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Toitures pour chaudières, fours, conduits et oarneaux de fumée ,
La présente invention a pour objet la construc- tion de voûtes suspendues destinées à servir de toit'ures plates pour les chaudières, fours, conduits et carneaux de fumée, exposées à des températures variant de 2000 à 1100 environ, sous lesquelles voûtes la dépression tend de plus en plus à augmenter en raison des pertes de char- ge provenant des appareils, tels que les réchauffeurs d'air, dont l'emploi se généralise avec les hautes pres- sions, les dépoussiéreurs, dont l'installation est exi- gée dans les chaufferies équipées au combustible pulvé- risé, eto...,
que les conditions d'exploitation des cen- trales actuelles conduisent à intercaler entre les che- minées et les générateurs.
Les toitures, selon l'invention. sont remarqua- bles notamment, ence qu'elles comportent des plafonds étanohes formant ossature, refroidis par le contact direct avec l'air extérieur et qui sont protégés de la chaleur et de l'action des gaz par des pièces réfrao-
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taires et une garniture isolante, encastrée entre l'os- sature et les faces supérieures des pièces réfractaires.
L'ensemble de cet appareillage assure une parfaite étanchéité et supporte sans déformations des températures relativement élevées.
Les plafonds peuvent être constitués soit par des parties métalliques assemblées, soit en béton armé.
D'après caractéristiques de l'invention résulte- ront, d'ailleurs, de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe suivant A-A de la figure 2 d'une toiture suivant l'invention, ladite toiture comportant une ossature métallique;
La figure 2 est une vue en plan de la toiture;
La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1, montrant le mode d'assemblage des blocs réfrac- taires extrêmes;
La figure 4 est une vue en coupe verticale d'une toiture dont l'ossature est en béton armé;
Les figures 5 et 6 sont deux vues de détail en coupe de la liaison de la toiture aux bouilleurs de la chaudière dans le cas d'une chaudière à grande surface de chauffe;
La figure 7 est une vue similaire à celle des figures 5 et 6 dans le cas d'une chaudière à petite surface de chauffe;
La figure 8 est une vue en coupe suivant B-B de la figure 9 montrant l'application de la toiture métal- lique aux carneaux;
La figure 9 est une vue en cope suivant C-C de la figure 8;
La figure 10 est une yue en coupe suivant D-D de la figure 11 montrant un autre mode de montage des @
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toitures dans les carneaux;
La figure 11 est une vue en coupe suivant E-E de la fige 10.
Les figures 12,13 et 14 sont des vues en coupe montrant l'application des toitures en béton aux car- neaux juxtaposés;
Les figures 15, 16 et 17 sont des vues en coupe montrant l'application des toitures en béton aux carneaux superposés;
Les figures 18 et 19 sont deux vues en coupe montrant une variante de construction des toitures mé- talliques lorsque les caissons sont disposés perpendicu- lairement à la plus faible portée de la toiture;
Les figures 20 et 21 sont deux vues en coupe mon- trant une variante de construction des toitures métal- liques lorsque les caissons sont disposés suivant la plus faLble portée de la toiture.
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux figures 1 à 3, l'ossature de la toiture qui, dans ce cas, est mé- tallique, comporte un certain nombre de caissons 1 re- liés entre eux par des tôles 2. Ces caissons sont cons- titués par des poutrelles 3, des cornières 4 et des pan- neaux en tôle 5 judicieusement assemblés. Les profils des poutrelles peuvent varier bien entendu, suivant les circonstances et être constitués par des fers en U, en I, en T ou en Z. L'ensemble ainsi constitua présente une grande rigidité dans le sens vertical. Suivant que les toitures doivent être ou non démontables, les panneaux 2 et 5 sont assemblés sur les profilés au moyen de bou- lons ou de rivets en nombre suffisant pour assurer l'é- tanchéité.
Afin de soustraire l'ossature décrite à l'ac- tion de la chaleur et à l'action des gaz, des blocs 6 en terre réfractaire ou en tous autres matériaux peu conduc- teurs, résistant aux températures élevées sont fixés à
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la partie inférieure de ladite ossature. Pour Permettre la pose de ces blocs réfractaires 6, les ailes horizon- tales des fers 4 sont découpées, de place en place, dans chaque caisson, sur la longueur d'un bloc, comme indiqué en 7 à la figure 2. Pour précéder à la pose proprement dite des blocs, Ces derniers sont introduits dans les ouvertures 7 puis glissa le long des ailes horizontales des fers 4.
Afin d;assurer un Meilleur isolement de l'os- sature métallique, une garniture isolante 8 en toute matière appropriée est encastrée entre la face supérieu- re des blocs réfractaires 6 et la face inférieure des 'caissons 1. Les blocs réfractaires 6 d'extrémité ou de raccordement (voir figure 5) sont suspendus à l'ossature suivant les cas, à l'aide de profit, de tubes ou de boulons 9.
Dans un grand nombre de cas, les plafonds peuvent être avantageusement construits en béton armé à condition que les éléments du poutrage présentent un profil anal gue à l'ossature en forme de caisson des toitures métalliques décrites ci-dessus. Lorsque ces plafonds en bdton armé sont utilisés, les corbeau.-10 (figure 4) supportent les blocs réfractaires 6. Les corbeaux 10 présentent des solutions de continuité pour le glissement des blocs, les ouvertures ainsi Gagées étant comblées avec des ...ces en fonte, après la pose de la garniture isolante.
Les toitures qui viennent d'être décrites sont susceptibles de nombreuses applications et sont particulièrement indiquées pour la couverture des chaudières. des conduits et des carneaux de fumée. Pour recouvrir les chaudières, les caissons 1 peuvent être disposés parallèlement ou perpendiculairement à l'axe des corps piques et, dans ce dernier cas, les caissons sont assemblés sur des poutres au droit des bouilleurs.
Etant
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donné que les corps cylindriques des chaudières donnent lieu à des mouvements dont le sens varie suivant la forme des faisceaux tubulaires, ou suivant que ces corps sont portés par des carcasses, ou suspenlus par des oreilles, des palonniers ou des sangles, il est nécessaire, pour conserver l'étanchéité entre les bouilleurs et la toiture, que les revêtements réfractaires soient toujours appli- qués contre les bouilleurs et les accompagnent dans leurs mouvements, quels qu'ils soient. A cet effet, d.ans les chaudières à grande surface de chauffe, les caissons 1 ou leurs poutres d'assemblage 11 prennent appui sur des. consoles 12 placées sur les bouilleurs 13 (fig. 5).
Ces poutres et ces consoles portent des coussinets 14 entre lesquels sont intercalés des rouleaux 15 en fonte, en acier moulé ou en acier laminé. A titre de variante (fig.
6) les rotules femelles 16 des consoles peuvent également former paliers d'oscillation avec les rotules mâles 17 constituées par des bossages en saillie, prévus sur les montants des caissons ou sur les poutres d'assemblage.
Dans les deux modes de suspension l'étanchéité est assu- rée par un joint 18. Etablie comme on vient de l'indiquer la suspension présente toute la souplesse désirable pour assurer la libre dilatation de la toiture et compenser les mouvements des corps cylindriques et des armatures.
Dans les chaudières de petite surface de chauffe qui ne sont généralement pas garnies de casing, les con- soles sont supprimées et les caissons parallèles à l'axe des bouilleurs sont simplement posés sur des plaques d'as sises19 Placées sur la crête des maçonneries 20. Pour assurer 1 ,étanchéité au droit des corps cylindriques, les caissons sont rattachés aux extrémités de ces corps par des pièces métalliques 28. Les pièces réfractaires 6 et 29 de forme appropriée, suspendues par des tubes 21 (voir fig. 7) inclinées du/côté des bouilleurs sur
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lesquels elles sont susceptibles de glisser ou de pivoter, sont calculées et disposées de façon à épouser le cintre et à suivre les mouvements des bouilleurs:.
La garniture réfractaire de la toiture reste ainsi toujours en oon- tact avec les corps oylindriques et se déplace dans le même sens. En coulissant ou en tournant autour de leurs supports, les briques avancent sous la poussée des bouil- leurs et reculent lorsque ceux-ci reviennent à leur po- sition primitive. La circulation de l'air est de plus fa- oilitée par l'inclinaison des tubes.
On a représenté sur les figures 8 à 11 l'applica- tion de la toiture métallique, décrite en premier lieu en regard des figures 1 à 3, à la construction des car- neaux et des conduits de fumée. Suivant la portée et les besoins, les caissons 1 sont disposés parallèlement (figu- res 8 et 9) ou perpendiculairement (figures 10 et Il) à l'axe de ces conduits dont les parois sont armées de place en place par des poteaux métalliques 22 entretoisés par des poutres horizontales 23 sur lesquelles repose l'ossature des toitures.
Ces portiques sont placés à l'extérieur des parois verticales formant piédroits qui sont construites soit en briques rouges 24 sur une épais- seur déterminée (figures 8 et 9) soit en panneaux de tôle 85 garnis intérieurement de produits isolants dont le peu de conductibilité permet de réduire l'encombrement (figa- res 10 et 11).
Pour éviter les remous provoqués dans les conduits de fumée et les carneaux, par les variations de niveau et les changements de direction et diminuer les pertes de charge qui en résultent, les toitures peuvent être facilement cintrées au rayon et dans le sens voulu en recourbant les divers éléments de l'ossature métalli- que (poutrelles, cornières, panneaux de tôle) et en les épaulant ainsi que la garnitur réfractaire et isolante sur les armatures des poutres/pu des consoles 26 conve-
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nablement disposées. Dans ce cas, les blocs réfractaires 6 sont amincis à leur partie inférieure ou sur une face latérale suivant le rayon de courbure.
On peut utiliser, de même, les toitures en béton armé pour la construction des carneaux et des conduits de fumée. Les armatures ou les portiques qui supportent ces toitures et maintiennent les piédroits sont, bien enten- du, également en béton armé. Les dispositions prévues avec les toitures métalliques pour éviter les remous et les pertes de charges dans les changements de niveau ou de direction sont également applicables aveo les toitures en béton dont la construction est économique. Les figu- res 12, 13 et 14 représentent cette construction dans le cas de carneaux juxtaposés, les figures 15, 16 et 17 re- présentant ladite construction dans le cas de carneaux superposés.
Le cube de maçonnerie est réduit dans de for- tes proportions car les piédroits n'ayant plus à résister à la poussée des voûtes sont de faible épaisseur ou cons- truite en béton garni de produits isolants, tandis que les piliers. des portiques qui soutiennent les plafonds peuvent recevoir de fortes charges.
Il est évident que des modifications peuvent être appoxtées à la construction des toitures décrites suivant les tempèratures qu'elles ont à supporter. Par exemple, dans les chaudières, suivant qu'elles recouvrent les par- ties comprises soit entre les bouilleurs arrière et les façades arrière, soit entre les bouilleurs avant et les façades avant, soit encore entre les corps cylindrique.
Pour les parties comprises entre les bouilleurs arrière et les façades arrière, on peut utiliser l'une des toitu- res décrites. Tour la toiture recouvrant les parties comprises entre les bouilleurs avant et les façades avant, la température étant, en cet endroit, sensiblement plus @ élevée, le revêtement réffactaire doit être plus épais.
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:four réduire le taux de travail des ailes horizontales des fers 4, les blocs réfractaires 6 et 29 (figures 18, 19, 20 et 21) sont suspendus à des tubes 27 refroidis par circulation d'air et qui traversent les montants des caissons. Ces tubes peuvent être munis, au besoin, de joints d'étanchéité de tout type approprié.
Les principaux avantages des toitures décrites sont les suivants : le coefficient de frottement des fu- mées dans les carneaux est diminué par rapport aux car- neaux avec voûtes. Tandis que les maçonneries en briques rouges exposées au feu ne peuvent recevoir de charges sans flamber ni se fissurer, les portiques en profilés ou en béton armé qui forment la carcasse rigide de ces carneaux ou de ces conduits sont complètement isolas de la chaleur et peuvent être facilement calcules pour sup- porter les chaudières, les économiseurs, les réchauffeurs d'air ou les dépoussireurs,
Les dépenses nécessitées par la construction de ces carneaux et de 1 eurs fondations sont relativement peu élevées par suite de la faible é- paisseur des parois verticales formant piédroits et de l' indépendance des portiques dont le poutrage peut être très léger lorsqu'il n'est pas en même temps destine à suppor- ter les chargea.
Les toitures décrites sont surtout avantageuses avec les cheminées à tirage naturel. En effet, lorsque les conduits de fume d'une -batterie de générateurs dé- bouchent sur le même alignement dans le carneau Brin 1- pal, des perturbations se produisent dans le tirage des divers éléments de la centrale que les chauffeurs n'arri- vent pas à corriger. La dépression des chambres de combus- tion varie beaucoup plus suivant l'implantation de chaque chaudière que sous l'influence des conditions atmosphé- riques, ce qui ne manque pas d'avoir de fâcheuses réper- cussions sur la durée des garnitures réfractaires et, en
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particulier, des voûtes.
Avec les toitures proposées, les conduits de fumée peuvent être facilement superposas les uns aux autres ou accouplas parallèlement au niveau du sous-sol de chauffe. Les gaz de combustion sont canali- sés dans la direction de la cheminée en évitant les re- mous qui coupent leur vitesse et contrarient leur dega- gement et la dépression devient la même dans toutes les chaudières. La suppression des pertes de charge entraîne de notables améliorations dans le service de la chauf- ferie, facilite la conduite des feux, augmente le rende- ment des chaudières et réduit les frais d'entretien des foyers.
Cett e disposition se prête également à la cons- truction des toitures de fours, en particulier des fours à réchauffer de grades dimensions. Elle s'applique aus- si à la construction des embases, des économiseurs, d.es réchauffeurs, des dépoussiéreurs et de tous autres appa- rails branchés sur les conduits de fumée, par exemple lorsque les générateurs sont munis de cheminées indivi- duelles à tirage mécanique. Les charges peuvent être ain- si reprises sans inconvénient par des poutrages en béton ou en parties métalliques parfaitement isolés, qui sont moins encombrants que les maçonneries en briques rouges et donnent plus de stabilité.
Il ressort de ce qui précède que les toitures et autres dispositions décrites, assurent la continuité et la rigidité de l'ossature, la souplesse des supports qui compensent les mouvements des piédroits, bouilleurs ou armatures, la liaison soit rigide, soit élastique des plafonds avec les portiques empêchant les rentrées d'air ou la sortie des gaz de combustion suivant que l'atmos- phère se trouve en dépression ou en pression au-dessous des toitures. En outre, la superposition d'une garniture isolante et réfractaire dont les éléments suivent les
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mouvements de l'ossature et des supports préservent ef- fioacement ces derniers de la chaleur.
Enfin, il est pos- sible dans tous les cas d'assurer la patfaite étanchéité et la bonne tenue des toitures en fonction des variations de pression et de température.
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n'IJ:JtyLI VC1V11Sw 1".- Toiture pour chaudières, fours, (d,rnea.1lX, conduits de fumée et analogues, caractérisée par des plafonds étanches formant ossature, protégés de la cha- leur et de l'action des gaz par une paroi en pièces ré- fractaires ou tous autres matériaux convenables et une garniture isolante disposée entre l'ossature et ladite paroi.
2 .- Toiture suivant 1 , dans laquelle les pla- fonds sont constitués par des caissons métalliques, for- més par des poutrelles, fers profilés et panneaux métal- liques, los pièces réfractâmes étant rendues auxdits caissons.
3 .- Toiture suivant: 1 , dans laquelle les plafonds sont constitués par des éléments: de poutrage en béton armé de profil analogue à celui des caissons formant l'ossature métallique.
4 .- Toiture suivant 1 dans laquelle les blocs réfractaires sont suspendus aux plafonds par des tubes, refroidis par de l'air, et inclinés pour assurer l'é- tanchéité au droit des bouilleurs et faciliter la cirou- lation de l'air.
5 .- Toiture suivant 2 caractérisée en ce que les caissons ou leurs poutres d'assemblage prennent ap- pui sur des consoles placées sur les bouilleurs, ces poutres et ces consoles portant des coussinets entre lesquels sont intercalés des rouleaux.
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