
FIG. 1 represents a vertical section through a flue gas tube for a boiler on the side of the fire boot and a superheater element according to the invention.
Fig. 2 is a partially cut plan view of the elements of fig.l.
Fig.3 is a section along A-B of fig.l of the smoke tube of the superheater element.
Fig.4 and 6 are views similar to fig.l but show alternative embodiments of the superheater elements according to the invention.
Figs. 5 and 7 are respectively cross sections following C-D of fig. 4 and E-F of fig. 6
On all fig. the reference numeral 1 designates a portion of the smoke tube, and the numeral 2 a portion of the boiler plate in which the smoke tube is fixed. The smoke tube has a portion 3 reduced in diameter over an appreciable length and an even smaller portion 4, relatively short, which expands to be riveted in the boiler plate.
Referring more particularly to Fig. 1 to 3 of the drawings, the loop-shaped portion, or panty, of the superheater element comprises two tubes or branches 5 and 6, the ends of which are joined to form the panty presenting a common outer part 7 and a crotch 8.
The open panty is obtained by the already known methods and the opening of the panty is reduced to a circular section of the desired diameter.
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The superheater element Field tube portion has an outer tube 10 having one end 11 formed and preferably thickened as shown in the drawings, and an inner tube 12 disposed axially within the tube 10.
The end of the tube 12 la. further from the closed end of the tube 10 has entered the opening of the tube 5, and, to bring the axis of the main portion of the tube 12 into a median horizontal plane located at an equal distance from the axes of the tubes 5 and 6 , the end portion 13 of the tube 12 is bent as shown in the drawings. Preferably, the end of tube 12 which engages tube 5 is conical or internally chamfered as seen at 14 in FIG. 1.
To hold the tube 12 in position in the outer tube 10 and in the opening 9 of the panty 7, fins or ears 15 and 15a are provided which are welded to the tube. The fins 15 enter both the opening of the panty 9 and the open end of the tube 10 which are of the same diameter and serve to ensure the proper placement of these tubes before proceeding with the removal. welding 16. So that the end of the tube 12 can be securely mounted in the tube 5, provision can be made for these tubes to be forced into one another when the two members are cold. Preferably, however, the tube 5 and the panty 7 are locally heated in the region of the crotch 8 and the tube 12 which remains cold is forced into the opening of the tube 5 which, as it cools, tightens the tube 12 even more. .
Also preferably, the fins 15 are welded to the end 9 of the panty 7 so as to prevent movement.
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tube 12 during operation.
The loops of the superheater elements are generally formed from soft steel tubing, and the outer tube 10 of the Field tube head of a superheater element according to the invention may be of the same metal as the coil. the superheater element. However, when it has to be subjected to particularly severe conditions of use, it can be made of heat-resistant steel. The latter method of construction is particularly suitable when the Field tube element of the superheater must protrude into the firebox of a locomotive boiler or into the combustion chamber of a marine boiler of the Scotch type or other return tube boiler. .
Figures 1, 2 and 3 show the application of the invention to a superheater element having a loop, or. panty, consisting of two tubes, but the invention can also be applied to elements in which the panty has more than two tubes. Thus there is shown in Figs. 4 and 5 an element in which are associated 3 tubes 20, 21 and 22, the tubes 20 and 21 bringing the steam to the firebox or combustion chamber and the tube 22 taking the steam in the opposite direction.
The juxtaposed ends of these 3 tubes are joined by a panty 7 and the inner tube 12 of the end in the form of a Field tube is pushed into the return tube 22. As in the embodiment of the invention described in Looking at fig.l to 3, the ends of the tubes 20, 21 and 22 can be assembled by a panty obtained by forging in the known manner.
In FIGS. 6 and 7 there is shown an embodiment of the invention in which the panty is obtained by assembling five tubes 30 to 34, the tubes 30 to 33 bringing
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steam to the fire boot and tube 34 leading the steam in the opposite direction. The juxtaposed ends of the five tubes can form an assembly using the panties obtained by forging in the known manner, said panty 7 having an opening of circular section, after which the end 9 of said open panty is brought back to the desired dimension. In the embodiment of the present invention relating to Fig. 6, the inner tube 12 of the Field tube member is straight along its entire length and is forced into the wider central tube 34.
If desired, the outer tube of the Field tube element according to the invention can be fitted with tabs or radial spacers such as those shown in dotted lines at 17 in Fig. 3 in order to support the element in the smoke tube of the firebox coffee or in the said firebox.
The outer tube 10 of the Field tube element can be closed in any suitable manner. Thus, when it is made of heat resistant steel and said steel can be forged, or when it is made of softer steel, said outer tube can be a portion of the casing of the steel. superheater element which is then closed at its end by already known methods. Or, in a variant, said outer tube 10 can be molded.
If desired, the tube 10 can be fitted with external longitudinal ribs so as to increase the heat transmission surface, the ribs being welded onto the tube when the latter is obtained from a cylindrical tube. ordinary, or which can be cast in one piece with said tube when the latter is obtained by
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molding.