Brevet FR2253965A1 — publié le 19750704

L'invention a pour objet un dispositif de décharge dtune enceinte contenant un gaz sous pression, et notamment autan hautfourneau. Lorsqu'une enceinte contient des gaz sous pression, il est normal, pour des raisons de sécurité, de la munir au moins dtun clapet de décharge comprenant normalement un conduit cylindrique fixé à l'enceinte, et muni à son extrémité d'un orifice de sortie des gaz fermé par un clapet appliqué sur un siège ménagé autour de l'orifice, et un dispositif de manoeuvre du clapet. Dans les hauts-fourneaux, il est nécessaire d'installer un certain nombre de clapets de décharge placés sur le circuit des gaz chauds dans le haut du haut-fourneau, pour évacuer les surpressions accidentelles qui peuvent toujours se produire pendant le fonctionnement. En outre, on place également des clapets dits de "contre- tirages qui permettent de couper l'alimentation du haut-fourneau en vents chauds es envoyant à l'extérieur0 On peut ainsi diminuer la pression à la base du haut-fourneau par exemple pour décrocher des matières qui deseendraient mal. De plues à lXarrdt du haut-fourneau il est utile de laisser ouvert le circuit des vents chauds pour évacuer des gaz qui pourraient outre comprimés à la base du haut-fourneau.Les gaz qui sont ainsi évacués par les clapets de décharge sont généralement très chauds et chargés de poussières abrasives Comme ils sortent du clapet à des vitesses pouvant atteindre 400 m/ seconde, il s'en suit une usure rapide des portées d'étanchéité ou meme des arrachements de joints. L'étanchéité est donc très difficile à conserver après un fonctionnement intensif, En outre, dans les dispositifs classiques, il est souvent difficile de remplacer les jointes et les pièces soumis à l'usure. L'invention a pour objet un nouveau dispositif de décharge permettant de remédier à ces inconvénients. Conformément à l'invention, le dispositi! de manoeuvre du clapet comprend un mécanisme de déplacement transversal du clapet par rapport à ltase du conduit, jusqu'à une position écartée du flux de gaz émis par 11 orifice de sortie, Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le dispositif de manoeuvre du clapet comprend un bras solidaire du clapet et s'étendant, en position de fermeture, le long de l'axe du conduit, un levier monté pivotant sur le conduit et articulé sur l'extrémité du bras du clapet autour d'axes parallèles et perpendiculaires à celui du conduit, et un moyen de commande de pivotement du levier, le mécanisme de déplacement transversal du cla- pet comprenant une bielle- articulée à une extrémité sur le bras du clapet autour d'un axe écarté de l'axe d'articulation du levier de commande sur ledit bras, et à l'autre extrémité autour d'un axe parallèle à l'axe de pivotement du levier de commande, le levier et la bielle s'étendant respectivement de part et d'autre du bras du clapet. L'invention va maintenant être décrite en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. La figure 1 est une vue de côté, en élévation, du clapet selon l'invention, en position fermée. La figure 2 est une vue de face du clapet selon II-II, figure 1. la figure 3 est une vue de cEté du clapet en position ouverte. lia figure 4 est une vue-en coupe du clapet et la figure 5 une coupe partielle à échelle agrandie. Le clapet représenté sur les figures se compose essentiellement d'us corps 1 entourant un conduit cylindrique 10 comportant un orifice amont 11 et un orifice aval 12 plaeés dans des plans perpendiculaires à l'axe du conduit. Le corps 1 est destiné à être fixé à sa base sur l'enceinte contenant les gaz, l'orifice 11 s'ouvrant dans ladite enceinte et l'orifice aval 12 débouchant vers l'ex- térieurO L'orifice aval 12 est entouré d'un siège 2 sur lequel est appliqué un c lapet 3. Le clapet 3 est monté à l'extrémité d'un bras 4, articulé à son autre extrémité sur un levier5 autour d'un axe 40 perpendiculaire à l'axe du conduit cylindrique 10.Le levier 5 est lui-mssme monté pivotant autour d'un axe 50 parallèle à l'axe 40. En outre, une bielle 6, articulée à une extrémité sur le corps I autour d'un axe 60, est articulée également sur le bras 4 autour d'un axe 64 écarté de-l'axe 40 d'articulation du bras sur le levier 5. Levier 5-et la bielle 6 s'étendent de part et d'autre du bras 4, et sont en outre normalement perpendiculaires audit bras lorsque le clapet se trouve en position de fermeture, comme indiqué sur la figure 1. Les axes d'articulation 40, 50, 60 et 64 du bras du clapet du levier et de labelle, sont parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe du conduit. Le levier 5 porte en outre un axe 51 ayant la même orientation et sur lequel est articulé un moyen de commande du pivotement du levier 5 autour de son axe 50. Bien entendu, pour des raisons de symétrie, le bras 4 se compose d'un étrier représenté de face sur la figure 2, dont la partie centrale est fixée sur le clapet et dont deux bras parallèles s'étendent de part et d'autre du corps I du clapet, le levier 5 et la bielle 6 se composant en fait chacun de deux barres articulées chacune sur l'un des bras dudit étrier. Le moyen de commande du pivotement du levier 5 peut entre un vérin hydraulique à double effet 7 (figure 2) dont un élément, par exemple la tige, est articulée sur l'axe 51, l'autre élément, par exemple le cylindre, étant articulé autour d'un axe 57 passant dans une chape 13 solidaire du corps 1 du clapet. On voit que dans le cas, le vérin à double effet peut commander aussi bien 11 ouverture que la fermeture du clapet. Nais le moyen du pivotement du levier 5 peut également être composé de ressorts tendant à faire pivoter le levier 5 dans le sens de la fermeture du clapet, l'ouverture étant alors commandée par la surpression régnant dans ltenceinte sur laquelle est placé le dispositif de décharge0 Iwans ce cas, on peut disposer des ressorts tarés 8 (figure 4) destiné à Btre comprimés entre le fond d'un cylindre 80 dont la base est articulée autour de l'axe 57 sur une chape 14 solidaire du corps 1 du clapet, et un piston 81 coulissant à l'intérieur du cylindre 80 et relié à une tige dont 12 extrémité est articulée autour de l'axe 51 du levier 5.Comme indiqué sur la figure, chaque ressort 8 peut se composer d'un empilement de rondelles Belleville. On notera que dans le cas où le dispositif sert de clapet de décharge? il est seulement nécessaire de prévoir des ressorts 8 pour le maintien en position fermée. En effet, des ressorts tarés peuvent assureur la fermeture jusqu'à une pression déterminée, le clapet stouvrant automatiquement lorsque cette pression fixée à l'a vante est dépassée à l'intérieur de l'enceinte sur laquelle est pla cé le clapet. Par contre, il est nécessaire d'utiliser un vérin à double effet 7 dans le cas où le dispositif est utilisé comme clapet de contre-tirage puisque ce clapet doit Ftre ouvert ou fermé dans des conditions bien déterminées et que la commande d'ouverture et de fermeture doit entre positive. Cependant, on préférera le plus souvent utiliser simulta- nément les deux moyens de commande du pivotement, dans la disposition représentée sur la figure 2, un vérin à double effet 7 étant encadré de deux ressorts 80 En effet, dans le cas où le dispositif est utilisé comme clapet de décharge, il est utile d'associer aux ressorts 8 un vérin 7 qui permet dsaugmenter momentanément la pression du clapet sur son siège pour vérifier la fermeture et, par exemple, écraser les poussières qui auraient pu outre coincées entre le clapet et son siège.Dans le cas où le dispositif est utilisé comme clapet de contre-tirage, il est également utile de prévoir des ressorts qui peuvent d'une part permettre la décompression du circuit des vents chauds en cas de surpression accidentelle, et qui d'autre part assurent la fermeture du clapet en cas de panne sur le circuit hydraulique du vérin 7e Enfin, on notera l'avantage intéressant d'utiliser le mê- me dispositif indifféremment comme clapet de décharge et comme clapet de contre-tirage, ce qui assure une économie et une simplifica- tion de l'approvisionnement, et une interchangeabilité totale des pièces0 On voit bien sur la figure 3 que la caractéristique essentielle du dispositif selon lXinvention est que, à l'ouverture, le clapet 3 est immédiatement dcarté de l'axe du conduit.En effet, le dispositif de manoeuvre du clapet est tel que, Si la compression des ressorts détermine un effort d'application du clapet sur son siège suivant lta e du conduit, dès que le clapet s'ouvre par rotation du levier, le eouveleent de soulèvement vertical du clapet est isaméaia tement associé à un déplacement transversal de bien plus grande am- plitude, le rapport des deux dé placements dans des directions per pendiculagres dépendant de la position relative des axes d'articulation du levier et de la bielle 60 par rapport à la longueur totale du bras 4 du clapet.On voit bien en effet que, dès que le levier 5 tourne autour de son axe 50, la bielle 6 tourne dans le sens opposé autour de son axe 60, ce qui détermine simultanément le soulèvement et la rotation du bras 4. Il en résulte que, contrairement aux dispositifs connus jusqu'à présent où le clapet de fermeture restait dans le flux des gaz s'échappant par le conduit 1, selon l'invention, le clapet est complètement écarté du flux de gaz et les risques d'usure sont ainsi considérablement diminués, Bien entendu, on pourrait utiliser d'autres mécanismes de déplacement latéral du clapet. C' est ainsi que le bras 4pourrait ttre muni d'une ouverture oblongue s' étendant le long du bras et dans laquelle coulisserait un axe solidaire du corps du clapet. Interse- ment? on pourrait également faire coulisser un axe solidaire du bras 4 dans une glissière ménagée sur le corps du clapet parallèle- ment à l'ase dn conduit.Dans les deux cas, le clapet serait tout d'abord soulevé verticalement dune certaine hauteur avant de subir un déplacement latéral rapide. L'avantage du mécanisme comportant une bielle articulée comme dans l'exemple représenté est d'assurer le déplacement transversal du clapet pratiquement dès que celui-ci a décollé de son siège0 Il en résulte cependant que, pour permettre ce déplacement latéral, ,st préférable que le siège ait la forme dtune surface troaconiqud axe confondu avec celui du conduit, et dont le sommet est tourné du côté de la sortie des gaz, cette surface tronconique ayant un angle assez ouvert comme on le voit en coupe partielle sur la figure 5.Bien entendu, la face d'application du clapet doit présenter une surface tronconique 30 correspondant à celle du siège. Un avantage important de cette disposition est que des joints d'étanchéité peuvent Btre placés dans des rainures ménagées sur la portée tronconique 20. De la sorte, les joints d'étanchéité ne risquent pas de se trouver en contact avec le flux de gaz chauds sortant du conduit, Ils peuvent en outre etre facilement remplacés lorsque le clapet est ouvert. Le maintien du clapet et de la portée d'appui en dehors du flux de gaz chauds est également obtenu en donnant à la face in terne de ltextrémité du conduit une forme en convergent-divergent comme indiqué sur la figure 4. De préférence, cette tuyère 21 parti culièrement soumise à l'usure sera constituée par une pièce amovible fixée à l'extrémité du conduit 1 le long de l'orifice de sortie 12. L'effet de tuyère des gaz sortant ainsi du conduit à grande vitesse entraînera une aspiration de l'air ambiant autour du conduit* On utilisera, selon l'invention, ce mouvement d'aspiration de l'air pour refroidir la pièce 21 et notamment la portée d'appui 20, le refroidissement étant augmenté en disposant des ailettes 22 tout autour de la pièce 21.En outre, il sera intéressant de canaliser l'air aspiré au moyen d'une taie tronconique 23 entourant le siège à use certaine distance de la face extérieure de la pièce 21, cette tale tronconique ayant son sommet tourné du côté de la sortie des gaz et ayant un angle d'ouverture normalement plus aigu que celui de la face d'appui 20* Normalement le bord externe des ailettes sera fisé sur la tale 23 ce qui déterminera tout autour du conduit une série de courants d'air froid convergents vers l'aval de celui-ci. On voit que le clapet de décharge, grâce au mélange d'air avec les gaz évacués se comporte alors comme un brûleur qui assure la combustion des gaz évacués. On diminue ainsi la toxicité des gaz et les risques de pollutions Le dispositif de décharge selon l'invention présente ainsi l'avantage non seulement de diminuer les risques d'usure des pièces de fermeture grâce à l'écartement de celles-ci du flux de gaz éva- cués mais encore de se comporter en véritable brûleur dont l'orifice de sortie est refroidi automatiquement par l'aspiration d'air am biant. En outre, le remplacement des pièces susceptibles de s'user est particulièrement facile. Enfin, un avantage non négligeable réside dans le fait que le même dispositif peut être utilisé à diffé- rents endroits de l'installation dans un haut-fourneau. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui n'a été décrit qu'à titre d'exemple non limitatif, mais elle en couvre également toutes les variantes test ainsi que les dispositifs utilisés pour l'écartement transversal du clapet, la manoeuvre de celui-ci ou le refroidissement du siège pourraient autre remplacés par des moyens équivalents0 213VESICfflIONS jo - Ilispositif de décharge d'une enceinte contenant mi gaz sous pression, comprenant un conduit cylindrique fixé à l'enceinte muni à son extrémité aval d'M orifice de sortie des gaz, un clapet de fermeture appliqué sur un siège ménagé sur le conduit autour de l'orifice de-sortie et un dispositif de manoeuvre du clapet, caractérisé par le fait que le dispositif de manoeuvre comprend un mécanisme de déplacement transversal du clapet par rapport à l'axe du conduit, jusqutà une position écartée du flux de gaz émis par l'orifice de sortie. 20 - Dispositif de décharge selon la revendication i , caractérisé par le fait que le dispositif de manoeuvre du clapet ca- prend un bras solidaire du clapet et s1 étendant, en position de fermeture, le long de l'axe du conduit, un levier monté pivotant sur le conduit et articulé sur l'extrémité du bras du clapet, autour d'axes parallèles et perpendiculaires à celui du conduit, et un moyen de commande du pivotement du levier, le mécanisme de déplacement transversal du clapet comprenant une bielle articulée à une extrémité sur le bras du clapet, autour d'un axe écarté de l'axe d'articulation du levier de commande sur ledit bras, et à l'autre extrémité autour d'un axe parallèle à ltaxe de pivotement du levier de commande, le levier et la bielle s'étendant respectivement de part et d'autre du bras du clapet. 30 - Dispositif de décharge selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'en position de fermeture du clapet, le bras est parallèle à l'axe du conduit et le levier et la bielle sont perpendiculaires au bras. 4 - Dispositif de décharge selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen de eommande du pivotement du levier est un vérin à double effet. 50 - Dispositif de décharge selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen de commande du pivotement du levier est un ressort taré agissant dans le sens de la fermeture du clapet, l'ouverture étant commandée par une surpression dans l'enceinte supérieure à la tension de tarage du ressort. 60 - Dispositif de décharge selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le siège du clapet a la forme d'usine surface tronconique d'axe confondu avec celui du conduit et dont le som- met est tourné du c8té de glu sortie des gaz. 7 - Dispositif de décharge selon la revendication caractérisé par le fait que l'extrémité du conduit entourant le siège est munie d'ailettes de refroidissement tout autour de sa face extérieure. 80 - Dispositif de décharge selon l'une des revendications 1 et 8, caractérisé par le fait qu'il comprend une tôle tronconique entourant le siège à une certaine distance de la face extérieure de l'extrémité du conduit, ladite tôle tronconique ayant son sommet du côté de la sortie du gaz. 90 - Dispositif de décharge selon la revendication 1, Ca- ractérisé par le fait que le siège est ménagé sur une pièce amovible fixée à l'extrémité du conduit0 100 - Dispositif de décharge selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'extrémité de sortie du conduit présente une face interne en forme de convergent-divergentO 110 - Dispositif de décharge-selon les revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il peut entre utilisé dans un hautfourneau, indifféremment comme clapet de décharge et clapet de con tre-tirageO