Brevet FR2534667A1 — publié le 19840420

L'invention a pour objet une installation d'alimentation et de chargement automatiques des chaudières, en combustibles solides en vrac de natures diverses. Corollairement, entrent dans le cadre de l'invention, les chaudières équipées des moyens de l'installation. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique du chauffage et en particulier de l'alimentation en combustible des appareils à combustion. Il est connu, pour l'alimentation et le chargement des chaudières à combustibles solides, d'utiliser un système de trémie dans laquelle le combustible est charge, puis descend par gravitation pour être amené dans le foyer, notamment par une vis sans fin. Ce type d'alimentation et de chargement entraîne fréquemment un bour- rage dans la trémie ou un blocage de la vis sans fin, par -l '-effet de morceaux de-combustible gros ou minces, étant observé queleas machines déchiqueteuses dans lesquelles passent préalablement le combustible, laissent toujours subsister de tels morceaux. L'arrêt d'alimentation des chaudières qui résulte de tels incidents, implique des réparations, une immobilisation et de nombreux-inconvénients.On a aussi proposé des systèmes pneumatiques d'alimentation et de chargement des chaudières. De tels sytèmes sont extrèmement coûteux et ne sont pas exempts d'inconve'nients. Par ailleurs, compte tenu du coût actuel très elevé des combustibles liquides tels que le fuel, ou même de certains combustibles solides de qualité, tels que le charbon, on a voulu, selon un objectif et résultat cherché de l'invention, parvenir à une utilisation massive et particulièrement économique avec un bon rendement, de débris végétaux, de déchets de bois et autres éléments solides combustibles à très faible coût, ou dont le coût se trouve souvent essentiellement dans le transport pour l'amener jusqu'à 1' installation d'alimentation et de chargement des chaudières. L'installation suivant l'invention remédie à ces inconvénients et répond à ces objectifs. Cette installation est baractrisée en ce qu'elle comprend un dispositif de projection du combustible solide en vrac, qui est adapté à la chaudière devant l'ouverture de chargement de la dite chaudière, un båc de réception correspondant à une goulotte du dispositif de projection, une porte ou moyen d'obturation de l'entrée de la goulotte et du dispositif de projection, un tapis sans fin ou moyens équivalents qui amène le combustible solide en vrac dans le bac de réception du dispositif de projection, un tapis d' alimentation qui reçoit t entraîne, entre des cloisons de retenue, une quantité importante convenable de combustible solide en vrac, depuis le stockage et point de chargement jusqu'au tapis d'amenée, avec des moyens pour assurer, contrôler et régulariser la quantité de combustible déposée sur le tapis d'amenée, des moyens contrôlant le niveau de chargement en combustible de la chaudière ; des moyens réalisant les automatismes et synchronismes pour assurer l'alimentation et le chargement automatiques de la chaudière, en ouvrant la porte d'obturatipn, en mettant en mouvement les tapis ou moyens d'alimentation et d'amenée et les moyens assurant l'approvisionnement régulier des tapis d'amenée, en mettant en action le dispositif de projection, tandis que lorsqueles moyens de contrôle détectent un niveau de chargement suffisant du combustible dans la chaudière, les tapis d'alimentation et d'amenée sont arrêtés, la porte est fermée et le dispositif de projection est arrêté. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés : La figure l est une vue générale de l'installation représentée en cours de chargement. La figure 2 est une vue en plan de la chaudière équipée du dispositif de projection du combustible. La figure 3 est une vue considérée suivant la flèche F de la figure 2. La figure 3 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle, considérée suivant la ligne 4-4 de la figure l, montrant les dispositifs d'alimentation et d'amenée-du combustible depuis le lieu de stockage jusqu'à la chaudière. Les figures S et 6 illustrent des variantes de réalisation du moyen de distribution du combustible. La figure 7 est une vue partielle montrant la commande en rotation du moyen de distribution du combustible. La figure 8 est une vue en perspective illustrant partiellement un exemple de réalisation du dispositif de projection du combustible. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous des formes non limitatives de réalisation illustrées aux figures des dessins. L'installation selon l'invention comprend essentiellement un dispositif (1) de projection du combustible solide en vrac, arrivant périodiquement et d'nne manière automatique par convoyage, pour être introduit sur toute la surface de combustion du foyer, quelles que soient les dimensions de la chaudière (1). Le dispositif de projection est constitué par un carter (3) avec une bouche (3a) d'adaptation devant l'ouverture de chrge- ment de la chaudière en partie haute d'une de ses faces, et une goulotte (3b) de liaison avec le dispositif de convoyage et d'amenée du combustible. A l;intérieur du carter et de préférence dans la moitié située du côté de la chaudière, on montre transversalement au moins un arbre (4) qui porte des moyens de projection. De préférence, et comme illustré aux figures 1 et 8, on prévoit deux arbres (4 et 5) espacés entre eux, et entraînés à une vitesse variable par tous moyens moteurs avec transmission-relais (6) entre les arbres (f i- gure 8). Les moyens de projection sont attachés aux arbres par des pattes ou des chapes (4a et 5a) avec un libre débattement angulaire par articulation. Ces moyens peuvent être de tous types tels que : masselottes (4b), chaînes (5b), ou autres masses capables de projeter, d'une manière sensiblement unifèrme, les particules de combustible dans le foyer. On peut encore noter que les moyens de projection constituent en même temps des moyens de déchiquetage, éliminants'il est nécessaire, les morceaux de combustible les plus gros. Sur -la goulotte (3b) sont fixés transversalement par rapport à la bouche (3a), des rails parallèles (7) destinés à recevoir les galets (8a) d'un chariot formant porte (8) pour obturer la goulotte (3b). Les déplacements de la porte (8) sont commandés par un moteur électrique (9) agissant sur une vis sans fin (10) qui coopère avec un écrou (8b) solidaire de la porte (figures 2 et 3). Des contacts de fin de course (11) sont prévus au niveau d'un rail, de même qu'un contact d'arrêt (12) derrière la porte, pour commander les autres organes de l'installation, comme on le verra plus loin. Au-dessus de la goulotte (3b), on dispose un bac de réception ou entonnoir (13) fixé en bout d'une s-tructure porteuse (14) s'étendant de préférence dans l'axe de la bouche (3a9. La structure présente un cadre inférieur (14a) à piètement et une potence avant (14b) partant du cadre d'appui au sol et finissant au-dessus de la goulotte (3b) où est fixé l'entonnoir (13) ou bac de réception. A l'extrémité libreode la potence (du côté de l'entonnoir), et à l'extrémité arriere du cadre (14a) sont montés à rotation libre sur les extrémités d'axes (15), des roues dentées (16 - 17) sur lesquelles s'enroulent des chaînes sans fin (18) ou organes équivalents, qui sont maintenues en tension par quatre roues intermédiaires (19) portées à rotation libre par des montants (20) solidaires du cadre inférieur (14a) et de la potence (14b). Deux roues intermédiaires sont disposées sous le cadre et sous la potence, tandis que les deux autres sont disposées au-dessus, de manière à délimiter une voie de transport mobile depuis un plan inférieur arrière jusqu'à un plan supérieur avant [au-dessus de la goulotte (3b)]. Les chaînes (18) portent de manière régulière des palettes rigides (21) de section trapézoïdale par exemple, et s'étendant à l'intérieur du cheminement. Dans toute la partie supérieure du cheminement entre les roues (16 - 17), on fixe sur les montants (20) par exemple une goulotte (22) parallèle aux chaînes et de section sensiblement correspondante à la forme des palettes, de manière à assurer le transport du combustible jusqu'au bac de réception (13). L'ensemble chaînes-roues dentées-palettes, constitue un tapis sans fin dénommé tapis d'amenée, commandé par un moteur (M). Dans la partie horizontale de la goulotte (22) s'étendant au-dessus du cadre (l4a), on dispose transversalement, un tapis roulant (23) porté à rotation libre par des axes d'extrémité (24) équipés de rouleaux (25) ou moyens similaires d'enroulement, et portés par des montants latéraux (26). Le tapis (23) dit tapis d'alimentation, est disposé avec une extrémité située au-dessus de la goulotte (22), et des cloisons latérales (27) solidaires des montants (26) s'étendant en bordure de chaque côté du tapis (23), afin de délimiter entre elles un espace destiné au chargement du combustible. Etant donné le poids important de combustible reposant sur le tapis (23), celui-ci présente des moyens de soutien du type roulements,rouleaux(23a)..facilitant l'avance du tapis qui est entrai- né à très faible vitesse par un ensemble moto-réducteur (28) solidaire d'un des axes (24). A l'avant du tapis (23), sensiblement au niveau de son ex trémité située au-dessus de la goulotte (22), on a prévu une grille verticale (29) destinée à racler, émietter, désagréger, le front du chargement de combustible qui est généralement compacte et dense, cela en vue de le distribuer périodiquement dans la goulotte (22). Pour cela, on équipe le côté de la grille qui fait face au combustible, d'une pluralité de picots, dents ou saillies analogues (29b) de préférence orientés vers le bras, peton monte la grille de manière à lui faire décrire soit un mouvement vertical alternatif, soit un mouvement combiné d'avance de descente, de recul et de montée. A cet effet, la partie supérieure ou axe (29a) de la grille est reliée soit directement à un moyen de commande en translatio-ns alternatives, tel que vérin, soit- à un embiellage supérieur (figures 4 et 6) et éventuellement inférieur (figure 5) composé de biellettes (30) reliant à articulation libre l'axe (29a) aux manetons (31a) d'un arbre de commande (31) lui-même porté à rotation libre par des paliers (32) solidaires d'un support quelconque (33). L' arbre (31) est commandé en rotation par un ensemble moto-réducteur (34) et une transmission-relais (35), comme illustré figure 7. Entre la réalisation avec un seul embiellage supérieur (figure 6) et la réalisation avec deux embiellages (figure 5), on peut mettre en oeuvre une solution intermédiaire illustrée à la figure 4, où l'on voit un embiellage supérieur associé à un ressort de rappel (36) attaché à une tôle (37) de guidage du combustible déversé dans la goulotte (22), et saune triangulation (29c) vers la partie inférieure de la grille. Bien entendu, de nombreuses variantes peuvent être introduites dans le cadre de l'invention. Par exemple, le tapis d'amenée peut être monté entièrement incliné en direction de la goulotte (3b), ou bien entièrement horizontal au niveau de ladite goulotte et, dans ce cas, ctest le tapis d'alimentation (23) qui serait surélevé. La porte (8) d'obturation de la goulotte (3b) peut être manoeuvrée par vérin, par crémaillère ou autre moyen. D'autre organes seront encore décrits ci-après dans le cadre du fonctionnement de l'installation avec référence aux figures 1 à 4 notamment. On admet que la chaudière est vide au départ. A noter que cette chaudière peut être de tout type tel que caisson simple avec moyen de ventilation sur la longueur et à la base et évacuation convenable. A la mise en circuit des différents organes, une palette (38) plongeant dans la chaudière, est portée en bout d'une tige (39) et commandée en rotation par un moteur (40) signalant ainsi que le foyer est vide. La rotation de la palette provoque par des contacts et relais bien connus, la commande du moteur-réducteur (34) d'entraînement de la grille (29) qui va donc distribuer le combustible à la goulotte par grattage ou raclage du front de chargement, tandis qu'à vitesse très lente, le tapis d'alimentation (23) est entraîné par le moteur-réducteur (29) pour maintenir le front de combustible contre la grille. Parallèlement à la mise en action de la grille et du tapis d'alimentation, par d'autres contacts et relais, le moteur (9) commande l'ouverture de la porte (8) d'obturation de la goulotte (3b), tandis que le contact (12) associé à ladite porte, commande à son tour le moteur (M) d'entraînement du tapis d'amenée (18 - 22), et les moyens de projection (4b - 6b). Le combustible tombant dans la goulotte (22) est entraîné par les palettes (21) jusqu'au bac de réception (13). Les particules sont alors projetées (et éventuellement déchiquetées) par les organes (4b - 5b) dans toute la surface du foyer. A cet effet, on adapte la vitesse de rotation de ces organes en fonction de la longueur du foyer. Dès que le niveau de chargement (illustré par la ligne interrompue (A) à la figure 1), la palette (38) plongeant dans le foyer, est freinée puis arrêtée ce qui provoque le débrayage du moteur (40) et par contacts et relais, l'arrêt des moyens de commande de la grille, et du tapis d'alimentation. Après une temporisation règlable, le tapis d'amenée est-- également arrêté, puis le dispositif de projection s'arrête lui aussi lorsque la porte est refermée et lorsqu'il a projeté les dernières particules. La chaudière peut ainsi fonctionner en continu, sachant que dès que la palette (38; se remet à tourner (lorsque le niveau de combustible est au-dessous d'elle), les moyens précités seront de nouveau mis en action en synchronisme ou successivement, pour assurer de nouveau l'alimentation de la chaudière. Les avantages ressortent bien de la description, on souligne notamment - L'automatisation intégrale de l'alimentation de la chaudière. - L'économie de fcnctionnement pour l'emploi de combustibles très bon marché. - La fiabilité de l'installation qui met en oeuvre des moyens et organes de conception simple et robuste, et un acheminement du combustible sans risque de blocage, grâce à l'émiettage du chargement, à l'amenée progressive dans le dispositif de projection et de déchiquetage, et à la bonne répartition du combustible dans le foyer. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d' application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiquées ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS -1- Installation d'alimentation et de chargement automatiques des chaudières, en combustibles solides en vrac de natures diverses, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de projection (1) du combustible solideenvrac, qui est adapté à la chaudière (2) devant l'ouverture de chargement de ladite chaudière, un bac de réception (13) correspondant à une goulotte (3b) du dispositif de projection, une porte (8) ou moyen d'obturation de l'entrée de la goulotte (3b) et du dispositif-de- projection, -un- tapim-sans fin ou moyens équivalents (18 - 21 -22) qui amène-le combustible solide en vrac dans le bac de réception du dispositif de projection, un tapis d'alimentation (23) qui reçoit et entraîne, entre des cloisons de retenue (27) une quantité importante convenable de combustible so- lide en vrac, depuis le stockage et point de chargement jusqu'au tapis d'amenée, avec des moyens (29) pour assurer, contrôler et régulariser la quantité de combustible déposée sur le tapis d'amenée, des moyens (38) contrôlant le niveau de chargement en combustible de la chaudière ; des moyens réalisant les automatismes et synchronismes pour assurer -l'alimentation et le chargement automatiques de la chaudière, -en ouvrant la porte d'obturation (8), en mettant en mouvement les tapis ou moyens d'alimentation (23) et d' amenée (18 - 21 - 22) et des moyens assurant l'approvisionnement régulier des tapis d'amenée, en mettant en action le dispositif de projection, tandis que lorsque les moyens de contrôle détectent un niveau de chargement suffisant du combustible dans la chaudière, les tapis d'alimentation et d'amenée sont arrêtés, la porte est fermée et le dispositif de projection est arrêté. -2- Installation suivant la revendication 1, caractérisen ce que le dispositif de projection (1) est constitué par un carter (3) avec une bouche (3a) d'adaptation devant l'ouverture de chargement de la chaudière (2), et une goulotte (3b) dans ledit carter étant monté transversalement au moins un arbre (4 ou 5) qui porte des moyens de projections (4b ou 5b) attachés audit arbre, mais avec une latitude de libre battement, tels que : flasques, masselottes, chaînes, ..., le ou les arbres (4 - 5) avec leurs moyensde projection étant entraînés par tout moyen connu, à une vitesse convenable qui assure la répartition du combustible sur la longueur du foyer. -3- Installation suivant la revendication 1, caractérisée par une porte (8) montée guidée et mobile entre la goulotte (3b) du dispositif de projection et le bac (13) de réception du combustible, ladite porte étant commandée en translation par tout moyen moteur pour passer d'une position de fermeture de la goulotte (3b) à une position d'ouverture, en fonction-de contacts fin de course (11) et en fonction des conditions de chargement de la chaudière. -4- Installation suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le tapis sans fin d'amenée du combustible est constitué par des palettes rigides (21) portées latéralement par des chaînes sans fin (18) enroulées sur des roues dentées (16 - 17) d'extrémité, dont une est motrice, et des roues intermédiaires de guidage et/ou de renvoi (19) définissant un cheminement entièrement horizontal, entièrement incliné ou à deux niveaux ;les roues dentées étant portées à rotation libre par une structure porteuse (14) et, dans le cas de cheminement à deux niveaux, par un cadre inférieur (14a) et une potence (14b) portant en bout, le bac (13) de réception. -5- Installation suivant les revendications 1 et 4 ensemble, caractérisée en ce que les palettes (21) s'étendent à l'intérieur du chemin sans fin et se logent dans une goulotte (22) fixée à la structure porteuse (14) pour suivre parallèlement la partie supérieure du cheminement entre ses roues d'extrémité (16 - 17). -6- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le tapis d'alimentation (23) s'étend perpendiculairement au tapis d'amenée (18 - 21 - 22) avec son extrémité avant située audessus de la goulotte (22) ; ledit tapis (23)=est entraîné à vitesse très lente par un moteur-réducteur (28), pour faire avancer au fur et à mesure des besoins, le combustible déposé sur le tapis (23) entre des cloisons latérales de retenue (27) solidaires de montants (26). -7- Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que ie tapis d'alimentation (23) est équipé de moyens de roulement (23a) résistant à la charge en combustible et facilitant l'avancement du tapis. -8- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens assurant la distribution du combustible stocké sur le tapis (23) sont constitués par une grille (29) équipée de saillies (29b) orientées du côté du combustible et de préférence vers le bas, pour gratter, émietter, désagréger le front du combustible par mouvements alternatifs simples ou composés de la grille. -9- Installation suivant les revendications 1 et 8 ensemble, caractérisée en ce que la grille (29) est animée de mouvements alternatifs verticaux par liaison de sa partie supérieure (29a) avec un moyen de commande tel que vérin ou organe similaire. -10- Installation suivant les revendications 1 et 8 ensemble, caractérisée en ce que la grille (29) est animée de mouvements alternatifs et de mouvements de recul et d'avance, par liaison de sa partie supérieure (29a) formant axe, avec un embiellage supérieur (30 - 31) commandé par moteur (34) ou organe similaire. -11- Installation suivant les revendications 1 et 8 ensemble, caractérisée en ce que la grille (29) est animée de mouvements alternatifs et de mouvements de recul et d'avance, par liaison de partie supérieure (29a) formant axe, avec un embiellage supérieur et un embiellage inférieur (30 - 31), commandé par moteur (34) ou organe similaire. -12- Installation suivant les revendications 1 et 8 ensemble, caractérisée en ce que la grille (29) est animée de mouvements alterna- tifs et de mouvements de recul et d'avance, par liaison de sa partie supérieure (29a) formant axe, avec un embiellage supérieur (30 - 31) et un moyen de rappel élastique inférieur (36) du type ressort à boudin (36) attaché d'une part à une partie fixe telle qu'une tôle déflectrice (37) longeant la goulotte (22) et, d'autre part, à une triangulation arrière (29c) de la grille (29). -13- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de contrôle du niveau de chargement de la chaudière sont constituée par un moteur (40) relié à une tige (39) plongeant dans la chaudière et portant en bout une palette (38) située à un niveau du foyer calculé pour qu'elle soit freinée et arrêtée par le combustible, avec débrayage du moteur (40), lorsque le niveau de chargement est correct, tandis qu'elle peut tourner et commander par contacts et relais, les autres moyens d'alimentation, d'amenée, de projection, de distribution... lorsque le niveau de chargement n'est pas convenable.