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"ECHANGEUR DE CHALEUR A TRAVERSEES DES PAROIS DU BOITIER RENDUES ETANCHES PAR DES BOITES A BOURRAGE, TUBES ACCORDEON OU ANALOGUES"
Le montage d'échangeurs de chaleur, tels que chaudières à vapeur, surchauffeurs ou analogues, dans le voisinage immédiat de la machine motrice, ou le raccordement du système tubulaire, situé à l'intérieur d'un bottier, à des tambours plus grands, pompes de circulation ou analogues, situés en dehors du boîtier, donne souvent lieu à de grandes difficultés, du fait que les conduites de raccordement sont trop courtes pour pouvoir compenser, par leur longueur ou leur forme, les divers déplacements provoqués par les dilatations dues à la chaleur. Les boîtes à bourrage ou tubes d'expansion, appliqués en pareils cas aux conduites, qui sont traversées par le fluide à haute pression, constituent un expédient indésirable .
Suivant l'invention, on obvie à ces inconvénients grâce au fait que, dans les échangeurs de chaleur, spécialement ceux dont les gaz de chauffe sa trouvent sous une pression sensiblement plus forte que la pression extérieure, les. tubes qui sont situés à l'intérieur du boîtier de l'échangeur de chaleur et qui servent à l'échange thermique, et les tubes qui sont situés en dehors de ce boîtier et qui servent à 1''amenée et à l'évacuation de l'une des substances d'échange thermique, sont reliés rigidement entre eux et peuvent se dilater librement sous l'effet de la chaleur,
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tandis que le boîtier suit ses propres déformations, indépendamment des tubes,
et que les traversées des tubes et des parois du boîtier sont rendues étanches par des pièces de liaison flexibles, telles que boîtes à bourrage, tubes accordéon ou analogues.
Le dessin annexemontre deux exemples d'application de l'objet de l'invention. la Fig. 1 concerne une chaudière à vapeur à combustion sous pression, appelée chaudière Velox.Dans ce cas, les parties parcourues par l'eau et le mélange de vapeur et le boîtier entourant la chambre de combustion et les carneaux des gaz de fumée sont traités, selon l'invention, comme deux systèmes indépendants, dont chacun peut -effectuer les déplacements correspondant à ses dilatations dues à la chaleur. Les deux systèmes sont seulement reliés rigidement entre eux en un point dans le voisinage immédiat du plan de support commun.
Ils sont libres dans tous les autres points; là où les deux systèmes passent l'un à travers l'autre, les traversées sont rendues étanches par une pièce de liaison flexible, notamment un soufflet.
La Fig. 2 montre, à titre d'exemple d'application, un surchauffeur intermédiaire à chauffage individuel qui est monté directement à côté de la turbina. La turbine à vapeur et les tubes du surchauffeur sont reliés rigidement entre eux par de courtes conduites de raccordement. La. turbine et le boîtier du surchauf- feur sont supportés séparément. Les déplacements résultant des dilatations thermiques peuvent s'effectuer indépendamment les uns,: des autres, étant donné que les tubes du surchauffeur peuvent se dilater librement dans tous les sens à partir de leur point de support et que les endroits d'entrée et de sortie destubes rigides sont, à leur tour, seulement reliés au boîtier par un tube accordéon flexible.
L'avantage extraordinaire de ce mode de construction consiste en ce que le système tubulaire, qui conduit le fluide de plus hauts pression, par exemple de la vapeur, n'exige pas de dispositions spéciales pour neutraliser les déplacements.
En vue de mieux faire comprendre les deux exemples illustrés, il convient de noter ce qui suit. En Fig. 1, 1 désigne la tuyère d'injection pour le combustible, et 2 le corps pour la mise en mouvement hélicoïdal de l'air. 3 désigne la chambre de combus- tion et 4 le carneau y raccordé pour les gaz de fumée. Dans celuici se trouvent les tubes de vaporisation principaux 5. Les tubes 6 et 7 de revêtement des parois servent également à la vaporisation.
Le mélange vapeur-eau qui est produit dans le faisceau tubulaire 5 s'écoule à travers les tubes 7 au collecteur annulaire
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supérieur 8, d'où le mélange total vapeur-eau est amené au sépara,teur 10 par les tubes 9. Leau qui a été libérée de vapeur par centrifugation, accède à la pompe 11, laquelle la refoule, après addition d'eau fraîche d'alimentation, vers la botte de distribution 12. A l'aide de pieds 13, la chambre de combustion peut être réunie rigidement à sa fondation. Le pied 14, qui se trouve à la même hauteur, est fixé à glissement sur sa plaque de base* La température qu'acquiert l'ensemble du système parcouru par l'eau et le mélange vapeur-eau, est partout égale, de sorte que les dilatations thermiques sont aussi les mêmes à des distances égales du point de support..
Par contre, elles diffèrent de celles du boîtier 15 de la chambre de combustion. Malgré ces différences, lestubes accordéon 16 permettent d'assurer la fermeture étanche des deux systèmes.
Dans le cas de la Fig. 2, il s'agit d'un surchauffeur intermédiaire 21 qui est monté à côté de la turbine 22, à proximité immédiate de celle-ci, La faible distance ne permet pas de compenser les différences de dilatation thermique à l'aide de tubes arquas à grande courbure. On maintient plutôt les tubes de liaison 23 aussi courts que possible, mais on donne, par contre, au faisceau tubulaire 24, qui est relié rigidement à la turbine, la possibilité de sa dilater librement Le boîtier 25 du surchauffeur et sa chambre.'de combustion (invisible dans le dessin annexé) sont supportés individuellement, par exemple par des pieds 26, et se dilatent aussi librement conformément au chauffage de leurs enveloppes extérieures.
L'étanchéité des points de traversée des deux systèmes est da nouveau assures par un tube accordéon 27 qui suit les déplacements dans tous-les sens.
Afin de décharger le tube accordéon 27 en cas de. fortes pressions intérieures, un tube accordéon similaire 28 est prévu au côté opposé, le couvercle obturateur de ce -tube 28 équilibrant, par une bielle 29, les poussées dans les deux sens. Le poids principal des tubes de surchauffe est supporté par les consoles 30, le long desquelles les collecteurs 31 peuvent se déplacer librement. En outre, les tubes sont suspendus à de puissants ressorts 32. qui tiennent compte des dilatations des tubes. Il va de soi que le jeu entre les tubes extérieurs et les parois de la colonne. du surchauffeur doit être suffisamment grand pour disposer de; l'espace requis pour les déplacements qui se produisent.
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"HEAT EXCHANGER THROUGH THE WALLS OF THE BOX SEALED BY BLOCKED BOXES, ACCORDEON TUBES OR SIMILAR"
The mounting of heat exchangers, such as steam boilers, superheaters or the like, in the immediate vicinity of the prime mover, or the connection of the tubular system, located inside a casing, to larger drums, circulation pumps or the like, located outside the housing, often gives rise to great difficulties, owing to the fact that the connecting pipes are too short to be able to compensate, by their length or their shape, the various displacements caused by the expansions due to the heat. Stuffing boxes or expansion tubes, applied in such cases to conduits, which are traversed by the high pressure fluid, constitute an undesirable expedient.
According to the invention, these drawbacks are obviated by the fact that, in heat exchangers, especially those in which the heating gases are under a pressure substantially greater than the external pressure, the. tubes which are located inside the housing of the heat exchanger and which serve for heat exchange, and the tubes which are located outside this housing and which serve for the supply and discharge of one of the heat exchange substances, are rigidly connected to each other and can expand freely under the effect of heat,
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while the case follows its own deformations, independent of the tubes,
and that the crossings of the tubes and of the walls of the box are sealed by flexible connecting pieces, such as stuffing boxes, accordion tubes or the like.
The accompanying drawing shows two examples of application of the object of the invention. Fig. 1 concerns a pressurized combustion steam boiler, called the Velox boiler, in this case the parts through which the water and the steam mixture flow and the casing surrounding the combustion chamber and the flue gas flues are treated, according to the invention, as two independent systems, each of which can perform the displacements corresponding to its expansions due to heat. The two systems are only rigidly connected to each other at a point in the immediate vicinity of the common support plane.
They are free in all other points; where the two systems pass through each other, the feedthroughs are sealed by a flexible connecting piece, in particular a bellows.
Fig. 2 shows, by way of application example, an individually heated intermediate superheater which is mounted directly next to the turbine. The steam turbine and the superheater tubes are rigidly connected to each other by short connecting pipes. The impeller and the superheater housing are supported separately. The displacements resulting from thermal expansions can be carried out independently of each other, since the superheater tubes can expand freely in all directions from their point of support and that the entry and exit points The rigid tubes are, in turn, only connected to the housing by a flexible accordion tube.
The extraordinary advantage of this mode of construction consists in that the tubular system, which conducts the fluid of higher pressure, for example steam, does not require special arrangements to neutralize the displacements.
In order to better understand the two illustrated examples, the following should be noted. In Fig. 1, 1 designates the injection nozzle for the fuel, and 2 the body for the helical movement of the air. 3 designates the combustion chamber and 4 the connected flue for the flue gases. In this are the main vaporization tubes 5. The wall lining tubes 6 and 7 are also used for vaporization.
The steam-water mixture which is produced in the tube bundle 5 flows through the tubes 7 to the annular collector
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upper 8, from where the total steam-water mixture is brought to the separator 10 by the tubes 9. The water which has been released from steam by centrifugation, reaches the pump 11, which delivers it, after addition of fresh water feed, towards the distribution boot 12. Using feet 13, the combustion chamber can be joined rigidly to its foundation. The foot 14, which is at the same height, is slidably fixed on its base plate * The temperature acquired by the entire system through which the water and the steam-water mixture pass is everywhere equal, so that the thermal expansions are also the same at equal distances from the point of support.
On the other hand, they differ from those of the casing 15 of the combustion chamber. Despite these differences, the accordion tubes 16 make it possible to ensure the tight closure of the two systems.
In the case of FIG. 2, it is an intermediate superheater 21 which is mounted next to the turbine 22, in the immediate vicinity thereof, The small distance does not make it possible to compensate for the differences in thermal expansion using arched tubes with great curvature. Rather, the connecting tubes 23 are kept as short as possible, but on the other hand, the tube bundle 24, which is rigidly connected to the turbine, is given the possibility of freely expanding the housing 25 of the superheater and its chamber. combustion (invisible in the accompanying drawing) are individually supported, for example by legs 26, and also expand freely in accordance with the heating of their outer casings.
The tightness of the crossing points of the two systems is again ensured by an accordion tube 27 which follows the movements in all directions.
In order to unload the accordion tube 27 in case of. high internal pressures, a similar accordion tube 28 is provided on the opposite side, the obturating cover of this -tube 28 balancing, by a connecting rod 29, the thrusts in both directions. The main weight of the overheating tubes is supported by the consoles 30, along which the collectors 31 can move freely. In addition, the tubes are suspended from powerful springs 32. which take account of the expansions of the tubes. It goes without saying that the play between the outer tubes and the walls of the column. of the superheater must be large enough to have; the space required for the movements that occur.