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Ministère des Affaires Economiques et des Classes Moyennes ROYAUME DE BELGIQUE
Direction Générale de l'Industrie et du Commerce,.j*?
Administration du Commerce ssBEe
Service de la Propriété Industrielle et Commerciale \S
N 480. 560
LE MINISTRE DES AFFAIRES ECONOMIQUES ET DES CLASSES MOYENNES,
Vu l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, prorogeant, en raison des événements de guerre, les délais en matière de propriété industrielle et la durée des brevets d'invention;
Vu la loi du 30 mars 1948,portant modification à l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, prorogeant, en raison des événements de guerre, les délais en matière de propriété industrielle et la durée des brevets d'invention.
Revu l'arrêté ministériel du 15/3/48, délivrant sous )eN 480.560 ,àMr, T.J.
Hedbäck, un brevet d'invention pour : procédé et moyens de refroidisse- ment des liquides dans les conduits de descente,
ARRETE :
ARTICLE PREMIER. - Les considérants suivants sont insérés dans l'arrêté ministériel N 480.560 du 15/3/48 , après le considérant " Vu la loi du 24 mai 1854 sur les brevets d'inven- tion,, :
Vu l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, prorogeant en raison des événements de guerre, les délais en matière de propriété industrielle et la durée des brevets d'invention, modifié par la loi du 30 mars 1948; Vu la Convention d'Union pour la Protection de la Propriété Industrielle; ART. 2. - Le présent arrêté sera annexé à l'arrêté ministériel visé à l'article premier.
Bruxelles, le 31 janvier 1949
AU NOM DU MINISTRE :
Le Fonctionnaire délégué,
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Procédé et moyens de refroidissement des liquides dans les conduits de descente.
En pratique les chaudières à vapeur sont sujettes fré- quemment à. une production de vapeur variable dans des très lar- ges limites. La consommation peut varier dans des larges limites; tandis qu'au contraire la combustion peut être maintenue plus ou moins constante, conformément à la consommation moyenne de la vapeur. La différence entre la quantité disponible de vapeur et l'intensité de chauffe sera la plus marquante, si la chaudiè- re est conduite de façon à permettre le soutirage d'une quantité maxima de vapeur, en partant de l'état de repos, pour faire face à une demande instantanée, par exemple pour lancer une turbine mise en marche automatiquement.
En soutirant de la vapeur, la quantité de chaleur de la- quelle est en excédant de l'intensité momentanée de chauffe,une certaine partie de la chaleur sera donc soutirée au détriment de
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la capacité de chauffe de la chaudière, ce qui va aboutir à ce résultat que la pression de la chaudière tombera. Si le taux d(abaissement de la pression est trop rapide, une certaine va- porisation spontanée pourrait en résulter, dans les conduits de descente également.
Pour ce motif il a été considéré comme impos- sible de réaliser une consommation variable de la vapeur dans le genre décrit ci-haut,avec les chamdières à tubes d'eau et à circulation forcée, car on a estimé que les obtacles à la cir- culation, tel que la formation de la vapeur dans les pompes ou dans leurs ouïes d'aspiration présentera.ient un danger trop granc Toutefois une étude plus approfondie des conditions de circula- tion dans les chaudières tubes d'eau; avec la consommation va- riable de la vapeur, montre que les dérangements de la circula- tion peuvent être évités.
Afin d'éviter les dérangements dans le fonctionnement de la pompe de circulation, le liquide dans le tuyautage d'aspira- tion de la pompe, considéré au point de vue de l'écoulement des fluides ne doit pas contenir des bulles de vapeur, c'est-à-dire ce liquide doit être homogène. En plus la pression du liquide pourrait être quelque peu supérieure à celle correspondant au point d'ébullition, c'est-à-dire que'le liquide pourrait être quelque peu refroidi, afin d'éviter le risque de formation de la vapeur ( de la cavitation) aux aubages de la pompe.
Cet état d'équilibre signifie que la pression stabique à l'ouï d'admission de la pompe doit être supérieure à la somme des pertes par font- tement, perte à l'écoulement à l'entrée, perte due à la surpres- sion (au-delà du point d'ébullition), ce qui dépend de la const truction de la pompe et de la perte de pression subie par la particule liquide sur son chemin à travers le conduit de descen- te et qui est à son tour fonction de la baisse maxima. admissible de la pression de la chaudière.
En cas des soutirages variables de la vapeur suivant le mode de fonctionnement susmentionné, la colonne statique peut
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devenir insuffisante à elle seule pour compenser ces pertes. De même, on ne peut pas réduire les pertes dues au frottement et les perdes à l'entrée en augmentant la section du conduit de des- cente, puisque la vitesse des particules liquides diminuera, ce qui aura pour effet que la particule liquideura le temps,dans son chemin à travers le conduit de descente, d'être exposé à la baisse progressive de la pression- La détermination des dimens sioms est uniquement une fonction minima des caractéristiques de la chaudière et du liquide, de sorte qu'on arrivera à une limite au delà de laquelle la construction deviendra irréalisable.
Une solution peut, cependant, être trouvée en appliquant une pression compensatrice en plus de la colonne statique,et el- le peut, par exemple, être réalisée de deux façons suivantes:
1 - Une augmentation directe de la pression dans le con- duit d'aspiration du dôme de vapeur, par exemple à l'aide d'un éjecteur;
2 - Un abaissement de la température d'eau, de préférence déjà dans le conduit d'aspiration dudit dôme.
Il a été proposé auparavant ..d'apporter la compensation de la pression suivant l'alternative 2 en amenant l'eau d'ali- mentation dans le dôme dans le voisinage immédiat des conduits d'aspiration. Mais ceci n'est pas tout à fait rationnel,étant donné qu'un soutirage vigoureux de la vapeur provoque la montée du niveau d'eau, de sorte que l'apport direct d'eau d'alimenta- tionéesse complètement juste au moment le plus critique.L'aména- gement d'un conduit direct supplémentaire en by-pass du régula- . teur d'eau d'alimentation entraînerait des très grandes compli- cations dans le fonctionnement, et pour cette raison une telle alternative présenterait des inconvénients.
En plus, des expériences pratiques ont démontré que des dépôts de l'eau d'alimentaion peuvent êtrepréciptiés dans les pompes et dans les indicateurs de niveau, si l'on laisse entrer
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l'eau d'alimentation directement dans le cycle de circulation sans un séjour approprié dans le dôme.
Une autre alternative serait de sacrifier en partie le rendement de la pompe de circulation en prenant une dérivation sur le côté refoulement de la pompe et en l'amenant quelque part en arrière à un endroit quelconque du conduit de descente.Si le courant de retour est refroidi d'un nombre convenanble de degrés et est introduit par un éjecteur, on pourra obtenir une compensa- tion de la pression tout à fait suffisante.
Une étude plus approfondie du taux de ladite compensation montrera que la hauteur de la colonne statique pou-rra aussi être avantageusement compensée, afin d'économiser les tuyautages et afin d'obtenir ainsi une disposition mieux appropriée des pompes Dans le temps on conàidérait comme nécessaire de donner une hau- teur de chute de 5 mètres environ, mais le calcul cité à titre d'exemple montre que la compensation de la pression, même si la section du conduit d'éaspiration est déterminée de la façon la plus convenable,, va, augmenter à mesure qu'on augmente la. hauteur de chute. Il est évident que la colonne statique peut être avan- tageusement compensée même dans des cas où on ne prévoit pas la consommation variable de la vapeur.
En définitive, le procédé ci-dessus a donné la possibilité de placer la pompe de circula- tion immédiatement en-dessous du dôme de vapeur et °ceci indépen- damment de la pression de l'entrée exigée par la pompe.L'exemple de calcul représenté sur le diagramme de la figure 1 montre que la compensation nécessaire de la pression est deux fois moins grande que celle qui serait requise avec le dispositif usuel. Les figures 2 et 3 donnent l'exemple de la différence de la hauteur de chute. Sur les figures, 1 désigne le dôme de vapeur, 2 indique le conduit de descente et 3 représente la pompe de circulation .
Les autres parties de la chaudière ne sont pas représentées, puis. que les figures n'ont pour but que d'indiquer la différence des
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hauteurs de chute dans les deux cas. On peut toujours intercaler un stabilisateur, c'est pourquoi il, est important de récupérer la chaleur dégagée au cours du refroidissement. Cette chaleur peut être absorbée soit par l'eau d'alimentation, en place de la quantité de vapeur fournie normalement à l'eau d'alimentation en vue de sa dégazéification, soit absorbée dans le réchauffeur pour l'air de combustion. Une troisième solution serait de faire aboutir le tuyau de retour soit dans le dôme de vapeur, dans le voisinage immédiat du conduit d'aspiration, par exemple suivant la figure 5 de-la demande du brevet suédois n 527/45, soit di- rectement dans le conduit de descente.
Mais il serait le plus naturel de faire aboutir le courant dérivé, animé, -,d'une vitesse plus élevée, dans le courant prin- cipal et dans le même sens que ce d rnier, en provoquant ainsi une augmentation de la pression par l'effet d'éjecteur.
On peut observer d'une façon tout à fait générale qu'on peut maintenir complètement stable la circulation dans les chau- dières à tubes d'eau, quelle que soit la chute de pression au curs de leur fonctionnement, si l'on provoque une certaine com- pensation de la pression dans les conduits de descente de la chaudière à vapeur. Il est préférable de réaliser la compensation de la pression dans les chaudières à circulation forcée en sa- crifiant une faible partie de la capacité de la pompe par un certain refroidissement, mais en récupérant la chaleur abandon- née lors du refroidissement.
La présente inventio qui est basée sur les considérations exposées ci-haut se rapporte à un procédé et à des moyens d'em- pêcher la formation de la vapeur dans les conduits de descente en question, de préférence par un certain refroidissement de l'eau de circulation et en faisant subir à cette eau l'effet d'é- jecteur.
Cette invention est expliquée par la description qui suit et, en dehors des figures 1 à 3 déjà mentionnées, par les figures 4 à 10 des dessins annexée.
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La figure 4 représente un schéma de montage d'un dispos.- tif, suivant l'invention, pour le refroidissement de l'eau de circulation dans les conduits de descente d'une chaudière à tubes d'eau, lequel dispositif réâlise la condition permettant de faisubir à la chaudière pratiquement n'importe lequel soutirage de la vapeur.
La figure 5 représente le même dispositif, mais dans une réalisation plus détaillée.
Les figures 6 et 7 montrent à plus grande échelle deux coupes à angles droits d'un détail de ce même dispositif et les figures 8 et 9 donnent un autre détail semblable.
La figure 10 montre, à une autre échelle, une autre varia. te du détail donné sur les figures 6 et 7.
Sur les dessins 1 désigne le dôme de vapeur d'une chaudiè- re à tubes d'eau et 2 indique le conduit de descente aboutissant par son extrémité inférieure à Inouïe d'aspiration de la pompe de circulation 3. 5 désigne la dérivation prise du côté de re- foulement de la pompe de circulation 3 et passant à travers un réfrigérant (échangeur de chaleur). 6 qui peut être constitué par un récipient spécial (figure 4) muni d'un serpentin additionnel 7 pour le liquide ou le gaz ou par la bâche d'eau d'alimentation (figure 5). Les serpentins 8a et 8b sont branchés en parallèle et sont munis chacun d'un organe de réglage ou de fermeture 8c et 8d respectivement ou d'autres organes appropiés permettant de faire varier dans les limites désirées la quantité du liquide circulant dans le réfrigérant 6.
Le serpentin 8 de la figure 4 et les serpentins 8a et 8b de la figure 5 respectivement continuent dans le conduit 9 et débouchent, en passant par une soupape d'étranglement 10, soit directement dans le distributeur 11 d'eau froide, décrit ci-après (figure 4), monté sur le conduit de descente 2 à une certaine distance en-dessous du dôme de vapeur 1, soit continuent dans le
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conduit 9 bifurquant en 9a et 9b (figure 5) lesquels communiquent par les soupapes d'étranglement 10 et 10a, d'une part, avec le distributeur 11 d'eau froide, déjà mentionné et d'autre part a- vec un autre distributeur 12 d'eau froide, d'un type qui sera décrit d'une façon plus détaillée dans la suite et qui est monté sur le bout inférieur du conduit de descente 2 du côté aspiration de la pompe de circulation 3.
Une soupape de retour 13 (figure 4) est intercalée entre la pompe de circulation 3 et la base du conduit de montée 4.
La construction du distributeur d'eau froide 11 ci-dessus apparaît sur les figures 5 et 7 qui donnent respectivement une coupe verticale et une coupe horizontale du distributeur d'eau froide. Le conduit de descente 2 est enveloppé d'une chambre an- nulaire 14 et dont les conduits 9 (figure 4) ou 9a (figure-5) constituent l'orifice d'entrée pour l'eau de circulation refroi- die dans le réfrigérant 6.
A cet endroit la chambre 14 communi- que librement avec l'intérieur du conduit de descente 2, à l'ai- de des fentes obliques disposées dans les parois du conduit 2, de manière à ce que l'eau de circulation refroidie arrivant dans la chambre 11 soit distribuée dans le conduit de descente en provoquant ainsi le refroidissement de l'eau s'écoulant dans le conduit de descente 2 et en empêchant la vaporisation de cet- te eau en cas d'une baisse possible de pression dans la chaudiè- re.
Si l'on veut utiliser une substance réfrigérante qui ne doit pas être mélahgée avec l'eau du conduit de descente, par exemple l'eau d'alimentation, on supprimera les fentes 15, mais au lieu de celles-ci le distributeur sera muni d'un tuyau de sortie 23. Ce dispositif peut être, par exemple, tel qu'un cou- rant de retour, qu'on peut toujours prévoir sur le côté refoule- ment de la pompe d'alimentation, soit conduit à travers la bâche de refroidissement et de la ramené de nouveau dans la bâche d'eau d'alimentation-
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Une autre réalisation du distributeur d'eau froide mention- né plus haut est représentée sur les figures 8 et 9 lesquelles représentent ledit distributeur d'eau froide en coupe verticale et en coupe transversale respectivement.
Ledit distributeur est construit suivant les mêmes principes que le distributeur de la figure 6, mais il s'adapte pour être monté entre les deux brides voir figure 5. Le bout inférieur du conduit de descente 2 (figu- re 5) dans la réalisation illustrée ici est recourbé en une par- tie finale horizontale avant son entrée dans la pompe de circula- tion;
la dérivation 9b entre dans la chambre 16 annulaire dans la section verticale et entourant ladite extrémité horizontale du conduit de descente 2.L'espace annulaire 16 communique avec l'intérieur du conduit de descente 2 à l'aide de fentes obliques 17 pratiquées dans les parois du conduit de descente 2 de maniè- re à ce que l'eau de circulation refroidie se déverse avant la pompe de circulation dans l'eau chaude venant de la chaudière et arrivant par la partie inférieure du conduit de descente 2, afin d'obtenir une assurance supplémentaire contre la formation de la vapeur dans le conduit de descente 2, en cas d'une baisse relativement forte de la pression de la chaudière.
La figure 10 montre, en coupe une forme modifiée du dis- tributeur d'eau froide décrit ci-dessus et placé en-dessous du dôme. Au lieu du distributeur susmentionné, un distributeur 18 est disposé à l'entrée du conduit de descente, c'est-à-dire au- tour et conjointement avec l'entonnoir d'aspiration 19 (figure 10) du dôme 1. Ledit distributeur est muni d'une chambre annulai- re 18a et d'une fente 18b- L'eau de circulation un peu refroidie amenée par les conduits 9 et 9a respectivement est dirigée direc- tement, à travers le dôme, à la chambre annulaire 18a.
Une prise pour le thermomètre 20(figure 5) est aménagée en un point convenable du conduit de descente 2, et une autre prise pour le thermomètre 21 dans le conduit 9 pour le contrôle
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de la température d'eau de circulation et de la température de la partie refroidie d'eau de circulation traversant le conduit 9 sur son chemin de retour dans le conduit de descente. Le conduit 5 est muni d'un verre indicateur à brides 22'pour le contrôle du courant d'eau.
Les dispositifs prévus suivant la présente invention et décrits ci-dessus permettant d'obtenir une augmentation convena- ble de la pression dans le conduit de descente en rapport avec le pointdébullition d'eau dans ce conduit, de manière à obtenir une telle stabilisation de la circulation, que les soutirages fortement variables de la vapeur ne pourront pas compromettre la sécurité du fonctionnement.L'augmentation de la pression né- cessaire pour la stabilisation doit être toujours maintenue, ce qui n'entraine nullement une perte digne d'être mentionnée,puis- que la chaleur abandonnée au refroidissement est récupérée et que le courant de dérivation n'atteint que 1% environ du volume du courant principal d'eau.
L'importance du courant de dériva- tion est réglée par l'organe d'étranglement 10 qui peut être pla= cé à n'importe quel endroit des dérivations 5 et 9. L'organe d'é- tranglement peut être règlable ou il peut consister un un disque d'étranglement ou en un dispositif analogue calibré une fois pour toutes et qui est tel que la quantité d'eau de dérivation est déterminée en rapport avec l'augmentation convenable de la pression.
La compensation de la pression se rapporte de préférence à l'eau de circulation dans les conduits de descente des chaudiè- res à circulation forcée d'eau.
Ceci n'exclut pas naturellement que le cycle de circula- tion puisse être également stabilisé par application de la métho- de ci-dessus même dans le cas des chaudières à circulation d'eau naturelle. Toutefois, dans ce cas la solution la plus naturelle serait d'introduire des cpurants dérivés d'eau d'alimentation
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dans la partie supérieure des conduits de descente, comme indi que sur la figure 10. Les inconvénients qui en résultent sont partiellement éliminés du fait que dans ce cas il n'y a pas de pompe de circulation qui est la plus sensible aux dépôts des sédiments.