Brevet FR2308847A1 — publié le 19761119

L'invention concerne une vanne susceptible d'être exposée à des températures élevées, notamment une vanne à vent chaud pour haut fourneau, comprenant un corps refroidi à l'eau ou un autre fluide et présentant deux brides d'extrémité, qui contient des canaux de refroidissement dans lesquels circule le fluide de refroidissement et en particulier des garnitures d'étanchéité refroidies à l'eau, ainsi qu'une chambre orientée perpendiculairement à l'axe longitudinal de ltouverture de passage de la vanne et dans laquelle est guidé un registre ou tiroir qui permet d'ouvrir ou de fermer cette ouverture de passage et qui est commandé par un mécanisme monté amovible sur le corps de vanne à une extrémité ouverte de ladite chambre. Dans les vannes de ce type, il se produit toujours une usure plus forte du corps et des autres éléments de la vanne sur le côté où l'extrémité libre du tiroir commence à découvrir le passage de la vanne lors de l'ouverture et où cette extrémité libre du tiroir ferme la dernière partie du passage lors de la fermeture de la vanne. Au début de l'ouverture et à la fin de la fermeture, les vitesses d'écoulement des gaz dans cette zone sont particulièrement grandes. Une vanne conventionnelle conçue pour des températures élevées doit donc déjà être remplacée entièrement lorsque l'usure dans cette zone devient excessive, ce qui entraîne non seulement des temps d'arrêt coûteux pour pouvoir effectuer les remplacements mais ce qui est aussi à l'origine des frais élevés qu'occasionnent ces vannes dont la durée de service est limitée par ladite zone d'usure particulière. L'invention évite ces inconvénients et réduit au minimum l'influence de l'usure accentuée dans la zone de l'extrémité libre du tiroir. Selon\l'invention, une vanne du type défini au début est essentiellement caractérisée en ce que l'extrémité opposée de la chambre est également ouverte et en ce que le corps de vanne est agencé de manière que le mécanisme de commande du tiroir puisse également être monté à cette extrémité opposée de la chambre, l'extrémité ouverte non utilisée étant fermée par un couvercle ou d'une autre manière. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre possède une forme symétrique de part et d'autre d'un plan de symétrie qui contient l'axe longitudinal de l'ouverture de passage et qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la chambre. Le corps d'une telle vanne, qui sera généralement de section circulaire, est donc traversé, perpendiculairement à son axe longitudinal, qui coincidera dans la plupart des cas avec l'axe de la canalisation dans laquelle est montée la vanne, par une chambre sensiblement rectangulaire qui traverse le corps de vanne de part en part et dans laquelle peut coulisser le tiroir. De cette manière, lorsque, dans une vanne selon l'invention, l'usure unilatérale dont il a été question ci-dessus devient excessive, il suffit, soit de tourner simplement le corps de vanne de 1800 autour de son axe longitudinal, soit de monter le tiroir et son mécanisme de commande à l'autre extrémité de la chambre, après quoi l'extrémité libre du tiroir coopère avec des parties non usées des garnitures d'étanchéité et du corps de vanne. La durée de service d'une vanne selon l'invention est ainsi pratiquement doublée. Comme, en plus, le corps de vanne est formé de deux parties parfaitement symétriques, sa fabrication est en outre plus simple. Enfin, si la vanne doit être montée à un endroit difficilement accessible, on peut choisir celle des deux extrémités de la chambre qui convient le mieux pour la mise en place du tiroir dans le corps de vanne. La forme symétrique d'une vanne selon l'invention permet également une meilleure dissipation des contraintes d'origine thermique dans le corps de vanne. Un mode de réalisation préféré de l'invention permet un meilleur refroidissement du corps de vanne par le refroidissement à l'eau des parois latérales de la chambre s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal de l'ouverture de passage, ces parois étant notamment réalisées sous forme de parois doubles, l'une intérieure et l'autre extérieure, dont l'intervalle est traversé par un fluide de refroidissement, en particulier de l'eau, qui entre dans la double paroi par un raccord situé près d'une extrémité de la chambre et qui en ressort par un raccord situé près de l'autre extrémité de la chambre. La vitesse et l'action du fluide de refroidissement peuvent être optimalisées de façon simple par le choix approprié de la distance entre la paroi intérieure et la paroi extérieure. I1 est possible, en outre, de prévoir dans le corps de vanne des canaux de refroidissement situés radialement à l'extérieur et entourant les canaux de refroidissement pour les garnitures d'étanchéité et présentant des raccords particuliers d'arrivée et de sortie de fluide de refroidissement dans le corps de vanne, les canaux de refroidissement pour les garnitures d'étanchéité, par exemple, pouvant également avoir une section transversale de forme allongée dans le sens axial de la vanne et dont tous les angles sont arrondis, une couche de matériau réfractaire étant disposée entre la fente dans laquelle est guidée le tiroir et les canaux de refroidissement du corps situés radialement à l'extérieur de cette fente. Du fait que les canaux de refroidissement du corps de vanne et ceux des garnitures d'étanchéité présentent des raccords séparés pour l'arrivée et la sortie du fluide de refroidissement, ces raccords peuvent être doublés, un jeu de raccords étant prévu sur l'une des extrémités de la chambre et un autre sur l'autre extrémité, avanta geusement sur les flancs longitudinaux de cette chambre. On obtient une forte capacité de refroidissement, notamment avec un refroidissement à eau forcé, lorsque, par exemple, les raccords pour le refroidissement des garnitures d'étanchéité situés à l'extrémité de la chambre où est monté le mécanisme de commande du tiroir sont branchés sur l'arrivée d'eau et lorsque les raccords situés à l'autre extrémité de la chambre sont interconnectés de manière que l'eau sortant des raccords pour les garnitures d'échantéité retourne par les canaux de refroidissement du corps de vanne entourant les garnitures jusqu'à l'extrémité où est monté le mécanisme de commande. Ce refroidissement avantageux par deux systèmes branchés en série peut être étendu à un refroidissement par trois systèmesen série lorsque l'eau ou un autre fluide de refroidissement sortant des canaux de refroidissement du corps de la vanne entourant les garnitures est introduite ensuite dans les doubles parois latérales de la chambre. La cculation forcée de l'eau de refroidissement peut encore être perfectionnée lorsque, selon une autre caractéristique de l'invention, les canaux de refroidissement pour les garnitures d'étanchéité, formant des sièges pour le tiroir, de même que les canaux de refroidissement du corps de vanne qui les entourent, sont chacun divisés en deux tronçons semicirculaires présentant chacun deux raccords, un pour l'entrée et l'autre pour la sortie du fluide de refroidissement. La disposition dans les canaux de refroidissement d'une chicane devant chaque raccord pour diriger le fluide de refroidissement le long de la cloison terminale prévue à cet endroit pour diviser chacun des canaux en deux tronçons semicirculaires permet de produire également un refroidissement uniforme dans ces zones de changement de direction du fluide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif ainsi que des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe transversale d'une vanne selon l'invention; - la figure 2a est une coupe axiale de la vanne de la figure 1; - la figure 2b représente à plus grande échelle et avec davantage de détails la partie encerclée de la figure 2a; et - la figure 3 est une vue d'en haut de la vanne représentée sur la figure 1, montrant schématiquement les interconnexions entre les différents raccords pour le fluide de refroidissement des trois systèmes de refroidissement, le mécanisme de commande du tiroir n'étant pas représenté. Les dessins annexés représentent une vanne 1, de préférence une vanne susceptible d'être exposée à des températures élevées et utilisable notamment comme vanne à vent chaud pour un haut fourneau, dont le corps 2 comprend à ses extrémités axiales des brides 3 et 4 au moyen desquelles le corps 2 est monté entre les extrémités de deux conduits sensiblement coaxiaux d'une canalisation tubulaire de gaz qui n'est pas représentée, par exemple à l'aide de boulons. Le corps de vanne 2 définit une ouverture de passage axiale 7 qui peut être fermée complètement (par exemple comme représenté sur la figure 2a) par un registre ou tiroir 9 dont la position peut être variée entre la position de fermeture complète et une position d'ouverture complète par un mécanisme de commande 50 de type connu qui n'est pas représenté en détail et qui est fixé de façon amovible sur une bride 18 représentée en haut sur les figures 1 et 2a ou sur une bride 18 représentée en bas sur ces figures. L'axe longitudinal 8 du passage 7 est entouré par des garnitures d'étanchéité 5 (voir également la figure 2b) formant des cercles situés symétriquement de part et d'autre du tiroir 9 et contre lesquelles ce tiroir s'applique de façon étanche lorsque la vanne 1 est fermée comme le montre la figure 2a. Ces garnitures d'étanchéité 5 peuvent être en acier comme les autres parties du corps de vanne. Les garnitures de l'exemple représenté sont creuses et forment des canaux de refroidissement 24, dont la section d'écoulement est désignée par 30, dans lesquels circule de l'eau de refroidissement lorsque la vanne est exposée à une température élevée. Le corps 2 peut être pourvu d'un garnissage réfractaire et isolant 21 situé radialement à l'intérieur des garnitures d'étanchéité 5. Lors de ses mouvements d'ouverture ou de fermeture, le tiroir 9 est guidé dans une fente 19 (figure 2a) formée par une chambre 10. Cette chambre possède une section rectangulaire et traverse le corps 2, qui possède ailleurs une section transversale sensiblement circulaire, perpendiculairement à l'axe longitudinal 8 et de préférence suivant un plan situé au milieu de la distance axiale entre les brides 3 et 4, de manière que l'axe longitudinal 11 de la chambre 10 coupe l'axe longitudinal 8 du passage 7 au milieu de ce dernier. La chambre 10 possède une largeur, s'étendant dans le sens axial de la vanne de part et d'autre de ce plan médian, qui correspond à peu près à l'épaisseur du tiroir 9 plus au moins une partie de l'épaisseur des garnitures d'étanchéité 5 (figure 2b). La chambre 10 possède deux extrémités 12 et 14 qui présentent chacune une ouverture 13 ou 15 entourée par l'une des deux brides de fixation 18 représentées en haut et en bas sur les figures 1 et 2a. La chambre 10 (et ses parois) est formée de deux parties parfaitement symétriques situées de part et d'autre d'un plan de symétrie 16 qui contient l'axe longitudinal 8 et qui passe horizontalement, dans la posi tion représentée sur les dessins, par le milieu du passage 7. e tiroir 9 peut de ce fait être commandé soit depuis l'extrémité 12 soit depuis l'extrémité 14, le tiroir 9 étant simplement inversé et introduit dans le corps de vanne par l'autre extrémité de la chambre 10 si l'on désire inverser la position de son mécanisme de commande 50.Celui-ci est fixé sur l'une ou l'autre des deux brides 18 en conjugaison avec un carter 22 qui n'est pas représenté en détail et dans lequel vient se loger au moins la majeure partie du tiroir 9 à la position d'ouverture complète de la vanne. L'autre des deux extrémités 12 et 14 est fermée par un couvercle amovible 17; le mécanisme de commande 50 et le carter 22 étant représenté en haut sur les figures 1 et 2a, c'est donc l'extrémité 14 représentée en bas qui est fermée dans ce cas par le couvercle 17. Une couche 20 (figures2a et 3) de matériau réfractaire et thermiquement isolant peut être prévue sur les parties des flancs longi tudinaux 46 (figure 3) de la chambrel0 qui sont situées radialement à l'exté rieur des garnitures d'étanchéité 5. Les parois latérales 40 (figure 1) qui délimitent la chambre 10 sur ses petits cotés se composent chacune d'une paroi intérieure 41 et d'une paroi extérieure 42 dont l'intervalle 43 est traversé en service par un fluide de refroidissement, de l'eau en l'occurrence.ces doubles parois latérales de la chambre 10 forment l'un de trois systèmes de refroidissement prévus dans la vanne représentée à titre d'exemple.La capacité de refroidissement de ce système peut être déterminée lors de la conception de la vanne par le choix approprié de la distance entre la paroi intérieure 41 et la paroi extérieure 42. Les deux canaux de refroidissement 24 qui traversent les deux garnitures d'étanchéité 5 et qui forment un autre système de refroidissement sont divisés chacun et deux tronçons semicirculaires 25 et 26 (figure 1) qui sont séparés en haut et en bas par une cloison terminale 27. Chacun des tronçons 25 et 26 possède un premier raccord pour l'arrivée ou la sortie de fluide de refroidissement qui est situé près de l'extrémité 12 et un deuxième raccord analogue situé près de l'extrémité 14 de la chambre 10. Le troisième système de refroidissement de la vanne représentée est formé de deux canaux 34 (figures 2a et 2b) situés radialement à l'extérieur et entourant les garnitures 5. Ces canaux annulaires 34 sont également divisés chacun, par des cloisons terminales 37,en deux tronçons semicirculaires 35 et 36 qui possèdent chacun deux raccords 38 et 39 d'entrée ou de sortie de fluide de refroidissement près des extrémités 12 et 14 de la chambre 10. L'eau ou un autre fluide de refroidissement, provenant d'une arrivée non représentée,peut être introduite d'abord par les raccords 28 ou 29 dans les garnitures 5 et elle peut revenir à travers les canaux 34 à l'extrémité 12 ou 14 par laquelle elle-est introduite. Dans l'agencement représenté sur les figures 1 et 3, où le carter 22 est monté sur l'extrémité 12 de la chambre 10, l'eau de refroidissement entre par les raccords 28 dans les tronçons semicirculaires 25 et 26 des canaux 24, sort de ces tronçons par les raccords 29, passe par des tuyaux d'interconnexion 48 interchangeables et entre ensuite par les raccords 39 dans les tronçons semicirculaires 35 et 36 des canaux 34. Des chicanes 33 (figure 1) dans les zones de transition 23 entre les raccords 39 et les tronçons semicirculaires 35 et 36 des canaux 34 dirigent l'eau de refroidissement contre les cloisons terminales 37 à l'extrémité 14 de la chambre 10 et des chicanes 33 analogues près des raccords 38 dirigent l'eau sur les cloisons terminales 37 près de l'extrémité 12 de la chambre 10. L'eau sortant des raccords 38 est dirigée par des tuyaux d'interconnexion amovibles 49 (figure 3) aux raccords 44 communiquant avec les intervalles 43 en vue du refroidissement par les doubles parois latérales 40 de la chambre 10. L'eau sortant de ces doubles parois par les raccords 45 est évacuée ou refroidie et recyclée. Si le mécanisme de commande 50 est fixé sur l'autre extrémité de la chambre 10, c'est-à-dire sur l'extrémité 14, l'eau de refroidissement pénètre dans les garnitures 5 par les raccords 29 et sort des doubles parois 40 par les raccords 44, l'ensemble de la construction étant alors inversé par rapport au plan de symétrie 16 et les tuyaux d'interconnexion 48 et 49 étant rebranchés en conséquence. Le tiroir 9 peut donc être introduit dans la chambre 10 par l'extrémité 12 et peut être commandé depuis cette extrémité, ou alors être introduit par l'extrémité 14 et être commandé depuis cette dernière, sans que cela nécessite des modifications supplémentaires notables sur la vanne 1. La figure 2b montre que la section transversale 30 des canaux de refroidissement 24 possède une forme fortement arrondie. Les garnitures d'étanchéité 5 dans lesquelles sont formées ces canaux 24 sont de préférence réalisées à partir de profilés soudés qui définissent un élargissement de la section 30 en direction du tiroir 9. Il est possible également de prévoir des communications directes entre les canaux 24 et les canaux 34 par des orifices 30' comme celui représenté sur la figure 2b. REVENDICATIONS 1. Vanne susceptible d'être exposée à des températures élevées, notamment vanne à vent chaud pour haut fourneau, comprenant un corps refroidi à l'eau ou un autre fluide et présentant deux brides d'extrémité, qui contient des canaux de refroidissement dans lesquels circule le fluide de refroidissement et en particulier des garnitures d'étanchéité refroidies à l'eau, ainsi qu'une chambre orientée perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'ouverture de passage de la vanne et dans laquelle est guidé un registre ou tiroir qui permet d'ouvrir ou de fermer cette ouverture de passage et qui est commandé par un mécanisme monté amovible sur le corps de vanne à une extrémité ouverte de ladite chambre, caractérisée en ce que l'extrémité opposée de la chambre est également ouverte et en ce que le corps de vanne est agencé de manière que le mécanisme de commande du tiroir puisse également être monté à cette extrémité opposée de la chambre, l'extrémité ouverte non utilisée étant fermée par un couvercle ou d'une autre manière. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre possède une forme symétrique de part et d'autre d'un plan de symétrie qui contient l'axe longitudinal de l'ouverture de passage et qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la chambre. 3. Vanne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chacune des deux extrémités ouvertes de la chambre présente une bride pour la fixation du mécanisme de commande du tiroir. 4. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les parois latérales de la chambre, s'tendant parallèlement à l'axe longitudinal de l'ouverture de passage, sont refroidies à l'eau ou un autre fluide. 5. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacune des parois latérales est une paroi double formée d'une paroi intérieure et d'une paroi extérieure dont l'intervalle est traversé par un fluide de refroidissement, en particulier de l'eau, qui entre dans la double paroi par un raccord situé près d'une extrémité de la chambre et qui en ressort par un raccord situé près de l'autre extrémité de la chambre. 6. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le corps de vanne comprend, radialement à l'exté- rieur et autour des canaux de-refroidissement pour les garnitures d'étan chéité, des canaux de refroidissement présentant des raccords séparés pour l'entrée ou la sortie du fluide de refroidissement. 7. Vanne selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les raccords d'entrée ou de sortie du fluide de refroidissement pour les canaux de refroidissement des garnitures d'étanchéité et les canaux de refroidissement entourant ces garnitures sont doublés, un jeu de raccords étant prévu près d'une des extrémités des chambres et un autre jeu de raccords étant prévu sur l'autre extrémité de la chambre. 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les raccords d'entrée ou de sortie de fluide de refroidissement des canaux de refroidissement pour les garnitures d'étan chéité et des canaux de refroidissement entourant les garnitures sont dis posés sur les flancs longitudinaux de la chambre. 9. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les raccords pour le refroidissement des garnitures d'étanchéité situés à l'extrémité de la chambre où est monté le mécanisme de commande du tiroir par exemple, sont branchés sur l'arrivée d'eau, les raccords situés à l'autre extrémité de la chambre étant interconnectés de manière que le fluide de refroidissement sortant des raccords pour les garnitures d'étanchéité retourne par les canaux de refroidissement du corps de vanne entourant les garnitures jusqu'à l'extrémité où est monté le mécanisme de commande. 10. Vanne selon la revendication 9, caractérisée en ce que les raccords par lesquels le fluide de refroidissement sort des canaux de refroidissement entourant les garnitures d'étanchéité sont reliés aux raccords d'entrée pour le fluide de refroidissement des doubles parois. 11. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en cè que les canaux de refroidissement pour les garnitures d'étanchéité, formant des sièges pour le tiroir, de même que les canaux de refroidissement du corps de vanne qui entourent les garni tures d'étanchéité, sont chacun divisés, dans le sens de la longueur de la chambre, en deux tronçons semicirculaires présentant chacun deux raccords, un pour l'entrée et l'autre pour la sortie du fluide de refroidissement. 12. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les canaux de refroidissement du corps de vanne qui entourent les garnitures d'étanchéité sont divisés chacun, dans le sens de la longueur de la chambre, en deux tronçons semicirculaires présentant chacun deux raccords, un pour l'entrée et l'autre pour la sortie du fluide de refroidissement. 13. Vanne selon la revendication 12, caractérisée en ce que les canaux de refroidissement du corps de vanne entourant les garnitures d'étanchéité contiennent devant chaque raccord une chicane pour diriger le fluide de refroidissement le long de la cloison terminale prévue à cet endroit pour diviser chacun des canaux en deux tronçons semicirculaires. 14. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que les canaux de refroidissement pour les garnitures d'étanchéité possèdent une section transversale de forme allongée dans le sens axial de la vanne et présentant tout autour des angles arrondis, et en ce qu'une couche de matériau réfractaire est disposée entre la fente dans laquelle est guidée le tiroir et les canaux de refroidissement du corps de vanne qui sont situés radialement à l'extérieur et autour des garnitures d'étanchéité.