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Cette invention concerne des installations d'alimentation pour générateurs de vapeur au moyen d'une ou plusieurs pompes centrifuges. -
Il faut veiller, plus particulièrement avec les grosses pompes centrifuges, à ce qu'une pompe ne refoule pas immédiatement à l'instant de la mise en circuit, sinon le moteur d'entraînement ou même la pompe elle- même seraient surchargés. Mais on a l'habitude d'installer en aval d'une pompe d'alimentation une seule soupape, qui règle le débit du fluide alimentaire en augmentant son ouverture lorsqu'il existe une insuffisance de fluide alimentaire en un point de mesure situé en aval de cette soupape.
Il en résulte que cette soupape est complètement ouverte lorsque la pompe est à l'arrêt et ne refoule pas puisqu'on constate alors un manque total de fluide alimentaire au point de mesure. A l'instant de la mise en marche, la pompe serait donc forcée de refouler à débit maximum et risquerait d' être avariée. D'autre part, une pompe ne doit pas tourner à vide après avoir atteint sa vitesse de rotation normale, car elle s'échaufferait alors trop fortement.
Pour cette raison, on a jusqu'ici fermé et maintenu fermée par un dispositif manuel la soupape placée en aval d'une pompe, avant la mise en marche de celle-ci. On remettait en fonction la réglage normal en actionnant de nouveau le dispositif de réglage à main, après accélération de la pompe jusqu'à sa vitesse normale, c'est-à-dire au bout d'un temps dépendant par exemple de la caractéristique de démarrage du moteur asynchrone entrainant la pompe à vide. Mais il n'est pas possible de réaliser ces manoeuvres avec toute la précision qui est nécessaire, en particulier dans de grosses installations de pompes. Même dans le cas de groupes de pompage qui peuvent être automatiquement mis en marche ou arrêtés, ou permutés, une commande manuelle des soupapes n'est plus admissible, parce qu'elle demande trop de temps et qu'on peut l'oublier facilement.
Pour éviter ces inconvénients, l'invention propose une installation d'alimentation caractérisée par un régulateur de débit placé en aval de la pompe et par un dispositif de commande qui agit sur ce régulateur de débit, le ferme lorsque toutes les pompes sont mises à l'arrêt, et l'ouvre de nouveau avec un certain retard lorsqu'on met en marche l'une des pompes.
De cette façon, les pompes sont protégées contre une surcharge, à l'instant de la mise en marche, et après avoir atteint leur pleine vitesse, contre un échauffement excessif, indépendamment de la position des autres soupapes existant dans les tuyauteries. On peut en particulier réaliser sans diffi- culté des mises en marche ou à l'arrêt rapides et entièrement automatiques des pompes.
Comme on doit normalement installer une soupape de réglage du débit d'eau d'alimentation dans la tuyauterie d'alimentation entre les pompes et le générateur de vapeur, il est particulièrement avantageux de disposer cette soupape de façon que le régulateur de débit soit commandé supplémentairement, lorsqu'au moins une des pompes est en marche, par un dispositif de mesure de débit situéen aval de ce régulateur et par un dispositif de commande influencé lui-même par la chute de pression régnant dans ce dispositif de mesure de débit. De cette façon, on peut réaliser une protection des pompes et un réglage du débit d'eau d'alimentation sans or- gane supplémentaire de réglage. On peut appliquer un diaphragme de mesure comme dispositif de mesure de débit.
Mais il est avantageux dans de nombreux cas d'appliquer comme dispositif de mesure du débit un deuxième régulateur du débit dont la chute de pression est maintenue constante en fonctionnement au moyen dû dispositif de commande et du premier régulateur de débit. Cette disposition constitué le montage série déjà connu d'une soupape de réglage à pression différentielle et d'une soupape d'alimentation réglée à partir d'un point de mesure situé le plus souvent derrière la première surface de chauffe de la chaudière. Dans ce cas, le régulateur de débit assure également la fonction de soupape de réglage à pression différentielle pour protéger les pompes.
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Dans une forme de réalisation dans laquelle le premier régulateur de débit placé en aval des pompes est relié par une pression hydraulique, le dispositif de commande peut être un tiroir commandé électromagnétiquement et placé dans la canalisation du liquide de réglage. Lorsque les pompes centrifuges sont entraînées par des moteurs électriques, il est recommandé d'employer un dispositif déclencheur qui actionne le dispositif de commande en fonction de la position des interrupteurs des moteurs électriques.
On décrira plus complètement un exemple de réalisation de l' objet de l'invention à l'aide de la figure jointe, qui représente schématiquement une installation de pompes d'alimentation d'une chaudière à vapeur.
Un moteur 2 est connecté à un réseau électrique 1 au moyen de l'interrupteur 3 et de la ligne 4, et un moteur 5 est relié à ce même réseau par l'interrupteur 6 par la ligne 7. Les moteurs 2 et 5 entraînent respectivement les pompes 8 et 9. La pompe 8 aspire dans le réservoir d'eau d'alimentation 10 par la ligne Il et la soupape 12, et refoule l'eau dans la canalisation d'alimentation 15 à travers la soupape de retenue 13 et la soupape 14. De même, la pompe 9 aspire l'eau à travers la soupape 16 et la refoule également dans la canalisation d'alimentation 15 par la soupape de retenue 17 et la-soupape 18. Il est évident qu'on pourrait monter en parallèle un plus grand nombre de pompes.
Une soupape de réglage à pression différentielle 19 et une soupape d'alimentation 20 sont montées dans la canalisation d'alimentation 15. -La soupape 19 est commandée par la chute de pression dans--la soupape 20, tendis que celle-ci reçoit normalement ses impulsions de réglage de points de mesure situés à l'extrémité de la surface de chauffe qui suit. L'eau ou autre fluide de travail par- Tien! ensuite dans le générateur de vapeur 21 qu'il quitte sous la forme de vapeur surchauffée. La vapeur actionne une turbine ou installation de turbines 22 et une génératrice 23 couplée avec celle-ci, et se détend dans le condenseur 24, à partir duquel elle peut revenir dans le réservoir d' eau d'alimentation 10.
Deux canalisations 26 munies d'organes d'étranglement 25 partent de-la soupape 20 et aboutissent au récepteur à pression différentielle 27, dont le piston de commande 28 relie la canalisation'd'évacuation 30 ou la canalisation d'admission 31 d'un réseau hydraulique sous pression avec la canalisation de sortie 32, sous l'action d'un ressort 29 et de la pression différentielle produite par la-soupape 20. Cette canalisation de sortie aboutit au.' tiroir à électro-aimant 33 et, en cours de fonctionnement, elle aboutit par l'intermédiaire de ce dernier à la canalisation de liaison 34 qui se termine au tiroir de distribution 35.
L'impulsion de pression est transmise-au piston 36 contre l'action du ressort 37, d'où il résulte que la canalisation d'admission 38 ou bien, lorsque l'action du ressort 37 est la plus forte, la canalisation d'évacuation 39, se trouve reliée à la canalisation 40 aboutissant au servo-moteur 41 de la soupape 19. Le piston 42 du servo-moteur s'élève ou s'abaisse, et par suite ferme ou ouvre la soupape; Indépendamment du réglage automatique, on peut ouvrir ou fermer la soupape à l'aide du dispositif manuel 43.
Si les deux pompes 8 et 9 sont au repos, les interrupteurs 3 et 6 de leurs moteurs d'entraînement sont ouverts, mais les interrupteurs auxiliaires 44 et 45 sont fermée. Il en résulte que la bobine d'électroaimant 46 se trouve sous tension par l'intermédiaire du transformateur 47, et attire vers le haut le piston de commande 48 du tiroir à commande magnétique 33, ce qui a pour effet de fermer la canalisation d'impulsion 32 et de relier la canalisation d'admission 49 à la canalisation 34, c'est- à-dire de faire agir une impulsion de fermeture sur la soupape 19.
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L'organe retardateur monté au bas du tiroir à commande magnétique fonctionne de façon à attirer vers le haut le piston de commande 48 dès que les moteurs sont mis hors-circuit, ce qui ouvre la canalisation d'admission 49. L'huile qui se trouve au-dessus du piston retardateur 50 peut donc s'écouler facilement dans l'espace situé en dessous du piston 50, par la dérivation 51 et le clapet de retenue 52.
Une petite partie de cette huile passe également dans la canalisation 53 et le diaphragme à étranglement 54. Mais en sens inverse, le piston 48 ne descend que d'une façon lente lorsque le circuit de la bobine magnétique 46 est ouvert par la mise en marche de l'une des pompes, parce que le piston retardateur 50 ne peut refouler l'huile que d'une façon lente depuis l'espace situé sous ce piston jusqu'à l'espace situé au-dessus par l'intermédiaire de la canalisation 53 et du diaphragme à étranglement 54. Le clapet de retenue 52 ferme la canalisation 51 pour ce sens de circulation.
La durée du retard est choisie de façon telle que la pompe a atteint sa vitesse normale avant que les impulsions de réglage (qui ouvrent d'abord complètement la soupape 19 puisqu'il n'y a pas encore de chute de pression dans la soupape 20) puissent être transmises à la canalisation 34 par l'intermédiaire de la canalisation 32.
Lorsqu 'on arrête les pompes 8 et 9, les interrupteurs auxiliaires 44 et 45 se ferment à l'instant de l'ouverture des interrupteurs 3 et 6 des moteurs 2 et 5 d'entraînement des pompes. Le piston 48 de la commande hydraulique que constitue le tiroir 33 s'élève sous l'effet de l'excitation de l'électro-aimant 46, envoie une impulsion de pression depuis la canalisation 49 au servo-moteur 41 du régulateur de débit 19 situé en aval des pompes, par l'intermédiaire du tiroir de réglage 35, et ferme ce régulateur de débit 19. Le piston 48 s'élève plus ou moins rapidement suivant la grandeur de la section de passage de la canalisation 51 et la viscosité de l'huile employée.
Si l'on met alors en marche l'une des pom- pes, par exemple la pompe 8, l'interrupteur auxiliaire 44 ouvre le circuit de l'électro-aimant 46 et le piston 48 du dispositif de commande 33 descend lentement à sa position normale. Les impulsions normales de réglage partant de la canalisation 32 et consistant d'abord et une impulsion d'ouverture peuvent être transmises au régulateur de débit 19, si bien que celuici s'ouvre de nouveau après un certain retard relativement à la mise en marche de la pompe 8.
Si l'on met la deuxième pompe en marche plus tard, il n'y a pas besoin d'une nouvelle intervention de réglage dans la canalisation d'alimentation, du fait que le clapet de retenue 17 reste fermé aussi longtemps que la pression produite par la pompe 8 dans la canalisation d'alimentation 15 est supérieure à la pression produite par la pompe 9. La pompe 9 n'atteint la pression nécessaire à l'ouverture du clapet de retenue 17, que lorsqu'elle a atteint sa vitesse normale, cette pompe ne peut donc pas être surchargée.
L'application du système de la présente invention est particulièrement avantageuse dans les cas où une commutation automatique de l'installation de pompage est nécessaire. Si par exemple on considère que la pompe 8 est la pompe d'alimentation normale de la chaudière, et que la pompe 9 est une pompe de réserve pour le cas où la pompe 8 serait défail- lante, l'interrupteur auxiliaire 44 doit se fermer lorsque la pompe 8 s'arrête.
Comme l'interrupteur 45 est encore fermé, il faudrait actionner la commande hydraulique 33 et fermer le régulateur de débit 190 Immédiatement ensuite, la pompe 9 peut être mise en marche automatiquement, par exemple par un système de relais non représenté, et les opérations qui suivent la mise en marche des pompes et qui ont été décrites plus haut se déroulent On peut donc rétablir un service normal en un temps extrêmement court, sans aucune avarie aux pompes ou à leurs moteurs d'entraînement.
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Le régulateur de débit 20 est réglé à partir d'un point de mesure non représenté, qui se trouve de préférence en aval d'une des surfaces de chauffe du générateur de vapeur 21. Chaque valeur mesurée doit correspondre à une valeur bien déterminée du débit d'eau d'alimentation, mais comme le débit d'alimentation traversant la soupape 20 dépend à la fois de la section de passage et de la pression régnant dans la canalisation d'admission, on ne peut faire correspondre d'une façon univoque la valeur mesurée et le débit d'alimentation que si le premier régulateur de débit, installé pour la protection des pompes, subit une action de réglage supplémentaire dès qu'au moins une pompe est en marche, de façon telle que la chute de pression dans le régulateur de débit 20 reste constante.
On cherche à obtenir une chute de pression constante, mais on peut accepter sans inconvénient une légère irrégularité de cette chute de pression qui est d'ailleurs très difficile à éviter, pour des raisons de construction ou de pratique du réglage.
Si par exemple, en* fonctionnement normal, le débit de fluide moteur diminue à travers la soupape 20 pour une certaine grandeur de la section de passage de cette soupape, la pression différentielle agissant sur le piston de commande 28 diminue également et le ressort 29 peut se détendre. Il en résulte que le piston 28 descend et relie la canalisation d'évacuation 30 au tiroir de commande 35 par les canalisations 32 et 34.
Le ressort 37 repousser vers le bas le piston 36 du tiroir 35, et relie la canalisation d'évacuation 39 au servo-moteur 41 par la canalisation 40. Le piston 42 tombe sous son propre poids et augmente l'ouverture de la soupape 19. Il en résulte une augmentation du débit d'alimentation, ce qui rétablit sur-la soupape 20 la chute de pression désirée. En particulier, la soupape 19 s'ouvrirait complètement lorsque, la pompe étant mise à l'arrêt, il n'y a plus de différence de pressions dans la soupape 20, si l'on n'avait pas prévu un dispositif spécial pour fermer la soupape 19.
Inversement, la soupape 19 tendrait à se refermer si la différence de pressions dans la soupape 20 augmentait.
L'ensemble de circuits représenté doit être considéré uniquement comme un exemple de réalisation de l'objet de l'invention. L'ensemble du réglage pourrait par exemple fonctionner électriquement et la commande hydraulique 33 pourrait être remplacée par un relais. D'autre part, le circuit électrique auxiliaire avec l'électro-aimant 46 par exemple pourrait être remplacé par un circuit hydraulique par lequel le piston 48 serait actionné. Les pompes ne sont pas nécessairement accouplées avec des moteurs électriques, et peuvent être entraînées par-des turbines. De plus, l'impulsion de mise en marche des pompes peut partir de points autres que les interrupteurs électriques principaux. Elle peut partir par exemple d'un em- brayage, et en particulier d'un embrayage hydraulique entre une turbine et une pompe.
Le système retardateur peut également être placé sans difficulté dans le circuit électrique auxilaire, par exemple au moyen d'un relais retardateur.