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ELEMENTS SURCHAUFFEURS PERFECTIONNES
La présente invention est relative aux éléments surchauffeurs tubulaires destinés à être logée dans les tubes à fumée d'une chaudière et plus particulièrement d'une chau- dière de locomotive .
Dans de tels éléments où la vapeur arrivant à l'état saturé se rend jusqu'au voisinage du foyer de la chau- dière par un tube ou un ensemble de tubes ( que l'on désigne- ra par la suite par tubes d'aller ) pour en revenir ensuite par un tube dit de retour qui l'achemine vers le collecteur de vapeur surchauffée, le tube de retour qui contient de la
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vapeur à plus haute température que le tube ou les tubes d'aller est soumis à une dilatation linéaire supérieure à celle des tubes d'aller .
Cette différence de dilatation est particu- lièrement sensible lorsque le tube de retour est disposé à peu près dans l'axe du tube à fumée et que, par suite de la disposition des tubes d'aller ou de leur conforma- tion ou des deux , ce tube de retour est protégé contre le refroidissement relatif qu'il pourrait subir par suite d'un rayonnement de chaleur en direction des parois du tube à fumée @
A cause de ces différences de dilatation, il arrive que le tube de retour pendant le fonctionnement du surchauffeur exerce sur les tubes d'aller une traction considérable, susceptible de dépasser la limite élastique que possèdent les tubes d'aller à la température de fonc- tionnement, et de déterminer dans ces tubes un allongement permanent ;
lorsqu'ensuite l'élément surchauffeur se re- froidit , le tube de retour revient à sa longueur normale, mais il n'en est pas de même des tubes d'aller qui ont subi un allongement permanent ; ceux-ci sont alors soumis à une pression par bouts qui les expose au flambage avec possibilité de flexion permanente .
La répétition de phénomènes de ce genre ar- rive à produire dans les tubes d'aller des déformations importantes qui peuvent causer des obstructions dans les tubes à fumée, rendre difficile l'extraction des éléments surchauffeurs hors ae ces tubes à fumée ainsi que la réin- troduction de ces éléments dans les tubes à fumée et, fi- nalement rendre ces éléments surchauffeurs inutilisables.
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Les conséquenoes de ces différences de dilatation sont particulièrement à craindre lorsque.la fraction des tubes d'aller logée dans le tube à fumée comporte en succes- sion des parties plus rigides les unes que les autres car alors les déformations par flambage se produisent uniquement dans les parties les moins rigides et obligent celles-ci à prendre une flèche plus grande que si les déformations se répartissaient sur toute la longueur des éléments logée dans le tube à fumée .
La présente invention a pour objet un élément de surchauffe qui a été conçu pour remédier à ces inconvénients
Une particularité essentielle des éléments de surchauffe faisant l'objet de l'invention réside dans le fait que le tube d'aller ou chacun des tubes d'aller est pourvu , dans une de ses parties les moins rigides , de pré- férence une de ses parties les moins chaudes'et, quand c'est possible, une de ses parties située en dehors du tube à fumée, d'une incurvation ayant pour but , à la fois de se prêter aux efforts en question sans subir de déformation permanente et de dégager le trajet naturel des fumées de ma- nière à faciliter le tirage du foyer de la chaudière,
sans que les déformations élastiques subies par ces parties in- curvées puissent nuire au tirage dans le tube à fumée ou à sa sortie ni au passage des escarbilles éventuellement en- traînées par ces fumées .
Cette incurvation peut, selon les cas, se trou- ver dans un seul plan ou dans plusieurs plans, et même avoir la forme d'une spire hélicoïdale ou toute forme intermédiaire
Dans une forme de réalisation où l'élément comporte plusieurs tubes d'aller groupés en une cage cylin-
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drique dont ces tubes constituent les barreaux, les parties incurvées sont disposées et réparties de façon à créer, dans la cage , un renflement local avec surécar- tement des barreaux ; ce renflement, situe dans la boîte à fumée , dégage ainsi l'espace par lequel les gaz de combustion débouchent du tube à fumée correspondant et il contribue, par suite , à améliorer le tirage du foyer de la chaudière .
A titre de variante, les tubes d'aller peuvent sur une partie plus ou moins grande de leur longueur et dans la portion se logeant dans le tube à fumée, être in- terrompus par une chemise tubulaire de diamètre relative- ment grand .
Dons un cas comme dans l'autre, le tube de re- tour est, de préférence, placé dans l'espace circonscrit par la.cage des tubes d'aller et ( ou ) par la chemise tubulaire. De même les tubes d'aller , sur une partie plus ou moins grande de leur longueur ou de la portion non remplacée par la chemise tubulaire, peuvent comporter des ailettes qui, pour le mieux, sont localisées exclusivement suivant une enveloppe presque continue reliant ces tubes de proche en proche ; en fait, une enveloppe continue peut être circonscrite au faisceau de tubes d'aller et notamment leur être tangente .
Dans une autre variante, où l'espace disponi- ble dans la boite à fumée ne permet pas d'y loger une par- tie de tube incurvée selon l'invention, cette incurvation est logée dans le tube à fumée et contournée en une spire d'hélice située dans le prolongement de la partie la plus rigide des tubes d'aller de manière à gêner le moins pos-
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sible le passage des fumées de chauffe .
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée .
La fig.l du dessin représente en éléva- tion un élément surchauffeur conforme à l'invention, cet élé- ment étant disposé dans un tube à fumée qui est représenté en coupe longitudinale;
La fig. 2 est une vue en plan correspon- dante ;
Les fig.3 et 4 sont des coupes par III-III; et par IV-IV de la fig.l et de la fig.8;'
Les fig. 5 et 6 représentent en élévation et en plan un autre élément surchauffeur conforme à l'inven- tion ;
La fig.7 représente une coupe par VII-VII de la fig.5 ;
La fig.8 représente en plan un autre mode de réalisation de l'invention ;
La fig. 9 est une coupe par IX-IX de la fig.8 ;
La fig.10 représente en élévation et dans un tube à fumée une autre variante de réalisation de l'inven- tion ;
La fig.ll est une coupe par XI-XI de la fig.10 .
Dans le surchauffeur représenté partiel- lement par les fig.l à 4 , les tubes d'aller constituent un faisceau de petits tubes pourvus d'ailettes longitudinales répartis autour d'un gros tube de retour .
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On a désigné par 1 un tube à fumée d'une chau- dière de locomotive dans lequel sont logés le faisceau de petits tubes 2 pourvus d'ailettes longitudinales 3 ainsi que le gros tube de retour 4 ; tubes sont réunis entre eux par une culotte 5 à leur extrémité située du cote du foyer de la locomotive. A leur autre extrémité , les petits tubes 2 sont raccordés par une culotte 6 à une branche 7 d'arrivée de vapeur saturée tandis que le tube de retour est prolongé par une branche 8 de sortie de la vapeur sur- chauffée . Les branches 7 et 8 sont raccordées d'autre part à des collecteurs de vapeur saturée et de vapeur surchauffée, non représentés, dont la position est fixe par rapport à la chaudière .
En règle générale, les ailettes 3 ne vont pas jusqu'à la culotte 5 , la fraction terminale des petits tubes , du côté du foyer , se trouvant exposée à des fumées à température très élevée dans lesquelles il n'est pas utile d'augmenter l'absorption de chaleur et où les ailettes pour- raient même ne pas être suffisamment refroidies par la vapeur.
Il s'ensuit que sous l'influence des différences de dilatation dont il a été parlé plus haut, les déformatione permanentes des petits tubes se localisent surtout, quand ces tubes ne sont pas pourvus de courbes de dilatation, dans cette fraction voisine de la culotte 5 où le métal est très chaud .
Dans l'élément surchauffeur conforme à l'inventior, les petits tubes 2 sont pourvus chacun d'une courbe de dila- tation 9 située entre la plaque tubulaire avant 10 et la culotte 6 , courbe qui autorise les déformations élastiques suffisantes pour permettre aux petits tubes 2 de suivre le
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tube de retour 4 dans ses dilatations sans être exposés à subir des allongements permanents .
Comme ces courbes 9 sont plus facilement défmrmables que les,autres parties des tubes 2, ce sont elles également qui subiront des déformations permanentes s'il doit s'en produire par suite de circonstances imprévues telles qu'excès de température ou autres .
Comme on le voit au dessin, les quatre courbes 9 s'écartent de l'axe du tube à fumée de manière à bien déga- ger la sortie de celui-ci et laisser un libre passage aux fumées sortant du tube .
Dans l'élément surchauffeur représenté par les fig.5 à 7 ,la branche d'arrivée de vapeur saturée 7 se raccorde par une culotte 11 à deux petits tubes 12 aboutis- sant à deux points diamétralement opposés d'un conduit annu- laire 13 de l'autre bout duquel partent deux petits tubes 14 raccordés par une culotte 15 au tube de retour 4 qui est dis- posé sensiblement dans l'axe du conduit annulaire 13 . Comme dans le cas précédent, on a ménagé dans les petits tubes 12 et en avant de la plaque tubulaire avant 10 des courbes de dilatation .
Ici encore ces courbes s'écartent de maniè- re à bien dégager la sortie du tube à fumée, mais contraire- ment au cas précédent où chaque courbe était dans un plan, ici on leur a donné une torsion de 90 degrés afin d'augmenter leur flexibilité .
Dans le troisième exemple de réalisation de l'invention, représenté par les fig. 8 et 9, les tubes d'al- ler sont de petit diamètre et au nombre de quatre comme dans l'exemple représenté aux fig.l à 4 , avec cette différence
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toutefois que les ailettes 3 n'existent sur ces tubes que sur une longueur plus faible et du côté de la culotte 5, tandis que sur une autre partie de leur longueur à partir de ces ailettes 3 et vers l'avant de la locomotive, les quatre tubes 2 sont entourés d'un manchon cylindrique 16 en .délai, auquel ils sont tangents et auquel ils peuvent être soudés sur toute la longueur de ce manchon afin de faciliter la transmission de chaleur entre les gaz chauffants et la va- peur à surchauffer par l'intermédiaire du manchon 16 et du métal des tubes 2 .
Ici encore , on a pourvu les tubes d'aller 2 de courbes de dilatation 9 écartées les unes des autres .
Dans la variante représentée aux fig.10 et 11, le tube d'aller est unique et composé en partie par une portion rigide 17 de forme annulaire tlle que celle que représente la fig.7 -
L'espace disponible à l'avant de la plaque tubulaire 10 étant restreint et ne permettant pas de dispo- ser des courbes de dilatation dans la boîte à fumée, on a prévu entre la branche d'entrée 7 et la partie rigide 17, dans le tube à fumée 1 , une courbe de dilatation 18 ayant la forme d'une spire d'hélice d'un diamètre tel que, vue en bout comme à la fig.ll , sa projection se superpose à celle de la partie annulaire de manière à contrarier le moins possible le passage des fumées; pour la même raison, on a donné à cette spire d'hélice un pas aussi long que possible dans l'espace dont on dispose .
Cet allongement du pas est justifié par le fait que le diamètre du tube de la courbe 18 est supérieur à l'épaisseur de la partie annulaire; par con- tre, ce tube peut être soit aplati , soit d'un diamètre plus
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faible de manière que son encombrement dans le sens du tra- jet des fumées ne soit pas ou guère supérieur à celui de la partie annulaire ; dans ce cas, la courbe de dilatation en hélice pourra être à pas court ; de préférence, on la fera même à spires jointives et juxtaposées à l'extrémité de la partie annulaire 17 de manière à réduire au minimum les so- lutions de continuité , et par suite, les remous dans les fumées .
.Il va de soi que l'on peut apporter des mo- difications aux formes de réalisation qui viennent d'être décrites ou que l'on peut adopter des :formes de réalisation différentes sans que, pour cela, on sorte nécessairement du cadre de l'invention .