Générateur tubulaire de vapeur. La présente invention est relative à un générateur tubulaire de vapeur, par exemple un générateur de vapeur à circulation forcée, dans certains au moins :des tubes duquel circule un mélange de liquide et de vapeur à grande proportion. volumétrique de vapeur par rapport au liquide.
Il est bien connu que la température du métal de la. paroi d'un tube de chaudière à vapeur aquatubulaim ne dépasse pas la tem pérature du fluide qui y est contenu d'une quantité suffisante pour affaiblir ou endom mager autrement le tube, tant que ce dernier est mouillé parle liquide sur la surface inté rieure de la paroi opposée à la surface exté rieure qui reçoit la chaleur, même dans 1e cas d'un transfert de chaleur intense à tra vers le métal de la paroi :du tube.
On sait également que quand une partie substantielle quelconque de 1a surface intérieure de la pa roi d'un tube st sèche, cette portion :de la priroi du tube aura une tendance à subir un coup de f4-#u et à être endommagée, même si les allures de transfert de chaleur sont modé rées, bien que le,s autres parties. de la paroi qui lui sont adjacentes, soit circon±érentiel'le- ment, soit longitudinalement, puissent être à des températures .sans, danger, même avec -des allures :
supérieures -de transfert. de cha- l@eur, à ,cause de l'humidité locale de ces por tions :de parois. Ce fait limite l'allure moyenne du transfert de la chaleur et la ca pacité génératrice du tube entier. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et est :
caractérisée en ce que le générateur qui en fait l'objet comprend au moins un tube générateur de vapeur muni sur sa surface intérieure de rainures héli- coïdales dont l'angle d'inclinaison est de 60\ et qui sont creusées @de manière que lorsqu'un courant de liquide et de vapeur à.
proportion volumétrique él,evée de vapeur par rapport au liquide circule dans le tube, les, rainures tendent à -distribuer le liquide sur tout 1e pourtour interne du tube. Le dessin représente partiellement. à titre d'exemple, une forme d'exécution du généra teur selon l'invention.
La fis. 1 est une coupe transversale d'un tube générateur de vapeur de ce générateur. La fis. 2 est une vue d'une portion de la paroi du tube représentée en fis. 1 et agran die vingt fois.
La fis. 3 est une vue du développement de la surface de la paroi intérieure du tube repré-_.enté en fis. 1.
La fis. 4 est un ensemble de tubes gar- nisSant un. mur du foyer de ce générateur, les partie:; centrales des tubes étant vues en coupe.
Le tube générateur de vapeur représenté aux fis. 1 à 3 est formé d'un tube d'acier au carbone par exemple, ayant une surface extérieure lisse 10. La surface intérieure 11 de la paroi du tube comporte sur toute sa longueur ou sur une partie de celle-ci une série de rainures consécutives 12, parallèles et continues, de forme hélicoïdale. Ces rai nures sont peu profondes et de section trans versale rectangulaire de dimensions cons- tantes.
Dans les fis. 1 à 3, les nervures sépa rant les rainures sont désignées par 13. L'angle d'inclinaison de ces rainures est de 60 .
Le tube représenté pourrait avoir, par exemple, un diamétre extérieur de 38 mm et une épaisseur de paroi de 3 mm, les rainures hélicoïdales ayant 0,9 mm de largeur et 0,38 mm de profondeur, les nervures sépa rant les rainures ayant 0,63 mm de 'large.
Les rainures de la forme représentée ne peuvent matériellement affaiblir la paroi du tube.
On remarquera que la profondeur des rai nures est relativement faible par rapport au rayon maximum interne du tube, l'augmen tation de la surface intérieure du tube sur celle d'un tube non rainuré d'un même rayon interne maximum étant relativement faible. tandis que la surface de passage à travers le tube est substantiellement inchangée.
A cet égard, les expériences ont montré que les tubes à rainures tels que celui décrit ci- dessus présentent un avantage consistant en ce que pour des allures de flux de grandes masses du courant de fluide ayant une grande proportion volumétrique de vapeur par rapport au liquide, la chute de pression à travers un tube à rainures est moindre que celle dans un tube uni,
les conditions étant similaires.
En service, quand la proportion en vo lume du liquide dans le courant traversant 1e tube décrit est relativement faible, le liquide coule le long des rainures sur la surface du tube probablement en vertu de la force de frottement entre le corps principal du fluide sous la forme de vapeur humide parcourant rapidement le tube et le liquide dans les rai nures. La capillarité peut aussi jouer un cer tain rôle dans un tel mouvement. En tout cas, comme les rainures sont de forme héli coïdale, le liquide sur la surface du tube se meut en tournant dans le tube.
Il suit de là que si un côté du tube est chauffé plus forte ment que l'autre, le liquide provenant du côté plus froid du tube s'écoule vers le côté plus chaud. De plus, s'il y a tendance pour le liquide à. se déposer sur un côté seulement du tube, les rainures exercent une action dis tributive et fournissent du liquide vers l'autre côté du tube.
On estime, en plus, que les rainures servent à rassembler l'humidité; ceci peut être -dû à une action de frottement exercée par 'les faces des rainures sur la va peur humide traversant le tube et par la force centrifuge causée par 1e .mouvement de rotation imparti par les rainures à au moins une partie du fluide parcourant le tube.
On peut considérer aussi que les rainures tendent à retenir le liquide et â établir et maintenir une certaine réserve de liquide dans l'inté rieur du tube. Ainsi, dans le tube décrit, la paroi du tube reste à une température inof fensive pour des allures de transfert de cha leur et autres conditions de marche d'où ré sulteraient des dommages provenant de coups de feu si un tube lisse équivalent lui était substitué.
Le tube décrit est capable d'être hautement efficace, même quand sur une Longueur de tube les rainures ne sont que partiellement remplies de liquide.
Dans ce qui précède, on entend par pro portion élevée volumétrique une fraction de vapeur d'au moins<B>76%</B> du courant de fluide, et d'habitude substantiellement plus grande.
Le tube décrit -et représenté fait partie d'une paroi à tubes dans 1a partie de mur ,supérieure et dans la gorge conique du brû leur du foyer -du générateur tubulaire de vapeur donné à titre d'exemple. Ce généra teur est à circulation forcée, à haute pression et a une petite capacité de liquide et de ré serve de chaleur et est analogue à celui re présenté et décrit dans. le, brevet suisse nc 199881 du 24 novembre 1937.
Dans ce générateur, la chambre de Com- bustion est de section transversale circulaire, l'étranglement pour le brûleur étant au som met de la chambre, et le fluide entraîné par une pompe parcourt dans: une direction de bas en haut un tube qui est enroulé en hélice dans les entours de la. chambre -de combustion et de l'étranglement. Le tube travaille avec un flux d'eau non grandement supérieur à sa capacité évaporatrice quelle que soit l'allure particulière de la. chauffe, et est plus fortement chauffé du côté. intérieur regar dant le foyer, donc -du côté concave de sa courbure, que de l'autre.
D'autre part, du fait de la courbure du tube il y a tendance pour l'eau résiduelle à être rejetée et à se rassembler sur le côté extérieur du tube. Comme cependant la partie du tube transpor tant la plus petite proportion d'eau est à rai nures.comme décrit ti--dessus, une amenée d'eau vers le côté intérieur s e trouve mainte nue et cette partie du tube est capable de supporter les allures élevées de transfert de chaleur auxquelles elle est soumise.
L'emploi de tubes tels -que ceux décrits clans la section génératrice à haute tempéra ture d'un générateur tubulaire -de vapeur augmente substantiellement la capacité de fonctionnement de cette section. C'est là un point important étant donné surtout que le débit de la chaudière tout entière peut être limité par la capacité de la section généra trice à haute température, pour cause d'en tretien économique et. pour le maintien d'une haute efficacité.
Le générateur donné à titre d'exemple comprend aussi un serpentin de tubes (fig. 4). Cette fig. 4 montre ce serpentin vu de l'extérieur du foyer. Ce serpentin, com prend les tubes à rainures hélicoïdales 14, 1à et 16, identiques à celui décrit plus haut.
Ces tubes 14 et 15 sont reliés en série par le coude de retour 17, et les tubes 15 et 16 sont reliés en série par le coude de retour 18. Le fluide à proportion volumétrique de va peur élevée par rapport au liquide parcourt sous l'influence d'une pompe cet ensemble dans 1e sens- des flèches. Avec un tel arran gement, la force centrifuge aux coudes de re tour ainsi que la pesanteur tendent à obli ger le liquide à couler le long des fonds des tubes.
Les rainures cependant obligent le liquide à s'écouler depuis le fond des tubes, en remontant le long des parois des, tubes qui font face 'au foyer, donc du côté -des tubes qui est plus fortement chauffé que l'autre. On remarquera que dans ce but les rainures des tubes adja:centGsont dirigées en sens opposés. Au lieu d'être horiDontaug comme ils sont représentés:, les tubes: peuvent être inclinés.
Le générateur pourrait aussi être à circu lation naturellie. <B>Il</B> pourrait .aussi comporter, par -exemple, un économiseur vaporiseur com posé d'un grand nombre 4e tubes reliés en parallèle et afin de -donner un degré -de pro tection à ceux,de ces tubes qui, dans de telles conditions,, transportent du fluide de propor tion volumétrique anormalement élevée de vapeur par rapport au liquide,
ces tubes pourraient présenter, comme ceux de la par tie génératrice, les rainures héliccïdales.