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La difficulté que présente la régulation d'une chaudiè- re à circulation forcée réside moins dans la tâche consis- tant à adapter le débit du fluide moteur, destiné à la chau-' dière, à l'allure momentanée de celle-ci, que dans le problè- me consistant à maintenir en permanence le débit de combus- tible et celui du fluide moteur dans un rapport tel que la température finale demeure sensiblement constante. Ce pro- blême se complique parce que des modifications inévitables et fortuites surviennent du coté du foyer, telles que les modifications de la teneur en humidité des variations dans la qualité du combustible, des perturbations dans la distri-
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bution de ce dernier, etc., ce qui entraîne une variation de la température de la vapeur.
Il convient donc d'établir une régulation permettant de compenser les influences qui rom- pent volontairement ou non, l'équilibre entre l'eau alimen- taire et la chaleur, cette compensation devant se faire avec une rapidité telle que des fluctuations importantes ne puis- sent se produire. Ce problème est extrêmement difficile à résoudre, car la perturbation survenue se traduit ,par une modification de la température, non pas immédiatement, mais avec un retard plus ou moins grand, compte tenu du temps re- . quis par la circulation. D'autre part, l'action de réglage effectuée à la suite d'une perturbation ne produit pas un résultat immédiat, mais agit également avec un retard consi- dérable.
La grandeur de réglage dérivée de la température perturbée ne peut donc pas, en général, empêcher des f@@c- tuations importantes. On peut réduire le décalage dans le temps entre la rupture de l'équilibre et le résultat de l'action de réglage, si l'on produit, dans la surface de chauffe, dite secondaire, constituée par une conduite de mesure chauffée, en quelque sorte une image de la températu- re de l'ensemble de la chaudière. Les perturbations se ma- nifestent plus rapidement dans la surface de chauffe secon- daire et peuvent être neutralisées avec une rapidité accrue en conséquence, en utilisant une grandeur de réglage dérivée à partir de cette surface.
Toutefois, les fluctuations de la température ne peuvent être atténuées que dans une mesure li- mitée à l'aide de ce système de régulation.
L'invention est basée sur un phénomène nouveau découvert par l'inventeur, à savoir, la dépendance de la pression vis-à- vis de l'équilibre troublé entre l'apport de chaleur et la quantité de fluide moteur. L'inventeur a constaté qu'une telle rupture se traduit par une modification notable de la pression avec un retard très minime.
Ainsi, lorsque par exe -
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ple pour une pression de chaudière donnée, la quantité de chaleur dégagée dans la chambre de combustion diminue, , parce que l'alimentation comprend un charbon pulvérisé d'une puissance calorifique moindre, il se produit presque instan- tanément une baisse de la pression dans la partie eau de la chaudière, sensiblement à l'entrée de cette dernière, alors que la modification de température résultant de cette modi- fication du combustible ne s'établit à la sortie de la chaudière qutavec un retard de plusieurs minutes. La régula- tion selon l'invention se base sur ce phénomène et consiste à régler la quantité de combustible en fonction de cette modification de la pression.
L'invention établit donc, pour la première fois, une régulation où une modification de la pression produite par une modification de l'équilibre entre l'alimentation en combustible et le débit de fluid moteur sert à produire une grandeur de régulation pour le dé- bit de combustible, avant que la modification de la quantité de chaleur apportée ne se traduise par une modification de la température.
Un système de régulation établi de cette façon suppose toutefois que l'instrument de: mesure qui contrôle la pression à l'entrée de la chaudière ou, de façon générale, dans la partie eau du circuit, est à même de recueillir avec une sû- reté suffisante les fluctuations relativement faibles de la pression. Par conséquent, l'appareil de mesure doit être à même, pour une pression de service de 150 atm. par exemple, de fonctionner avec une précision suffisante dans des limi- tes de variations de pression de 6 atm. environ. Ce problè- me peut être résolu surtout si l'on introduit un amortisse- ment en vue de supprimer les inévitables petites fluctua- tions de la pression qui résultent de la manipulation de l'eau par la pompe d'alimentation.
Toutefois, l'établissement d'un tel appareillage n'est pas très aisé du point de vue technique.
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Grâce à une caractéristique de l'invention, ces diffi- cultés peuvent être contournées si l'on contrôle la pression en deux points du système de circulation, dont un se situe dans la partie eau, avantageusement au voisinage de l'en- trée de la chaudière. L'autre point peut se situer par exem- ple à la sortie du surchauffeur.ou au voisinage de celle-ci.
On mesure alors non pas les écarts de la pression de travail par rapport à sa valeur nominale, mais bien les modifica- tions d'une pression différentielle. Il pourrait sembler à première vue que ceci risquerait de nuire à la précision du réglage, étant donné que le fluide moteur demande un cer- tain temps, non négligeable, pour parvenir d'un point de raccordement à un autre. L'inventeur a cependant constaté que ceci n'est pas le cas.
Les variations de pression surve- nues à l'entrée de la chaudière se propagent à la vites--- du son,qui est d'environ 120 m/sec. dans l'eau; elles appa- raissent donc en pratique simultanément dans les deux points de.mesure. Lorsque, dans ces conditions, on intercale dans une conduite de communication non chauffée, prévue entre les deux points de mesure, un diaphragme de mesure(ou un autre débitmètre), la mesure du débit du flux dans la conduite de dérivation fournit une image de la modification de la pressim survenue à la suite de la modification dans l'apport de cha 'leur,
la mesure fournie par ce débitmètre pouvant être en- suite utilisée comme grandeur de réglage appelée à agir sur l'alimentation en combustible. Etant donné que, dans ce cas, il s'agit de mesurer non pas une modification relativement minime d'une pression relativement élevée, mais bien une mo- dification du débit en tant que résultat d'une pression dif- férentielle modifiée, on peut désormais constater également de faibles écarts de pression, sans difficulté et avec une précision suffisante. Le fait de mesurer le débit déterminé par la pression différentielle, au lieu de mesurer la diffé- rence de pression, offre l'avantage de se rapprocher plutôt
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d'une mesuré de valeur moyenne et d'être donc plus simple.
Afin de mieux faire ressortir la différence par rap- port aux dispositifs de réglage connus, on fera remarquer ce qui suit: On a déjà proposé, pour les chaudières à circu- lation for@@e et à pression de soutirage constante, de con- tr8ler la température de sortie par un thermomètre agissant sur le réglage du débit de l'eau d'alimentation dans un sens tel que ce débit augmente et diminue avec la température.
On prévoit en outre un système de réglage où la pression dans la conduite de vapeur vive est comparée avec celle de l'eau d'alimentation, système qui réduit l'arrivée de com- bustible lorsque la différence de pression augmente par suite de l'augmentation du débit d'eau d'alimentation sous l'action du régulateur de température, et inversement. Il est vrai que l'on se trouve ici également en présence d'une action s'exerçant sur l'amenée de combustible, en fonction de la différence de pression entre la conduite d'eau d'ali- mentation et la conduite de vapeur vive; toutefois, cette action s'exerce postérieurement à la modification de tempé- rature déjà survenue dans la conduite de vapeur vive, et uniquement en vue de la correction du processus de réglage déterminé par le régulateur de température.
Par contre, dans le cas de la présente invention, on fait appel directe- ment, en vue de réaliser le processus de réglage, à 1'écarta de pression qui résulte d'une modification dans l'apport de chaleur, cela avant que cette modification ne se traduise par un écart de la température de vapeur. Pour autant que le nouveau système de 'régulation comporte un réglage d'appoint quelconque de la température, ce dernier ne précède pas la modification de la pression, mais suit cette modification.
Il convient de distinguer deux cas en ce qui concerne l'application du nouveau principe de régulation.
Dans le premier cas, on suppose qu'aucun changement
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n'est survenu dans l'allure de la chaudière ou dans la puis- sance imposée à celle-ci. Dans ce cas, la modification sur- venue au point de mesure ou dans la section de mesure est provoquée par une modification dans l'arrivée du combustible.
Toujours dans ce cas, la mesure de débit dérivée constitue une indication directe, qui détermine la grandeur de réglage.
Il existe cependant encore un deuxième cas d'exploita- tion possible, à savoir celui où l'allure de la chaudière est modifiée volontairement, parce que la charge de la machine motrice a été ou doit être modifiée. Il convient donc de ré- duire ou d'augmenter le débit d'eau d'alimentation, et d'a- dapter la consommation de combustible à ce débit. Ceci con- duirait à un déplacement du rapport des pressions dans la chaudière. Afin de faire ressortir ce cas d'exploitation, il est nécessaire d'introduire un réglage par la valeur no- minale, réglage qui sera de préférence dérivé du débit du fluide moteur.et qui peut être recueilli dans la partie eau ou la partie vapeur.
Ainsi, par exemple, on intercale au voisinage de l'entrée de la chaudière un diaphragme de mesure et l'on met la mesure relevée ici en rapport avec la mesure recueillie dans le tronçon de mesure. Lorsque le débit de com- bustible est correctement adapté au débit d'eau, les deux va- leurs de débit sont en équilibre dans un instrument de mesure.
Toutefois, lorsque le débit de combustible et le débit dteau ne sont pas correctement accordés l'un sur l'autre, le régula- teur-comparateur envoie une impulsion vers le régulateur d'a- menée de combustible, cette impulsion pouvant être complètée dans certains cas par une autre, destinée à influencer le dé- bit du fluide moteur. Cet appareil fonctionne jusqu'à ce que l'équilibre entre le débit du combustible et le débit, sciem- ment-modifié, du fluide moteur, soit rétabli.
Chaque chaudière est en,outre sujette à l'influence de grandeurs perturbatrices qui ne peuvent pas être directement
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mis en évidence, notamment à l'influence de l'encrassement de la surface de chauffe et des parois intérieures des tubes.
Une telle perturbation a pour effet une modification de.la température de la vapeur, modification qui peut être désor- mais utilisée sous la forme d'une impulsion de correction.
L'invention sera exposée en regard des fig. 1 et 2.
La chaudière à circulation forcée et les dispositifs de ré- glage n'ont été représentés que d'une façon schématique, vu que l'une et les autres sont généralement connus comme tels dans la technique.
La chaudière A comporte l'économiseur a, le réchauffeur à rayonnement b, la surface de chauffe de transformation ,±, dans laquelle le fluide moteur, pour autant qu'il soit encore liquide, se transforme en vapeur (cette surface a été omise dans la fig. 2), le surchauffeur à rayonnement d et le @@- surchauffeùr e. L'eau alimentaire est amenée par la conduite f, tandis que. la valeur est envoyée à la turbine par la con- duite g. On suppose que la pression dans la chaudière est maintenue constante par une soupape de soulagement h, comman- dée par un manomètre i. Le charbon pulvérisé est fourni aux brûleurs 1 à l'aide d'un distributeur réglable k. Ce dernier est entraîné par un moteur à vitesse réglable Mk dont le régu- lateur est indiqué schématiquement en Rk.
Ce régulateur est ajusté par un moteur Rm, lui-même commandé par un régulateur R (fig. la). Le moteur R est réversible, de sorte que,lors- qu'il est enclenché, il peut ajuster le régulateur Rk de fa- çon à augmenter ou à réduire la vitesse du moteur Mk et donc celle du distributeur k. L'émetteur d'impulsions qui, selon l'invention, contr8le et transmet les écarts de pression résultant des modifications de l'apport de chaleur, est dési- gné par P. Il est raccordé à la conduite d'eau alimentaire f, en aval du régulateur d'alimentation m, et agit sur la régu- lateur R dans un sens tel que, lorsque la pression augmente¯
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le débit du combustible amené par le distributeur diminue, et inversement.
Dans la fig. la, on a supposé que l'émetteur d'impulsions P sert à ajuster une résistance P' d'un.pont de Wheatstone. Dans la diagonale du pont est intercalé un relais commutateur r qui, à l'état d'équilibre, est désexcité et maintient son contact s ouvert. Suivant que la pression dans la conduite f croit ou diminue, la résistance P' est ajustée dans l'un ou dans l'autre sens.
De ce fait, l'équi- libre du pont est rompu, le relais commutateur est excité dans l'un ou dans l'autre sens, en fermant l'un de ses con- tacts t', t", de sorte que le moteur Rm démarre avec un sens de rotation correspondant et modifie l'ajustement de la ré- sistante Rk, à savoir, lors d'une baisse de la pression, dans le sens d'une réduction de la vitésse du moteur et donc de celle du distributeur k et d'une diminution du aebit de combustible et, en cas d'une baisse de pression, dans le sens d'une augmentation de ces vitesses et de ce débit.
Lorsque le débit de vapeur de la chaudière se modifie, augmente par exemple, le régulateur d'alimentation m fournit à cette chaudière un débit d'alimentation accru, qui produit une pression accrue en conséquence au niveau de l'émetteur d'impulsions P. Compte tenu de ce qui précède, cet émetteur agirait dans le sens de la diminution du débit de combusti- ble. Ceci serait évidemment inacceptable. Afin d'adapter le régulateur R au.débit accru de l'eau alimentaire, on inter- cale dans la conduite f un débitmètre Q qui sert à ajuster le régulateur R suivant une nouvelle valeur nominale, compte tenu du débit de vapeur accru de la chaudière.
Le débitmètre Q déplace la prise Q" d'une résistance Q' du pont dans le sens de la compensation de l'ajustement de la résistance P' opéré sous l'effet de l'accroissement de la pression. Il s'en- suit que l'émetteur d'impulsions P ne peut intervenir que lorsque la pression s'écarte de la nouvelle valeur nominale.
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La régulation reste la même lorsque la première impulsion provient non pas du débit d'eau alimentaire, mais du débit' de combustible.
Vu les diverses influences qui peuvent agir sur la tem- pérature de la vapeur, notamment en considérant l'influence exercée par un encrassement de la surface de chauffe de la chaudière, il est avantageux de surveiller la température finale de la vapeur produite.On prévoit à cet effet un ther- momètre T raccordé à la conduite de vapeur vive et servant à ajuster la résistance T' du pont. Lorsque la température dépasse une valeur déterminée, l'ajustement de la résista. ce T' se modifie, en réglant le distributeur k, par l'en- tremise du moteur à vitesse réglable Rm, dans le sens d'un moindre débit de combustible, et inversement.
La fig. 2 montre une autre réalisation possible du sys- tème de régulation selon l'invention. Ici également, la pres- sion 2 dans la conduite f est surveillée, mais de plus, le point P1 de la conduite f et le point P de la conduite g sont reliés par une conduite non chauffée L dans laquelle est intercalé un débitmètre Mo. Dans le cas le plus simple, ce débitmètre consiste en un diaphragme de mesure. On peut ce- pendant utiliser un autre appareil mesureur de débit.. Ce débitmètre (fig. 2a) sert, comme dans le cas de la fig. la, à modifier l'ajustement de la résistance M'. d'un montage électrique en pont.
Lorsque la pression P2 dans la conduiet g est maintenue constante (soupape de soulagement h, i) le dé- bit dans le conduite L est déterminé directement par la modi- fication de la pression P1,modification qui résulte d'une modification dans l'apport de chaleur. Il s'ensuit qu'un dé- bit accru dans la conduite L est la conséquence d'un plus grand apport de chaleur, de sorte que le moteur Mk et le dis- tributeur k sont commandés dans le sens d'une réduction de l'amenée de combustible, par l'entremise de la résistance M'
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et du moteur RM, tandis que l'amenée de combustible est aug- mentée lorsque le débit dans la conduite L diminue.
Le thermo- mètre T intercalé dans la conduite g et le débitmètre Q prévu dans la conduite f remplissent les mêmes fonctions que , dans les fig. 1, la.
A titre de variante, le débitmètre Q peut être raccordé à la conduite g; il semble cependant qu'il soit préférable de le raccorder à la conduite f, étant donné que les écarts de débit se manifestent ici plus rapidement qu'à l'entrée de la chaudière.
Dans les exemples d'exécution décrits on a supposé que la pression de la chaudière est maintenue constante par une soupape de soulagement h, 1. L'omission de cette soupape ne modifie en rien le principe de ltinvention. Toutefois, dans ce cas, le débit d t eau alimentaire et le débit de com- bustible doivent être réglés directement, de façon connue, en fonction de la charge de la turbine, dont la pression dans la conduite g, par exemple, fournit une image.
Une diminution de la pression signifie une élévation de la puissance absorbée par la turbine, et inversement, de sorte que l'on peut agir sur les régulateurs du débit de combustible et du débit d'eau alimentaire par l'entremise d'un manomètre intercalé dans la conduite g.l Les régulateurs de ce genre sont généralement connus, de sorte qu'il est superflu de les décrire en détail-
En ce qui concerne les types de régulateurs applicables ici, on se référera par exemple à la revue "Siemens-Zeitschrift" 1951, page 192.