Brevet FR2290614A1 — publié le 19760604

Il existe d tiès nombreux types de Vannes capables de -éaliser une obturation étanche sur une canalisation transportant des fluides propres non chargés. ll existe également de très nombreux types d'obturateurs permettant de réaliser uiie étanchéité convenable sur un flux @ar@icules. Ces derniers dis positifs toutefois @e conviennent généralement pas pour assurer simultanément une étanchéité aux gaz. Or, l'objet de la présente invention est de décrire un nouveau robinet vanne capable, en service de longue.durée,.d'assurer simultanément une étanché ité sur le solide granulaire et sur le gaz transportant sou accompagnant le solide. Ainsi, l'invention concerne une. vanne ou un robinet-vanne qui permet d'obturer d'une manière étanche une canalisatioz A section généralement de révo- lution, en particulier. circulaire Il est bien entendu que l'orientation dans l'espace de la canalisation doit etre telle go la circtulation d'un splide gra nulaire soit possible lorsque le robinet est en position ouverte, Lorsque le robinet est en position fermée, il assure l'étanchéité aux solides mais aussi aux gaz.L'avantage majeur de cette vanne est que la présence de particules de solide granulaire ne conduit pas à une détérioration de l'étanchéité de l'appa reil ; cette qualité est conservée mime si le solide est tràs abrasif comme, par exemple, des granulés d'alumine. L'étanchéité est également conservée avec d'autres solides en particu- lier les oxydes des éléments des groupes Il, III, et IV de la classification périodique des éléments. Citons, par exemple, outre l'alumine déjà mentionnée, la silice, les silico-alumines, la magnésie, les silices-magnésies, les alumines magnésies, les silices-thorines, etc... Ces oxydes sont tous des supports de catalyseurs utilisés dans des réactions de conversion d'hydrocarbures très variées comme par example, le reforming, la deshydrogénation, l'aromatisation, la deshydrocyclisation, l'iso mérisation, l'hydrocracking, le cracking, etc... On conçoit donc l'intérêt des vannes selon l'invention, qui peuvent être utilisées dans les dispositifs où l'on met en oeuvre les réactions que l'on vient d'énumérer.Certaines de ces réactions sont effectuées à des températures largement supérieures à 500 C et à des pressions souvent supérieures à 20 bars maiS la vanne ou robinet-vanne selon llinvention peuL tonctionner sous de telles conditions opératoines, si les matériaux de la vanne ont été convenablement choisis. L'invention s'applique particulièrement bien aux cas où, avant l'obturation de la conduite, on a pu, par un moyen approprié, d'une part stopper déjà les solides, par exemple en bloquant en amont l'arrivée de solide par une vanne étanche aux solides et autre part en évacuant la plus grosse partie du solide à proximité immédiate de la vanne selon l'invention, en laissant par exemple le solide s'écouler en aval par gravité de manière à dégager l'espace où l'on procédera à l'obturation sur fluide. Ceci signifie qu'il peut y avoir avantage à disposer, dans le sens de l'écoulement du fluide et du solide, d'une première vanne d'arrêt du solide, non étanche aux gaz, puis de la vanne faisant l'objet de l'invention.On a observé toutefois que cette disposition n'était pas indispensable et qu'il était possible d'utiliser uniquement la nouvelle vanne faisant l'objet de l'invention pour assurer simultanément les deux fonctions d'étanchéité. Les organes d'étanchéité de la vanne Sont, d'une part, une pièce métallique mobile généralement appelée clapet,à symétrie de révolution (et en particulier circulaire? et d'autre part, une pièce métallique immobile de forme sensiblement annulaire et généralement appelée le'siège du clapet. Ces deux pièces ont des dimensions telles qu'une ligne de contact continu existe entre elles. Cette ligne de contact sera sensiblement circulaire (dans le cas d'un clapet à symétrie circulaire) et l'étanchéité sera obtenue en approchant et en assurant un contact avec une certaine force entre les deux pièces. Cette façon d'opérer est classique et connue. Les deux pièces d'étanchéité seront constituées d'un matériau tel qu'ils ne puissent pas être rayés ou détériorés par le solide ; ceci signifie que leur dureté doit être supérieure à celle du solide.Pour des granulés d'alumine, on utilise, par exemple, du carbure de tungstène. La disposition respective des deux pièces sera telle que, en position dite d'ouverture, l'écoulement du solide puisse se faire librement ; une possibilité serait, par exemple, d'incliner sur l'horizontale siège et clapet comme c'est le cas dans la figure où le clapet est 4 et où le siège de clapet est 3. L'étanchéité totale sera réalisée si l'on réussit à éviter l'accumulation de solides le long de la ligne de contact entre le clapet 4 et le siège de clapet 3. Pour éviter l'accumulation de débris de solide sur la dite ligne de contact, une cinématique nouvelle particulière et dûe au fait d'opérer avec le dispositif selon l'invention, est mise en oeuvre : pendant l'approche du clapet vers le siège, le clapet tourne autour de son axe de symétrie. Ce mouvement giratoire est poursuivi après la mise en contact des deux pièces 3 et 4. Toutefois, conformément à l'invention, le montage du clapet est réalisé de façon telle que l'avance du clapet soit stoppée mais que, sous l'action d'une force limitée et contrôlée, le clapet soit forcé à faire au moins un tour autour de l'axe de symétrie tout en maintenant le contact avec le siège.Ce mouvement assure l'écrasement et le balayage des débris de solide qui auraient tendance à s'accumuler à cet endroit. Une des exécutions possiblespour obtenir ce résultat peut être réaliséeavec le dispositif de la figure : le clapet 4 avance sous l'action de la tige filetée 13. Au départ du mouvement de fermeture, le clapet 4 est entrainé par le jeu de crabots 6 et 7. Dès que le clapet entre en contact avec le siège, la tige filetée continue de l'entraîner par le jeu des crabots. Le montage sur ressort 5 permet toutefois au clapet de continuer ce mouvement giratoire sans que la force de contact dépasse une valeur limite qui est à fixer expérimentalement et dépend de la dureté relative du solide et des matériaux de construction des pièces d'étanchéité. A la fin de la période de fermeture, le jeu de crabots s'ouvre, le mouvement de rotation s'arrête et la fermeture se termine par une simple translation sous une force suffisante pour assurer l'étanchéité. Les organes principaux de la nouvelle vanne faisant l'objet de l'invention et leurs dispositions respectives sont alors décrits plus en détail ci-apfès sur la figure. D'une manière connue, la vanne comporte généralement - un corps de vanne 9 et spn couvercle 12 - un siège de clapet 3 ou tout moyen équivalent - un dispositif 4 assurant la fonction de clapet, solidaire d'un moyeu 13 tenant lieu de tige de commande et d'un volant de manoeuvre muni ou non d'un limiteur de couple, non représentés - une garniture 10 munie de son fouloir 11, une traverse de commande 14, éventuellement une chemise guide-clapet 8. De manière préférée, le corps de vanne 9 est disposé dans la canalisation à obturer de façon à faciliter au mieux l'écoulement du solide. De même, la position du clapet 4 dans le corps de vanne 9 vise au même objet. A ce titre, la disposition préférée est celle indiquée dans la figure. Le clapet 4 et le siège de clapet 3 sont des pièces de révolution ayant sensiblement le même axe. Comme indiqué précédemment, le choix du matériau dont sont confectionnées ces deux pièces dépend de plusieurs critères : sa dureté doit être supérieure à celle du solide le plus dur susceptible d'être véhiculé dans la conduite à obturer et son comportement aux températures et pressions d'utilisation doit être satisfaisant ; en outre, son inertie vis-à-vis des substances véhiculées par la conduite doit être suffisante pour autoriser un fonctionnement de longue durée. Selon la présente invention, le clapet 4 ou le dispositif équivalent ne fait pas corps avec la tige de commande 13 comme c'est le cas dans les montages classiques. Selon la présente invention, le clapet 4 est rendu solidaire en rotation de la tige de commande 13 au moyen des dispositifs 6 et 7, dispositifs jouant le rôle de crabots, ces dispositifs ou crabots 6 et 7 (munis de dents ou de systèmes équivalents) étant appliqués l'un contre l'autre par un dispositif tel que le ressort 5 disposé entre le clapet 4 et le crabot inférieur 7. Cette disposition particulière permet comme on le verra de réaliser une étanchéité totale au moment de la fermeture. Le mode détaillé de fonctionnement de la vanne selon l'invention est le suivant : considérons la vanne en position ouverte telle que représentée sur la figure. La catalyseur s'écoule librement à travers le clapet 4 dans le corps de vanne selon la direction indiquée par les flèches 1 et 2 . On ferme une vanne à solides (non représentée sur la figure) située en amont et on laisse le solide s'écouler normalement pour libérer l'espace compris entre siège 3 et clapet 4, puis on tourne le volant de manoeuvre de manière à approcher progressivement le clapet 4 de son siège 3. Au cours de cette manoeuvre, l'ensemble tige 13-clapet 4 se comporte comme un ensemble rigide. En particulier, le ressort 5 suit le mouvement héli cotidal de l'ensemble sans se comprimer ni se détendre. Lorsque le clapet 4 vient au contact des poussières accumulées sur le siège 3, un couple de frottement commence à se développer au niveau du clapet 4. Néanmoins le clapet 4 continue à descendre en tournant puis s'appliqueavec une force de plus en plus grande sur le siège 3. L'augmentation progressive du couple de frottement a pour effet d'écarter progressivement l'un de l'autre les deux crabots 6 et 7 en comprimant le ressort 5. Au cours de la rotation du clapet qui a en effet été obligé de continuer à tourner, se produit l'élimination des particules solides accumulées sur le siège. Lorsque le couple de frottement devient trop important, les deux crabots 6 et 7 finissent par se désolidariser, ce qui provoque-l'arrêt en rotation du clapet 4. Toutefois, comme la rotation du volant se poursuit, ceci a pour effet de comprimer le ressort 5. La force de pression ainsi engendrée a pour effet de presser le clapet 4 sur son siège 3. Un limiteur de couple, non représenté sur la figure , disposé au niveau du volant de manoeuvre, vient interrompre le processus, laissant le clapet 4 appliqué avec une force prédéterminée sur son siège 3.En résumé, la fermeture s'opère en trois temps 1) - approche du clapet de son siège en un mouvement tournant jusqu'au contact 2) - rotation du clapet sur son siège jusqu'à décrochage des crabots, dans le but de nettoyer le siège de toutes les parties solides qui s'y trouvent; 3) - poussée axiale du clapet sur son siège jusqu'à déclenchement du limiteur de couple. L'ouverture de la vanne se réalise selon le processus exactement inverse 1) - décompression du ressort 5 2) - accrochage des crabots et mise en rotation inverse du clapet 3) - éloignement du clapet de son siège. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif d'obturation comportant un corps de vanne, un siège d'étanchéité fixe qui est une pièce de révolution, généralement circulaire, et un clapet placé d'une manière amovible dans la chambre de fermeture et qui, en position de fermeture, repose de manière étanche sur le siège d'étanchéité, le clapet étant rapproché ou éloigné du siège par la rotation d'une tige de manoeuvre autour de son axe, la tige de manoeuvre étant manoeuvrée par un moyeu de commande, l'axe de la tige de manoeuvre étant -celui du clapet, lequel clapet est une pièce de révolution de forme généralement conique ou tronconique, dont l'axe est sensiblement confondu avec celui du siège, le dispositif d'obturation comportant éventuellement en outre des moyens de guidage pour que le déplacement du clapet soit sensiblement perpendiculaire par rapport au siège d'étanchéité, le dispositif d'obturation étant sensiblement caractérisé par les moyens de liaison entre le clapet et la tige de manoeuvre (le clapet ne faisant pas corps avec la tige de manoeuvre), ces moyens étant disposés entre la partie interne du clapet et la tige de manoeuvre, et sensible ment le long de l'axe commun au clapet et à la tige de manoeuvre, ces moyens comportant un élément élastique de forme allongée, la première des deux extremités de cet élément élastique étant fixée dans la partie interne du clapet, la partie externe du clapet étant celle qui vient au contact du siège en position de fermeture du dispositif d'obturation, l'élément élastique étant solidaire du clapet au moyen de cette dite première extrêmité, l'autre extrêmité de l'élément élastique étant solidaire d'un crabot denté qui, en position d'ouverture, est en contact avec un deuxième crabot denté solidaire de la tige de manoeuvre mais qui, en position de fermeture du dispositif d'obturation est désolidarisé de ce deuxième crabot denté, la disposition des moyens de liaison entre le clapet et la tige de manoeuvre étant ainsi telle que, le dispositif d'obturation étant en position d'ouverture, -on parvient à la position de fermeture en sollicitant la tige de manoeuvre au moyen du moyeu de commande, cette tige animée d'un mouvement de rotation autour de son axe provoquant le rapprochement du clapet de son siège, le clapet, tout en se rapprochant ainsi progressivement de son siège, se trouvant également soumis à un mouvement de rotation autour de son axe, rotation due à ce que les deux crabots sont solidaires l'un de l'autre, ce rapprochement avec rotation du clapet se poursuivant jusqu'à ce que la force exercée sur l'élément élastique par la moyeu. de commande et par l'intermédiaire de la tige de manoeuvre et des crabots soit telle que cet élément élastique atteigne une contraction limite à partir de laquelle les deux crabots se désolidarisent l'un de l'autre, cette désolidarisation se traduisant par l'interruption du mouvement en rotation du clapet, lequel cependant,en raisont de la poussée qui continue à être exercée sur -l'élément élastique par le moyeu de commande de la tige de manoeuvre continue son approche en translation de son axe vers le siège, permettant ainsi d'assurer l'étanchéité. L'appareil selon l'invention permet ainsi de mettre en oeuvre un procédé d'interruption d'un flux circulant à travers un espace allongé et renfermant au moins un gaz et au moins un solide, le solide étant constitué de poudre ou de particules, cette poudre ou ces particules étant en grains, en billes ou sous toute autre forme équivalente, le dit solide étant poussé ou porté par le gaz, procédé dans lequel, pour interrompre le dit flux, on amène progressivement, en travers de l'espace allongé, un organe d'obturation, dont la forme est de révolution, au contact d'une bordure périphérique dont la forme est également de révolution, l'axe de cette bordure et celui de ltorgane d'obturation étant confondus, le procédé étant caractérisé en ce que, avant d'assurer un contact parfaitement étanche entre l'organe d'obturation et la bordure périphérique, on fait subir à l'organe d'obturation une rotation sur lui-même avant et pendant la mise en contact avec la dite bordure périphérique pour empêcher ou éviter la présence ou l'accumulation de particules dans la zone de contact de l'organe d'obturation et de la bordure périphérique, pour assurer ensuite une étanchéité totale en pressant l'organe d'obturation sur la bordure périphérique. EXEMPLE Le dispositif- de la figure a été essayé avec succès pour obturer une conduite dans laquelle circulaient des gaz et des billes d'alumines de 2 mm de diamètre alors que de nombreux types de vannes de conceptions variées n'ont pas donné satisfaction car, dans les meilleurs des cas, l'étanchéité n'était plus satisfaisante au bout de quelques dizaines de manoeuvres d'ouverture-fermeture, la fuite étant déjà supérieure à 5 m3/h (sous 20 bars) après dix manoeuvres d'ouverture-fermeture. La vanne faisant l'objet de l'invention, après plus de mille manoeuvres d'ouverture-fermeture a conservé une étanchéité aux gaz très correcte puisque la fuite observée était inférieure à 10 litres de gaz aux conditions normales par heure, pour une différence de pression entre l'amont et l'aval égale à 20 bars. Dans le cas étudié, le matériau du siège et du clapet était en carbure de tungstène. REVENDICATIONS 1) - Dispositif d'obturation comportant un corps de vanne, un siège d'étanchéité fixe qui est une pièce de révolution, et un clapet placé d'une manière amovible dans la chambre de fermeture et qui, en position de fermeture, repose de manière étanche sur le siège d'étanchéité, le clapet étant rapproché ou éloigné du siège par la rotation d'une tige de manoeuvre autour de son axe, la tige de manoeuvre étant manoeuvrée par un moyeu de commande, l'axe de la tige de manoeuvre étant celui du clapet, lequel clapet est une pièce de révolution, et l'axe du siège étant sensiblement confondus, le dispositif d'obturation étant sensiblement caractérisé par les moyens de liaison entre le clapet et la tige de manoeuvre, ces moyens étant disposés entre la partie interne du clapet et la tige de manoeuvre, ces moyens comportant un élément élastique de forme allongée, la première des deux extrémités de cet élément élastique étant fixée dans la partie interne du clapet, la partie externe du clapet étant celle qui vient au contact du siège en position de fermeture du dispositif d'obturation, l'élément élasti première que étant solidaire du clapet au moyen de cette dite extrémité, l'autre extrêmité de l'élément élastique étant solidaire d'un crabot denté qui, en position d'ouverture, est en contact avec un deuxième crabot denté solidaire de la tige de manoeuvre mais qui, en position de fermeture du dispositif d'obturation est désolidarisé de ce deuxième crabot denté, la disposition des moyens de liaison entre le clapet et la tige de manoeuvre étant ainsi telle que, le dispositif d'obturation étant en position d'ouverture, on parvient à la position de fermeture en sollicitant la tige de manoeuvre au moyen du moyeu de commande, cette tige animée d'un mouvement de rotation autour de son axe provoquant le rapprochement du clapet de son siège, le clapet, tout en se rapprochant ainsi progressivement de son siège, se trouvant également soumis à un mouvement de rotation autour de son axe, rotation due à ce que les deux crabots sont solidaires l'un de l'autre, ce rapprochement avec rotation du clapet se poursuivant jusqu'à ce que la force exercée sur l'élément élastique par le moyeu de commande et par l'intermédiaire de la tige de manoeuvre et des crabots soit telle que cet élément élastique atteigne une contraction limite à partir de laquelle les deux crabots se désolidarisent l'un de l'autre, cette désolidarisation se traduisant par l'interruption du mouvement en rotation du clapet, lequel cependanty en raison de la poussée qui continue à être exercée sur l'élément élastique par le moyeu de commande de la tige de manoeuvre,-continue son approche en translation de son axe vers le siège, permettant ainsi d'assurer l'étanchéité. 2) - Procédé d'interruptlon d'un flux circulant à travers un espace allongé et renfermant au moins un gaz et au moins un solide, le solide étant constitué de poudre ou de particules, procédé dans lequel, pour interrompre le dit flux, on amène progressivement, en travers de ltespace allongé, un organe d'obturation, dont la forme est de révolution, au contact d'une bordure périphérique dont la forme est également de révolution, l'axe de cette bordure et celui de ltorgane d'obturation étant confondus1 le procédé étant caractérisé en ce que, avant d'assurer un contact parfaitement étanche entre l'organe d'obturation et la bordure périphérique, on fait subir à l'organe d'obturation une rotation autour de son axe avant et pendant la mise en contact avec ladite bordure périphérique pour empêcher ou éviter la présence ou l'accumulation de particules dans h zone de contact de ltorgane d'obturation et de la bordure périphérique, pour assurer ensuite une étanchéité totale en pressant l'organe d'obturation sur la bordure périphérique. 3) - Dispositif selon la revendication 1 comportant des moyens de guidage pour que le déplacement du clapet soit sensiblement perpendiculaire par rapport au siège d'étanchéité. 4) - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel un embout-guide est aménagé entre l'élément élastique et la partie interne du clapet de façon å ce qu'en position de fermeture l'embout-guide se trouve logé dans une cavité aménagée au centre du clapet d'étanchéité. 5) - Procédé selon la revendication 2 dans lequel l'obturation de l'espace allongé n'intervient que lorsque la majorité des solides a été éliminée de cet espace.