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" Chaudière à vapeur alimentée en gaz comburant à pression élevée"
On connaît les chaudières alimentées par de l'air ' refoulé sous pression dahs le foyer. Telles sont les chaudières de.la plupart des bateaux. Toutefois, la pression d'air ainsi utilisée ne dépasse généralement pas quelques décimètres ou quelques mètres d' eau.
Il existe également des chaudières .dont le foyer est alimenté sous une pression plus élevée, de l'ordre de 2k à
3k par cm2. Mais, dans ces dernières chaudières, exactement comme dans les précédentes,la pression de l'air de combustion, qu'elle soit de quelques centimètres d'eau ou de quelques kilos, est utilisée à vaincre les pertes de charges du circuit de l'air et à imprimer à ce dernier une certaine vitesse :10 à
30 mètres dans les.chaudières ordinaires, 170 à 200 mètres dàns certaines chaudières spéciales.
La présente,invention se'rapporte à un procédé de marche des chaudières essentiellement différent dans lequel non pas seulement le foyer, mais tout l'ensemble de la chaudiè- re, y compris ses organes accessoires tels que surchauffeurs et économiserus, est tout entier plongé dans l'air sous près** sion, et où cette pression atteint une valeur comparativement
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très élevée, pour fixer les idées, comprise entre le par J et le ou plus, Dans ce nouveau type de chaudières, l"aupen- talion considérable de la pression n'est, en aucune manière, utilisée pour imprimer à l'air une vitesse ucept1oJU1en.,
et la chute de pression entre l'entrée de l'air dans la ohâièsta et la sortie des gaz au delà de l"olJ.l1om1.8#- ne représente qu'un pourcentage treit faible de la valeur de la ......1oa par
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exemple de l'ordre de 1 %,
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Les Demandeurs ne rochercheulk pas une augmatatim 4*à
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coefficients d'échange par une augmentation de la vîtes * des
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gaz, laquelle entraine une par$* de charge qu'ils ent*n>n1, au contraire, éviter.
Le dispositif qu'ils ont 4-moin leur psraast d'obtenir cette augmentation griot à la sa* augmenta-
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tion de la densité du fluide en mouvements
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La chaudière qui fa être décrite a été étudiée peur
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fonctionner avec une pression de gaz comburant élevée, telle
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qu'une pression de 100 kilogrammes par centimètres 08J'1'" un au-
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dessus.,
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L'invention consiste essentielleamt, d'anw p42mtg ..
ce que tous les éléments de chauffe de la chaudière et treovest ent4rmés dans une enveloppe extérieure cy1.1.r²!riqu't en'acier, établie pour résister à la pression des gaz caabaMmta et s ous-traite entièrement à l'action do la teapératare de ces gaz$ grâce à des dispositions particulières) cette UT810ppe ainsi conçue est appelée, dand ce qui suit, 1* laboratoire et d'autre part, en ce que l'tn8e.aibla de tec#i la ...
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dière et de ses accessoires peut être retiré de cette enveloppe par le moyen de démontages singles, aux fins de visites et de
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réparations; toute la chaudière est, sa #ffe1, posée à 1tu:"- rieur de l'enveloppe et libre de se dilater aàl4 appayer sur
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1M parole.
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La disposition précédente prend un intérêt tout à fait exceptionnel dans la cas où sont prises les dispositions
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compléme1'àaires auiVaMtUi. lesquelles constituât des pointe essentiels du présent breveta Ces dispositions coaplémentairea consistent a régler la marche des g4n4va<ours à gaz chauds, d'une part, et de :
La chattd1ère qui jour est aasociée, d'adirô part) de telle aorte qu'à tout Instants la pression des gaz comburants$ d'Une part,
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et la pression de la vapeur profite d'autre parts soient éga- les$ ou sensiblement égaler
Dans de telles conditions de fonctionnement, les élé- ments qui renferment 'eau ou la vapeur sous pression et qui
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oônù p l0hg4* dans lès gaz comburantîi ne subissent aucune con- trainto mécanique a.ppr4oiable, et qui ouvre des t'acillt4. dt om8WucUm évidentea tant en ce qui concerne le desoln dea p1.0.. qu..
la Natisre dont elle sont constitu4eâ,# Il peut être alors indiqué de constituer les surfa-.
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ces d.'écheJ1et non plus en forme de tubes à section circulaire) mail au moyen de tubes de forme quelconque, de plaques plane. ou ondulées, ou au moyen d'une surface genre nid d'abeille. coma dans les radiateurs d'automobiles. en respectant éven-
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tuellement des forme. aérodynamiques pour les fluides ohauffès ou "auf:tanttj* .
Le principe essentiel d'une telle chaudière est que le seul élément qui subisse des efforts mécaniques dus à la
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pression est l'enveloppe ext4rièure. laquelle est à une tes- pératurt voisine de l'amb1ànteJ tous lee organes aoumie à 10,aotion de 1a chaleur, au contraire, sont eouatraitx à tout
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<MM*et méaitnique appr4ciable.
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L'invention n'exclut pas le cas où. la pression de*
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gaz est supérieure à la pression des fluides c1:I.wJ.f't... Le dessin annexé repréaente, à titre d'exemple non limitatif,deux formes d'exécution de l'invention se rapportant ,précisément au cas où il y a sensiblement, égalité antre la pression des gaz et celle de la vapeur.
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La fJ.4,, 1 représente schématiqueaent une coupe selon un plan diamétral passant par l'axe de l'enveloppe, qui est de révolution.
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La fig. 2. représente deux dem...col.1pe. par des plr perpondiculairea à cet axe de révolution, la. partie de gauch0 étant une coupe suivant AB fige 1, et la partie droite une coupe suivant C@.
Les fige* 3 et 4 se rapportent à des détails
La fige 5 est une coupe verticale suivant un plas passant par l'axe d'une variant**
La fig. 6 est une coupe horizontale partielle de la chaudière proprement, dite.
La fig. est uns vue de détails
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Le corps de l'enveloppe extdrisurep ou laboratoire 1 est un cylindre en acier, de révolution autour de l'axe 00'.
2 est le fond inférieur du lsboratoira venu de forge avec le corps cylindrique et 3 la calotte supérieure du laboratoire, démontable,
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4 est le conduit 4.'amen.. de l'air oooborantt qui. dans l'exemple choisi) serait à 100 kgs, de pression, et, par exemple, 400" de teç6ratU1"e. 5 est le. conduit de sortie de l'air comburant, qui, dans l'úemple choisi, serait, par axsu ple, à 100 kgs. de pression (moins une perte de charge rendue très faible par le tracé même de l'appareil) et 500 de tempe-
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raturt. Les ga& ainsi émis étant pittta à recevoir une utilisas tion directe quelconqlle.
Les orifices des conduits d'amenée et de sortie de l'air *baud et des gaz, après démontage desdits conduits, ser- vent de trous d'homme de visité pour l'intérieur du laboratoire,
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6 est la revêtement 1*4fractaire;
le revêtement de la calotte inférieuré est établi directement oontre :lette en.fa1.op.. pet le yavtennt latéral cyl:tndriql1ê est tout entier porté par une légère charpante métallique grt!ce à laquelle il peut ttre mis en place ou retira du laboratoire en bloc; entre le revê-
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tement réfractaire et 1''enveloppe du laboratoire subsiste un jeu de l'ordre du cantimêt1"e dans lequel est bouxr4 un isolant ealorUuae plastique tel qàe beurre d'amiante. par exemple,
7 est le conduit d'amenée du combustible$ suppose ici liquide; mais la chaudière comporterait, moyennant certaines
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précatztions atippl4montaîroo, un eonbastible solide (pu1vtiria"" on gazeux;, ce conduit est naturellement pourvu de serpentins de 1"'chau±:f'a.e,.
Les brûleurs 8 du combustible sont diaprés en cou-
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ronné dans le cas où i14 sont multiples et pourvus de leurs dig%ribuùéàà . turbulence on autrement. 9 est un coudait d.'âvaètla.t1on don suies et scories et 10 son obturatourl 11 est un appareil de réglage de l'évacuation du conduit 9* 12 est le r*fot!tlemént d' eau do la pompe alimentaire dont 13 est le 'gulat.el11". 14 est LU1 réchauffeur dessiné de manière à pPd±g@P entièrement la calotte âaperie).tre contre le cantact des gaz chauds. 15 est l'entrée de l'eau dans la chaudière
16 est le faisceau tabulaire de la chaudière. Cette
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chaudière est à circulation forcée établie pour t.1 n taux d*
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vaporisation élevé.
Son faisceau ne compose d'une série de ssr penti# concentriques, chaque élément de serpentin c#pre.nant une rangée de tubes dimpoaéa liuivt un cylindre ér1.u.r, e1i une deuxième rangée suivant un cylindre intérieur. Quar.v1 en R0 j'approche du centre, il est nécessaire de mettre en parallèle deux ou trois rangéea extérieures, et tr ois, quatre 011 davanu- ge de rangea* ïnï9ura. On y parvient gr4àce à 10 Wloi de bottes de jonction toriques; %eÀlos -lut 21 qui réunissant les parties basses des tubes des rangées tant extérieur.. qu'inté- rieurea correspondant,48.
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Les extrémitéii supérieures des mêmes tubes sont rét1- nies par d'autres boîtes toriques, concentrique. 17 - un cloi- sonnement intérieur eeparet dans ces bottes, les tubes d8. wan- gdes extérieures de ceux des rangées intérieures,
Les boîtes consécutive. sont reliées par des tubes coudés 22 qui a ont plus facilement visibles sur la :tige 4. On
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voit sur la fi. 3 c#1Iaiint. l'eau passe en série t.1;ra.vtr. tous les serpentin8 suaaeeeitesnt, depuis la périphérie du labora- toire jusqa.e dana la région centrale qui joue le rble de ouP- chauffeur.
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Pour que les chutea de température des gaz chauo à travers le faisceau tubulaire soient sensiblement lea,anes asti centre et à la périphérie malgré les températures différentes de la vapeur, les sections de passage offertes aux gaz chaude diminuent régulièrement de la périphérie au centra
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Les bottas 17 laissent entre allés des espacée atit. laires vides tala que 19 (fig. 3) pour le passage des gaz chauds.
Le pacage annulaire central est pourvu d'un registre
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mobile, annulaire 20 (fig. 3) qui permet de régler la quaa;t1'"
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de Su parcourant le serpentin centrait et, par conséQ,t.1ent. de r4gler la température finale de surchauffe de la vapeur.
Les boites de jonction 17 continues sont reliées entr elles parles tubes coudés 22 et les plaques 23 dans lesquelles sont fixés ces tubes. Cas plaques sont aisément démontables - elles sont maintenues en place par les tris de pression 24 por-
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t4el e..ae.mrnes par Un étrier démontable* On voit qu'une foin les plaques 23 démon t4et il est facile de retirer le serpen- tin cylindrique correspondant.
La section des tubas 25 des écrans d#eau de la chambii de cotation est en forme de trapèze isocèle à faces planes;
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la face exposée au feu est renforedet
26 est le tuyau de prise de vapeur, 27 la soupape de prise de vapeur; 28 est un appareil accessoire de sécurité né-
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cessaire pour maintenir l'égalité des pressions de gaz et dé vapeur* Il se compose, à titre d'exampie, d'un cyùndwé dans .Lequel se meut un piston 29 qui reçoit sur une de ses faces.
par exemple la face inférieure, la pression des gaz, et sur
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1'aa,tre de ces faces, ici la face supérieure, la pression de la vapeur* Un ressort taré 30 fait en sorte que pour toute différence de pression existant entre les deux faces du pis-
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ton$ ce dernier prend une position déterminée* Par un tàrir4La- go appropriée figuré on 1 ,le piston agit d'une part sur l*injCetion de corabuatible dans la Chaudière, et d'autre part sur les appareils régulateura de la pression de l'air. Dans ces conditions, on conçoit qu'il soit aisé d'organiser les choses de telle sorte que la différence des pressions d'air
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et de vapeur soit-limitée a. la valeur qu'on s'est fixée à l'avance.
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La chaudière comprend, en outre, une soupape de sû- roté ordinaire pour l'air et une pour la vapeur. Ces soupape peuvent avantageusement être actionnées par le mima appareil régulateur que ci-dessus quand l'excursion de son piéton at- teint des limites assignées.
On voit qu'en ouvrant la calotte terminale supérieure 3 on peut démonter aisément, soit le réchauffeur seul, soit un élément. de chaudière, soit tout l'ensemble de la chaudière en un bloc unique, ai l'en a pris soin de disposer parallèlement à l'axe les tuyauteries 12 et 26.
Tous les éléments extérieurs, tels que tubes d'ali- mentation, tuyau de prise de vapeur, etc.., sont établis de telle sorte qu'ils traversent l'enveloppe extérieure et et@ calorifuges à l'intèrieur de tubulurea fixées sur l'enveloppe, tubulures complétées par des joints étanches établie selon la pression intérieure. Une fois cesjoints défaits, l'élément correspondant peut être démonté d'une manière simple, de maniè- re à libérer le déplacement de la chaudière.
Pour les réparations courantes : nettoyages,, tam- ponnement d'un tube crevé, etc.., les démontages sont inutiles.
La chaudière peut être établie à axe horizontal ou dans une position oblique, aussi bien que verticales nt.
La description qui précède n'est pas limitative, et la chaudière peut être établie suivant des modalités différen- tes,par exemple avec des ballons de vapeur extérieurs ou au- trement, elle est, de préférence, à circulation forcer
La présente invention s'applique, bien entendu, quel que soit le fluide liquide ou gazeux chauffé dans la chaudiere;
par exemple, elle s'appliquerait au traitement des hydrocar- bures et des dérivés du pétrole,
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L1Jl'Vent1CU'1 constate finalement à group plusieurs chaudières ana1oUèa à celle décrite ci-de,sl1e. qui sont parcou- rues auccessiveatent par les fluides chauffée et chauffants, les pressions dans 140 d:L:ttént8 foyer a étant ou non les mtmoo, Dam u. vat-1ante de r4al:1..ttiOit. l'enveloppe exté.
:rieur*# au l1é\1 dttire protégea contra la t p4rature dea gaz par tt garni-4urt rétractaire seule, est revêtue en eitre sur tout* sa paroi tnt6t'net d'une chemisé d'sau dana laquelle circu. le lacent d.ieAJ.1mentation et* éventuellement# de l'eau de reoirca- latston ou, plus généralement, do Il'eau prenant part au cycle vapeur et oyant un0 pression pratiQ,l1ement égale à celle de la
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chaudière.
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La chandièrt étant$ en principe# destinée à fournir de la vapeur à très haute pression (par exemple à 120 kas., et au-dessus)# l'ea'1 c1'aUmel1tat10l1 préalablement réchauffée par aotttiragê 4...peur, ou autrement, entre dans la double envelop- pe à tot température relativement élevée ) de 1 ordre, par *tem- plo, de 260 à 3oJ C Cette circonstance n'entraîne auctina conad- q\1tJ1ct préJudiciable en ce qui concerne la résistance mécanique de l;-enveloppe. le max1mwn de la ténacité des !M'taux usuellement
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utilités pour la réalisation de tels récipients ayant lieu au-
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tour do 250Co A la fia. 4# 101 est l'enveloppe laboratoire) 102 est la double enveloppe;
elle est mmie de eloi- aonnementa aotidée pour répartir l'eau également sur toute la sure
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face,
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104 est un tuyau de communication entre la double enve. loppe du corps tique et celle de la calotte terminale atipé- rieurs démontable; ce tuyau est représenté à l'extérieurt mais
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il pourrait 'Itre 10.14 It. l* intérieur de l'enveloppé*
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105 est un joint, démontable de ce tuyau.
103 et 103' sont des écrans déflecteurs destinée à obliger l'eau à circuler jusqu'aux extrémités dea doublée anve- loppes voisines du joint de la calotte avec le corps cylindrique 106 est l'arrivée de l'eau d'alimentation. la? et 108 sont des écrans en tubes d'eau destinée à refroidir les scories,
109 est l'orifice d'évacuation des scories*
La chaudière proprement dite, représentée à titre d'exemple non limitatif, est constituée par des lame* d'eau cylindriques concentriques, subdivisées par des entretoises creuses en secteurs jouant un rôle analogue à celui des 'tube. de l'exemple décritprécédmment.
110, 111 et 112 représentent trois lames d'eau consé- cutives qui sont seules représentées à la fig. 6, pour simpli- fier le dessin. Ces lames ont des épaisseurs variables, déter- minées pour assurer une vitesse de circulation convenable dans chaque élément,, lias 113' et 113" sont les entretoises creuses, diapo- sées le long de rayons et régulièrement espacées.
114' représente un autre mode dem on%age des entre- toises,
Les gaz de la combustion passent dans les espaces an- nulaires entre les lames d'eau et à l'intérieur des entretoises creuses.
Une ou plusieurs files d'entretoises, telles que 114, présentent une largeur intérieure plus geande et sont munie. à leur partie supérieure d'un registre de fermeture réglable, de manière à permettre un ajustement de la température des gaz sortant de la chaudière.. '
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Les éléments des lames d'eau compris entre deux files
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d#entretoises consécutives sont reliés les uns aux autres, al- tarnct3vamnt par leur partie supérieure et par leur partie in- férieure, de manière à constituer un véritable serpentin conti- nu, lea divers serpentine ainsi constitués fonctionnant en pa- ralièle.
La fige 7 montre à une échelle agrandie le détail du joint, supérieur entre deux éléments consécutif a 115 et 116'. Ce joint, figuré en 116, est d'établissement facile, en raison de la. faible différence des pressions vapeur et gaz*
Cette disposition des éléments du circuit de l'eau et de la vapeur ayant été précisée, la fig. 6 montre cernaient s'et-
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foetus la c1rt11ation qui a été indiquée au moyen de flèches et égalsmént en désignant les éléments successivement parcourus au moyen des lettres sucoessivea de . a.pha'bt. L'entrée de l'eau s'8:f'fectué dans le cDmpâ1't1ment A dé la double enveloppe 102.
L'e.... parcourt les tubes écrans de la, J1 à. d, puis monte vertica- lement par a, puis passe par 1 dans la lame d'eau extérieure Il de la chàud1àre. par la lame d'eau de la bofte à feu , puis, au moyen des tubes écrans 1,,.par l'enveloppe extérieure a d'un côl- lecteur séparateur central, Ensuite le mélange d'eau et vapeur
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se rend dans ce collecteur 117 par les tubes la..1. ql 1:- Dans lê collecteur 117 la vaptux, remonte à travers les écrans chica- naa en ttles perforéés 118 servant de séparateurs, et passe, par les tubes a, dans les éléments aurohauffeura, d'où elle sort par les tubea jt. pour attendre le collecteur de vapeur 140.
Dans la chaudière représentée, une récitoelatlon est assurée par la pompe de reatrculation 120 qui aspire par le tu- yau 119 à la partie inférieure du collecteur séparateur central 117, et refoule par 121 dans le collecteur d'alimentation 122, la pompe d'alimentation étant en 123.
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En 124 se trouve une soupape mélangeuse mettant an communication le réservoir central plein de vapeur saturée avec le collecteur de vapeur 140; cette soupape est commandés de l'extérieur et permet de régler la surchauffe*
Dans cette chaudière, l'arrivée de l'air et du combus- tible ne s'effectue plus,comme dans la chaudière décrite pré- cédemment, par la partie intérieure de la calotte inférieure et dans l'axe, mais les brûleurs sont disposés dana une section transversale perpendiculaire à l'axe, par exemple par paires diamétralement opposées*
Ainsi 126 et 126' sont deux brüleurs.
126 et 126' sont les arrivées correspordantes de l'air sous pression.
127 et 127' sont* des manchons en matériaux hautement réfractaires; ces manchon sont protés à l'incandescence par la combustion, ils assurent la fixité de la flamme, qui, d'ailleura pour les pressions envisagées, possède une longueur de l'ordre d'une dizaine de centimètres seulement.
128 et 128' sont des lames d'eau à circulation forcée refroidissant la paroi extérieure des manchons 127 et la?* respectivement 129 est le tuyau de sortie des gaz bruis.
132 est l'appareil régulateur dont les deux extrémités sont mises en communication, en haut, par 130 wea la conduite de vapeur 140, et en bas, par 131 avec la conduite des gaz br@lés 129. Maie cet appareil, outre son rôle de commander les organes réglant le débit de la chaudière, comme décrit précé- damment,joue ici un rôle supplémentaire de stabilisation du dé- bit de vapeur.
Suivant en effet, que la pression de la vapeur a tendance à baisser par rapport à la pression de l'air, ou inver-
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sement, l'appareil régulateur fournit à la conduite de vapeur un appoint de vapeur, ou, au contraire, lui soustrait une cer- taine quantité de vapeur. Ce régulateur joue dont un rôle analo- @ue à celui que joue dans une chaudière ordinaire le ballon de vapeur, mais il le joue sans influer en rien sur la répartition des températures dans la chaudière.
134 est un appareil constituant un freinage du régu- lateur 132, faute duquel, à la moindre variation dans le rap- port des pressions, le piston 133 de l'appareil 132 se déplace- rait rapidement jusqu'au bout de sa course.
135 est un calorifuge général externe.
Une telle chaudière est bien adaptée à l'emploi pour les pressions de vapeur les plus élevées et pour les température de surchauffe les plus hautes, le surchauffeur comme les autres éléments de la chaudière ne subissant, pour ainsi dire, aucune contrainte mécanique.
Elle est destinée à brûler des combustibles liquides ou des combustibles solides pulvérisés; elle peut traiter soit de l'eau soit un liquide quelconque, tel que mercure, hydrocar- bures, etc... avec leurs vapeurs ou l'air ou plusieurs vapeurs et :Liquides.