<Desc/Clms Page number 1>
Chaudière à vapeur, à foyer entouré par la chambre de vaporisation.
Des chaudières à vapeur à foyer entouré par la chambre de vaporisation sont employées d'une manière générale aussi bien pour l'exploitation stationnaire que pour les navires et les locomotives. Au cours d'un dévelop- pement de plus de cent ans, deux types ont vu lejour, à savoir la chaudière à tube de.flammes employée de pré- férence dans l'exploitation stationnaire et sur les navi- res, et la chaudière à boîte à feu, dominant presque ex- clusivement pour le fonctionnement des locomotives.
La chaudière à boite à feu des locomotives à vapeur présente dans ses traits fondamentaux encore ac- tuellement la même forme que celle employée par l'inventeur de la locomotive à vapeur, Stephenson, en l'année 1829 dans la première locomotive capable de fonctionner. La boîte à feu ouverte du bas, qui enferme la chambre de combustion latéralement, du haut, vers 'l'avant et vers l'arrière assu- re un bon développement de vapeur et permet une forte char- ge de la chambre de foyer car les parois de la boite à feu , absorbent la chaleur par rayonnement et la transmettent sans
<Desc/Clms Page number 2>
intermédiaire au contenu d'eau de la chaudière.
Au point de vue de la technique de la vaporisation, la chaudière à boite à feu ouverte du bas a toutefois l'inconvénient qu'il ne peut se former aucune circulation d'eau ni de droite à gauche, ni d'avant en arrière, car les liaisons voulues ne peuvent être disposées à cause de la construction de la grille. En outre, les entretoises de la construction gênent la montée des bulles de vapeur. La chaudière à boite à feu est très défavorable au point de vue de la solidité.Les pa- rois planes et bombées de la boîte à feu, qui sont sollicitées par une surpression extérieure, doivent être maintenues par des entretoises et des tirants à la paroi fixe de la chaudière.
Aussi longtemps que les pressions des chaudières étaient basses (la première chaudière de Stephenson était construite pour 3,3 atm. au-dessus de la pression atmosphérique) cette construction pouvait encore se défendre.
Lors du passage aux pressions plus élevées, jusqu'à 20 atm. utiles, on obtient des constructions de chaudière que l'on peut appeler des constructions forcées. Ainsi pour la chaudière d'une locomotive moderne de trains de marchandises, il faut par exemple
1334 entretoises rigides et
358 entretoises mobiles, c'est à dire au total
1692 pièces de dispositif de retenue pour anorer la boite à feu à la paroi extérieure fixe de la chaudière, contre une surpression intérieure de 16 atmosphères utiles.
La fabrication de semblables chaudières, le perçage des trous, la fabrication des entretoises ainsi que le montage prennent beaucoup de temps ;en outre, les travaux ne peuvent être exécutés que par des ouvriers très qualifiés, de sorte qu'une fabrication en série de locomotives en grandsnombres de pièces se heurte par conséquent à des difficultés considérables. En outre,., 1692 entretoises signifient pour le fonc- tionnement l'entretien de 2 . 1692 = 3384 endroits d'étan-
<Desc/Clms Page number 3>
chéité par locomotive, c'est à dire de grandes dépenses d'en- tretien qui consistent pour un grand pourcentage uniquement en salaires, c'est à dire en temps de travail.
Les défauts d'étanchéité aux entretoises prennent naissance::principalement par suite des différences de dilatation entre la boite à feu recevant directement le rayonnement du foyer et par conséquent la plus chaude, et la chaudière fixe située à l'extérieur et par conséquent plus froide. La boite à feu augmente de volume lors du chauffage plus fortement que la chaudière fixe, conserve pendant le fonctionnement cette plus grande dilatation et ne revient aux dimensions de départ que lors du refroidissement. Les entretoises travaillent donc toujours aux endroits de fixation et ,de ce fait il prend naissance petit à petit des endroits non-étanohes.
On a essayé dans ces derniers temps de supprimer les effets nuisibles de ce mouvement des entretoises par l'incorporation d'éntretoises à mouvement sphérique sans qu'on ait produit des résultats satisfaisants malgré les grandes dépenses.
La chaudière à tube de flammesest de construction beaucoup plus simple que la chaudière à boîte à feu. A la place de la botte à feu, on utilise le tube de flamme ouvert à l'arrière qui est monté dans la paroi extérieure de la chaudière et dans lequel est logé le foyer. L'avantage de cette construction par rapport à la chaudière à boite à feu consiste avant tout en la suppression de toutes les liaisons par entretoises. La chambre de foyer ouverte à l'arrière a un effet défavorable parce qu'en comparaison de la Chaudière à boite à feu une partie considérable de surface de chauffe par rayonnement disparaît.
L'inconvénient principal consiste en la liaison rigide entre le tube de flamme et la paroi extérieure de la chaudière, liaison dans laquelle on n'a tenu aucun compte de la différence de dilatation entre le tube de flammes plus chaud et le tube extérieur plus froid. On a dû oheroher ici également une solution de com-
<Desc/Clms Page number 4>
promis que l'on a trouvée finalement en établissant le tube de flammes sous la forme d'un tube ondule qui absorbe par lui-même les déformations élastiques. De semblables chaudières conviennent bien pour l'exploitation stationnaire mais ne supportent pas, à cause de leur)minime raideur, les sollicitations supplémentaires dynamiques se présentant dans l'exploitation des locomotives et ne peuvent par conséquent pas être-employées pour le fonctionnement sur véhicules.
Suivant la présente invention, les inconvénients des modes de construction connus sont évités par le fait qu'un ou plusieurs corps de pression en forme de corps symétriques de révolution ou analogues, qui reçoivent le foyer, sont montés de telle manière dans la cavité de la paroi extérieure de chaudière que l'on obtient d'une part un maximum de surface de chauffe par rayonnement et que, d'autre part, une circulation d'eau est possible autour du ou des corps de pression aussi bien transversalement que longitudinalement par rapport à l'axe, tandis que les liaisons rigides entre le ou les corps de pression et la paroi extérieure de la chaudière sont disposées en des endroits qui sont refroidis par l'air de combustion, et présentent un minimum de dilatation différentielle,
les parties fortement échauffées par rayonnement du ou des corps de pression pouvant se dilater librement.
Un exemple de réalisation d'une semblable chaudière est représenté en coupe longitudinale à la fig. 1 et en coupe transversale à la fig.2.
La fig. 3 montre le rivetage à la machine d'une chaudière au moyen d'une presse à river hydraulique. La fig.4 montre la coupe longitudinale et la fig. 5 la coupe transversale d'un corps de pression raidi par des ne.rvures.
Le corps de pression a qui a dans l'exemple présent la forme d'un corps symétrique de révolution, en tube, à fonds
<Desc/Clms Page number 5>
sphériques ou en anse de papier ou d'autre forme, fixés à la presse, soudés ou rivés, est monté dans la paroi extérieure de chaudière b. Le remplissage d'eau c s'étendant par-dessus le plafond du corps de pression a peut être lu d'une manière connue au moyen du tube à résistance d. Audessus du remplissage d'eau.± se trouve la chambfe de vapeur e. Dans la partie inférieure du corps de pression a est placée la grille favee le lit de charbon g. La porte de foyer h ferme vers l'arrière l'ouverture 1 par laquelle le charbon est introduit.
La liaison entre le corps de pression a et la paroi extérieure b de la chaudière se fait par des pièces de liaison tubulaires en k, l, et m en-dessous de la grille f. Par ces pièces de liaison, l'air de combustion arrive au lit de eharbon g. C'est là qu' a lieu la combustion. La chaleur produite est rayonnée dans la chambre de combustion vers les parties du corps de pression a situées au-dessus de la grille, vers le haut, vers le côté, vers l'avant et vers l'arrière; une autre transmission de chaleur a lieu par le transfert de la chaleur des gaz de fumées en partie dans la chambre de combustion, en partie dans les tubes de fultlées n et les tubes bouilleurs o aux parois et par conséquent au contenu d'eau de la chaudière.
Les gaz de fumées s'éooulent par la boîte à fumées @ et la cheminée à l'air libre. La vapeur prenant naissance dans la chaudière se rassemble dans la chambre de vapeur e et est conduite de la manière connue par le collecteur de vapeur r à la machine motrice (machine à vapeur ou turbine à vapeur). Par le fait que le corps de pression a est entouré d'eau de toutes parts, il peut se former une circulation d'eau fermée, aussi bien dans la direction lon- gitudinale que dans la direction transversale. La conséquence en est un refroidissement intensif de la chambre de foyer, c'est à dire une bonne transmission de chaleur et un bon équilibre de température qui en résulte à l'intérieur de la
<Desc/Clms Page number 6>
paroi de tôle a.
Les endroits de liaison entre le corps de pression a et la paroi extérieure b de la chaudière en k, 1 et m ainsi que la partie du corps de pression a située en-dessous de la grille f sont refroidis de façon intensive par l'air de combustion. Une différence de température nota- ble entre a et b n'existe donc pas en ces endroits ; laparoi intérieure et la paroi extérieure se dilatent uniformément de sorte que les liaisons peuvent être réalisées en ces endroits sous une forme rigide. Il en résuite un corps de chaudière très robuste, rigide et convenant par conséquent particulièrement pour le fonctionnement des locomotives. Vers le haut au contraire, le corps de pression a recevant un rayonnement intense en cet endroit peut se dilater librement, ce qui évite les tensions thermiques.
L'endroit de liaison entre a st b à l'ouverture i du foyer doit être considéré spécialement pour décider si cette liaison doit être faite rigide ou élastique. Au point de vue de la solidité, il ne faut plus ici de liaison rigide car les endroits de liaison en k, 1 et m peuvent être réalisés avec uns robustesse suffisante pour supporter les sollicitations statiques et dynamiques provenant du fonctionnement de la chaudière et de la matche. Il faut donc décider si les dilatations différentielles prenant éventuellement naissance rendent nécessaire ou non une liaison élastique.
Il est à remarquer ici qu'un refroidissement intermittent par entrée d'air de combustion se produit toujours lorsque,pendant le chargement du charbon, la porte du foyer est ouverte ; un refroidissement permanent peut être prévu par introduction continuelle d'air secondaire par une fente de la porte de foyer. Des différences notables de dilatation ne peuvent donc pas se produire ici; il faut compter en outre que ces dilatations sont absorbées par l'élasticité du fond postérieur de la chaudière et des parois tubulaires. Si on le désire, on peut toutefois monter une liaison élastique, par exemple un compensateur v à tube ondu-
<Desc/Clms Page number 7>
lé, entre a et b à l'endroit de l'ouverture de foyer.
Les ouvertures entre k, 1 et m servent non seulement à l'amenée de l'air de combustion, mais aussi à l'élimination du charbon et des scories. On monte avantageusement un ou plusieurs racloirs t qui sont actionnés pendant le fonctionnement ou à l'arrêt au moyen d'un système de traction. Le racloir antérieur t peut en même temps avoir une forme telle qu'il ternie vers l'avant l'espace situé sous la grille et-bouche ainsi pour l'air de combustion le passage direct vers les tubes de fumées.
L'avantage de la réalisation suivant la présente invention ne consiste pas seulement en ce que la transmission de chaleur de la chambre de combustion lisse à l'eau de la chaudière qui l'entoure de toutes parts et circule librement dans toute direction est notablement améliorée par rapport aux réalisations existantes, mais également en ce que la fabrication des pièces de la chaudière et leur assemblage sent extrêmement simplifiés. Par la suppression de toutes les entretoises, tout l'usinage et le montage sont ramenés à de simples travaux de forge de chaudière: enroulement et rivetage ou soudage de tronçons cylind.riques de chaudières, adaptation et 'rivetage ou soudage des fonds et des parois tubulaires, adaptation et dudgeonnage des tubes de fumées et des tubes bouilleurs.
La construction peut en outre être réalisée de telle manière que le corps de pression intérieur a, le tube de flammes, est usiné complètement et assemblé indépendamment du reste de la chaudière et introduit ensuite dans la paroi extérieure b de la chaudière ouvert du côté du tube et est fixé au moyen de rivets ou par soudure ; pour pouvoir introduire les tubes 1 et k dans les ouvertures de la paroi b de la chaudière, il est avantageux de donner à l'ouverture pour le trou de ringardage dans la paroi extérieure de la ohaudière une forme
<Desc/Clms Page number 8>
conique ou excentrique et de la fermer, après le montage, au moyen d'un anneau de forme correspondante.
L'emploi d'ur rivetage à la machine, avec l'avantage de la conservation de la pression prescrite des rivets, est possible dans une large mesure. On peut même suivant la fig. 3, river le fond bombé w au tronçon cylindrique de la paroi extérieure b de la chaudière à la machine au moyen de la presse à river N.
Le tube de flammes a sollicité par la surpression extérieure peut être renforcé d'une manière simple par rivure ou soudure d'anneaux de renforcement x (fi.4 et 5). Ces anneaux peuvent par exemple être fabriqués au moyen de tourscarrousels ou d'une manière analogue et rivés ou soudés à la machine. L'adaptation au tube de flamrnes a est notablement facilitée lorsque les anneaux sont fendus après l'usinage en v de sorte que, par un simple rapprochement des deux extrémités par pression, une adaptation au tube de flammes est possible. Il est également possible de raidir le corps de pression par des nefvures longitudinales x1 ou par une combinaison de nervures longitudinales et transversales.
La paroi b peut également être raidie éventuellement par des nervures transversales et longitudinales x2 :et x3. pour ne pas gêner la circulation d'eau sous le corps de pression a par les nervures, celles-ci peuvent avoir une hauteur plus petite aux endroits les plus étroits entre le corps de pression a et la paroi b de la chaudière. Il est également possible que les nervures du corpsde pression ou de la paroi b de la chaudière ne soient pas soudées ou rivées ultérieurement mais que déjà lors du laminage, par une conformation appropriée des cylindres, des tôles de chaudière soient fabriquées comme tôles à. nervures avec des nervures transversales ou longitudinales ou à la fois transversales et longitudinales. On réalise ainsi une économie notable de travail.
Il est également possible de réaliser le corps de pression a non pas sous la forme d'un tube lisse mais sous la forme d'un tube ondulé.
<Desc/Clms Page number 9>
Le collecteur de vapeur r est représenté sous la forme d'un tube placé au-dessus de la chambre de vapeur e. A l'extrémité de ce tube est disposé l'organe d'obturation que l'on appelle le "régulateur" z. Lorsque le régulateur z est ouvert, la vapeur se rend par le surchauffeur ü et la distribution aux cylindres à vapeur. Dans la réalisation normale de la chaudière de locomotive, le régulateur est monté dans le dôme à vapeur disposé directement au-dessus de la chambre de vapeur ; le tube de liaison du régulateur vers le surchauffeur, le "tube de régulateur" est placé dans la chmabre de vapeur e.
Cette disposition est défavorable pour la surveillance en fonctionnement et il est déjà arrivé que des tubes de régulateur perdaient leur étanchéité et que par ces défauts d'étanchéité de la vapeur pénétrait dans les cy- lindres et mettait la locomotive en marche malgré la fermeture du régulateur. Ce danger est évité. dans la\ disposition décrite présentement vu que le tube de vapeur est placé en dehors de la chaudière et que le régulateur n'est pas monté au début mais à la fin (si on regarde dans la direction d'écoulement) du collecteur de vapeur établi sousla forme d'un tube.
Dans la construction des locomotives, la question de l'économie de poids joue un rôle particulier. Il est exigé que le constructeur de chaudières réduise le poids au minimum aussi bien dans la construction de la chaudière que pour le contenu d'eau. Une semblable réalisation économisant le poids, dans laquelle il est fait usage dans une forte mesure de constructions soudées, est représentée à la fig.6.
La caractéristique de cette réalisation consiste eh ce que les diamètres du corps de pression a et de l'ouverture A du fond bombé de la paroi extérieure b de la chaudière sont accordés de telle manière qu'me mise en place du corps de pression a complètement construit dans la paroi
<Desc/Clms Page number 10>
de chaudiére b complètement construite est possible par l'ouverture Dans cette réalisation, la chaudière complète peut être faite de trois parties individuelles-coin. ploiement soudables indépendamment les unes des autres, savoir : le corps de pression intérieur a appelé "boite à feu"" la paroi extérieure b de la, chaudière, appelée "courte chaudière" et la partie longue L de la chaudière, appelée "longue chaudière".
En considération de la possi- bilité du démontage, par exemple en vue de l'examen de la chaudière, il est avantageux de réaliser les endroits de liaison entre les troisparties en question en /, 1, k et i sous la forme de liaisons par rivets. Il est avanta- geux d'effectuer la construction de telle manière que toutes les liaisons par rivets peuvent être faites à la machine.
Pour le fonctionnement sur engins de locomotion par exemple pour l'exploitation de locomotives ou de ravi- res, il est avantageux d'établir la chaudière suivant la fige 7 de tellemanière que le corps de pression a reçoit une section transversale de forme circulaire et que les chambres d'eau située à droite et à gauche du corps de pression a ont une forme symétrique par rapport à l'axe longitudinal. Il y a donc alors à droite et à gauche du corps de pression les mêmes quantités d'eau et lorsque l'engin de locomotion se place obliquement , par exemple lors du passage en courbe de locomotives, la hauteur du niveau d'eau le plus bas au-dessus du sommet du corps de pression a reste maintenue.
Ceci est un avantage important par rapport aux chaudières normales à entretoises, à plafond plat , ou faiblement voûté seulement, de la boite à fdu.
Enfonetionnement, la chaudière suivant la présente invention se comportera de façon beaucoup plus favorable que les réalisations connues. Des défauts d'étanchéité ne
<Desc/Clms Page number 11>
peuvent pratiquement guère se produire car il n'y a pas d'endroits étanches d'entretoises. Les travaux d'entretien pour les entretoises disparaissent (empiétement. Si l'un des rares joints rivés perdait son étanchéité, ce défaut peut.être éliminé facilement par battage des rivets au burin. La durée d'existence de la nouvelle chaudière comme chaudière de véhicule est également pratiquement illimitée tandis que la chaudière de locomotives à entretoises n'a qu'une durée d'existence limitée. Un avantage particulier du nouveau mode de construction de chaudière est la forme extérieure lisse qui facilite particulièrement le p lacement d'une isolation efficace.
Cette circonstance est importante pour l'emploi dans les locomotives pour les régions de l'Est.
La chambre de combustion de forme symétrique de révolution, à grande surface de chauffe par rayonnement, est particulièrement favorable pour le développement des flammes et pour le rayonnement de la chaleur aux parois environnantes. Mais la transmission de chaleur des parois du tube de flammes à l'eau de la chaudière est également très efficace car ni la circulation d'eau, ni la montée des bulles de vapeur ne sont gênées par des milliers de tiges d'entretoises. Grâce à la construction choisie, le nettoyage de la chaudière est en outre considérablement facilité.
L'idée inventive décrite ci-dessus et représentée au dessin,peut être modifiée de différentes manières. Les ouvertures et les endroits de liaison k, 1 et peuvent être en nombre plus grand ou plus petit; les ouvertures peuvent être rondes, ovales, etc.. Au lieu d'un corps de pression a lisse, on peut également employer un corps en forme de tube ondulé et ainsi de suite. Le foyer peut être établi pour le chargement à la main ou pour le chargement
<Desc/Clms Page number 12>
mécanique; il est possible également de monter une grille à circulation. Au lieu de charbon, on peut brûler du pouss ier de charbon, de l'huile ou du gaz.
On peut également monter deux ou plusieurs corps de pression a dans la paroi b de la chaudière.
REVENDICATIONS.
EMI12.1
- - - - - - - - - - - - - - 1.- Chaudière à vapeur, à foyer entouré par la chambre de vaporisation, en particulier pour le fonctionnement sur engins de locomotion, dans laquelle un ou plusieurs corps de pression contenant le foyer sont montés dans la cavité d'une paroi extérieure de chaudière, caractérisée en ce que le ou les corps de pression (a) sont disposés par rapport à la paroi (b) de la chaudière, de tous côtés, à une distance donnant un maximum de surface de chauffe par rayonnement et permettant la circulation de l'éau aussi bien longitudinalement que, d'une manière connue, transversalement à l'axe et sont réunis à cette paroi (b) par des liaisons rigides, avantageusement par des pièces de liaison tubulaires (k,l,m) en des endroits qui, étant refroidis par l'air de combustion, présentent un minimum de dilatation différentielle.