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BREVET D'INVENTION "RECHAUFFEURS DE GAZ ET LEURS PROCEDES DE REGLAGE"
Société dite : SULZER FRERES, SOCIETE ANONYME.
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OO.1.1v.I.Q.; Yr 10 ;' 1v &t,..l.t.1::. 1 'JC >.,,: ilà - ¯ Ci' V L .' 1 ,4 'ù ,< - 01. 11 J. 'Ü.W...y Ot ;'11 S'ai=s L.' 40 j 1., .J.9'.J:4.
La présente invention se rapporte à un procédé pour le réglage indépendant de la température du gaz chauffé et de la température des gaz de combustion de réchauffeurs de gaz, ainsi qu'à un réchauffeur de gaz pour la mise en oeuvre de ce procédé. @
Le procédé de l'invention est caractérisé par le fait qu'en outre du réglage de l'apport de chaleur par le combusti- ble en fonction de la température des gaz de combustion, une fraction du gaz à chauffer, réglée en fonction de la tempéra- ture du gaz chauffé, est détournée . dérivation autour d'au moins une partie de la surface d'échange de chaleur.
Le ré- chauffeur de gaz selon l'invention est caractérisé par un dis- positif mesureur de température influencé par les gaz de com- bustion, par lequel la quantité de combustible est réglée, et par un émetteur d'impulsions à température influencé par le
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gaz chauffé, qui règle une fraction du gaz à chauffer contour- nant en dérivation la surface chauffante.
Les dispositifs régulateurs réglant le combustible et réglant la fraction dérivée sont de préférence munis d'un dispositif d'asservissement élastique, qui règle la valeur as- signée à la température à régler, sans irrégularité permanente.
Au moyen d'un émetteur d'impulsions supplémentaire, l'organe réglant la quantité de combustible peut être additionnellement influencé en fonction de la pression de l'air comburant.
L'invention sera décrite plus en détail dans ce qui suit, en regard des dessins annexés.
Fig. 1 représente un réchauffeur de gaz pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Fig. 2 représente le aispositif de réglage du com- bustible.
Fig. 3 représente le dispositif de réglage de la fraction de gaz dérivée.
Le réchauffeur de gaz représenté par la fig. 1 reçoit du combustible par la conduite 1 et de l'air comburant par la conduite 2; le gaz de combustion s'écoule par la conduite 2- vers des points d'utilisation non représentés. Le 6az à Chauffer est amené au réchauffeur de gaz par la conduite 4, tandis que le gaz chaufré se rend par la conduite 2 à des points d'utilisation non représentés.
Le combustible est pulvérisé par le brûleur la et, mélangé d'air comburant, il est introduit dans la chambre de combustion 6, dans laquelle la combustion s'opère. Le gaz de combustion sort de la chambre de combustion à travers les tubes échangeurs de cnaleur pour arriver dans la chambre collectrice 8, d'où il sort par la conduite 5.
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La fraction principale du gaz à chauffer venant de la conduite 4 est amenée par la conduite 2 à l'une des
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extrémités de la chambre 10 entourant les tubes échangeurs de chaleur 7, et une autre fraction réglable est introduite par la conduite de dérivation 11 dans la chambre 10 en un point 12 en lequel la fraction principale introduite par la conduite 9 est déjà chauffée en partie. Le gaz chauffé est prélevé à l'autre extrémité de la chambre 10 et emmené par la conduite 4.
Pour régler la quantité de combustible, un organe régulateur est intercalé dans la conduite de combustible et est commandé par le servo-moteur 14-et additionnellement par la capsule manométrique 15. Le servo-moteur 14 est soumis à l'influence du thermostat 18 par l'intermédiaire de la conduite à impulsions 16 et de l'émetteur d'impulsions 17.
Dans les conduites 9 et 11 branchées sur la conduite 4, sont disposés les organes régulateurs 19, 20 respectivement, qui sont commandés par le servo-moteur 21. Ce servo-moteur est influencé par le thermostat 24 par l'intermédiaire de l'émetteur d'impulsions 23 et de la conduite à impulsions 22.
Grâce au dispositif régulateur décrit, on règle non seulement l'apport de chaleur au réchauffeur de gaz par le combustible, en fonction de la température des gaz de combustion, mais encore la fraction dérivée de gaz à chauffer, en fonction de la température du gaz chauffé.
Le dispositif régulateur de la quantité de combustible (Fig. 2) comporte à titre de thermostat 18, une tige métallique qui, sous l'influence des vari ations de température, subit des variations de longueur mesurables. Ces variations de longueur sont transmises par le système de leviers 25 au tiroir distributeur 26 de l'émetteur d'impulsions. Ce tiroir commande l'admission d'agent sous pression de la conduite 26a dans le servo-moteur auxiliaire 27, et l'échappement de liquide hors de ce servo-moteur dans la conduite d'échappement 28.
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Le piston 29 du servo-moteur 27 est relie, d'une part, par la tige 30,avec le dispositif à frein 31 et, d'autre part, par le ressort 32 avec le tiroir distributeur 33.
Le piston 34 du dispositif à glissement sépare l'une de l'au- tre deux chambres de cylindre, qui sont reliées par une condui- te 36 munie d'un étranglement 35. Le tiroir 33 commande l'ar- rivée d'un agent sous pression de la conduite 37 dans la cham- bre de commande 39 de la brîte 40 du tiroir, et l'échappement hors de cette chambre de commande dans la conduite 38. Les impulsions de commande de l'émetteur d'impulsions décrit sont transmises au servo-moteur 14 par la conduite de commande 16.
Le servo-moteur 14 possède un piston 41 sur lequel agit par en dessous la force du ressort 42 et, par en dessus, la pression du liquide de commande qui se trouve dans la cham- bre 54. Par l'intermédiaire du système de leviers 43, le piston 41 agit sur la soupape 44 de l'organe régulateur 13 (Fig. 1). monté dans la conduite à combustible La soupape 44 est sou- mise à une action supplémentaire par la capsule manométrique 15, qui est reliée par la conduite 45 avec la conduite à air comburant.
Pour fixer la valeur assignée à la température à régler pour le gaz de combustion, il est prévu un dispositif de réglage 46 à l'aide duquel on peut faire varier la position du ressort 47 et du point d'articulation 56.
Si la température du gaz de combustion s'écarte en montant de la valeur assignée, l'articulation 48 du thermostat est déplacée dans le sens plus de la flèche 49. Dans ce cas, le tiroir uistributeur 26 est déplacé dans le sens plus de la flèche 50. De ce fait, du liquide sous pression passe de la conduite 26a par la conduite 51 dans la chambre de cylindre située sous le piston 29. Le liquide déplacé sur la face su- périeure de ce pis-ton s'écoule par la conduite 52 dans la conduite d'échappement 28. Le piston 29 est ainsi déplacé dans
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le sens plus de la flèche 53.
Par suite du déplacement du piston 29 du servo-moteur, la tension de pression existante du ressort 32 est diminuée, de sorte que le tiroir distributeur 33 est déplacé dans le sens plus de la flèche par le liquide de commande qui se trouve dans la chambre 39. Il s'établit une communication entre la conduite d'échappement 38 et la chambre de commande 39, de sorte que par échappement de liquide,! la pression de commande dans la chambre 39 diminue, jusqu'à ce que la charge de pression diminuée sur le tiroir 33 fasse de nouveau équilibre à la tension de pression diminuée du ressort 32, dans la position médiane du tiroir, dans laquelle les conduites 37 et 38 sont fermées.
La pression de commande diminuée dans la chambre 39, dans la conduite 16 et dans la chambre de commande 54 du servo-moteur 14,provoque un déplacement du piston 41 dans le sens moins de la flèche 55 sous l'action du ressort 42. La section de passage dégagée par la soupape 44 dans l'organe de réglage 13 est ainsi diminuée, et une quantité moindre de combustible arrive au brûleur. L'écart de la température à partir de la valeur assignée, lequel a amorcé initialement le mouvement de réglage, est ainsi éliminé.
Tout sur-réglage et "pompage" sont empêchés à l'aide de l'accouplement à frein 31, qui agit comme asservissement élastique et commence, dès le début du déplacement de réglage, à déclancher un mouvement d'asservissement. Pendant le déplacement du piston 29 du servo-moteur, le dispositif à frein 34 est égalemerit déplacé dans le sens plus de la flèche 53 en tendant le ressort 47. Les articulations 56 et 57 sont ainsi déplacées dans le sens opposé à celui du déplacement initial, de sorte que le tiroir distributeur 26 est ramené à sa position médiane..
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Le dispositif régulateur ne revient au repos que lorsque le ressort 47 est détendu et que le tiroir 26, dans sa position médiane, ferme les lumières de distribution des conduites 51 et 52. Cette position de repos ne peut toutefois être atteinte que lorsque le thermostat 18 est influencé par une température qui correspond exactement à la valeur assignée fixée par le dispositif ce réglage 46. Dans ce cas, le piston 34 du dispositif à frein se déplacera dans le cylindre 31.
Cette vitesse de déplacement et, par suite, la vitesse d'asservissement, se déterminent suivant la valeur de la sec- tion d'étranglement de l'organe d'étranglement 35. L'asservis- sement élastique fonctionne par suit;e de telle manière qu'il ne se produise aucun écart permanent à part;ir de la valeur assignée et, ainsi, aucune irrégularité permanente.
Un processus de réglage analogue s'établit, mais avec des mouvements de réglage inverses, lorsque la tempéra- ture subit un écart en descendant, à partir de la valeur assi- gnée. Dans .ce cas, la section de pasnage de la soupape 44 de l'organe régulateur 13 est augmentée. La quantité de combusti- ble ainsi augmentée permet de supprimer la diminution de tem- pérature qui avait amorcé initialement le mouvement de réglage.
Au moyen du dispositif de réglage 461a valeur assi- gnée que doit maintenir le dispositif régulateur peut être réglée selon les conditions de fonctionnement. Un déplacement du dispositif de réglage 46 dans le sens' plus de la flèche 53 provoque une augmentation de la valeur assignée à la -tempéra- ture. Le point d'articulation 56 tiendra alors dans une posi- tion plus élevée le ressort 47 sans tension. A cette position de l'articulation 56 correspond une position.plus basse de l'articulation 48, qui est corrélative à la valeur plus élevée assignée à la température. Tout déplacement du dispositif de réglage 46 dans le sens moins de la flèche 53 provoque une
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diminution de la valeur assignée à la température.
La soupape 44 est actionnée supplémentairement par la pression de l'air comburant. Lorsque la pression s'élève, la capsule manométrique 15 se dilate et dégage le passage pour une plus grande quantité de combustible que pour une pression plus faible de l'air comburant.
Le dispositif régulateur de la dérivation d'une partie du gaz à chauffer (Fig. 3) comporte les organes de réglage 19 et 20 montés dans les conduites et 11, qui sont actionnés par le thermostat 24 fait sous forme dé tige sensible à la température. Les variations de longueur de cette tige sont transmises au tiroir distributeur '2.2. de l'émetteur d'impulsions, par le système de leviers 58. Ce tiroir, commande l'admission d'un agent sous pression de la conduite 60 dans le servo-moteur auxiliaire 61 et l'échappement du servo-moteur dans la conduite d'échappement 62.
Le piston 63 du servo-motqur est relié d'une part, par la tige 64, avec le dispositif à frein 65 et d'autre part, 'par le ressort 66 avec le tiroir distributeur 67. Le piston 68 du dispositif à glissement sépare l'une de l'autre deux chambres de cylindre, qui sont reliées par une conduite 70 munie d'un étranglement 69. Le tiroir distributeur 67 commande l'admission d'un agent sous pression de la conduite 71 ou l'échappement par la conduite 72.
La chambre de commande 73 de la boite à tiroir 74 est reliée par la conduite de commande 22 avec le servo-moteur 21. Le servo-moteur 21 comporte un piston 75 sur lequel se font équilibre la force de 'haut en bas du ressort 76 et la pression de bas en haut de la chambre de commande 77. Par l'intermédiaire du système de leviers 87, le piston 75 commande les organes de réglage 19 et 20 montés dans la conduite principale 9 et dans la conduite de dérivation 11.
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Pour fixer la valeur assignée à la température à régler du gaz chauffé, on se sert du dispositif de réglage 79, au moyen duquel on peut modifier la tension du ressort 78.
Lorsque la température du gaz chaufré s'écarte de la valeur assignée en montant, il se produit un allongement du barreau 24, de sorte que l'articulation 80 se déplace dans le sens plus de la flèche 81. De ce fait, le tiroir distributeur 59 est déplacé dans le sens plus de la flèche 82. Il s'établit une communication entre les conduites 60 et 83, de sorte que du liquide sous pression peut pénétrer dans la chambre de cy- lindre située au-dessus du piston 63. Le piston 63 est déplacé dans le sens plus de la flèche 85 et le liquide ainsi déplacé de dans la chambre de cylinore inférieure est évacué par la conduite 84 vers la conduite d'échappement 62.
Par le déplacement du piston 63 du servo-moteur, la tension de pression existante du ressort 66 est diminuée et le tiroir 67 en est déplacé dans le sens plus de la flèche 85. Il s'établit ainsi une communication entre la conduite d'échappe- ment 72 et la chambre de commande 73. l'ar échappement de liqui- de de commande, la pression de commande dans la chambre 73 est diminuée, jusqu'à ce que la charge de pression ainsi diminuée sur le piston 67 fasse équilibre, dans la position médiane du tiroir, à la tension de pression diminuée du ressort 66, au- quel cas les lumières de distribution des conduites 71 et 72 sont fermées.
La pression de commande diminuée dans la chambre 73 est transmise par la conduite 22 dans la chambre de commande 77 du servo-moteur 21. Le piston 75 est déplacé dans le sens plus de la flèche 86 par le ressort 76. De ce fait, les orga-
Lies de réglage 20 et 19 sont déplacésde façon telle que la quantité dérivée passant dans la conduite 11 dispose d'une sec- tion de passage augmentée et que la quantité principale pas-
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sant dans la conduite 9, d'une section de passage diminuée.
Une plus grande quantité de gaz à chauffer est conduite autour de'la surface d'échange de chaleur du réchauffeur de gaz, de sorte qu'il se produit un réchauffage moindre et que l'augmentation de température qui avait primitivement déclanché le mouvement de réglage est éliminée.
Tout sur-réglage et tout "pompage" sont évités grâce à l'accouplement à "frein 65,qui entre en jeu à titre d'asservissement élastique et amorce, dès le début du déplacement de réglage, un mouvement d'asservissement. Pendant le déplacement du piston 63 du servo-moteur, le piston à frein 68 est déplacé également dans le sens plus de la flèche 85 en tendant le ressort 78. L'articulation 89 est ainsi déplacée en sens inverse de celui du déplacement initial, de sorte que le tiroir distributeur 59 est ramené vers sa position mé- diane .
Le dispositif régulateur ne revient au repos que lors- que'le ressort 78 est sans tension et que'le tiroir 59 est dans sa position médiane et ferme les lumières de commande des conduites.83 et 84. Cette position de'repos ne peut toutefois être atteinte que lorsque le thermostat 24 est influencé par une température correspondant exactement à la valeur assignée réglée. L'asservissement élastique travaille donc de telle manière qu'aucun écart permanent à partir 'de la valeur assignée ne se produise non plus ainsi qu'aucune irrégularité permanente.
Un processus de réglage analogue mais avec mouvement de réglage en sens inverse s'établit lorsque la température agissant sur le thermostat 24 baisse au-dessous de la valeur assignée. Le barreau 24 se raccourcit de sorte que l'organe de réglage 20 dégage une section de passage plus faible, mais l'organe 19 une section de passage plus grande. Une quantité plus grande de gaz à cnauffer est ainsi conduite sur les
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surfaces de chauffe du récnaul'feur de gaz, de sorte que la température finale est augmentée en conséquence, jusqu'à ce que la valeur assignée soit rétablie.
Au moyen du dispositif de réglage 79, la valeur asaignée à maintenir avec le dispositif régulateur peut être adaptée de manière à correspondre aux conditions qui se présentent. Un déplacement du dispositif de réglage 79 fait sous forme de vis, dans le sens plus de la flèche 85 provoque une augmentation de la valeur assignée à la température. Le point d'articulation 88 ne communiquera alors au ressort 78 l'état détendu que dans une position plus basse. Cette position du point d'articulation 88 correspond à une position du point
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rl':lrLl('u1ntlon no qui, ricmo 1.1 BOIlf1 1,)1ul1 1;1 f'1c'c:hc n1, (()I'r'Or3- pond à la valeur plus élevée assignée à la température.
Tout déplacement du dispositif de réglage 79 dans le sons moins de la floche 85 abaisse la valeur assignée à la température.
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A l'aide du dispositif né ,u1<;oun décri.);, la Lcmpo- rature des gaz de combustion sortant du réchauffeur de gaz, et celle du gaz chauffé sont réglées indépendamment l'une de l'au- tre et cnacune suivant des conditions particulières. Les re- tards de réglage, par suite de la chaleur accumulée dans les parois des surfaces d'échange de chaleur, sont évités.
Si, par exemple, la température du gaz de combustion sortant de l'échangeur de chaleur monte au delà de la valeur assignée, le dispositif régulateur opère une diminution de l'arrivée de combustible, de sorte que la température de sortie des gaz de combustion est instantanément abaissée. Par diminution de l'arrivée de combustible, la température dans la chambre de combustion est diminuée, mais il s'ensuit instantanément une diminution de la température du,gaz de combustion, et cela @ avant que la température des surfaces d'échange de chaleur se soit modifiée.
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De même également, lorsque la température du gaz à chauffer dépasse la pâleur qui lui est assignée, une quanti- té augmentée est dérivée immédiatement par la conduite de dé- rivation en contournant les surfaces d'échange de chaleur.
De ce fait, l'absorption de chaleur par la quantité totale @ de gaz est diminuée, bien que la température des surfaces d'é- change de chaleur ne se soit pas encore modifiée.
Au lieu de fixer à la main les valeurs assignées, elles peuvent aussi être fixées automatiquement en fonction de grandeurs de fonctionnement d'une installation conjuguée avec le réchauffeur de gaz. Sï la valeur assignée n'a pas à être maintenue sans degré d'irrégularité permanent, la tempé- rature pouvant, au contraire, osciller entre des limites d'irrégularité, les dispositifs régulateurs peuvent être munis de dispositifs d'asservissement rigides.
Les réchauffeurs de gaz du genre décrit conviennent particulièrement bien pour le chauffage de l'air dans les installations de turbines à gaz. De l'air comprimé provenant d'une conduite commune peut alors être amené'au brûleurla par la conduite 2 et à la chambre 10 par la conduite 4. L'air chauffé sert, par exemple, à alimenter la turbine actionnant les compresseurs, tandis que le gaz de combustion actionne la turbine de puissance utile. La température de l'air chauffé et la température du gaz de combustion peuvent alors être main- tenues indépendamment l'une de l'autre, selon les conditions fixées par le fonctionnement.
L'action supplémentaire sur l'organe 13 de réglage du combustible par la capsule manométri- que 15 a lieu, de préférence, en fonction de la pression de l'air comburant.
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