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Poutre pour la reprise des charges dans les maçonneries exposées à des températures élevées.
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L'entretien des garnitures réfractaires et les réparations des foyers des chaudières présentent tou- jours des difficultés, particulièrement graves lorsque ces chaudières sont équipées avec des grilles à poussoir ou au. combustible pulvérisé, dont les chambes de com- bustion sont plus importantes, et aussi dans les géné- rateurs à grande surface de chauffe où les piédroits at- teignent huit à dix mètres et où par conséquent les points d'appui manquent pour poser les étais reprenant les charges au-dessus des zones endommagées.
Dans les chaudières équipées avec grilles à poussoir, les piédroits bien construits se désagrègent uniquement par la base et les causes de détérioration: chalumeaux, rentrées d'air froid, attaque des cendres, coups de ringards, sont localisés au-dessus du niveau des grilles. Par contre, à partir d'une hauteur de deux à trois mètres, les garnitures réfractaires résistent parfaitement aux températures développées et se conser- veraient en bon état si elles n'étayent pas
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continuellement sapées dans leurs fondements. le dé- chaussement des assises inférieures ainsi rongées par le feu, apporte à la longue un déséquilibre dans toute la maçonnerie et risque de provoquer le renversement des assises supérieures pendant la marche de ces foyers.
Pour redresser les piédroits et leur redonner de lTa- plomb, la réfection des assises inférieures doit être entreprise tous les ans ou tous les six mois, suivant le servide demandé aux générateurs et ces réparations ne peuvent manquer, peu à peu, d'augmenter leur insta- bilité. Les grilles nétant pas construites pour sup- porter de fortes charges, les fumistes doivent recourir à des moyens de fortune pour étançonner et se trouvent fort gênés pour exécuter convenablement les travaux d'entretien qui deviennent de plus en plus dangereux pour le personnel.
Au bout de quelques années, les exploi- tants des centrales électriques se trouvent par suite dans ltobligation de démolir les assises supérieures des. piédroits qui menacent de s'écrouler, alors que si leur charge était reprise sur une surface d'appui stable, elles n'auraient aucun besoin d'être remplacées et pour- raient sans doute être conservées aussi longtemps que le générateur.
Les dispositions jusqu'ici envisagées en fumis- terie pour obvier à ces inconvénients, ne peuvent être considérées que comme des palliatifs et elles présentent elles-mêmes d'autres inconvénients. Tels sont les re- vêtements formant rampants à la base des piédroits qui réduisent la surface des grilles et par suite le rende- ment des chaudières. De même, les voûtes de décharge dont les piliers se désagrègent et dont les cintres ne -permettent pas l'emploi d'appareill ges à emboîtements
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qui évitent les déformations données par la dilatation.
Dans les chaudières équipées au combustible pul- vérisé, les chambres de combustion sont très hautes, en- tièrement garnies de parois à travers lesquelles circule l'air secondaire. La majeure partie du faisceau tubu- laire des chaudières se trouve suspendue au-dessus de ces chambres. Par suite, les maçonneries garnissant les générateurs doivent être reprises par des poutres, non seulement pour faciliter les réparations mais parce que les parois creuses ne peuvent supporter aucune charge.
Lorsque les chambres de combustion sont garnies d'écrans d'eau latéraux, lesconsoles pour le passage des tubes dans les maçonneries, ne peuvent servir d'ap- pui à des parois ayant plus de quelques mètres de hau- teur. En effet, les faisceaux d'écrans d'eau sortant de la chambre de combustion au niveau du nez de la voûte dans une zone où la température est très élevée, sont susceptibles de causer des accidents. De plus; les maçonneries qui surplombent ces tubes peuvent néces- siter des réparations par suite des refroidissements brusques qui ont tendance à provoquer l'éclatement des matériaux réfractaires.
Comme la pose d'étais à une quinzaine de mètres du sol entraîne des frais importants et des arrêts pro- longés, il est indispensable d'adopter des dispositions pour que les exploitants puissent procéder facilement aux réfections et ne soient pas contraints de démolir les garnitures réfractaires placées au-dessus des cham- bres de combustion et de les reconstruire entièrement.
La présente invention a pour objet un appareil- lage de construction simple, applicable à toutes maçon- neries exposées à des températures élevées, capable
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de supporter les charges placées au-dessus'de lui,¯ ré- sistant aux températures élevées pour durer plus long- temps et partageant les piédroits en deux parties rendues indépendantes l'une de l'autre de façon que toutes réparations et modifications nécessaires puis- sent être opérées sur le piédroit inférieur sans que le piédroit supérieur soit intéressé.
Les caractéristiques principales et avantages de cet appareillage ressortiront d'ailleurs de la des- cription qui va suivre, et qui se réfère au dessin annexé,, donné uniquement à titre d'exemple et dans le- quel:
La figure 1 est une coupe verticale, suiyant A-B de la figure 2, d'un piédroit de chaudière à grille.
La figure la est une coupe suivant C-D (Fig.l).
La figure 2 est une vue de face du piédroit d'une chaudière à grille équipé suivant l' invention.
La figure 3 est une coupe verticale suivant E-F de la figure 4, d'un piédroit de chaudière au charbon pulvérisé.
La figure 4 est une vue de face du piédroit d'une chaudière à charbon pulvérisé équipé suivant l'invention.
La figure 5 est une coupe suivant K-L (Fig.3) du masque du piédroit.
La figure 6 est une coupe suivant M-N (Fig.3) du masque et .de la poutre.
Dans l'exemple d'exécution représenté, l'appa- reillage objet de l'invention est caractérisé essen- tiellemernt par une poutre 1, préférablement en treil- lis, placée à l'intérieur du piédroit à une hauteur convenable, soutenue par des poteaux 2 qui reportent sur le bâtiment ou sur le plancher de chauffe 3, la charge de la partie supérieure de la garniture réfrac- taire qui ne se détériore pas à l'usage.
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La pputre en treillis 1 calculée suivant la portée et l'importance de la charge, est composée de profilés assemblés formant les montants 4 et entre- toisant les semelles 5. Les fers 11 placés à la par- tie supérieure de cette poutre, ainsi que les semelles supérieures 5, protégée du feu par des consoles en fonte 6, débordent pour reprendre le porte-à-faux des maçon- neries. Des caissons en acier moulé 7 portant des ailes 8 et disposés de place en place, servent à accro- cher les pièces réfractaires.
L'étanchéité de la chambre de,combustion est assurée par des tôles 9 fixées sur les fers 11, sur les consoles 6 et les caissons en. acier moulé 7 au. droit du montant le plus rapproché du feu. Ces panneaux cloi- sonnent sur trois faces la poutre composée sans toucher son cadre qui, dans ces conditions, se trouve parfaite- ment à l'abri du foyer.
Toutes les parties métalliques, même les arma- tures d'accrochage des briques, sont refroidies par l'air ambiant qui circule librement autour et le long ,des pièces d'acier et de fonte. Dtautre part, un mas- que 10 formé de pièces à emboîtements préserve de la chaleur et du rayonnement ces parties métalliques dont les plus rapprochées du feu sont facilement remplaçables par sections sans entraîner la démolition des piédroits supportés par la poutre.
Dans le cas particulier, dont un exemple est représenté aux figures 3 à 6, des chaudières équipées au combustible pulvérisé, généralement suspendues à une grande hauteur, et par conséquent placées dans un bâti- ment solidement construit, les poutres 1 peuvent être supportées, soit par des poutres reliées aux poteaux de la chaufferie, soit par les armatures de la chambre
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de combustion convenablement renforcées.
Dans le cas, dont un exemple est représente figures 1 et 2, des chaudières équipées avec des gril- les, le plancher de chauffe, peu éloigné du bouilleur inférieur, porte les grilles, moteurs, arbres de com- mande, regards, nécessaires à la conduite des feux.
Les zones de la maçonnerie susceptibles de se désagré- ger fréquemment ne dépassent pas trois ou quatre mètres au-dessus des grilles, la charge des poutres 1 doit être reportée sur les poutres maîtresses 12 du plancher de chauffe, par 1* intermédiaire de poteaux métalliques
2 parfaitement isolés, et munis de sabots en fonte 13 compensant la dilatation. Lorsque ces poteaux ne peu - vent être montés à la hauteur voulue, comme dans les chaudières à double façade par exemple, des traçons 14 réservés dans la poutre en treillis, permettent de contourner les obstacles, et dréquilibrer sur ces po- teaux toute la charge des maçonneries garnissant la partie supérieure des générateurs.
Les armatures de la chambre de combustion des chaudières équipées avec grilles ou au combustible pul- vérisé entretoisent les poutres 1 despiédroits et peu- vent suffire à empêcher le flambage et la déformation de ces poutres en treillis. Toutefois, des entretoises peuvent encore être disposées dans la façade.
Les parois des chambres de combustion sont.donc divisées par cette poutre 1 en deux piédroits distincts placés l'un au-dessus de l'autre et complètement indé- pendants. Du côté extérieur, ces piédroits s'étagent sur la même verticale tandis que du côté du feu, les assises supérieures sont montées légèrement en retrait par rapport aux assises inférieures et forment ainsi un décrochement permettant la construction drun masque 10
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suffisamment épais pour isoler parfaitement la poutre.
Ce décalage n'offre pas l'inconvénient des rampants au droit des grilles qui se .décollent rapidement lorsque ils ont une grande longueur. Les court-circuits de gaz de la combustion peuvent être évités en comblant les vides au droit des chicanes, soit par des saillies du piédroit, soit par des pièces réfractaires de di- mentions appropriées et portées par les tubes.
Les deux piédroits superposés sont préférable- ment construits suivant le procédé décrit dans le brevet belge n 334.258 du même inventeur qui con- siste d'une part à relier par des emboîtements les piè- ces réfractaires, de manière que chacune d'elles se trouve toujours accrochée et, d'autre part, à encastrer solidement ces parois sur des armatures métalliques formant une carcasse rigide. Ces appareillages com- portant deux chemises distinctes 15 et 16 réunies par des queues d'aronde 17, empêchent les pièces de se dé- boiter, se prêtent parfaitement aux mouvements de la dilatation grâce à une conicité calculée des diffé- rents modèles de blocs qui permettent du jeu dans cha- que point du système et facilitent les réparations du piédroit inférieur dont la paroi exposée au feu peut être aisément remplacée sans toucher à la paroi exté- rieure.
Comme indiqué dans le brevet .ci-dessus visé, @ les blocs de la chemise interne 15 sont ac- crochés sur des poutrelles verticales 20 faisant partie de l'armature de la chambre de combustion, ce qui per- met les dilatations tout en empêchant les déplacements des blocs dans le sens de l'épaisseur du piédroit.
Dans l'appareillage ainsi réalisé, pour la re- prise despharges des piédroits exposés à des tempéra- tures élevées et plus spécialement des piédroits des
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chambres de c ombustion, les parties* métalliques malgré leur proximité du feu, sont parfaitement à l'abri de la chaleur du foyer. Par contre, les zones dangereuses exposées à des températures pouvant dé- passer le point de fusion des meilleurs produits ré- fractaires, se trouvent comprises dans l'embrasure réservée sur toute la longueur du piédroit en dessous de cette poutre 1 et peuvent être facilement réparées, soit entièrement, soit par tronçons, sans apporter la . moindre perturbation dans l'équilibre, de la partie su- périeure.
Un autre avantage de l'invention est que la sup- pression de tout étançonnage facilite l'entretien des chambres de combustion en immobilisant moins longtemps la chaudière; les assises des maçonneries placées entre les poutres et la toiture des chaudières, qui reposent sur une base ferme et stable, ne sont désagrégées ni par le feu, ni par des reprises continuelles en sous-oeuvre et peuvent être considérées comme susceptibles d'as- surer le service aussi longtemps que le générateur.
L'installation de ces poutres 1 en treillis ne comporte pas de grosses dépenses et majore insensible- ment le prix de la fumisterie des chaudières car elles sont fort légères et remplacent un volume équivalent de matériaux réfractaires.
Il est entendu qu'on pourra apporter à l'appa- reillage ainsi décrit toutes variations d'application sans pour cela sortir du domaine de l'invention; en particulier- on pourra remplacer tel mode d'assemblage par tel autre et l'invention n'est pas limitée aux. dé- tails d'exécution représentés ou décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.
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Beam for taking up loads in masonry exposed to high temperatures.
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The maintenance of refractory linings and the repairs of boiler hearths always present difficulties, particularly serious when these boilers are equipped with push-in grids or with. pulverized fuel, whose combustion chambers are larger, and also in generators with a large heating surface where the piers reach eight to ten meters and where, consequently, the support points are lacking for installing the props picking up the loads above the damaged areas.
In boilers equipped with push-in grids, well-constructed piers disintegrate only by the base and the causes of deterioration: torches, cold air inlets, attack of ash, blows of old-fashioned, are located above the level of the grids . On the other hand, from a height of two to three meters, the refractory linings are perfectly resistant to the temperatures developed and would keep in good condition if they were not supported.
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continually undermined in their foundations. the removal of the lower courses thus consumed by the fire, in the long run brings an imbalance in all the masonry and risks causing the upper courses to overturn during the operation of these fireplaces.
To straighten the piers and restore their lead, the repair of the lower foundations must be undertaken every year or every six months, depending on the service required of the generators and these repairs cannot fail, little by little, to increase their performance. instability. As the gates are not built to support heavy loads, the smokers have to resort to makeshift means to prop up and find themselves very hampered in properly carrying out maintenance work which is becoming more and more dangerous for the personnel.
At the end of a few years, the operators of the power stations are consequently obliged to demolish the upper foundations of the. piers that threaten to collapse, whereas if their load were taken up on a stable bearing surface, they would not need to be replaced and could probably be kept as long as the generator.
The arrangements hitherto envisaged in the smokehouse to obviate these drawbacks can only be considered as palliatives and they themselves have other drawbacks. Such are the creeping coverings at the base of the piers which reduce the surface of the grates and consequently the efficiency of the boilers. Likewise, discharge vaults whose pillars are disintegrating and whose arches do not allow the use of interlocking devices.
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which avoid the deformations given by the dilation.
In boilers equipped with pulverized fuel, the combustion chambers are very high, completely lined with walls through which the secondary air circulates. Most of the boiler tube bundle is suspended above these chambers. Consequently, the masonry lining the generators must be taken up by beams, not only to facilitate repairs but because the hollow walls cannot support any load.
When the combustion chambers are fitted with side water screens, the consoles for the passage of the tubes in the masonry cannot be used as a support for walls more than a few meters high. In fact, the beams of water screens coming out of the combustion chamber at the nose of the vault in an area where the temperature is very high, are liable to cause accidents. Furthermore; the masonry which overhangs these tubes may require repair as a result of sudden cooling which tends to cause the shattering of the refractory materials.
As the installation of props about fifteen meters from the ground entails significant costs and long downtimes, it is essential to adopt measures so that the operators can easily carry out repairs and are not forced to demolish the fittings. refractories placed above the combustion chambers and rebuild them entirely.
The present invention relates to an apparatus of simple construction, applicable to all masonry exposed to high temperatures, capable of
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to withstand the loads placed above it, ¯ resisting high temperatures to last longer and dividing the piers into two parts made independent of each other so that any necessary repairs and modifications thereafter - can be operated on the lower side wall without the upper side being involved.
The main characteristics and advantages of this equipment will moreover emerge from the description which follows, and which refers to the appended drawing, given only by way of example and in which:
Figure 1 is a vertical section, following A-B of Figure 2, of a side wall of a grate boiler.
Figure la is a section along C-D (Fig.l).
FIG. 2 is a front view of the side wall of a grate boiler equipped according to the invention.
FIG. 3 is a vertical section along E-F of FIG. 4, of a pillar of a pulverized coal boiler.
FIG. 4 is a front view of the side wall of a pulverized coal boiler equipped according to the invention.
Figure 5 is a section along K-L (Fig.3) of the side-right mask.
FIG. 6 is a section along M-N (Fig.3) of the mask and of the beam.
In the exemplary embodiment shown, the apparatus which is the subject of the invention is essentially characterized by a beam 1, preferably in a trellis, placed inside the pedestal at a suitable height, supported by posts 2 which transfer to the building or to the heating floor 3, the load of the upper part of the refractory lining which does not deteriorate with use.
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The lattice beam 1 calculated according to the span and the magnitude of the load, is composed of assembled sections forming the uprights 4 and supporting the flanges 5. The irons 11 placed at the upper part of this beam, as well as the upper flanges 5, protected from fire by cast iron brackets 6, overflow to take up the cantilever of the masonry. Cast steel boxes 7 carrying wings 8 and arranged from place to place, are used to hang the refractory parts.
The sealing of the combustion chamber is ensured by sheets 9 fixed on the irons 11, on the consoles 6 and the boxes. cast steel 7 au. right of the amount closest to the light. These panels partition the composite beam on three sides without touching its frame which, under these conditions, is perfectly sheltered from the hearth.
All the metal parts, even the bricks hanging reinforcements, are cooled by the ambient air which circulates freely around and along the steel and cast iron parts. On the other hand, a mask 10 formed of interlocking parts preserves from heat and radiation these metal parts, the ones closest to the fire are easily replaced in sections without causing the demolition of the piers supported by the beam.
In the particular case, an example of which is shown in Figures 3 to 6, boilers equipped with pulverized fuel, generally suspended from a great height, and consequently placed in a solidly constructed building, the beams 1 can be supported, either by beams connected to the posts of the boiler room, or by the frames of the chamber
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properly reinforced combustion.
In the case, an example of which is shown in figures 1 and 2, of boilers equipped with grills, the heating floor, not far from the lower boiler, carries the grids, motors, control shafts, manholes, necessary for conduct of fires.
The areas of the masonry likely to break down frequently do not exceed three or four meters above the grids, the load of the beams 1 must be transferred to the main beams 12 of the heating floor, by means of metal posts.
2 perfectly insulated, and provided with cast iron shoes 13 compensating for expansion. When these posts cannot be mounted at the desired height, as in double-sided boilers for example, the traces 14 reserved in the lattice beam, allow obstacles to be bypassed, and unbalance all the load on these posts. masonry lining the upper part of the generators.
The reinforcements of the combustion chamber of boilers equipped with grates or with pulverized fuel brace the beams 1 of the sides and may be sufficient to prevent buckling and deformation of these lattice beams. However, spacers can still be arranged in the facade.
The walls of the combustion chambers are therefore divided by this beam 1 into two distinct piers placed one above the other and completely independent. On the outside, these piers are stepped on the same vertical while on the side of the fire, the upper bases are mounted slightly behind the lower bases and thus form a recess allowing the construction of a mask 10
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thick enough to perfectly insulate the beam.
This offset does not have the disadvantage of crawling to the right of the grids which take off quickly when they have a great length. Combustion gas short-circuits can be avoided by filling the voids in line with the baffles, either by protrusions from the side wall or by refractory pieces of suitable dimensions and carried by the tubes.
The two superimposed piers are preferably constructed according to the process described in Belgian patent no 334,258 by the same inventor which consists, on the one hand, in connecting the refractory parts by interlocking, so that each of them is located. always hooked and, on the other hand, to firmly embed these walls on metal frames forming a rigid carcass. These devices, comprising two separate liners 15 and 16 joined together by dovetails 17, prevent the parts from coming loose, are perfectly suited to the movements of expansion thanks to a calculated taper of the different models of blocks which allow play in every point of the system and facilitate repairs to the lower side wall, the wall exposed to the fire of which can be easily replaced without touching the outer wall.
As indicated in the aforementioned patent, the blocks of the inner jacket 15 are hung on vertical joists 20 forming part of the frame of the combustion chamber, which allows for expansion while preventing the movements of the blocks in the direction of the thickness of the side wall.
In the apparatus thus produced, for the absorption of the loads of the piers exposed to high temperatures and more especially of the piers of
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combustion chambers, the metal parts * despite their proximity to the fire, are perfectly sheltered from the heat of the hearth. On the other hand, the dangerous zones exposed to temperatures which can exceed the melting point of the best refractory products, are included in the reserved embrasure over the entire length of the pedestal below this beam 1 and can be easily repaired. , either entirely, or by sections, without bringing the. least disturbance in the equilibrium, of the upper part.
Another advantage of the invention is that the elimination of any shoring facilitates the maintenance of the combustion chambers by immobilizing the boiler for less time; the foundations of the masonry placed between the beams and the roof of the boilers, which rest on a firm and stable base, are not disintegrated either by fire or by continual underpinning and can be considered as susceptible to damage. surer service as long as the generator.
The installation of these lattice beams 1 does not entail great expense and insensibly increases the price of the boiler flue as they are very light and replace an equivalent volume of refractory materials.
It is understood that it is possible to bring to the apparatus thus described all variations of application without departing from the scope of the invention; in particular- one can replace such assembly method by another and the invention is not limited to. Execution details shown or described, which have been chosen only by way of example.