Dispositif d'appui sur une charpente fixe d'une masse reliée en porte-à-faux à un élément mobile verticalement

Abstract

 Dispositif d'appui sur une charpente fixe (9) d'une masse (1) liée en porte-à-faux à un élément (2) mobile verticalement sous l'effet de dilatations ou contractions thermiques.
Il comporte un premier bras articulé sur un point (C) de l'élément mobile verticalement (2) un deuxième bras (6) articulé, d'une part sur l'extrémité (8) du premier bras du côté de la masse, qui est posée glissante sur cette jonction, d'autre part sur la charpente fixe (9), et un troisième bras (8) articulé, d'une part sur l'extrémité (2) du premier bras du côté de l'élément mobile verticalement, d'autre part sur la charpente fixe (9) en un point (D) à un niveau différent de celui du point d'articulation (E) du deuxième bras articulé.
Application aux collecteurs de chaudières ou générateurs de vapeur.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif d'appui sur une charpente fixe d'une masse reliée en porte-à-faux à un élément mobile verticalement sous l'effet de dilatations ou contractions thermiques.

[0002] Les dispositifs de ce genre sont utilisés en particulier dans les chaudières ou générateurs de vapeur, dans lesquels apparaît fréquemment le problème de la suspension de masses telles que des collecteurs sur les parois de chambres de combustion dont les tubes de circulation d'eau à vaporiser subissent des dilatations et contractions importantes en fonction de la température du fluide qui y circule. Ces collecteurs sont placés en porte-à-­faux par rapport à la paroi formée par les tubes, et doivent impérativement suivre les déplacements de cette paroi sans lui transmettre d'efforts susceptibles de la déformer.

[0003] On a déjà proposé de suspendre de tels collecteurs à des supports à ressort, chargés de reprendre un partie du poids de la masse en porte-à-faux, tout en étant susceptibles de suivre les déplacements de la masse sans variation trop importante de l'effort qu'ils subissent. Mais de tels ressorts n'agissent que comme des contrepoids, et ne contrôlent la position verticale de la masse qu'au prix d'efforts parasites sur les parois de la chambre de combustion, d'autant plus importants que l'effort à reprendre par ces ressorts n'est pas constant, puisqu'il dépend des efforts de grandeur variable, appliqués par les tuyauteries de liaison sur les collecteurs. Par ailleurs, les collecteurs ne restent pas complètement en point fixe par rapport à la paroi de la chambre de combustion.

[0004] On a aussi proposé de supporter de tels collecteurs par des tubes porteurs verticaux parcourus par un fluide qui leur imprime une dilatation thermique égale à celle de la paroi du générateur de vapeur. Les collecteurs sont bien alors en point fixe par rapport à la paroi de la chambre de combustion. De tels dispositifs sont cependant complexes et coûteux, et leur fonctionne­ment peut être perturbé du fait, soit d'un retard des dilatations thermiques des tubes porteurs verticaux par rapport à celle de la paroi de la chambre de combustion, soit d'une circulation imparfaite du fluide dans les tubes porteurs. Il n'y a plus dès lors égalité des dilatations thermiques des tubes porteurs verticaux et de la paroi de la chambre de combustion, et il peut donc apparaî­tre sur cette dernière des contraintes inacceptables.

[0005] On a enfin proposé dans le document FR-A-2269023 de faire reprendre le poids en porte-à-faux de collecteurs ou de brûleurs de chambres de combustion par des systèmes à leviers, dont les pivots, solidaires d'une charpente fixe, sont disposés de façon que les déplacements du point de support du collecteur ou du brûleur soient égaux aux déplacements du point d'accrochage sur la paroi de la chambre de combustion. Mais les leviers de ces systèmes sont sollicités à la flexion, et le cumul de leurs déforma­tions de flexion nuit à la rigidité de l'ensemble, à moins de leur donner des dimensions excessives.

[0006] La présente invention a pour but de procurer un dispositif d'appui rigide de telles masses en porte-à-faux, dont les déplace­ments suivent plus rigoureusement les déplacements de l'élément mobile verticalement, composé d'éléments qui ne soient pas soumis à des contraintes de flexion, mais uniquement à des contraintes de traction ou de compression.

[0007] Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un premier bras articulé sur un point de l'élément mobile verticalement, un deuxième bras articulé, d'une part sur l'extrémité du premier bras du côté de la masse, qui est posée glissante sur cette jonction, d'autre part sur la charpente fixe, et un troisième bras articulé, d'une part sur l'extrémité du premier bras du côté de l'élément mobile verticalement, d'autre part sur la charpente fixe en un point à un niveau différent de celui du point d'articulation du deuxième bras articulé.

[0008] Il répond en outre de préférence à l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes :
- Le premier et le deuxième bras sont articulés avec possibi­lité de glissement horizontal sur un support plan lié à la masse, le premier et le troisième bras sont articulés avec possibilité de glissement horizontal sur l'élément mobile verticalement et le deuxième et le troisième bras sont articulés sur la charpente fixe sans possibilité de glissement.
- Le point d'articulation du deuxième bras sur la charpente fixe est à un niveau inférieur à celui de son point d'articulation sur le premier bras.
- Le point d'articulation du premier et du deuxième bras sur la masse est lié à un organe de suspension de cette masse au-dessus de celle-ci et au-dessous des points d'articulation du troisième bras sur le premier bras et sur la charpente fixe.

[0009] Ce dispositif peut comporter en outre dans chacune de ses variantes un support de la masse exerçant sur celle-ci un effort de traction vers le haut constant.

[0010] Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, des dispositifs selon l'invention d'appui sur une charpente fixe d'un collecteur de vapeur relié en porte-à-faux à l'écran formé par les tuyauteries de circulation d'eau à vaporiser le long des parois d'une chambre de combustion d'une chaudière ou générateur de vapeur.

- La figure 1 représente schématiquement en élévation un dispositif selon une première variante, dans lequel le deuxième et le troisième bras restent sensiblement horizontaux, et sont articulés avec possibilité de glissement comme le premier bras sur le support du collecteur et sur l'écran formé par les tubes de vaporisation et leurs ailettes de jonction.

- La figure 2 représente en élévation un dispositif selon une deuxième variante, dans lequel le deuxième bras fait un angle notable avec l'horizontale, de sorte que le déplacement vertical du point d'articulation sur le support du collecteur est proportion­nel à celui du point d'articulation sur l'écran formé par les tubes de vaporisation, et non plus égal à ce dernier. Un support constant du collecteur est en outre relié par un élément de supportage à une charpente fixe au-dessus de lui.

- La figure 3 représente en élévation un dispositif selon une troisième variante, dans lequel le collecteur est suspendu à un point d'articulation, et non au-dessus de celui-ci.

[0011] Dans la figure 1, le collecteur de vapeur 1 est fixé par rapport à une cloison 2, formée de tubes 2A et d'ailettes de jonction 2B, d'une chambre de combustion de chaudière, de façon que ses tubes de liaison 3 ave les tubes d'un surchauffeur 4 ne soient pas soumis à des contraintes dues à des dilatations différentielles du collecteur et de la cloison.

[0012] Le collecteur est fixé sur une traverse 5 accrochée à pivote­ment au point A à la cloison 2. Un second point d'appui de la traverse est constitué par l'articulation B, à son autre extrémité, sur laquelle elle est appuyée à glissement.

[0013] L'articulation B appartient à un système formé par les bras articulés 6, 7 et 8. Les bras 7 et 8 sont reliés avec possibi­lité de pivotement et de glissement au point C, solidaire de la cloison 2, au-dessous du point A. Les bras 6 et 8 sont fixés respectivement avec possibilité de pivotement sur la charpente fixe verticale 9 aux points E et D.

[0014] Si la paroi 2 vient à se dilater du fait de son échauffement, le point C s'abaisse en C′ et le point B en B′, la distance B′ C′ étant maintenue égale à la distance BC par le bras 7. La projection verticale du segment BB′ est très sensiblement égale à celle du segment CC′. Elle pourrait même l'être exactement, si le quadri­latère BCDE était un parallélogramme, ce que l'on pourrait obtenir en rendant le segment DE parallèle à CB, le point D n'étant plus alors sur la verticale du point E.

[0015] La figure 2 représente un dispositif d'appui où le bras 6 est incliné par rapport à l'horizontale d'un angle α, les autres bras étant inchangés par rapport à la figure 1, de sorte que le déplacement vertical du point B, assujetti à décrire un cercle de rayon BE, soit sensiblement proportionnel et inférieur à celui du point C, et non plus égal à celui de ce dernier. Ceci permet de répondre au fait que lors des dilatations thermiques le point C de la cloison descend généralement plus que le point A. Par ailleurs, l'extrémité de la traverse 5 est fixée à un élément de supportage constant à ressorts 11, ce qui permet de ne dimensionner le système de bras que pour supporter une fraction de la charge totale, et de réduire donc la charge verticale transmise à la cloison 2 formée par les tubes de vaporisation.

[0016] Dans la figure 3, le collecteur 1 n'est plus porté par une traverse, mais suspendu par un organe d'accrochage 10 au point d'articulation B.

[0017] C'est le bras CD qui fait un angles α avec l'horizontale, de sorte que le déplacement vertical du point B est encore sensible­ment proportionnel et supérieur à celui du point C.

[0018] On observera que dans toutes les variantes ci-dessus, les bras d'articulation ne sont soumis à aucune contrainte de flexion, mais uniquement à des contraintes de traction ou de compression, ce qui permet de leur donner des sections droites notablement inférieures à celles des bras des dispositifs connus, travaillant en flexion.

[0019] L'invention s'applique notamment à la suspension d'un collec­teur sur la paroi de la chambre de combustion d'une chaudière ou d'un générateur de vapeur mais pourrait aussi s'appliquer à la suspension d'autres appareils, tels que des brûleurs.

Revendications

1/ Dispositif d'appui sur une charpente fixe (9) d'une masse (1) reliée en porte-à-faux à un élément mobile verticalement (2) sous l'effet de dilatations ou contractions thermiques, caractérisé en ce qu'il comporte un premier bras (7) articulé sur un point (C) de l'élément mobile verticalement, un deuxième bras (6) articulé, d'une part sur l'extrémité (B) du premier bras du côté de la masse, qui est posée glissante sur cette jonction, d'autre part sur la charpente fixe, et un troisième bras (8) articulé, d'une part sur l'extrémité (2) du premier bras du côté de l'élément mobile verticalement, d'autre part sur la charpente fixe (9) en un point (D) à un niveau différent de celui du point d'articulation (E) du deuxième bras articulé.

2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier bras (7) est articulé avec possibilité de glissement horizontal sur un support plan (5) lié à la masse (1), en ce que le premier et le troisième bras (7, 8) sont articulés avec possibilité de glissement horizontal sur l'élément mobile verticalement (2), et en ce que le deuxième et le troisième bras (6, 8) sont articulés sur la charpente fixe sans possibilité de glisse­ment.

3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le point d'articulation (E) du deuxième bras sur la charpente fixe est à un niveau inférieur à celui de son point d'articula­tion (B) sur le premier bras.

4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point d'articulation (B) du premier et du deuxième bras sur la masse est lié à un organe de suspension (10) de cette masse au-dessus de celle-ci et au-dessous des points d'articulation (C, D) du troisième bras (8) sur le premier bras (7) et sur la charpente fixe (9).

5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un support à ressorts (11) de la masse exerçant sur celle-ci un effort de traction vers le haut constant.

Dessins