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BREVET D'INVENTION FORMÉE PAR la Société dite : BABCOCK & WILCOX LIMITED pour:
Perfectionnements aux enveloppes à panneaux en tôle.
------------- Demande de Brevet aux Etats-Unis d'Amérique du 13 Novembre 1946 en faveur de Mr. I.L. LANGVAND.
Cette invention se rapporte aux enveloppes à panneaux en tôle c'est-à-dire aux enveloppes construites.au moyen de tôles ou plaques métalliques. Des enveloppes conformes à l'invention conviennent pour des chambres de genre divers, mais particuliè- rement celles dont les enveloppes doivent être maintenues substan- tiellement étanches aux gaz sous 'des conditions de températures variables.
L'invention a pour buts de fournir une enveloppe relati- vement peu coûteuse, de supporter les panneaux de façon à pouvoir les enlever et les replacer plus facilement lorsqu'on désire accéder à l'intérieur de l'enveloppe, et de fournir une enveloppe perfectionnée pour un échangeur de chaleur à fluide qui soit en
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substance étanche aux gaz et dans laquelle les tensions dues à des différences de température entre parties composantes sont convenablement limitées sinon évitées.
Dans une enveloppe à panneaux en tôle suivant la pré- sente invention, des panneaux de l'enveloppe sont mis en fle- xion, ce qui augmente leur rigidité.
On peut réaliser cette flexion des panneaux avantageu- sement en les serrant contre des couvre-joints dont les par- ties complémentaires agissent à des distances différentes sur des bords adjacents des panneaux, un moyen de serrage commun agissant de préférence sur des bords latéraux adjacents de panneaux voisins.
Les panneaux peuvent être infléchis vers l'intérieur contre une matière Isolante qui fait partie d'une paroi d'un appareil thermique à fluide.
L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés,dans lesquels :
Fig. 1 est une élévation en coupe d'un générateur de vapeur pourvu de parois à refroidissement par fluide construites suivant l'invention.
Fig. 2 est une vue isométrique fragmentaire montrant des particularités de l'enveloppe extérieure de la chaudière.
Fig. 3 est une vue fragmentaire, à une échelle plus grande que la Fig. l, de détails de construction de la paroi adjacente à un passage de gaz.
Figs. 4 et 5 sont, à une échelle plus grande que la Fig. 3, un plan en coupe et une vue de côté en coupe, respecti- vement suivant les lignes 4-4 et 5-5 de la Fig. 3.
Fig. 6 est une vue fragmentaire, à une échelle plus grande que la Fig. 1, de détails de construction de la paroi
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Fig. 7 est un plan en coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6, montrant des détails de la paroi adjacente à un angle de l'installation.
L'invention est représentée dans son application à un générateur de vapeur ou chaudière du genre décrit dans la de- mande de brevet anglais n 6903/47, qui brûle du combustible dans une chambre de combustion 12 à refroidissement par fluide et dans laquelle les gaz chauds résultants sont dirigés autour d'une extrémité d'une cloison 13 dans et à travers un passage de gaz 14 à refroidissement par fluide, en contact avec un faisceau tubulaire principal 15, dont les extrémités opposées sont reliées au collecteur supérieur 16 et au collecteur in- férieur 17, les gaz refroidis s'échappant par une sortie appro- priée. Un collecteur de suie 18, muni de plusieurs trémies de décharge 19, est aménagé sous le passage 14 en guise de ré- cipient pour les particules solides qui sont séparées des gaz pendant que ceux-ci traversent le passage.
La chaudière est.'de forme générale rectangulaire et comprend des parois avant, arrière et latérales à refroidisse- ment par fluide. La paroi latérale 21 à refroidissement par fluide est tapissée intérieurement de tubes 21a et constitue une paroi de la chambre de combustion ou foyer 12, et la pa- roi latérale 23 à refroidissement de fluide est tapissée inté- rieurement de tubes 23a et constitue une paroi du passage de gaz 14, tandis que des parties terminales supérieures des pa- rois 21 et 23 se prolongent vers le collecteur 16 pour former la paroi supérieure ou toit.
L'entièreté du poids de la chaudière est portée par une structure en forme de bâti, disposée sous le niveau du col- lecteur 17, lequel repose à chaque extrémité dans un chevalet 24 porté par une partie latérale 25 du bâti, tandis que les
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parois refroidies de l'installation sont soutenues latérale- ment par des cercles 26 et 27 aménagés à des niveaux différents; le cercle supérieur 26 entoure complètement l'installation et est en contact avec les quatre parois, et le cercle inférieur 27 se trouve environ à mi-hauteur du collecteur et est en con- tact avec la paroi avant, la paroi arrière et une paroi latérale 21 et ses extrémités sont fixées au collecteur inférieur 17;
les cercles individuels des parois adjacentes sont reliés, aux angles de l'installation, de façon à coordonner la. dilata- tion et la contraction des parois respectives; les parois de la chambre de combustion 12 sont supportées verticalement en substance au niveau du collecteur de boues par des colonnes qui transmettent le poids au bâti de support ; parexemple, comme c'est montré pour la paroi latérale 21, l'extrémité supé- rieure des colonnes, dont une est représentée en 28, est ar- ticulée sur un tirant associé au cercle 27 et leur extrémité inférieure sur un tirant associé à une partie latérale 29 du bâti.
Les parois latérales et le toit de l'installation sont enfermés dans une enveloppe métallique 31 formée de tôles séparées 32 dont les bords adjacents sont serrés d'une manière décrite plus amplement ci-après,entre des couvre-joints inter- nes et externes 34 et 35, certaines parties de l'enveloppe étant prolongées vers l'extérieur pour former un logement 36 pour le cercle supérieur 26 et un logement 37 pour le cercle inférieur 27 et les colonnes de support 28.
Chacune des parois de clôture comporte au moins une couche de matière isolante 38 convenablement appliquée sur des tubes montés dans les parois ou dans le toit, du côté intérieur de l'enveloppe métallique 31.
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gaz 14, toute la rangée des tubes verticaux espacés 23a de la paroi est reliée au moyen,'d'un tirant continu 39 qui est convenablement fixé à ces tubes, par exemple au moyen de gou- jons 41 soudés sur chaque tube et munis d'écrous 42, les gou- jons 41 passant à travers des pièces d'épaisseur en forme de U 43 entre lesquelles on peut placer une couche réfractaire de la matière isolante 38 des parois.
Le cercle 26A de la paroi 23 comprend des fers U 45 disposés dos à dos et reliés au tirant 39 par une série d'attaches en cornière 46 espacées sur toute la largeur de la paroi. Le bras horizontal de chaque attache en cornière 46 est assemblé entre les deux fers U 45 du cercle et fixé à l'âme de ceux-ci par un boulon 47, tandis que son bras vertical est fixé au tirant 39 et à des tubes 23a par des goujons 41, une pièce d'écartement 48 étant posée en- tre l'extrémité supérieure de chaque attache en cornière 46 et la pièce d'écartement en U 43 associée.
Les boulons 37 qui calent les attaches en cornière 46, fixent également des cor- nières continues 49 sur le côté supérieur et le côté inférieur du cercle 26A afin de fournir un support pour les parties cor- respondantes supérieure et inférieure 31A et 31B de l'envelop- pe 31.
Dans la partie supérieure 31A de l'enveloppe, les tôles 32 sont alignées contre des couvre-joints 34 espacés ho- rizontalement et qui recouvrent du côté intérieur les bords de chaque paire de tôles ou plaques adjacentes 32, l'extrémité infé- rieure de chaque couvre-joint 34 étant supportée par une atta- che en cornière 52 à laquelle elle est soudée (voir 53) ou fi- xée d'une autre façon. Chaque attache en cornière 52 est fixée à la cornière continue supérieure 49 par des boulons 54qui s'avancent dans des trous allongés ou mortaises 56 de l'atta- che en cornière pour fournir une liaison qui permet des dépla-
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6. - cements verticaux relatifs entre la cornière et l'attache en cornière.
Une cale 51 est soudée au bras horizontal de chaque attache en cornière 52 afin de combler l'espace entre les at- taches en cornière et l'aile du fer U supérieur 45 du cercle lorsqu'on emploie des fers U de petite dimension, et on realise ainsi un support effectif pour les attaches en cornière tout en maintenant l'écartement désiré entre les boulons 54 et les extrémités des trous allongés ou mortaises 56. Les bords adja- cents de chaque paire de tôles voisines 32 sont serres contre un couvre-joint 34 par un couvre-joint extérieur 35 maintenu dans sa position de serrage par des boulons 57 qui sont vissés dans le couvre-joint intérieur 34, comme il est montré en dé- tails dans la figure 4.
La largeur de chaque tôle 32 est telle qu'elle laisse un esapce de dilatation entre les bords verti- caux adjacents de chaque paire de tôles,adjacentes, en plus de l'espace nécessaire à l'introduction des boulons de serrage 57.
Chaque couvre-joint 35 affecte avantageusement la forme d'un fer U dont les ailes 58 sont disposées symétriquement par rapport à la largeur du couvre-joint interne correspondant 34 et attaquent des tôles adjacentes 32 en dehors des bords du couvre-joint 34. A titre d'exemple de dimensions relatives ap- propriées, pour des tôles ou plaques métalliques d'environ 0,14 pouce (3,5 mm) d'épaisseur, le couvre-joint interne 34 peut être une barre de 2 1/4 pouces (56 mm) de large, et le couvre- joint externe 35 un fer U standard de 3 pouces (75 mm), 5 li- vres (2,280 kg).
Par suite de l'emplacement et des dimensions relatives des couvre-joints coopérants, la force exercée par un couvre-joint en U 35 est concentrée sur les bords d'une tôle 32, en des points situés en dehors des points où la force opposée est appliquée par la barre ou couvre-joint 34. Un cou-
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7. - au support approprié de la tôle le long de son bord opposé, provoque l'incurvation de latôle 32, du côté de la tôle où se trouvent les couvre-joints 34, et par suite de cette flexion la tôle est légèrement courbée sur toute sa largeur, ce qui augmente considérablement sa rigidité. De cette façon une tôle 32 d'épaisseur relativement réduite,montée comme décrit, devient l'équivalent, en ce qui concerne sa rigidité, d'une tôle beaucoup plus épaisse.
La flexion élastique de la tôle a aussi pour résultat d'établir un contact plus serré entre la tôle et la matière isolante 38, tandis que la rigidité accrue non seulement donne une apparence de robustesse proportionnée aux dimensions de la structure en question mais encore obvie substantiellement aux vibrations et aux bourdonnements.
L'extrémité supérieure de chaque couvre-joint inté- rieur 34-des parois latérales recouvre l'extrémité descendante 62 d'un couvre-joint similaire 34 associé à la partie d'en- veloppe 23R du toit, chaque couvre-joint 34 des parois laté- rales étant fixé au couvre-joint correspondant 34 du toit par un boulon 63 pour lequel le trou de boulon dans le couvre- joint 34 est allongé ou mortaisé pour permettre une dilatation verticale relative. Une barre collectrice continue 64, fixée auxcouvre-joints 34 du toit par des boulons 65 sert à maintenir, à l'endroit de leur jonction, l'écartement prédéterminé entre les couvre-joints 34 du toit et les couvre-joints 34 des pa- rois latérales.
Les bords supérieurs des tôles 32 des parois latérales sont serrés . contre la barre collectrice 64 par une barre collectrice en U 67 qui est maintenue dans sa position de serrage par des boulons 68 vissés dans la barre 64. Les ex- trémités des couvre-joints 34 du toit qui se trouvent près du collecteur 16 sont maintenues substantiellement fixes par rapport à ce collecteur par des moyens appropriés connus (non montrés) et s'opposent de ce fait au déplacement latéral de
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l'enveloppe de la paroi latérale qui leur est reliée.
Les tôles 32 de l'enveloppe du toit sont serrées entre les couvre- joints 34 et 35 du toit qui sont disposés symétriquement et qui ont le même rapport de dimensions que les couvre-joints correspondants 34 et 35 de la paroi latérale 23, les tôles 32 dans le premier alignement ou alignement externe étant fixées par des boulons 69 à la barre collectrice en U 67.
En ce qui concerne la partie inférieure 31B de l'en- veloppe, les attaches en cornière 52 sont reliées au côté in- férieur du cercle 26A de la manière décrite pour la liaison des attaches en cornière 52 au côté supérieur du cercle. Cependant, comme le montre la figure 5, dans le cas des attaches en cor- nière supérieures, l'écartement entre chaque boulon 54 et l'extrémité inférieure du trou de boulon associé 56 est plus grand que celui entre le boulon et l'extrémité supérieure du trou, tandis que dans le cas des attaches inférieures, l'écar- tèment entre chaque boulon 54 et l'extrémité supérieure du trou de boulon associé 56 est plus grand que celui entre le boulon et l'extrémité inférieure du trou.
Dans la partie in- férieure 31B de l'enveloppe, l'extrémité supérieure de chaque couvre-joint 34 est soudée en 53 à des attaches en cornière 52, et leur extrémité inférieure est soudée ou reliée autrement à la plaque métallique externe relativement fixe 72 du collecteur de suie 18,de sorte que les couvre-joints sont pratiquement calés.
Le logement étanche au gaz 36 qui relie la partie supérieure 31A et la partie inférieure 31B est composé d'une plaque de revêtement tra.nsversale continue 59 en forme de U ou d'auge qui enferme les côtés supérieur, inférieur et extérieui du cercle 26A, et dont les bords recourbés 61 inférieur et
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parties d'enveloppe adjacentes 31A et 31B. Les rebords recour- bés 61 du logement sont assemblés du côté intérieur des tôles 32 dans les deux portions et par conséquent entre les tôles 32 et les couvre-joints 34 où ils sont maintenus en contact étan- che avec les tôles 32 sous l'action de serrage exercée par des couvre-joints en U 35.
Il est avantageux d'établir le revête- ment 59 en métal relativement mince, de préférence' plus mince que les tôles principales de l'enveloppe, d'une épaisseur, par exemple, légèrement supérieure à 0,06 pouce (1,5 mm) car ceci fournit un degré de flexibilité qui permet au logement de rem- plir sa fonction de raccord dilatable entre des parties d'en- veloppe adjacentes sans disloquer le joint étanche. Bien que la manière d'assembler les rebords 61 entre les tôles 32 et les couvre-joints 34, dans chaque section 31A et 31B, entraîne un léger écartement entre les tôles et les couvre-joints sur une distance limitée au-dessus et en-dessous des bords des rebords 61, les couvre-joints en U 35 continuent à porter sur toute leur hauteur contre les surfaces extérieures des tôles 32; on évite ainsi de compromettre 1'efficacité du joint étanche..
Si l'on doit, par suite de la longueur du cercle em- ployé, construire le logement ou revêtement 59 en deux ou plu- sieurs parties, les bords adjacents de chaque paire de parties¯ de revêtement comme 59a et 59b, sont chevauchés intérieurement par des barres droites 101 sur leurs côtés,supérieur,.inférieur et extérieur, et extérieurement par une cornière 102 sur leurs côtés supérieur et extérieur et par une barre droite 103 sur le côté inférieur, chaque barre interne 101 étant fixée en permanence sur une des parties adjacentes pour faciliter l'assemblage, et les jeux de barres intérieurs et extérieurs étant maintenus en position de serrage par des boulons 104, comme c'est montré.
Dans la paroi latérale opposée 21, les tubes. 21a sont
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10.- ' disposés l'un contre l'autre, ce qui permet de réduire l'épais- seur de l'isolement 38 de la paroi et de monter le tirant 39 directement sur les tubes de la paroi, comme c'est montrée au lieu de l'espacer de ceux-ci comme dans la paroi 23 ; àpart celà l'assemblage du tirant et du cercle 26B est essentielle- ment une reproduction de l'assemblage correspondant du tirant et du cercle de la paroi 23.
Dans ses points essentiels, la partie d'enveloppe supérieure 31C de la paroi latérale 21 est également une reproduction de la. section d'enveloppe supérieure correspondante 31A de la paroi latérale 23, y compris la jonc- tion à la.' partie 21R du toit qui comprend, dans une position intermédiaire, une entretoise en double T 73, en remplacement d'un des couvre-joints 34. Le serra.ge des tôles 32 du toit contre la semelle supérieure de l'organe 73, se fait par un couvre-joint en U 35 de la même façon et avec le même effet que leur serrage contre chaque couvre-joint 34.
La partie, inférieure de l'enveloppe 31 de la paroi latérale 21 comprend une partie intermédiaire 31D entre les logements 36 et 37 et une partie de base 31E faisant partie du logement inférieur 37. La partie intermédiaire 31D de l'en- veloppe est supportée sur des a.tta.ches en cornière 52 qui sont fixées au côté supérieur du cercle 27 au moyen d'une cornière 49 et de boulons 54, chaque couvre-joint 34 de cette section 31D étant soudé en 53 sur une attache en cornière 52 fixée au cercle supérieur 26B au moyen de cornières 49 et de boulons 54, d'où ces couvre-joints descendent à l'intérieur du loge- ment 37 où ils sont soudes en 53 à l'attache en cornière de support inférieur 52.
Chacun de ces couvre-joints 34 est fixé à une entretoise 74 par des boulons ¯ 75 et, une barre 76 placée en diagonale et fixée par un boulon 78 à l'entretoise 74 et
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tretoise 74 à partir du cercle inférieur 27. Le tirant 81 as- socié au cercle inférieur 27 est monté directement sur les tubes 21a et le poids de la paroi est transmis de là à la struc- ture de base par l'intermédiaire de colonnes articulées 28, comme mentionné précédemment.
Les attaches en cornière 52 de la paroi 21 sont pour- vues de trous allongés ou mortaises et des cales 51 sont sou- . dées aux attaches en cornière au-dessus des cercles,comme décrit précédemment pour la paroi 23.
Le logement 36 du cercle, qui forme une liaison dila- table, étanche au gaz, entre les parties d'enveloppe 31C et 31D, est une reproduction du logement correspondant 36 de la paroi latérale 23, comme décrit précédemment; dans la paroi 21, les rebords supérieur et inférieur 61 du revêtement 59 recouvrent de la même façon les bords adjacents de tôles 32 de l'enveloppe et, dans les parties d'enveloppe respectives, les rebords sont serrés entre ces bords adjacents et des couvre-joints 34 pour former un joint étanche.
La partie la plus basse 31E de l'enveloppe comprend des couvre-joints internes et externes 34 et 35.,' identiques à et aménagés comme ceux des autres parties de l'enveloppe.Dans . la partie 31E les extrémités inférieures des couvre-joints 34 sont soudées, ou fixées d'une autre manière appropriée, à une partie de la structure de base, comme la partie de bâti laté- rale 29.
Une partie horizontale d'enveloppe 31H reliant les parties verticales d'enveloppe 31D et 31E comprend des barres 82 munies à leur extrémité extérieure d'un rebord 83 que des boulons 84 relient à l'extrémité supérieure de chaque couvre- joint 34 de la partie d'enveloppe de base 31E, tandis que des boulons 85 fixent l'extrémité intérieure des barres 82 à l'en-
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avec les couvre-joints 34 de la partie d'enveloppe intermédiaire 31D. Une barre collectrice 86 est fixée par des boulons 87 aux rebords 83 des barres 82 et sert de couvre-joint transversel interne contre lequel les extrémités supérieures des tôles 32 sont serrées par une barre collectrice en U 89 maintenue en po- sition de serrage par des boulons 91.
Des tôles d'enveloppe horizontales 32 sont supportées par des barres 82, les bords adjacents de chaque paire de tôles étant posés sur un couvre- joint interne 82, de façon à être chevauchés par ce dernier, et deux de ces bords sont chaque fois calés par un couvre-joint externe 92 que des boulons 93 fixent à la barre 82 et à la barre collectrice en U 89. Le long de leurs bords internes, les tôles d'enveloppe horizontales 32 sont munies d'un rebord dressé verticalement 94 qui est serré contre les tôles 32 de l'en- veloppe et des couvre-joints 34 de la partie intermédiaire 31D, et le long de leurs bords externes elles sont munies d'un re- bord rabattu 95 qui est serré entre la barre collectrice 86 et la barre collectrice en U 89 à la jonction avec la portion 31E.
La figure 7 est une section plane du montage de l'en- veloppe près d'un angle de l'installation, à la jonction entre les tubes 21a d'une paroi latérale et les tubes 22a de la paroi arrière. Les tôles 32a situées à l'angle dans les deux parois sont soudées en 96 le long de leur arête de rencontre, et elles sont en plus soudées en 97 au bras d'une cornière entretoise 98, réalisant ainsi à l'angle un joint étanche et assurant la ri- gidité de l'enveloppe à la jonction de deux parois.
Des parois construites conformément à l'invention comprennent donc un certain nombre de caractéristiques désira- bles, comme la réalisation d'une enveloppe étanche aux gaz qui donne aux éléments de la paroi associée la liberté de se dépla-
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comprend par exemple des tubes d'échange de la chaleur qui sup- portent l'enveloppe, tout en-tenant compte également de la di- latation et de la contraction relatives de panneaux adjacents, et du déplacement d'une partie de l'enveloppe par rapport à une autre. Cette construction de l'enveloppe en panneau est également avantageuse du point de vue économique, par le fait que, dans l'assemblage, on peut utiliser directement des tôles ou plaques métalliques ordinaires du commerce sans devoir les préfaçonner comme c'est d'habitude le cas.
Dans la présente construction, le façonnage, l'ajustage et la soudure se limi- tent principalement à la fabrication des organes qui supportent et maintiennent en position active les tôles ou plaques métal- liques, ce qui permet de construire l'enveloppe à prix réduit, sans sacrifier la qualité de la construction, qualité qui est déterminée par son étanchéité au gaz et son aspect agréable en service.
REVENDICATIONS.
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1.- Enveloppe à panneaux'en tôle, caraètérisée en ce que les panneaux de l'enveloppe sont en flexion pour leur don- ner plus de rigidité.