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L'invention est relative aux installations de chau- dières à vapeur du genre dans lequel de la vapeur surchauf- fée provenant d'une installation de chaudières est fournie à un ensemble de générateurs de force motrice à, vapeur com- prenant au moins deux étages de pression et une installation de réchauffage entre étages de la vapeur dans son écoulement d'un étage à un autre.
L'objet de l'invention est une installation de chau- diéres à vapeur du genre précisé que comprend: une chaudière à vapeur et un réchauffeur muni d'une chambre de combustion avec un appareil brûleur recevant de l'air de combustion en excédent considérable et qui entoure des conduits de vapeur interposés entre les étapes du générateur de force motrice
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de sorte que la vapeur entre étages s'écoulant à travers ces conduits est chauffée par les produits gazeux de la combustion, un passage pour l'alimentation principale en air .
de combustion à l'appareil brûleur de la chaudière à vapeur, un passage d'échappement allant de la chambre de combustion du réchauffeur à 1'appareil'brûleur de la chaudière à vapeur pour l'alimentation supplémentaire de cet appareil, en pro- duits d'échappement'gazeux chauds afin d'utiliser leur cha- leur et l'oxygène résiduels et un moyen de commande automa- tique soumis à l'influence de la pression de.vapeur entre étages pour couper l'alimentation en combustible à l'appareil brûleur du réchauffeur au cas où le débit de la vapeur entre étages diminue au-dessous d'une valeur prédéterminée.
Des exemples d'installations de chaudières à vapeur du genre indiqué sont représentés à titre non limitatif sur les figures du dessin annexé.
La figure 1 représente une vue générale d'une ins- tallation de chaudiére à vapeur et de turbine marines.
La figure 2 représente une coupe d'une soupape auto- matique d'alimentation en combustible formant le moyen de commande.
Les figures 3 à 6 représentent d'autres exemples.
Sur les figures, les directions dans lesquelles l'hui- le combustible, l'air de combustion, la vapeur et les produits gazeux d'échappement s'écoulent à travers les différents con- duits sont indiquées par des flèches,. en traits pleins, pour indiquer des--conditions générales et de marche avant, et en tirets pour représenter les conditions dans des cas imprévus.
Si l'on se réfère à la figure 1, on voit que l'ins- tallation de chaudière à vapeur et de turbine marines comprend
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une installation rièP4t:hre' composée d'une chan- dière à tubes d'eau 10 et d'un surchauffeur 11, 11A. La chau- dière a une enveloppe frontale de four 12 à'laquelle l'air
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pour les brûleurs à huile combustible 13 est fourni par un. tunnel 14 pour aider la combustion dans les brûleurs et dans la chambre de combustion 15 de la chaudière. L'installation'. est reliée à un ensemble de turbines à vapeur de marche avant à trois étages et de marche arrière à deux étages 20 à 24 pour la propulsion du navire.
Les étages 20 et 21 de marche avant à haute pression et à pression intermédiaire sont montés en tandem sous forme d'une unité de turbine; l'étage de marche avant à basse pression 22 et l'étage de marche arrière à basse pression 24 sont également montés en tandem et sont prévus comme une unité de turbine séparée. L'installation.comprend un réchauffeur 30 entre étages, qui est un échangeur tubulaire de chaleur. Cet échangeur de chaleur comprend une série' de tubes 31 et une chambre de combustion 32 que l'on a représenté comme étant équipée avec un brûleur à huile combustible 33 - il peut y en avoir plus d'un - et une enveloppe frontale de four 34 dont l'air de combustion est fourni en excédent con- sidérable.
La chambre de combustion du réchauffeur est munie d'un orifice d'échappement 35 qui est relié par.un conduit 36 'au tunnel 14 menant à l'enveloppe principale frontale de la chaudière; les produits d'échappement sont utilisés comme agent gazeux préchauffé formant une alimentation séparée sup- plémentaire pour l'alimentation normale d'air de combustion des brûleurs de la chaudière principale. Ce dispositif peut être réalisé parce que l'air de combustion allant au réchauf- feur est fourni en excédent considérable et tel que les gaz d'échappement du réchauffeur se composent d'air et d'une pro- portion relativement petite d'anhydride carbonique. Dans l'exemple, on fournit une quantité d'air qui est à peu près le triple de celle strictement nécessaire à la combustion complète.
Les liaisons de vapeur sont les suivantes: la tuyau- terie 40, commandée par une soupape d'arrêt 41, allant du sur-
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.chauffeur 11, 11A de la chaudière principale 10 à un ensemble 'de soupapes de commande de turbines, comprenant : une soupape -de manoeuvre de marche-avant'42, une soupape d'arrêt de fermeture de marche arrière-.43 et une- soupape de manoeuvre de marche avant 44;les tuyauteries 45'et 46 allant des sou- papes de manoeuvre 42 et 44 aux étages à haute pression des turbines de marche avant ét 'de marche arriére;
la tuyauterie
17 allant de l'échappement-'de l'étage à haute pression de la turbine de marche avant au collecteur d'admission 48 de la série de tubes 31 dans le réchauffeur 30-; 'la tuyauterie 49 allant du collecteur de sentie 50 de cette série à l'étage de marche avant de pression intermédiaire; la tuyauterie 51 al- lant de cet étage à l'étage de marche avant à basse pression; la tuyauterie 52 allant de l'étage de marche arrière à haute pression vers l'étage de marche arrière à basse pression.
L'agencement de la tuyauterie est représenté seulement de façon schématique; dans'la pratique réelle, l'agencement est de préférence tel que la tuyauterie de vapeur 47, 49, disposée entre le réchauffeur et les étages de la turbine, soit courte.
L'alimentation en huile combustible a eu lieu au moyen de la tuyauterie 58 aux brûleurs 13 des chaudières principales et au moyen de la tuyauterie de dérivation 59 vers le ou les brûleurs 33 du réchauffeur. Le moyen de commande pour la fourniture d'huile combustible au réchauffeur est une soupape de commande de combustible 60'montée dans la tuyau- terie 59. Cette soupape est reliée à un dispositif de com- mande 61 relié par un branchement 47A à la tuyauterie 47 allant de l'étage à haute nression au réchauffeur. Si la fourniture de vapeur s'abaisse au-duessous d'une limite pré- déterminée, la soupape 60 est obligée de se fermer par suite de l'action automatiaue du dispositif de commande pour fer- mer et arrêter la fourniture de combustible.
La soupape de commadne de combustible 60 et le dis- positif de commande 61 utilisés dans le présent exemple son% représentés sur la Figure 2. La soupape 60 comprend une
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boîte 62 avec un siège de soupape 63, la. soupape proprement' dite 64, une tige 65 qui porte la soupape proprement dite et qui est munie d'un volant à main 66 et d'une partie fi- letée 67 pour la manoeuvre à la main et qui est poussée par un ressort 68 pour se fermer contre le siège et un écrou
69 qui est empêché de tourner par un guide 70 sur la boîte mais peut se déplacer verticalement avec la tige. La boite comprend des branchements d'admission 71 et d'échappement
72 de l'huile combustible.
Le système d'alimentation d'huile est soumis à une forte pression, par exemple égale à envi- ron 21,1 kg/cm2 et la pression du système pousse la soupape proprement dite à se fermer.
Le dispositif 61, actionné par la pression comprend un cylindre 73 relié par une tuyauterie 47A à la tuyauterie entre étages 47, un piston 74 qui est soumis à l'action d'un ressort puissant 75 en opposition à la pression de vapeur, une tige de piston 76 et un levier 77 pivotant sur l'écrou 69, et muni d'une encoche 78/ pour coopérer avec une butée 79 prévue sur la boîte de soupape 62, ce levier est relié à la tige de piston. Le levier traverse la boite par une échan- crure 80 à la base de laquelle se trouve un point d'appui 81 pour le levier.
En supposant que la fourniture d'huile combustible au réchauffeur soit normale, la position des divers organes est celle représentée sur la figure'2; la soupape est mainte- nue ouverte par la butée 79 agissant par le levier 77 et l'écrou 69 sur la tige d.e soupape 65. En supposant que, par suite d'un cas imprévu, il y ait une diminution importante ou un arrêt dans l'écoulement de la vapeur aux tubes de réchauf- feur 31, dans ce cas, le piston 74 s'abaisse et tire le le- vier 77 en l'écartant de la butée 79' et le pousse contre le point d'appui 81. Par conséquent, le ressort 75 agit par l'in- termédiaire du levier 77 pour fermer la.soupape, en étant aidé
1 par la pression de l'huile sur la soupape proprement dite 64
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et aussi par le ressort 68.
L'action de fermeture de la sou- pape est pratiquement instantanée ausritôt eue le levier 77 est retiré de la butée 79, à la manière d'une détente.
En conséquence, le réchauffeur est assuré contre le cas imprévu pour lequel les brûleurs pourraient être mainte- nus en action dans des conditions normales ou anormales, lorsque l'écoulement de vapeur par les tubes du réchauffeur n'est pas proportionné ou a cessé, cas imprévu qui endomma- gerait ou détruirait les tubes du réchauffeur. De telles conditions se produisent normalement au cours de manoeuvres et pendant les propulsions en marche arrière.
La soupape 60 ne peut pas être ouverte de nouveau avant un rétablissement d'un écoulement normal de vapeur au réchauffeur et peut ensuite être réouverte seulement par une manoeuvre à la main. Par conséquent, si l'on suppose un rétablissement d'un écoulement normal de vapeur, il s'ensuit que le piston 74 est Dressé vers le haut, l'opposition du ressort 75 étant surmontée de sorte que le levier 77 presse contre le côté de la butée 79. L'ingénieur tourne le volant 66 en-direction de la fermeture de la soupape, de sorte que l'écrou 69 est poussé vers le bas, en entraînant le levier avec lui. Eventuellement, l'encoche 78 du levier vient à coopérer avec la butée. L'ingénieur tourne alors le volant dans le sens opposé de sorte que la soupape 60 est ouverte par lui d'une quantité quelconque estimée désirable.
Les liaisons de vapeur entre étages de la turbine ,allant au réchauffeur, à savoir la tuyauterie 47 et la tuyauterie 49 sont reliées entre elles nar un by-pass 85 et sont mu- nies de soupapes 86, 87 et 88 disposées de façon que le réchauffeur peut être isolé des systèmes de vanPur et de com- bustion de l'installation pour le contrôle, l'entretien et la réparation avec une influence temporairement contraire sur le rendement thermique mais sans influence sur le rendement technique de l'installation.
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L'air de combustion pour les brûleurs de la chaudière principale et l'air de combustion pour le ou les brûleurs du réchauffeur peuvent être fournis par des ventilateurs séparés.
Ainsi, comme la figure 1 le représente, le tunnel à air 14 qui mène à l'enveloppe frontale avant 12 de la chaudière principale 10 est alimenté en air sous pression par un ventilateur à air 90, tandis au'un ventilateur à air séparé91 alimente l'enveloppe 34 du réchauffeur 30 avec son air de combustion sous pression par un conduit 92.
Il est désirable de prévoir le préchauffage de l'air de combustion à la fois pour la chaudière principale 10 et pour le réchauffeur 30. Par conséquente les ventilateurs 90 et 91 évacuent par les réchauffeurs d'air 93 et 94, respec- tivement. Dans l'exemple, ces deux réchauffeurs d'air sont des échangeurs tubulaires de chaleur. L'agent de chauffage est, dans chaque cas-, de la vapeur prélevée en un point ap- proprié dans l'installation; dans l'exemple, la vapeur est prélevée de l'étage de marche avant à pression intermédiaire 21 par-la tuyauterie 95.
A titre de variante, un ventilateur unique peut être utilisé pour les deux alimentations, auquel cas un-mécanisme .amortisseur est prévu pour régler les proportions des deux alimentations. Ainsi, comme le représente la figure 3, le ven- tilateur unique 100 alimente un tunnel principal à air 101 menant à l'enveloppe 12 avant du four de la chaudière prin- cipale 10 et un conduit 102, branché sur le tunnel 101 ali- mente l'enveloppe de réchauffeur 34. L'orifice d'échappement 35 du réchauffeur débouche dans un conduit 103 menant au tunnel 101 de sorte que ce tunnel conduit le mélange d'air provenant directement du ventilateur 100 et des gaz contenant de l'air chaud en provenance du réchauffeur 30 dans l'enve- loppe 12.
Un registre 104 interposé dans le tunnel 101 juste au-delà du point où le conduit 102 dérive du tunnel, sert de moyen de réglage de la proportion d'air déviée dans le réchauffeur.
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Comme on l'a déjà indiqué, l'appareil brûleur du réchauffeur est prévu pour l'admission d'air de combustion en fort excédent, de sorte qu'il passera à travers le ré- chauffeur un fort écoulement de produits gazeux qui ne sont pas excessivement chauds. Ainsi, on n'a pas besoin de proté-' ger les tubes du réchauffeur par des parois à tubes d.'eau ou autres moyens de refroidissement. Cependant il est préfé- rable d'enfermer le réchauffeur dans une chemise rafraîchis- sante pour préchauffer son propre air de combustion ou une autre alimentation d'air allant à la chaudière principale ou à une autre chaudière de l'installation.
Par conséquent, comme la figure 3 le représente, le réchauffeur 30 est enve- loppé d'une chemise d'air 105, qui comprend le conduit 102 et qui sert de réservoir d'air à partir duquel l'air est poussé par une admission 106 dans l'appareil brûleur du ré- chauffeur. Le ventilateur 100 évacue l'air par un réchauffeur d'air 107 qui est semblable aux réchauffeurs 93, 94 et est alimenté par la tuyauterie de vapeur prélevée 95.
Dans:l'exemple selon les figures 1 et 3, le moyen de chauffage par lequel les alimentations en air de combustion à la chaudière principale et au réchauffeur sont préchauffées a été décrit comme comprenant les réchauffeurs 93 et 94 et le réchauffeur 107. Comme on l'a représenté, on a prévu dans chaque cas, ce qu'on'appelle un régulateur de température à vapeur ou un désurchauffeur, 108. C'est un échangeur tubu- laire de chaleur, dont le but principal est de régler la température de la vapeur surchauffée allant de la chaudière principale aux turbines. Ce régulateur est interposé dans le tunnel d'air de combustion 14 ou 101 allant du réchauffeur d'air à vapeur'prélevée 93 ou 107 à l'enveloppe frontale 12 de la chaudière principale.
La vapeur surchauffée étant l'agent de chauffage du régulateur de température, est amenée par la tuyauterie 109 qui relie des tubes de chauffage au
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régulateur entre eux et en série avec les deux sections 11 et 11A du surchauffeur. L'enveloppe du régulateur est divisée en une chambre de régulateur 110 et en un by-pass 111, munis respectivement de registres 110A et 111A reliés entre eux.
La manoeuvre de ces régistres permet de régler l'écoulement de l'air à travers la chambre de régulateur 110. Dans les conditions de fonctionnement, lorsque la consommation de vapeur par les turbines diminue, il peut être avantageux de diriger la vapeur surchauffée à travers la chambre de régla- ge afin de rafraîchir la vapeur, dont la chaleur pourrait devenir sans cela excessive. En plus, des conditions de fonc- . tionnement, le régulateur est disponible comme moyen écono- mique d'empêcher une augmentation excessive de température de la vapeur surchauffée provenant-de la chaudière princi- pale.
Dans chacun des exemples représentés sur les figures 1 et 3, l'orifice d'échappement du réchauffeur est relié au tunnel normal pour l'alimentation en air de combustion à l'enveloppe frontale de la chaudière principale, de sorte que les gaz d'échappement du réchauffeur se mélangent avec l'air normal de combustion et ces deux alimentations pénè- trent dans l'enveloppe frontale et passent aux brûleurs sous forme de mélange gazeux chaud. Si on le désire, on peut in-' corporer, au système d'air de combustion, des moyens appro- priés pour mélanger les deux alimentations.
Ainsi, comme la figure 4 le représente, on a incorporé un ventilateur 112, un réchauffeur d'air à vapeur prélevée 113, un régulateur de température 114, un tunnel principal à air 115 conduisant à la chaudière principale, un conduit de branchement 116 conduisant au réchauffeur 30, un registre de répartition d'air 117 et un conduit d'échappement 118 venant du réchauffeur.
L'installation est munie d'un dispositif mélangeur comprenant unechambre mélangeuse cylindrique 119 munie d'une série de chicanes convergentes coaxiales intérieures 119A. Le '.tunnel 1
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principal 115 mène ooaxialement dans la chambre tandis que le conduit 118 venpnt du réchauffeur mène latéralement dans la chambre et le mélange gazeux chaud passe axialement de la chambre au moyen du tunnel principal 115 à l'enveloppe frontale 12. Un dispositif mélangeur de ce genre assure que le mélange de gaz et d'air est fourni aux brûleurs de la chau- dière principale à l'état mélangé uniformément.
Dans l'exemple décrit en référence à la figure 1, un ventilateur auxiliaire 91 est prévu comme moyen d.e four- niture d'air de combustion au réchauffeur indépendamment ce 1'alimentation normale en air de combustion à la chaudière principale. En place,, on peut prévoir un ventilateur auxiliai- re fonctionnant comme surpresseur, c'est-à-dire que le système total d'air de combustion est, alimenté par un ventilateur uni- que et qu'un ventilateur surpresseur est incorporé dans une alimentation dérivée pour le réchauffeur.
Un exemple d'un agencement de ce genre est représenté sur la. figure 5; comme on le voit, le ventilateur principal unique 90 fournit de l'air de combustion par les réchauffeurs d'air 93 et 108 au tunnel principal à air 122 conduisant à l'enveloppe frontale 12 de la chaudière principale. Un con- duit 123, dérivé du tunnel principal, amène de l'air pré- chauffé à l'admission d'un ventilateur surpresseur 124, dont le branchrment d'évacuation 125 mène à l'enveloppe fron- tale 34 du réchauffeur 30.
Les produits gazeux chauds de l'échappement du réchauffeur sont amenés nar un conduit 126 dans le tunnel principal et sont amenés à. l'enveloppe 12 en mélange avec l'air de combustion normal préchauffé. Le. pro- portion de l'air dévié vers le réchauffeur peut être comman- dée en règlent la vitesse du ventilateur surpresseur en liaison avec la vitesse du ventilateur principal. Le venti- lateur surpresseur sert à augmenter jusqu'à une grandeur choisie la Dression de l'air fourni au réchauffeur.
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La figure 6 représente une modification de l'exemple de la figure 5. Selon cette modification, l'alimentation en air de combustion préchauffé au réchauffeur est'divisée, en en une alimentation primaire forcée à la pression du sur- presseur et en une alimentation secondaire à. pression plus faible: Comme on l'a représenté, le conduit d'alimentation du réchauffeur 125 est divisé par une chicane 130 et conti- nue sous la forme des branchements 131 et 132. Le branchement
131 mène à l'admission du ventilateur. surpresseur 124, dont le branchement d'évacuation est relié à une admission centra- le d'air 133, qui est alimenté, par conséquent, en air à la pression augmentée du surpresseur et qui fournit cet air com- me courant central d'air primaire à l'appareil brûleur du réchauffeur 33.
L'autre branche 132 mène à une admission d'air extérieur 134 qui entoure l'admission centrale 133.
Cette admission extérieure fournit l'air secondaire à une pression beaucoup plus faible. L'agencement est tel que l'air primaire satisfait aux conditions du brûleur 33 en ce qui concerne la combustion, tandis que l'air secondaire est utili- sé principalement comme moyen de rafraîchissement pour em- pêcher un chauffage excessif des tubes du réchauffeur.
Les exemples décrits peuvent 6tre mis en oeuvre d'une façon quelconque parmi plusieurs :
L'installation peut consister en deux ou en plus de deux chaudières principales pour les brûleurs à l'un ou à plusieurs desquels la sortie d'échappement du réchauffeur peut être reliée et on peut prévoir un dispositif pour diri- ger les gaz d'échappement vers l'un quelconque ou vers plu- sieurs de ces brûleurs au choix.
L'installation peut comprendre une chaudière auxiliai- re aux brûleurs de laquelle la sortie d'échappement du ré- chauffeur est reliée.
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be éG;Zu.r peut être 2U-:ept. en gaz d'éche.Dpe- lient pt'otn8n ôe l'un Q11 as pJ1jg LC'l1l'S Moteurs Diesel ou au- tres à c&uSi.Lon interne, cor11'1Ie agent Tcvo;1.i nt 1 combustion. én rich4utfvr tel gv.e celui décrit :;=i¯it être utilise pour réchaufèr PIUS j)'lHl courmt (le v -'''lU' 1"'2:1trp éta'::-C3 fjans la i2 turbine, lu4b asè4. Crr.c r lent il-Li 4tJ =e allant de la havprss10D à la pression intermé0iaire et un étage allait due la pression inter"doieire à la basse pression.
Lorsque ' 1i1:> r.¯ lü -1.0i'1 de chaudière est associée à deux ou plus cle Ceux cns.:.a7¯es c.'e turbines, C?lG.cci'1 Ce ces en$l!!fIble ett.;, avoir po aror c r;cb.nl:f'N1.r entre otages ou bir:'1 (.:n:1t utiliccr lm, r'-(,:1,,"1:2Tenr ca¯¯ren,:rt deux ou plusieurs . i S SyF,r'fâ " t 1 . une ::'ri étant prévue pour chu-ue c..,l,.lr':.11t e- v:.' sr f2iltre 'tFJ.::-:es.
Le C'o,,'h:":t.L 1:>1:: [J 1<'11 t Rux brûleurs du réchauffeur oeuf être licuice ou c'zeax ou un solide pulvérise ai,.ssï lonte.'ipc cile son cou]c.'1cnt est cU'8.ble (l'être arrête ini- m4èic:t=.;<.nt pi r un -oyen auto:?ati;ue de COJ:1..:.!al1.c.e.
Afin d.' vi-ter le cas i- lOrAvu dans lequel Il réchauf-' fage devient excessif; un moyen peut être prévu pour régler l'alimentation en huile combustible et en air de combustion au réchauffeur selon la température de la vapeur entre éta- ges quittant le réchauffeur ou y pénétrant et ce moyen peut être automatique et/ou manuel.
Bien que, dans ies exemples décrits en référence aux fi- gures, on ait décrit une installation de chaudière à vapeur marine, reliée à un ensemble de turbines de propulsion, il est bien évident cue l'invention s'applique aussi aux instal-' lations de chaudiéres à terre.