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Cet appareil est destiné en ordre principal) à économiser de la vapeur dans les échangeur de chaleur, par récupération d'une partie de la chaleur d'é- chauffement.
Dans les échangeurs de modele courant, la transmission de chaleur est obtenue par la simple phase de la condensation de la vapeur. L'eau de condensa- tion produite est aussitôt évacuée de la surface de chauffe par le purgeur, et cela à une température légèrement inférieure, à celle de la vapeur alimentant , l'éohangeur. D'autre part la régulation de ces appareils normaux est assuré par une vanne automatique placée sur l'admission de la vapeur. Cette vanne automati- que ferma l'arrivée de vapeur dès que la température est atteinte à la sortie de l'échangeur. Cette vanne reste ouverte tant que l'échangeur ne donne pas'la température désirée.
Dans l'échangeur faisant partie du présent brevet, le réchauffement est obtenu non seulement par condensation de la vapeur, mais aussi par refroidis- sement de son eau de condensation. Comparativement, il s'agit done d'un économiseur de vapeur. De plus l'alimentation en vapeur n'est 'plus contrôlée mais entièrement libre et continue. Quant au purgeur il est remplacé par une vanne automatique qui ouvre ou qui ferme l'évacuation de l'eau de condensation en fonction de la puissance à assurer. Ainsi donc des puissances variables sont obtenues par des de niveau de' l'eau de condensation dans le faisceau tubulaire.
En somme la surface de chauffe de l'échangeur se compose de deux parties a) Partie de la surface de chauffe située au dessus du niveau de l'eau de condensation, et qui sert normalement à la condensation de la vapeur vive. b) La partie de la surface qui est située sous le niveau normal de l'eau de condensation, et qui sert au refroidissement de cette eau de condensa- tion.
Si on tient compte d'une part qu'à toute augmentation du niveau de l'eau de condensation correspond une diminution de la puissance de l'échangeur et d'autre part qu'à toute baisse de ce niveau correspond une augmentation de la puissance de l'échangeur, on conçoit aisément qu'il est possible de faire un réglage de cette puissance calorifique, en asservissant la position de ce niveau de l'eau de condensation, à une vanne automatique placée sur l'a sortie de l'échan- geur (à la place du purgeur). Quand on désire une puissance calorifique plus élevée, la vanne s'ouvre, dans le cas contraire elle se ferme.,
Comme dans le présent brevet, la vapeur et l'eau de condensation cir- culent à l'intérieur des tubes horizontaux, et le fluide à réchauffer à l'exté- rieur de ces tubes, certaines précautions sont à prendre pour éviter les "coups de bélier".
Les dispositifs employés pour éviter ou aténuer le "coup de bélier" peuvent se comprendre aisément lorsque l'on connait la nature et l'origine exacte du coup de bélier. ,
La fig. 1 représente en coupe un tube faisant partie de la surface de chauffe de l'échangeur. La disposition de ce tube horizontal est telle que la vapeur s'écoule dans le sens AB. Lorsque le niveau de l'eau de condensation monte, dans le réchauffeur, ce tube se trouve noyé progressivement. Le niveau de l'eau de condensation monte par exemple dans ce tube depuis XY jusque KZ.
Comme la vapeur trouve encore une zone de condensation dans la partie du tube située vers B ; lavapeur passe au dessus du plan d'eau constitué par l'eau de condensation au niveau KZ. La vapeur par simple passage et frottement sur le plan d'eau, créera sa surface de petites vagues, dont l'amplitude va rapidement en augmentant, vu que ces vagues ont tendance à diminuer la section de passage offerte à la vapeur. Il arrive un moment ou deux vagues successives isolent entre elles et la paroi du tube, un certain volume de vapeur. Ce volume de vapeur trouve
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une surface de condensation dans la paroi même du tube et également dans la masse des deux vagues d'eau de condensation.
Comme le phénomène de la condensa- tion de la vapeur est excessivement brusque, ces deux vagues successives formant bouchon d'eau sont précipitées l'une vers l'autre. Le choc de ces deux bouchons d'eau provoque ce que l'on appelle le "coup.de bélier".
L'énergie dissipée par le choc de ces deux bouchons d'eau de conden- sation est égale à l'énergie cinétique acquise par l'eau de condensation, pendant le déplacement résultant de la phase de condensation du petit volume de vapeur.*,,,-
Cette énergie cinétique est en réalisé la somme de deux énergies ciné- tiques partielles de chacun des bouchon d'eau.
Comme cette énergie cinétique est égale à la masse d'un bouchon d'eau multiplié par le carré de la vitesse acquise par ce bouchon, et divisé par deux on pourra aténuer l'effet du coup de bélier en diminuant la valeur du facteur vitesse au carré. Ce facteur vitesse dépend évidemment lui même du phénomène de condensation, c'est-à-dire que cette vitesse est fonction indirecte d'une diffé- rence de température.
Les dispositifs destinés à éviter ou à aténuer l'effet des coups de belier sont donc calculés exactement pour a) Absorber une énergie cinétique (frein) b) Empêcher cette énergie cinétique d'augmenter son facteur vitesse.
DESCRIPTION.
L'échangeur se compose essentiellement :
I) D'un corps C avec orifices I et II correspondant respectivement à l'entrée et à la sortie du fluide à réchauffer.
2) D'une tête T avec orifices III et IV correspondant respectivement à l'entrée de la vapeur vive, et à la sortie de l'eau de condensation.
3) D'une plaquelltubulaire P dans laquelle sont mandrinés les tubes du faisceau.
4) Une vanne V assurant la régulation de l'ensemble par noyade ou
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vidange du faisceaui#1bulairo.
Remarque I. A l'intérieur de tous les tubes du faisceau sont glissées des "bros-
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ses métalliques cylindriques. Chaque "brosse" ëst constituée d'une armature néta.1- '4. a:é,t(,,nt.irté e :;"Im:ill:âs,éga.Jlement.::. métalliques. Chacune des lamelles est flexible et présente sa plus grande surface perpendiculairement à l'axe du tube. Ces lamelles métalliques flexibles présentent trois avantages :
I) Absorber l'énergie cinétique qui est à l'origine du coup de bélier.
2) Transmettre par simple conduction , des calories à l'eau de conden- sation circulant à la partie inférieure du tube. En effet plus l'eau de conden- sation est chaude plus faible est le phénomène de condensation de la vapeur contenue dans v.
3) Augmenter la valeur du nombre de RAYNOLDS dans la partie du fais- . ceau ou circule exclusivement l'eau de condensation.
Remarque 2 La valeur de l'énergie cinétique obtenue par le déplacement de deux bouchons d'eau de condensation, peut être diminuée en appliquant à chacun
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des bouchon une force rétardaq±àyE,. Cette force retardat:r;i'c:e) peut être constituée également par un autre phénomène de condensation. Il suffit pour cela de ménager à distances égales et à partie supérieure de tous les tubes, de petites chambres de vapeur, destinées à équilibrer le phénomène de condensation lorsque des bou- chons d'eau se forment dans le tube. Ces chambres de vapeur sont obtenues en applatissant le tube distance régulière, applatissement qui se fait seule-
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ment à la partie supérieure du tube et dans le sens perpendiculaire à l'axe du tube.