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"PROCEDE ET DISPOSITIFS DE REGULATION D'UN APPAREIL EVAPORATOIRE, MIXTE A FONCTIONNFMFNT PARTIEL EN SURPRESSION DE VAPEUR".
La présente invention a pour objet un procédé d'exploitation et de régulation automatique des appareils évaporatoires mixtes fonctionnant partie en surpression de vapeur, partie suivant for- mule statique classique.
Les dispositions les plus communes de réalisation'de tels appareils évaporatoires mixtes sont schématisées par les figures 1 et 2 du dessin annexé, ces figures n'étant données qu'à titre d'exemple et pour faciliter l'exposé de l'invention, laquelle est applicable à toutes formes de groupement des surfaces d'éva- poration ou d'aménagement des circuits de vapeur et des liquides n
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à concentrer comme à tous types de compresseurs de vapeur : éjecteur ou compresseur mécanique.
Comme il est connu, ces appareils évaporatoires comportent un compresseur de vapeur C portant la vapeur produite a la ca- landre d'une ou plusieurs caisses d'évaporation, e I, à une pression plus élevée, en vue de son utilisation à un étage su- périeur de chauffage et, le plus généralement, au faisceau même de la caisse e I. La ou les caisses d'évaporation fonctionnant suivant ce procédé, sont combinées avec un poste évaporatoire classique, lui-même réalisé suivant les opportunités, en simple ou en multiple effet.
Selon la figure 1, la vapeur d'échappement du moteur m se mélange avec la vapeur comprimée par le compresseur c, ce qui correspond au cas le plus général et, en particulier, à l'utilisation d'un éjecteur comme compresseur de vapeur. Selon la figure 2, la caisse d'évaporation eI fonctionne d'une maniè- re autonome, ¯la vapeur d'échappement du moteur m étant utilisée en chauffage, soit le plus généralement, pour l'alimentation de la partie statique classique du poste évaporatoire.
Dans de tels appareils évaporatoires, l'évaporaion en surpression de vapeur eI (que nous dirons ci-après dynamique, ,en raison de son mode de réalisation), d'une part, l'évapora- tion statique, d'autre part, constituent deux valeurs néces- sairement complémentaires. La quantité de vapeur de chauffage admise à la partie statique du système représente, 'à la limite inférieure que l'invention se donne précisément pour objet de réaliser, les pertes externes à consentir nécessairement pour assurer, à chaque instant et pour chaque état considéré, l'é- vaporation correspondante.
Dans les conditions normales habituelles d'exploitation, 'l'évaporation réalisée par la partie statique du système ré.sul- te de l'adaptation plus,ou moins heureuse, par le personnel ou même automatiquement par les moyens de conduite, des pertes
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externes (perte au condenseur s'il en existe un et, d'une maniés re plus générale, par chaleurs non récupérées) aux variations de régime : évaporation totale et prélèvements éventuellement opérés sur l'évaporation de certaines des caisses du.système, pour l'alimentation de chauffages extérieurs à l'apareil évapo- ratoire. L'évaporation en surpression de vapeur constitue alors une valeur complémentaire de l'évaporation statique, asservie à ses variations.
Par exemple, une augmentation de l'un quelcon- - que des prélèvements déterminant une augmentation de l'évaporatior statique, entraînera la réduction correspondante de l'évaporation dynamique. Les appoints de vapeur de chauffage nécessaires, par rapport aux disponibilités ainsi déterminées de vapeur d'échap- pement, seront alors fournis par un détendeur statique.
Les conditions optima d'exploitation d'un tel système mixte que l'invention se donne pour objet de réaliser, peuvent . être schématisées par le graphique de la figure 3 dans lequel, les consommations de vapeur de chauffage (soit finalement les pertes thermiques du système)'étant portées'en abscisses, et les évaporations en ordonnées : - la droite I représente l'évaporation statique du système pour un état donné des prélèvements et, s'il y a-lieu, de la per- te au cond'enseur.
- la droite 2 représente 1!évaporation limite réalisable par le système dynamique, en fonction des quantités de vapeur d'échappement de.son moteur d'entraînement. L'exemple considéré admet qu'une partie de la consommation de vapeur de chauffage - est fournie par d'autres systèmes de détente que le moteur 'du groupe surpresseur, par exemple le groupe électrogène.. la droite 3 .représente l'évaporation. totale maximum pouvant être obtenue par combinaison de I et de 2. ' - l'horizontale 4 représente l'évaporation'nécessaire à un instant donné et pour un état'général donné du phénomène.
- l'horizontale 5-l'évaporation totale'nécessaire à un au-
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tre instant et pour un autre état,
Il résulte de ce schéma que pour tout état général momen- tané du phénomène :évaporation totale nécessaire, régime des prélèvements, consommation de vapeur vive des autres moteurs à vapeur de l'Usine et disponibilités de vapeur vive qui en résultent pour l'alimentation du moteur d'entraînement du com- presseur de vapeur, il existe une répartition optimum de l'évapo- ration totale entre évaporation dynamique et évaporation stati- que, conduisant à la consommation la plus réduite de vapeur de chauffage.
Reprenant l'exemple simplifié du schéma de la figure 3, il est visible que le maintien du réglage de 1'évaporation dyna- mique représenté par le point 6 pour une évaporation totale por- tée de 4 à 5 par exemple, imposerait, par rapport à l'état optimum 7, une augmentation inutile de 1'évaporation statique, partant de la consommation de vapeur de chauffage. A l'inverse, le maintiendu réglage 7 de l'évaporation dynamique pout une évaporation totale ramenée de 5 à 4, maintenant la détente de vapeur vive du système de compression de vapeur à l'état 7, con- duirait à une consommation de vapeur vive excessive pour le - chauffage du système statique et nécessairement à l'échappement à l'air libre de la vapeur en trop.
Pratiquement, et pour éviter cet échappement, visible, de vapeur à l'air libre, le personnel de conduite sera amené à rechercher sa sécurité contre les va- riations de régime dans une adaptation du groupe motocompres- seur à l'état expérimental le plus réduit de consommation de vapeur de chauffage (état 6 du schéma n 3 par exemple). Les appoints d'évaporation par rapport à ce régime minimum seront donc demandés à une augmentation non indispensable de l'évapo- ration statique; au détriment de la consommation de vapeur de chauffage.
En vue de réaliser les conditions bptime d'exploitation, le procédé qui fait l'objet de l'invention attribue à la partie
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en surpression de vapeur l'évaporation maximum à tout instant possible, l'évaporation statique étant ramenée à la valeur complémentaire, éventuellement même inférieure à la valeur nécessaire pour assurer les prélèvementsa
Cette évaporation dynamique maximum sera'obtenue par la détente systématique; par le système de compression de vapeur, ,, de la totalité de la vapeur vive disponible (en appoint, le cas échéant, de la détente de vapeur vive assurée par les autres moteurs à vapeur de l'Usine, groupe électrogène, par exemple) avant son utilisation:
pour le chauffage, avec réglage corrélatif,, connu en lui-même, de cette admission de vapeur vive en fonc- tion d'une pression donnée d'échappement. Ce réglage utilisera, à cette fin, soit; une pression constante à l'échappement du sys- tème de compression de vapeur (ou au ballon commun d'échappe- ment des différents moteurs de l'Usine), soit une pression constante à la calandre ou au faisceau de l'une des caisses d'évaporation du système statique,et plus particulièrement d'une caisse à.prélèvement, soit la combinaison de ces différentes pressions.
Accessoirement, cette disposition assurera le réglage à la valeur ainsi fixée de la pression dés prélèvements fournis par la caisse d'évaporation de référence et, par conséquent, un réglage suffisant des pressions des différents prélèvements.
Dans cette forme particulière d'exploitation, le régime de fonctionnement ainsi obtenu du système de compression de'vapeur résultera de la combinaison de sa loi propre : débits de vapeur comprimée/écarts de températures saturantes/consommations de vapeur vive et de la loi : éyaporations/écarts de températures saturantes du système évaporatoire alimenté*par le compresseur, à l'exclusion de tout autre réglage. Ce procédé sera ainsi appli- cable à tous systèmes de compression de vapeur : mécaniques ou - par éjecteur. Dans le cas d'utilisation d'un compresseur mécani- que (volumétriqua, centrifuge ou assimilable)' entraîné par mo-
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teur à vapeur, aucun réglage de la vitesse de rotation du grou- pe ne sera donc prévu.
Cette vitesse de rotation variera avec chaque état de consommation de vapeur vive ; elle résultera automatiquement de la combinaison de la loi : débits de vapeur comprimée/écarts de températures saturantes/consolations de vapeur vive du groupe et de la loi : évaporations/écarts de tem- pératures saturantes du système évaporatoire alimenté par le compresseur. A chaque consommation de vapeur vive ainsi attri- buée au moteur d'entraînement du compresseur correspondra donc un régime de couplage défini et stable du système et une vitesse de rotation déterminée du groupe. Il s'ensuit donc également que le procédé adaptera automatiquement le fonctionnement Géné- ral du poste à l'état momentané des surfaces d'évaporation.
Dans ces conditions particulières d'exploitation, l'action normale du Personnel de conduite adaptant la quantité de vapeur de chauffage mise en oeuvre à l'évaporation nécessaire suffira par là même pour Inadaptation de la quantité d'évaporation obte- nue du système évaporatoire à la valeur nécessaire, avec la con- sommation la plus réduite de vapeur de chauffage.
Tous réglages normalement considérés : perte au condenseur, s'il en existe un, prélèvements, récupérations sur chaleurs perdues du système telles celles des eaux condensées, quantité de liquide admis à l'évaporation, se traduiront nécessairement par une variation de la pression de référence de réglage du système de compression de vapeur, assurant ainsi automatiquement, par le réglage cor- respondant de sa détente de vapeur vive, l'adaptation convena- ble du système de compression de vapeur.
Il pourra être intéressant d'assurer automatiquement cette adaptation de la quantité de vapeur de chauffage ainsi mise en oeuvre à l'évaporation; suivant l'invention, ce réglage pourra être obtenu à partir de tout élément caractéristique de l'éva- poration et en particulier de la concentration à la sortie du système évaporatoire ou-d'un effet intermédiaire, ou de la quan- tité de jus (caractérisée par exemple par les variations de ni-
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veau d'une capacité relais à l'entrée ou en un point intermé- diaire de l'appareil évaporatoire.
Une forme de réalisation de l'invention est représentée schématiquement, à 'titre d'exemple nullement limitatif, sur la figure 4 du dessin annexé. Ce schéma a été établi en admettant ' que la température initiale maximum admissible et lés considéra- tions habituelles d'immobilisation et de rentabilité ont, par exemple, conduit à l'utilisation de 5 caisses d'évaporation ' pour le système statique.
Sur cette figure on voit, en 8, la caisse d'évaporation fonctionnant en surpression de vapeur supposée alimentée par un compresseur centrifuge et indépendante de la partie statique comme en figure 2 mais qui pourrait tout aussi bien être alimen- tée par un compresseur Quelconque où un éjecteur ou jumelée avec cette partie statique, suivent figure l.Les caisses statiques
8, 9, 10, 11, 12, 13 sont raccordées, à travers la dernière, à un condenseur 14. Des prélèvements de vapeur de chauffage sont, par exemple, effectués en 15 et 16 sur les caisses d'évaporation
9 et 10. Les eaux condensées retournent aux différents échangeurs et, pour la quantité nécessaire, à la chaudière dé production de vapeur, par les ballons 17, 18, 19, .20, 21.
'En 22, 23, 24, 25 se trouvent les différents réchauffeurs des liquides en traitement par les eaux chaudes, le schéma consi- dérant, titre d'exemple, le cas limite favorable d'un nombre de réchauffeurs égal au nombre- des caisses d'évaporation ayant la dernière caisse raccordée au condenseur. En 26, 27, sont les réchauffeurs alimentés par les prélèvements, en 28 le réchauffeur d'appoint avant évaporation.
Le dispositif de contrôle de la quantité de vapeur vive admise ,au moteur d'entraînement du compresseur est schématisé par 35,. L'exemple admet que ce réglage est assuré en fonction d'une pression constante du ballon d'échappement b, cette pres- sion d'échappement réglantla quantité de vapeur vive admise au
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moteur m par cet obturateur 35, soit directement, soit de préfé- rence par l'intermédiaire d'un relais, schématisé par 36.
Ce réglage pourrait tout aussi bien être opéré en fonction d'une pression constante des prélèvements, par exemple en fonction d'une pression constante à la calandre de la dernière caisse à prélèvement (10 dans l'exemple considéré) ou mieux encore en fonction d'une pression constante à la calandre de la dernière caisse à prélèvement 10, et d'une pression minimum au faisceau de chauffage de la première caisse du système statique 9 . De telles combinaisons de relais de pression mettent en oeuvre des moyens généralement connus.
Un dispositif sensible à la concentration à la sortie du poste évaporatoire, schématisé par 29, détermine la mise en oeu- vre de la quantité de vapeur de chauffage nécessaire pour abou- gir à la concentration de référence. Ce réglage de la quantité de vapeur de chauffage déterminera par 35, soit directement, soit par l'intermédiaire du relais 36, la détente de vapeur vive par le moteur m et par conséquent l'évaporation réalisée en surpres- sion de vapeur.
En supposant, pour l'exposé, une évolution du phénbmène conduisant à une évaporation totale continuellement surabondante, l'évolution des réglages successifs obtenus par l'action du dis- positif 29 sur les différents appareils de réglage sera la sui- vante : - réduction jusqu'au minimum indippensable pour le circu- lation des jus dans les différentes caisses et si possible jusque suppression de la perte au condenseur si le. poste évapo- retoire en comporte un, par action sur une vanne montée soit sur la conduite de raccordement de la dernière caisse statique au condenseur 30, soit dans le circuit de vapeur de chauffage de la partie statique de l'appareil plus particulièrement avant la première caisse statique sans prélèvement 31.
- après réduction, à ce minimum, de la perte au condenseur,
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si le poste en comporte un, abaissement de la température ini- tiale d'évaporation par commande de la vanne 32 réglant l'ad- mission de vapeur de chauffage au réchauffeur, 28 avant évapora.- tion.
- au delà de la température limite inférieure possible de chauffage des jus avant évaporation, substitution par les vannes 33, 34 de chauffages directs par vapeur d'échappement aux chauffages par prélèvements.
Il est clair que ces différentes opérations vont conduire,. à une diminution de l'évaporation statique. Simultanément, elles détermineront une réduction de la quantité de vapeur de chauffa- ge demandée au ballon b, ce qui entraînera, par,l'intermédiaire de 35, la réduction nécessaire.de,la quantité de vapeur vive admise au moteur m et, par éonséquent, une réduction de l'éva- poration dynamique. La somme des deux évaporatins,. statique et dynamique, restera cependant la plus élevée possible, dans l'état général momentané du phénomène, pour cette sonsommation de vapeur de. chauffage. Il est donc évident que'celle-ci reste- ra la plus réduite.
En admettant une évolution inverse,du phénomène, condui- sant à une évaporation,continuellement insuffisante, l'ordre des réglages s'inverserait comme suit , - substitution progressive, jusque remplacement maximum réalisable, des chauffages par prélèvements aux chauffages di- rects par v'apeur d'échappement, par action, à partir de 29, 'sur les'vannes de vapeur 34 et 33.
- augmentation de la température initiale d'évaporation jusqu!au maximum possible, par 1 action du dispositif 29 sur la vanne 32, - au delà de cette température maximum, création et ré- glage de la perte au condenseur-, si le poste évaporatoire en comporte, un, par ouverture convenable des vannes 30 ou 31, par ce dispositif 29.
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Ces différentes opérations réaliseront l'adaptation inver se de la précédente; elles conduiront à une augmentation de l'é- vaporation statique. Simultanément, elles détermineront une aug- mentation de la quantité de vapeur demandée au ballon b, ce qui entraînera, par l'intermédiaire de 35, l'augmentation nécessaire de la quantité de vapeur vive détendue par le système de surpres- sion de vapeur et, par conséquent, l'augmentation de l'évapora- tion dynamique. La somme de ces deux évaporations continuant à s'établir à la valeur la plus élevée pour la quantité de vapeur mise. en oeuvre, il est donc évident que celle-ci restera, à tout instant, la plus réduite possible, dans l'état momentané du phénomène.
Il va de soi que ces différents réglages pourront être adaptés aux conditions les plus favorables de chaque cas parti- culier. Ils pourront porter, par exemple, sur la quantité de jus admis à l'évaporation, sur les récupérations en chauffage des chaleurs des eaux des retours, sans sortir pour autant du cadre général de l'invention, essentiellement caractérisée par la détente systématique par le système de compression de vapeur, de la totalité des disponibilités de vapeur vive et par le réglage correspondant de l'admission de vapeur vive è ce système.
La détermination des conditions les plus opportunes d'utilisation de la vapeur de chauffage après cette détente, plus particuliè. rement en chauffage de l'appareil évaporatoire statique pour obtenir de ce dernier l'évaporation maximum pour cette consomma- tion de vapeur de chauffage, résulte de considérations évidentes pour l'homme de l'art.
Le dispositif de mesure de concentration schématisé par 29 est un appareil connu. Il peut être constitué, par exemple, par un flotteur plongé dans.un réservoir traversé en permanence par une partie du liquide concentré, au fur et à mesure de son extraction de l'appareil évaporatoire. La position d'équilibre du flotteur sera évidemment fonction du poids spécifique, c'es-
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à-dire de la concentration du liquide traité. A partir de celle des positions d'équilibre du flotteur correspondant à la concen- tration de référence, il/sera possible de contrôler, soit direc- tement, soit par relais,les servo-moteurs des différents orga- nes de réglage. Ce dispositif 29 de même que les diverses'van- nes de réglage et les relais de contrôle de leurs, serve-moteurs. sont généralement connus.
Il n'ont donc pas à être' décrits dans leurs détails, leur réalisation et leur.mise en oeuvre étant du domaine. de l'homme de l'art.
L'utilisation, pour ces réglages, d'une concentration finale constante, suivant figure 4, simplifie évidemment la réalisation et l'action du dispositif sensible.à la concentra- tion. Toutefois,,les réglages effectués en fonction de dette concentration finale'constante se situeront nécessairement à l'a mont du point de mesure. L'état final dont découle l'impulsion et l'état intermédiaire auquel s'applique le réglage, seront, ainsi séparés du temps de passage des liquides, de ce point de réglage à la 'sortie de l'appareil évaporatoire.
Il s'ensuit donc que le réglage pourra ne pas être en relation convenable avec l'état instantané des liquides au point de réglage, puis- que s'appliquant à des états de ces liquides éventuellement différents des états antérieurs dont résulte; à l'instant con- sidéré, la concentration mesurée.
L'utilisation-comme référence de réglage'd'une 'concentra- tion intermédiaire ne présente pas cet inconvénient de principe.
Cette formule, localisant en un même point l'impulsion et le réglage adapte nécessairement l'évaporation en aval du point de mesure à la valeur convenable complémentaire de l'évapora- tion d'amont, dont découle l'impulsion.
Toutefois, et contrairement aux conditions habituelles d'utilisation des relais et appareils de régulation, consistant à maintenir à¯une valeur constante le paramètre détecté, le système sensible à la concentration pourra alors être soumis
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à des variations, éventuellement importantes de la concentration, et devra définir une loi de réglage fonction de ces variations de la concentration.
Ces variations de la concentration du liauide traversant l'appareil sensible se traduiront nécessairement par des varia- tions de la position d'équilibre du flotteur; ce flotteur sera plus ou moins immergé; des dépôts superficiels pouvant ainsi se former sur la partie tour à tour noyée ou émergeante, au détri- ment de la fidélité du système: L'importance des courses du re- lais ou du distributeur lié au flotteur s'opposera la préci- sion des réglages et la nécessité de limiter ces courses ne pourra être satisfaite qu'au détriment de la sensibilité.
Pour éviter ces différents inconvénients, l'invention comporte également une forme particulière de réalisation de l'organe sensible à la concentration, par l'utilisation d'un flot- teur immergé en permanence, cette forme de réalisation et l'adap- tation des réglages aux variations de la concentration étant obte- nues par l'utilisation convenable des propriétés particulières des relais asservis.
De tels relais sont généralement connus.
On sait qu'un relais est dit asservi lorsque la pression modulée par le distributeur du relais, soumis aux impulsions du paramètre détecté, réagit sur la position de ce distributeur, de telle sorte qu'il existe une relation linéaire entre les varia- tions du paramètre détecté et la pression modulée par le relais.
La position du distributeur étant définie par l'équilibre des efforts opposés exercés sur ce distributeur par la valeur détec- tée, d'une part, et par la pression modulée d'autre part, le ré- glage doit donc tolérer un certain écart de la valeur détectée, dit statisme, défini par 1'asservissement.
Il s'ensuit donc qu'en combinant un relais asservi avec un flotteur, mécaniquement lié au distributeur de ce relais, les variations de position de ce flotteur seront déterminées et limi-
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tées par la course même, ,négligeable, de ce distributeur'et. qu'il deviendra alors possible de le faire agir'complètement immergé, pratiquement sans course et à poussée sur le distributeur pro- portionnelle au poids spécifique du liquide.
Le statisme du relais sera, d'autre part, utilisé pour adapter, de la manière convenable, les différents réglages aux variations de la concentration intermédiaire. Ce relais sera réglé par adaptation convenable'de son asservissement,. de manière à couvrir ltécart total des variations de la concentration,au point de mesure , A chaque état de cette concentration intermé- diaire correspondra alors une variation définie-de-la pression modulée, permettant la réalisation de la 10i de réglage retenue,, par calage convenable des servo-moteurs respectifs de ces appa- reils de réglage sur cette pression modulée.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé,. donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée, les'particularités qui res- sortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, par- tie de la dite invention..
La figure 5 représente ahhématiquement l'installation d'un tel dispositif sensible à l'intérieur d'un poste évaporatoire, ce poste étant supposé du type à condensation. Le dispositif sensi- ble à la concentration est représenté monté après le dernier effet à prélèvement 3, en dérivation, par 8 et 9, dans le circuit des liquides en traitement et agissant, par exemple, par sa pres- sion modulée sur une vanne de réglage 10, de la quantité de vapeur de chauffage alimentant la caisse d'évaporation 4, d'aval de l'en- droit de mesure.
La figure 6 donne une coupe schématique du dispositif sensi- ble à la concentration, la figure 7 définit schématiquement, à titre d'exemple, une forme de réalisation, d'ailleurs généralement connue, d'un relais asservi.
Le dispositif sensible à la concentration est constitué
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essentiellement par un réservoir II traversé en pernianence par
8 et 9, par tout ou partie du liquide en traitement; l'amenée du liquide est assurée, par des dispositions opportunes, telles celles définies en 8, 17, 18 et à titre d'exemple par la figure, de manière à éviter des réactions sur le flotteur ou à l'inté- rieur du réservoir II et assurer le remplissage permanent du réservoir de mesure. Le flotteur 12, ainsi maintenu en permanen- ce immergé, agit par la combinaison de bras de levier 13, de point fixe 15 avec, éventuellement, dash-pot d'amortissement des impulsions 14, sur le relais asservi, schématisé par 16.
Ce relais est essentiellement constitué par un distribu- teur, 22, mobile autour d'un axe 23, en regard d'une tuyère fixe 24, alimentée par 25 en fluide moteur et délivrant donc, par 29, une pression modulée du fluide moteur variable avec la position du distributeur en regard de la tuyère. Ce distribu- teur est lié mécaniquement, par 28, au bras de levier 13 du flotteur 12. Un ressort antagoniste 26 équilibre les poussées du flotteur et permet donc le tarage du système.
Le dispositif d'asservissement est schématisé par 30.
Il est constitué par une membrane, soumise à la pression modu- lée, agissant de préférence par bras de levier de point d'ap- plication réglable, sur le distributeur.
Il est ainsi visible qu'à toute concentration, déterminant par le flotteur et son bras de levier une impulsion donnée sur le distributeur, correspondra une pression modulée donnée.
Finalement, les variations de la concentration détermineront l'ordre et l'importance des différents réglages, par calage convenable des servo-moteurs respectifs des organes de réglage sur cette pression modulée.
Le dispositif sensible à la concentration peut être simplifié.et réalisé pans flotteur, suivant figure 8, les varia- tions de la concentration agissant directement sur le distribu- teur du relais asservi.
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Dans cette forme de réalisation, le réservoir de mesure II est réglé à niveau constant, par déversement, de la manière.qui a été décrite en regard de la figure-6. Il peut être révisé en un système clos, en équilibre de pression avec la caisse d'é- vaporation qui l'alimente, par une tuyauterie d'équilibre 51 reliée à la calandre de cette caisse, sous vide ou sous pression suivant les conditions de fonctionnement de cette caisse. Il peut alors être directement aménagé dans le circuit de circula- tion des liquides en traitement, et traversé par.tout ou partie de ces liquides.
Les variations de la concentration des liquides traver- sant le réservoir de mesure se traduiront par des variations proportionnelles du poids de la colonne de liquide contenue par ce réservoir, c'est-à-dire de la pression en un point donné de cette colonne de liquide. Ces variations de pression seront transmises au distributeur du relais asservi, par exemple par une membrane déformable 32, fonctionnant à la manière d'un mano- mètre, raccordée au point bas du réservoir par une tubulure.
33, le relais étant monté au niveau de cette prise'de pression ou à un niveau inférieur.
Si les caractéristiques du liquide en traitement le né- cessitent, le système sensible à la concentration pourra être complété par un dispositif de.réglage de la température des liquides admis à ce dispositif de mesure.
.Il va de soi que. des modifications de détail peuvent être apportées au dispositif sensible, qui vient d'être décrit, par l'emploi de dispositifs techniques équivalents, en particulier par l'emploi de formes différentes de réalisation du celais asservi, sans sortir pour .cela du cadre de l'invention.
Les dispositions qui vont être décrites, utilisées, soit isolément, soit en combinaison avec les précédentes, ont enfin pour objet d'assurer l'adaptation permanente du compresseur mécanique de vapeur dans une zone à priori définie de sa courbe
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caractéristique, et, par conséquent, logiquement, dans la zone correspondant au rendement optimum.
Il est à priori évident que la-consommation d'énergie du système de compression de vapeur (ou la quantité de vapeur vive mise an oeuvre pour fournir par détente cette énergie) est liée au rendement de ce système et prendra une valeur d'au- tant plus réduite pour une évaporation donnée, que ce rendement sera plus élevé.
, La caisse d'évaporation alimentant le compresseur réalise une évaporation, exprimée en poids enlevé à la solution en trai- teillent, variable avec les écarts de températures saturantes entre son faisceau et sa calandre, suivant une loi donnée que l'on peut, pour l'examen en cause, admettre linéaire et dont l'origi- ne se situe généralement à une certaine valeur positive de l' écart .
Quelle que soit sa forme matérielle de réalisation, le compresseur de vapeur est une machine volumétrique; l'adaptation du compresseur porte donc essentiellement sur les débits vo- lumes aspirés, pour des rapports de compression - soit pour des écarts de températures saturantes - donnés.
La combinaison des caractéristiques propres du groupe motocompresseur : volumes aspirés/rapports de compression et de celles : écarts/évaporations de,la caisse d'évaporation alimen- tant le compresseur, détermine la loi de couplage du'-système.
Le compresseur satisfera aux variations de régime par adaptation sur sa courbe caractéristique, à rende-aent variable suivant sa loi propre, le.rendement optimum n'étant réalisé qu'au seul régime correspondant de couplage da système. On peut même ima- giner qu'avec des conditions défectueuses d'établissement du compresseur par rapport à sa caisse d'évaporation, ce rendement optimum ne soit, en aucun cas, utilisé.
Le graphique de la figure 9 schématise ces conditions de fonctionnement et de couplage dans le cas, le plus fréquent,
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d'une machine centrifuge ou assimilable, Les évaporations étant portées en abscisses, les écarts'de températures saturantes en ordonnées :
1-2 -3 définissent des régimes d'adaptation constante du compresseur sur sa courbe caractéristique; I,représen- te par exemple la limite inférieure de fonctionnement stable (régime dit de pompage); - 2 l'adaptation au , rendement optimum ; - 3 la limite pratique d'emploi.
4-5 les courbes débits/écarts pour des vitesses de rota- tion N et N.
6 - 7 des courbes d'égale consommation d'énergie mécanique du système, soit dans le cas le plus fréquent d'en- traînement du compresseur par moteur à vapeur, d'éga- le consommation de vapeur vive de ce moteur, pour des conditions d'admission et déchappement données.
8 la loi évaporations/écarts de la caisse 'évaporation.
La combinaison des caractéristiques respectives du groupe motocompresseur et de la caisse d'évaporation- détermine les régimes de couplage du système qui, pour les 'consommations dé vapeur 6 et 7, seront définis par a et b.En admettant, pour le seul exposé des dispositions revendiquées que, dans les con- ditions du cas particulier, ces conditions correspondent aux limites, minimum et maximum, d'exploitation du poste évaporatoire la loi de fonctionnement du compresseur sera donc définie par la partie ab de 8, pour évoluer entre ces limites avec les dif- férentes variables, le rendement optimum n'étant atteint qu'au- seul régime de couplage c.
L'adaptation optimum, que-l'invention se donne pour objet de réaliser, implique le fonctionnement permanent du compresseur de vapeur au point de sa courbe caractéristique correspondant à ce rendement optimum, les variations de régime s'effectuant sui- vant une loi de couplage caisse d'évaporation/compresseur, ainsi ramenée à aI'c,bI (graphique N 9)., Une telle adaptation du com-
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presseur suppose l'intervention et le réglage d'un paramètre supplémentaire (9 du graphique N 9) ramenant la loi : volumes aspirés/écarts/ du groupe motocompresseur à la loi évaporations/ écarts de la caisse d'évaporation.
Selon les dispositions de l'invention, le paramètre choisi est le poids spécifique de la vapeur aspirée par le compresseur réglé à la valeur variable, convenable pour obtenir par la com- binaison de cette valeur et des débits/volumes du compresseur fonctionnant à son point de rendement optimum ou au voisinage de ce point, la loi nécessaire d'évaporation du système.
Ce réglage du poids spécifique de la vapeur à l'aspiration du compresseur se ramène au réglage de la pression de cette va- peur, normalement saturée étant' donné ses conditions de roduc- tion et, en tout cas, d'état défini pour une installation donnée.
Il sera, dans les dispositions revendiquées, automatiquement obtenu sans création de pertes accessoires, par le réglage cJnve- nable de la pression à la calandre de la caisse d'évaporation alimentant le compresseur, par action sur les différentes varin- bles déterminant cette pression ; en particulier, réglage de la pression de la vapeur de chauffage au faisceau de cette caisse d'évaporatior ou de la température de chauffage des jus avant évaporation.
Suivant cette forme particulièred'exploitation, le com- presseur de vapeur fonctionnera donc à adaptation sensiblement constante sur sa courbe caractéristique, soit à débits propor- tionnels aux vitesses de rotation. Ces vitesses seront adaptées à la quantité totale d'évaporation nécessaire et, par conséquent, aux écarts de températures saturantes faisceau/calandre convena- bles pour les évaporations' correspondantes, soit à ricin, soit automatiquement, par toutes dispositions appropriées.
Cette adaptation automatique des vitesses de rotation du système de compression mécanique de vapeur sera, en particulier, obtenue par l'utilisation du procédé général précédemment décrit, dotera
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minant le régime de fonctionnement du compresseur de vapeur et sa vitesse de rotation par le seul réglage de sa consommation de vapeur vive, dans les conditions d'ailleurs schématisées par cette figure 9.
Sur, le dessin annexé, donné. à titre d'exemple non limita... tif : - la figure 9 est le graphique déjà utilisé dans ,la présen- te description.
- les figures 10, 11, 12 donnent des exemples de réalisa- tion des relais de commande des servo-moteurs des appareils.de réglage des variables à contrôler.
La figure 10 schématise, à titre d'exemple non limitatif, et en se référant à une forme d'exécution connue, 'les conditions générales de réalisation et d'installation d'un relais'sensible au débit du compresseur de vapeur K,' ce dernier supposé, dans - l'exemple, du type centrifuge.
Dans la forme de réalisation considérée, ce relais est . constitué par un distributeur II, mobile autour d'un système d'axes 12, 12a, en regard d'une tuyère fixe 13, alimentée'par
14 en fluide moteur et délivrant, par 15, une pression modulée variable avec la position àu distributeur mobile en regard de la tuyère fixe;- le système comportera, de préférence, un dispositif d'asservissement réglable schématisé par 10.
Le distributeur mobile est soumis, par les systèmes. déformables 17 et 22, aux impulsions apposées d'une pression différentielle, caractéristique du'débit du compresseur. et. de la ,pression engendrée par le compresseur. La pression différentiel- le résultera par exemple de la mise en opposition, par les tuyauteries 11 et 19, d'une prise de pression statique 20, et d'une prise de pression totale, obtenue.par tube de,Pitot, 18, ou dispositif équivalent. La mesure'de la pression engendrée par -le compresseur résultera de la mise en opposition. par 21 et par 24, de la pression statique 20 à l'aspiration du compresseur, et
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de le pression statique 23, au refoulement.
Les deux impulsions 17 et 22 définissent, d'une manière formelle, le débit et la pression du compresseur ; leur rapport fixe donc une adaptation bien définie de la machine sur sa courbe caractéristique. Un dispositif de proportion 25 permet de fixer à la valeur convena- ble choisie, pe rapport des deux impulsions 17 et 22 et, par conséquent, à une valeur bien définie la pression modulée par 15 par le relais pour l'adaptation de référence.
De tels relais sensibles au débit d'un compresseur sont généralement connus, plus particulièrement par les dispositions de protection contre le pompage ds compresseurs centrifuges.
Ils n'ont donc pas à être décrits dans tous leurs détails de construction et justifications de fonctionnement et d'instal- lation, et leurs conditions générales de réalisation, dans une forme particulière prise à titre d'exemple non limitatif, niont été succintement rappelés que pour le meilleur exposé de l'ap- plication particulière revendiquée.
Un tel relais détermine donc une loi de pressions mo- dulées variable avec le rapport des impulsions de débit et de pression du compresseur, soit avec son adaptation sur se cour- be caractéristique, et ne reproduit la pression modulée de référence, initialement fixée par le réglage du dispositif de proportion 25, que pour l'adaptation considérée.
Des adaptations différentes détermineront donc des va- riations définies de la pression modulée par le relais. Ces variations de la pression modulée seront utilisées jour obtenir les réglages convenables, tels qu'ils ont été précédemment définis, par contrôle des servo-moteurs des appareils, réglant, ainsi qu'il été dit, la pression de la vapeur de chauffage du faisceau de la caisse d'évaporation ou la température e chauffage des liquides avant évaporation.
Dans la forme de réalisation qui vient d'être décrite, le pression modulée par le relais ne sera pas affectée par les
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variations, ainsi provoquées, du poids spécifique de la vapeur aspirée par le compresseur, ce poids spécifique intervenant, de lammême manière, dans la détermination de la pression différen tielle et de la pression engendrée par le compresseur et s'annu- lant par la mise en opposition de ces pressions sur le distribu- teur du relais. Toute forme de réalisation d'un relais 'sensible . au débit, combinant le débit et la pression du compresseur pour- en déduire une loi de pression modulée et plus généralement des impulsions fonction de Inadaptation du compresseur sur sa courbe caractéristique, pourra donc être utilisée.
Ce réglage du poids spécifique de la vapeur aspirée par .le compresseur de vapeur pourra être utilisé, soit isolément,-' soit en combinaison avec tout ou partie des, dispositions précédemment revendiquées, et plus particulièrement avec le' procédé principal ci-dessus décrit, déterminant les régimes-dû système de compres- sion de vapeur par la consommation de vapeur de chauffage du poste en fonction-d'une pression constante de cette vapeur de chauffa- ge
Dans cette hypothèse,'la pression d'échappement réglée du moteur quentrainement du compresseur de vapeur devra être ajustée, non plus à une valeur constante, maid à la valeur variable, con- venable pour assurer, ainsi qu'il orient d'être dit,
ces variations de la pression de la vapeur produite à lacalandre de la caisse d'évaporation alimentant le compresseur.
Le relais d'adaptation.Constante qui vient d'être décrit devra donc intervenir en correcteur de la pression d'échappement du moteur d'entraînement 'du compresseur
Pour assurer ce réglage sans création de pertes supplémen- taires, il sera indiqué de faire agir le relais d'adaptation-cons- tante, non pas sur la pression de la vapeur d'échappement, et alors nécessairement par laminage, mais sur le réglage même du relais principal, soit par action sur' son distributeur, soit par action sur sa pression modulée.
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De telles combinaisons de relais sont réalisables par l'emploi de moyens généralement connus, de la compétence nor- male de l'homme de l'art.
Dans ce ces d'utilisation simultanée de ces différents réglages et moyens, une limitation de la température d'évaporp- tion des .liquides en traitement et, par conséquent, de la pres- sion de la vapeur de chauffage pourra néanmoins être imposée, à maximum par la nature des solutions, à minimum par les condi- tions d'utilisation des prélèvements de chauffage. L'invention comprend, pour satisfaire à cette condition, une forme particu- lière de réalisation du relais, précédemment décrit, de réglage de la consommation de vapeur vive du moteur d'entraînement du compresseur de vapeur.
Suivant natte'forme particulière de réalisation, le relais de pression réglée sera du type asservi, l'asservissement étant obtenu par l'action de la pression modulée sur le distri- , buteur du relais, par membrane déformable ou dispositif équiva- lent. Le circuit d'alimentation du dispositif d'asservissement par la pression modulée comportera en série un diaphragme calibré et une décharge, sur laquelle sera monté un dispositif de réglage de la fuite ainsi créée du circuit d'asservissement.
Ce 'dispositif de réglage, obturateur de forme convenable, sera 'contrôlé par le dispositif correcteur d'adaptation constante du compresseur, précédemment décrit.
La figure II schématise, en se référant à la forme de réa- lis.ation générale connue précédemment décrite, les conditions particulières de réalisation d'un relais convenable. Ce relais est constitué par un distributeur 31, mobile autour d'un axe 33, en regard d'une tuyère fixe 34, alimentée par 35 en fluide moteur et délivrant par 36 une pression modulée variable avec la position du distributeur. Ce distributeur est soumis par 32 à la pression de la vapeur de chauffage à' l'échappement du mo- teur d'entraînement dû-compresseur ou en un point donné du
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poste évaporatoire,'ainsi, qu'il a été précédemment exposé,;..
Le dispositif d'asservissement est constitué par la membrane - .... déformable 37.et son système de bras de levier.
Suivant les dispositions particulières à l'invention, le circuit d'asservissement comportera un diaphragme calibré¯39 et,, entre ce,diaphragme et le dispositif d'asservissement, une déchar ge 38, contrôlée'par un obturateur de forme 'convenable 40, soumis aux impulsions du 'relais d'adaptation constante, venant agir par exemple par sa pression modulée sur la membrane 41.
Le relais d'adaptation constante réglera ainsi la pression d'asser-
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vissement", .La position d'équilibre du distributeur 31 résulte des efforts opposés exercés par 32 par la valeur à régler, d'une part, et par le ressort antagoniste 42 et le dispositif d'as- servissement 37, d'autre part. Il .va de soi que pour une impul- sion donnée de 32, soit pour une valeur définie de la pression de.la vapeur de chauffage,.chaque,modification ainsi provoquée de la pression d'asservissement aboutira à une pression modu- lée par le relais différente de celle initialement fixée, pour cette même impulsion par le réglage de 42, décharge nulle du circuit d'asservissement.
L'admission de vapeur vive au moteur d'entraînement du compresseur de vapeur étant, suivant le procédé général précédemment décrit, contrôlée par cette pression modulée, il s'ensuit donc que ces réglages de 1.'as- servissement du relais aboutiront à des modifications définies de le pression d'échappement réglée.
La quantité de vapeur vive détendue par le moteur d'en- traînement du compresseur sera ainsi adaptée à la valeur conve-, nable pour la réalisation de la pression de la vapeur de. chauf- fage nécessaire pour l'adaptation recherchée du comprèsseur sur sa courbe caractéristique.
La pression d'asservissement sera en outre réglée entre un minimum, défini par le seul diaphragme calibré 39, l'obtu-
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rateur 40 étant ouvert complètement, et un maximum égal à la pression modulée, la décharge du circuid'asservissement étant supprimée par l'obturateur 40, fermé.
La combinaison du bres de levier du dispositif d'asservis- sement et de la pression d'asservissement, ainsi réglée entre ce maximum et ce minimum, permettra de fixer, à la valeur con- venable, l'écart maximum de la valeur réglée. La pression ré- glée de la vapeur de chauffage sereainsi ajustée, entre le minimum nécessaire et le maximum acceptable, à le valeur conve- nable pour l'adaptation recherchée du compresseur de vapeur, dans sa zone de rendement optimum.
Le dispositif sensible au débit du compresseur pourra être avantageusement utilisé pour régler directement la décharge du circuit d'asservissement du relais principal:
La figure 12 représente schématiquement, en se référant aux formes de réalisation précédemment décrites, une telle combinaison-de relais. La tuyère 13 du dispositif sensible au débit du compresseur, sera directement alimentée par la déchar- ge du circuit d'asservissement du relais principal.
Le distribu- teur II, dont la position en regard de ladite tuyère résulte de l'adaptation même du compresseur, déterminera par le réglage a.insi obtenu du débit de la tuyère la pression à l'amont de cette tuyère, soit la pression d'asservissement, en 37, du relais principal et, par conséquent, la pression modulée en 36 par ce relais*principal.
Suivant les dispositions précédemment décrites, la quan- tité d'évaporation nécessaire (caractérisée par exemple par la concentration) détermine la consommation de vapeur de chauffage du système, .par la localisation et le réglage de ses pertes thermiques. Le réglage' du système de compression de vapeur en détendeur obligatoire de la vapeur de chauffage aboutit à l'a- daptation nécessaire de l'évaporation réalisée en supression de vapeur, par l'adaptation correspondante du régime du groupe.
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- Finalement, l'évaporation nécessaire'règle ainsi indirectement l'adaptation du groupe,
En variante et dans le cadre des principes généraux de l'invention, il est possible d'envisager un procédé équivalent comportant : - l'action directe de l'évaporation sur le régime du sys- tème de compression de vapeur, par réglage de sa consommation . de vapeur vive.
- l'adaptation de la consommation de 'vapeur de chauffage à cette détente de vapeur vive, par le réglage convenable, en position et en valeur, des pertes thermiques du système évapora-,, toire ,
Cette variante sera réalisée dans les conditions suivan- tes :
a) réglage du système de compression de vapeur en fonction de tout élément caractéristique de l'évaporation (et plus par- ticulièrement de la concentration finale ou de la concentration intermédiaire), par action sur la quantité de vapeur vive déten- due par ce système, de telle sorte qu'une insuffisance d'évapo- ration entraîne l'augmentation de cette détente convenable pour rétablir l'évaporation réalisée à la valeur nécessaire et inversement. b) Suivant cette formule, 'la consommation de vapeur vive du système de compression de vapeur sera déterminée par les, né- cessités d'évaporation et, par conséquent, sera quelconque par rapport aux besoins instantanés de.vapeur de chauffage.
Ce désé- -quilibre se traduira nécessairement par une variation de la pression au ballon d'échappement, une augmentation de cette pres sidn caractérisant' un excès de détenté de vapeur vive, par rap- port aux appels de vapeur ce chauffage - et inversement,
Le dispositif sensible à la concentration précédemment décrit, viendra agir sur la quantité de vapeur vive admise au système de compression de vapeur, par action convenable sur son
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obturateur d'admission.
L'appareil sensible à la concentration pourra être monté, soit à le sortie du poste évaporatoire, soit, de préférence et pour les raisons déjà exposées, en un point intermédiaire du système et plus particulièrement après le dernier effet à prélèvement. Il sera alors réalisé suivant les dispositions précédemment décrites, de manière à délivrer une Ici de pressions modulées du fluide moteur ou des impulsions linéai- . rement variables avec la concentration.
L'obturateur d'admis- sion de vapeur vive au système de compression de vapeur sors contrôlé par cette pression modulée, une telle liaison Ôtent réalisable par des Moyens généralement connus.
Dans le cas de réglage de cette détente dE la vive en fonction d'une telle concentration intermédiaire variable, cette liaison du dispositif sensible à la concentration et du ou des obturateurs d'admission de vapeur vive, sers réalisée de manière à obtenir le réglage convenable du système de con- pression de vapeur, de telle sorte que la quantité de vapeur vive varie entre le maximum nécessaire pour la concentration intermédiaire la plus réduite et le minimum convenable, pour la concentration intermédiaire maximum, par calage convenable des dispositifs et servo-moteurs de commande de ces obturateurs ,d'admission sur la pression modulée par le dispositif sensible à la concentration.
La pression d'échappement sers nécessairement variable avec cette consommation de vapeur vive ; unabaissement de la pression au ballon d'échappement ou à l'échappement même du sys- tème de compression de vapeur caractérisera donc une détente de vapeur vive inférieure à la consommation instantanée de va- peur de chaufage et, par conséquent, la possibilité d'une reçues tion instantanée de cette consommation de vapeur de chauffage à obtenir par la réduction correspondante des pertes externes du poste évaporatoire (et plus particulièrement de la perte au con- denseur s'il en existe un) ou par une augmentation des récupé-
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rations opérées sur ces pertes.
A l'inverse, une-augmentation de cette pression d'échappement caractérisera la nécessité d'une augmentation de cette consommation de vapeur de chauffage,' à obtenir par augmentation des pertes externes du poste {et plus particulièrement de la perte au condenseur s'il en existe un) ou par une réduction des récupérations opérées sur ces per- tes.
Ces différentes adaptations pourront être.obtenues par la mise en oeuvre des moyens précédemment décrits, et plus particu- lièrement par' calage convenable des servo-moteurs respectifs des différents organes de réglage sur la pression modulée par le dispositif sensible.à la pression d'échappement.,.
Ce mode de réalisation rentre dans le cadre de l'invention.
Il ne constitue finalement qu'une variante du procédé exposé en premier lieu, utilisant un couplage différent de moyens matériels identiques. 'En effet, alors que dans le premier cas, le relais de pression constante 36, figure 4, agit sur l'obturateur 35 d'admission de vapeur vive au moteur, et l.e dispositif de concen- tration finale constante 29, figure 4 (ou de concentration inter- médiaire variable 6, de la figure 5) sur les différents organes de réglage de la consommation de vapeur de chauffage,,dans ce second mode de réalisation, le dispositif de concentration finale constante 29 figure 4 (ou de concentration intermédiaire variable 6 figure 5) agit sur l.'obturateur d'admission de vapeur viree 35 au moteur m et le relais de pression constante, 36,
sur les mmes organes de réglage de la consommation de vapeur de chauffage.
De la sorte, les appareils et relais pourront être géné- ralement réalisés de manière à permettre l'expérience de ces deux modes de réalisation.
Il va de soi que les conditions de réalisation des moyens matériels décrits n'ont été,données qu'à titre d'exemples non limitatifs, et que des modifications peuvent leur être apportées, : notamment par substitution d'équivalents techniques, sans que
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l'on sorte pour cela du cadre général de l'invention. Les figu- res et descriptions ne se sont généralement référées au cas particulier du groupe moto compresseur centrifuge que pour la simplification de l'exposé.
Le procédé décrit et les moyens d'application revendiqués pris isolément ou en combinaison, s'appliquent à toutes formes de réalisation du système de coin- pression de vapeur (éjecteur ou ensemble moteur à vapeur/compres- seul' mécaniqueà comme à toutes formes de couplage de ce compres- seur de vapeur sur le poste évaporatoire.
R B sur: E
Cette invention comprend notamment :
1. Un procédé d'exploitation et de régulation d'un appareil évaporatoire mixte, fonctionnant partie on supression de vapeur, partie suivant formule statique classique, lequel procédé attri- bue à la partie travaillant en supression de vapeur l'évaporation maximum à tout instant réalisable par la détente systémetique par le moteur d'entraînement du compresseur de vapeur, '.le le totalité de la vapeur vive disponible avant son utilisation en chauffage.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.