Brevet FR2384204A1 — publié le 19781013

La présente invention concerne un nouveau type de chaudière multitubulaire pour la production d'eau surchauffée ou de vapeur saturée ou surchauffée. Dans ce dernier cas, cette chaudière comprend un ballon eau-vapeur, qui n'est pas en contact avec les gaz de combustion, un eolleeteur inférieur alimenté par des gros tubes de retour duKballon et sur lequel sont soudés les éléments standiards de vaporisation. -. Cette chaudière, selon l'invention, comprend des dispositions de montages tubulaires permettant un très bon accès des soudures d'assemblages des éléments standards qui la constituent. Cette recherche des dispositions constructives a été étendue à la charpente métallique et à ses panneaux calorifugés, de façon à pouvoir rendre facile et rapide l'accès pour contrôle, entretien ou réparation de toutes les parties de la chaudière. La séparation eau-vapeur s'effectue suivant le système classique de collecteurs de niveaux différents reliés au ballon. Ce type de chaudière présente de grands avantages sur les modèles classiques habituels - il permet particulier de loger une plus grande surface d'échange dans un même volume et de ce fait de pouvoir construire monobloc en atelier, au gabarit routier, jusqu'à une puissance de 40.000.000 Kcal/h environ, puis, lorsqu'il y a un ballon eau-vapeur, de laisser simplement le ballon à raccorder sur place jusqu'à une puissance de 60.000.000 Kcal/heure environ. - cette chaudière peut être construite sur place jusqu'à des puissances très élevées en utilisant des éléments préfabriqués. - les mêmes éléments vaporisateurs standards peuvent être utilisés pour des chaudières de puissances différentes, par simple augmentation de la longueur de celles-ci. - la suppression de tout mandrinage sur le ballon eau-vapeur, la diminution du nombre de tubulures soudées sur celui-ci, son isolement complet des fumées, lui assurent une grande robustesse et une longévité accrue, avec des tôles d'épaisseurs moins fortes que dans les chaudières - la charpente extérieure, non soumise à des températures élevées, n'est pas sujette à des dilatations exagérées. - - les,p nneaux ealotifugés démontables individuellement conservent un serrage parfait de leurs joints d'étanehéité et permettent un accès immédiat à toutes les parties de la ehaudière, sans opératiohs destruetriees, ainsi qu'une remise en état de marche raPide. De façon plus précise, la chaudière faisant ltobjet de la présente invention, et qui est du type comprenant notamment un collecteur longitudinal inférieur, un collecteur longitudinal supérieur et des tubes d'eau reliant les collecteurs longitudinaux inférieur et supérieur, est notamment remarquable en ce que lesdits tubes d'eau constituent des parois jointives formant une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle sont prévues deux parois jointives internes constituées de tubes d'eau, lesdites parois déterminant trois zones juxtaposées transversalement et définissant un parcours sinueux des fumées, la première zone étant la chambre de combustion, et la troisième zone formant un faisceau de convection. Selon un mode de réalisation, la deuxième zone est munie de tubes vaporisateurs. Dans un autre mode de réalisation, la deuxième zone est exempte de tubes vaporisateurs et constitue un simple carneau de fumées. Préférentiellement, un ou plusieurs surchauffeurs sont disposés entre la deuxième et la troisième zone. D'autres avantages et caractéristiques de la chaudière selon l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui suit en se reportant aux figures données à titre indicatif et nullement limitatif, parmi lesquelles: - la figure 1 est une coupe longitudinale de la chaudière selon l'invention, fonctionnant pour la production de vapeur saturée ou surchauffée, - la figure 2 est une coupe transversale de la chaudière illustrée à la figure 1, selon la ligne II-II, dans un premier mode de réalisation de la chaudière, - la figure 3 est une coupe transversale de la chaudière illustrée à la figure 1, selon la ligne II-II, dans un autre mode de réalisation de la chaudière, - la figure 4 est une coupe transversale de la chaudière illustrée à la figure I, selon la ligne IV-IV, montrant la face avant de ladite chaudière, - la figure 5 est une coupe transversale de la chaudière illustrée à la figure 1, selon la ligne V-V, montrant la face arrière de ladite chaudière, - la figure 6 est une coupe longitudinale de la chaudière, selon la ligne VI-VI de la figure 1, - la figure 7 représente un détail agrandi de l'assemblage de la charpente et de ses panneaux calorifugés constituant le carter dans lequel se trouve la chaudière selon l'invention, - la figure 8 est une coupe longitudinale selon la ligne VIII-VIII de la figure 9, représentant la chaudière fonctionnant pour la production d'eau surchauffée, et - la figure 9 illustre en coupe transversale la chaudière de la figure 8. Les figures 1 à 7 illustrent donc une chaudière selon l'invention pour la production de vapeur saturée ou surchauffée. En se reportant maintenant à la figure 1, on notera la présence d'un ballon eau-vapeur 1 dans lequel le niveau de l'eau s'établit à la mi-hauteur du collecteur longitudinal supérieur 2, de collecteurs d'évacuation vapeur 3 et d'un départ général de vapeur 4. On prévoit en outre des collecteurs de descente d'eau 5, de gros diamètre, des parois en tubes jointifs 6, une chambre de combustion 7, un collecteur longitudinal inférieur 8 et un socle métallique 9 sur lequel vient se souder la charpente apparente 10. Les parois en tubes jointifs 6 définissent une enceinte fermée, à l'extérieur de laquelle est disposé, dans son intégralité, le ballon eau-vapeur 1, mettant ainsi ce dernier à l'abri des températures-élevées des fumées. De plus, deux autres parois en tubes jointifs 6 sont prévues à l'intérieur de ladite enceinte; ces parois internes sont verticales et parallèles à l'axe longitudinal de la chaudière. Grâce à cet agencement, les fumées et gaz suivent un trajet sinueux dans le sens transversal de la chaudière, et donc dans toute la hauteur de cette dernière; ces parois internes seront décrites plus avant dans la présente description. la figure 2 montre le profil des éléments standards pour le mode de réalisation à deux parcours de convection et sur laquelle on retrouve les tubes 6 des parois jointives, le collecteur 2 séparateur eau-vapeur, les collecteurs 3 d'évacuation vapeur et eau, le départ général de vapeur 4, le ballon eauvapeur 1, la charpente apparente 10, les collecteurs de descente d'eau 5, les tubes vaporisateurs ll, la chambre de combustion 7 et le collecteur de répartition d'eau 8. La figure 3 montre le profil des éléments standards pour un autre mode de réalisation, à un parcours de fumées et un parcours de convection, et sur laquelle on retrouve les mêmes éléments que ceux de la figure 2, mais le parcours des fumées 12 ne comprend pas de tubes de vaporisation : il constitue un simple carneau de fumées. La figure 4 montre les dispositions de la façade avant, de ltouver- ture de l'équipement de chauffe, de celles de visite et de ramonage, ainsi que le gros tube de retour du ballon et les raccordements d'un surchauffeur éventuel. On y trouve en plus des repères déjà expliqués pour les figures précédentes, le départ de vapeur surchauffée 13, la sortie du réservoir de la vapeur saturée 14 qui alimente le collecteur vertical 18 du surchauffeur primaire, le collecteur 19 de sortie du primaire, la liaison 15 au désurchauffeur immergé dans la tranche d'eau du réservoir, la sortie du désurchauffeur 16, le collecteur d'entrée 20 et le collecteur de sortie 21 du surchauffeur secondaire, le collecteur 22 du bas de la façade avant constituée de tubes jointifs 6 dans lesquels est ménagée l'ouverture de l'équipement de chauffe 24 entourée des collecteurs 23, le collecteur supérieur 25 soudé en extrémité du collecteur séparateur 2. La figure 5 montre la disposition de la façade arrière, des ouver- tures de visite et sortie de fumées, ainsi que le gros tube de retour du ballon. En plus des xames repères que précédemment, on remarque 1 'ouverture de sortie de fumées 29, 11 ouverture d'accès dans la chaudière 26, les collecteurs 27 et 28 de la façade arrière constituée par les tubes jointifs 6. La figure 6 montre la position du surchauffeur éventuel qui est constitué par les collecteurs 18 et 19 sur lesquels sont soudés les tubes du surchauffeur primaire 30 dans lequel arrive la vapeur saturée et les collecteurs 20 et 21 sur lesquels sont soudés les tubes de surchauffeur secondaire 30'assurant la température finale prévue. L'équipement de chauffe 31 est positionné sur la façade avant. Cette figure 6 permet en outre de mieux voir les parois internes en tubes jointifs 6, déterminant le parcours sinueux transversal des fumées, et définissant trois zones successives, dont la première est constituée par a chambre de combustion 7, et dont la troisième est le faisceau de convection 11.La deuxième zone sera soit un faisceau de convection (mode de réalisation de la figure 2), soit comme c'est le cas ici, un carneau de fumées (mode de réalisation de la figure 3). Le parcours sinueux précité est obtenu grâce auxdites parois internes dont la première, située entre la chambre 7 et le carneau 12, part de l'avant de la chaudière et aboutit à proximité de l'arrière de celle-ci tout en laissant un passage pour les fumées, et dont la deuxième, située entre le carneau 12 et le faisceau 11, part de l'arrière de la chaudière et aboutit à proximité de l'avant de cette dernière, tout en laissant un passage pour les fumées. Les surchauffeurs 30 et 30' dont est munie préférentiellement la chaudière, sont donc situés dans le virage séparant les deuxième et troisième zones.Il est rappelé que ces trois zones sont disposées cate à cate, dans le sens transversal de la chaudière. La figure 7 donne les détails constructifs de la charpente métallique et de ses panneaux calorifugés. On remarque en particulier que les fers de charpente extérieure 10 sont protégés, côté intérieur de la chaudière, par une tale épaisse 32 sur laquelle est soudé un coffrage métallique 34 rempli de matière isolante 33.Les panneaux calorifugés placés entre fers de charpente 10 ou entre ces derniers et les cornières d'angle 40, sont constitués par une tale extérieure pliée 35, un coffrage métallique intérieur 36 repli de matière isolante 33, l'étanchéité étant assurée par des tresses carrées d'amiante 37 serrées par des couvre-joints 38 au moyen des boulons 39. I1 convient de remarquer que cet agencement du carter est possible grâce au fait que la chaudière est constituée d'une enceinte fermée, obtenue par les tubes jointifs 6, ce qui permet d'aboutir, à l'extérieur de ladite enceinte, à des températures inférieures à celles que l'on trouve dans les chaudières classiques, ce qui permet à son tour d'utiliser des tôles de plus faible épaisseur que traditionnellement, d'où un allègrement dudit carter, et une réduction de coat de ce dernier. De plus, cet agencement permet d'obtenir un carter dont les panneaux calorifugés démontables sont indépendants les uns des autres, d'où une souplesse d'utilisation dudit carter grâce à une manipulation aisée de chacun desdits panneaux. Les figures 8 et 9 illustrent une chaudière selon l'invention, fonctionnant pour la production d'eau surchauffée, et donc sans ballon eau-vapeur. La représentation qui est faite de cette chaudière dans ces figures 8 et 9 peut donc être considérée comme la base de l'invention, les figures 1 à 6 (chaudière vapeur) constituant en fait un perfectionnement à cette base par adjonction d'un ballon eau-vapeur. On se réfèrera maintenant à la figure 8, où on remarque en particulier le collecteur haut 41 et bas 42 sur lesquels sont soudés les tubes 43 formant les parois jointives entourant la chambre de combustion et les parcours de fumées. Sur le collecteur supérieur 41 sont soudées les pattes de levage et manutention 44, les tubulures de contrôle 45, la tubulure des soupapes 46, les prises thermostats et manomètres 47, et la bride de départ eau surchauffée 48 à une extrémité et le tampon de visite trou de poing 49 à l'autre extrémité. Sur le collecteur inférieur 42 on remarque le tampon trou de poing 49 et les tubulures de contrôle 45 ainsi que la bride d'entrée d'eau en chaudière 46. La figure 9 représente en coupe transversale la chaudière à eau surchauffée de la figure précédente. Sur cette figure on remarque le collecteur supérieur 41 et le collecteur inférieur 42, sur lesquels sont soudés les tubes jointifs 43; ceux-ci comportent en haut des diaphragmes 54 avec trou évent et en bas 55 avec trous de vidange, les tubes de convection 50, la position des ramoneurs 51, la chambre de combustion 56 et les pieds supports 52 reposant sur des fers de répartition. Les parcours de fumées 57 et 58 peuvent comporter l'un ou l'autre des tubes de convection lisses ou à ailettes en nombre variable ou uniquement former gaine de fumée. Les tubulures de vidange 53 permettent d'évacuer les eaux de lavage. Des diaphragmes peuvent être également placés dans les collecteurs 41 et 42 pour imposer des circuits augmentant la vitesse de circulation d'eau; suivant les résultats désirés on peut alors positionner le départ ou le retour en extrémité avant de la chaudière. Pour le type vapeur comme pour celui eau surchauffée, les parois en tubes jointifs peuvent être rendues étanches aux gaz par soudure des tubes directement entre eux ou avec ailettes acier soudées, ce qui permet d'adopter alors une jaquette calorifugée simplifiée. REVEND ICATIONS 1) Chaudière multitubulaire pour la production d'eau surchauffée ou de vapeur saturée ou surchauffée, du type comprenant notamment un collecteur longitudinal inférieur, un collecteur longitudinal supérieur et des tubes d'eau reliant les collecteurs longitudinaux inférieur et supérieur, caractérisée en ce que lesdits tubes d'eau constituent des parois jointives formant une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle sont prévues deux parois jointives internes constituées de tubes d'eau, lesdites parois déterminant trois zones juxtaposées transversalement et définissant un parcours sinueux des fumées, la première zone étant la chambre de combustion, et la troisième zone formant le faisceau de convection. 2) Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième zone forme également un faisceau de convection. 3) Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième zone constitue un simple carneau de fumées. 4) Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que dans le cas de la production de vapeur saturée ou surchauffée, ladite chaudière comprend en outre un ballon eau-vapeur, relié classiquement au collecteur longitudinal supérieur grâce à des tubulures de liaison, et situé, dans son intégralité, à l'extérieur de ladite enceinte fermée constituée desdites trois zones. 5) Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un surchauffeur, ou préférentiellement deux, sont prévus dans le virage reliant les deuxième et troisième zones. 6) Chaudière selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que le ballon eau-vapeur est relié directement au collecteur longitudinal inférieur par des collecteurs de descente d'eau de gros diamètre. 7) Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite enceinte fermée et, lorsqu'il existe, ledit ballon eau-vapeur, sont disposés dans un carter calorifugé démontable constitué d'une charpente métallique comprenant des fers et des cornières d'angle, et de pan neaux ealorifugés indépendants les uns des autres. 8) Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que les panneaux placés entre lesdits fers et/ou entre ces derniers et les cornières d'angle sont constitués par une tôle extérieure pliée et d'un coffrage métallique intérieur rempli de matière isolante. 9) Chaudière selon la revendication 8, caractérisée en ce que des tresses d'amiante, carrées, sont prévues pour l'étanchéité de I'ensemble, lesdites tresses étant serrées par des couvre-joints grâce à des boulons. 10) Chaudière selon l'une quelconque des revendication 7 à 9, caractérisée en ce que lesdits fers sont séparés de l'enceinte fermée, grâce à une tôle épaisse sur laquelle est soudé un coffrage métallique empli de matière isolante.