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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé a 1 appui d'une demande de
BREVET D'INTENTION sous le bénéfice de la Convention Internationale ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI
33 rue du Congrès Bruxelles, , "CONVERTISSEUR DE GOURANT A VAPEUR DE MERCURE A REFROIDIS- SEMENT PAR AIR" ayant fait l'objet d'une demande de brevet déposée en France le 11 Juillet 1945 non encore accordée a ce jour
Il est connu que dans lesconvertisseurs de courant à vapeur de mercure,à cathode liquide, un courant de vapeur de mer- cure s'établit à partir de la cathode vers les diverses parties du convertisseur et se condense sur les parties les plus froides de celui-ci avant de faire retour à la cathode sous forme de mercure liquide.
Ce courant de vapeur ascendant crée à l'intérieur du convertisseur une certaine pression de vapeur de mercure dont la grandeur peut avoir une influence importantesur le bon fonction- nement du convertisseur.
Plus particulièrement, une zone de forte pression de vapeur de mercure peut être créée aux abords de la cathode, fortes pression qui sous certaines conditions, peut entraîner la suppression de l'effet soupape du convertisseur. Ce phénomène, que 1 on peut considérer comme normal, est accentué fortement lorsque le con- vertisseur débite des charges approcnant de sa capacité de charge maximum ou lorsqu'on lui applique des surcnarges.
Catie forte pression de vapeur de mercure est conditionnée a la fois, par l'intensité de réfrigération des parois du con- vertisseur et par la distance qui sépare ces parois froides de la zone entourant immédiatement la cathode. Dans les convertisseurs a cuve métallique de grande puissance,donc de grandes dimensions, la distance entre des deux éléments, paroi réfrigérante d'une.part, et zone de forte pression d'autre part,est telle que , quelle que soit la puissance de réfrigération de la paroi froide, il n'est plus possible, en agissant sur cette paroi uniquement, de diminuer la pression de la vapeur de mercure aux abords immédiats de la catnode.
Dans ces conditions, lrare de redressement se développe dans une zone de forte pression de vapeur de mercure, dans une région où normalement l'obtention d'un bon vide, donc d'une faible pres- sion de vapeur; est nécessaire pour assurer un fonctionnement sons incidents du convertisseur.
Il a donc été nécessaire de renforcer la réfrigération, notamment d'amener à proximité de la zone de forte pression de va- peur de mercure des éléments réfrigérants, capables de condenser une partie de cette vapeur et par suite d'en diminuer la densité, éliminant ainsi le risque de suppression de l'effet soupape du convertisseur..
Différentes dispositions de circuit de réfrigération ont
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déjà été proposées à cet effet; plusieurs de celles-ci ont été ap- pliquées aux convertisseurs de courant refroidis par eau.
On peut par exemple constituer au-dessus du volume d'ex- pansion de la vapeur, un espace auxiliaire ou dôme dont le diamè- tre extérieur est inférieur au cercle délimitant la face interne de la couronne d'anode, et dont les parois sont réfrigérées.
L'action réfrigérante de ce dôme peut encore être augmentés par l'adjonction a sa partie inférieure d'un réfrigérant central parcouru par le fluide de réfrigération et plongeant dans la zone à forte pression de vapeur de mercure. Dans certains cas, où l'éva- cuation de chaleur par ce réfrigérant est suffisante on peut se passer de la construction du dôme, la majeure partie de la chaleur dégagée étant évacuée par le réfrigérant.
Le réfrigérant central peut plus particulièrement être constitué d'un ou de plusieurs tubes de grand diamètre dans lesquels plongent d'autres tubes de plus petit diamètre. Cet ensemble réfrigérant plonge+dans la zone cathodique à forte pression de vapeur de mercure et la circulation du fluide.réfrigérant se fait par exemple d'abord dans les tubes de grand diamètre et ensuite dans les tubes de petit diamètre, sous l'effet d'une aspiration centrale.
On peut prévoir des tubes de section circulaire ou aplatie, traversant la cuve du convertisseur depuis le bas de la virole porte-cathode jusqu'au couvercle porte-anodes, ces tubes, par- . courus par le fluide de réfrigération, sont situés à l'intérieur de la couronne d'anodes et par conséquent à la périphérie de la zone catnodique à forte pression de vapeur de mercure.
Selon les facilités de réalisation ou l'intensité de la réfrlgération, ces tubes réfrigérants peuvent être droits ou in- curves de façon à présenter un arrondi pénétrant dans la zone à forte pression de vapeur, cette dernière disposition améliorant l'efficacité de la réfrigération. Dans certains cas, on peut même prévoir un tracé du faisceau de tubes tel que ceux-ci enveloppent la zone à forte pression de vapeur, augmentant ainsi l'intensité du refroidissement.
Tous ces dispositifs connus ont été en principe utilisés pour la réfrigération des convertisseurs de courant a cuve métal- lique, à refroidissement par eau.
La complication des installations à refroidissement par eau a conduit les constructeurs à rechercher à assurer le fonctionnement des convertisseurs à vapeur de mercureen adoptant un fluide ré- frigérant tel qu'il ne nécessite pas d'installation compliquée d'amenée ou d'évacuation. L'air était particulièrement bien indi- que pour ce but. Toutefois, étant donné la forte diminution du coefficient de convection fer-air par rapport à celui fer-eau, il a fallu augmenter les surfaces de réfrigération et le problème des fortes puissances s'est également posé pour les convertisseurs a vapeur de mercure à refroidissement par air.
Certaines dispositions adoptées pour la réfrigération par eau ont été impossibles à réaliser dans les convertisseurs de cou- rant réfrigérés par air. Notamment, le réfrigérant en spirale utilisable dans le cas -de l'eau ne l'est plus dans celui de l'air, la cnaleur ne pouvant être évacuée qu'en adoptant de très grandes vitesses dans les tubes, entraînant par conséquent de fortes per- tes de cnarge.
D'autres dispositions par contre ont pu être adoptées.
Ce sont plus particulièrement le convertisseur avec dôme de réfri- geration ou de condensation, celui avec tubes parcourus par le fluide de réfrigération, en l'occurence l'air, et traversant la cuve du convertisseur depuis la virole porte-cathode jusqu'au couvercle porte-anodes. On a même disposé un réfrigérant central @
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constitué d'un tube de (grand diamètre, à l'intérieur duquel se trouve un tube de plus petit diamètre, l'air étant aspiré par ce tube central.
Toutes ces dispositions, tributaires du convertisseur à refroidissement par eau, présentent chacune leurs inconvénients.
La disposition de cuve métallique de convertisseur à vapeur de mercure avec dôme de condensation quoiqu'étant simple de construction, ne permet pas d'atteindre directement la zone de forte pression de la vapeur de mercure. Il en résulte que l'action du dôme ne se fait qu'à distance, distance qui si elle est faible, est encore suffisante pour laisser subsister, dans certaines con- ditions de marche, une région de surpression de vapeur capable d'amorcer un allumage en retour, donc d'entraîner la suppression de l'effet soupape du convertisseur.
Une disposition également simple de construction est celle à réfrigérant central cylindrique ou conique plongeant dans la région cathodique de forte pression de vapeur mais elle ne permet qu'une dondensation limitée de la vapeur par suite de la double limitation de surface en contact avec la vapeur d'une part, de vitesse de l'air de réfrigération d'autre part.
Enfin, si la réalisation à tubes multiples traversant la cuve du convertisseur depuis la virole porte-cathode juqu'au cou- vercle porte-anodes permet la réfrigération directe de la zone à forte pression de vapeur, elle présente des difficultés de réa- lisation, notamment de'joints de couvercle porte-anodes.
Aucune de ces réalisationsne donne donc la solution du problème de la réfrigération par air soufflé du convertisseur de courant à vapeur de mercure à cuve métallique pour grande puissance.
La présente invention se rapporte à un nouveau dispositif de réfrigération pour convertisseurs de courant à vapeur de mer- cure à cuve métallique pour grande puissance particulièrement apte à empêcher la formation d'une région cathodique à forte pres- sion de vapeur de mercure, susceptible de supprimer l'effet sou- pape du convertisseur.
A cet effet, on dispose à l'intérieur de la cuve métallique du convertisseur un moyen de réfrigération, plus particulièrement un faisceau tubulaire, librement' suspendu au couvercle porte-anodes du convertisseur et parcouru par un fluide de refroidissement,en. l'occurence de l'air soufflé.
Le dispositif est caractérisé en ce que l'entrée et la sor- tie du fluide de refroidissement se font dans des régions voisines du couvercle porte-anodes du convertisseur, régions séparées par un cloisonnement faisant office de gaine,par exemple de gaine d'air.
Il est en outre caractérisé par le fait que tous les circuits tubulaires de réfrigération traversant l'intérieur de la cuve sont parcourus en parallèle par le fluide de refroidissement; celui-ci est mis en mouvement par une seule source d'énergie, par exemple un ventilateur.
Le dessin annexé montre, a titre d'lexemple non limitatif, une vue en coupe d'un exemple de réalisation de convertisseur de courant à vapeur de mercure à grande puissance suivant l'invention.
Tout détail non indispensable grande puissance s de l'invention a été supprimé.
La cuve métallique C du convertisseur qui porte à sa partie inférieure la cathode K et à sa partie supérieure le couvercle porte-anodes P,est pourvue d'un moyen de réfrigération m réparti sur la périphérie de sa face latérale et de son fond conique. Un fluide réfrigérant parcourt ce moyen de réfrigération (ailettes,
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tubes ronds ou aplatis, étc.) et est dirigé par la gaine G, la source d'energie se trouvant placée au bas du convertisseur, ou dans une installation séparée, sous forme par exemple d'un venti- lateur .
Reprenant les considérations énoncées précedement, la pres- sion ou densité de vapeur dans la région cathodique R sera fonc- tion de la température de la paroi latérale de la cuve d'une part, et de la distance D qui sépare cette paroi de la région R d'autre part. Pour certaines dimensions du convertisseur, la distance D devient si grande que la paroi latérale de la cuve n'a pratique- ment aucune influence sur la région R à forte pression de vapeur de nercure, quelle que soit sa température.
Afin de diainuer la distance D de la région R à forte pres- sion de vapeur de mercure au moyen de réfrigération, on a disposé dans l'esprit de l'invention, un faisceau tubulaire T librement suspendu au couvercle porte-anodes et plongeant dans la région R à forte pression. Ce faisceau tubulaire est traversé par exemple par de l'air, mis en mouvement par le ventilateur 7,depuis les entréese jusqu aux sorties s des tubes parcourus en parallèle. Les entrées e et les sorties 7 sont séparées par une gaine d'air g.
On voit que de cette façon, l'action de la réfrigération est amenée de manière directe a l'intérieur de la zone à forte pres- sion, la distance separant celle-ci du moyen de réfrigération de- venant nulle.
Le dispositif suivant l'invention peut aussi être caracte- rise en ce que les tubes constituant le faisceau tubulaire peuvent être incurvés vers la région à forte pression de vapeur de mercure afin d'accroître l'influence de la réfrigération du faisceau tubulaire sur celle-ci.
Il peut encore être caractérisé en ce que le faisceau tubu- laire de réfrigération peut être uns en série avec le moyen de re- frigération normal agissant sur les parois du convertisseur, l'air étant mis en mouvement par une source commune par exemple un ven- tilateur, placé sur le convertisseur ou dans une installation sé- parée. Dans ce dernier cas, la réfrigération par air soufflé de la paroi latérale du convertisseur se fait de façon que l'air circule du naut de la cuve vers la catnode.
Dans le cas contraire, où la mise en série des deux moyens de réfrigération n'est pas effectuée, la circulation dans le fais- ceau tubulaire est assurée par un ventilateur placé dans une gaine d'air et situé au-dessus de l'entrée des tubes. La ventilation des parois du convertisseur se fait alors par un ventilateur séparée soufflant l'air de réfrigération soit de la cathode vers le cou- vercle, soit en sens inverse.
Le dispositif de réfrigération de la zone cathodique a forte pression de vapeur de mercure,réalisé suivant l'invention, presente donc par rapport aux dispositions adoptées jusqu'à présent le dou- ble avantage d'une complète efficacité de réfrigération de la zone à forte pression alliée à une simplicité de construction, parfai- tement adaptable aux cuves métalliques pour convertisseurs de construction courante.