<Desc/Clms Page number 1>
Dispositif perfectionné pour la commande et le contrôle des appareils générateurs et consommateurs de puissance L'invention concerne des dispositifs de contrôle et spécialement un procédé et un dispositif servent à commander et à contrôler le fonctionnement d'appareils générateurs de puissance et/ou des appareils l'utilisant.Plus particulière- ment ton utilise un facteur variable dams le fonctionnement d'un appareil générateur de puissance ou l'utilisent pour servir de mesure du fonctionnement et pour contrôler ledit ou tout autre appareil.
on a choisi de préférence,comme exemple,pour donner une représentation et une description de l'invention combinée ou en relation avec le fonctionnement des généra- leurs de vapeur,en particulier des générateurs de vapeur du type sans corps cylindrique à circulation forcée dont le trajet de circulation du fluide comporte un ou plusieurs tu- bas de grande longueur et de petit diamètre intérieur, dans lesquels la circulation suivant le trajet
<Desc/Clms Page number 2>
parcoure,
est provoquée par l'entrée du liquide sous pres- sion par l'une des extrémités et par la sortie de La vapeur seule par l'autre. ce type étant caractérisé par l'introduction d'une quantité de liquide hormalement plus grande que celle de La vapeur qui sort et la différence entre ces quantités étant prélevée dans le trajet précité entre sea extrémités.
Une des principales caractéristiques de L'invention. consiste dans l'utilisation d'un facteur variable dans le fonctionnement de l'installation comme mesure de la charge du générateur de vapeur et pour contrôler l'ali- mentation en Liquide et le chauffage du générateur,
On a choisi pour le représenter et le décrire un agencement dans lequel la presque totalité de la vapeur produite passe dans la turbine principale.
On utilise une turbine auxiliaire à l'aLimentation du générateur de vapeur en liquide et en éléments de combustion et la ré- guLation de La turbine auxiliaire se fait en partie sous l'action de la pression de La vapeur dans l'enveloppe de la turbine principale en un point où cette pression per- met de mesurer Le débit du oourant de vapeur arrivant dans la turbine, principale et La traversante Cette pres- sion de la vapeur permet donc une mesure de la charge du générateur de vapeur et par suite de La puissance dudit générateur.
Conformément à l'invention, dans une installation servant à faire fonctionner et à contrôler le fonctionne** ment d'un appareil générateur de puissance qui comporte un générateur de vapeur, un premier appareil consomma- teur d'un fluide élastique, tel qu'une turbine principa- Le et un second appareil consommateur d'un fluide @as- tique, tel qu'une turbine auxiliaire, on a prévu des dispositifs faisant varier la vitesse de la turbine auxiliaire sous l'action des variations de pression
<Desc/Clms Page number 3>
dans l'enveloppe de la turbine prinoipale.
L'installation faisant 1?objet de l'invention com- porte encore d'autres particularités qui seront toutes
EMI3.1
décrites en détail ai-apréa.
L'invention est représentée sur le dessin ci-annexé, sur lequel:
EMI3.2
la figure 1 représente soh4matiqaenent un générateur de vapeur sans corps cylindrique à circulation forcée, combiné avec L'appareiL nécessaire au contrôle de son fonotionnenent. ledit appareil étant représenté à'une manière partielleuent schématique;
La figure a est une coupe verticale dune soupape pilote; la figure 3 est une aoupe verticale d'un relais pneumat ique; la figure 4 est senblable à la figure 3, mais compor-
EMI3.3
te certaines particularités supplémentaires de aonstrac- tion ;
La figure 5 est une élévation avec coupe partielle d'une portion d'une turbine à vapeur ; la figure 6 est un graphique du rapport entre le débit et la pression ;
les figures 7 et 8 sont des détails de construction de la soupape pilote.
Le trajet de circulation du fluide du générateur de
EMI3.4
vapeur sans corps cylindrique à oiroulation forcée, au quel s'applique L'invention est représente schématique- ment sur La figure L, sous forme d'un tube unique en
EMI3.5
serpentin dont La section de l'économiseur aga est gti- montée en liquide sous pression par un tuyau 11, venant
EMI3.6
d'une pompe 89, qui peut être à'nn type queloonque approprié et qui par suite a été représentée sous forme schématique.
Ni sortant de Ildeonomioeur,, le Liquida
<Desc/Clms Page number 4>
traverse une section de vaporisation qui peut, par
EMI4.1
exemple, former le fond, les parois et L'écran de la oham. bre de combustion, le fluide se déchargeant ensuite dans un séparateur 232, formant une partie élargie du trajet de circulation du fluide, En sortant du séparateur, la vapeur arrive à. un surohauffeur 242 et le traverse et à une turbine principale la, prise comme exemple d'un appa-
EMI4.2
reil consommateur de vapeur. Ilexoèe de Liquide ehtranti dans Le séparateur est extrait du trajet de circulation du fluide par un tuyau 1 pour arriver par exemple dans un réservoir d'eau chaude ou à la décharge.
Une évacuation ou extraction normale continue s'effectue par un étran* glement 2, tandis qu'une extraction variable se fait par L'intermédiaire d'une soupape régulatrice 3.
Une source de chaleur est représentée sous forme d'un brûleur à huile 4 alimenté par une pompe à huile
EMI4.3
390 par uh tuyau 5 et entouré par une chambre à air 6 ali- mentée par un ventilateur a88 par une conduite 7, Poux réaliser Ltinflammutîon initiale du dispositif bruLeur à huile, on a prévu un brûleur à gaz 8 alimenté par un tuyau 9 par un courant de gaz contrSLé par une soupape 10. Les produits de La combustion passent successivement à travers la section de vaporisation. le surchauffeur est
EMI4.4
1'éaonamixear et peuvent venir en contact avec une partie ou la totalité du séparateur. Les parois qui limitent le passage des gaz depuis le britleur jusqu'à la cheminée sont représentées aohématiquaaent en 300 en traits mines.
Une turbine auxiliaire 8' commande la pompe clzali* mentation en liquide 89, le ventilateur 888 et la pompe d'alimentation en huile 29. Quoique ces appareils aient été représentés schématiquement et comme s'ils étaient montes de façon à être commandés par le même arbre et à la même vit esse, il doit 'être bien entendu que les engre- @
<Desc/Clms Page number 5>
nages de rédaction nécessaires ou Les liaisons de oomman- de entre les divers appareils sont oonnns et seraient établie d'une manière appropriée,, en ce qui concerne leur vitesse, puissance* etc, relatives et que l'on s'est seulement proposé d'indiquer que la turbine auxi- Liaire commande les appareils 289, 888 et 290 simultané- ment et en concordance,
Le débit de L'alimentation du brûleur 4 en huile combustible est contrôlé d'abord par la vitesse de la pompe à. huile 290, mais est encore réglé par l'étrangle- ment d'une soupape régulatrice 13 placée dans le tuyau 5, le débit d'huile étant mesura d'une manière continue par un compteur 14.
Le débit de l'alimentation en air servant à entrete- nir La combustion est déterminé d'abord par la vitesse du ventilateur 288, mais est en outre sous le contrôle d'un registre 15 placé dans la conduite 7, le débit de L'air étant mesuré d'une manière continue par un compteur L6.
Lorsqu'un générateur de vapeur de ce type fonctionne, certains facteurs variables sont mesurés, relevés et utilisée pour servir de base au contrôle automatique de L'alimentation du dit générateur en fluide et de l'ali- mentation du foyer de chauffage en éléments de combustion.
19 désigne un appareil fonctionnant sous l'action de la pression, tel qu'un tube de Bourdon, réuni au tuyau 244 et comportant une aiguille indicatrice 20 destinée à ooopérer avec un index 21, pour faire connaître la valeur instantanée de la pression du courant de sortie de la vapeur.
A titre d'indicat@on, de La puissance ou de La charge du générateur de vapeur, on a prévu un tube de Bourdon 25 destiné à faire prendre une position convena-
EMI5.1
ble à une aiguille indicatrice 6 par rapport à undex
<Desc/Clms Page number 6>
27. Le tube de Bourdon 25 est réuni par L'intermédiaire d'un tube capillaire 28 à. la turbine 12 en un point (fi- gure 5) tel que le tube de Bourdon soit sensible à l'ac- tion de la pression dans l'enveloppe du premier étage de la turbine, pression qui se trouve dans un rapport linéaire avec le débit du courant de vapeur (figure 6).
Les indications de l'aiguille 26, par rapport à l'échelle 27 représentent donc le débit du courant de vapeur sor- tant du générateur de vapeur et fournissent ainsi une indication de la puissance ou de la charge du générateur.
29 désigne un dispositif fonctionnant sous l'action de la hauteur du niveau du liquide dans le séparateur 232, et constituant une botte sous pression renfermant un tube en U à mercure réuni en bas et en haut au séparateur, Un flotteur est disposé de façon à monter et à descendre avec la surface du mercure dans L'une des branches du tube et amène ainsi dans une position convenable une aiguille 30 par rapport à un index 31, pour faire oonnat- 'tire la hauteur instantanée du niveau du liquide dans le séparateur,
Les compteurs de débit désignés d'une manière gêné- rale par l4 et 16 et fournissant une mesure du débit de l'alimentation du foyer respectivement en combustible et en air sont d'un type connu et chacun d'eux est un appareil fonctionnant sous l'action d'une pression dif- férentielle et disposé de façon à rétéblir les écarts à partir de la proportionnalité linéaire entre la pression différentielle et le débit,, afin que les déplacements angulaires des aiguilles respectives soient directement proportionnels par quantités différentielles aux varia- tions différentielles du débit.
Le contour des pièces entrant dans la construction de L'intérieur du compteur de débit 14 est représenté en
EMI6.1
pointillé ce compteur comporte une cloche à joinpiiqui-
<Desc/Clms Page number 7>
de dont les parois sont en une matière d'épaisseur et de forme appropriée.
La botte sous pression de l'indicateur de niveau 29 et le compteur de débit 16 sont chacun représentés en coupe, de façon à faire apparaître nettement leur forme de construction intérieure,
Les compteurs de débit 14 et 16 coopèrent au contrô- le de la soupape régulatrice 13 pour l'huile combustible de façon à maintenir la proportion déterminée de combus- tible et d'air.
Une augmentation du débit du courant dair passant par la conduite 7 a pour effet de faire tourner en sens inverse des aiguilles d'une montre le bras indicateur 301, déplaçant la bielle 302 vers Le haut. De même, une augmentation du débit du courant d'huile combustible dans le tuyau 5 a pour effet de faire tourner dans le sens des aiguilles dune montre le bras indicateur 303, déplaçant La bielle 304 vers le bas., Des mouvements d'égale ampli.. tude des bielles 302, 304 (en sens inverse) ne donnent lieu à aucun mouvement dans le sens de son axe de la tige 72 de la soupape pilote;
c'est ce que 1+on désire pour que le rapport des débits reste invariable, Mais, si les débits d'air et de combustible varient. la variation différentielle se produisant entre les positions et les mouvements des bielles 302, 304 provoque le déplacement suivant son axe du pilote 72 dans un sens et d'une quan- tité tels que la soupape régulatrice 13 actionnée par le diaphragme se déplace d'une quantité et dans un sens appropriés, de façon à fire reprendre au débit de com- bustible La valeur qui correspond à la proportion cher- chée avec le débit dtair.
On règle d'abord le débit de l'alimentation du générateur de vapeur en liquide et en éléments de combus-
<Desc/Clms Page number 8>
tion en contrôlant la vitesse de la turbine auxiliaire; et ce réglage s'effectue en partant de la mesure de la pression de la vapeur sortant du surchauffeur. de la pression dans 1?enveloppe de la turbine prise comme mesure du débit de vapeur et de la mesure ou du relevé de la vitesse de la turbine auxiliaire.
La turbine auxiliaire peut être alimentée par de la vapeur à. haute pression venant du. générateur de vapeur par un tuyau 500 comportant une soupape 501, Elle peut recevoir de la vapeur d'échappement de la turbine prin- oipale par une dérivation 502 comportant une soupape 503.
Elle peut recevoir et utiliser de la vapeur de soutirage dans un étage de la turbine principale par un tuyau 504 comportant une soupape 505. La botte à soupape de la tur- bine auxiliaire est disposée de préférence, de façon à recevoir normalement de la vapeur à basse pression, telle que de la vapeur d'échappement ou de soutirage de la tur- hine principale et ce n'est que dans le cas où le débit de cette vapeur est insuffisant pour donner satisfaction aux besoins du mécanisme régulateur de la turbine auxi- Liaire que le dispositif à soupape d'admission ouvre L'admission de la vapeur à haute pression par Le tuyau 500.
La botte à soupape de la turbine auxiliaire est représentée schématiquement et comporte une cloison 311 contenant les sièges des soupapes dadmission et les soupapes coopérantes 308, 309, 310. L'arbre à cames 305 amène dans des positions convenables trois cames calées sur l'arbre et commandant Les soupapes. D'autres aloi- sone 306, 307 sont prévues pour séparer les arrivées de vapeur par les tuyaux 500, 502 et 504, De préférence, la soupape 308 s'ouvre la première, admettant ainsi dans la turbine auxiliaire de la vapeur d'échappement de La tur- bine principale 12.
Si la quantité de vapeur néoessaire augmente la soupape 310 s'ouvre pour admettre de la
<Desc/Clms Page number 9>
vapeur de soutirage de la turbine principauté, et si elle augmente encore la soupape 309 souvre pour admettre de la vapeur à haute pression par le tuyau 500 dérivé sur le tuyau de sortie 244 du. générateur.
Il est avantageux d'abord de faire varier la vitesse de la turbine auxiliaire en concordance avec la turbine principale pour établir une proportion approximative entre l'alimentation du générateur de vapeur en liquide et en é léments de combustion conformément à la charge du générateur de vapeur, puis de réaliser un nouveau réglage individuel de 1+alimenta%ion en Liquide, en combustible et en air conformément aux facteurs variables en caractéris- tiques dans la marche de la centrale,
Si la vapeur était fournie à la turbine auxiliaire à une pression relativement constante.
par exemple en provenant du générateur de vapeur, la principale fonction du mécanisme régulateur consisterait à faire varier L'ouverture des soupapes dadmission en concordance avec le fonctionnement de la soupape principale. Mais lorsque la turbine auxiliaire consomme de la vapeur de soutirage ou d'échappement de la turbine principale.
si la charge sur la turbine principale diminue, la pression de la vapeur disponible pour la turbine auxiliaire baisse plus vite quil ne faudrait pour que la turbine auxiliaire puisse assurer son service et il sera probablement néces- saire que les soupapes s'oeuvrent progressivement au fur et à mesure que la charge diminue et il pourra même arri- ver que la charge ayant diminué jusqu'à une certaine valeur, la quantité de vapeur provenant de cette source sera insuffisante et que le soupape à haute pression devra s'ouvrir pour compléter l'alimentation en vapeur de soutirage on d'échappement.
Les soupapes d'admission de la turbine auxiliaire
EMI9.1
ne peuvent être oommandttea directement en fonction d1fla
<Desc/Clms Page number 10>
marche de la turbine principale ou de la charge du géné- rateur de vapeur à moins que l'alimentation en vapeur de la turbine auxiliaire se fasse à une pression relative- ment constante, par exemple, en provenant du générateur de vapeur. Mais on désire que la turbine auxiliaire concordance marche à. une vitesse qui soit approximativement en/ avec celle de la turbine principale.
Pour déterminer la vitesse de la turbine auxiliaire on prévoit, de préférence, une pompe à huile 506 commun- dée par la turbine auxiliaire et avec elle de façon à. établir une pression d'huile se trouvant dans un rapport connu avec la vitesse. On utilise ensuite cette pression d'huile dans un mécanisme régulateur qui tend normalement à maintenir constante la vitesse de la turbine auxiliaire quelle que soit la pression de la vapeur qui l'alimente.
Puis, on charge le dispositif fonctionnant sous Inaction de la pression dhuile conformément aux variations qui se produisent dans la marche du générateur de vapeur et de la turbine principale, permettant ainsi au régulateur à vitesse variable de la turbine auxiliaire de satisfai- re aux conditions de vitesse qu'il doit remplir.
L'huile sortant de la pompe 506 passe par un tuyau 507 et arrive dans un soufflet métallique expansible 508 destiné à faire prendre une position convenable à lune des extrémités d'une bielle flottante 509. L'autre extrémité de la bielle 509 se déplace sous l'action d'un piston moteur se déplacant dans un cylindre 511 et avec ledit piston destiné à faire mouvoir les soupapes d'ad- mission de vapeur 308, 309, 310 dans la turbine auxiliai- re. Une tige pilote 42 est suspendue à la bielle 509 entre les extrémités de la bielle et contrôle le débit d'huile sous pression par l'intermédiaire d'une botte pilote 43, vers les faces opposées du piston 511.
La figure 2 représente en détail une soupape pilote
<Desc/Clms Page number 11>
t elle que celle qui est désignée par 43.
Le fluide sous pression arrive à l'intérieur de la botte 43 entre Les guides pilotes 44 qui sont séparés sur la tige 42 par un intervalle tel qu'ils se trouvent en coïncidence avec les orifices annulaires étroits 45.
Lorsque la tige pilote se déplace suivant son axe dans la botte. de façon que les guides 44 se déplacent par rapport aux orifices 45, il s'établit une pression de charge dé- finie dans les orifices annulaires. pression qui se trou- ve dans un rapport connu aveo l'amplitude de ce mouvement.
Par exemple, si la tige 42 monte, il existe à L'orifice de sortie supérieure du cote gauche de La boite (figure 2) une pression de charge qui augmente dans un rapport défi* ni avec l'amplitude de ce mouvement, tendis que si la tige 42 descende il existe à l'orifioe de sortie inférieur du côté gauche* une pression qui augmente d'une manière définie avec l'amplitude du mouvement.
En supposant qatil existe une charge fixe à l'extré- mité supérieure du ressort 512 du régulateur* si la oharge de la turbine principale diminue provoquant une baisse de pression de la vapeur disponible soit par le tuyau 502, soit par le tuyau 504, la vitesse de la turbine auxiliaire diminue, en faisant diminuer la pression de l'huile agis- sant dans Le soufflet 508 et en faisant descendre l'extré- mité du côté gauche de la bielle 509, mouvement qui s'ac- compagne d'un mouvement de descente correspondant du pilote 42. Ce mouvement fait diminuer la pression au-des- sus du piston et augmenter la pression au-dessous du pis- ton 511, ce qui fait remonter Le piston et ramène le pilote 48 dans sa position déterminée.
Le mouvement d'as- oension du piston 511 fait ouvrir les soupapes d'admis- sion et tend ainsi à faire reprendre à la vitesse de la turbine auxiliaire sa valeur primitive.
<Desc/Clms Page number 12>
Ainsi qu'il a été dit ci-dessus, il est avantagea,= que la charge du ressort 512 du régulateur dépende de l'allure de la marche du générateur de vapeur et de la turbine principale, A titre dtindioation de La charge de la turbine principale, on utilise de préférence une mesure du débit de la vapeur qui lui est fournie et à. titre de mesure du niveau thermique du générateur de vapeur, on utilise L'indication donnée par la pression de la vapeur à la sortie du surchauffeur.
On a constaté que la pression dans l'en@eloppe de la turbine se trou- ve dans un rapport Linéaire avec le débit, De préférence, on utilise la pression dans le premier étage, quoique L'on puisse prendre La pression dans un autre étage quelconque.? de la turbine,
La pression qui agit sur le tube de Bourdon 19 fait prendre une position convenable à une tige pilote, de façon à.
établir une pression de charge pneumatique dans le tuyau 513, pression qui représente la pression de vapeur dans le tuyau 244, De même, le tube de Bourdon 85 fait prendre une position convenable à une tige pilote, de façon à établir une pression de charge pneumatique dans le tuyau 46, pression qui représente la pression dans 1?enveloppe de la turbine, Ces deux pressions de charge agissent sur un relais différentiel 47, d'où une pression de charge pneumatique. qui est la somme alg@- brique des pressions existant dans les tuyaux 513, 46 agit par l'intermédiaire d'un tuyau 6a sur un diaphrag- me 515 pour charger Le ressort 512.
Si lion se reporte à la figure 3, on voit que le tuyau 46 aboutit à une chambre 50 séparée par un diaphrag- me ou une cloison mobile 52 d'une ohambre 51 à laquelle aboutit le tuyau 513. Le diaphragme 52 et Le ressort 53 qui le charge sont réunis tous deux à une tige 54. à
<Desc/Clms Page number 13>
laquelle est également fixé un diaphragme 55, séparant les chambres 56, 57, La chambre 56 est ouverte à l'air libre. Une arrivée d'air comprimé peut se faire par le tuyau 58 dans la chambre 57 sous le contrôle dtune sou- pape 59.
L'échappement de la ohambre 57 dans l'atmosphè- re est contrôlé par une soupape 60, La tige 54 est des- tinée à faire prendre une position convenable à un dis- positif de commande 61 des soupapes de façon, soit 4 admettre de l'air oomprimé par la soupape 59 et à aug- menter ainsi la pression dans la chambre 57, soit à faire échapper de ltair dans l'atmosphère par la soupape 60 et à diminuer ainsi la pression dans la chambre 57, La pression dans la ohambre 57 est transmise par un tuyau 68, de façon à agir sur le diaphragme 515, On remarquera que les variations de la pression,
qui agit par le tuyau 46 et ou celle qui agit par le tuyau 513 agissent de façon à faire varier la pression de l'air dans la chambre 57 et par conséquent la pression de l'air servant à déterminer la position du diaphragme 515,
Lorsque la pression dans la chambre 50 augmente, la tige 54 et les diaphragmes 52. 55 descendent à l'encontre de la tension du ressort 53, en faisant tourner le levier 61 de commande des soupapes en sens contraire des aiguil- les d'une montre et en ouvrant ainsi la soupape 59 pour faire entrer le fluide (air) comprimé dans la ohambre 57.
La pression dans la chambre 57 augmente jusque ce qu'elle atteigne une valeur telle qu'agissant sur le diaphragme 55, elle surmonte la pression qui a augmenté dans la chambre 50 et fasse remonter la tige 54 et les diaphragmes 52, 55 en les ramenant dans la position déterminée où les soupapes 59, 60 sont fermées toutes les deux. La nouvelle pression qui s'est établie dans la chambre 57 agissant par le tuyau 62 fait descendre le
EMI13.1
diaphragme 515 à. l'encontre du ressort 5La et augmee
<Desc/Clms Page number 14>
par suite, la charge sur le soufflet métallique 508.
L'action inverse se produit lorsqu'une diminution de la pression dans la ohambre 50 ou. une augmentation de la pression dans la chambre 51 ont toutes deux pour effet de faire tourner dans le sens des aiguilles d'une montre le levier 61 de commande des soupapes, de faire baisser la pression dans la chambre 57 et par suite diminuer la charge sur le ressort 512.
En ce qui concerne la charge du. ressort 512 du. régu- lateur. on laisse de préférence prédominer l'action de la pression dans l'enveloppe de la turbine, On peut arriver à ce résultat en donnant une forme convenable au pilote 44' (figure 7), dont la position est déterminée par la pression du courant de sortie de la vapeur, de façon que sa pente soit plus longue et moins forte et que par suite l'amplitude de son mouvement doive être plue grande pour faire varier la pression de l'air de un kilogramme et par conséquent que la variation de la pression de charge pneumatique soit moindre pour une variation donnée de la pression de la vapeur, que dans le cas du pilote 44** (figure 8) dont la position est déterminée par la pression dans l'enveloppe de la tur- bine,
et dont l'inclinaison est relativement plus forte et qui par conséquent fait varier davantage la pression de charge de l'air pour une variation donnée de la preee sion dans l'enveloppe de la turbine, on pourrait arriver aux mêmes résultats en intercalant des étranglements dans l'un ou l'autre des tuyaux 46, 513 pour rendre l'un plus sensible que l'autre à. des mouvements d'égale amplitude des tubes de Bourdon 19, 25.
L'appareil peut être réglé de façon qu'une varia- tion de la charge de sa valeur minimum à sa valeur maxi- mum puisse faire subir à la pression de charge pneumati-
EMI14.1
que une variation suffisante pour faire fonotiOnn?a
<Desc/Clms Page number 15>
turbine auxiliaire dans la gamme entière de vitesses correspondant à la variation de la charge, ou pour que la vitesse de la turbine auxiliaire subisse les variation:
que l'on déaire correspondant à des variations définies de la pression du courant de sortie de la vapeur,
Dans les anciens dispositifs de contrôle des gêné- rateurs à vapeur, le contrôle primaire du débit du cou- rant d'entrée du liquide et des éléments de combustion (dans le cas présent de la vitesse de la turbine auxiliai- re) se faisait en utilisant la pression à la sortie du générateur à titre d'indication du niveau thermique dans le générateur de vapeur.
Mais étant données l'extrême rapidité des variations de la charge et la faible quanti- té de chaleur et de liquide emmagasinée dans le générateur de vapeur en question, ainsi que la nécessité de le fai- re fonctionner automatiquement dans toute détendue de la gamme de production, il devient indispensable de se servir d'un dispositif tel que celui qui gient d'être décrite Le contrôle différentiel entre la vitesse de la turbine auxiliaire (mesurée par la pression d'huile) et la pression dans l'enveloppe de la turbine est avantageux étant donné que la correction à peu près exaote de la vitesse de la turbine auxiliaire se fait aussitôt que la charge varie, sans attendre que la pression dans le géné- rateur de vapeur ait varié.
La sensibilité du contrôle de la pression du courant de sortie de la vapeur est réduite et le réglage s'effectue dune manière plus progressive et avec des variations générales de la pression de la va- peur moins grande qu'il ne serait possible de le réaliser par le contrôle d'un seul élément opéré par la pression du courant de sortie de la vapeur.
Le contrôle secondaire de l'alimentation en huile du brûleur 4 se fait par l'appareil proportionnant les dé- bits d'huile et d'air. Les compteurs de débit 14, 16 sont
<Desc/Clms Page number 16>
reliés L'un à L'autre de façon que, Lorsque la propor- tion entre le débit de l'alimentation en huile et Le débit de l'air de combustion s'écarte de la valeur que 1 on désire, un pilote 72 prend une position convenable dans le sens vertical de façon à faire varier une près'* sion de charge agissant par le tuyau 63 dans la chambre 65 d'un relais régulateur 41.
Si l'on se reporte à la figure 4, on remarquera que le relais régulateur 41 est semblable jusuq'à un certain point au relais 47, mais comporte en plus une dérivation 67 d'échappement réglable entre les chambres 56' et 57'. La ohambre 66 est ouverte à l'air libre par le tuyau 64.
Une pression de charge s'établissant dans la chambre 57' agit par l'intermédiaire d'un tuyau 68 sur une soupa- pe à diaphragme 13 de façon à lui faire prendre une posi- tion convenable, Dans ce oas, le rôle de la dérivation 67 d'échappement réglable est de compléter le contrôle primaire de la pression agissant eux le dispositif de commande 13, par un contrôle secondaire de la mène amplitude ou d'une amplitude différente, consistant par exemple dans une action successive ou supplémentaire empâchant un mouvement excessif et d'oscillation et par laquelle la position prise par la aoupape 13 ne dépend pas nécessairement et directement de la position priae par Le pilote 'la.
Un contrôle supplémentaire ou secondaire de l'air arrivant au foyer par la conduite 7 est réalisé en fai- sant prendre une position convenable au registre 15 placé dans la conduite 7. Ce registre ainsi que la sou- pape réglable 3 montée dans Le tuyau. d'extraction 1 sont amenés ensemble dans une position convenable par une pression de charge pneumatique établie par une soupape pilote sous le oontrôle de L'aiguille 30 de 1 appareil à niveau. d'eau 29.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to control devices and especially to a method and device for controlling and monitoring the operation of power generating and / or power-generating devices. In particular, you use a variable factor in the operation of a power generating apparatus or use it to serve as a measure of operation and to control said or other apparatus.
it has been preferably chosen, as an example, to give a representation and a description of the invention in combination or in connection with the operation of the steam generators, in particular steam generators of the type without cylindrical body with forced circulation whose fluid flow path has one or more tubes of great length and small inside diameter, in which the flow following the path
<Desc / Clms Page number 2>
walk,
is caused by the entry of liquid under pressure from one end and by the exit of steam alone from the other. this type being characterized by the introduction of a quantity of liquid which is hormally greater than that of the vapor which leaves and the difference between these quantities being taken in the aforementioned path between its ends.
One of the main characteristics of the invention. consists in the use of a variable factor in the operation of the installation as a measure of the load of the steam generator and to control the liquid supply and the heating of the generator,
To represent and describe it, an arrangement has been chosen in which almost all of the steam produced passes through the main turbine.
An auxiliary turbine is used to supply the steam generator with liquid and combustion elements and the control of the auxiliary turbine is partly effected by the action of the pressure of the steam in the casing of the turbine. main at a point where this pressure makes it possible to measure the flow rate of the current of steam arriving in the turbine, main and the passing through This pressure of the steam therefore allows a measurement of the load of the steam generator and consequently of the power of said generator.
In accordance with the invention, in an installation for operating and controlling the operation of a power generating apparatus which comprises a steam generator, a first apparatus consuming an elastic fluid, such as a main turbine and a second device consuming an aesthetic fluid, such as an auxiliary turbine, devices have been provided for varying the speed of the auxiliary turbine under the action of pressure variations.
<Desc / Clms Page number 3>
in the casing of the main turbine.
The installation which is the subject of the invention has yet other features which will all be
EMI3.1
described in detail above.
The invention is shown in the accompanying drawing, in which:
EMI3.2
FIG. 1 represents soh4matiqaenent a steam generator without a cylindrical body with forced circulation, combined with the apparatus necessary for the control of its function. said apparatus being shown in part schematically;
Figure a is a vertical section of a pilot valve; FIG. 3 is a vertical aoupe of a pneumatic relay; Figure 4 is similar to Figure 3, but includes
EMI3.3
te some additional peculiarities of aonstrac- tion;
Figure 5 is an elevational view partially in section of a portion of a steam turbine; Figure 6 is a graph of the ratio between flow rate and pressure;
Figures 7 and 8 are construction details of the pilot valve.
The fluid flow path of the generator
EMI3.4
steam without cylindrical body with forced flow, to which the invention is shown schematically in Figure L, in the form of a single tube in
EMI3.5
coil whose section of the aga economizer is gti- mounted in liquid under pressure by a pipe 11, coming from
EMI3.6
of a pump 89, which may be a'nn type Queloonque appropriate and which has therefore been shown in schematic form.
Neither coming out of Ildeonomioeur, the Liquida
<Desc / Clms Page number 4>
passes through a vaporization section which can, for
EMI4.1
example, form the bottom, the walls and the screen of the oham. combustion, the fluid then discharging into a separator 232, forming an enlarged portion of the fluid flow path. On exiting the separator, the vapor arrives at. a superheater 242 and passes through it and to a main turbine 1a, taken as an example of an apparatus
EMI4.2
reil consumer of steam. The separator is extracted from the fluid circulation path through a pipe 1 to arrive for example in a hot water tank or at the landfill.
A continuous normal evacuation or extraction is carried out by a restrictor 2, while a variable extraction is carried out by the intermediary of a regulating valve 3.
A heat source is shown in the form of an oil burner 4 supplied by an oil pump
EMI4.3
390 by a pipe 5 and surrounded by an air chamber 6 supplied by a fan a88 by a pipe 7, To achieve the initial ignition of the oil burner device, a gas burner 8 is provided, supplied by a pipe 9 by a gas stream controlled by a valve 10. The products of combustion pass successively through the vaporization section. the superheater is
EMI4.4
Leaonamixear and may come in contact with part or all of the separator. The walls which limit the passage of gases from the britleur to the chimney are represented aohematiquaaent in 300 in pencil lines.
An auxiliary turbine 8 'controls the liquid cooling pump 89, the fan 888 and the oil supply pump 29. Although these devices have been shown schematically and as if they were mounted so as to be controlled by the same. tree and at the same speed, it must be understood that the engre- @
<Desc / Clms Page number 5>
Necessary drafting techniques or The control links between the various devices are on and would be established in an appropriate manner, with regard to their relative speed, power * etc, and which it was only proposed to '' indicate that the auxiliary turbine controls devices 289, 888 and 290 simultaneously and in concordance,
The flow rate of the fuel oil supply to burner 4 is first controlled by the speed of the pump. oil 290, but is still regulated by the throttling of a regulating valve 13 placed in the pipe 5, the oil flow being continuously measured by a meter 14.
The flow rate of the air supply serving to maintain the combustion is determined first by the speed of the fan 288, but is further controlled by a register 15 placed in the duct 7, the flow rate of L ' air being measured continuously by an L6 meter.
When a steam generator of this type is in operation, certain variable factors are measured, recorded and used as a basis for the automatic control of the supply of said generator with fluid and of the supply of heating elements to the heating furnace. combustion.
19 designates an apparatus operating under the action of pressure, such as a Bourdon tube, joined to the pipe 244 and comprising an indicator needle 20 intended to cooperate with an index 21, to make known the instantaneous value of the pressure of the current steam outlet.
As an indication of the power or load of the steam generator, a Bourdon tube 25 has been provided for making a suitable position taken.
EMI5.1
ble to an indicator needle 6 with respect to undex
<Desc / Clms Page number 6>
27. Bourdon tube 25 is joined via capillary tube 28 to. turbine 12 at a point (FIG. 5) such that the Bourdon tube is sensitive to the action of the pressure in the casing of the first stage of the turbine, a pressure which is in a linear relationship with the steam flow rate (figure 6).
The indications of needle 26, relative to scale 27, therefore represent the flow rate of the steam stream exiting the steam generator and thus provide an indication of the generator power or load.
29 designates a device operating under the action of the height of the liquid level in the separator 232, and constituting a pressurized boot enclosing a U-shaped mercury tube joined at the bottom and at the top to the separator, A float is arranged so as to up and down with the surface of the mercury in one of the branches of the tube and thus brings in a suitable position a needle 30 relative to an index 31, to make oonnat- 'pulls the instantaneous height of the level of the liquid in the separator ,
The flow meters generally designated 14 and 16 and providing a measure of the flow rate of the fuel and air supply to the furnace respectively are of a known type and each of them is an apparatus operating under pressure. the action of a differential pressure and arranged so as to re-establish the deviations from the linear proportionality between the differential pressure and the flow, so that the angular displacements of the respective needles are directly proportional by differential quantities to the variables. differential flow rates.
The outline of the parts entering into the construction of the interior of the flow meter 14 is shown in
EMI6.1
dotted this counter has a bell with jointpiiqui-
<Desc / Clms Page number 7>
of which the walls are of a material of suitable thickness and shape.
The pressure boot of the level indicator 29 and the flow meter 16 are each shown in section, so as to clearly show their internal construction form,
The flow meters 14 and 16 cooperate in the control of the regulating valve 13 for the fuel oil so as to maintain the determined proportion of fuel and air.
An increase in the flow rate of the air flow passing through line 7 has the effect of rotating counterclockwise the indicator arm 301, moving the connecting rod 302 upwards. Likewise, an increase in the flow rate of the fuel oil stream through pipe 5 causes the indicator arm 303 to rotate clockwise, moving the connecting rod 304 downward. .. study of the connecting rods 302, 304 (in the opposite direction) do not give rise to any movement in the direction of its axis of the rod 72 of the pilot valve;
this is what 1 + is desired so that the flow rate ratio remains invariable, but if the air and fuel flow rates vary. the differential variation occurring between the positions and the movements of the connecting rods 302, 304 causes the displacement along its axis of the pilot 72 in a direction and by an amount such that the regulating valve 13 actuated by the diaphragm moves at a rate. quantity and in an appropriate direction, so as to fire up at the fuel flow rate The value which corresponds to the desired proportion with the air flow rate.
First, the flow rate of the feed to the steam generator with liquid and fuel elements is adjusted.
<Desc / Clms Page number 8>
tion by controlling the speed of the auxiliary turbine; and this adjustment is carried out on the basis of the measurement of the pressure of the steam leaving the superheater. of the pressure in the casing of the turbine taken as a measure of the steam flow rate and of the measurement or reading of the speed of the auxiliary turbine.
The auxiliary turbine can be powered by steam. high pressure coming from. steam generator via a pipe 500 comprising a valve 501. It can receive exhaust steam from the main turbine via a bypass 502 comprising a valve 503.
It can receive and utilize take-off steam in a stage of the main turbine through a pipe 504 having a valve 505. The valve boot of the auxiliary turbine is preferably disposed so as to normally receive steam at low pressure, such as main turbine exhaust or draw-off steam and only if the flow of this steam is insufficient to meet the needs of the auxiliary turbine regulating mechanism. Link that the inlet valve device opens The inlet of high pressure steam through pipe 500.
The valve boot of the auxiliary turbine is shown schematically and includes a bulkhead 311 containing the intake valve seats and cooperating valves 308, 309, 310. Camshaft 305 brings three cams mounted on the shaft into suitable positions. and Commander Valves. Other aloisone 306, 307 are provided to separate the steam inlets through pipes 500, 502 and 504. Preferably, valve 308 opens first, thereby admitting exhaust steam into the auxiliary turbine. of The main turbine 12.
If the required quantity of steam increases, valve 310 opens to admit
<Desc / Clms Page number 9>
withdrawing steam from the principality turbine, and if it further increases the valve 309 opens to admit high pressure steam through the pipe 500 branched onto the outlet pipe 244 of the. generator.
It is advantageous first to vary the speed of the auxiliary turbine in accordance with the main turbine to establish an approximate proportion between the supply of the steam generator with liquid and combustion elements in accordance with the load of the steam generator. , then carry out a new individual adjustment of 1 + supplya% ion in Liquid, fuel and air in accordance with the variable factors in characteristics in the operation of the plant,
If the steam was supplied to the auxiliary turbine at a relatively constant pressure.
for example, from the steam generator, the main function of the regulating mechanism would be to vary the opening of the inlet valves in accordance with the operation of the main valve. But when the auxiliary turbine consumes withdrawal or exhaust steam from the main turbine.
if the load on the main turbine decreases, the steam pressure available to the auxiliary turbine drops faster than necessary for the auxiliary turbine to be able to perform its service and it will probably be necessary for the valves to open gradually as the load goes on. and as the load decreases and it may even happen that the load having decreased to a certain value, the quantity of steam coming from this source will be insufficient and the high pressure valve will have to open to complete the supply of withdrawn or exhaust steam.
Auxiliary turbine inlet valves
EMI9.1
cannot be controlled directly according to d1fla
<Desc / Clms Page number 10>
operation of the main turbine or of the steam generator load unless the steam supply to the auxiliary turbine is at a relatively constant pressure, for example, from the steam generator. But we want the auxiliary concordance turbine to run at. a speed which is approximately in / with that of the main turbine.
To determine the speed of the auxiliary turbine there is preferably provided an oil pump 506 shared by the auxiliary turbine and with it so as to. establish an oil pressure in a known relationship with the speed. This oil pressure is then used in a regulating mechanism which normally tends to keep the speed of the auxiliary turbine constant regardless of the pressure of the steam which feeds it.
Then, the device operating under the inaction of the oil pressure is charged in accordance with the variations which occur in the operation of the steam generator and the main turbine, thus allowing the variable speed governor of the auxiliary turbine to satisfy the conditions of. speed that it must complete.
The oil leaving the pump 506 passes through a pipe 507 and arrives in an expandable metal bellows 508 intended to take a suitable position at one of the ends of a floating connecting rod 509. The other end of the connecting rod 509 moves under the action of a driving piston moving in a cylinder 511 and with said piston intended to move the steam inlet valves 308, 309, 310 in the auxiliary turbine. A pilot rod 42 is suspended from the connecting rod 509 between the ends of the connecting rod and controls the flow of pressurized oil through a pilot boot 43, to the opposite faces of the piston 511.
Figure 2 shows in detail a pilot valve
<Desc / Clms Page number 11>
t it than the one designated by 43.
The pressurized fluid arrives inside the boot 43 between the pilot guides 44 which are separated on the rod 42 by a gap such that they lie in coincidence with the narrow annular orifices 45.
When the pilot rod moves along its axis in the boot. so that the guides 44 move relative to the orifices 45, a defined charging pressure builds up in the annular orifices. pressure which is in a known relation to the amplitude of this movement.
For example, if the rod 42 rises, there is at the upper outlet orifice on the left side of the box (FIG. 2) a load pressure which increases in a deflected ratio * nor with the amplitude of this movement, tense that if the rod 42 descends there is at the lower exit port on the left side * a pressure which increases in a defined manner with the amplitude of the movement.
Assuming that there is a fixed load at the upper end of regulator spring 512 * if the main turbine load decreases causing a drop in the pressure of the steam available either through hose 502 or hose 504, the speed of the auxiliary turbine decreases, by decreasing the pressure of the oil acting in the bellows 508 and by lowering the end of the left side of the connecting rod 509, movement which is accompanied by a corresponding downward movement of the pilot 42. This movement decreases the pressure above the piston and increases the pressure below the piston 511, which causes the piston to rise and returns the pilot 48 to its determined position.
The ascent movement of the piston 511 opens the inlet valves and thus tends to return the speed of the auxiliary turbine to its original value.
<Desc / Clms Page number 12>
As has been said above, it is advantageous that the load of the spring 512 of the regulator depends on the speed of operation of the steam generator and of the main turbine, as an indication of the load of the regulator. main turbine, a measurement of the flow rate of the steam supplied to it and to. As a measure of the thermal level of the steam generator, the indication given by the pressure of the steam at the outlet of the superheater is used.
It has been found that the pressure in the turbine casing is in a linear relationship with the flow rate. Preferably, the pressure in the first stage is used, although the pressure can be taken in another. any floor.? of the turbine,
The pressure acting on the Bourdon tube 19 causes a pilot rod to take a suitable position, so as to.
establish a pneumatic charge pressure in the pipe 513, which pressure represents the vapor pressure in the pipe 244, Similarly, the Bourdon tube 85 causes a suitable position to take a pilot rod, so as to establish a pneumatic charge pressure in pipe 46, which pressure represents the pressure in the casing of the turbine. These two charge pressures act on a differential relay 47, resulting in a pneumatic charge pressure. which is the algebraic sum of the pressures existing in the pipes 513, 46 acts through a pipe 6a on a diaphragm 515 to charge the spring 512.
Referring to Figure 3, we see that the pipe 46 ends in a chamber 50 separated by a diaphragm or a movable partition 52 from a chamber 51 to which the pipe 513 ends. The diaphragm 52 and the spring 53 which loads it are both joined to a rod 54. to
<Desc / Clms Page number 13>
which is also fixed a diaphragm 55, separating the chambers 56, 57, The chamber 56 is open to the air. A compressed air supply can be made through the pipe 58 in the chamber 57 under the control of a valve 59.
The exhaust of the chamber 57 into the atmosphere is controlled by a valve 60. The rod 54 is intended to make a suitable position for a control device 61 of the valves so as to admit of the air compressed by the valve 59 and thus increase the pressure in the chamber 57, or to cause air to escape into the atmosphere through the valve 60 and thus reduce the pressure in the chamber 57, The pressure in the chamber ohambre 57 is transmitted by a pipe 68, so as to act on the diaphragm 515, It will be noted that the variations in pressure,
which acts through the pipe 46 and or that which acts through the pipe 513 act so as to vary the air pressure in the chamber 57 and consequently the air pressure serving to determine the position of the diaphragm 515,
As the pressure in the chamber 50 increases, the rod 54 and the diaphragms 52. 55 descend against the tension of the spring 53, rotating the valve control lever 61 counterclockwise. watch and thereby opening valve 59 to allow compressed fluid (air) to enter chamber 57.
The pressure in the chamber 57 increases until it reaches a value such that, acting on the diaphragm 55, it overcomes the pressure which has increased in the chamber 50 and brings up the rod 54 and the diaphragms 52, 55 by bringing them back. in the determined position where the valves 59, 60 are both closed. The new pressure which is established in the chamber 57 acting through the pipe 62 causes the
EMI13.1
diaphragm 515 to. against 5La and augmee
<Desc / Clms Page number 14>
consequently, the load on the metal bellows 508.
The reverse action occurs when a decrease in pressure in chamber 50 or. an increase in the pressure in the chamber 51 both have the effect of rotating the valve control lever 61 clockwise, lowering the pressure in the chamber 57 and consequently reducing the load on spring 512.
Regarding the charge of the. spring 512 of. regulator. the action of the pressure in the casing of the turbine is preferably left to predominate. This result can be achieved by giving a suitable shape to the pilot 44 '(figure 7), the position of which is determined by the pressure of the current of outlet of the vapor, so that its slope is longer and less steep and that consequently the amplitude of its movement must be greater in order to vary the pressure of the air by one kilogram and consequently that the variation of the the pneumatic charge pressure is less for a given variation of the vapor pressure, than in the case of pilot 44 ** (figure 8), the position of which is determined by the pressure in the casing of the turbine,
and whose inclination is relatively greater and which consequently causes the air charge pressure to vary more for a given variation of the pressure in the casing of the turbine, the same results could be obtained by inserting constrictions in either of the pipes 46, 513 to make one more sensitive than the other to. movements of equal amplitude of the Bourdon tubes 19, 25.
The device can be adjusted so that a variation of the load from its minimum value to its maximum value can subject the pneumatic load pressure to
EMI14.1
that a variation sufficient to make fonotiOnn? a
<Desc / Clms Page number 15>
auxiliary turbine in the entire range of speeds corresponding to the variation of the load, or so that the speed of the auxiliary turbine undergoes the variations:
that one dies corresponding to defined variations of the pressure of the steam outlet stream,
In the old steam generator control devices, the primary control of the flow rate of the liquid inlet current and of the combustion elements (in this case the speed of the auxiliary turbine) was done in using the pressure at the generator outlet as an indication of the thermal level in the steam generator.
But given the extreme rapidity of load variations and the small amount of heat and liquid stored in the steam generator in question, as well as the need to operate it automatically throughout the range of production, it becomes essential to use a device such as the one described above.The differential control between the speed of the auxiliary turbine (measured by the oil pressure) and the pressure in the casing of the turbine is advantageous since the approximately exaote correction of the speed of the auxiliary turbine is made as soon as the load varies, without waiting for the pressure in the steam generator to have varied.
The sensitivity of the pressure control of the steam outlet stream is reduced and the adjustment is made in a more gradual manner and with general variations of the steam pressure less than would be possible. by the control of a single element operated by the pressure of the steam outlet stream.
The secondary control of the oil supply to burner 4 is carried out by the device proportioning the oil and air flows. The flow meters 14, 16 are
<Desc / Clms Page number 16>
connected to each other so that, when the propor- tion between the flow rate of the oil supply and the flow rate of the combustion air deviates from the desired value, a pilot 72 takes a suitable position in the vertical direction so as to vary a near '* sion of load acting through the pipe 63 in the chamber 65 of a regulator relay 41.
Referring to Figure 4, it will be noted that the regulator relay 41 is similar to a certain extent to the relay 47, but additionally includes an adjustable exhaust bypass 67 between the chambers 56 'and 57'. The chamber 66 is opened to the air through the pipe 64.
A charge pressure building up in the chamber 57 'acts through a pipe 68 on a diaphragm valve 13 so as to make it assume a suitable position. In this case, the role of the diaphragm valve. bypass 67 adjustable exhaust is to complete the primary control of the pressure acting them the control device 13, by a secondary control of the leads amplitude or of a different amplitude, consisting for example in a successive or additional action preventing a movement excessive and oscillation and whereby the position taken by the valve 13 does not necessarily and directly depend on the position requested by the pilot 'la.
An additional or secondary control of the air arriving at the furnace via the pipe 7 is achieved by making a suitable position take the register 15 placed in the pipe 7. This register as well as the adjustable valve 3 mounted in the pipe. Extraction valve 1 are brought together into a suitable position by a pneumatic charge pressure established by a pilot valve under the control of needle 30 of the leveler. of water 29.