EP0053659B1 - Système d'ancrage pour compenser les contractions et les dilatations d'un mur à plusieurs couches - Google Patents

Système d'ancrage pour compenser les contractions et les dilatations d'un mur à plusieurs couches Download PDF

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EP0053659B1
EP0053659B1 EP81107658A EP81107658A EP0053659B1 EP 0053659 B1 EP0053659 B1 EP 0053659B1 EP 81107658 A EP81107658 A EP 81107658A EP 81107658 A EP81107658 A EP 81107658A EP 0053659 B1 EP0053659 B1 EP 0053659B1
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EP
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restraining
yoke
restraining system
spring
girder
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Heinz Dipl.-Ing. Dürselen
Jürgen Dipl.-Ing. Neitzel
Arnulf Dr. Dipl.-Ing. Schüffler
Walter Stanke
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Krupp Koppers GmbH
Original Assignee
Krupp Koppers GmbH
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Publication date
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    • F27D1/1621—Making linings by using shaped elements, e.g. bricks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10B29/00—Other details of coke ovens
    • C10B29/08—Bracing or foundation of the ovens
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    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/0003—Linings or walls
    • F27D1/0023—Linings or walls comprising expansion joints or means to restrain expansion due to thermic flows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B13/00—Furnaces with both stationary charge and progression of heating, e.g. of ring type, of type in which segmental kiln moves over stationary charge
    • F27B13/06—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of this type

Definitions

  • the invention relates to a clamping system for avoiding harmful tensile and shear stresses in possibly multi-layer masonry slabs, which are subject to both thermal and mechanical deformation stresses and in which the masonry is clamped by means of clamping plates, to which the clamping forces of the anchors with the aid of yoke-like supports and intermediate springs or distance pieces are transmitted.
  • the task is to generate sufficient pressure pre-stresses in the partition walls despite changing thermal and mechanical deformations of the outer clamping system and to ensure them constantly in order to avoid tensile cracks by superimposing corresponding pressure stresses.
  • the task is thus solved according to the invention as an optimization of the elements of the overall system connected via the force flow.
  • the wall warps the most when it is loaded from the side halfway up.
  • the clamping pressure forces of the wall are chosen to be the highest in the center and their contact surfaces are laterally separated as far as possible into the two outer edge zones, the resultants of the two marginal forces acting parallel to or in the direction of the vertical wall center plane.
  • the individual construction elements of the clamping system are designed to be resilient in such a way that they largely compensate for the interference.
  • the advantage of the spring elasticities provided in the clamping system is, on the one hand, the small displacements in the force distributions and, on the other hand, the lighter and cheaper design, in particular with larger partition wall dimensions.
  • the production of the desired distribution of the clamping forces over the length of the clamping plates can be done by a corresponding gradation of the thickness of the spacers or by relaxed spring elements that z.
  • the prestresses in the partition walls (9 in FIG. 1) are produced either directly by adjusting prestressed blocked pressure elements (6 in FIG. 1) between the clamping plates 7 and the yoke-like carrier 5 arranged in front of them and then lifting the blockade or initially by adjustable ones Tensioning elements between the clamping plate 7 and the yoke-like carrier 5, which is pretensioned, and then by adjusting the pressure elements 6.
  • the prestresses in the partition walls are to be constantly maintained by the spring properties of the transverse anchor system (1- and 3 in FIG. 1), the yoke-like supports 5, the clamping plates 7 and 8 and the pressure elements 6.
  • the load changes in the usual clamping forces can be kept within the tolerance limits according to claim 1.
  • the springs at both ends of the cross anchor can be combined in a one-sided spring with half the spring constant if the changes in force are transmitted from one side to the other.
  • the factor q is a maximum of 20%.
  • FIGS. 11 and 12 various schematically illustrated exemplary embodiments for the pressure elements 6 can be seen in relation to claims 14 to 19. 11d can also be coupled to the pressure regulator (PC) or a corresponding positioner (positioner), for example, so that the exhaust air consumed by the regulator z. B. is used as cooling air or is taken directly from the top of the gas bellows and thus serves to dissipate heat.
  • PC pressure regulator
  • positioner positioner
  • Figure 12 shows according to claims 18 and 19 spring pressure elements 6 relaxed (Fig. 12a) and biased (Fig. 12b).
  • FIGS. 13 to 16 schematically show, for example, the design and arrangement of the pressure elements 6 as spiral springs according to claims 1, 20, 21, 22 and 24.
  • Figure 13 schematically illustrates a possibility for generating the bell-shaped course of the pressing forces according to claim 1 with the same spiral springs z.
  • FIG. 14 indicates how the force redistributions in the event of changes in the thermal curvatures of the yoke-like carrier 5 are largely mitigated by the softer springs 6 in the middle when the line load on the clamping plate 7 is approximately constant.
  • the clamping plate 7 is expediently designed to be relatively rigid.
  • FIG. 16 shows a combination of FIGS. 13 to 15, for example, which fulfills the requirements for a bell-shaped course of the pressing forces and for alleviating the effects of the thermal curvatures with a relatively thin clamping plate.
  • bracketed values are intended to indicate that different (boundary) conditions can be decisive in these areas, such as. B. manufacturability or additional functions of the clamping system.
  • the yoke-like carrier or the clamping plate is composed of several parts, the area moment of inertia combined according to the rules of statics is decisive.
  • the gradations of the moments of inertia can be generated, for example, by recesses or corresponding screw connections.
  • the clamping system according to the invention can preferably be used with partition walls in industrial furnaces, in particular with heating walls of coking furnaces.

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Claims (32)

1. Système de serrage pour éviter des contraintes nuisibles de traction et de cisaillement dans des panneaux de maçonnerie éventuellement à plusieurs couches qui sont soumis à des efforts de déformation aussi bien thermiques que mécaniques et dans lesquels le serrage de la maçonnerie est effectué par des plaques de serrage auxquelles les forces de serrage des tirants sont transmis à l'aide de poutres en forme d'arc et de ressorts ou pièces d'écartement interposés, caractérisé par le fait que, des point caractérisants suivants, on utilise les points caractérisants a) et b) individuellement ou conjointement, et les points caractérisants c) et d) en combinaison avec a) et/ou b) :
a) que la grandeur des forces de compression des plaques de serrage sur la maçonnerie, dans l'état normal de service, en partant de la demi-hauteur du mur, diminue sur une longueur d'environ 75 % de la hauteur du mur en direction des bordures supérieure et inférieure du mur serré, pratiquement à la façon d'une courbe en cloche ou d'une fonction parabolique.
b) que les résultantes des forces de serrage s'appliquent pratiquement bilatéralement, chacune pour la moitié, à l'intérieur des 65 mm extérieurs ou dans les plans médians des couches extérieures de mur et sont dirigées dans la direction longitudinale du mur ou sous un angle allant jusqu'à 30° en direction du plan médian du système de mur, les vecteurs de force se coupant dans le mur le long d'une ligne qui est approximativement dirigée parallèlement à la plaque de serrage,
c) que le maintien de la distribution désirée des forces de serrage sur la longueur des plaques de serrage est assurée, dans tous les cas de perturbation intéressants, entre des tolérances étroites, par le fait que la structure est construite et exécutée élastiquement de telle sorte que les influences perturbatrices sont réduites et que les caractéristiques de transmission de force ou les propriétés élastiques des tirants transversaux, des poutres en forme d'arc, de la plaque de serrage et des éléments de pression entre eux sont conçues de façon telle et o.nt un effet tel que les forces locales, en cas de perturbation, ne sont pas modifiées, ou seulement de 5 à 20 %, et
d) que lorsque la distribution de forces est altérée par la forme des surfaces ou par des tolérances de fabrication, la réalisation et/ou la compensation de la compression de serrage est assurée par le fait que ces tolérances superficielles sont compensées dans les régions voisines à l'aide de matières élastiques ou déformables qui compensent des rugosités locales d'au moins 2,5 mm de hauteur.
2. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on donne au ressort du tirant transversal une structure et une dimension telles que la constante de ressort globale C (en N/m) de tous les ressorts du tirant transversal, sur chaque côté frontal, sous la dépendance de la hauteur H du mur, en mètres, et de la distance I à la demi-hauteur de paroi, en mètres, se situe entre les limites suivantes :
Figure imgb0018
avec m = 10-6 (m 2/N) ist.
3. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on donne au moment d'inertie de surface 1, en m4, et donc à la section de la poutre en forme d'arc, des dimensions telles que les conditions limites suivantes soient remplies
Figure imgb0019
la hauteur de mur étant désignée par H, en mètres, et p étant égal à 10-4 m3.
4. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la raideur à la flexion et donc le moment d'inertie de surface I de la poutre en forme d'arc diminue par région, constamment et/ou de façon échelonnée en une ou plusieurs étapes, en partant de la demi-hauteur du four vers les extrémités.
5. Système de serrage selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'à l'exception des extrémités, le moment d'inertie de surface suit approximativement, proportionnellement, la fonction suivante :
racine carrée de (distance du tirant transversal divisée par la hauteur du four).
6. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins l'un des affaiblissements du moment d'inertie de surface de la poutre en forme d'arc commence à l'intérieur de la distance suivante aux points les plus extérieurs de transmission de force de la plaque de serrage :
30 % (ou 25 %) de la hauteur de mur en direction du centre, et/ou
10% de la hauteur de mur vers le haut et
60 % de la hauteur de mur vers le bas, au-delà du dernier point d'application de force.
7. Système de serrage selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des diminutions a lieu dans la région entre les points extrêmes et les points suivants ou plus que suivants de transmission de force de la plaque de serrage.
8. Système de serrage selon les revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que des poutres en forme d'arc ayant un moment d'inertie réduit à 65 à 80 % sont utilisées, les poutres en forme d'arc étant formées d'une matière ayant une résistance à la traction supérieure d'au moins 10 % à celle d'un acier normalisé usuel ayant une résistance moyenne à la traction de 370 N/mm2.
9. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les poutres en forme d'arc sont prolongées vers le haut et sont poussées indirectement par un ou deux tirants transversaux, par l'intermédiaire d'un ou deux arcs, la force de réaction à l'autre extrémité du ou des arcs assurant le serrage du plafond ou toit de four.
10. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on diminue la déformation thermique de la poutre en forme d'arc par compensation de température, avec traitement isolant et/ou conducteur de la chaleur, modification de la structure superficielle ou ponts conducteurs de la chaleur de la région du rebord intérieur en direction du rebord extérieur, en entendant aussi, par isolation, l'enveloppement avec une mince enveloppe de tôle.
11. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les mesures de compensation de température de la poutre en forme d'arc restent limitées à la région de la plaque de serrage adjacente et/ou aux faces antérieure et postérieure ou seulement aux surfaces latérales de la poutre en forme d'arc.
12. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des mesures pour la compensation de température sont prises dans la région de la poutre en forme d'arc sous la forme de revêtement superficiel, actif quant au rayonnement thermique, ayant de grands nombres d'absorption de rayonnement, sur les côtés intérieurs de rebord du profilé et/ou de revêtement superficiel ayant relativement à cela un plus grand pouvoir de réflexion etiou d'isolation, sur un côté extérieur ou sur les deux côtés extérieurs des deux rebords du profilé.
13. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on diminue la déformation thermique de la poutre en forme d'arc par compensation de température, la chaleur étant transmise selon le principe des caloducs fermés, par des agents de transfert de chaleur qui s'évaporent et se condensent et des agencements intérieurs correspondants.
14. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de poussée (6) peuvent être réglés individuellement, à l'aide de vis (11) et/ou d'indicateurs (12), à des forces déterminées qui agissent sur la plaque de serrage (7).
15. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'aide d'éléments d'action similaires à des pistons, d'un ou plusieurs soufflets à pression de gaz (13) ou d'une pression hydraulique, on engendre directement ou indirectement une transmission de force prescrite à la plaque de serrage (7).
16. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments (6) de transmission de force sont exécutés sous forme d'éléments à ressort dont les ressort sont réglables pour engendrer des forces déterminées en service, ces forces étant réparties sur la plaque de serrage (7) et engendrant une distribution désirée de la pression superficielle sur la surface frontale de la maçonnerie (9).
17. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le calcul des constantes de ressort des ressorts de compression des éléments (6) à ressort a lieu selon ce critère que, même en cas de disparition totale des forces thermiques de déformation de la poutre (5) en forme d'arc et/ou de la plaque (7) de serrage, les charges de service une fois établies aux points de transmission de pression ne varient pas de plus de ± 15 %.
18. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise des éléments (6) à ressort à faible rigidité de ressort pour la transmission de force à la poutre en forme d'arc et que, pour simplifier les montages et/ou pour un réglage amélioré des forces, on raccourcit la longueur de construction des éléments à ressort par une précharge et qu'on la bloque temporairement pour la durée du montage et éventuellement pour le temps d'échauffement initial.
19. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise pour la transmission de force à la poutre en forme d'arc des éléments (6) à ressort préchargés dont la longueur d'installation à l'état détendu est trop grande pour le montage à l'intérieur des distances disponibles.
20. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que selon le nombre n des éléments de poussée entre poutre en forme d'arc et plaque de serrage et selon la hauteur H du four, en mètres, on choisit des ressorts tels que les constantes de ressort correspondantes Cm (N/m) se situent dans les limites suivantes :
Figure imgb0020
avec y = 107 (N).
21. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on échelonne les constantes de ressort, en partant de la grandeur Cm, en N/m, retenue à la revendication 20 pour le milieu de la plaque de serrage, en direction des bords, selon la distance centrale (I), en mètre, et la hauteur (H) de la chambre, en mètres, approximativement selon la formule :
Figure imgb0021
22. Système de serrage selon la revendication 21, caractérisé par le fait que l'on diminue le nombre des spires de ressort ou des unités de rondelles Belleville et donc la longueur du paquet de ressort, approximativement conformément au facteur (1 - 4 - 12/H2), du milieu en direction du bord.
23. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'individuellement ou en combinaisons, on utilise les éléments de ressort de poussée d'accumulation d'énergie suivante : des ressorts à lame, des tubes à paroi mince, des paquets de tôle enroulés en hélice de façon analogue à des tubes, des hélices cylindriques de fil chargées latéralement, des ressorts de torsion ou des tampons en matière synthétique soumis à une contrainte de cisaillement.
24. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on calcule différemment la distance S (m) d'éléments de pression similaires entre eux, en fonction de la longueur H (m) de la paroi frontale à serrer, et que conformément à la distance 1 (m), on l'augmente du milieu vers le bord, approximativement selon la formule suivante qui part de la distance S = Sm au milieu :
Figure imgb0022
25. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de poussée sont munis d'une protection contre le rayonnement thermique ou la flamme.
26. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour serrer les côtés frontaux de la maçonnerie de hauteur de paroi H (m), on utilise ou bien des plaques divisées qui sont divisées en j tronçons de longueur H/j, ou bien des plaques non divisées (j = 1) et que les plaques sont poussées, en n hauteurs différentes en tout, par les forces ponctuelles de la poutre en forme d'arc, contre la maçonnerie, les plaques étant de dimensions telles que le moment d'inertie géométrique Ij de ces plaques répond à l'équation suivante :
Figure imgb0023
dans laquelle 8 = 10-5 (m2).
27. Système de serrage selon la revendication 26, caractérisé par le fait que l'on affaiblit continuellement et/ou par paliers les moments moyens d'inertie géométrique Ij (m4) des plaques de serrage de longueur H/j (m), conformément à la distance 1 = H/2j - Δl (m), du milieu de la plaque individuelle vers les points de charge aux extrémités, approximativement selon la fonction :
Figure imgb0024
28. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on rembourre la surface de poussée de la plaque de serrage contre la maçonnerie avec de la matière fibreuse d'une épaisseur primitive de couche d'au moins 25 mm.
29. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface de poussée de la plaque de serrage présente une inclinaison de 1,2 à 25° et la surface correspondante de la boutisse un biseau d'angle égal ou inférieur.
30. Système de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les surfaces de poussée sont munies, d'un côté ou des deux côtés, d'une ou plusieurs rainures et/ou languettes.
31. Système de serrage selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par l'utilisation pour des cloisons dans des fours industriels.
32. Système de serrage selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par l'utilisation pour des parois chauffantes de fours de cokéfaction.
EP81107658A 1980-11-28 1981-09-26 Système d'ancrage pour compenser les contractions et les dilatations d'un mur à plusieurs couches Expired EP0053659B2 (fr)

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