Brevet FR2037272A1 — publié le 19701231

Î1301 -1- 2037272 la présente invention a trait à une valve servant à régler le débit de vapeur chaude sous pression alimentant une turbine à vapeur. A mesure que les dimensions des turbines à vapeur se sont accrues, celles des valves étrangleuses ont suivi afin de traiter les débits de vapeur alimentant ces turbines. Ces valves, en fonctionnement, règlent le débit de la vapeur parvenant à la turbine dans une large gamme de réglage et, par conséquent, elles doivent pouvoir fonctionner dans une large gamme de perte de charge, par exemple de 100 à 2 % environ. Il est souhaitable que des valves de ce type fonctionnent avec succès lorsque la perte de charge est très élevée (valve fermée ou presque fermée) ainsi que lorsque cette perte de charge est faible (valve ouverte ou presque ouverte). L'expérience de la conduite des turbines a démontré que les grandes valves étrangleuses de vapeur utilisées actuellement pour régler le débit de la vapeur alimentant les turbines, créent des niveaux de bruit et de vibration extrêmement élevés, en particulier lorsque la perte de charge à la.traversée de la valve est critique, par exemple de l'ordre de 50 % ou plus. Ces vibrations sont si fortes qu'elles peuvent entraîner la mise hors service de l'installation et l'intensité du bruit est telle qu'il peut nuire à l'ouïe et à la santé du personnel. Cela étant, l'invention a pour but principal de procurer une valve étrangleuse servant à régler la vapeur alimentant une turbine, dont-les niveaux de bruit et de vibration soient réduits sur la totalité de sa gamme de réglage et qui soit très efficace lorsqu'elle est grande ouverte. L'invention réside donc dans une valve servant à régler le débit de la vapeur à haute pression alimentant une turbine à vapeur, qui comprend un corps contenant une lumière annulaire, des moyens formant une entrée et une sortie pour la vapeur qui communiquent avec la lumière, et un obturateur pouvant coulisser axialement vers et depuis une position d'interruption de l'écoulement de la vapeur par rapport à la lumière annulaire, caractérisée en ce que des moyens constituant une série de petits passages étrangleurs de vapeur sont intercalés entre l'entrée de vapeur et la lumière, et un dispositif sert à démasquer 70 11301 -2- 2037272 progressivement les passages étrangleurs lorsque 11 obturateur est déplacé dans le sens de l'ouverture de la valve. Chaque passage étrangle individuellement la vapeur pour la faire passer d'une pression élevée à une pression moins élevée 5 choisie avant son admission dans la turbine et les passages étrangleurs individuels sont susceptibles de réduire au miniTmim la production de vibrations et de bruits indésirables. Les passages étrangleurs sont entièrement démasqués ou découverts avant que l'obturateur de la valve ait atteint sa po-10 sition d'ouverture maximum de sorte que la valve conserve toute son efficacité de réglage à débit maximum. Les passages étrangleurs sont de préférence conçus de manière à être entièrement démasqués lorsque la perte de charge à la traversée de la valve tombe en dessous d'une valeur "critique", c'est-à-dire lorsque 15 Br' - P0 est inférieur à 0,5» où PT = pression de la vapeur à l'entrée de la valve, Pq = pression de la vapeur à la sortie de la valve. L'invention ressortira clairement de la description détaillée de plusieurs formes d'exécution préférées données ci-après, 20 à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une forme d'exécution de valve de réglage suivant l'invention, la valve étant représentée dans sa position de fermeture complète ; 25 - la figure 2 est une vue semblable à la figure 1, la valve étant cependant dans une position d'ouverture j - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'une seconde forme d'exécution de l'invention, la valve étant représentée dans la position de fermeture ; 30 - la figure 4 est une vue semblable à la figure 3, la valve étant représentée dans une position d'ouverture partielle, et - la figure 5 est une vue semblable à la figure 4, la valve étant représentée dans la position d'ouverture complète. Une valve construite selon une forme d'exécution de l'in-35 vention est représentée en détail sur les figures 1 et 2. La valve comprend un corps tubulaire ou en forme de cuvette 12 comportant une extrémité ouverte 14 à sceller de manière étanche, associée à une paroi ou un couvercle d'extrémité supérieur 16 i I 70 11301 -3- 2037272 pour former une chambre de valve principale 17- Le corps 12 présente des passages d'entrée et de sortie 18 et 19 qui s'ouvrent tous deux dans la chambre de la valve.. Les passages d'entrée et dé sortie sont en substance perpendiculaires l'un à l'autre, 5 mais l'invention n'est pas limitée à une telle disposition. Le passage de sortie 19 présente une lumière circulaire bien arrondie 20 qui est axialement en ligne avec.un obturateur mobile 22 disposé dans la chambre 17- L'obturateur 22 a la forme d'une cuvette et coulisse dans un alésage 23 formé par une tu-10 bulure de guidage suspendue 25 qui peut faire partie intégrante du couvercle de fermeture d'extrémité 16. L'obturateur 22 peut être manoeuvré ou positionné de n'importe quelle manière appropriée. Cependant, la valve 10 représentée dans les dessins est du type à rappel élastique vers la 15 position de fermeture ou d'interruption de l'écoulement"et la figure 1 montre l'obturateur 22 en contact avec la lumière 20 de la valve., cet. obturateur étant mobile dans un sens axial pour démasquer cette lumière comme sur la figure 2.; ;- L'obturateur 22 de la valve est relié à une longue tige 20 d'actionnement axiale 27 qui traverse une douille tubulaire 28 disposée dans la paroi d'extrémité 1*6, La tige 27 s'étend dans une enveloppe tubulaire 29 attachée à la paroi d'extrémité 16 de n'importe quelle manière appropriée et est munie d'un disque 30 servant d'arrêt pour deux ressorts de compression hélicoïdaux 25 32 et 33 disposés dans l'enveloppe. La tige d'actionnement 27 est articulée à un système de leviers comprenant un levier 50 et un levier 51 qui traverse l'enveloppe 29 et qui pivote sur un point d'appui 54, à son tour fixé rigidement à la paroi d'extrémité 16. 30 Le levier 51 est relié à n'importe quel dispositif d'ac tionnement approprié, par exemple un servomoteur hydraulique (non représenté), également bien connu. Jusqu'à présent, la valve décrite est en substance classique . 35 Suivant l'invention, un élément tubulaire 35 est disposé ri a r» .e; la chambre 17 de la valve et entoure l'obturateur 22. L'élément tubulaire 35 comporte une partie d'extrémité annulaire inférieure 36 engagée dans une gorge annulaire coopérante 37 70 11301 -4- 2037272 10 prévue dans le corps de valve 12 tandis que sa partie d'extrémité annulaire supérieure 38 est disposée en contact avec la paroi d' extrémité 16. L'élément tubulaire 35 est poreux et présente une partie de paroi supérieure relativement mince 4-0 comportant un grand nombre de petites perforations 42 susceptibles de filtrer la vapeur et une partie de paroi inférieure relativement épaisse 44 comportant plusieurs couronnes annulaires*de passages étranglant la vapeur 46. La partie inférieure épaisse de l'élément 35 s'étend radialement vers l'intérieur et comporte une surface cylindrique interne 47 qui coulisse en contact avec la surface externe 48 de l'obturateur 22 tandis que la partie supérieure mince 40 est radialement espacée de 1'obturateur 22. En fonctionnement, lorsque l'obturateur 22 de la valve est 15 déplacé dans le sens de l'ouverture par le déplacement axial ' vers le haut de la tige 27, les passages étrangleurs 46 sont initialement progressivement démasqués de sorte que le débit de la vapeur qui passe dans la sortie 19 par la lumière 20 augmente progressivement. Dans cette position d'ouverture partielle, tou-20 te la vapeur doit traverser les passages étrangleurs 46, cette vapeur étant donc répartie dans un certain nombre de passages d'écoulement distincts. Chacun des passages étrangleurs ainsi démasqués détermine donc un étranglement distinct de la pression d'entrée élevée de la vapeur vers une pression choisie et moins-25 élevée pour l'entraînement de la turbine à vapeur (non représentée) . Les passages étrangleurs individuels sont susceptibles de réduire au minimum la formation ou la production de bruits et de vibrations indésirables. Les passages étrangleurs 46 sont agencés dans la partie de 30 paroi épaisse 44 de l'élément 35 de manière à n'être démasqués que lorsque la perte de charge à la traversée de la valve tombe en dessous d'une valeur "critique", c'est-à-dire lorsque PI " — est inférieur à 0,5, expression dans laquelle P0 Pj = pression de vapeur au niveau de l'entrée 18 de la valve 35 PQ = pression de vapeur au niveau de la sortie 19 de la valve. Lorsque l'obturateur 22 monte au-delà des passages étrangleurs, comme sur la figure 2, toutes les perforations 42 sont simultanément mises en communication avec la lumière 20 de la 70 11301 -5- 2037272 valve par l'intermédiaire d'un espace d'aisance annulaire 50 prévu entre l'obturateur 22 et la partie de paroi 44 de l'élément tubulaire 35 de sorte que, pour des pertes de charge inférieures à 0,5, des chutes de pression minimales se produisent 5 à la traversée de l'élément tubulaire 35» .Les figures 3, 4 et 5 représentent une valve 60 constituant -une autre forme d'exécution de l'invention. Dans ces figures, la partie supérieure de la valve n'a pas été représentée car elle est semblable à celle représentée sur la figure 1 pour 10 la première forme d'exécution. La valve 60 est du même type que celle décrite plus haut et comprend un corps de valve tubulaire 62 contenant une chambre 63 et présentant à son extrémité supérieure une ouverture annulaire 64 fermée par un couvercle formant paroi d'extrémité 15 66. Le corps est en outre pourvu d'une entrée 67 servant à diriger de la vapeur dans la chambre 63 et d'une sortie 69 servant à évacuer de la vapeur de la chambre 63 vers une turbine à vapeur (non représentée). De plus, comme dans la première forme d'exécution, une lumière annulaire bien arrondie 70 est prévue 20 pour diriger la vapeur de la chambre 63 vers la sortie 69 et l'écoulement par la lumière 70 est régi oar un obturateur 72 mobile axialement. L'obturateur 72 comprend une douille interne en forme de cuvette inversée 73 et une douille externe cylindrique 74 en-25 gagée télescopiquement sur la douille interne. La douille externe est solidement reliée à une tige d'actionnement axiale 76 par un élément de blocage 75 approprié et la tige coulisse dans une douille 78 fixée dans le couvercle 66. La douille externe 74, dans cette forme d'exécution, présente une partie cylindri-30 que inférieure de plus grand diamètre 79 comportant une surface de paroi cylindrique interne 20 disposée en contact de glissement avec la surface de la paroi cylindrique externe 81 de la douille interne, et une surface de paroi externe 83 coulissant axialement en contact avec la surface interne 84 d'un guide tu-35 bulaire 85• Le guide tubulaire 85 est de préférence, mais ce n'est pas essentiel, venu d'une pièce' avec le couvercle d'extrémité 66. . Pour être également maintenu à glissement, la douille ex- 70 11301 -6- 2037272 terne 74 présente une partie cylindrique supérieure 87 comportant une surface de paroi externe 88 de plus petit diamètre qui est disposée en contact de glissement axial "avec la paroi 90 d'un alésage cylindrique 91 ménagé dans le couvercle - 66..: 5 La douille ou cuvette irterne 73 est retournée par rapport à la douille externe 74 et comporte une partie1 de paroi cylindrique 92 dont le bord périphérique inférieur 93 coïncide avec la lumière 70 et est susceptible, lorsqu'il est en contact avec celle-ci, comme sur la figure 3, de couper l'écoulement de la 10 vapeur. La partie de paroi 92 de la douille interne 73 présente un grand nombre de passages étrangleurs de vapeur 95 qui la tra-vèrsent de part~exr~parti- Gea-passages -sx>iLt....Qb.turé^-par la partie - - de-par&i 79 de la douille externe_74 lorsque_la valve est dans 15 sa position de fermeture La tige d'actionnement 76 comporte ;une partie d'extrémité inférieure 96 qui traverse à coulisse une ouverture 97 dans une mesure prédéterminée et qui comporte une bride annulaire 98, à son extrémité, pour retenir la cuvette. ' : 20 Pour actionner la valve 60 vers une position d'ouverture, on déplace la tige d'actionnement 76 axialement vers le haut (comme décrit avec .référence à la première forme- d'exécution) de manière à . déplacer la douille extérnô 74 de 1* obturateur vers . le haut. Pendant ce déplacement initial (représenté sur la fi-25 gure 4), la douille interne 73 reste posée contre la lumière 70. Cela étant, les passages é trang!eïïrs~95sônt~pT0gre s sivement démasqués pour permettre un débit de vapeur croissant par la valve en partie ouverte. Cependant, à ce stade, toute la vapeur passe par les passages étrangleurs 95 en un grand nombre de jets 30 ou de filets distincts, réduisant ainsi au minimum le bruit et les vibrations pendant que la valve est manoeuvrée de manière à produire une perte de charge élevée. " Lorsque la valve est amenée dans sa position .d'ouverture complète, représentée sur la figure 5, par un nouveau déplacement 35 de la tige 76, sa bride 98"vient s'appuyer contre.la douille 72 et la douille est soulevée de la lumière 70 de la valve pour procurer un passage libre et dépourvu d'obstacles pour la vapeur aux débits plus élevés. 70 11301 -7- 2037272 1.- Valve de réglage du débit de vapeur à haute pression alimentant une turbine à vapeur qui comprend un corps présentant une lumière annulaire, des moyens formant une entrée et 5 une sortie pour la vapeur qui communiquent avec la lumière, et un obturateur pouvant coulisser axialement vers une position d'interruption de l'écoulement de la vapeur par rapport à la lumière et à partir de cette position, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens constituant un grand nom-10 bre de petits passages étrangleurs de vapeur intercalés entre l'entrée de vapeur et la lumière, et un dispositif pour démasquer progressivement les passages étrangleurs à mesure que l'obturateur est déplacé, dans le sens de l'ouverture de la valve. 15 2.- Valve selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un dispositif est associé à l'obturateur i>our démasquer un passage libre ou sans obstacles pour la vapeur après le démasquage des passages étrangleurs et à la suite d'un déplacement ultérieur de l'obturateur vers sa position d'ouver-20 ture complète de manière à permettre l'utilisation de la valve dans des conditions de perte de charge minimale dans sa position grande ouverte. 3.- Valve selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que les passage étrangleurs comprennent un piston 25 et un- élément tubulaire entourant le piston et comportant une surface interne en contact de glissement avec.la surface externe du piston, le piston et l'élément tubulaire pouvant être déplacés axialement l'un par rapport à l'autre, le piston ou 1'élément tubulaire comportant les passages étrangleurs qui 30 traversent ses,parois de part en part. - - - 4.- Valve selon la revendication 5* caractérisée par le fait que le piston est mobile dans l'élément tubulaire et forme l'obturateur de la valve et l'élément tubulaire forme un filtre poreux comportant une partie d'extrémité annulaire 35 disposée en contact de glissement avec l'obturateur de la valve, les passages étrangleurs étant situés dans la partie d'extrémité. . 5.- Valve selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le filtre de vapeur comporte une autre .partie annu 70 11301 -8- 2037272 laire située près de la partie d'extrémité et percée d'ouvertures d'un calibre et d'un nombre suffisants pour permettre l'écoulement de la vapeur avec une perte de charge minimum, et disposée à une certaine distance de l'obturateur. 5 6.- Valve selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'obturateur comprend une douille tubulaire interne pouvant coulisser axialement dans une douille tubulaire externe, l'une de ces douilles présentant une série de perforations dans sa paroi tubulaire ainsi qu'un bord annulaire pouvant être amené 10 en contact avec la lumière de la valve et pouvant en être écarté, l'autre de ces douilles comportant une paroi tubulaire imperforée qui est en contact de glissement avec la paroi tubulaire perforée de la première douille, des moyens étant prévus pour actionner l'obturateur de la valve dans le sens de l'ouverture 15 de manière à déplacer d'abord axialement la douille tubulaire imperforée en vue de débloquer ou découvrir progressivement les perforations de la partie tubulaire perforée et de procurer un nombre croissant.de petits passages étrangleurs pour la vapeur avec un m-jn-iTrimn de bruit et de vibrations, puis de déplacer con-20 jointernent les deux éléments tubulaires en Vue d'écarter le bord de la lumière afin d'établir un trajet dépourvu d'obstacles pour le passage de la vapeur. 7.- Valve selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le dispositif de manoeuvre de l'obturateur comprend une ti-25 ge déplaçable axialement et fixée à la douille imperforée, cette douille étant reliée à glissement à l'élément perforé et la ti>-ge comportant des moyens qui attaquent l'élément perforé après un coulissement prédéterminé.