<Desc/Clms Page number 1>
L'invention concerne des perfectionnements aux systèmes de commande automatique pour chaudières et générateurs de vapeur, et, plus spécialement aux systèmes de commande du type général dans lequel l'alimentation en eau d'une chaudière ou d'un générateur de vapeur est commandée par les variations de la pression produite à l'intérieur de cette chaudière ou de ce générateur de vapeur et l'alimentation en combustible et en air du foyer de cette chaudière ou de ce générateur de vapeur est commandée par le débit d'alimentation en eau.
Le brevet français n 1 052 860 du 31 janvier 1952 décrit un système de commande automatique du type général sus-mentionné auquel appartiennent les perfectionnements selon la présente invention.
Les systèmes de commande du type général mentionné réalisés jusqu'à présent utilisaient habituellement un fluide sous pression, tel que de la vapeur d'eau ou de l'air comprimé, pour pulvériser un combustible liquide injecté dans la chambre de combustion. Le fluide sous pression ainsi utilisé était maintenu à une pression prédéterminée invariable.. Par conséquent la vitesse d'injection du combustible dans la chambre de combustion variait en fonction de la propaga- tion de la flamme, de sorte que, lors de combustions peu intenses,le combustible brûlait à une distance désavantageuse de l'ajutage d'injection.
Le but principal de l'invention est de fournir des moyens pour faire varier la pression du fluide pulvérisateur (vapeur ou air.comprimé) envoyé dans un ajutage d'injection de combustible en fonction des variations du débit du com- bustible injecté.
Un autre but de l'invention est de fournir un robinet-valve de command de pression d'une construction simple pour commander la pression du fluide pulvé- risateur de combustible envoyé dans l'ajutage d'injection de combustible.
Le système de commande perfectionné selon l'invention et une chaudière ou un générateur de vapeur équipés avec ce système comportent en plus des moyens pour faire varier le débit d'alimentation en eau de la chaudière ou du générateur de vapeur en fonction des variations de la pression produire à l'intérieur de cette chaudière ou du générateur de vapeur, et en plus des moyens pour faire va- rier le débit d'injection de combustible dans la chambre de combustion de ladite chaudière ou du générateur de vapeur en fonction du débit d'alimentation en'eau, un dispositif fonctionnant en coopération avec les organes mentionnés ci-dessus, pour faire varier la pression du fluide employé pour pulvériser'le combustible liquide injecté.
Dans ce but, l'invention fournit un dispositif à robinet-valve de commande de pression comportant une enveloppe formée de plusieurs parties, pourvue d'un élément membraneux flexible qui divise l'intérieur de l'enveloppe en une chambre à combustible convenablement raccordée à un tronçon du tuyau d'a- limentation en combustible en un point situé entre une vanne commandant le débit de combustible intercalée dans ce tuyau et l'ajutage d'injection de combustible, ledit élément membraneux étant influencé par les variations de la pression à l' intérieur dudit tronçon du tuyau d'alimentation en combustible.
La partie inté- rieure à ladite enveloppe située au-dessous du dit élément membraneux comporte une chambre à haute pression et une chambre à basse pression destinées au fluide pulvérisateur du combustibleo Une soupape associée au dit élément membraneux et actionnée par celle-ci est interposée entre les dites chambres à haute et à basse pression pour faire varier la pression dans la dite chambre à basse pression en fonction des variations de la pression dans la dite chambre à combustibleo La dite chambre à basse pression est convenablement raccordée à l'ajutage d'injection de combustible. Par conséquent, la pression du fluide débité dans cet ajutage pour pulvériser le combustible varie en fonction des variations de la pression du com- bustible arrivant dans le dit ajutage.
Au dessin annexé : la figure 1 représente schématiquement un système de commande automa- tique comportant les perfectionnements selon l'invention, pour commander le fonc-
<Desc/Clms Page number 2>
tionnement d'un générateur de vapeur ; la figure 2 est une vue de profil, en élévation, d'un dispositif à commande par pression contenu selon l'invention dans le système représenté par la figure 1, pour faire varier la pression du fluide pulvérisant le combustible; la figure 3 est une coupe du dit dispositif à commande par pression suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; et la figure 4 est une coupe partielle de la vanne commandant le débit d'injection de combustible dans la chambre de combustion du générateur de vapeur représenté par la figure 1.
La figure 1, à laquelle on se réfère d'abord, représente la chaudière ou le générateur de vapeur d'eau qui est désigné dans son ensemble par 10. Cette chaudière est d'un type connu pouvant fonctionner soit en chauffe-eau soit en générateur de vapeur d'eau. Elle comprend plusieurs serpentins tubulaires concen- triques reliés entre eux en série et identifiés par les numéros 11 et 12. Les spires du serpentin intérieur 11 sont, de préférence, très rapprochées l'une de l'autre dans la partie supérieure de la chaudière et délimitent une chambre de chauffe 13.
Les spires, inférieures du serpentin Il sont écartées l'une de l'autre de façon à permettre aux gaz chauds de passer entre celles-ci pour pénétrer dans un espace annulaire'14 où ces gaz entrent en contact de chauffage avec les spires du serpentin 12 au cours de leur ascension dans la chaudière en direction de la cheminée 15. Au-dessus de la chambre de chauffe 13 est située une chambre de combustion ou foyer 16 qui communique avec cette chambre de chauffe par l'inter- médiaire d'un cône creux 17 de foyer convergent vers le bas. Une chambre 18 d' insufflation entoure la chambre de combustion 16, reçoit de l'air comburant d'un ventilateur 19 et le laisse passer dans la chambre de combustion par l'intermédiai- re d'une ouverture 20 en cratère dans laquelle pénètre un ajutage à combustible 21.
Une partie de l'air passe de la chambre d'insufflation 18 dans un passage an- nulaire 22 compris entre la paroi conique 17 et une paroi conique analogue 17a entourant la précédente. Un clapet de tirage ou registre 23 est disposé dans le conduit d'air 24 associé au ventilateur 19 pour régler le débit d'air envoyé dans la chambre d'insufflation 18.
La chaudière est alimentée en eau à partir d'un réservoir 25 par une pompe 26, l'eau étant extraite de ce réservoir par l'intermédiaire d'un tuyau 27 et envoyée à travers un tuyau 28 dans un appareil régulateur d'alimentation en combustible désigné dans son ensemble par 29. L'eau d'alimentation traversant ce régulateur 29 arrive, par l'intermédiaire du tuyau 30, dans la spire la plus haute 31 du serpentin 12 de la chaudière. L'eau s'écoule vers le bas à l'intérieur du serpentin extérieur 12, pénètre dans le serpentin intérieur par son extrémité inférieure et sort de ce serpentin intérieur par son extrémité supérieure pour pénétrer dans un séparateur ou purgeur de vapeur 33, par l'intermédiaire d'un con- duit 32.
La vapeur suit le circuit indiqué par des flèches, dans la partie supé- rieure du séparateur, tandis que l'eau liquide se dépose en gouttelettes sur le fond du séparateur et est renvoyée à travers le tuyau 34 dans le réservoir d'ali- mentation 251 Un tuyau 35 fait arriver la vapeur sortant du séparateur 33 dans un mécanisme 36 pour faire varier la position d'une vanne 37 en fonction de la pression produite dans la chaudière. Lorsque la chaudière est utilisée en chauffe- eau, la pression agissant'sur le mécanisme 36 résulte de l'expansion de l'eau à l'intérieur de la chaudière. Lorsque la chaudière est utilisée en générateur de vapeur, la pression actionnant le mécanisme 36 est celle de la vapeur à la sortie de la chaudière.
La dite vanne 37 est enfermée dans une boîte 38'qui est raccor- dée par un conduit 39 au tayau 28 d'alimentation en eau en un point situé entre la pompe 26 et l'appareil de régulation 29. La pompe 26 a un débit constante Par conséquent le volume d'eau envoyé dans la chaudière par l'intermédiaire du tuyau 28, de l'appareil de régulation 29 et du tuyau 30, par unité de temps, dépend de la quantité d'eau qui est dérivée du tuyau 28 à travers le conduit 39 et la vanne 37 et qui Détourne au réservoir d'alimentation 25 par l'intermédiaire du conduit
<Desc/Clms Page number 3>
40. Le mécanisme 36 réagit aux variations de la pression lorsque celle-ci dépasse une valeur minimum prédéterminée, à 1 intérieur de la chaudière.
Par conséquent, lorsque la pression dépasse la dite valeur minimum, la pression interne de la chaudière agit sur le mécanisme 36 de façon à augmenter progressivement l'ouver- ture de la vanne 37 dans le but d'augmenter ainsi le volume d'eau dérivé du tuyau 28 d'alimentation en eau lorsque cette pression interne croit. Le combustible, du mazout ou de l'huile combustible de préférence, est contenu dans un réservoir 41 et est injecté au moyen d'une pompe 42 par l'intermédiaire d'un tuyau-43, d'une vanne 44, d'un conduit 45'et de l'ajutage 21.
Une soupape 46 à fermeture par solé- noide est introduite dans le circuit d'écoulement de l'huile combustible de telle façon que l'alimentation en mazout puisse être supprimée lorsqu'on le désirée La pompe à combustible 42, la pompe d'alimentation en eau 26 et le ventilateur 19 sont entraînés, de préférence, par le moteur 47 du ventilateur.
Un tube de dégagement 48 près de la pompe 42 dérive le mazout du tuyau d'alimen- tation 43 vers le conduit 49 de retour qui débouche dans le réservoir 41 à huile (Combustible de telle sorte qu'un retour de pression sur la pompe 42 puisse être évité lorsque l'alimentation 'en combustible de l'ajutage 21 est interrompue. -
Le régulateur 29 est,de préférence, actionné par la pression du mazout Dans ce but, un tube 50 en dérivation sur le tuyau 43.introduit le combustible dans le régulateur de façon à faire varier la position d'un bras pourvu de cames 51 et 52. Un tronçon de tube 53 dit de retour part du régulateur 29 et aboutit au tuyau de retour 49 de façon à renvoyer du mazout dans son réservoir 41 selon le régime de fonctionnement du régulateur 29.
La position des cames 51,52 est toutefois commandée en fonction du débit d'eau traversant l'appareil de régulation 29. Un changement de la position de la dite came 51 fait fonctionner la vanne 44 de façon à faire varier le débit de mazout envoyé vers l'ajutage 21 de projection.
La vanne 44 à huile combustible est représentée à la figure 4 et elle comprend une enveloppe 54 vissée sur une base 55 qui sert de raccord au tuyau 43 d'alimentation en huile.
Un élément de vanne 56 en forme de pointeau ou tige est supporté par un ressort 57 à l'intérieur de l'enveloppe 54. L'extrémité inférieur de la tige-pointeau est chanfreinée en 58, et s'ajuste à l'intérieur d'un alésage central 59 de la base. Normalement, le ressort 57 maintient le pointeau dans sa position supérieure en laissant ainsi ouvert l'orifice 60 de sortie de l'huile de telle façon que cette huile passe du tuyau 43 dans le tuyau 45. Un tronçon de la tige 56 émerge au-dessus de l'extrémité supérieure de 1 enveloppe 54 et vient en prise avec un bras de commande 61 qui porte un galet suiveur 62 s'appuyant sur la came 51.
Lors- que la came 51 se déplace dans un sens, le bras 61 est appuyé contre l'extrémité supérieure de la tige-pointeau 56 qui s'abaisse de sorte que sa partie chanfreinée 58 se déplace dans un sens de façon à réduire progressivement l'écoulement de mazout à travers la vanne et finalement à fermer entièrement l'ouverture 600
Le système de régulation qui vient d'être décrit est exposé dans le brevet français n 1 052 860 rappelé ci-dessus qui donne les détails de la con- struction de l'appareil de régulation 29 et du mécanisme de commande 36. Par con- séquent, du fait que le régulateur 29 et que le mécanisme de commande,39 sont connus depuis longtemps et qu'ils sont illustrés de manière détaillée dans le bre- vet mentionné, on a jugé inutile d'entrer dans les détails de leur construction dans la demande présente.
Un mécanisme suiveur (non représenté) est associé à la came 52 de 1' appareil de régulation 29 et est relié au registre 23 par un système d'accouple- ment approprié, qui est représenté par la ligne en pointillé 62a, pour faire va- rier automatiquement la position de ce registre et par conséquent le débit d'arri- vée de l'air dans le ventilateur 19 et dans la chambre d'insufflation 18.
<Desc/Clms Page number 4>
Selon l'invention, le combustible liquide arrivant dans l'ajutage
21 est pulvérisé au moyen d'un fluide sous pression tel que de la vapeur d'eau ou de l'air comprimée qui est introduit dans un élément mélangeur 66 associé à l'ajutage 21. Lorsque la chaudière 10 sert de générateur de vapeur d'eau, cette vapeur est employée qomme fluide comprimé de pulvérisation et elle est prélevée à cet effet sur le tuyau 35 partant du séparateur de vapeur 33 et dirigée par un tube de dérivation 63 vers un dispositif détendeur ou réducteur de pression
64.
La vapeur sortant du 'dispositif détendeur 64 est envoyée par le conduit 65 dans le dit élément mélangeur 66, à la pression désirée pour pulvériser l'huile à sa sortie de l'ajutage 21. Lorsque la chaudière 10 sert de chauffe- eau, ôn utilise de l'air comprimé comme fluide pulvérisateur du combustible. En pareil cas, une soupape 67 intérieure au tube de dérivation 63 est fermée et l'air compri mé est envoyé par une source (non représentée ) à travers le conduit 68 et la soupape de retenue 69 dans le dispositif détendeur 64.
Le dispositif détendeur 64 comporte une enveloppe formée d'une partie supérieure 70, d'une partie inférieure 71 et d'une partie intermédiaire 72. La partie intermédiaire 72 comporte une membrane flexible coopérant avec la partie , supérieure 70 de façon à délimiter une chambre 73 à pression de combustible desti- née à recevoir le combustible liquide au moyen d'un tuyau 74. Ce tuyau est raccor- dé au tuyau 45 d'alimentation en combustible en un point situé entre la soupape
44 et l'ajutage 21. Par conséquent, la pression du combustible dans la chambre
73 correspond à la pression du combustible arrivant à l'ajutage et elle agit sur la partie à membrane 72. Cette partie à membrane comporte une bague 75 destinée à être serrée entre les parties supérieure et inférieure 70,71 de l'enveloppe.
Cette bague 75 présente une épaisseur réduite suivant son périmètre intérieur de façon à présenter un élément de guidage annulaire 76 pour centrer un disque métal- lique 77 à l'intérieur de cette bague 75. Deux membranes flexibles 78,78 sont en contact avec les faces opposées du disque 77 et leurs parties périphériques
Sont enserrées en 79 entre la bague 75 et les parties supérieure et inférieure
70, 71 de l'enveloppe. Un ressort 80 est placé dans la chambre 73 et il s'appuie, à son extrémité inférieure, sur un disque 81 qui repose sur la membrane 78 supé- rieure. L'extrémité supérieure du ressort 8p porte un disque d'appui 82 qui est en contact avec une vis de réglage 83 s'étendant à travers la partie supérieure
70 de l'enveloppe.
En faisant tourner la vis 83, on peut régler la pression exer- cée par le ressort 80 sur l'ensemble à membrane en question. Un contre-écrou 84 maintient la vis 83 dans une position de réglage arbitraire. Afin d'éviter toute fuite de combustible liquide de la chambre 73, un capuchon 85 enfermant le tron- çon supérieur de la vis 83 est vissé sur un bossage 86 et un joint étanché appro- prié 87 est enserré entre l'extrémité inférieure de ce capuchon et la paroi supé- rieure de la partie 70 de l'enveloppe de façon à réaliser une fermeture étanche au fluide.
La bague 75 est percée d'un canal radial 75a de façon à faire communiquer avec l'atmosphère l'espace compris entre les membranes flexibles 78, 780
La partie inférieure 71 de l'enveloppe du détendeur 64 contient une chambre 88 à haute pression qui est alimentée en vapeur et/ou en air comprimé au moyen du tube 63, ainsi qu'une chambre 89 à basse pression. La liaison, par un canal 90, entre le chambre à basse pression et la chambre à haute pression est commandée par une soupape 91 à bille portée par un ressort 92 qui maintient normalement la soupape dans sa position de fermeture. La soupape est en contact avec la face inférieure du dit ensemble à membrane, de façon à pouvoir être action- née, par l'intermédiaire d'une tige-poussoir 93 et d'un disque d'appui 94.
Un fil- tre 95 approprié entoure la soupape à bille 91 de façon à empêcher le passage de tartre à travers celle-ci.
La pression totale exercée sur l'ensemble à membrane en question à la fois par le ressort réglé 80 et par le combustible liquide sous pression con- tenu dans la chambre 73 est normalement suffisante pour amener la soupape à bille
91 dans une position pour laquelle la vapeur d'eau est maintenue à une pression de l'ordre de 1,8 kg dans la chambre 89 à basse pression, la vapeur à cette basse
<Desc/Clms Page number 5>
pression étant envoyée à travers le tuyau 65 dans l'élément mélangeur 66 associé à l'ajutage 21,
dans le but de pulvériser 1 huile à la sortie de cet ajutageo
On doit donc remarquer qu'à toute réduction de la pression du combus- tible dans le tuyau d'alimentation 45 correspond une diminution de la pression du combustible dans la chambre 73 qui provoque une réduction proportionnelle de l' ouverture de passage délimitée par la soupape 91, d'où il résulte un abaissement de la pression de la vapeur sortant de la chambre 89 du détendeur 64 et atteignant l'ajutage 21 par l'intermédiaire du tuyau 65 et de 1 -élément mélangeur 660:
Si la pression du combustible dans le tuyau 45 augmente, la pression du liquide combustible dans la chambre 73 varie en conséquence et, par suite, l'ensemble à membrane 72 se déplace en abaissant la soupape de façon à augmenter en propor= tion le débit d'écoulement de vapeur de la chambre 88 à haute pression vers la chambre 89 à basse pressiono La variation de la pression du fluide pulvérisateur, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, assurel'injection de ce fluide à une pression appropriée lui permettant d'accomplir la fonction désirée de pulvérisation du combustible par laquelle la stabilité de la flamme est maintenue à la fois pour des feux très intenses et peu intenses.
On résumera maintenant le fonctionnement du système de commande,, La pompe 26, dont le débit est constant, extrait de l'eau du réservoir 25 par le tuyau 27 et l'envoie par le tuyau 28 dans l'appareil de régulation 29 dont la fonction est de faire varier l'ouverture de la vanne 44 pour combustible, c'est- à-dire, en définitive, le débit de combustible envoyé vers l'ajutage 210 Cet appareil de régulation,29 fonctionne au moyen de la pression du combustible débi- té par la pompe 42 dans le tube de dérivation 50, mais la position de la came 51 dont dépend l'ouverture de la vanne 44, c'est-à-dire le débit de combustible injecté par l'ajutage,
est commandés par le débit d'écoulement de 1 eau en direc- tion de la chaudière à travers l'appareil de régulation 29 en question et à tra- vers le tuyau 30. Lorsque la pression dans la chaudière est inférieure à une valeur prédéterminée, toute l'eau débitée est envoyée dans la chaudière. Toute quantité d'eau superflue mêlée à la vapeur sortante est séparée de celle-ci dans le séparateur de vapeur et retourne par l'intermédiaire du conduit 34 dans le réservoir d'eau 25.
Lorsque la pression à l'intérieur de la chaudière dépasse ladite valeur prédéterminée, la vapeur sous pression amenée par le tuyau 35 de la sortie du séparateur dans le mécanisme 36 à commande par pression fait varier l'ouverture de la vanne de dérivation d'eau 37; de l'eau est dérivée du tuyau 28 par le conduit 39 vers l'orifice réglé par la vanne 37 et retourne au réservoir d'eau 25 par l'intermédiaire du tuyau 40. Le volume d'eau dérivé du tuyau 28 ré- duit le volume d'eau introduit dans la chaudière.
Cette réduction du débit de l'eau traversant l'appareil de régulation 29 provoque une modification de la posi- tion de la came 51 de telle sorte qu'il y a une diminution correspondante propor- tionnelle du débit et de la pression du combustible envoyé vers 1 ajutage 210 La came 52 dudit appareil de régulation 29 est également déplacée et règle ainsi la position du registre 23 de façon à réduire en proportion la quantité d'air comburant débitée dans la chambre d'insufflation 18.
Toute diminution de la pres- sion du combustible s'écoulant vers 1 ajutage 21 s'accompagne d'une réduction correspondante de la pression du combustible dans la chambre 73 du détendeur 64, d'où il résulte que la soupape à bille 91 se ferme partiellement sous l'action du ressort 92 de façon à réduire la pression de la vapeur envoyée dans l'élément mélangeur 66 par l'intermédiaire du tuyau 65. Si, par la suite, la pression aug- mente dans le tuyau 45 d'alimentation en combustible, la pression du combustible dans la dite chambre 73 augmente en conséquence et déplace l'ensemble à membrane 72 qui ouvre en proportion la soupape 91 de sorte qu'il produit une augmentation proportionnelle du débit du fluide pulvérisateur sous pression envoyé vers l'a- jutage en questiono