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Perfectionnements aux foyers de chaudières.
Cette invention se rapporte au fonctionnement des foyers de chaudières du genre comportant des dispositions pour mainte- nir un lit de combustible en amenant le combustible à l'extrémi- té avant du lit et en assurant son déplacement vers l'extrémité arrière du lit. Lorsqu'on brûle dans ce foyer un combustible de qualité inférieure présentant les caractéristiques d'une inflam- mation difficile, il tend à se former à l'entrée du foyer une zone où le combustible n'est pas allumé ou n'est que partiel- lement allumé, ce qui a pour résultat de réduire l'allure à laquelle le combustible peut brûler sur la grille et de limiter le rendement de la chaudière.
En réalité le feu peut dans cer- tains cas s'éteindre. En accélérant l'allumage du combustible, l'invention permet aux foyers du genre spécifié, de fonctionner plus efficacement lorsqu'on utilise des combustibles de qualité Inférieure et d'inflammation difficile, et elle permet de brûler
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des combustibles qui ne pourraient être utilisés autrement.
Le procédé pour faire fonctionner au moyen d'un combus- tible solide difficilement inflammable, un foyer de chaudière comportant des dispositions pour maintenir un lit de combustible en amenant le combustible à l'extrémité avant du lit et en assu- rant un mouvement du combustible vers l'arrière du lit, est ca- ractérisé suivant l'invention en ce qu'un fluide élastique est refoulé de l'avant du foyer vers l'arrière, de manière à créer une réduction de pression locale et une aspiration de gaz chauds vers l'avant sur une section antérieure du lit de combustible.
Suivant une forme de construction de l'appareil servant à réaliser l'invention, on emploie un chargeur mécanique du genre comportant une porte de foyer ajustable pour régler l'épaisseur du lit de combustible dans un foyer, qui se caractérise en ce qu'une tuyère à vapeur ou une série de tuyères à vapeur espacées transversalement par rapport à la porte est ou sont montées sur la porte de foyer à son extrémité inférieure et sont susceptibles de provoquer un mouvement de gaz chauds vers l'avant sur le com- bustible dans le voisinage de la porte par le refoulement de la vapeur vers l'arrière.
On constatera par conséquent que suivant l'invention, ilest fait usage dans un foyer à chargement mécanique comportant une grille sans fin, d'une porte de foyer caractérisée en ce qu'une tuyère à vapeur, ou une série de tuyères à vapeur espacées transversalement par rapport à la porte est ou sont montées sur la porte à l'extrémité inférieure de celle-ci et sont suscepti- bles, en refoulant de la vapeur vers l'arrière dans une chambre à combustion, de provoquer un mouvement de gaz chauds vers l'a- vant sur le combustible dans le voisinage de la porte.
Suivant une forme d'exécution de la porte de foyer pour- vue d'une série de tuyères, l'écartement de ces dernières près des extrémités de la porte est plus faible que l'écartement des tuyères intermédiaires. Dans une autre forme d'exécution de la @
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porte de foyer, les tuyères situées près des extrémités de la porte présentent des passages de décharge dont les alésages sont plus grands que ceux des passages de décharge des tuyères inter- médiaires.
Dans une autre forme d'exécution encore de la porte de foyer, les tuyères situées à proximité des extrémités de la porte ne sont pas seulement disposées à un plus faible écarte- ment les unes des autres que les tuyères intermédiaires mais présentent aussi des passages de décharge d'alésages plus grands que les alésages des passages de décharge des tuyères intermé- diaires. sera L'invention/maintenant décrite à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig.l est une vue schématique, partielle, en coupe lon- gitudinale montrant les parties antérieures d'un foyer de chaudière aquatubulaire et d'un chargeur mécanique à grille mo- bile ou grille à chaîne, pourvu de tuyères à vapeur;
Fig.2 est une vue de coté montrant un mécanisme de ré- glage de l'angle des tuyères à vapeur d'une chaudière aquatubu- laire telle que celle représentée sur la fig.l;
Fig.3 est une coupe longitudinale d'un dispositif de tuyère à vapeur propre à être utilisé pour de la vapeur saturée;
Fig.4 est une coupe longitudinale d'un dispositif de tuyère à vapeur propre à être utilisé pour de la vapeur surchauf- fée ;
Figs. 5 et 6 sont des vues schématiques semblables à celle de la fig.l, la fig. 5 montrant l'aspect de la flamme à l'avant de la chambre de combustion dans certaines conditions de fonc- tionnement, sans les tuyères de vapeur en service et fig.6 re- présentant le genre de flammes à l'avant de la chambre de com- bustion dans les mêmes conditions de fonctionnement mais lorsque les tuyères d'allumage sont en action;
Fig. 7 est une vue fragmentaire, partiellement schématique,- en coupe verticale longitudinale montrant les parties antérieures @
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d'un foyer de chaudière du type à corps cylindrique et d'un chargeur mécanique à grille à chaine pourvu de tuyères de vapeur, et
Fig. 8 est une vue de c8té montrant un mécanisme d'ajuste- d'inclinaison ment automatique de l'angle/des tuyères à vapeur de la fig.7.
Sur la fig.1 une paroi antérieure 1 d'un foyer de chau- dière aquatubulaire est pourvue à son extrémité inférieure d'une voûte d'allumage 2 et le chargeur mécanique pour le chauffage de la chaudière est pourvu d'une porte de foyer 3 coulis sable ver- ticalement, qui contribue à commander le flux de charbon venant de la trémie 4. Une grille mobile 5, qui se déplace dans le sens de la flèche, reçoit le charbon de la trémie 4 et l'entraine dans une chambre de combustion 6 pour former un lit de combustion à niveau constant 7, dont l'épaisseur est réglée par les mouve- ments de monte et baisse de la porte du foyer qui règlent la position du bord inférieur d'une plaque métallique 8 formant un prolongement descendant de la partie principale de la porte de foyer, boulonné ou fixé d'une autre manière au châssis métalli- que de la porte.
La plaque 8 sert à supporter un tuyau de vapeur 9 aménagé de manière à être alimenté en vapeur d'une source conve- nable quelconque par l'intermédiaire d'une soupape de commande et d'une conduite flexible ou autre dispositif équivalent (non représenté), et un tuyau d'admission 10 fermement assujetti au tuyau 9. Ce dernier s'étend approximativement d'un c8té à l'autre de la porte de foyer 3 et à l'extrémité qui est raccor- dée au tuyau 10 il passe à travers une rainure verticale (non représentée) formée dans un c8té de la trémie et pourvue d'un dispositif de scellement approprié.
Ce dernier peut, par exemple, comporter une plaque, à travers laquellele tuyau 9 s'étend, et qui recouvre la rainure dans toutes les positions de ce dernier et est susceptible de coulisser verticalement dans un guide, fixé au c8té de la trémie et pourvu de parois postérieures et antérieures présentant des rainures semblables à la rainure mé-
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nagée dans le côte de la trémie et convenablement situées par rapport à cette dernière rainure, en vue de permettre les mou- vements nécessaires du tuyau 9. Celui-ci est monté, de façon à pouvoir tourner dans la plaque,8, au moyen de dispositifs appro- priés, tels qu'un certain nombre de boulons en forme de U espacés longitudinalement 11, pourvus d'écrous de fixation 12 et combinés avec des pièces d'écartement 13.
Le tuyau 9 sert à répartir la vapeur entre une série de tuyères à vapeur 14 montées sur le tuyau à des intervalles appro- priés de sa longueur. Lorsque le tuyau 10 est vertical, les tuyères sont inclinées de bas en haut sous un faible angle, de 12¸ par exemple, mais on peut faire varier l'angle entre certai- nes limites, si les circonstances le nécessitent, en faisant osciller le tuyau 10.
La fig.2 montre les positions extrêmes du tuyau 10 et des tuyères 14 en traits pleins et en traits interrompus respective- ment. Le tuyau 10 est établi de telle façon que lorsqu'on le'fait pivoter il se déplace le long d'une rainure ménagée dans une pièce de guidage 104 et le mécanisme qui fait tourner les tuyaux
9 et 10 comporte un manchon 100 susceptible de coulisser sur le tuyau 10 et présentant des tourillons à l'aide desquels il est relié longitudinalement à une tête 101 d'une tige filetée 24.
Cette dernière peut coulisser dans une ouverture 102 d'une pièce de guidage fixe et le filetage de la tige est en prise avec un filetage complémentaire taraudé dans le moyeu de la roue à main 23 située entre des paliers fixes 103 pourvus d'ouvertures à travers lesquelles la tige passe.
Lors du fonctionnement, la rotation de la roue à main 23 donne lieu à un déplacement longitudinal de la tige 24 et à une oscillation résultante du tuyau 10 conjointement avec le tuyau 9 et les tuyères 14. Comme on le voit sur la fig.2, le déplacement de la tige 24 vers la gauche augmente l'inclinaison des tuyères
14 sur l'horizontale.
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Comme les tuyères à vapeur sont montées sur la porte du foyer, elles sont toujours approximativement à la même dis- tance au-dessus de la surface de la partie adjacente du lit de combustible.
Dans le dispositif à tuyères des figs.3 et 4, le tuyau de vapeur 9 est foré radialement en 36 pour s'adapter à l'extré- mité d'un court tube taraudé 37 en acier de grande résistance aux températures élevées, soudé au tuyau 9, de manière à former un joint solide étanche à la vapeur. Une tuyère 14, comprenant un corps de tuyère à paroi épaisse 38 en un métal approprié ré- sistant aux hautes températures, est pourvue d'une partie file- tée de diamètre réduit visséeà l'intérieur du tube 37, l'épau- lement 35 formé ainsi sur le corps de tuyère étant serré sur une rondelle de cuivre amiante 39 pour former un joint étanche à la vapeur résistant aux hautes températures.
Sur la fig.3 le corps de tuyère 38 présente un alésage allongé 40 pour le passage de vapeur saturée à un orifice de tuyère comprenant une partie convergente 41, un étroit passage ou étranglement 42 de diamètre uniforme et une sortie 43 ayant une base plane et des c8tés divergents. Ainsi que c'est repré- senté, le corps de tuyère présente un diamètre plusieurs fois supérieur à celui de l'alésage 40.
A titre d'exemple, les dimensions suivantes conviennent à la tuyère 14, lorsque le tuyau 9 est alimenté en vapeur à une pression comprise entre 25 et 100 livres par pouce carré: lon- gueur du corps de tuyère 4· pouces ; diamètre de l'alésage 40, · pouce ; longueur de l'étranglement 42, 1/8 de pouce; profondeur de la cavité de sortie 43 1/16 de pouce et diamètres minimum et maximum de la. sortie 43, · et 3/8 de pouce respectivement. De préférence, pour qu'on puisse disposer de tuyères susceptibles d'assurer différentes vitesses de décharge, on établira des tuyères ayant des étranglements de diamètres différents.
Par exemple, quelques tuyères peuvent être exécutées avec un étran- @
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glement 42 de 3/32 de pouce de diamètre et d'autres tuyères avec un étranglement 42 de 9/64 de pouce de diamètre.
Sur la fig.4, le corps de tuyère 38 présente un alé- sage allongé 44, de diamètre quelque peu plus faible que celui de l'alésage 40 de la fig.3, pour le passage de vapeur surchauffée à un orifice de tuyère comprenant une partie convergente 45, un étroit passage ou étranglement 46 de diamètre uniforme et une sortie 47 à c8tés divergents sous un faible angle et de longueur plusieurs fois supérieure à celle de la partie convergente 45.
A titre d'exemple, on a indiqué ci-dessous des dimen- sions appropriées pour la tuyère 14, lorsque le tuyau 9 est alimenté de vapeur à une pression comprise entre 25 et 100 li- vres par pouce carré: longueur du corps de tuyère 4· pouces ; diamètre de l'alésage 44: 3/16 de pouce ; de l'étrangle- ment 46: pouce; longueur de la sortie 47 : 3/4 pouce, les parois de la. sortie divergeant sous un angle de 5 par rapport à l'axe longitudinal de la tuyère. De préférence, pour pouvoir disposer de tuyères susceptibles d'assurer la décharge à des vitesses dif- férentes, on exécutera des tuyères ayant des gorges de divers diamètres. Par exemple, quelques tuyères peuvent être construites avec un étranglement 46 de 1/16 pouce de diamètre et d'autres tuyères avec un étranglement 46 de 3/32 pouce de diamètre.
L'espacement des tuyères 14 le long du tuyau 9 peut être uniforme et présenter toute longueur convenable pour le genre particulier d'installation et la nature du combustible utilisés, par exemple, il peut dans certains cas être de 3 pouces et les tuyères peuvent être toutes semblables, mais on a constaté qu'il était avantageux dans certains cas d'adopter pour les tuyères situées près des parois latérales de la chambre de com- bustion un écartement quelque peu plus faible que celui choisi pour les autres tuyères et d'employer pour les tuyères plus fai- blement espacées un étranglement de diamètre quelque peu plus grand que celui des autres tuyères.
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A titre d'exemples, les dispositions ci-dessous indiquées ont été trouvées convenables. Dans toutes ces dispositions le diamètre de l'étranglement des tuyères les plus rapprochées est de 9/64 pouce, lorsqu'elles sont alimentées en vapeur saturée, et de 3/32 pouce lorsqu'elles sont alimentées en vapeur surchauf- fée, tandis que le diamètre de l'étranglement des autres tuyères est de 3/12 de pouce lorsque l'alimentation ne fait en vapeur saturée et de 1/16 de pouce lorsque l'alimentation se fait en vapeur surchauffée.
La première disposition se rapporte a une grille présen- tant une largeur de 8 pieds pour laquelle dix-sept tuyères sont établies, les trois tuyères adjacentes à chaque paroi latérale étant espacées de 4 pouces d'axe en axe tandis que les onze au- tres tuyères sont espacées de 6 pouces d'axe en axe. L'écartement entre la troisième et la quatrième tuyère. à partir de chaque extrémité peut être de 6 pouces.
Une seconde disposition se rapporte à une grille ayant une largeur de 10 pieds pour laquelle on emploie vingt-deux tuyères, les quatre tuyères adjacentes à chaque paroi latérale étant espacées de 4 pouces d'axe en axe et les quatorze autres de 6 pouces d'axe en axe. L'écartement entre la quatrième et la cinquième tuyère de chaque c8té peut être de 5 pouces.
Une troisième disposition se rapporte à une grille ayant une largeur de 11 pieds 6 pouces, pour laquelle on utilise vingt- cinq tuyères, les cinq tuyères adjacentes à chaque paroi laté- rale étant espacées de 4 pouces d'axe en axe et les quinze autres de 6 pouces d'axe en axe. L'écartement entre la cinquième et la sixième tuyère de chaque caté peut être de 6 pouces.
Dans certains cas, les tuyères situées près des parois latérales d'une chambre de combustion peuvent simplement être disposées avec un écartement plus faible que les autres tuyères, les diamètres des étranglements de toutes les tuyères étant égaux, ou bien l'écartement entre toutes les tuyères peut être @
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constant, mais les diamètres des étranglements des tuyères si- tuées près des parois latérales d'une chambre de combustion peuvent être supérieure à ceux de l'étranglement des autres tuyères.
Lorsque la trémie 4 de la. fig.l est chargée de combus- tible présentant de mauvaises caractéristiques d'inflammation et que les tuyères 14 ne sont pas alimentées en vapeur, le feu tend à s'établir en quelque sorte de la manière représentée sur la fig. 5 par les lignes 48 qui représentent les flammes et la com- bustion ne commence à se faire que lorsque le charbon a parcouru une certaine distance à l'intérieur du foyer, habituellement à 'mi-chemin le long de la zone B; les zones A et B ont chacune une longueur d'environ 12 pouces, la zone A commençant à la face côté foyer de la plaque 8.
Dans ces conditions, les mesures effec- tuées pour déterminer la température et le pourcentage de C02 dans un foyer du type représenté ont donné les résultats suivants: Zone A - 0,4 pour cent de C02: température trop basse pour enflammer le combustible.
Zone B - 5,0 " " " C02: température 1184 Fahrenheit.
Ces chiffres montrent la perte de temps considérable entre l'entrée du combustible dans le foyer et le commencement de la combustion.
Lorsque les tuyères 14 sont mises en action, l'espace approximatif couvert par la vapeur à sa sortie de chaque tuyère constitue, comme c'est indiqué par le chiffre 49 de la fig.6, un cône étroit, mais comme les tuyères sont relativement rappro- chées sur la largeur de la porte de foyer 3, la forme résultante de la masse de vapeur représente plut8t un coin. La décharge de vapeur engendre une réduction de pression et une effervescence locales et en réalité, la vapeur se déplaçant vers l'arrière pro- voque un mouvement en avant des gaz chauds sous la voûte d'allu- mage 2 et au-dessus du combustible dans les zones A et B.
Le rayonnement vers le combustible sous la voûte d'allumage est de ce fait augmenté et la flamme est appelée au contact avec le
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combustible dans le voisinage de la porte du foyer par suite de la tendance des flammes adjacentes à la décharge de vapeur à revenir en arrière le long de la grille comme c'est Indiqué en 50. Ainsi que c'est représenté en 51 la forme de la flamme dans l'espace de combustion situé un peu au-delà de la voûte d'allu- mage n'est que peu altérée.
Des mesures de la température et du pourcentage de C02 dans le foyer fonctionnant dans les mêmes conditions que ci- dessus mais lorsque les tuyères à vapeur se trouvent en action ont donné les résultats suivants : Zone A - 12% de C02 température 1800 Fahrenheit
Dans la zone B il n'a pas été possible de mesurer le pourcentage de C02 ou la température par suite de la quantité de flammes et de l'effervescence intense, mais les chiffres relevés dans la zone A montrent que les conditions en faveur d'un allu- mage rapide sont considérablement améliorées par la décharge de vapeur des tuyères d'allumage.
Sur la fig.7 la chambre de foyer d'une chaudière Lancas- hire ou autre chaudière semblable à corps cylindrique comporte une voûte d'allumage 16 et est établie de manière à être désser- vie par un chargeur mécanique comportant une grille à chaîne 21, une trémie 20 et une porte de foyer 15 qui peut être élevée ou abaissée d'une manière appropriée connue en vue de faire varier la hauteur du niveau de la couche de combustible 22.
La porte de foyer 15 comporte un châssis métallique rem- pli d'une matière réfractaire dans laquelle on ménage un loge- ment horizontal 105 s'étendant approximativement d'un c8té à l'autre de la porte, pour recevoir un tuyau de vapeur 17, un conduit vertical 106 de dimensions suffisantes pour recevoir un tuyau d'amenée de vapeur 19 raccordé au tuyau 17 au milieu de ce dernier et pour permettre un mouvement de rotation limité du tuyau 19, comme c'est décrit ci-dessous, et un certain nombre de lumières ou de cavités 107 pour recevoir respectivement les
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tuyères de vapeur 14' aménagées sur le tuyau 17 et permettre des mouvements de rotation d'amplitude limitée des tuyères et le re- foulement de jets de vapeur de ces dernières dans la chambre de combustion.
Le sommet du châssis métallique est pourvu d'une rainure coïncidant avec le conduit 106 et permettant le passage du tuyau 19 et la plaque supérieure de l'enveloppe de la porte de foyer est aussi convenablement rainurée. Les extrémités du tuyau 17 sont obturées par des tourillons montés de manière à pouvoir tourner dans des supports appropriés fixés au châssis mé- tallique de la porte.
Les tuyères 14' peuvent être d'une manière générale sem- blables à la tuyère décrite avec référence à la fig.3 ou la fig.4 sauf que le corps de la tuyère est plus court. Suivant un exemple d'exécution, la largeur de la porte de foyer est de 32 pouces et il existe quatre tuyères disposées symétriquement et espacées l'Orne de l'autre par une distance de 9 pouces. Lorsque le tuyau 19 est vertical, les tuyères ont une inclinaison dirigée de bas en haut d'environ 12¸ .
Le tuyau 19 est raccordé par l'intermédiaire d'un rac- cord souple ou autre, connexion flexible analogue et une soupape de commande à une source de vapeur appropriée et des disposi- tifs sont prévus pour pouvoir faire osciller le tuyau et ajuster par conséquent l'inclinaison des tuyères. La fig. 8 montre une forme d'exécution du mécanisme de connexion permettant les mou- vements d'oscillation du tuyau et du dispositif destiné à régler automatiquement l'inclinaison des tuyères lorsque la porte de foyer est soulevée ou abaissée.
Sur la fig.8, le basculement du tuyau 19 est commandé par la bielle 27 dont une extrémité est articulée à un étrier 26 fixé au tuyau 19 tandis que l'autre extrémité est articulée à une con- sole de support 28 fixée à la plaque postérieure 29 de la trémie à charbon 20. Le tuyau 19 est pourvu d'un prolongement 25 raccor- dé à un tuyau d'amenée de vapeur 108 par l'intermédiaire de deux @
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bouts de tuyau 30 et 31 réunis par le joint à la cardan 33 et raccordés respectivement au prolongement 25 et au tuyau d'arri- vée de vapeur 108 par les joints à la cardan 32 et 34.
Le tuyau 19 et les autres pièces mobiles sont représen- tés en traits pleins dans une position correspondant à la posi- tion la plus basse de la porte de foyer 15, en traits interrompus dans une position correspondant à une position intermédiaire de la porte et en traits de chaînette dans une position correspon- dant au sommet de la course de la porte.
La disposition est telle que lorsque la porte de foyer est élevée en partant de l'extré- mité inférieure de sa course, l'inclinaison de bas en haut des tuyères augmente jusqu'à ce que l'angle d'inclinaison atteigne une valeur maximum, après quoi, si l'on continue à élever la porte l'angle d'inclinaison diminue à tel point que le danger de détérioration de la voûte d'allumage 16 par suite de la projec- tion de vapeur sur sa surface est évité*
L'action des jets de vapeur déchargés par les tuyères
14' est semblable à celle déjà décrite avec référence aux figs.
5 et 6 des dessins.
REVENDICATIONS ===========================
1) Procédé pour brûler un combustible solide présentant des caractéristiques d'inflammation difficile dans un foyer de chaudière où l'on maintient un lit de combustible en amenant le combustible à l'extrémité avant du lit et en le déplaçant vers l'extrémité arrière de ce dernier, caractérisé en ce qu'un fluide élastique est refoulé vers l'arrière à partir de l'avant du foyer de manière à créer une réduction de pression locale et à aspirer les gaz chauds vers l'avant sur une partie antérieure du lit de combustible.