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PERFECTIONNEMENT A LA RÉGULATION AUTOMATIQUE DES ALIMENTATIONS DES GENERATEURS DE VAPEUR.
La présente invention applique et perfectionne le procédé de régulation du brevet N 867.538 déposé par le demandeur.
Dans ce brevet, les appareils d'alimentation débitent initialement des quantités d'air, de combustible et d'eau réglées suivant des proportions invariables.
Le réglage parallèle de ces débits est,fait simulta- nément et automatiquement, en fonction soit des variations du niveau de l'eau dans le bouilleur, soit des variations de la pression dans le générateur.
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Ensuite, les valeurs relatives des quantités des éléments de combustion (combustible et air) de l'alimentation en eau sont modifiées pour être adaptées aux variations de rendement du générateur.
Ces modifications sont effectuées en fonction de la pression de la vapeur, cette variable n'étant pas intervenue initialement pour le réglage, en proportions constantes, des débits primitifs.
On peut opérer ce réglage en maintenant constant le rapport entre eux des éléments de combution (air et combusti- ble) dont on fait sensiblement varier les débits tout en laissant invariable l'injection d'eau ou bien on peut modifier seulement le débit de l'alimentation d'eau sans changer les débits d'alimentation de combustible et d'air.
Dans ce procédé on considère le fonctionnement théo- rique d'un générateur comme une succession de divers états de régimes normaux et de longue durée correspondant chacun à une consommation de vapeur déterminée caractérisant ce régime.
En pratique ces états de régime sont séparés par des états de transition dont il est désirable d'abréger la durée autant que possible.
On peut régler l'importance générale de tous les débits par les variations de pression dans le générateur. En effet, une baisse de pression indique la nécessité d'augmenter la vaporisation et dans ce cas, les variations du niveau d'eau sont utilisées pour agir sur le débit initial de l'eau d'ali- mentation et adapter ce débit, en relation avec les débits pri- mitifs d'air etde combustible, au rendement pratique du géné- rateur.
Si l'importance générale de tous les débits est réglée par les variations du niveau de l'eau, les variations de pres- sion seront de préférence utilisées pour faire varier les dé- bits des éléments de combustion et les adapter, en accord avec le rendement pratique du générateur, avec le débit d'eau.
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Dans la présente invention, ce procédé général de réglage est complété par une opération effectuée en fonction de'la hauteur de l'eau agissant sur les mêmes débits et dans le même sens que les variations de pression de vapeur, rédui- sant le réglage réalisé par nette dernière à une opération d'ajustage de faible amplitude.
Ce perfectionnement du procédé général est basé sur ce fait que dans un même générateur les valeurs des débits alimentaires appropriés à un état de régime normal correspon- dant à une consommation de vapeur déterminée sont théorique- ment fixes et connues. Les variations qu'elles peuvent subir en pratique par suite de l'encrassa@ des tubes, de la varia- tion du combustible, de l'humidité de l'air, etc... sont rela- tivement faibles.
Une première approximation de la correction apportée par le second réglage du procédé général peut donc êtte établie, en même temps que le premier réglage, en fonction des variations de la hauteur d'eau, de telle façon que cette première caractéristique, en même temps qu'elle élève à un niveau déterminé les valeurs de tous les débits primitifs, influe soit exclusivement sur le débit primitif d'eau, soit exclusivement sur les débits primitifs de combustible et d'air, de façon à établir entre ces débits la proportion qui corres- pond au rendement théorique de la chaudière sous un effort de production égal à la consommation considérée.
A ces bases précédentes des procédés de régulation automatique des générateurs de vapeur, qui sont maintenues, la présente invention ajoute de nouveaux principes applicables; soit à toutes les régulations des débits alimentaires de tous les générateurs, soit à la régulation des générateurs composés de plusieurs unités : vaporisateur, surchauffeur et économiseur, soit au cas plus spécialement considéré des générateurs à cir- culation forcée.
Le premier de ces principes se rapporte à la manière d'opérer chacun des réglages. Il prescrit que l'action correc- trice du réglage automatique doit commencer dès que la caracté-
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ristique opérante s'écarte de sa valeur normale, et doit être maintenue tant que cet écart ne commence pas à se réduire. Mais dès que l'écart commence à se réduire, l'action correctrice doit être automatiquement suspendue.
L'action correctrice est en effet appelée à rétablir un équilibre détruit. Le déséquilibre se traduit par une varia- tion de la valeur de la variable caractéristique. Lorsque cette valeur reste invariable, c'est parce que l'équilibre désiré est rétabli. Poursuivre l'action régulatrice à ce moment revient à créer un nouveau déséquilibre en sens inverse du précédent.
La régulation d'un générateur de vapeur qui comprend différentes unités ne peut pas se limiter au contrôle des débits alimentaires. Elle doit s'occuper aussi de la distribution à ces différentes unités de la chaleur contenue dans les gaz de combus- tion ou fumées.
Si l'on considère en effet un générateur comprenant un surchauffeur de vapeur et un économiseur, qui travaille avec des consommations de vapeur variant du simple au double, dans lequel les chaleurs des fumées se répartissent entre les trois unités, d'accord avec leurs besoins, lorsque le générateur produitson maximum de vaporisation etqu'on suppose que la consommation de vapeur se réduise à la moitié, on comprendra que dans le nouveau régime rien ne serait changé si l'on pouvait réduire aussi de moitié les dimensions du générateur. Mais comme ces dimensions sont invariables, la surface de chauffe du vapo- risateur sera le double de celle nécessaire pour que l'eau absorbe la chaleur correspondant à son changement d'état physi- que, si l'on opère dans les mêmes conditions de température des fumées.
Pour réduire cette absorption de l'eau à la moitié, il faudrait donc abaisser considérablement la température moyenne des fumées dans le vaporisateur, et pour cela abaisser la tem- pérature de sortie, puisque la température initiale des fumées ne varie pas. Cette solution correspondrait à l'emploi dans le vaporisateur d'une partie excessive de la chaleur totale conte- nue dans les fumées.
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La chaleur contenue dans les fumées doit se répartir toujours dans la même proportion entre les trois unités, si l'on veut que l'eau sortant de l'économiseur maintienne une tempéra- ,hure constante. Pour obtenir ce résultat malgré les variations de consommation de vapeur, l'invention prévoit que deux courants de fumée sujets à réglages seront' déviés du courant principal avant que ce courant ait parcouru le circuit total du vaporisa- teur, ces courants secondaires étant dirigés directement l'un vers le surchauffeur, l'autre vers l'économiseur. Le but de ces courants est d'adapter les quantités de chaleur disponibles dans les courants de fumées pénétrant dans ces unités et leurs tempé- ratures aux besoins de ces unités dans les divers cas.
Enfin dans les générateurs qui comprennent en plus un surchauffeur d'air, un courant de fumées peut être dévié du cou- rant général vers ce réchauffeur en un point quelconque de son circuit à travers les trois unités de chauffage de l'eau ou de la vapeur.
Dans la pratique on pourra renoncer cependant souvent aux déviations des fumées vers l'économiseur et le réchauffeur d'air. On doit observer, en effet, que si par suite d'une dimi- nution de consommation de vapeur, les fumées du courant normal de chauffage de l'économiseur diminuent de température et ne contiennent pas assez de chaleur pour chauffer l'eau alimentaire à sa température normale d'opération, le vaporisateur sera appelé à compléter ce chauffage et à opérer par conséquent comme réchauf- feur ; ce qui, de fait, dans les générateurs à circulation forcée, divisera le vaporisateur en deux parties: la première constituée par le début des tubes qui reçoivent directement l'eau d'alimen- tation, opérant comme réchauffeur complémentaire; la seconde ré- alisant les opérations de vaporisation.
Comme les fumées chauffent en premier .lieu la première de ces deux parties, la seconde non seulement dispose d'une moindre superficie de chauffe que le vaporisateur total (d'autant moindre que par suite de la baisse de température des fumées chauffant l'économiseur 'eau d'ali- mentation pénètre plus froide dans le vaporisateur) mais aussi
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de fumées initialement moins chaudes (parce que refroidies par leur passage à travers la première partie de ce vaporisa- teur).
Chacune de ces deux conditions tend à réduire la pro- duction du vaporisateur, et par conséquent provoquer l'éta- blissement par le réglage d'une plus haute température des fumées à la sortie du vaporisateur afin de faire rendre à ce vaporisateur la même quantité de vapeurs, ce qui en défi- nitive représente une auto-compensation de l'irrégularité.
Par ailleurs la diminution du chauffage de l'air pro- voquée par la baisse de température des fumées qui chauffent ce réchauffeur entraîne la diminution de la température de combustion, et la température des fumées à leur entrée dans le vaporisateur. En compensation le réglage automatique doit éle- ver la température de ces fumées à la sortie de ce vaporisa- teur afin de maintenir la transmission de chaleur et produire la même quantité de vapeur. On trouve par conséquent dans ce cas aussi une auto-compensation de l'irrégularité.
Un troisième point de l'invention se réfère au moyen de contrôle qui remplace le niveau d'eau du bouilleur dans les générateurs à circulation forcée dépourvus de réserve d'eau.
Beaucoup de ces générateurs comprenent à la sortie du vaporisateur, un séparateur dans lequel la vapeur se dé- pouille de l'eau liquide qu'elle entraîne, avant de penétrer dans le surchauffeur.
L'invention prévoit que l'eau contenue dans ce sépa- rateur sera constamment épuisée par une pompe, dont le débit, proportionnel au débit de la pompe alimentaire d'eau représente l'excès d'eau que l'on désire maintenir à l'état liquide jus- qu'à la fin du trajet du fluide mixte eau-vapeur à travers les tubes du vaporisateur, et qui doit se retrouver par conséquent dans le séparateur.
Par conséquent, si l'alimentation d'eau est bien réglée, le niveau du liquide dans le séparateur doit se main- tenir constant. Les variations de ce niveau, qui traduisent donc des défauts de cette alimentation, se substituent dans
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l'invention aux variations du niveau d'eau du bouilleur comme moyen de réglage.
L'invention comprend enfin les appareils et disposi- tifs qui permettent de mettre en pratique Ces procédés.
Aux dessins ci-joints :
La figure 1 représente schématiquement une installa- tion d'application générale de l'invention.
La figure 2 représente le mécanisme de contrôle de l'invention, dans son application au réglage effectué d'après la variation du niveau d'eau du séparateur.
La figure 3 représente le même mécanisme de contrôle, dans son application au réglage effectué d'après la variation de la pression de la vapeur du genérateur.
La figure 4 représente les détails d'un exemple de réglage de la distribution des fumées suivant l'invention.
La figure 5 représente une seconde application géné- rale de l'invention à la régulation totale du générateur.
Et la figure 6 représente l'application du-mécanisme de contrôle de l'invention aux générateurs comprenant un bouilleur.
Dans la figure 1 le brûleur ou four est désigné par la lettre Q. La première partie de la surface de chauffe cor- respondant au vaporisateur est désignée par la lettre V; la seconde partie correspondant au surchauffeur est désignée par la lettre R ; la troisième partie correspondant à l'économiseur est désignée par la lettre E ; enfin CA désigne le réchauffeur de l'air de combustion. Une partie des fumées qui normalement devrait chauffer le vaporisateur v sur toute sa longueur, est déviée en P directement vers le surchauffeur R.
Cette déviation est contrôlée par la valve C; cette valve est manoeuvrée par le mécanisme!!! qui, à son tour, est contrôlé par le pyromètre électrique Te en fonction de la tem- pérature de la vapeur surchauffée de façon à maintenir cette température constante. Une seconde partie des fumées destinées
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à chauffer le vaporisateur V dans toute sa longueur est déviée en P' directement vers l'économiseur E. Le débit de ce courant dérivé est réglé par la valve C' que contrôle le mécanisme m' qui est contrôlé à son tour par le thermomètre électrique Te', en accord avec la température de sortie de l'eau de l'économi- seur de façon à maintenir cette température constante.
Les alimentations du générateur s'effectuent en uti- lisant un seul moteur, la turbine T qui, au moyen du réducteur de vitesse RT, actionne la pompe d'alimentation d'eau BW, l'ap- pareil d'extraction d'eau du séparateur Br, dont la sortie est reliée au vase Tw qui foulait l'eau d'alimentation de la pompe BW, la pompe de pétrole BP, et le ventilateur d'air VA. La pompe de pétrole envoie le pétiole au brûleur Q. par le tube Pe, et le ventilateur envoie l'air au mine brûleur par le tube A et à tra- vers le réchauffeur CA.
Dans la pratique, divers dispositifs peuvent être uti- lisés pour la chauffe et pour l'alimentation en éléments de combustion; mais ces dispositifs n'ont pas été représentés dans la figure, aussi bien parce que l'invention s'applique à tous ces divers cas, que parce que ces dispositifs sont indépendants de l' invention.
On fait observer que le pétrole prévu comme combustible peut être remplacé, par exemple, par du charbon pulvérisé, dont les appareils producteurs et transporteurs seraient mûs, comme la pompe de pétrole de la figure qu'ils remplaceraient, par le moteur commun à toutes les alimentations actionnant le réduc- teur RT.
Ce mouvement général créé par la turbine T, moteur des courants primitifs de toutes les alimentations, est réglé en fonction de la pression de la vapeur dans le séparateur au moyen du manomètre M et du mécanisme Mr qui, à son tour contrôle les mouvements du moteur Z qui agitsur la valve v d'entrée de la vapeur dans la turbine motrice T.
Suivant la figure 1, les débits originaux des courants d'alimentation des éléments de combustion constituent les débits
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définitifs ; mais le débit primitif du courant d'alimentation d'eau se modifie pour s'adapter, en relation avec les débits des courants d'alimentation des éléments de combustion, au rendement du générateur qui est variable. A cet effet une valve permet le retour au vase TW d'une partie de l'eau pompée ; le réglage de ce retour se réalise en vertu des variations du niveau d'eau dans le séparateur au moyen du niveau N qui ac- tionne le mécanisme de contrôle Nr qui, à son tour.règle le passage du courant électrique reçu par le moteur Z' commandant les mouvements de la valve w.
Afin de prévoir la possibilité d'un grand excès d'eau dans la vapeur, un trop plein permet d'évacuer par la tuyauterie D et le purgeur Tr tout excès d'eau au-dessus du niveau de ce trop-plein.
Le générateur fonctionne de la façon suivante : L'eaù pompée du vase TW par la pompe BW à travers la tuyauterie Wa est conduite par le tube W à l'économiseur E. Dans ce chemin l'excès d'eau pompé est dérivé du courant primitif par la valve w qui est actionnée par les variations du niveau de la pompe. Le courant final d'eau d'alimentation traverse l'écomomiseur E d'où il est conduit par le tube We à l'entrée du vaporisateur V. Dans ce vaporisateur l'eau est transformée en vapeur saturée qui conserve une faible proportion d'eau liquide, laquelle est séparée dans le purgeur centrifuge S contenu dans le séparateur H.
L'eau extraite par ce purgeur S alimente le séparateur H ; etpar ailleurs l'extracteur BR ex- trait de ce séparateur la quantité d'eau qui représente à chaque moment la proportion d'eau d'alimentation qui doit être mainte- nue dans la vapeur ; sorte que les variations du niveau d'eau du séparateur H mesurent les différences entre l'eau réellement contenue dans la vapeur et celle qu'on désirait qu'elle contienne.
A la'sortie du purgeur S, la vapeur entre dans le sur- chauffeur R ; et à la sortie de ce surchauffeur elle est déli- vrée aux appareils qui la consomment.
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Les éléments de combustion, par ailleurs, après avoir traversé le brûleur Q où ils se transforment en fumées, sont appliqués aux chauffages successifs du vaporisateur, du sur- chauffeur, de l'économiseur et du réchauffeur d'air. Cependant une partie de ces gaz est déviée, au point P, du circuit du vaporisateur et amenée directemeht vers le surchauffeur. Elle apporte à cette unité la chaleur nécessaire pour élever au niveau désiré la température de surchauffe de la vapeur du générateur. Une autre portion du même courant est déviée au point P' du circuit du vaporisateur et amenée directement à l'économiseur. lle apporte à cette unité la chaleur nécessaire pour élever la température de l'eau d'alimentation au niveau désiré, avant son entrée dans le vaporisateur.
Dans la figure 5 les dispositions générales sont les mêmes que dans la figure 1, sauf les variations suivantes :
Le réglage complémentaire du débit primitif de l'eau d'alimentation est remplacé par un reglage complementaire des débits originaux des courants des éléments de combustion. Ce réglage complémentaire a pour but d'ajuster la proportion existant entre les débits alimentaires des éléments de combus- tion, d'une part, etde l'eau d'autre part, au rendement du gené- rateur à chaque instant. Il peut s'opérer, comme il a été dit, soit que l'on agisse sur le débit primitif de l'eau, soit que l'on agisse sur les débits primitifs des éléments de combustion.
La figure 5 représente le cas du réglage complémentaire effectué sur les débits primitifs des éléments de combustion. Ce réglage complémentaire est réalisé par deux facteurs distincts.
Le premier de ces facteurs reflète l'importance de la production de vapeur du générateur. A une production de vapeur déterminée correspond un renderr.ent déterminé quand les autres conditions d'opérations demeurent invariables. Par suite la correction que l'on doit apporter, soit au débit primitifde l'eau alimentaire, soit aux débits primitifs des éléments de combustion, suivant qu'on opère sur l'un ou l'autre de ces groupes pour adapter leur proportion mutuelle au rendement du générateur, est sensiblement
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la même chaque fois que le niveau de la production passe par le même point.
Par conséquent on peut utiliser le mécanisme Mr ,,,actionné par ce niveau comme moyen de réglage de ces corrections, de la même façon qu'on l'emploie pour régler la vitesse de la turbine qui pruduit le mouvement générateur des courants d'ali- mentation primitifs.
Cette correction réalisée sur le courant primitif de pétrole par le mécanisme m'p et sur le courant primitif d'air par le mécanisme Na pourrait agir seule, mais pour tenir compte de certains facteurs impondérables corme les variations d'humi- dité de l'air, l'encrassement plus ou moins grand des tubes du générateur, etc... cette régulation peut avantageusement se compléter par un autre réglage réalisé au moyen du niveau de l'eau dans le bouilleur ou dans le séparateur de façon à main- tenir ce niveau constant.
Ce second réglage se réalise sur le courant d'alimenta- tion du pétrole par le mécanisme mp et sur le courant d'air par le mécanisme m'a. La même façon d'opérer que celle qui vient d'être décrite pour le cas du réglage complémentaire des courants d'alimentation des éléments de combustion en relation avec la figure 5, peut être appliquée, dans le cas de la figure 1, au réglage complémentaire du courant primitif d'eau d'alimentation.
Ce réglage, fait dans le même but d'ajuster la proportion entre le débit de ce courant d'eau et les débits des courants des élé- ments de combustion d'après le rendementdu générateur à chaque instant, pourrait aussi s'effectuer moyennant deux opérations commandées par les deùx mêmes facteurs de réglage: soit, d'une part, la pression du générateur qui contrôle la génération de tous les courants alimentaires et, d'autre part, le niveau d'eau dans le séparateur.
Le premier de ces réglages répondant à une variation de la consommation de vapeur, réglerait automatiquement les courants alimentaires primitifs de combustible et de comburant correspondant à la nouvelle consommation et en même temps l'ali- mentation d'eau correspondant au rendement correspondant à cette
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nouvelle consommation. Le second réglage apporterait et corri- gerait les défauts secondaires subsistant dans les courants d'alimentation après l'application du premier réglage complé- mentaire à ces courants. Ce second réglage serait actionné par les manifestations de ces propres defauts.
Revenant à la figure 5, les dérivations des fuméesen P et P', qui doivent régler les quantités de chaleur disponibles pour le surchauffeur et l'économiseur d'après les besoins de ces unités, y sont aussi contrôlée partiellement par le mécanisme Mr de façon à obtenir automatiquement par ce premier réglage l'ouverture qui correspond à l'état normal de régime du gêné- rateur correspondant à sa production au même moment, soit à la vitesse du moteur qui engendre ses courants d'alimentation.
Théoriquement, à cet état normal correspond une déviation appro- priée déterminée pour chacun des volets C et Cl; et par consé- quent le réglage opéré par le mécanisme Mr doit automatiquement apporter à l'ouverture de ces volets un premier reglage qui constitue une approximation très approchée de la solution appro- priée. on pourrait se limiter à ce réglage; mais pour tenir compte des facteurs secondaires, on peut le compléter par un second réglage qui peut porter sur le même volet que la première, ou agir séparément;, et qui est contrôlé d'après les défauts ob- servés dans les résultats obtenus, soit par les variations res pectives relativement à la température normale, des températures de la vapeur surchauffée et de l'eau sortant de l'économiseur.
Dans la figure le réglage effectué par le mécanisme Mr se trans- met au volet C au moyen du mécanisme'm' et au volet C1 au moyen du mécanisme m2.
Le réglage définitif du volet C est contrôlé par le mécanisme m qui est commandé par un thermomètre Te qui enregistre les variations de température de la vapeur surchauffée.produite.
Le réglage définitif du volet C1 est contrôlé par un thermomè- tre Te' qui, enregistre les variations de température de l'eau d'alimentation à sa sortie de l'économiseur, au moyen du méca- ni sme J'il'.
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Le surchauffeur R est divisé en deux parties par la parpi I. La partie de droite est continuellement chauffée par le courant normal des fumées, tandis que la partie gauche est chauffée par les fumées dérivées en P, unies à une plus ou moins grande portion des fumées normales.
Ce dispositif permet de maintenir, durant une partie du chauffage qu'elles réalisent, les fumées dérivées à une température plus élevée que si elles se mélangeaient à la tota- lité du courant normal, ce qui accroît la transmission de cha- leur dans la partie correspondante du réchauffeur.
Le même dispositif est appliqué au chauffage du sur- chauffeur.
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La figure 4 représente des dispositifs applicables à la distribution des fumées dans le cas d'un générateur compre- nant surchauffeur, économiseur et réchauffeur d'air, de façon à maintenir constante la partie aliquote de la chaleur totale des fumées appliquée à chacune de ces unités, quelle que soit la consommation de vapeur.
V représente dans cette figure le vaporisateur, R le surchauffeur, E l'économiseur et Ca le réchauffeur d'air. Une extraction des fumées destinées normalement au chauffage du vaporisateur s'effectue par le conduit P qui passe au-dessous de la paroi F et se divise en trois branches: pr qui débouche dans le surchauffeur, Pe qui débouche dans l'économiseur, et pe qui débouche dans le réchauffeur d'air.
Le surchauffeur est divisé en 4 sections, indépendan- tes les unes des autres en relation avec leur chauffage, sépa- rées par les parois 11 12 et 13
L'entrée du courant normal de fumées qui provient du vaporisateur V, comme l'entrée du courant dévié qui provient du conduit Pr, dans chacune de ces sections sont contrôlées par les volets Cl, C2, C3 et C4 qui, lorsqu'ils diminuent l'entrée d'un de ces courants, augmentent en même temps l'en- trée de l'autre courant.
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Le réglage agit sur le moteur mR qui, à son tour, fait mouvoir verticalement une crémaillère. Quand cette cré- maillère se place dans sa position la plus haute, tous les volets occupent la position que dans la figure occupent les volets C2 et C4, c'est-à-dire ferment totalement le passage des fumées provenant du conduit Pr et ouvrent totalement les entréesdu courant normal de chauffage.
Quand la crémaillère baisse, elle entre en premier lieu en contact avec le pignon qui commande le mouvement du volet C1 et provoque le mouvement de ce pignon qui entraîne le volet, ouvrant progressivement l'entrée correspondante des fumées déviées du conduit Pr et fermant progressivement l'en- trée correspondante du courant normal de fumées. La crémaillère est calculée de façon à ce que, lorsque cette fermeture est complète, elle se dégage du pignon du volet C1 et est sur le point d'entrer en contact avec le pignon du volet C2 De cette façon, au fur età mesureque le réglage opère pour augmenter la quantité des fumées déviées appliquées au surchauffeur à mesure que la crémaillère descend, la quantité de volets ouverts à ces fumées va en augmentât de haut en bas.
L'opéra- tion inverse se réalise quand le réglage fait remonter la cré- maillère.
Les volets C1 sont construits de façon à ce qu'en vertu de leur propre poids, leurs deux positions extrêmes d'ouverture ou de fermeture correspondent à un équilibre stable.
Les fumées déviées vers l'économiseur sont conduites à cet économiseur par le conduit Pe et leur entrée dans cet économiseur est contrôlée par le volet d'
La figure prévoit l'emploi, dans ce réglage, des dispositifs représentés dans la figure 5 pour le même cas, et qui ont éte décrits. Et la figure prévoit qu'opère de la même façon le réglage des fumées déviées par le conduit Pe à leur entrée dans le réchauffeur d'air,qui est contrôlé par le volet e.
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Bien entendu on pourrait appliquer à ces deux cas un dispositif semblable à celui décrit pour le surchauffeur
La figure 2 représente un régulateur susceptible de s'appliquer, aussi bien au réglage contrôlé par les variations de pression du générateur qu'au réglage contrôlé par le niveau d'eau dans le séparateur. Dans la figure 2 ce régulateur est représenté dans son application au réglage contrôlé par le niveau d'eau du séparateur.
Les mouvements de la valve régulatrice sont provoqués par un moteur électrique comme il a été dit précédemment. Le régulateur doit donc établir les courants qui mettront en marche ou arrêteront ce moteur de façon à produire ses mouve- ments dans le sens approprié à la rectification.des défauts observés ou à les annuler.
Ces résultats s'obtiennent dans le régulateur de la figure 2 de la façon suivante :
H désigne dans cette figure le séparateur d'eau. Le niveau appliqué à l'a régulation est un niveau de mercure à une seule branche Rs.. Cette branche est inclinée pour augmenter la sensibilité du niveau, et le tube Rs est de faible diamètre.
La partie supérieure de ce tube est remplie d'eau condensée dont le niveau supérieur est invariable, parce que ce tube, prolongé en ligne brisée par le tube Y, débouche dans la boite Z plus ample dans laquelle se verse continuellement la conden- sation provoquée par le refroidissement par l'air du tube Co, et qu'à son tour le trop plein de la boite se verse dans le séparateur. La boiteZ est de dimension suffisante pour qu'une variation relativement brusque du niveau d'eau dans le sépara- teur n'affecte pas pratiquement son niveau.
Une variation du niveau d'eau du séparateur provoque une variation parallèle du niveau du mercure dans le tube Rs, qui se traduit par une différence de la-conductibilité du tube Rs. Rs est un tube relativement peu conducteur de l'électricité.
Le courant électrique provenant de la ligne 2 entre dans le tube Rs par b et en sort par son extrémité opposée a ; là
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se dirige à l'extrémité supérieure A de l'appareil AEFCB, descend dans cet appareil de A à B, travers une résistance . électrique r contenue dans le tube C à la partie inférieure du tube C, et sort en B par la ligne 1.
Quand le niveau d'eau au séparateur s'élève, le niveau du mercure du tube Rs s'élève aussi;la résistance de ce tube diminue ; le courant qui traverse le circuit "2b a ABl augmente, et par conséquent la chaleur produite par le passage de ce cou- rant dans la résistance r augmente aussi.
Le tube C qui contient la résistance r est isolé inté- rieurement et est rempli d'un fluide comme du chlorure de méthyle, par exemple, susceptible de s'évaporer par suite du chauffage produit par le courant qui traverse la résistance r Normalement, le fluide occupe à l'état liquide la partie inférieure du tube C où se trouve la résistance r et la partie supérieure de ce tube est remplie de vapeurs du même fluide.
Un serpentin E est relié à sa partie supérieure et inférieure au tube C, cette partie inférieure débouchant dans le tube C approximativement à la hauteur de la partie supérieure de la résistance r Ce serpentin est compris dans une boite extérieure au tube C, F, qui est constamment refroidie par un courant d'eau qui pénètre par Wa et sort par Wi. Ce courant d'eau condense le fluide évaporé par la chaleur que dégage la résistance i, dans le tube C. Plus est grande l'intensité du courant qui traverse la résistance r, plus grande est aussi la production de vapeur et plus grande est la différence de température qui doit exister entre cette vapeur et l'eau froide de la caisse F pour qu'elle soit totalement conden- sée.
Cette augmentation de température de la vapeur correspond à une augmentation de sa pression; et, en définitive, à une inten- sité déterminée du courant traversant la résistance r soit à une hauteur déterminée du niveau d'eau dans le séparateur, cor- respond une pression déterminée dans le tube C.
En définitive l'appareil AEFCB qui vient d'être décrit fait correspondre au niveau d'eau du séparateur, où la colonne de mercure du niveau Rs, une pression dans le tube C.
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Les différences de pression du tube C peuvent être supérieures aux différences de niveau du mercure dans le tube Rs, et même aux différences de niveau du-niveau de l'eau dans le ' séparateur. L'appareil doit donc être considéré comme un ampli- ficateur qui transforme les différences de niveau en différences de pression à une échelle plus élevée.
Voyons maintenant comment cette pression effectue le réglage.
La pression s'exerce, à travers la chambre G et le tube I rempli d'huile ou d'eau, sur une colonne de mercure con- tenue dans le tube J. Le tube J est un tube en U qui porte une ramification L parallèle aux deux branches de l'U. Un second tube symétrique du précédent, M lui est reliepar un troisième tube en U inversé K dont les branches prolongent J et M, formant une boucle. Entre les tubes et M et le tube K, sont placées des boites Xb et Xa dans lesquelles débouchent également les ramifications 0 et L de ces tubes.
Maissi lescommunications destubes J, M etK sont libres avec les boites Xa et Xb, les entrées dans ces boites des tubes L et 0 sont contrôlées par des clapets de retenue Q et
Q' qui permettent le passage du fluide des boites aux tubes, mais empêchent les mouvements inverses.
Les tubes J et M sont normalement remplis de mercure jusqu'à leurs débouchés supérieurs d'entrée dans les boites Xb et Xa mais ces boites et le tube K sont pleins d'un autre liquide mauvais conducteur de l'électricité, pétrole lampant ou eau distillée par exemple. Il en résulte que quand la pres- sion s'élève dans G, la colonne de mercure de la branche droite du tube J monte sr pendant que la colonne de mercure de la bran- che gauche du tube M s'abaisse, ce mouvement étant limité p ar la contre-pression qu'il provoque dans la branche droite du tube M qui est prolongée par le tube T que remplit un liquide formant contre-poids, ou de l'air comprimé.
Le mouvement du mercure du tube J qui répond à une hausse de pression dans G met ce mercure en contact avec l'élec-
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trode Pb et ferme le circuit 2-2' pb-1-sb-1' Si la pression continue à monter,le niveau du mercure en J se maintient ainsi que le contact de ce mercure avec l'électrode Pb et par consé- quent la fermeture de son circuit, tandis que le trop plein se déverse dans le fond de la boite Xb, d'où il est évacué par le clapet Q qui le condui dans la branche 0 du tube M provoquant l'élévation du mercure dans la branche droite de ce tube, ce qui tend à rétablirl'équilibre.
Si au contraire la pression baisse en G, le mercure du bras gauche du tube M s'élève et tend à déborder dans la caisse xa vans ce mouvement il entre en contact avec l'électrode Pa et le circuit2-2-Pa-Sa-1 se ferme. Si la pression de G con- tinue baissant, le mercure contenu dans le tube M déborde de son bras gauche et se verse dans la caisse Xa; de là il passe dans le tube L à travers du clapet Q, et en définitive augmente la colonne de mercure de la branche gauche du tube J, soit du tube I.
Bien étendu, la quantité de fluide léger du tube K et la position des électrodes Pa et Pa sont combinées de façon à ce que ces électrodes ne puissent pas être maintenues simulta- nément au contact du mercure.
Le mercure des deux tubes, qui sont métalliques comme le tube K, est maintenu constamment en contact, par la prise de courant 2' et par ces mêmes tubes, avec la ligne électrique 2. L'électrode Pa est isolée électriquement de ces tubes et est reliee par la ligne K et le solenoïde Sa avec la ligne 1. L'é- lectrode Pb, qui est également isolée des tubes métalliques K, o et J, est reliée par la ligne U à travers le solénoïde Sb avec la ligne 1.
Par conséquent, quand la pression de 0 monte répondant à une augmentation du niveau d'eau dans le sépara- teur, le mercure entre en contact avec l'électrode Pb et le courant s'établitt dans le solénoide Sb; ce adénoïde provoque à son tour la fermeture du circuitélectrique : "ligne 2-inter- rupteur Ib-ligne 2b qui alimente le moteur qui contrôle les mouvements de la valve régulatrice de l'alimentation d'eau et
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le met en marche dans le sens qui lui fait fermer progressive- ment cette valve.
Quand au contraire la pression en G diminue et que l'électrode Pa entre en contact avec le mercure, le solénoïde Sa entre en action et ferme le contact 1a établis- sant le courant dans le circuitqui comprend "la ligne 2, l'interrupteur 1a la ligne 2a et qui se poursuit à travers le moteur, constituant le circuit qui le fait fonctionner dans le sens d'ouverture progressive de la valve régulatrice de l'ali- mentation d'eau.
Par conséquent, en vertu des dispositifs décrits, quand le niveau de l'eau augmente dans le séparateur, le réglage agira en réduisant l'ouverture de la valve d'admission d'eau; et au contraire une baisse de ce niveau d'eau se traduira dans le réglage par une augmentation de l'ouverture de cette valve.
La forme de l'appareil de réglage donnée ici à titre d'exemple est susceptible de modification de forme sans sortir de l'invention. Les tubes, par exemple, J, K, M peuvent, à la suite les uns des autres,faire partie d'une spirale de serpen- tin, les boites avec leurs électrodes et leurs clapets étant reliées de la même façon aux mêmes niveaux.
La figure'3 représente l'application du même mécanisme de contrôle au régisse réalisé au moyen de la pression du géné- rateur.
Dans cette figure, H désigne le séparateur de l'eau contenue dans la vapeur produite par le vaporisateur qu'extrait
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14L- , u,4- ..f le séparateur centrifuge S. Le réglage as# fonction du niveau d'eau se réalise ar un niveau à fluides multiples du type pro- %",. 1. wi '"' tégé par le breve 66.I96 antérieur, dans lequel le fluide 'ï tégé par breve (866.196 antérieur, dans lequel fluide 1-7 indicateur est du mercure se déplaçant dans un tube capillaire, N, légèrement incliné sur l'horizontale. Le courant qui traverse ce tube Ni, entre par son extrémité a et sort par sa seconde extrémité b. Son intensité varie suivant la pénétration du mer- cure dans le tube, soit, en définitive, suivant la hauteur d'eau dans le séparateur.Il agit sous la forme décrite ci-dessus.
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Les variations de pression qui opèrent le réglage sont enregistrées par un manomètre à air comprimé qui comprend un récipient d'air comprimé 0 et une colonne de mercure divisée en deux parties; la partie supérieure T et l'inférieure J. La pres- sion de la chaudière agit sur cette partie inférieure J de la colonne de mercure à travers la colonne d'eau condensée M et la colonne de fluide intermédiaire I, cette dernière pouvant se supprimer si l'on désire simplifier l'appareil.
Dans le cas présent l'amplificateur de pression, cons- titué par le tube C et la caisse E dans la figure 2, est inutile et a été supprimé, les variations de pression étant suffisantes pour opérer directement, tandis que les variations du niveau d'eau, si elles opéraient directement, se traduiraient dans le réglage d'une façon beaucoup moins sensible parce qu'elles repré- sentent des variations de pression beaucoup moindres.
Les deux colonnes de mercure du manomètre, T et J, opè- rent donc comme les tubes J e t M de la figure 2. Le tube en U inversé K de la figure 2 est remplacé dans la figure 3 par les deux branches droites Kb et Ka qui se reunissent à leur partie supérieure et qui débouchent à leur base dans les boites Xb et Xa. de même ce tube en V comme ces deux boites sont totale-- ment remplis d'un liquide mauvais conducteur de l'électricité.
La colonne supérieure pénètre librement dans la partie droite
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de la boite Xb où elle débouche en face de l'électrode Pb, , ¯g' /)JL lv-'- w.-.J.- l'<-(, tandis qu'à son entrée dans la partie droite Xa est contrôlée par un clapet oa La colonne inférieure pénètre librement dans la partie gauche de la boite xa où elle débouche en face de l'électrode pa, tandis que son entrée dans la partie gauche de la boite Xb est contrôlée par un clapet Qb. Les opérations de cette partie de l'appareil se réalisent sous la forme décri te pour la figure 2.
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=,. , Les circuits électriques qui alimentent le moteur qui ' ¯¯ -¯fg é"j >1e*À- \M<-""'''1 7 provoque les mouvements des valves régulatricescomme dans la figure 2, mais chacun d'eux est complété par un second interrup- teur qui évite toute manoeuvre incorrecte du dispositif.
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Une paire de ces interrupteurs commandant le sens de rotation du moteur, les autres interrupteurs respectivement en série avec ceux-ci commandant la mise en marche du moteur ' suivant que la pression atteint un maximum ou *un minin-um déter- miné.
Par exemple le circuit: "ligne 2-interrupteur Ia- interrupteur l'a-ligne 2a" qui se prolonge à travers du moteur, et dont le courant provoque le mouvement de ce moteur dans le sens de la réduction des courants alimentaires des éléments de combustion, exige pour entrer en opération, non seulement que le contact soit établi dans l'interrupteur Ia, c'est-à-dire que la pression du générateur varie d'une façon ascendante, mais aussi que le contact soit établi dans l'interrupteur l'a. Cette seconde condition représentant l'existence d'une pression du générateur supérieure à une pression déterminée adoptée comme pression normale.
La pression normale a pour limites supérieu- re et inférieure respectivement celles correspondant aux élec-- trodes Va et Vb qui, dans la figure, sont très rapprochées, mais qui peuvent être relativement éloignées lorsqu'on veut donner une marge importante à cette pression normale. Quand la pression monte au-dessus de sa limite supérieure, le mercure du manomètre entre en contact avec l'électrode Va et le circuit : ligne 2-2'-mercure-Va-solénoide Sd-ligne 1" se ferme etle solénolde Sd agit établi ssant le contact dans l'interrupteur l'a.
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Il Par conséquent le réglage n'agit sur les courants alimentaires de r- générateur ,,,,u,- 1 façon à réduire la pression du/qu'autant que cette pression soit excessive et qu'ellecontinue de monter.
De la même façon, pour que le circuit : 2- interrupteur Ib-interrupteur l'b-ligne 2b" qui se prolonge à travers du moteur, et dont le courant provoque le mouvement de ce moteur dans le sens d'accroissement des courants alimentaires des éléments de combustion, se ferme, il faut, non seulement que le mercure de la colonne supérieure T entre en contact avec l'é- lectrode Pb, ce qui démontre que la pression baisse ;
mais aussi que le mercure du manomètre ait perdu le contact avec l'électro-
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de Vb (ce qui démontre que la pression du générateur est plus basse que la limite inférieure de la pression normale) et maintient pour cette raison le contact dans l'interrupteur 1'b
La figure 3 représente un cas spécial où la pression normale du générateur varie entre deux limites Va et vb extrêmement rapprochées.
Dans la plupart des cas, cette marge devra être aug- mentée. Si nous considérons par exemple le cas d'un générateur alimentant une machine à vapeur, l'intermittence de l'absorp- tion de vapeur par cette machine provoque un régime de pression variable indépendamment des opérations du générateur. Il est donc convenable que les variations de pression provoquées par les intermittences de la consommation n'agissent pas sur le réglage
On obtient ce résultat en éloignant l'une de l'autre les électrodes Va et Vb , de façon à ce que la marge comprise entre les deux, qui représente l'oscillation autorisée pour la pression de vapeur, englobe l'amplitude maximum qui peut être provoquée par l'intermittence de la consommation.
La figure 6 représente l'application du même mécanisme de régulation à un générateur de vapeur qui comprend un bouil- leur.
Le problème du réglage des générateurs qui comprennent un bouilleur est, en ce qui concerne l'alimentation d'eau, dis- tinct du problème des générateurs dépourvus de bouilleurs. Dans ces derniers le réglage s'opère de façon à ce que l'eau injec- tée corresponde aux éléments de combustion injectés en même temps, de façon à ce que, saufla faible partie d'eau entraînée que l'on désire maintenir mêlee à la vapeur comme minimum d'hu- midité à la sortie du vaporisateur, la quantité de chaleur dis- ponible pour le vaporisateur corresponde exactement à la quanti- te d'eau injectée. Dans les générateurs pourvus d'un bouilleur le problème est différent.
Quoiqu'il puisse convenir générale- ment d'équilibrer l'entrée d'eau avec sa sortie sous forme de
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vapeur ; si en vertu de déséquilibres antérieurs les réserves d'eau ont subi de grandes variations par rapport à leur valeur normale et si en même temps l'on note un nouveau déséquilibre ' entre l'entrée d'eau et la sortie de vapeur qui tend à rétablir la valeur normale de ces réserves, ce déséquilibre doit se main- tenir puisqu'il reconstitue les réserves, mais il ne doit pas s'augmenter parce que par lui-même il représente un défaut de marche qu'il faudra corriger dès que les réserves d'eau seront redevenues normales.
Ceci signifie que si dans les générateurs
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à circulation forcée, le réglage opére par le niveau d'eau du séparateur doit agir dès que les variations de ce niveau signalent un excès ou un manque d'alimentation d'eau en relation avec les éléments de combustion; dans les générateurs pourvus d'un bouil- leur il faut exiger pour faire entrer en action ce réglage, non seulement qu'il existe un déséquilibre entre l'alimentation d'eau et les alimentations des éléments de combustion, mais aussi que ce déséquilibre n'opère pas comme rectificateur d'un excès ou d'un manque d'eau du boui-lleur.
Pour cette raison la figure 6 comprend deux électrodes complémentaires, Va'et vb, qui opèrent , comme les électrodes de même nom de la figure 3, soit en limitant les opérations de réglage destinées à corriger un déséquilibre signalé par la variation du niveau d'eau du bouilleur au cas où existe un déséquilibre parallèle entre ce niveau et ses normes.
Ces électrodes peuvent être disposées de façon à pouvoir entrer en contact:'soit avec l'extrémité supérieure de la colonne de mercure de la branche droite du tube en U, M, soit avec l'extré- mité supérieure de la colonne de mercure de la branche gauche du tube en U, J ; puisquel'un et l'autre de ces niveaux de mercure traduit la valeur de la pression dans la boite G, soit en défi- nitive la hauteur du niveau d'eau du bouilleur.
Dans la figure, Va et Vb ont été réglés de façon à entrer en contact avec le mercure de la branche droite du tube M.
L'électrode Vb se situe à une hauteur telle que quand le mercure
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entre en contact avec elle, l'eau du bouilleur atteint un niveau excessif. Quand cette situation se produit le czrcuit : "ligne
2-2'-tube K-tube M-mercure-électrode Vb-solénotde Sd-ligne 1" se ferme, le solénoïde Sd produit le contact dans l'interrupteur
1'b et ferme le circuit : "ligne 2-interrupteur I'-interrupteur
1'b-ligne 2b-monteur-ligne 1" de façon à réaliser un réglage compensateur de l'excès d'alimentation d'eau.
L'électrode va à son tour, occupe une position telle que quand le mercure baissant dans la branche droite du tube M perd le contact de cette électrode, le niveau d'eau du bouilleur est devenu trop bas. Alors le circuit électrique: "ligne 2-2'- tubes K et M-mercure-électrode Va-solénoide Sc-ligne 1" s'ouvre et le courant du solénoide sc s'arrête; le contact s'établit dans l'interrupteur l'a et le circuit électrique : "ligne 2- interrupteur la-ligne 2'a-interrupteur l'a-ligne 2a-moteur- ligne 1" se ferme et commande le moteur de façon à ce qu'il réa- lise un réglage compensateur d'un manque d'eau d'alimentation.
En définitive les dispositifs décrets permettent que le réglage agisse dès qu'un déséquilibre dans l'alimentation d'eau est signalé par les variations du niveau d'eau du bouilleur si ce déséquilibre n'évolue pas dans le sens tendant à corriger l'é- cart entre ce niveau et le niveau normal.
En définitive l'invention a pour but de résoudre les problèmes du réglage des générateurs comprenant plusieurs étages, en appliquant à ce réglage les méthodes précédemment décrites et protégées qui s'appliquent aux générateurs de vapeur saturée.
Dans l'un et l'autre de ces cas, il faut adapter à chaque instant l'importance des alimentations d'eau et des éle- n,ents de combustion aux besoins du générateur, qui varient ; eten ce qui concerne cette partie du problème, les méthodes appli- cables sont les mêmes pour ces deux classes de générateurs et obéissent aux principes suivants :
1 - Emploi comme facteurs de régulation, uniquement le niveau de l'eau dans le bouilleur et la pression du générateur.
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20- Production simultanée des courants d'alimentation primitifs dont on maintient les proportions mutuelles constan- tes, en réglant les débits de ces courants en vertu des varia- tions d'un des facteurs signalés dans (1) ; et adaptation au rendement du générateur à chaque instant de la proportion mu- tuelle des débits finals de ces courants ; ceréglage se réali- sant : soit en agissant sur le débit original de l'eau seulement, soit en agissant simultanément sur les débits de combustible et ' d'air, et en maintenant invariable le débit primitif d'eau.
30- L'application au second réglage prévu suivant (2) d'un réglage opéré en vertu de la vitesse du mouvement des appa- reils produisant les débits primitifs, ou du facteur appliqué au réglage de cette vitesse, afin de donner aux débits modifiés de cette façon une première approximation de leur débit finalce qui facilite et réduit le second réglage prévu suivant (2).
4 - Réalisation du réglage de telle façon qu'un défaut observé dans un des facteurs de réglage ne se corrige que si ses variations démontrent que ce défaut ne tend pas à diminuer.
Cependant, le réglage des générateurs à circulation forcée, et en général le réglage degénérateurs comprenant diver- ses unités, présente un autre problème. Ce réglage ne doit pas se limiter à pourvoir, à chaque instant, en plus de l'eau qui rempla- ce la vapeur produite, la chaleur nécessaire pour réaliser les opérations du générateur moyennant l'ajustement approprié des débits des courants des éléments de combustion. Il faut en plus que cette chaleur soit absorbée par le vaporisateur, le surchauf- feur, l'économiseur et le réchauffeur d'air proportionnellement aux besoins des fonctions qu'ils doivent réaliser.
Et pour que ces absorptions se réalisent précisément dans ces proportions, il faut approprier la température des fumées chauffantes à l'en- trée de chacune de cesunités de façon à,permettre la transmis- sion de chaleur entre ces fumées chauffantes et le fluide chauffé dans cette unité qui réponde exactement aux besoins de ce chauf- fage. Si cette condition ne se réalise pas et que la chaleur totale reçue des éléments de combustion n'est pas absorbée par
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fractions aliquotes fixes dans les unités successives par le fluide chauffé, il sera impossible que chacune de ces unités réalise efficacement la fonction qui lui correspond.
Dans les générateurs dépourvus de séparateurs d'eau à la sortie du vaporisateur, les générateurs du type Benson par exemple, l'absence de reglage des températures des fumées fait varier le point où se termine la vaporisation totale de l'eau.
La rétrogradation de ce'point provoque divers inconvénients.
L'absence de ce même réglage dans les genérateurs à plusieurs étages qui comprennent un bouilleur, provoque des différences dans la température de la vapeur surchauffée
Cette invention a pour but de résoudre tous les pro- blèmes du réglage automatique des générateurs de vapeur, per- mettant que l'eau injectée compense exactement la vapeur dépen- sée avec un léger excès établi à volonté de l'opérateur afin de maintenir la vapeur humide jusqu*à sa sortie du vaporisateur, que les alimentations des éléments de combustion répondent exac- tement aux besoins de chauffage du générateur et que, aussi bien la pression que la température de la vapeur produite se maintien- nent fixes.
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- BE\T1!.NDICATIONS - d- gaz
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