Procédé et dispositif pour le réchauffage de l'eau d'alimentation de générateurs de vapeur. La présente invention est relative au ré- chauffage de l'eau d'alimentation, pour tous générateurs de vapeur, mais plus particuliè rement pour les générateurs de locomotives.
On a constaté que la température à la quelle l'eau d'alimentation doit être portée, avant son entrée dans la chaudière, pour ob tenir le rendement thermique optimum, va rie avec les conditions de la vapeur vive (température, pression). Cette température d'alimentation croît d'ailleurs avec la tempé rature et la pression de cette vapeur.
La présente invention se rapporte à un procédé de réchauffage de .l'eau d'alimenta tion, permettant d'obtenir toujours cette température correspondant au rendement op timum; suivant ce procédé; l'eau est réchauf fée dans au moins un réchauffeur par mé lange dans lequel la vapeur est admise à une pression relativement élevée et, partant, à une température telle quelle:. provoque le réchauffage de l'eau d'alimentation à la tem pérature voulue.
Avant son entrée dans le réchauffeur susmentionné, l'eau .d'alimentation peut, dans certains cas, et en particulier lorsque la vapeur du générateur travaille dans une ma chine à, étages multiples, être préalablement réchauffée dans plusieurs réchauffeurs, cha cun de ces réchauffeurs correspondant alors à un étage de la machine et recevant une cer taine quantité de la vapeur détendue dans cet étage.
L'invention .comprend en outre un dispo sitif pour la réalisation du procédé ci-dessus. Dans son application à une locomotive, ce dispositif peut avantageusement comporter deux réchauffeurs par mélange dont l'un re çoit l'eau froide et la vapeur d'échappement de la locomotive et l'autre l'eau réchauffée dans le premier réchauffeur et de la vapeur sous une pression relativement élevée et qui peut être, soit de la vapeur vive, soit de la vapeur d'échappement du moteur des pompes, travaillant alors à contre pression, soit en core, dans le cas où il s'agit d'une locomotive à .double expansion, de la vapeur arrivant des cylindres après la première expansion.
Le dispositif peut aussi ne comporter qu'un réchauffeur par mélange alimenté par de la. vapeur -d'échappement portée à la pression voulue, par exemple par un surpres- seur comportant en particulier un injecteur alimenté par de la vapeur sous pression pro venant de l'une ou de plusieurs des sources énumérées plus haut.
Le dispositif peut aussi comprendre la combinaison, avec un condenseur-réchauffeur principal comportant une arrivée d'eau froide, une arrivée de vapeur sous pression, et une évacuation d'eau chaude, d'une série de condenseurs auxiliaires dont le premier communique avec le condenseur principal -du- quel il reçoit l'eau en excès et la vapeur non condensée, tandis que le second de ces conden seurs auxiliaires communique avec le premier dans le même but, et ainsi de suite, jusqu'au dernier condenseur qui permet, grâce à une conduite appropriée, le retour de l'eau en .excès à la conduite d'aspiration -de la pompe à eau froide,
chacun de ces condenseurs auxi liaires ou seulement le dernier .comportant une arrivée :d'eau froide permettant la con densation progressive -de toute la vapeur qui circule :d'un condenseur à l'autre, en sorte que le dernier se trouve sensiblement à la pres sion atmosphérique, et cela sans aucune perte de vapeur à l'extérieur.
Il est avanta geux, dans -ce cas, ,que le condenseur princi pal et les condenseurs auxiliaires comportent des trous -de dégazage permettant. l'évacua tion des gaz et de l'air dégagés par l'eau chaude, ces trous pouvant être indépendants pour chaque condenseur, ou pouvant faire communiquer au contraire ces condenseurs par leur partie supérieure, le trou de :déga zage du d:arnier condenseur s'ôuvrani tou jours à l'atmosphère.
Des soupapes de sûreté peuvent encore être prévues sur le condenseur principal et sur certains condenseurs auxiliaires, le der nier en particulier, afin d'éviter toute sur pression accidentelle.
Dans le :cas où la pression régnant dans le condenseur principal est supérieure à la pres- si-on de la vapeur d'échappement de machines auxiliaires, que l'on veut également utiliser pour .le réchauffage de l'eau, cette vapeur d'échappement peut être avantageusement ad mise directement dans l'un :des condenseurs auxiliaires où la pression est inférieure à celle de :cette vapeur d'échappement.
Dans le cas où l'on voudrait laissersubsister l'arrivée de cette vapeur d'échappement dans le -condenseur principal, on peut interca ler, sur la conduite d'amenée -de cette vapeur, un clapet d'arrêt automatique qui se fermé pour une pression déterminée .régnant à l'intérieur du condenseur principal.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du dispositif .selon l'invention.
La fig. 1 montre un :dispositif de réchauf- fage d'eau d'alimentation pour locomotives compound, comportant deux réchauffeurs ho rizontaux; La, fig. 2 montre un dispositif corres pondant mais comportant :deux réchauffeurs verticaux; La fig. 3 montre une variante de cons truction du dispositif; La fi-. 4 .représente une autre variante de construction.
Le dispositif de réchauffage représenté sur la fig. 1 comprend essentiellement un premier réchauffeur 1, qui, dans le cas re présenté, est un réchauffeur à mélange da type horizontal. L'eau d'alimentation est refoulée .dans la chambre 2 de ce réchauf feur 1 par une pompe à eau froide $ qui as pire cette eau de la bâche -d'alimentation < 4 par la :conduite 5, et la refoule par la con duite 6 et le pulvérisateur 7 dans ladite chambre 2. Simultanément une certaine quantité de vapeur d'échappement est ad- mise dans ce réchauffeur par une conduite 8 branchée sur la colonne d'échappement 9 des cylindres.
Un compensateur ou réser voir -de trop-plein 10 est prévu, à la manière connue, dans ce réchauffeur 1. L'eau et la vapeur arrivant dans la chambre 2 se mAë- langent: la vapeur est condensée et l'eau chaude obtenue s'amasse dans la poche 11, tandis que l'eau chaude en excès emprunte l'orifice 12 pour arriver dans le compensa teur 10 d'où elle peut faire retour par une conduite 13 à la conduite d'aspiration 5.
Ruant à l'eau chaude amassée :dans la poche 11, elle est aspirée à travers la conduite 14 par une pompe 15 à "eau de premier ré- chauffage", ,qui refoule cette eau par la con duite 16 dans un second réchauffeur par mélange horizontal 17, en tous points con forme au réchauffeur précédent, mais dans lequel la vapeur admise est, non pas -de la vapeur d'échappement, mais de la vapeur sous pression.
Dans le -cas représenté, où<B>Il</B> s'agit d'un dispositif destiné à être appliqué à une locomotive compound, la vapeur arri vant dans -ce réchauffeur 16 par la conduite 17a est prise sur le "receiver" 17b intercalé entre les deux étages des cylindres. Cette vapeur se trouve à une pression relativement élevée en sorte qu'elle provoque un réchauf- fage intense de .l'eau arrivant dans le ré chauffeur 17.
L'eau chaude ainsi obtenue dans la poche 18, aspirée par la pompe à eau chaude 19 par la conduite 20, pour être re foulée, par cette même pompe, et à travers la conduite 21, dans le générateur, est por tée à une haute température, -qui est d'ail leurs celle préalablement déterminée et cal culée comme correspondant au rendement thermique optimum. Dans le cas du second réchauffeur 17, l'eau en excès s'amassant dans le compensateur 22 peut avantageuse ment faire retour, par une conduite 23, à la conduite d'aspiration 14 de la pompe de pre mier réchauffage 15. La vapeur s'échappant de ce -compensateur 22 peut avantageuse ment passer par une conduite 24 dans la chambre .de mélange 2 du premier réchauf feur.
Dans le cas représenté, la pompe à eau froide 3 et la pompe à eau de premier ré- chauffage 15 sont constituées par les deux chambres d'un même cylindre dans lequel se déplace un piston unique 25, ces deux chambres comportant respectivement deux boîte à clapets indépendantes 26 et 27 -d'un type connu. Chacune de ces pompes 3 et 15 est donc une pompe à simple effet. Au -con traire, la pompe à eau chaude 19 est cons- titu6e par une pompe à double effet dont le piston 28 est calé sur la même tige 29 que le piston 25, ces deux pistons étant comman dés par un moteur à vapeur unique 30.
On pourra avantageusement .disposer, omme re présenté, sur la conduite 17a d'arrivée de va peur au second réchauffeur, une buse cali brée 31 réglant le débit et la pression de la vapeur dans le second réchauffeur 17.
Dans le cas où l'on voudrait appliquer ce procédé de réchauffage à double réchalzf- feur à une locomotive à simple expansion, le premier réchauffeur sera alimenté comme précédemment par la vapeur d'échappement, tandis que le second réchauffeur pourrait être alimenté .soit par la vapeur de la pompe d'alimentation qui travaillerait dans ce --as à, contre-pression, soit par une dérivation de vapeur vive, soit enfin concurremment par ces deux moyens.
Dans toua ces cas, on augmente le ren dement thermique du générateur, étant donnC ,que l'eau est portée, avant son entrée dans le générateur, à la température correspondant au meilleur rendement.
On a représenté sur la fie. 2 un disposi tif .de réchauffage identique à -celui qui vient d'être décrit, avec cette seule diffé rence que les deux réchauffeurs sont, dans ce cas, des réchauffeurs par mélange du type vertical. Toutefois, on ne décrira pas ce dispositif, étant donné qu'il est en tous points conforme à celui de la fie. 1, et d'un fonc ionnement identique.
On a représenté sur la fi. 3 une -va n riante de construction du dispositif de ré- chauffage conforme à l'invention. Ce dispo sitif comprend essentiellement un réchauf- feur par mélange 32, :d'un type connu :dans lequel l'eau froide est. envoyée par une pompe tandem 33, par l'intermédiaire d'une con- tduite 34 et d'un pulvérisateur 35. L'eau froide se mélange dans la chambre 36 à de la vapeur qui arrive par une conduite 37.
Cette vapeur -est de la vapeur d'échappe ment prise sur la colonne d'échappement 38 de la locomotive mais portée à la pression qui est nécessaire pour .que l'eau d'alimenta tion soit portée à la température voulue, par un surpresseur 39 qui comporte, en particu lier, un ajutage 40 par lequel est opérée une injection -de vapeur sous pression -qui peut être soit de la vapeur vive, soit de la vapeur prise après la première expansion dans l e cas d'une locomotive compound, soit de la vapeur d'échappement du moteur de la pompe travaillant avec une contre-pression, soit enfin,
concurremment -et simultanément par de la vapeur arrivant de ces .différentes sources. Comme dans le -cas du second ré chauffeur :de l'appareil précédent, la vapeur d'échappement arrivant par la tubulure 37 se trouve ainsi être -de la vapeur à pression élevée, le réchauffage de l'eau étant ainsi d'autant plus important.
L'aspiration d'eau chaude dans ce ré chauffeur 32 se fait par une conduite 41; l'excès d'eau retourne à l'aspiration par une conduite 42, tandis que, par une conduite 43, arrive de la vapeur :d'échappement du moteur -de la, pompe.
n retrouve :dans l'appareil réchauffeur représenté, sur la fig. 4, la plupart .des élé ments de l'appareil représenté sur la fig. 3, et en particulier, un condenseur-réchauffeur principal 36 dans lequel est injectée, par un pulvérisateur 35, de l'eau froide refoulée par une pompe par la conduite 34. Dans ce con denseur 36 arrive également, par une on- duite <B>37,</B> de la vapeur sous pression, laquelle par son mélange avec l'eau froide et sa con densation, donne de l'eau chaude aspirée par une pompe à eau chaude, par une con duite 41, pour être refoulée ,dans le généra teur.
Au condenseur principal 36 sont juxta posés des condenseurs auxiliaires 50, 51, don i, le nombre peut être quelconque (deux -dans le cas représenté). Le condenseur au 7.#i- liaire 50 communique avec le condenseur principal 32 par un orifice 52 dont le niveau dPtermine le niveau supérieur limite que l'eau chaude peut occuper dans le condenseur 36. De même un orifice 53 fait communiquer les .deux condenseurs auxiliaires 50 et 51.
Le dernier de ces condenseurs comporte une conduite 42 permettant le retour de l'eau en excès à la conduite d'aspiration de la- pompe à eau froide.
Dans chacun des condenseurs auxiliai res 50 et 51 est également provoquée une injection d'eau froide. A cet effet, on a dis posé, dans chaque condenseur auxiliaire. un pulvérisateur 57, respectivement 58 ali menté par une dérivation .d'eau froide 59.
Chacun des condenseurs, principal et auxiliaires pourrait comporter un trou de dé gazage, disposé à sa partie supérieure et s'ou vrant à l'air libre; -dans le cas représenté, ce dégazage de l'eau est obtenu en faisant communiquer les condenseurs par leur par tie supérieure, par des orifices 54 et 55., et en disposant, sur le dernier condenseur seule ment, un ajutage de dégazage 56 s'ouvrant à l'air libre.
L'a^ppareil réchauffeur .de la fig. 4 fonc tionne de la façon suivante: La plus grande partie -de la vapeur ad mise dans le condenseur principal 36 est con densée par l'eau froide et provoque le ré chauffage,de celle-ci. La vapeur non conden sée, ainsi que l'eau chaude en excès arrivent par l'orifice 52 dans le premier condenseur auxiliaire 50 où une nouvelle -condensation de la vapeur a lieu. La pression dans ce condenseur 50 est donc bien inférieure à celle régnant. dans le condenseur 36.
De ce condenseur 50, la vapeur non condensée et l'eau chaude passent ensuite dans le second condenseur auxiliaire 51 où une dernière condensation a lieu et où la pression tombe encore pour être voisine de la pression at mosphérique. Les éléments de l'appareil sont calculés -de manière à ce _que toute la vapeur soit ainsi condensée.
Comme cette condensa tion sert exclusivement au réchauffae <B>di-</B> t, l'l'eau, directement aspirée par la pompe à eau chaude, ou devant faire retour à la conduite d'aspiration de la pompe à .eau froide, ïe rendement de l'appareil est bien -supérieur à celui des appareils dans lesquels en éta blit, pour équilibrer les pressions, une com- municatson à l'atmosphère.
I & s gaz qui se dégagent de l'eau chaude et qui passent -d'un compartiment à l'autre par les orifices 54 et 55, sont finalement évacués par l'ajutage de dégazage 56. Des soupapes @de sûreté 60 et 61 sont -disposées sur le condenseur principal 36 et le conden- seur auxiliaire 51 pour éviter toute sur pression accidentelle.
Afin de maintenir le dernier condenseur à la pression atmosphérique, la soupape 61 peut être combinée avec un reniflard. Etant donné les condensations successives, la perte de vapeur sera toujours insignifiante.
Comme dans le cas de la fig. 3, la vapeur arrivant dans le condenseur principal 36 sera de la vapeur-sous pression provenant de toute source appropriée. Toutefois, il est avantageux d'appliquer sur cet appareil de réchauffage, un procédé de prise de vapeur d'un genre connu qui consiste à dériver -du cylindre moteur, une certaine quantité de vapeur vive, vers la fin -de la détente à l'in térieur de ce cylindre.
On pourrait également admettre, dans le condenseur principal, exclusivement de la vapeur d'échappement ordinaire, tt éventuel lement .la vapeur d'échappement -des machi nes auxiliaires, cette vapeur arrivant, par exemple, par une conduite 62.
Sur cette conduite, on intercale, de préfé rence, un clapet automatique d'arrêt 63 qui ferme cette conduite 62 lorsque la pression à l'intérieur -du condenseur 36 s'Élève au-dessus de la pression de la vapeur .d'échappement des machines auxiliaires, ceci afin ,d'éviter le travail de ces machines auxiliaire à contre- pression. Ce même résultat -est atteint en faisant déboucher directement la conduite 6? dans un condenseur auxiliaire où la pression est toujours inférieure à celle de la vapeur d'échappement des machines auxiliaires.
On pourra, dans certains cas. disposer des éjecteurs pour accélérer le passage de l'eau et de la vapeur d'un condenseur à l'au tre.
Il est évident. que dans tous les cas, on pourrait remplacer une ou plusieurs pompes. et -en particulier la pompe à eau froide, par un éjecteur ou similaire.
II va d'ailleurs de soi que l'invention n'a été représentée et décrite ici qu'à titre pure ment explicatif mais nullement limitatif, et qu'on pourrait. y apporter diverses modifickL- tions de détail sans altérer son esprit..