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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite : BABCOCK & WILCOX LIMITED
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Yerectionneents aux Chaudières tubW-,aîres. Demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique du 24 Octobre 1941 en faveur de Mr.G.H.
DANIELS
Cette invention se rapporte aux chaudières tubulaires et plus particulièrement à des chaudières particulièrement propres à être employées pour la propulsion des navires et appartenant au type où deux chambres à combustion établies à l'intérieur du murage de la chaudière sont susceptibles d'être chauffées indépendamment et où les gaz provenant de l'une de ces chambres passent sur un surchauffeur coopérant séparément avec cette chambre, de telle sorte que la chaudière peut être réglée pour fournir de la vapeur saturée ou de la vapeur surchauffée.
Le but principal de l'invention est d'établir une chaudière du type décrit qui se distingue par la simplicité et le coût peu élevé de sa construction et de son installation, par son faible encombrement et sa faible hauteur de plafond, par une protection adéquate du surchauffeur pendant les périodes de production de vapeur saturée et lors de la mise en marche, par le réglage de la température de surchauffe de zéro à une température relativement élevée, par de faibles pertes de tirage et par une capacité totale élevée.
La présente invention concerne une chaudière comportant une chambre de combustion de vaporisation et une chambre de combustion de surchauffe, susceptibles d'être chauffées indépendamment et disposées d'un côté du faisceau de tubes vaporisants sur différentes parties de la longueur de ce dernier, un groupe de tubes de surchauffeur à l'intérieur de la partie du faisceau tubulaire adjacente à la chambre de combustion de surchauffe, un écran entre les tubes de surchauffeur et la chambre de combustion vaporisante comprenant une cloison séparant les deux chambres de combustion, et un carneau d'évacuation des gaz unique disposé de l'autre côté du faisceau tubulaire et susceptible de recevoir les gaz des deux chambres de combustion après leur passage entre les tubes du faisceau tubulaire.
L'invention concerne aussi une chaudière comportant un faisceau de tubes inclinés sur l'horizontale, une chambre de combustion de vaporisation et une chambre de combustion de surchauffe susceptiblesd'être chauffées indépendamment et disposées en-dessous du faisceau tubulaire adjacent à différentes
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parties de leur longueur, un groupe de tubes de surchauffeur à l'intérieur de la partie du faisceau tubulaire située audessus de la chambre de combustion de surchauffe, un écran entre les tubes de surchauffeur et la chambre de combustion de surchauffe, comprenant une cloison séparant les deux chambres de combustion,
et un seul carneau d'évacuation des gaz dispose du
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côté du faisceau tubulaire opposé aux charibres de combustion et destiné à recevoir les gaz provenant de ces deux chambres après leur parcours entre les tubes du faisceau tubulaire.
L'invention va maintenant être décrite à titre d'exemple avec référence aux dessins annex4s, dans lesquels:
Figure 1 est une coupe verticale d'une chaudière à vapeur à deux corps cylindriaues;
Figure 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'une partie d'une cloison, suivant la ligne 2-2 de la figure 1;
Figure 3 est une vue en élévation de face, partiellement en coupe d'une chaudière à vapeur à collecteurs sectionns;
Figure 4 est une vue en élévation de côté, partiellement en coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3;
Figure 5 est une vue en élévation de face partiellement en coupe d'une autre chaudière à vapeur à collecteurs sec- tionnés, et
Figure 6 est une coupe horizontale suivant la ligne 6-6 de la figure 5.
La chaudière à vapeur représentée sur les figures 1 et 2, comprend un murage ou enveloppe à isolement 10 et des
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éléments de chaudière sous pression cctiportpnt un faisceau in- clin(, sur l'horizontale de. tubes vaporisants recourbés 11
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s'ouvrant à leurs extr'"'nités supérieures dans un corps cylindr3cve de va peur et eau 1.2 et à. leurs extrémités inférieures dans un corps cylindrique d'eau 13, les deux corps cylindriaues s'étendant de l'avant à l'arrière de la chaudière. Le faisceau
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de tubes 11 s'étend au-dessus de la chrtubre de combustion de la chaudière.
Des rangées de tubes 11a à la. partie inférieure du faisceau sont espacées de la partie principale du faisceau tu-
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bulaire pour manager un espace lu destine à recevoir un surchauffeur de va.peur, consistant en des rangées groupées de tubes 15 en forme d'U disposes hori7,ontiliE,r,ent, oui sont supportas en des points eonvenpblerent espaces par des tubes d'etu de plus grpnd diamètre llb s'étendant entre les corps cylindri01Jes et dont les extrCmltés sont raccordées à des collecteurs externes (non représentas). Le corps cylindrique de vapeur 12 est pourvu d'une sortie à soupape 16 à laquelle est reliée une conduite de
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vapeur saturée 17 et un tuyau d'alimentation de surc8uffeD.T 18.
Les rangées de tubes vaporisants Ils en-dessous du surchauf""eur forment un écran à tubes d'eau entre le surchauffeur et la chambre de combustion scus-jacente 21. Le surchauffeur est disposa dans la partie de l'espace 14 adjacente au corps cy-
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lindrique 1?, les tubes de surchauffeur s'étendant transversale- ment sur toute la largeur du faisceau et pouvent être retiras à travers une paroi de le chaudière à l'une des extrémités du faisceau tubulaire.
La partie du murage en-dessous du faisceau tubulaire est divisée en chambres de cornbustion indépendantes 20 et 21 placées côte à côte et séparées par une cloison ou un mur vertical 22, à refroidissement par circulation de fluide, constitué
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comme c'est représenté sur la figure 2, par une rangée de tubes d'eau 23 entièrement garnis de broches et recouverts de matière réfractaire bouchant les espaces intercalaires des tubes. Les extrémités inférieures des tubes 23 sont raccordées à un collecteur transversal 24 qui alimente aussi une rangée de tubes 25 s'étendant le long de la paroi externe et du fond de la chambre de combustion 20. Des tubes de descente externes 26 alimentent le collecteur 24 d'eau provenant du corps cylindrique 12.
Les tubes 23 sont recourbés de manière que leurs parties supérieures soient dirigées vers le corps cylindrique 12 parallèlement aux tubes lla, la. partie supérieure de certains des tubes vaporisants lla étant déportée à l'intérieur de l'espace 14 de manière à ménager la place nécessaire à ces parties supérieures des tubes 23. Une surface vaporisante supplémentaire est ainsi formée dans le parcours des gaz qui s'échappent de la chambre de combustion 20.
La matière réfractaire au sommet de la cloison 22 est prolongée, comme c'est indiqué, sur une courte distance le long des tubes 11a, dont les parties supérieures s'étendent à l'intérieur de l'espace 14, cette extension du revêtement réfractaire se faisant sur une partie intermédiaire des tubes inclinée sur la verticale, pour former un prolongement recourbé de la cloison 22 tendant a faire dévier les gaz chauds provenant de la chambre de combustion 20 pour les détourner du surchauffeur.
Dans la forme de construction décrite, la. section 20 de la chambre de combustion sert de chambre de combustion prin- cipaleou vaporisante tandis que la section 21 constitue la chambre de combustion auxiliaire ou surchauffante. Chacune des chambres de combustion est pourvue dans sa paroi avant de brûleurs à combustible liquide 30, les brûleurs de la chambre 20 étant de préférence commandés en fonction de la pression de la vapeur tandis que ceux de la chambre 21 sont de préférence commandés en fonction de la température de la. vapeur à la sortie du surchauffeur.
A la .mise en marche ou lorsqu'on ne désire que de la vapeur saturée seulement, on n'utilise que les brûleurs de la chambre de combustion 20, les gaz chauds engendrés circulant en travers de la. partie supérieure du faisceau tubulaire en un parcours unique. Lorsqu'on désire de la vapeur surchauffée, les brûleurs de la chambre 21 sont mis en service, seuls ou conjointement avec les brûleurs de la chambre de combustion 20, les gaz chauds engendrés circulant successivement entre les tubes 11a de l'écran, les tubes 15 du surchauffeur, et les autres rangées de tubes du faisceau tubulaire. Lorsque l'un ou l'autre jeu de brûleurs est actionné isolément, les gaz chauds tendent à circuler sur la majeure partie de la longueur des tubes vaporisants au-dessus du surchauffeur.
Lorsque les deux jeux de brûleurs sont actionnés simultanément, les courants de gaz chauds provenant des deux chambres de combustion se dirigent conjointement vers le carneau d'évacuation des gaz commun 32, dans lequel est installé, en vue de l'économie de marche de la chaudière, un réchauffeur de fluide auxiliaire 33, tel qu'un économiseur ou un réchauffe-air, du côté opposé àu corps cylindrique 12.
Par suite de la construction et de la disposition relatives du faisceau tubula,ire et des chambres de combustion, la chaudière décrite est de conception simple et d'exécution relativement peu coûteuse. La faible hauteur totale et son peu d'encombrement qui sont des caractères inhérents à sa construction, la. commande de tous lés brûleurs de la. même plate-forme de commande, l'emploi d'une seule sortie de gaz à la partie supérieure du générateur, et la facilité du remplacement des tubes vapori-
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sants et des tubes de surchauffe rendent la chaudière particu- lièrement propre au service de la. marine .
La disposition du surchauffeur à proximité intime de la chambre de combustion 21, permet d'atteindre une température de surchauffe élevée et de régler la température de surchauffe sur une gamme très tendue.
La circulation des gaz de chauffe en un parcours unique au travers du faisceau tubulaire et l'absence de chicanes dans ce faisceau assurent une faible perte de tirage à travers la. chaudière et une utilisation effective des gaz chauds par rapport à la surface de chauffe utile du fluide.
Dans les variantes représentées sur les figures 3 à 6, le faisceau tubulaire est constitué par des tubes vaporisants inclinas sur l'horizontale 35 s'étendant entre des groupes inclinés sur la verticale de collecteurs ascendants 36 et de collecteurs descendants 37, les extraites supérieures des collecteurs ascendants et descendants étant raccordées à la chambre de vapeur et à la chambre d'eau respectivement du corps cylindrique transversal de vapeur et eau 38 à proximité et au-dessus de l'extrémité inférieure du faisceau tubulaire. Dans chaque variante, les rangées les plus basses des tubes vaporisants 35a sont espacéesdes autres rangées pour former un espace intercalaire 39 dans lequel est placé un surchauffeur.
Dans chaque cas le surchauffeur est constitué par des rangées groupées de tubes de surchauffe horizontaux en forme de U 40 supportés par des tubes d'eau 35b et dont les extrémités opposées s'ouvrent respectivement dans des collecteurs externes 41 et 42 établis pour une circulation de vapeur à double voie. Les côtés en regard de l'espace situé en-dessous du faisceau tubeulaire sont flancués de parois latérales convergeant vers le haut, en-dessous des collecteurs 36 et 37 respectivement et l'espace est divisé entre une chambre de vaporisation 20 et une chambre de surchauffe 21 par une cloison transversale disposée verticalement 22 s'éten- dant jusqu'à l'extrémité interne du surchauffeur.
La cloison 22 est formée, comme c'est représenté sur la. figure 6, par une rangée de tubes d'eau 44 partiellement garnis de broches,dont les espaces intercalaires sont fermés par de la matière réfractaire 45. La cloison s'élève jusqu'à la rangée inférieure de tubes 35a immédiatement en-dessous de laquelle les tubes 44 sont recourbés latéralement pour se raccorder aux collecteurs ascendants 36. Les extrémités inférieures des tubes 44 sont raccordées à un collecteur transversal 47.
Les parois latérales externes et les fonds des chambres de combustion 20 et 21 sont à réfrigération par circulation de fluide dans des rangées de tubes 48 et 49, respectivement, les tubes 48 étant raccordés aux collecteurs descendants 37 et servant de tubes d'alimentation d'eau au collecteur 47, tandis que les tubes 49 sont raccordés entre le collecteur 47 et les collecteurs ascendants 36. Les rangées de tuhes 48 et 49 peuvent être recouvertes entièrement ou partiellement de matière réfractaire suivant les conditions de température imposées pour la chambre de combustion. Des tubes de descente externe 50 alimentent aussi le collecteur 47 d'eau provenant du corps cylindriaue de vapeur et eau 38.
Des brûleurs à combustible liquide 30 sont aménages pour chauffer indépendamment les chambres de combustion 20 et 21 par les parois avant de ces dernières, de la manière décrite avec référence à la figure 1. Les parois arrière des chambres de combustion sont refroidies par circulation de fluide dans une rangée de tubes d'eau 51 inclinés sur l'horizontale, qui garnissent ces parois et s'étendent entre des collecteurs verticaux 52 et 53, le collecteur 52 étant raccordé à la chambre d'eau du corps cylindrique 38 par des tubes descendants 54, tandis que le collecteur 53 est raccordé à la chambre de vapeur du corps
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cylindrique par des tubes ascendants 55 qui s'étendent en travers de la sortie des gaz de la chaudière.
La totalité des gaz de chauffe provenant des deux chambres de combustion s'écoule vers une sortie commune des gaz de chauffe 60 dans laquelle un réchauffe-air 61 est disposé.
Dans la forme de construction représentée sur les figures 3 et 4, les tubes 40 du surchauffeur sont placés à la pa.rtie inférieure de l'espace intercalaire 39, la chambre de combustion 21 étant en conséquence adjacente aux collecteurs descendants 37. La chambre de combustion de vaporisation 20 est ainsi logée en-dessous du fa.isceau tubulaire de telle sorte que quand cette chambre de combustion seule se trouve en action les gaz de chauffe qui en proviennent ne passent qu'entre les extrémités des tubes 44 et 35, 35a et 35b adjacentes aux collecteurs ascendants 36.
Une chicane métallique 63 s'élève à l'extrémité supérieure de la cloison 22 le long de l'extrémité interne du sur- cha.uffeur,, et se termine au niveau supérieur du surchauffeur, pour protéger les tubes de surchauffe du contact des gaz chauds de la chambre de combustion 20 et de la chaleur de ra.yonnement de ces gaz, tout en permettant à ces gaz de venir en contact avec une longueur notable des tubes 35 situés au-dessus.
Toutefois, dans la variante représentée sur les figs.5 et 6, les chambres de combustion 20 et 21 sont disposées inver- sement le surchauffeur 40 se trouvant dans la partie de l'espace 39 adjacente aux collecteurs ascendants 36. Dans plusieurs installations le nombre de brûleurs à combustible liquide nécessaires pour la chambre de combustion de surchauffe est plus élevé que celui nécessaire pour la chambre de combustion de vaporisation. La position relative du surchauffeur par rapport aux chambres de combustion sur les figures 5 et 6 répond aux exigences/à l'espace nécessaire à la combustion dans ces con- -ditions et réduit en même temps la hauteur de plafond nécessaire pour l'installation de la chaudière.
Les avantages que présente au point de vue du fonctionnement le type de construction représenté sur la figure 1 se retrouvent dans les variantes des figures 3 à 6, et ces dernières offrent en outre.. les avantages supplémentaires inhérents aux types de chaudières à collecteurs sectionnés et résidant dans le coût peu élevé de la construction et de l'installation et dans la grande facilité du remplacement des tubes. La disposition du surchauffeur à la partie inférieure du fa.isceau tubulaire comme c'est décrit dans l'exemple des figures 1 et 3 contribue à abaisser le centre de gravité du système et à obtenir des supports économiques pour les collecteurs du surchauffeur.
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