Brevet FR2430566A1 — publié le 19800201

La présente invention concerne une soupape de réglage en particulier pour de la vapeur à haute pression, avec un dispositif de guidage de soupape monté à l'intérieur d'une boite de soupape, un corps de soupape avec un cône de soupape pouvant coulisser dans ce guidage et un corps siège de soupape réalisé sous la forme d'un diffuseur. Avec les robinetteries de réglage, en particulier avec les éléments de réglage utilisés pour les centrales électriques, lorsque les domaines de réglage sont étendus, au point d'interruption du passage, il se produit des variations brusques ou discontinuités des conditions d'écoulement. Il peut apparattre alors des vitesses d'écoulement qui sont du domaine des vitesses soniques. Par suite dtinstabilitfis de l'écoulement, c'est-à-dire de variations de la pression et de la vitesses, des vibrations de résonance prennent alors naissance et peuvent entraîner des avaries consécutives à des ruptures dues à la fatigue. En raison des vitesses élevées de ltécoulement, après le siège de soupape, on prévoit pour canaliser le fluide un diffuseur réalisé sous la forme d'une tuyère de Laval. La section la plus faible du diffuseur, le col de la tuyère, se trouve alors relativement près en aval du siège de soupape, le contour dtune coupe méridienne passant par l'axe du diffuseur ayant alors, entre le siège de la soupape et le col, la forme d'une ligne courbe convexe avec un rayon de courbure régulièrement croissant. On donne une telle forme au diffuseur dans le but d'obtenir une récupération aussi poussée que possible de la pression, et de maintenir ainsi les pertes aussi basses que possible. Il est apparu cependant, avec des diffuseurs présentant une telle structure, que les parties courbes convexes précitées du contour méridien entre le point de laminage le plus étroit, à la sortie de la fente de passage de la soupape et le col du diffuseur, devaient être considérées comme responsables pour une très grande partie des instabilités acoustiques, lors des vibrations du diffuseur provoquées par le laminage. Entre autres, on a aussi pu constater expérimentalement, que ces phénomènes indésirables étaient de plus particulièrement favorisés par la forme arrondie des lèves ............. d'engagement, à la sortie de la fente de passage de la soupape. Des études ont donc été entreprises en vue de développer une nouvelle forme de diffuseur qui permettrait d'éviter les inconvénients précités. Ce problème a été résolu selon l'invention, par le fait que la lèvre d'entrée, à la transition du siège de soupape au diffuseur est réalisée de manière à former une arête vive, et que les lignes qui délimitent les coupes méridiennes du diffuseur et du cône de soupape, après la section de passage la plus étroite de la fente de passage, forment un contour polygonal composé d'éléments non convexes. On va décrire ci-dessous l'objet de l'invention plus en détail, en se référant au dessin dont les figures représentent respectivement : Figure 1 une soupape de réglage pour vapeur à haute pression présentant les caractéristiques de l'invention, et Figure 2 un extrait de la figure 1, à échelle dilatée, avec la représentation d'une partie du corps de soupape avec le diffuseur. La soupape de réglage de vapeur représentée dans la figure 1 comporte une botte de soupape classique 1, et dans la partie inférieure de celle-ci est logé un corps siège de soupape 2. Dans la partie supérieure se trouve un corps de guidage de la soupape 3, entre le corps siège de soupape 2 et le corps de guidage de la soupape est disposé un filtre de vapeur 4. Par sa partie supérieure, le corps de guidage de la soupape 3 est logé dans une bride intermédiaire 5 et il contient une douille de guidage de la tige de soupape 6 qui reçoit la tige de soupape 7 mobile dans le sens axial. A son extrémité supérieure la tige de soupape 7 est reliée à la tige de commande 9 deun servomoteur non représenté, au moyen d'un accouplement 8 articulé, mais rigide dans le sens de la torsion.A l'extrémité inférieure de la tige de soupape 7, un corps de soupape 10 est fixé par conjugaison de formes, et par sa surface extérieure, ce corps de soupape est guidé axialement dans un alésage du corps de guidage de la soupape. L'élément de fermeture inférieur du corps de soupape 10 est constitué par un cône de soupape 11 qui, dans la position représentée, repose sur un siège de soupape 12 en forme de cône creux, disposé à la partie supérieure du corps siège de soupape 2. A l'intérieur, le corps siège de soupape 2 a la structure d'un diffuseur, qui se compose d'une partie de diffuseur cylindrique, que nous appelons ci-dessous cylindre de diffuseur 13, et dlun cône de diffuseur 14. Ce qui est important pour l'efficacité, selon les données du problème exposées plus haut, ctest la présence dune arête vive à l'intersection 15 du cône défini par le siège de soupape 12 et le cylindre du diffuseur 13. Si l'on donnait une fonte arrondie à cette transition du siège de soupape au cylindre du diffuseur, à la lèvre d'entrée, il apparaitrait à cet endroit des instabilités acoustiques, instabilités qu'il s'agit précisément d'éviter selon les données du problème.Les études ont montré que les excitations acoustiques engendrées par le laminage peuvent être évitées, si l'on réalise la levre d'entrée de manière à former une arête vive et si l'on évite tout élément convexe dans la suite du contour du diffuseur et en particulier si l'on évite tout rétrecissement de la section de passage. Dans la figure 2 qui représente à une échelle plus grande, les formes géométriques qui se présentent dans la zone du siège de soupape et des parties supérieures du diffuseur, on a tracé en trait interrompu le contour méridien du diffuseur réalisé selon les conceptions qui avaient cours jusqu'à ce jour. Il faut choisir la longueur du cylindre de diffuseur 13 de manière que lécoulement se soit rétabli au-dessus de la ligne d'intersection 16 du cylindre de diffuseur 13 et du cône de diffuseur 14, c'est-à-dire que le cylindre de diffuseur doit se terminer en aval aussi près que possible en dessous de la zone des inversions d'écoulement En raison cependant, du fait qu'il n'est pratiquement pas possible de garantir la tenue exacte des conditions de fonctionnement prévues et par mesure de sécurité, il faudra réaliser le cylindre de diffuseur avec une longueur légèrement plus grande que celle qui correspondrait à la limite des inversions d'écoulement, déterminée expérimentalement pour une soupape déterminée. Avec ltexemple de réalisation que nous avons décrit, la délimitation du diffuseur, en coupe méridienne, est constituée par un cylindre de diffuseur 13 qui fait suite à la levre d'entrée à arête vive 15 et suivie à son tour par le cône de diffuseur 14. D'autres formes de contour sont cependant également possibles dans la mesure où le tracé polygonal qui forme le contour, abstraction faite des arêtes vives, c'est-à-dire des points anguleux à la limite entre deux éléments de tracé concourants, ne comporte pas d'éléments qui, vus de l'axe du diffuseur, auraient une forme convexe. Cette condition sera également satisfaite par un diffuseur, entre autres, qui au lieu du cylindre de diffuseur 13 comporterait après l'arête vive de la lèvre d'entrée un cône effilé qui, après la zone d'inversion de l'écoulement serait suivi d'un cône ayant un angle d'ouverture plus grand. Là aussi, de même que dans tous les autres cas imaginables, il faut que ltintersection entre les deux cônes forme une arête de décollement à angle vif. Mais le diffuseur pourrait aussi être constitué d'un ou de plusieurs éléments de diffuseur présentant une courbure concave, ou de combinaisons de tels éléments avec des éléments de diffuseur cylindriques ou coniques, où cependant, ainsi qu'on l'a déjà dit, les sections doivent aller en augmentant dans le sens de l'écoulement. L'exigence, qu'après la section de passage la plus étroite de la fente de passage de la soupape, les parois si tuées en aval dans le sens de lécoulement ne ne doivent pas présenter de parties convexes, est aussi valable pour le cône de soupape. Avec la forme de réalisation qui a été représentée dans le dessin, la face frontale inférieure du corps de soupape 10 a reçu une structure en forme de tronc de cône creux. Cette face frontale pourrait cependant être plane, ou bien faire saillie dans la direction de l'écoulement, en aucun cas cependant, l'écoulement qui sort de la fente de passage de la soupape ne doit rencontrer sur son chemin dans le diffuseur des surfaces à courbure convexe, sinon l'efficacité des mesures prises selon 1'invention se trouverait compromise. REVENDICATIONS 1.- Soupape de réglage, en particulier pour de la vapeur à haute pression, avec un dispositif de guidage de soupape monté à l'intérieur d'une bote de soupape, un corps de soupape avec un cône de soupape pouvant coulisser dans ce guidage de soupape, et un corps siège de soupape réalisé sous la forme d'un diffuseur, caractérisée par le fait que la lèvre d'entrée à la transition du siège de soupape (12) dans le diffuseur est réalisée de manière à former une arête vive, et que les lignes délimitant les coupes méridiennes du diffuseur et du cône de soupape (11) après la section de passage la plus étroite de la fente de passage forment un contour polygonal composé d'éléments non convexes. 2.- Soupape de réglage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la partie du diffuseur qui fait suite au siège de soupape (12) a la forme d'un cylindre (14) et délimité par une arete vive, ce cylindre se raccorde à un cône diffuseur (14) qui va en s'élargissant dans le sens de 1 écoulement.