Brevet FR2279995A1 — publié le 19760220

L'invention concerne une soupape régulatrice, qui comporte un corps muni d'une entrée et d'une sortie de vapeur, un organe de fermeture mobile monté dans le corps, un siège aur lequel l'organe de fermeture s'applique de façon étanche en position fermée de la soupape et dont la section forme un étage. d'étranglement assurant la détente de la vapeur, ainsi qu'un deuxième étage d'étranglement, placé en aval du siège dans le corps de la soupape et pourvu d'un cylindre perforé. On connait une soupape, dans laquelle un clapet perforé peut coulisser axialement dans un guidage cylindrique qui lui est propre et est réuni mécaniquement à l'organe de fermeture. Lorsque l'organe de fermeture se soulève du siège de la soupape, les perçages radiaux sont découverts, de sorte que la vapeur peut entrer en direction radiale de l'extérieur vers l'intérieur dans le clapet perforé et sortir en direction axiale de l'intérieur du clapet perforé à l'extré- mité ouverte de ce dernier. Ce deuxième étage d'étranglement de la soupape est prévu pour affaiblir les vibrations, qui risquent d'être très fortes, notamment dans les zones de pression ou de chute de pression élevées, peuvent être transmises par le corps de la soupape aux conduites raccordées et provoquer des dommages par suite de phénomènes de résonance. On a constaté qu'avec une telle soupape on ne peut pas empêcher des vibrations de ce genre de prendre naissance, ni les affaiblir dans une proportion suffisante. Bien que la plus grande partie du courant de vapeur quittant le deuxième étage d'étranglement sorte du clapet perforé en direction axiale, il existe des positions de la soupape pour lesquelles la pression de la vapeur peut se propager également en direction radiale à travers les perçages du clapet perforé. Un courant de vapeur correspondant frappe alors en premier lieu la paroi du corps de la soupape, qui peut être ainsi mise en vibration. La nécessité de prévoir un guidage supplémentaire pour le clapet perforé conduit de plus à une augmentation-de la dépense de fabrication. I1 se produit en outre une turbulence relativement intense du courant de vapeur dans la zone et en aval du clapet perforé. Partant de ces observations, l'invention s' est posé le problème d'exécuter une soupape du type mentionné au début, de façon à empêcher par des moyens aussi simples que possible la formation de vibrations, ou à les affaiblir dans une proportion notablement plus grande. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par le fait que la vapeur entre en direction axiale dans un cylindre perforé et en sort en direction radiale, et que le cylindre perforé est muni sur sa face externe d'une multiplicité de bagues directrices qui présentent une courbure concave dans la direction de la sortie et qui dévient le courant lui imprimant une direction axiale. Dans la soupape selon l'invention, le courant de vapeur, sortant initialement en direction radiale du cylindre perforé, est dévié et ramené par les bagues directrices, autant que possible de fa çon continue, dans la direction d'écoulement axial, de sorte qu'il ne se produit que de relativement faibles turbulences. Un impact direct en direction approximativement perpendiculaire du courant de vapeur sortant du cylindre perforé sur la paroi du corps de la soupape est également évité. De ce fait, on obtient une diminution notable des vibrations susceptibles de prendre naissance et on les affaiblit dans une grande mesure dans la zone du cylindre perforé. Le fluide arrivant à vitesse critique de l'organe de fermeture ou du clapet de réglage dans le dispositif proposé est en effet redressé et influencé de telle façon qu'il se détend radialement à une vitesse hypocritique dans le cylindre perforé situé en aval et est dévié en direction axiale par les bagues directrices. le fluide peut alors parvenir relativement sans vibrations dans la conduite à basse pression aval, dans laquelle sont ainsi évitées également des vibrations de résonance. Il est avantageux que plusieurs cylindres perforés soient assemblés coaxialement et que les bagues directrices soient alors posées sur le cylindre-perforé extérieur. Par ce moyen, l'action d' amortissement des vibrations par le cylindre perforé est améliorée. Il est favorable de plus que les perçages se trouvent pour les divers cylindres perforés dans un même plan radial, mais soient décalés entre eux dans ce plan. Selon une autre caractéristique de l'invention, les bagues-di- rectrices sont maintenues à une distance axiale déterminée les unes des autres par des entretoises annulaires, qui sont munies d'évidements, de. perçages ou similaires, traversés par la vapeur en direction radiale. On obtient de ce fait une construction particulièrement favorable, car on peut disposer chaque entretoise annulaire sur la face convexe d'une bague directrice de façon qu'elle forme un tout avec celle-ci. L'autre côté de chaque entretoise annulaire s'applique alors sur la face concave de la bague directrice la plus voisine. Il est possible par conséquent de grouper par construction des bagues directrices et des entretoises annulaires en un cylindre perforé supplémentaire, ce qui simplifie également la fabrication et le montage. Conformément à l'invention, il est proposé en outre d'insérer dans le cylindre perforé intérieur un anneau rapporté, qui s'applique sur la paroi interne du cylindre perforé et en rétrécit la section intérieure libre. Pour des vitesses d'entrée élevées dans le cylindre perforé; il peut se former dans certains cas une pression dynamique dans la partie inférieure du cylindre, tandis qu'il n'exis- te dans la zone supérieure qu'une élévation relativement faible de la pression. L'anneau intérieur rapporté assure par contre une répartition plus uniforme de la pression sur toute la longueur du cylindre perforé. Pour améliorer l'action d'amortissement des vibrations du cylindre perforé et pour éviter la formation de tourbillons en aval du cylindre perforé sous l'effet du courant principal circulant radialement, il est proposé en outre de disposer au moins une tale perforée sur la face terminale de sortie du cylindre. De ce fait, le courant ne peut plus sortir librement sur cette face terminale, de sorte qu'il est dirigé en totalité à un emplacement quelconque à travers les éléments de construction amortisseurs. La t81e perforée oppose d'autre part une résistance à l'écoulement du fluide, résistance qui staccompagne dtune élévation de pression à l'intérieur du cylindre perforé et d'une augmentation de la proportion du courant de vapeur sortant par les perçages radiaux du cylindre perforé. Cette mesure accroît de façon particulièrement sensible l'action d'amortissement des vibrations exercée par le cylindre perforé. Un développement de cette mesure consiste à monter, sur la face terminale de sortie du ou des cylindres perforés, un embout foré alternativement de tales perforées et de grilles ou tamis. L'action d'amortissement des vibrations dans la zone de la face terminale est ainsi amplifiée encore davantage. Par un ajustement approprié de la résistance opposée au courant par cet embout à la résistance que rencontrent les fractions du courant sortant radialement, on peut réaliser une répartition aussi uniforme que possible de l'écoulement dans toutes les zones du cylindre perforé. La tôle perforée ou l'embout sont avantageusement maintenus au moyen d'une bague d'arrêt présentant des ouvertures axiales et fixée au corps de la soupape, de sorte que le cylindre perforé est maintenu énergiquement par ses. deux faces terminales et ne peut donc pratiquement plus vibrer. La face terminale de sortie du corps de la soupape peut être munie d'une bride à laquelle est boulonnée une contre-bride, de sorte que la bague d'arrêt peut être immobilisée entre la bride du corps de la soupape et la contre-bride. La bague d'arrêt peut être fixée ainsi très facilement. Un autre avantage réside en ce que des vibrations du corps de la soupape sont amorties par la masse des brides et ne peuvent donc se propager que dans une moindre proportion aux conduites raccordées. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après en référence au dessin annexé, dans lequel la Fig. 1 représente une coupe longitudinale de la soupape; la Fig. 2 représente à plus grande échelle un détail de cette coupe longitudinale. La soupape régulatrice représentée dans la Fig. 1, qui constitue une soupape déflectrice de vapeur, possède- un corps 10 avec une entrée de vapeur 11 perpendiculaire à son axe longitudinal et avec une sortie de vapeur 12. Une partie supérieure 13 de la chambre de la soupape est reliée de façon étanche, au moyen d'un presse étoupe 14, à un chapeau 15 sur lequel est articulé un levier de commande 16. Ce dernier est relié à son tour par une articulation à un poussoir 17, dont l'extrémité inférieure porte un organe de fermeture conique 18, ou obturateur. le poussoir 17 est percé d'un canal central 19, dans lequel est amenée de l'eau au moyen d'un raccord 20. Cette eau s'échappe à 1' extrémité inférieure de l'organe de fermeture 18. La partie 13 de la chambre de soupape est limitée vers le bas par un siège de soupape 21, adapté à la forme conique de l'organe de fermeture 18 et sur lequel ce dernier s'applique en position fermée. En position ouverte de l'organe de fermeture 18, la vapeur peut s'écouler en passant devant le siège de soupape 21. Au-dessous du siège 21 est inséré,dans un alésage correspondant du corps 10 de la soupape, un cylindre perforé intérieur 22. Celuici est pourvu d'une multiplicité de perçages radiaux 22a et constitue en même temps un élément de construction porteur, sur lequel sont maintenues un cylindre perforé médian 23 avec perçages 23a et un cylindre perforé extérieur 24 avec perçages 24a.Dans le cylindre perforé 22 est rapporté intérieurement, approximativement dans la zone de la moitié supérieure ou du tiers supérieur de sa longueur, un anneau 25, qui rétrécit dans une proportion déterminée la section intérieure libre du cylindre perforé 22; dans la partie supérieure du cylindre perforé 22, il peut s'établir de ce fait une pression plus élevée, de sorte qu'une fraction plus grande du courant de vapeur peut s'échapper egalement dans cette zone par les perçages radiaux 22a, 23a et 24a. Sur le cylindre perforé extérieur 24 sont posées des bagues directrices en forme de cuvettes 26 qui ont un bombement concave dans la direction de la sortie du courant, et dont les faces convexes sont pourvues d'entretoises annulaires 26b. Celles-ci possèdent des per çages radiaux 26a, à travers lesquels la vapeur peut passer. Chaque bague directrice 26 forme une seule pièce avec une entretoise annulaire; on peut néanmoins envisager aussi de maintenir la distance axiale voulue entre les bagues directrices 26 au moyen d'éléments de construction séparés, munis de passages radiaux de forme quelconque. 'les bagues directrices 26 avec leurs entretoises annulaires 26b sont emportées par le haut sur le cylindre perforé extérieur 24 et reposent sur une bride annulaire 24b à ltextrémité inférieure dudit cylindre. L'extrémité supérieure est constituée par un anneau de fermeture 27, de sorte que les cylindres perforés 22, 23 et 24, ainsi que les bagues directrices 26, forment une unité de construction. 'les perçages 22a, 23a, 24a et 26a forment des groupes dans chacun desquels les perçages se trouvent dans un même plan radial. Comme le montre la Fig. 2, les perçages 23a et 26a sont placés toutefois exactement darus le plan de coupe vertical, tandis que les per çages 22a et 24a sont décalés chacun d'une certaine quantité en direction radiale par rapport à ce plan. De ce fait, la vapeur traversant ces perçages est déviée suivant plusieurs directions radiales. La face terminale inférieure du cylindre perforé 24 est recouverte d'un embout 28, qui comprend deux tôles perforées 28a entre lesquelles sont disposés des grilles ou tamis 28b. La vapeur peut passer à travers des perçages 28c des tôles perforées 28a. L'embout 28, formé des tôles perforées 28a et du paquet de tamis 28b, est enserré par l'anneau intérieur 29a d'une bague alarrêt 29 et est maintenu tant en direction radiale qu'en direction axiale. Des ouvertures axiales 29b de la bague d'arrêt 29 sont délimitées par des bras carénés favorables à l'écoulement et non représentés, qui réunissent l'anneau intérieur 29a à un anneau extérieur 29c, agencé à la façon d'une bride sur sa face externe. A son extrémité inférieure, le corps 10 de la soupape porte une bride 1osa, boulonnée avec une contre-bride 30. La bague d'arrêt 29 est insérée entre la bride 10a et la contre-bride 30, de sorte qu' elle est immobilisée, de même que l'ensemble sus-décrit de cylindres perforés, au moyen de boulons de serrage, entre la bride 10a et la contre-bride 30. Un tel assemblage par boulons peut être remplacé naturellement par un simple soudage. En position ouverte de l'organe de fermeture 18, la vapeur pénètre à l'intérieur du cylindre perforé 22, dans lequel s'établit ainsi une pression de vapeur correspondante. Une partie de la vapeur sort par l'embout 28, tandis que le reste de la vapeur traverse en direction radiale les perçages radiaux 22a, 23a, 24a et 26a après avoir été dévié plusieurs fois. Ce reste de vapeur frappe alors les faces internes des bagues directrices 26, par lesquelles il est ramené en direction axiale, sans rencontrer directement ou en une direction sensiblement normale la paroi interne du corps 10 de la soupape, ce qui a pour effet de ramener la formation de tourbillons à une valeur relativement faible. lie fluide entrant dans la combinaison de cylindres perforés à une vitesse critique, devient donc hypocritique, se détend radialement par étages dans les cylindres perforés en aval et est dévié et redressé en direction axiale par les bagues directrices. Cette soupape garantit par conséquent dans son ensemble un affaiblissement ou un amortissement efficace des vibrations, la masse de la bride îOa et de la contre-bride 30 assurant de plus un amortissement des vibrations dans le corps de.soupape 10, de sorte que des vibrations prenant naissance à cet emplacement ne peuvent sé propager que dans une proportion moindre à une conduite raccordée à la soupape. Revendications 1 - Soupape régulatrice qui comporte un corps muni d'une entrée et d'une sortie de vapeur, un organe de fermeture mobile monté dans le corps, un siège sur lequel l'organe de fermeture s'applique de façon étanche en position fermée de la soupape et dont la section forme un étage d'étranglement assurant la détente de la vapeur, ainsi qu'un deuxième étage d'étranglement placé en aval du siège dans le corps de la soupape et pourvu d'un cylindre perforé, caractérisée en ce que la vapeur entre en direction axiale dans le cylindre perforé (22) et en sort en direction radiale, et en ce que le cylindre perforé (24) est muni sur sa face externe d'une multiplicité de bagues directrices (26) présentant une courbure concave dans la direction de la sortie, qui dévient le courant en lui imprimant une direction axiale. 2 - Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs cylindres perforés (22,23,24) sont assemblés coaxialement et en ce que les bagues directrices (26) sont posées sur le cylindre perforé extérieur (24). 3 - Soupape suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les perçages (22a, 23a, 24a) des cylindres perforés forment des groupes dans chacun desquels les perçages sont dans un même plan radial, mais sont décalés entre eux dans ce plan. 4 - Soupape suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bagues directrices (26) sont maintenues à une distance axiale déterminée les unes des autres par des entretoises annulaires (26b), qui sont munies d'évidements, de perçages (26a) ou similaires, traversés par la vapeur en direction radiale. 5 - Soupape suivant la revendication 4, caractérisée en ce que chaque entretoise annulaire (26b) est prévue sur la face convexe d'une bague directrice (26) et est d'un seul tenant avec celle-ci. 6 - Soupape suivant la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que les bagues directrices (26) et les entretoises annulaires (26b) sont groupées par construction en un cylindre perforé supplémentaire. 7 - Soupape suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans le cylindre perforé intérieur (22.), est inséré un anneau rapporté (25), qui s'applique sur la paroi interne du cylindre perforé (22) et en rétrécit la section intérieure libre. 8 - Soupape suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une tôle perforée (28a) est disposée sur la face terminale de sortie du ou des cylindres perforés (22,23, 24). 9 - Soupape selon la revendication 8, caractérisée en ce que, sur la face terminale de sortie du ou des cylindres perforés (22, 23,24), est monté un embout (28) formé alternativement de tôles perforées (28a) et de tamis (28b) ou grilles. 10 - Soupape suivant la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que la tôle perforée (28a) ou l'embout (28) est maintenu au moyen d'une bague d'arrêt (29), présentant des ouvertures axiales et fixée au corps (10) de la soupape. Il - Soupape suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la face terminale de sortie du corps (10) est munie d'une bride (10a), à laquelle est boulonnée une contre-bride (30), et en ce que la bague d'arrêt (29) est immobilisée entre la bride (10a) du corps (10) de la soupape et la contre-bride (30).