Brevet FR2376983A1 — publié le 19780804

Le réglage de la pression dans les fours est effectué au moyen d'une vanne qui agit sur le tirage de la cheminée. Cette vanne est généralement du type "papillon", c'est à-dire qu' elle comporte un registre circulaire pouvant tourner autour d'un axe traversant la cheminée. La rotation de cet axe est obtenu par un moteur, ou un dispositif à vérin, commandé par le dispositif de régulation de pression du four. Cet axe, qui est entouré de fumées encore chaudes, se trouve porté à une température élevée, dont l'effet sur les propriétés mécaniques du métal qui le constitue, est néfaste.Cet effet devient particulièrement géyant dans les cheminées de grand diamètre qui équipent les fours de grande puissance, par suite de la longueur et du porte-a-faux de l'axe qui peut atteindre plusieurs mètres, ainsi que de l'ausnentation des échanges thermiques entre les fumées et l'axe, du fait de 1 'épaisseur plus grande des fumées. I1 est donc nécessaire, pour conserver des caractéristiques mécaniques convenables, soit de diminuer les tolérances mécaniques, ce qui conduit à accrottre le diamètre et, par suite, la masse de l'axe, soit de maintenir le métal à une température basse, au moyen d'un dispositif de refroidissement. Pour refroidir l'axe de la vanne, on établit en géné- ral une circulation d'eau à l'intérieur de l'axe, soit en circuit fermé, avec un échangeur, soit en cicuit ouvert. Dans les deux cas, l'alimentation de l'axe en eau doit se faire par l'intermédiaire de joints tournants, qui sont une cause possible de fuite. Si le refroidissement est assuré en circuit ouvert et si la vanne se trouve à plusieurs dizaines de mètres de hauteur, ce qui est le cas dans les grosses installations, il est nécessaire d'installer une station de pompage pour élever l'eau jusqu'à l'axe. Enfin, les risques de gel en cas d'arrêt du four l'hiver rendent nécessaires un dispositif de chauffage des conduites. La présente invention a pour objet un procédé de refroidissement de l'axe d'une vanne papillon placée dans la cheminée d'un four, qui remédie à ces inconvénients. Selon la présente invention, on refroidit l'axe par évaporation d'un liquide caloporteur en faisant condenser le liquide dans une enceinte solidaire de l'axe et extérieure à la cheminée. Le liquide caloporteur doit présenter une température d'équilibre des phases liquide-vapeur qui conserve à l'axe des caractéristiques mécaniques acceptables, tout en étant suffisamment élevée pour limiter le transfert de chaleur de façon à conserver des dimensions raisonnables au dispositif de refroidissement. On peut utiliser comme liquide caloporteur notamment du sodium ou du potassium fondu. ha présente invention a également pour objet une vanne papillon refroidie conformément au procédé défini cidessus. Cette vanne est caractérisée en ce que son axe est creux et en communication avec une chambre qui est placée à 1' extérieur de la cheminée et dont la paroi est fixée de manière étanche à 1' axe, ce dernier et la chambre contenant un volume de liquide caloporteur tel qu'il remplisse partiellement la chambre et l'axe sur toute sa longueur. Lorsque l'axe est en contact avec les fumées chaudes, le liquide sty vaporise et la vapeur ainsi produite vient se condenser sur la paroi plus froide de la chambre. La chaleur ainsi libérée dans la chambre est évacuée par convection naturelle à I ' atmosphère et par rayonnement. La température atteinte par l'axe est fonction de la température des fumées et des dimensions relatives de l'axe et de la chambre. Celles-ci & gt;nt déterminées de façon que la température de l'axe ne dépas- se pas environ 450 C. Toutes les parties de l'axe et de la chambre sont pratiquement à la méme température, par suite de la variation rapide de la tension de vapeur du liquide avec la température. Il en résulte une absence des tensions internes dans l'axe qui pourraient entre dues à des différences de température. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la chambre est constituée par un disque creux dont le plan est perpendiculaire à l'axe. La surface intérieure de 1 axe peut être garnie d'une toile métallique, d'une tôle perforée ou d'une matière fibreuse résistant à la chaleur, par exemple de fibres de carbone. Ce garnissage assure, par effet de capillarité, la mise en contact de toute la surface intérieure de l'axe avec le liquide caloporteur. De son côté, la chambre peut entre garnie intérieurement de plaques métalliques parallèles à sa surface extérieure et propres à permettre la redescente du liquide à contre-courant de la vapeur. On a décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de la vanne papillon selon l'invention avec référence au dessin annexé dans lequel : La Fig. l est une vue en perspective de l'axe de la vanne 5 La Fig. 2 est une vue en coupe axiale de la vanne à l'intérieur d'une cheminée. Telle qu'elle est reprdsentée dessin, la vanne com- porte un axe creux 1 qui est solidaire d'un registre 2, l'ensemble étant placé dans une cheminée 3. Chacune des extrémités de l'axe 1 traverse la paroi de la cheminée et porte un disque creux 4 placé à l'extérieur de la cheminée. Le disque est fixé de manière étanche sur l'axe et est en communication avec lui. Il est muni d'une vanne 5 permettant de faire le vide à l'intérieur du disque et de l'arbre, ainsi que d'un conduit de remplissage 6. Une tôle perforée roulée 7 est appliquée sur la paroi interne de l'axe 1. Des pastilles 8 sont soudées sur le flasque extérieur du disque. L' axe 1 et le disque 4 sont remplis partiellement d'un liquide caloporteur 9, par exemple de potassium. Lorsque l'axe 1 est en contact avec les fumées chaudes traversant la cheminée 3, le potassium se vaporise et ses vapeurs viennent se condenser sur la paroi des disques 4 qui sont refroidis par l'air ambiant. Le potassium condensé revient par gravité à l'intérieur de l'axe 1. On voit, que lors de l'utilisation, il n'y a aucune pièce en mouvement de sorte qu'aucun entretien n'est nécessaire. Tout l'ensemble pivote lorsque la position du papillon 2 est modifiée. I1 va de soi que la présente invention ne doit pas titre considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDXCATIONS 1 - Procédé de refroidissement de l'axe d'une vanne papillon placée dans la cheminée d'un four, caractérisé en ce qu'on refroidit l'axe par évaporation d'un liquide caloporteur en faisant condenser le liquide dans une enceinte solidaire de l'axe et extérieure à la cheminée. 2 - Vanne papillon pour cheminée, caractérisée en ce que son axe est creux et en communication avec une chambre qui est placée à l'extérieur de la cheminée et dont la paroi est fixée de manière étanche à l'axe, ce dernier et la chambre contenant un volume de liquide caloporteur tel qu' il remplisse partiellement la chambre et l'axe sur toute sa longueur. 3 - Vanne papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre est constituée par un disque creux dont le plan est perpendiculaire à 1' axe. 4 - Vanne papillon selon la revendication 2 ou 3,caractérisée en ce que l'axe porte un disque creux à chacune de ses extrémités. 5 - Vanne papillon selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la surface intérieure de l'axe est garnie d'une toile métallique, d'une tôle perforée ou d'une matière fibreuse résistant à la chaleur, par exemple de fibres de carbone. 6 - Vanne papillon selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la chambre est garnie intérieurement de plaques métalliques parallèles à sa surface extérieure et propres à permettre la redescente du liquide à contre-courant de la vapeur.