BE561132A - - Google Patents

Description

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   L'invention est relative aux chaudières de locomotives dans lesquelles les gaz de combustion s'écoulent dans un faisceau de tubes constitué, d'une part, par des tubes dits "de chauffe" comportant uniquement des surfaces de chauffe pour vaporiser l'eau et, d'autre part, par des tubes de plus grand diamètre et   montés   en parallèle,   dénommés     "à   fumée" qui servent, en outre, à recevoir le surchauffeur de vapeur, dans lesquels les gaz de combustion cèdent également une partie de leur chaleur à l'eau qui les entoure, la partie restante de la chaleur étant fournie aux éléments du surchauffeur traver. ses par la vapeur de travail. 



   Pour obtenir une meilleure économie totale d'une locomotive, il est important que la température de la vapeur, ainsi que la surchauffe, soient poussées aussi loin que l'état de la technique de lubrification le   Remette .  En même 

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 terips, le surchauffeur, qui est r,:,1:::tiv8:'lcnt lourd et. dont 
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 la construction ainsi que l'entretien sont onéreux, doit tou- 
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 tefois avoir, pour un rendement donr6 une surface de chauffe aussi petite que possible et, cens 1intérêt de exploitation du co.,,1)ustible, le- tea?4rature moyenne des gaz per13.us, sortant des tubes de chauffe et des tubes de f1e, devrait être aussi 
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 basse que possible. 



  L'invention a pour but d'obtenir les températures de 
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 surchauffe les plus 'lev6es, 0ui sont utilisables pratique-"lent et comprises entre 400 et 4500 ou aê::xe plus, avec une surface de chauffe ¯=zi.ni:ltn pour le surchpuffeur et une économie totale :J.2.Xi:::U:J.. On autre but important de l'invention est d' at,4¯nenter La température de surchauffe d'une manière notable, dans des chaudières de locomotives existmtes, en général jusqu'i'1. la temp4rature la plus élevée possible tout en conservant le systé2e tubulaire existant, c'est-à-dire sans repiplacer les 
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 tubes de chauffe et à fumée.

   De cette manière, il est possible 
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 de noderniser à peu de frais une chaudière à vapeur surchauffée d?J:1OG.ge ou de corriger des chaudières nouvelles qui, souvent, ne permettent pas d'obtenir une température de surchauffe absolU:lent satisfaisante. 



  Ces buts sont atte2Li-its, confor:;;4ùient 1; l'inirention, par la combinaison d'un dispositif producteur de tirage ?\ rende''lent ,':levé, avec une conju3'eison ét:,.ro2:ri.''3 des conditions de résistance et de section transversale du systene tubulaire de la chaudière de locomotives Par conséquente i chaudière de locomotive avec surchauffeur #la.c.5 dans les tubes P fwra4e, établie selon l'invention, est caractérisée par le fait 1]'en utilisant un dispositif de tirage a aspirtian, ;

    r¯tettant c1'obteni. une raréfaction de l'air dans la boîte à Ti?-.14e correspondant à une 'pression d'environ 100 v7z avec une contre-pression de 0, 2 atm. en surpression au raaxi?u, '11eSUr2e la tubulure de sortie de la machine d',ntraîner'1.ent principale;, la résistance 

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 au passage du chemin d'écoulement sur les tubes de chauffe, considérés'séparément ou en groupe, concentré pour une quan-   tité   de gaz donnée, par unité de section transversale du tube non rétrécie, est notablement plus grande (par exemple d'au moins 10 %) que la résistance au passage du   chemin'de,-     coule.ment-sur   les tubes de fumée* Ceci,peut être obtenu, con-   formément   à l'invention, en augmentant le frottement contre les parois,

   ce qui augmente en même temps la transmission de chaleur,   ou en   faisant intervenir des moyens   d'étranglement '   dans l'écoulement sur les tubes de chauffe ou encore par une combinaison de ces deux dispositions. Pour un mode de réalisation préféré, on constitue le moyen d'étranglement par un rétrécissement de la section transversale utile des tubes de chauffe à la paroi tubulaire du foyer à un degré tel que la section d'entrée susdite corresponde, au maximum, à la moitié de la section non rétrécie des tubes de chauffe . Dans ce cas, on peut constituer avantageusement le rétrécissement par des anneaux d'étranglement établis dans les extrémités des tubes de chauffe qui se trouvent du côté du foyer.

   Pour un autre mode de réalisation préféré de l'invention,on établit le dispositif d'étranglement du côté de la sortie du courant gazeux qui s'écoule hors du groupe de tubes de chauffe dans la boite à fumée. Dans ce cas, on peut, ou bien étrangler la totalité du courant gazeux qui sort des tubes de chauffe non rétrécis par un dispositif d'étranglement établi en aval, ou bien établir dans chaque tube de chauffe individuel, des organes   d'étranglement   mais cette fois à la sortie de ces tubes. 



  .Le rétrécissement nécessaire doit, toutefois, être augmenté en conséquence pour obtenir le même effet   à   cause des volumes gazeux plus petits qui sortent de ces tubes. 



   Des essais n'ont pas manqué pour augmenter la surchauffe en fournissant au surchauffeur une Quantité plus grande de gaz brûlés, soit en augmentant la section d'écoulé- 

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 ment libre à l'intérieur des tubes de fU:J1ée, 1 diamètre de ces tubes étant   augmenté   et/ou la section transversale des éléments du surchauffeur étant réduite, soit en diminuant le nombre des tubes de chauffe, ou bien encore en étranglant le passage du gaz dans les tubes de chauffe ou, finalement, en combinant plusieurs de ces dispositions.

   Ces essais sont décrits, ppr exemple, dans un article paru dans la Revue Générale des Chemins de Fer, Paris, Année 1929 pages 326-440 Dans cet article, il ést dit que l'on peut, par une combinaison des dispositions susdites, obtenir un accroissement de la tempéra- 
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 ture de surchauffe, de 258 è 3800 par exe2p1e, sans augmenter la surface de surchauffe, de sorte que cette dernière température est atteinte avec une surface de chauffe du surchauffeur correspondant à environ 33%   delà   surface de chauffe qui sert à vaporiser l'eau.

   Ces essais n'ont toutefois pas eu un succès 
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 permanent et dans les loco-iotives françaises moderne!,,, de même que dans celles d'autres -pays, on obtient la te'npcrature de surchauffe désirée de .400 F ppr exe aple, Il pleine charge, 8 l'aide d'une surface de surchauffe augmentée en consô<iuence, cette surf ace étant généralement supérieure de plus de 45% à la surface de chauffe susdite, acuand   les   locomotives comportent 
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 des réchauffeurs de l'epu dl'ili,,lent,-tioii chauffés par les gaz perdus. Ceci signifie que le rendement spécifinue de la surface de chauffe du surchauffeur, c' est-.-d.re son absorption de chaleur par unité de surface de chauffe., est relative''.eut réduite. 



  Dans les traités modernes concernpnt 1^ construction des 10 cO'::.O ti ves, par dans celui de Meineke 1949, on reco:!l'"l8.nde de lIl1Üntenir, le rapport de la surface (le la paroi H, balayée par les gaz de coiibustion, la section dcouleent libre 9 dans la partie principale du tube, pour   les   tubes de chauffe, à une valeur aussi   élevée   que pour les tubes de fumée y compris les éléments de surchauffeur logés dans ces 
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 tubes. Comme rapport d t . , un degr.'- fli=v4 , , tubes.

   Comme ce rapport déterminée un degré '1 Pv=;, la, ré- 

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 sistance totale d'un tube à l'écoulement, pour autant que des dispositions spéciales ne soient pas prises, cette règle si- gnifie que, dans les tubes de chauffe, par unité de section libre,   s'écoule. à   peu près la même quantité de gaz que dans les tubes à fumée. D'après les lois de la théorie de l'écoule- ment, .cette règle procure à peu près un minimum de la résis- tance à l'écoulement pour l'ensemble du système tubulaire quand on considère la somme de toutes les sections d'écoulement,, l'é- tendue des surfaces de chauffe et la quantité de gaz   comme   étant connues.

   La tendance, à limiter la résistance à l'écoulement, domine les opinions actuelles concernant le dimensionnement de la chaudière de locomotive   et,   pour la même raison, on recom- mande de limiter le rapport susdit H/q à environ   400.   Ceci correspond également à une règle admise depuis plus d'un demi- siècle, pour la construction des locomotives, que le diamètre      des tubes de chauffe doit correspondre à environ un centième de leur longueur, ce qui donne un rapport   H/q=400.   



   On a constaté que les règles de dimensionnement sus- dites' ne sont pas valables quand un dispositif de tirage   par   aspiration ayant un rendement particulièrement élevé est utilisé comme par exemple dans le brevet Autriche n  173.385 déposé le sept juin 1950 qui permet d'obtenir une raréfaction de l'air dans la boite de fumée., correspondant à une colonne d'eau d'en- viron 100 mm avec une   contrepression   de la vapeur de sortie, mesurée à la tubulure de sortie de la distribution du cy-      lindre à vapeur, ou d'une manière générale à la tubulure de, sortie de la machine d'entraînement principale, de 0,1 atm.

   en surpression par exemple, contrairement à ce qui se produit avec les dispositifs ordinaires avec tuyau à vapeur de la soufflerie oui nécessitent une contre-pression trois ou   nuatre   fois plus grande. Avec un dispositif de tirage par aspiration ayant un rendement aussi élevé ou à peu près, permettant de   produire   une raréfaction de l'air dans la boite de fumée d'en- 

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 viron 100 mm avec une contrepression d' au rna.xi:

  ¯u 0, 2. a.ta. en surpression, dont auestion plus haut, ce aui est également possible par exemple avec des cheminées multiples avec des 
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 tuyères intermédiaires diaprés 1,ylche.--o, on combine confor- mément à l'invention la caractéristique que la résistance au passage du chemin d'écoulement sur les tubes de   chauffe,   considérés séparément ou en groupe concentré, pour une quantité de gaz   donnée.par   unité de la section non rétrécie du   tube,   est notablement plus grande que la résistance au passage 
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 du chemin d-lécoule-rient.sur les tubes de fumée. 



  Comme déjà dit, on augmente considÁrableY1ent, par l'objet de l'invention, l'économie de la chaudière. Un maximum de l'effet   économioue   est obtenu quand on combine l'effet de l'invention avec un dispositif constitué par une cloison séparatrice, qui, devant   1''extrémité   de la chaudière, s'étend transversalement -par rapport aux tubes de chauffe et aux tubes à fumée, cette cloison séparant la chaudière en une chambre 
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 de vaporisation et en une ch-mbre ou un compartiment de réchauffage qui se trouve également sous la pression de la chaudière et dans laquelle débouche le conduit d'alÍ'11entHtion d'eau. 



  Avec la conbinaison en question, la section transversale des tubes de chauffe, qui traversent 1.?. chs-bre de rch2.uftage, peut être choisie aussi réduite oue possible, en vue ;' uJmnter leur résistance µ 1?<µcouler.ent, alors eue la cloison séparatrieey crui délimite le ch2bre de réchauffage sert !gPliement d'aduui aux tubes de chauffe. Confort/ment . 1¯'- nvention on donne aux tubes de chauffe un diamètre interne qui est nlus petit que 1/125 de la longueur totale. 



   La combinaison en question permet de diminuer la température des gaz perdus, sortant du tube de chauffe, de manière que, pour une puissance de vaporisation   modérée   de la chaudière, elle soit même inférieure à la   température   d'ébullition de l'eau de la. chaudière. 

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     -.'Les   dessins montrent, à titre   d'exemples,   des modes de réalisation de dispositifs d'étranglement qui, selon l'in- vention, sont propres à augmenter la résistance au passage pour le chemin d'écoulement sur les tubes de chauffe. 



   Les figs 1 à 9 montrent, en coupe longitudinale détaillée,, des dispositifs d'étranglement établis dans l'extré- mité d'entrée des tubes d.e chauffe. 



   La fig.. 10 montre, semblablement, un dispositif ana- logue établi dans l'extrémité de sortie d'un tube de chauffe. 



   La fig.   Il montre,   en coupe longitudinale détaillée, un mode de réalisation d'un dispositif d'étrangle-ment pour un groupe concentré de tubes de chauffe, ce dispositif étant établi à leur sortie. 



   Les figs. 12 à 13 ¯montrent, respectivement en coupe longitudinale et en.plan, un mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif d'étranglement des tubes de chauffe est accouplé à un dispositif propre à modifier la section transversale de la tuyère d'échappement. 



   Les figs. 14 et 15 montrent, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale suivant XV-XV de la fig.   14,   l'extrémité de la chaudière , de forme allonge, avec la cloison séparatrice et les chambres de réchauffage séparées par cette cloison. 



   Sur la fig. 1 on constitue le dispositif d'étrangle- ment par un anneau d'étranglement 1 de faible longueur qui, à cause du diamètre interne dés tubes de chauffe 2 différant un , peu d'un tube à. l'autre, est introduit avec jeu dans l'extré- mité du tube de   chauffe.,,qui   se trouve du côté du foyer, et qui, pour être maintenu et pour permettre la transmission de chaleur, est soudé en 3 au tube 2.

   Comme l'anneau 3, qui a une paroi relativement épaisse dans le sens radial pour per- mettre l'obtention d'un effet d'étranglement important, ac-   quiert   une température beaucoup plus élevée que celle du tube 

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 2 refroidi par l'eau, une soudure s'étendant de tous les côtés ou épaisse serait vite cisaillée par les dilatations relatives produites par la chaleur, de sorte que le soudage ne se fait qu'en un endroit étroitement limité du pourtour de l'anneau 1. 



   L'anneau d'étranglement 1 est constitué en une matière résistant à la chaleur, par exemple un acier spécial ayant une teneur élevée en chrome et auquel est ajouté du nickel. Des anneaux d'étranglement, selon la fig. 1, conviennent particulièrement à des locomotives chauffées à l'huile pour lesquelles des encrassements formés par des particules incandescentes de cendres ou de charbon, entrainées par le courant gazeux, ne peuvent pas se former. 



   La fig. 2 montre un anneau d'étranglement 5 qui permet un soudage   périphérique.   A cet effet, on donne à 1' extrémité à souder 5' de l'anneau une épaisseur tellement réduite, que cette extrémité puisse être refroidie efficacement par le bourrelet de soudure 6 et que les différences de températures, qui peuvent encore exister, ne puissent   solli-   citer d'une manière excessive le joint soudé.

   Le bourrelet   descu-   dure 6 est avantageusement rendu lisse par meulage superficiel ou fraisage pour empêcher que les cendres incandescentes puissent y adhérer.   L'entrée,   à profil curviligne et concave suivant la ligne 7, selon l'invention, de l'anneau d'étrranglement 5 a pour effet que les particules de cendres entraînées glissent le long de cette entrée et ne restent pas adhérentes à l'anneau 5. En outre, l'effet d'étranglement est efficacement augmenté par accroissement de la contraction de la veine d'entrée suivant les lignes d'écoulement s-s montrée sur la fig. 2.

   La surface de sortie S, qui va en s'évasant coniquement dans le sens de l'écoulement, de l'anneau d'étranglement a pour effet de faciliter le nettoyage des tubes, qui se fait dans de   nombreux   pays par soufflage, par ramonage ou à   l'aide   de brosses depuis leur extrémité de sortie. 

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     La.   fig..3 montre une autre variante, selon l'inven- tion, du dispositif d'étranglement sous la forme d'un anneau d'étranglement 10 qui, sous condition d'être constitué en une matière résistant fortement à la chaleur, peut être façonne par matriçage à la presse tout en ayant, en substance, une paroi d'épaisseur réduite et une élasticité correspondante. Le bord d'entrée étroit 11, qui fait saillie vers l'intérieur, et la. face extérieure conique 12 s'opposent d'une manière particu- lièrement efficace à l'adhérence des particules de cendres. Le rebord interne 13 sert au centrage. 



   Une autre variante très avantageuse de l'anneau d'étranglement, établi selon'l'invention, est montrée sur la fig.   4   et comporte des douilles séparées 20, 21, 22 emboî- tées télescopiquement les unes dans les autres. De cette   mniè-   re, on peut déterminer aisément le diamètre interne le- plus favorable et adapter le diamètre externe de l'ensemble au dia- mètre externe des tubes. On peut aussi mandriner les douilles successivement les unes dans les autres, ce qui permet d'ob- ' tenir le transfert nécessaire de la chaleur et une adhérence ' permanente, le cas échéant même sans soudage. Finalement, on 'peut aussi, conformément à l'invention, maintenir des douilles élastiques et fendues 20' et 21' (fig. 5) à l'aide d'une douille interne 22' mise en place par mandrinage.

   Cette variante con- vient également pour des tubes qui sont seulement sertis dans la paroi du foyer et qui, par conséquent, nécessitent éventuel- lement un mandrinage supplémentaire. Les douilles des fias 4 et
5 comportent de petits épaulements 23 qui empêchent un glis-   sement   des douilles vers l'intérieur au cours du mandrinage. 



   La fig. 6 montre un dispositif d'étranglement, éta-   ' bli   selon l'invention, qui convient plus spécialement à des locomotives chauffées à l'huile, ce dispositif étant constitué par un anneau d'étranglement 25 qui comporte une partie à paroi mince et de préférence cylindrique 26, fixée dans l'extrémité 

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 du tube de chauffe 2, par exemple par mandrinage ou par soudage à cette extrémité et une partie 27 raccordée à cette partie 26 et qui va en se rétrécissant vers l'intérieur du tube   2,'   la partie 27 comportant l'étranglement ayant un diamètre d. 



   La fig.   7   montre une autre variante constituée par un anneau d'étranglement 30 pour   laauelle,   en utilisant une matière résistant d'une manière particulièrement 'bien à la chaleur,on renonce, dans l'intérêt de la possibilité d'une dilatation libre, à une fixation assurant le refroidissement. 



  L'anneau d'étranglementdont la forme conique d'entrée 31 facilite le glissement des particules de cendres   et' dont   la face interne conique 32 facilite le nettoyage du tube, est maintenu avec jeu entre deux ergots 34 et 35 engagés dans des encoches 10 calisées correspondantes de l'anneau d'étranglement. Les ergots 34 et 35 sont fixés avec quelques points de soudage seulement au tube. Ce mode de fixation, qui ne fait pas intervenir un soudage continu ou un   mandrina.ge,   présente, en outre,   la.vanta-   ge d'une dépense de travail moindre dans le cas'on l'on veut rendre les tubes étanches quand il s'agit de tubes mandrinés car les ergots 34 et 35 peuvent, au besoin, être enlevés facilement-par quelques coups de marteau. 



   La fig. 8 montre une autre réalisation de l'anneau d'étranglement 30 maintenu en place en jeu, l'anneau étant engagé, comme pour un joint à baïonnette, à l'aide d'un encoche 33 sur un ergot 34', qui est   ru.eux   protégé contre les   gaz   chauds, après quoi on fait tourner l'anneau en le guident par la gorge   périphérique   33', cet anneau ^tant ensuite empêché de tourner par le balourd obtenu par la constitution excentrée de l'anneau. L'excentricité du corps annulaire 30 par rapport à l'axe longitudinal du tube de chauffe 2 est.désignée sur la fige 8 par e. 



   Pour tous les modes de   les   anneaux d'étranglement montrés comportent, du côté du foyer, un diasètre 

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 interne d à l'entrée qui donne une surface de section égale à ou plus petite que la moitié de la section   d'écoulement   non rétrécie, avec un diamètre D du tube de chauffe 2. Les anneaux d'étranglement ayant les formes susindiquées procurent,   par   suite de la contraction importante de   l'écoulement,   un effet d'étranglement particulièrement élevé sans que l'on ait à faire intervenir des orifices excessivement petits.

   Par exemple on peut augmenter, à peu près de 5 fois, dans un tube de chauffe d'environ 5m, la résistance opposée à l'écoulement d'une quantité donnée de gaz à l'aide d'un orifice d'étranglement dont le diamètre est égal à la moitié du diamètre interne du tube et on peut, à cause de la quantité accrue de gaz qui, de ce fait, vient frapper le surchauffeur, augmenter la température de la vapeur par exemple de 300 à 400 . ce qui, avec les méthodes connues jusqu'ici, ne peut être obtenu qu'après des transformations importantes de la cha.udière.

   Comme la valeur absolue de   la ré-   sistance à l'écoulement est inversement proportionnelle à la quantité de gaz qui travers' le tube et comme les tubes de chauffe contiennent une quantité notablement moindre de gaz, la résistance totale du système tubulaire n'augmente toutefois que d'environ 150%. ce qui, pour le dispositif de tirage par aspiration, de grande valeur et préconisé par l'invention, nécessite une dépense d'énergie tellement modérée que le gain en économie, obtenue par la surchauffe nettement accrue, subsiste presque complètement, plus spécialement pour les charges moyennes de la locomotive qui sont déterminantes pour l'économie totale. 



   Lors du remplacement des tubes de chauffe ou des extrémités de ces tubes, par suite de l'usure, il est   également   possible, en soi, d'obtenir l'effet d'étranglement désiré par un rétrécissement correspondant des extrémités des tubes, du côté du foyer. Comme, pour des raisons de résistance et de construction, une variation aussi prononcée du diamètre n'est ppsper-   mise,   ces   extrémités   de ces tubes doivent être constituées avec 

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 des rayons de plus ou modns grands,.

   comme montra sur la   fig..   9, ce qui a pour effet un regain d'énergie, de sorte   que.,   pour le même effet d'étranglement, un plus petit   diamètre.   d'entrée est nécessaire que lorsqu'on utilise les anneaux d'é- tranglement conformément à l'invention. De cette manière, on obtient par exemple, avec un diamètre d'entrée de 60%   seulenent.,   un accroissemnt d'à peu près le double pour la résistance du   tube-..   En outre, par le rétrécissement prononcé du tube, on di- minue le pourtour de la zone de mandrinage ou du soudage de retenue, ce qui réduite en conséquence, le pouvoir d'adhérence. 



   Ce mode de   réalisation'n'est   donc avantageux que lorsqu'on désira uniquement obtenir un accroissement modéré de la température de surchauffe. 



   La fig. 10 montre un organe d'étranglement 37 qui contrairement aux anneaux d'étranglement décrits plus haut, se trouve à la sortie du tube de chauffe. La section nécessaire pour l'orifice d'étranglement 37', qui dans ce' cas est établi à la partie inférieure du tube pour éviter les encfrassements, doit être choisie de manière à être plus petite à cause des vo- lumes de gaz moindres qui doivent traverser cet orifice. 



   Cet établissement de   lubrifiée   37' en dehors de la zone la plus chaude, permet également l'obtention d'une sec- tion de sortie variant automatiquement avec la charge afin   ou-,on   s'approche de la surchauffe, maximum permise pour toutes les charges. A cet effet, on a recours à une lamelle élastique 39, par exemple en acier, qui coopère avec l'orifice d'étranglement
37', cette lamelle découvrant une section de sortie plus ou moins grande, par l'effet de dépression qui règne dans la boîte à fumée et qui varie avec la charge. 



   L'organe d'étranglement 37 est constitué, dans ce cas, par un disque engagé à l'aide d'une ailette 38' dans une fente 38" ménagée dans l'extrémité qui, généralement, est assez loin   ,.,du   tube de chauffe ou dans un prolongement tubulaire soudé dudit 

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 La fig. 11 montre un mode de réalisation de l'invention pour lequel le dispositif d'étranglement est établi à   l'extrémi-   té de sortie du courant gazeux, qui débouche depuis le groupe de tubes de chauffe 40 dans la boîte à fumée 41. Une paroi   42,   qui entoure la sortie du groupe de tubes de chauffe, est fermée en partie par un écran 43 de manière qu'il subsiste seulement le passage.44 assurant l'étranglement nécessaire. 



  L'écran 43 peut pivoter autour de l'axe 43' ou être démonté      pour permettre le nettoyage des tubes de chauffe: Le déplace- ment de l'écran 43 présente également la possibilité d'une dé- termination plus aisée par des essais de la section optima de sortie en 44. On désigne par 45 des tubes à fumée à proximité desquels on peut établir des tubes de chauffe. Le dispositif d'étranglement décrit est adjoint au groupe de tubes d.e chauffe 
40 établi à l'écart du groupe de tubes à fumée   45.   



   Quand le rapport de résistance   en trèfles   tubes à. fumée et les tubes de chauffe reste le même, la surchauffe varie avec la charge. Conformément à l'invention, on obtient le maintien de la température de surchauffe admissible au maximum, même dans la zone des charges moyennes, ou le rapprochement le plus grand possible de la température permise au maximum pour des charges plus petites, en faisant croître l'étranglement de l'écoulement dans les tubes de chauffe quand la charge diminue. Ceci peut être obtenu par un déplacement   la main de   l'écran     43,   par exemple en reliant celui-ci par une tringlerie. à un dispositif de coin- mande accessible par le conducteur de la locomotive.

   Le déplace- ment de l'écran   43   peut également se faire automatiquement à l'aide   d'un   effort de rappela de préférence élastique, exercé par exemple par un arbre   43'   agissant comme un ressort de torsion pour l'écran 43 afin que la surface de la section de l'orifice d'étranglement 44 varie dans le même sens que. la dépression variable régnant dans la boite de fumée. Comme il en résulte une modification de la section d'écoulement totale, on modifie. 

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 en même temps et conformément à l'invention, l'effet de la pompe du dispositif de tirage par aspiration, de manière telle que l'activation du feu dans le foyer reste à peu près la même.

   A cet effet, on diminue, par exemple, la section de la tuyère d'échappement à mesure que l'étranglement des tubes de chauffe augmente. 



   Un mode de réalisation de ce dispositif est montré sur les figs. 12 et 13. Le dispositif d'étranglement 41 est adjoint au groupe de tubes de chauffe   40   et constitué   comme   celui de la fig. 11. Il comporte un écran   43   qui peut pivoter autour de l'arbre 43' et règle un intervalle de passage 44 au bord de ce groupe. Cet écran 43 est relié par une tige 50 à un dispositif 51 propre à modifier la section transversale de la tuyère   d'échap-   pement. Comme exemple du dispositif de soufflerie, on adopte celui décrit dans le brevet Autriche n    173.385   dont Question plus haut. On désigne pa.r 52 le tube vertical et par 53 le tuyau   d'échappement   subdivisé par des ailettes de guidage   54   en plusieurs cana.ux divergents 55.

   Sur la glace de la tuyère sont établis., de part et d'autre de l'ensemble des canaux 55, des tiroirs 56   qui;,   à l'aide de fentes de   commande   inclinées 58 dans lesquelles sont logés des ergots fixes 57, peuvent être rapprochés et écartés l'un de l'autre, suivant que les tiroirs 56 sont déplaces longitudinalement   dans   un sens ou dans   l'autre.   



  Ce déplacement est produit par l'écran 43 qui est   relié, .   cet effet, par la tige 50 et la tête 60 aux tiroirs 56. La liaison de la tête 60 aux tiroirs 56 doit être telle que les déplacements latéraux de ceux-ci ne soient pas empêchée. Pour cet   exemple   montré, cette liaison est obtenue à l'aide de fentes transvesales 62 dans un de ces organes, par exemple dans la tête 60 de la tige 50, par des ergots 63 engagés dans ces fentes et prévus sur l'autre organe, par exemple sur les tiroirs 56. 



   Le dispositif   57,   58 doit être réglé demaniërr telle par rapport aux mouvements de l'écran 43 que l'effet de pompe 

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 du dspos.:i.,' ;.et3.rage pa.r ¯asp.ration et l'étranglement des- tubes de chauffe varient dans le même sens, 
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 Dans'l'écran 43 peuvent être prévus des perforations des trous ou des petits clapets qui aident à obtenir un réglage plus précis. 



   Pour la construction de locomotives nouvelles ou au cours de grosses réparations de   chaudières qui   nécessitent des        renouvellements   tellement importants   ;due     1' on' peut,   sans quil en résulte de   frais'supplémentaires   considérables,   déterminer   sans aucune contrainte, le nombre et les dimensions des tubes, il est évident qu'il faut   choisir'les   dimensions des tubesde manière telle qu'un accroissement artificiel de la résistance devienne inutile et qu'une partie aussi grande que possi- ble de la   tota.lité   de la résistance à l'écoulement soit produite par frottement sur les parois, d'autant plus que,

   selon la théorie de la similitude entre la résistance et la transmission de la chaleur, un accroissement du frottement sur les parois tend à favoriser la transmission de la chaleur. 



   Conformément à l'invention, on   s'écarte     dans   ces cas de la règle fondamentale, citée au   débuta   suivant laquelle le rapport H/q dans les tubes de chauffe.et dans les tubes de fumée doit être à peu près le même et'on choisit un rapport H/q notablement plus élevé pour les tubes de chauffe et cela pour les raisons suivantes: quand les rapports H/q dans les tubes de chauffe et les tubes de fumée sont les   mêmes,'   les températures moyennes du gaz sont également analogues dans ces tubes et la chute moyenne de la température entre   les   gaz de combustion 
 EMI15.3 
 et es parois des tubes 'de chauffe, refroidies par. l'ea.u,: est 'beaucoup plus grande que celle qui se produit entre les gaz et les éléments relativement chauds du surchauffeur.

   En procédant      
 EMI15.4 
 comme on la. ya3,t jusqu'ici, on ne"poite. 1>as,çoi>i@lètei>ent de la, surface ohauffe-nte coûteuse, du surchauffeur et cette surface doit être rcnduè'"excesp'iv6'ent p'rnnc'e'si l'on vut r:1;1;c"ndré' 

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 une température de surchauffe déterminée.

   Alors qu'on obtient théoriquement? dans une chaudière avec des surfaces de chauffe à peu près de la même valeur5   1''. optimum   d'économie quand, les gaz de combustion sortent de tous les tubes avec la même température finale, il résulte, du fait que la chaleur absorbée par le surchauffeur a une valeur plus grande et que .la surface de chauffe du surchauffeur est plus lourde et plus coûteurse, qu'un décalage de l'optimum se produit dans le sens d'une diminution considérable des températures des gaz perdus sortant des tubes de chauffe.

   Conformément à l'invention, on choisit le H/q pour les tubes de chauffe de manière telle qu'il soit au moins de   la$,   de préférence de 50 à 60%, plus élevé que pour les tubes à fumée, y compris le surchauffeur,dont le H/q est maintenu,   en'même   temps, à au moins 380 pour limiter la perte en gaz perdus. On obtient, par conséquent, des tubes de chauffe ayant un diamètre relativement petit, ces tubes. procurant également des températures plus basses pour les gaz perdus, mais la tendance, conformément à l'invention; à augmenter'davantage la résistance à l'écoulement par les tubes de chauffe, par un accrois sèment du rapport H/q au-delà de 500 est bientôt limitée, en pratique, par le fait que les tubes, quand on diminue davantage leur diamètre, deviennent trop élastiques et subissent des flexions excessives.

   En outre, le nombre de tubes de chauffe devient bientôt trop grand et on est donc obligé, même pour de nouvelles chaudières; d'obtenir la résistance la plus avantageuse, produite par les tubes de chauffe, en ayant recours, conformément à l'invention, à des anneaux d'étranglement ou à un rétrécissement plus prononcé des tubes de chauffe. De plus,   l'étranglement   à l'extrémité d'entrée des tubes de chauffe provoque un certain accroissement de la transmission de chaleur par suite de la turbulence plus prononcée des gaz de combustion après que ceux-ci ont traversé   l'étranglement.   



   Pour   obtenir..une   économie maximum, on combine, confor- 

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 mément à   l'invention,   la nouvelle disposition décrite plus , haut avec un dispositif dont un mode de réalisation est contre sur, les figs. 14 et 15. Sur ces figures, on désignè par A la. paroi de la chaudière, de forme allongée, par B la paroi qui supporte les tubes et qui délimite latéralement la boite de fumée C, par 2 les tubes de chauffe., par 45 les tubes à fumée et. par   46   les éléments du surchauffeur logés, de la manière connue, dans ces tubes   45.   



   A une certaine distance de la paroi B supportant les tubes, on établit dans la chaudière A une cloison séparatrice T qui forme, de pair avec la paroi B et la partie correspondante de la paroi de la chaudière A, une chambre de réchauffage K dans la partie inférieure de laquelle on introduit l'aide d'un   dispo-   sitif pulvérisateur V, de l'eau d'alimentation à l'état finement divisé, cette eau s'échauffant dans la chambre K en venant en contact avec les tubes 2 et 45 et s'écoulant par les orifices o da.ns la chambre de vaporisation R de   le.   chaudière qui se trouve à la partie inférieure de   la.   cloison T. Les orifices de passage o se trouvent très près au-dessous du niveau libre le plus bas de l'eau de chaudière.

   Pour empêcher la formation d'un matelas d'air inerte au-dessus du niveau libre de l'eau dans le réchauffeur, on ménage, tout en ,haut de la. cloison T, des orifices o' par lesquels l'air peut s'écouler.   La   cloison   séparatrice   T peut également se terminer à peu près au niveau'de la surface libre, la   plus,basse,   de.l'eau'de chaudière. Dans ce cas., on peut supprimer l'ouverture d'inspection qui sans 'cela. est nécessaire. 



   L'accroissement de la résistance de-passage dans le chemin d'coulement sur-les tubes de. chauffagepeut être obtenu non seulement à l'aide d'anneaux et d'écra.ns   ou,.clapets   d'étranglement (fig. 1   à 13)   mais également par des tubes de chauffe très étroits qui peuvent être utilisés avec avantage quand on a recours à une cloison   séparatrice   T, celle-ci formant alors 

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 un appui pour ces tubes de chauffe étroits et empêchant que ceux-ci ne fléchissent trop fortement.

     Alors,Que,   selon l'invention, les tubes de chauffe doivent avoir un diamètre interne corresponda.nt au moins à   1/125ème   de leur longueur totale (distance entre les parois supportant les tubes) si l'on veut éviter les difficultés résultant d'une flexion excessive ou des vibrations, on peut, quand on a recours au dispositif faisant l'objet de l'invention, en combinaison avec une installation de tirage par aspiration ayant le rendement élevé défini plus haut,   'utili-   ser des tubes de chauffe dont le diamètre interne est plus petit que 1/125, en étant avantageusement compris entre   1/140   et 1/180 de leur longueur totale. De plus on peut utiliser également avec avantage des tubes de chauffage fabriqués d'une Manière particulière, par exemple des tubes tordus. 



     Inapplication   de l'invention n'est pas limiteà la combinaison avec une installation avec tuyère d'échappement mais elle peut également être utilisée avec une turbo-soufflante actionnée par la vapeur d'échappement, si celle-ci n'a pas besoin, pour produire une dépression de 100 mm dans la boite de fumée, d'une contrepression   supérieure à   0,2 atm en surpression, mesuréeà la tubulure d'échappement de   le.   distribution du cylindre à vapeur ou, dans le cas de locomotives à turbines, à la tubulure d'échappement de la turbine principale.   REVENDICATIONS   

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1.- Chaudière de locomotive avec un surchauffeur ad-. joint aux tubes à fumée, caractérisée en ce Pu'elle comporte un dispositif de tirage par aspiration qui crée une raréfaction de l'air dans la boite à fumée d' environ 100 mm d'eau avec une contrepression atteignant tout au plus 0,2 atmen surpression ''le- sur4e -IL la tubulure de sortie de la machinen d'entraînement principal, on donne à la résistance de passage dans le chemin d'é- <Desc/Clms Page number 19> coulement dans'les tubes de chauffe, , considérés séparément ou formant un groupe concentré, pour une quantité de gaz donnée par uni, té de surface dé la section transversale non rétrécie des tubes, une valeur notablement plus grande (par exemple d'au moins 10%)

que celle de la résistance de passage dans'le chemin d'écoulement sur les tubes 'à fumée; 2.- Chaudière de locomotive cara.ctérisée en ce que la surface de la parole balayée par les gaz, et la section de pas- sage non rétrécie dans les tubes à fumée, y compris les éléments du surchauffeur logés dans ceux-ci, correspond au moins à 380 et est de 10 à 60% plus grand dans les tubes de chauffe; 3.- Chaudière de locomotive suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un dispositif d'étranglement est adjoint à au moins une partie des tubes de chauffe..

4.- Chaudière de locomotive suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif d'étranglement est cons- ti tué en diminuant le diamètre interne de l'entrée des tubes de chauffe, à l'endroit où se trouve la paroi du foyer, à un. degré tel que la. section transversale de l'entrée de ces tubes corres- ponde, tout au plus, à la moitié de la section transversale non rétrécie desdits tubes.

5.- Chaudière de locomotive suivant la revendication 3, caractérisée en ce 'que le dispositif d'étranglement est établi du côté où le courant gazeux s'écoule hors du groupe de tubes .de chauffe dans la boite à fumée.'.

6. - Chaudière de locomotive. suivant les revendications 3 ou 4, caractérisée en ce¯ que dans les extrémités des tubes de chauffe, qui se trouvent du coté du foyer, 'Sont établis des an- neaux d'étranglement, fixés avantageusement par soudage.

7. - Chaudière de locomotive suivant la revendication 6 caractérisé en ce que l'anneau d'étranglement comporte une partie annulaire qui a une paroi relativement mince et à l'aide de laquelle l'anneau est soudé au tube de chauffe. <Desc/Clms Page number 20> 8.-'Chaudière de locomotive suivant les revendications EMI20.1 6 ou 7, caractérisée en ce que 1'anneau détranglesient comporte une face d'entrée qui va en se rétrécissant progressivement vers 1''intérieur du tube de chauffe, cette face étant avantageusement courbée d'une manière concave.

9. - Chaudière de locomotive suivant une des revendi- EMI20.2 cations 6 à 8, caractérisée en ce que l'azmea.u d'étranglement comporte une face de sortie, avantageuser2ent conique, qui va progressivement en S'8VS2illt vers l'int4rieur du tube de chauffe.

10.- Chaudière de locomotive suivant une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que l' Famee,u 'd' "Hr<-mg;:Le'1ent com- porte une face d'entrée qui fait saillie sur la'paroi qui supperte le tube de chauffe du côté du foyer.

11.- Chaudière de locomotive suivant la revendication 6, caractérisée en ce que l'anneau d'étrangle:'dent comporte une partie, de préférence de forme cylindrique, fixée dans l'extrémité du tube de chauffe, par exemple par mandrinage ou par sou- EMI20.3 d.;r.ge, et une partie qui est raccordée à la preniere et qui va en se rétrécissant vers l'intérieur du tube tout en comportant l'o- EMI20.4 rifice d'.5tre.ngleèllent. 12. - Chaudière de locomotive suivant la revendication EMI20.5 6, caractérisée en ce que l'anneau d'étranglevnent est constitué par des douilles séparées emboîtées les unes dons les autres et maintenues en place par mandrinage.

13. - Chaudière de loconotive suivant la revendication EMI20.6 6, caractérisée en ce que l'8r.!lelU. d'stranglw#ent est constitué pa.r une ou plusieurs douilles Sé)8.r<es, f::"nCtues dpns le sens de la. longueur et par une "douille intérieure maintenue en place par mandrinage.

14.- Chaudière de locomotive suivent la. revendication EMI20.7 6, caractérisée en ce que l'Dnef'.U d'ftr?nglplsnt est enp=>xl libre l)lent dans un dispositif de r=tF:,lt ii;r>5 d,ns le tube de chruffe et constituée de pr±f±rencr3, pur eu l'oins un erçot. <Desc/Clms Page number 21>

15'.- Chaudière de locomotive suivant les mevendications 6 à 14, caractérisée en ce que l'anneau d'étranglement est maintenu par'un ergot sur lequel l'anneau est engagé comme dans un joint à. baïonnette, cet anneau étant empêché de tourner à cause du balourd de l'anneau obtenu par l'emplacement excentré de l'orifice d'étranglement, 16.- Chaudière de locomotive suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif d'étranglement est constitué par un organe d'étranglement établi à la sorti'e du tube de chauffe en étant, par exemple, introduit ou suspendu dans celuici, cet organe comprenant un orifice d'étranglement à sa prrtie inférieure pour éviter le dépôt de crasses.

17.- Chaudière de locomotive suivant la revendication 16, caractérisée en ce qu'en regard de l'orifice d'étranglement susdit est établie une lamelle élastique propre à découvrir un passage d'étranglement plus ou moins grand par Inaction de la dépression variable régnant dans la boite à t'usée.

18.- Chaudière de locomotive suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif d'étranglement est constituépar un écran déplaçable, par exemple pivotant, qui est placé de manière telle dans la chambre à fumée, d evant le groupe de tubes de chauffe pour lesquels l'écoulement des gaz doit être étranglée qu'il subsiste un passage pour les gaz de combustion même au cas où l'écran' occupe une position pour laquelle 1' étranglement est maximum, 19. - Chaudière de locomotive suivant la.

revendication 18, caractérisée en ce que l'écran est sollicité par un effort de rappel élastique propre à actionner automatiquement l'écran de dépendance de la dépression régnant dans la boite à fumée, 20.- Chaudière de locomotive suivant la revendication 19, caractérisée en ce que l'écran est relié de manière telle, à un dispositif propre à modifier l'effet de pompe du dispositif <Desc/Clms Page number 22> de tirage par aspiration, par exemple à un dispositif propre à faire varier la section de tuyère d'échappement que cet effet de pompe et l'étranglement des tubes de chauffe soient modifies dans le même sens.

21. - Chaudière de locomotive suivant une des revendication 1 à 19 caractérisée en ce que les dispositions srécifiées plus haut 'sont combinées avec un dispositif comprenant une cloison séparatrice établie en amont de l'extrémité de la chaudière, transversalement par rapport aux tubes de chauffe et aux tubes de fumée, cette cloison subdivisant la chaudière en une chambre de vaporisation et en une chambre de réchauffage dans laquelle règne également la pression de la chaudière et dans laquelle EMI22.1 débouche 1-lamenée de l'eau d'alimentation.

22. - Chaudière de locomotive suivant la revendication 21,caractérisée en ce que dans le cas spécifié dans la revendication 21, les tubes de chauffe ont un diamètre interne inférieur au 1/125 de leur longueur totale.