Brevet FR2229909A1 — publié le 19741213

L'invention concerne, d'une manière générale, des clapets haute pression du type utilisé dans les mécanismes de déclenchement d'urgence destinés à arrêter rapiderent une turbomachine, et plus particulièrement, un clapet de décharge type champignon. Dans les turbines, tant les turbines à vapeur que celles à gaz, il est nécessaire de disposer d'un mécanisme pour couper rapidement l'arrivée de fluide à la turbine en cas de survitesse (cas qui peut se produire en l'absence d'effort résistant). Dans une turbine à vapeur, on peut relier un dispositif de déclenchement à un clapet d'arrêt disposé sur le chemin de la vapeur, avant son entrée dans un étage de turbine. Dans une turbine à gaz on peut disposer un clapet d'arrêt dans les canalisations de carmurant (gaz, liquide, ou les deux) et l'actionner par un dispositif de déclenchement. le dispositif de fermeture ou de déclenchement d'urgence comprend habituellement des circuits de commande qui sont mécaniques-hydrauliques ou électriques-hydrauliques.Par exemple, le schéma général d'un tel système peut comprendre, dans une canalisation du fluide moteur, un clapet d'arrêt armé d'un ressort, maintenu décollé de son siège par un vérin de déclenchement mis en pression hydrauliquement et relié à un clapet de décharge. Le clapet de décharge commande l'arrivée du fluide haute pression au vérin de déclenchement et son départ de celui-ci, alors que le clapet de décharge lui-même peut répondre à un dispositif fournissant un signal de survitesse. Dès qu'un signal de survitesse est reçu par le clapet de décharge, la pression du fluide tombe dans le vérin de déclenchement, ce qui entrasse la fermeture rapide du clapet d'arrêt armé d'un ressort, d'où arrêt de la turbine par interruption du passage du carburant ou du fluide moteur. On connait un certain nombre de clapets haute pression comprenant un piston à un ou plusieurs tiroirs placé dans un carter cylindrique possédant diverses dispositions d'orifices d'entrée et de sortie pour commander le débit du fluide hydraulique. Bien que ceux-ci aient généralement donné satisfaction, il reste la possibilité que le fluide haute pression se décompose éventuelleruent ou soit contaminé, ce qui produit un grippage entre les surfaces des tiroirs et l'intérieur du carter cylindrique. Ceci n1 est pas satisfaisant, car la fiabilité et une réponse rapide sont absolument nécessaire dans l'environnement décrit, Un clapet de décharge à solénoïde, de type champignon, comprend une chambre de réarmement, une chambre de décharge, une chambre de charge et une chambre d'entrée du fluide haute pression.Un clapet pilote à solénoMde met en relation la chambre de réarmement et la chambre de décharge, tandis que la chambre de charge et la chambre de décharge sont mises en relation par un clapet pilote principal. Le clapet pilote principal est manoeuvré par une tête de piston coulissant dans un alésage qui forme en partie la chambre de réarmement. La chambre de charge et la chambre d'entrée du fluide se trouvent reliées par un second clapet champignon armé d'un ressort, qui suit le déplacement du clapet champignon principal. En position de réarmement, le clapet pilote à solénoide se trouve sous tension électrique et la chambre de réarmement se trouve sous pression, ce qui déplace le piston coulissant et le clapet champignon principal, ce dernier venant reposer sur son siège.Ce déplacement entratne le décollement de son siège du second clapet champignon, ce qui met en relation la chambre de charge et la chambre d'entrée du fluide haute pression. Dans le fonctionnement en déclenchement, le solénoïde n'est plus sous tension, ce qui fait décoller le clapet pilote de son siège, d'où décharge du fluide de la chambre de réarmement. La pression du fluide situé dans la chambre de charge oblige le clapet champignon principal à s'ouvrir, car ce dernier ne se trouve plus équilibré par le fluide de la chambre de réarmement. Le second clapet champignon suit le déplacement du clapet champignon principal, en raison de l'armement du ressort, ce qui interrompt lté- coulement du fluide entre la chambre d'entrée et la chambre de charge. En montant dans la chambre de réarmement, la tête de piston réduit particulièrement l'écoulement du fluide entre la chambre de réarmement et la chambre de décharge, ce qui forme un amortisseur hydraulique qui empêche la tête de piston de heurter le corps du clapet de décharge. La présente invention a pour but de fournir un clapet de décharge perfectionné destiné à un mécanisme de déclenchement de secours pour turbine, qui réduise le plus possible le collage du clapet et les forces de fermeture qui s'exercent sur le corps du clapet. Le dessin est une coupe verticale d'un clapet de décharge type champignon, selon la présente invention. Un clapet de décharge 11 comprend un corps 13, avec un couvercle 15 fixé sur lui; Le corps t3 comporte des parois intérieures 17 qui définissent une chambre de réarmement 19, une chambre de décharge 21, une chambre de charge 23 et une chambre d'entrée du fluide 25. De plus, le clapet comprend également un alésage 27 qui définit en partie la chambre de réarmement et également un manchon de guidage décrit ci-après. La chambre de réarmement 19 comprend un orifice d'entrée étranglé 31 pour l'admission du fluide de la chambre de réarme-e ment hautre pression. La chambre de réarmement comprend également un orifice de sortie et un siège de clapet pilote 35 qui met en relation la chambre de réarmement et la chambre de décharge. Normalement, l'orifice de sortie est fermé par un obturateur de clapet pilote actionné par solénoïde. Le solénoïde peut être fixé sur l'extérieur du corps du clapet et avoir son alimentation électrique coupée quand il reçoit un signal de survitesse ou tout autre signal d'urgence, ce qui permet au clapet pilote de décoller de son siège sous l'action de la pression de la chambre de réarmement et entrasse par la suite la décharge du fluide de la chambre de réarmement. Une tête de piston 41 se trouve placée en partie dans la chambre de réarmement 19 et peut coulisser à l'intérieur de l'alésage 27 qui forme un manchon de guidage. La tête de piston comprend des cordons circulaires 43, entre lesquels peut se trouver un joint d'étanchéité réglable radialement 45. Le joint d'étanchéité réglable radialement réduit le plus possible le contact surface/surface entre la tête de piston et le manchon de guidage, contact qui est parfois un facteur de collage du clapet. Le cordon circulaire qui se trouve au voisinage immédiat de l'orifice de sortie de la chambre de réarmement réduit partiellement l'écoulement du fluide de la chambre de réarmement vers la chambre de décharge durant le déclenchement, ce qui crée dans la chambre de réarmement un amortisseur hydraulique entre la tête de piston et le couvercle 15 jusqu'à ce que la tête de piston repose contre le couvercle. A sa partie inférieure, la tête de piston 41 à la forme d'un obturateur de clapet champignon principal 51 qui, en position de réarmement, repose sur un siège de clapet champignon principal 53 formé par les parois intérieures du corps du clapet. Le clapet champignon principal relie la chambre de charge et la chambre de décharge et, en position de réarmement, se trouve commandé par le fluide de la chambre de réarmement agissant sur la tête de piston; en fonction de déclenchement, il est sous l'influence de la pression dans la chambre de charge. 'obturateur du clapet champignon principal comprend une tige de clapet pendante 55 qui-pénètre dans la chambre de charge. La chambre d'entrée du fluide 25 comprend un bouchon 61, dans lequel se trouve un alésage 63 qui forme un manchon de guidage pour l'obturateur d'un second clapet champignon 65 qui met en relation la chambre d'entrée du fluide 25 et la chambre. de charge 23. L'obturateur du second clapet champignon se trouve armé par un ressort de compression 67 qui l'appuie sur un second siège de clapet champignon 69 formé par les parois intérieures du corps du clapet de décharge. Le fluide haute pression pénètre dans la chambre d'entrée du fluide par un orifice 71. L'obtura- teur du second clapet champignon comporte une tige 73 qui entre en contact avec la tige pendante du clapet champignon principal, et, par conséquent, le second 'clapet champignon suit le déplacement du clapet champignon principal et de la tte de piston.Ainsi, quand le clapet champignon principal repose sur son siège pour le réarmement, le second clapet champignon est décollé de son siège, ce qui permet au fluide haute pression de s'écouler de la chambre d'entrée du fluide 25 vers la chambre de charge 23, puis vers un dispositif sensible à la pression tel qu'un clapet d'arrêt. Quand le clapet champignon principal est décollé de son siège, le second clapet champignon se trouve fermé par l'action du ressort d'armement, ce qui arrête le fluide de la chambre d'entrée pendant que la chambre de charge est en train de se décharger. On peut relier la chambre de décharge à une vidange, alors que la chambre de réarmement et la chambre d'entrée peuvent recevoir du fluide de la m8me source de fluide haute pression. On peut décrire de la façon suivante le fonctionnement du clapet champignon à deux étages. Dans le fonctionnement en réarmement, le clapet pilote repose sur son siège et du fluide haute pression pénètre dans la chambre de réarmement, ce qui déplace la tête de piston et le clapet champignon principal jusqu'à ce que e clapet champignon principal repose sur son siège. Ce déplace nuent entraîne l'ouverture du second clapet champignon, en raison du contact entre les tiges du clapet champignon principal et du second e'?pet champignon. C'est la première étape de ltopération Se réarmement en deux étapes.L'ouverture du second clapet champignon fait que le fluide provenant de la chambre d'entrée de fluide haute pression pénètre dans la chambre de charge et atteint finalement un clapet d'arrêt ou un autre dispositif sensible à la pression. Ceci termine la deuxième étape de l'opération de réarmement, la chambre de réarmement et la chambre de charge étant toutes les deux sous pression de fluide. Dans le fonctionneroent en déclenchement en deux étages, le clapet pilote s'ouvre sur un signal de coupure d'amimentation du solénoide, ce qui entraîne la décharge du fluide de la chambre de réarmement. C'est la première étape du fonctionnement en déclenchement. Ceci permet à la texte de piston de revenir dans la chambre de réarmement sous l'action d'une force non équilibrée agissant sur le clapet champignon principal et provenant de la chambre de charge, ce qui entraîne le décollement de son siège du clapet champignon principal, pour décharger le fluide de la chambre de charge. De plus, le ressort 67 fait s'appuyer sur son siège le second clapet champignon, pour fermer la communication du fluide entre la chambre d'entrée et la chambre de charge, ce qui achève la seconde étape du fonctionnement en déclenchement. la description précédente des pièces et du fonctionnement de la présente invention, montre qu'il existe des forces, créées par la haute pression, pour décharger le clapet, puisque la confiance en la réussite du déclenchement repose uniquement sur la pression hydraulique. les sièges à quarante cinq degrés des clapets champignons n'ont pas tendance à gripper par suite de la contamination du fluide hydraulique. Tout déplacement pour décharger le clapet supprime en meme tempsmelnet contact métal/métal. La tête de piston a un auto-amortisse/ par réduction partielle de l'écoulement du fluide de réarmements durant le fonctionnement en déclenchement, à travers le siège du clapet à solénoïde et l'orifice de sortie, ce qui réduit les forces d'impact sur le corps du clapet. L'étanchéité en ce qui concerne la perte de charge le long du piston est assurée par le joint réglable radialement, qui est libré de s'adapter au contour de la chemise de guidage. Une autre modification de la présente invention consisterait à séparer la tête de piston du disque du clapet champignon principal et d'interposer une tige qui puisse se déplacer sur un manchon de guidage destiné à la tige et situé dans l'alésage 27. En outre, on pourrait inclure dans cette disposition des moyens d'amortissement. REVENDTCATIONS 1 - Clapet de décharge pour fluide haute pression caractérisé en ce qu'il comporte : un corps de clapet ayant des parois intérieures qui définissent une chambre d'entrée, une chambre de charge, une chambre de décharge et une chambre de réarmement; un clapet pilote reliant la chambre de réarmement et la chambre de décharge; un clapet champignon principal venant s'appuyer sur son siège lors d'un déplacement dans une première direction et reliant la chambre de charge à ladite chambre de décharge, et un second clapet champignon venant s'appuyer sur son siège lors d'un déplacement dans une direction opposée à ladite première direction et reliant la chambre d'entrée et la chambre de charge et suivant le déplacement du clapet champignon principal; ledit clapet champignon principal reposant sur son siège quand ledit second clapet champignon est décollé de son siège; et, ledit clapet champignon principal étant décollé de son siège quand ledit second clapet champignon repose sur son siège. 2 - Clapet de décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un piston coulissant dans un alésage dans ledit corps de clapet; ledit clapet champignon principal étant formé à l'une des extrrités dudit piston, et l'autre extrêmité dudit piston étant en communication par fluide avec ladite chambre de réarmement, ce qui entrasse le déplacement des dits piston et clapet pilote principal sous l'action du fluide haute pression introduit dans ladite chambre de réarmement. 3 - Clapet de décharge selon la revendication 2, caractérisé en ce que au moins un joint d'étanchéité réglable radialement se trouve monté autour dudit piston. 4 - Clapet selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on forme au moins un cordon circulaire autour dudit piston, pour réduire I'écouleent du fluide à travers ledit clapet pilote quand ledit clapet pilote est décollé de son siège. 5 - Clapet de décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit clapet pilote peut être actionné par un disposi tifsolénode. 6 - Clapet de décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit clapet champignon principal et ledit second clapet champignon sont en contact. 7 - Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort pour rappeler ledit second clapet champignon en appui sur son siège. 8 - Clapet de décharge pour fluides haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend : un corps de clapet ayant des parois intérieures qui définissent une chambre d'entrée, une chambre de charge, une chambre de décharge et une chambre de réarmement; un clapet pilote reliant ladite chambre de réarmement et ladite chambre de décharge; un piston dont l'une des extrêmités a la forme d'un clapet champignon principal, situé entre ladite chambre de charge et ladite chambre de décharge, l'autre extrêmité dudit piston communicant avec ladite chambre de réarmement; et un second clapet champignon reliant la chambre d'entrée et la chambre de charge et se trouvant en contact avec ledit clapet champignon principal, ledit clapet champignon principal et ledit second clapet champignon venant reposer sur leur siège lors de déplacement dans des directions opposées, et ledit second clapet champignon suivant le déplacement du clapet champignon principal; et de plus, ledit clapet champignon principal reposant sur son siège quand ledit second clapet champignon est décollé de son siège, et ledit clapet champignon principal étant décollé de son siège quand ledit second clapet champignon repose sur son siège, ce qui fait que l'introduction d'un fluide haute pression dans ladite chambre d'entrée et ladite chambre de réarmement entraîne le déplacement du piston dans un sens qui appuie ledit clapet champignon principal sur son siège et décolle ledi:t second clapet champignon de son siège, ce dernier obligeant le fluide à s'écouler de ladite chambre d'entrée vers ladite chambre de charge; et, la décharge du fluide haute pression depuis ladite chambre de réarmement fait se déplacer ledit piston dans le sens opposé, ce qui décolle ledit clapet champignon principal de son siège et fait s'appuyer sur son siège ledit second clapet champignon entraînant une décharge du fluide de ladite chambre de charge et interruption de l'écoulement du fluide de ladite chambre d'entrée vers ladite chambre de charge. 9- Clapet de décharge selon la revendication 8, caractérisé en ce ue un joint d'étanchéité réglable radialement se trouve placé autour dudit piston entre une paire de cordons circulaires ces derniers restreignant l'écoulement en provenance de la chambre de réarmement quand ledit clapet pilote se trouve décollé de son siège. 10 - Clapet de décharge selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit clapet pilote est actionné par un solénoide.