Brevet FR2464422A1 — publié le 19810306

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à une valve à haut rapport de réduction de pression et, en particulier, elle concerne une valve dans laquelle un dispositif réducteur du débit du fluide par étranglement est monté à l'extérieur du corps de la valve, d'une manière telle que des parois épaisses et hautement résistantes ne soient nécessaires que dans les régions de ladite valve délimitant l'espace annulaire entourant la tige et l'orifice d'entrée de ladite valve. Pour le traitement de fluides s'écoulant sous une forte pression, il est souvent nécessaire de disposer d'un moyen sur et économique grâce auquel il est possible d'obte- nir une forte baisse de pression du débit du fluide. Typi- quement de fortes réductions de pression sont nécessaires lors du fonctionnement de valves de décharge commandées dans lesquelles, par exemple, de la vapeur à haute pression provenant d'une chaudière est dirigée vers un condenseur à basse pression ou dans l'atmosphère. Les moyens connus pour décharger un fluide à haute pression dans l'atmosphère ou dans un orifice de sortie à basse pression consistent en des dispositifs, tels que des valves assurant de faibles chutes de pression et d'un silencieux ou d'amortisseurs de bruit raccordés à leurs orifices de sortie. On a également utilisé des valves dotées d'une série de plaques perforées réductrices de pression en aval, ainsi que des valves munies de dispositifs réducteurs de débit par étranglement. Bien que les dispositifs susmentionnés de l'art antérieur se soient avérés atteindre les objectifs auxquels ils étaient destinés, chacun d'eux comporte des inconvénients. Par exemple, les dispositifs réducteurs de débit par étran- glement connus dans l'art antérieur (par exemple du type à disques empilés) procurent une meilleure atténuation du bruit et une meilleure dissipation de l'énergie du fluide que les silencieux équipant les valves classiques. Cependant, ces dispositifs réducteurs de débit sont généralement montés dans une nervure d'un corps de valve et situés entre les entrée et sortie dudit corps. Dans un dispositif assurant une forte baisse de pression envisaaé par la présente invention, un tube d'entrée de 20,3 cm nécessiterait un corps de valve présentant une sortie d'un diamètre compris entre 50,8 cm et 101,6 cm. Un orifice de sortie d'un aussi grand diamètre entraînerait une valve très encombrante et très onéreuse. De plus, l'utilisation d'un ensemble classique d'un silen- cieux et d'une valve se fait aux dépens des caractéristiques de fonctionnement les plus avantageuses d'un dispositif réducteur de débit par étranglement. Dans un dispositif de l'art antérieur, décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 068 683, un réducteur de fluide par étranglement comportant des pla- ques empilées, est monté sur une plaque formant un seul bloc avec le tube d'admission du fluide. La pile d'étranglement comporte une chambre d'admission cylindrique centrale qui recouvre l'extrémité ouverte du tube d'admission, de sorte que le fluide s'écoule dudit tube, traverse le réducteur et s'échappe dans l'atmosphère. Un obturateur déplaçable axiale- ment est logé à l'intérieur de la chambre, de telle sorte que la pile puisse être partiellement exposée au débit du fluide, ou bien que le débit puisse être entièrement inter- rompu. Bien que le dispositif selon le brevet précité utilise un réducteur de débit par étranglement sans nécessiter un corps de valve de grande dimension, la vapeur à haute pres- sion régnant en amont de ce dispositif impose une pression considérable à l'obturateur de la valve, ce qui tend à sou- mettre la tige de cet obturateur à de grandes contraintes. Pour résoudre cette difficulté posée par les forces exercées sur la tige, le dispositif du brevet précité comporte des passages s'étendant axialement dans ledit obturateur de la valve, la vapeur à haute pression pouvant alors passer au- dessus dudit obturateur et dudit réducteur de débit, de manière à équilibrer les forces agissant sur l'obturateur et la tige. Cependant, il en résulte une haute pression régnant au-dessus du réducteur de débit, ce qui nécessite que les organes fixant ce dernier à la plaque de montage soient épais et rigides, ce qui augmente le poids, le coût et la complexité d'un tel dispositif. La présente invention a par conséquent tout d'abord pour objet une valve comportant un réducteur de - débit par étranglement et un obturateur équilibré, sans nécessiter la présence d'organes très robustes dans des régions autres que l'orifice d'entrée du fluide à haute pression dans le dispositif. Dans ses aspects les plus larges, la valve selon l'invention est équipée d'un organe d'entrée du fluide à haute pression présentant une extré- mité ouverte, ainsi que d'un moyen permettant de relier le réducteur de débit audit organe d'entrée, la région d'admission dudit réducteur étant en communication avec l'extrémité ouverte dudit organe d'entrée du fluide à haute pression. Un obturateur, mobile axialement, est logé à l'intérieur du réducteur de débit et peut être déplacé par une tige reliée audit obturateur et s'éten- dant, à partir de ce dernier, du côté haute pression ou amont de la valve. Un siège est ménagé entre le réducteur de débit ou dispositif d'étranglement et l'extrémité ouverte de l'organe d'entrée, ledit obturateur pouvant coopérer avec ledit siège de manière à obturer ladite valve. Lorsque la tige est actionnée de manière à soulever l'obturateur à l'écart du siège, le fluide à haute pression provenant de l'organe d'admission s'écoule directement dans et à travers le dispositif d'étranglement qui impose audit fluide une dissipation d'énergie progressive et contrôlée jusqu'à atteindre la pression atmosphérique. Le fluide peut alors être évacué directement du dispositif d'étranglement dans l'atmosphère ou dans un organe basse pression. Selon une caractéristique essentielle de la valve selon l'invention, un élément d'équilibrage coopère avec la tige de ladite valve et comporte une partie pré- sentant une section transversale faisant face au côté haute pression de l'obturateur et séparée dudit côté par une certaine distance. Les aires transversales de l'élément d'équilibrage et du côté amont de l'obturateur sont accordées de façon que le fluide à haute pression provenant de l'or- gane d'admission exerce une action égale sur chacune des surfaces pour éliminer ainsi sensiblement les forces non équilibrées exercées par le fluide sur la tige, l'obtura- teur ou sur des régions situées à l'extérieur du dispositif d'étranglement ou de l'organe d'admission du fluide à haute pression. D'une manière très avantageuse, la valve selon l'invention maintient efficacement les contraintes dues à la haute pression à l'intérieur de l'organe d'admission, rendant ainsi superflue une forme de réalisation encom- brante et lourde des autres éléments constituant ladite valve. Par exemple, la valve décrite ci-avant simplifie considérablement le moyen permettant de relier le dispo- sitif d'étranglement au tube d'entrée. A présent, des struc- tures robustes de renforcement ne sont plus nécessaires pour retenir le dispositif d'étranglement à l'encontre des hautes pression du fluide en amont. Bien plus, l'obturateur équi- libré facilite un fonctionnement régulier et aisé de la tige, permettant ainsi un fonctionnement convenable et sûr de ladite valve. La sortie du dispositif d'étranglement peut être mise directement en communication avec l'atmos- phère permettant ainsi d'obtenir une valve à rapport élevé de réduction de la pression, bénéficiant des avantages de la technologie avancée d'un dispositif réducteur de débit par étranglement dans un ensemble profilé. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une coupe transversale d'une valve à haut rapport de réduction de pression selon la présente invention; et la figure 2 est une coupe-du réducteur de débit par étranglement de ladite valve, suivant la ligne 2-2 de la figure 1. En se référant au dessin, et particulièrement à la figure 1, la référence numérique 10 désigne un passage d'admission de fluide à haute pression. Un corps 11 de valve, solidaire dudit passage 10, présente des orifices 12 et 13, opposés et distants l'un de l'autre. Ces orifices 12 et 13 sont chacun en communication avec le conduit 14 du passage et ils sont orientés généralement perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit passage 10. Dans la forme de réalisation illustrée, l'orifice 12 présente des portées concentriques circulaires 15 et 16. Une douille cylindrique 17, comportant une collerette circu- laire 18 faisant saillie radialement, est étroitement logée à l'intérieur de l'orifice 12, de telle sorte que la colle- rette circulaire 18 prenne appui sur la portée 16 et que la face interne de la paroi de la douille 17 constitue un prolongement des côtés de l'orifice 12. En outre, une sail- lie cylindrique 19 solidaire de la douille 17 s'étend de manière à venir au contact d'une partie de la portée 15. Une garniture 20 est logée étroitement entre la portée 15, la collerette 18 et la saillie 19, de manière à former un joint empêchant les fuites entre la face externe de la paroi de la douille 17 et l'intérieur de l'orifice 12. Une face biseautée 21 est formée le long de la circonférence interne de l'extrémité supérieure ouverte de la douille 17, de manière à former un siège. Les régions du corps de la valve s'étendant à partir de la portée 16 et entourant la douille 17 présentent un taraudage 24. De la sorte, l'orifice 12 et la douille 17 décrits ci-avant constituent un passage 23 de sortie du fluide allant du passage 10 à l'atmosphère 22. Le taraudage 24 est concen- trique à la douille 17, dont il est espacé, de manière à per- mettre de simplifier le montage d'un réducteur de débit par étranglement, comme cela ressortira de la suite de la descrip- tion. Sur la figure 1, la référence numérique 25 désigne globalement un réducteur de débit ou dispositif d'étranglement, présentant une chambre centrale 26 d'admission du fluide, dis- posée au-dessus de la douille 17, de manière que cette chambre 26 soit en communication avec le passage 23. Avantageusement, le dispositif 25 comporte une série de cylindres concentriques 27 à 32 étroitement ajustés et assujettis les uns aux autres, par exemple par des joints soudés. Chacun des cylindres 27 à 32 comporte plusieurs ouvertures 33 qui, orientées radia- lement et réparties à intervalles réguliers sur la périphérie desdits cylindres, traversent chaque cylindre considéré en présentant un diamètre uniforme. Comme le montre clairement la figure 2, les cylin- dres concentriques 27 à 32 sont disposés et configurés de telle sorte que chaque ouverture 33 de chacun de ces cylin- dres recouvre au moins une ouverture 33 de chaque cylindre contigu, formant ainsi entre lesdites ouvertures superposées 33 des orifices d'étranglement. Par ailleurs, chaque ouver- ture 33 présente une dimension suffisante pour constituer une chambre de détente du fluide qui la parcourt. Par conséquent, comme on le verra en détail ci-après, un fluide à haute pres- sion, par exemple de la vapeur d'eau, parcourant la valve, s'écoule par le passage 23 dans la chambre d'entrée 26 et, de là, il se subdivise en courants individuels passant par les ouvertures 33. Lorsqu'ils traversent la série de chambres de détente, et d'orifices d'étranglement délimités par les ouvertures superposées 33, ces courants individuels sont- soumis chacun à une dissipation d'énergie progressive et contrôlée. Avantageusement, les diamètres des ouvertures 33 peuvent être choisis de manière à augmenter progressivement vers l'aval, afin de permettre l'expansion de fluides com- pressibles, tels que de la vapeur d'eau. Typiquement, les dimensions de chaque ouverture 33, la mesure dans laquelle ces ouvertures se chevauchent et le nombre des cylindres peuvent être prédéterminés avec une grande précision mathé- matique, de manière que la pression de la vapeur provenant du cylindre 32 situé en aval et le plus à l'extérieur du dispositif 25 soit suffisamment réduite pour permettre un échappement direct et sans danger de la vapeur dans l'at- mosphère 22. En se référant à nouveau à la figure 1, les deux cylindres intérieurs 27 et 28 du dispositif 25 s'étendent au-delà des extrémités inférieures des autres cylindres 29 à 32, de manière à former une jupe cylindrique. Le cylindre 27, situé le plus à lintérieur, comporte un évidement 34 ménagé dans la face interne de sa paroi et le cylindre 28 présente une face périphérique filetée 35. Les cylindres 27 et 28 sont logés dans l'espace compris entre la douille 17 et le taraudage 24, de sorte que le dispositif d'étran- glement est relié par filetage audit taraudage 24 et que l'évidement 34 du cylindre 27 est disposé sans jeu sur la douille 17. De la sorte, le dispositif d'étranglement 25 est assujetti au corps de la valve et la chambre d'admis- sion 26 de ce dispositif est directement en communication avec le passage 23, comme décrit ci-avant. Un obturateur 36 coulisse à l'intérieur de la chambre d'admission 26 du dispositif d'étranglement et il présente une face biseautée 37, dont la configuration est complémentaire de celle du siège 21 de la douille 17. Lorsque cet obturateur 36 occupe sa position la plus basse, en obser- vant la figure 1, la valve est fermée et la vapeur ne peut pas s'échapper du passage 10. Lorsque cet obturateur 36 est déplacé axialement, par exemple à une position illustrée en traits mixtes sur la figure 1, la vapeur peut s'échapper du passage 10 en parcourant le passage 23, et pénétrer dans la chambre d'admission 26. Plus le déplacement de l'obturateur 36 a l'écart du siège 21 est important, plus le nombre d'ouvertures 33 recevant de la vapeur est élevé. Par conséquent, le dépla- cement de l'obturateur 36 commande le débit de la vapeur s'échappant dans l'atmosphère. Une tige 38 de valve est solidaire de l'obturateur 36 et commande le déplacement axial de ce dernier à l'intérieur de la chambre 26, comme décrit ci-après. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, un élément cylindrique d'équilibrage 39 coulisse à l'intérieur d'un orifice ou canal 13, de telle sorte que la face supé- rieure 40 de cet élément 39 soit espacée et en regard de la face inférieure 41 de l'obturateur. La tige 38 présente un tronçon extrême fileté 42 vissé dans un logement taraudé 43 ménagé au centre de la face supérieure 40 de l'élément - d'équilibrage 39. L'extrémité opposée de cet élément 39 est reliée, par un écrou et un filetage,à une tige de commande 44 coopérant avec un mécanisme de commande approprié (non représenté), en vue de permettre un déplacement axial et simultané de l'obturateur 36 et de l'élément d'équili- brage 39. Avantageusement, l'orifice 13 comporte une région de plus grand diamètre, une garniture 46 pouvant être placée entre l'élément d'équilibrage 39 et la face interne de la paroi de l'orifice 13 pour former un joint étanche. Cette garniture 46 est maintenue en place par un collier bridé 47 emboîté sur l'élément 39 et fixé au tronçon extrême I1 par plusieurs boulons 48. Le débit de vapeur provenant du conduit 14 du pas- sage d'admission 10 de la valve pénètre dans chacun des ori- fices 12 et 13 en exerçant une pression sur les surfaces 40 et 41. La pression exercée sur la surface 40 est opposée à celle agissant sur la surface 41, de sorte que les effets de ces deux pressions sont équilibrés. Selon une forme de réalisation de l'invention, les aires de ces surfaces 40 et 41 sont étroitement accordées, de sorte que les forces exercées par les pressions du fluide sont entièrement neutralisées et que l'obturateur 36 est parfaitement équilibré. Par consé- quent, des pressions non équilibrées n'affectent pas le fonc- tionnement de la valve. Dans une autre forme de réalisation non illustrée de l'invention, l'aire de la surface 40 est légèrement plus grande que celle de la surface 41. Il résulte de cet agencement un léger déséquilibre de pression qui a tendance à pousser l'obturateur 36 en direction du siège 21, constituant ainsi une obturation étanche de la valve. D'une manière encore plus significative, l'équi- librage de pression selon la présente invention permet de maintenir tous les fluides à haute pression dans les régions et 11 du corps de la valve. Lorsque l'obturateur 36 est soulevé à l'écart du siège 21, le fluide à haute pression s'écoule directement dans le dispositif 25, o il est soumis à une dissipation d'énergie contrôlée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la liaison par filetage 42,43 entre la tige 38 et l'élément d'équilibrage 39 permet un assemblage simple du dispositif selon l'invention. L'obturateur 36 est logé dans la chambre 26 du dispositif 25 et l'élément d'équilibrage 39 est logé dans l'orifice 13. Ces deux éléments sont alors assujettis en faisant tourner l'obturateur 36 et/ou l'élément d'équili- brage 39 ou les deux,afin de visser l'extrémité 43 de la tige 38 dans le logement taraudé 42 de l'élément d'équilibrage 39. Dans une telle forme de réalisation, il n'est pas nécessaire que cet élément 39 présente un diamètre sensiblement plus petit que celui du passage 23 pour permettre de dégager le siège 21 pendant l'assemblage. Cela serait le cas si cet élément d'équilibrage formait un seul bloc avec l'obturateur 36 et la tige 38, étant donné qu'une telle conformation nécessiterait que cet élément d'équilibrage soit introduit dans la chambre d'admission 26 et le passage 23 pour assembler le dispositif. Dans cette forme de réalisation en deux parties, les aires des surfaces en regard 40 et 41 peuvent être exac- tement identiques, ou bien la surface 40 peut présenter une aire légèrement plus grande que celle de la surface 41. Par conséquent, la forme de réalisation en deux parties de l'élément d'équilibrage 39 et de l'obturateur 36 permet d'obtenir un équilibrage parfait ou un déséquili- brage faible pour assurer l'étanchéité de l'obturateur, tout en permettant un assemblage facile. La valve fonctionne de manière souple, les pressions non équilibrées exercées sur la tige 38 et l'obturateur 36 étant alors minimales. Avantageusement, un écran protecteur 49 peut être monté sur le corps de la valve et fixé par plusieurs boulons , de manière à entourer le dispositif 25. Cet écran cons- titue une barrière protectrice autour du dispositif 25 et il dirige la vapeur dégagée vers le haut et à l'écart de la valve. Au lieu d'utiliser l'écran protecteur 49, il est possible de relier le corps de la valve à ltorifice d'entrée d'un dispositif basse pression, tel qu'un condenseur. Par conséquent, la présente invention concerne une valve très avantageuse à haut rapport de réduction de la pression d'un fluide. Le réducteur de débit par étrangle- ment dissipe de manière efficace et sûre l'énergie de la vapeur d'eau, tandis que l'élément d'équilibrage confine les effets dus à la haute pression de la vapeur à l'inté- rieur du corps 10,11 de la valve. Selon l'invention, des moyens directs et simplifiés sont utilisés pour fixer le réduc- teur de débit ou le dispositif d'étranglement au tube,et un obtu- rateur équilibré ou légèrement déséquilibré permet d'obtenir un fonctionnement souple et sûr de la valve avec une ferme- ture étanche. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à la valve décrite et représentée, sans sortir du cadre de l'invention. il REVENDICATIONS 1. Valve à haut rapport de réduction de pression, caractérisée en ce qu'elle comporte une partie formant un passage (10) du fluide à haute pression présentant une extré- mité ouverte; un dispositif (25) réducteur de débit par étran- glement comportant une chambre d'admission (26) en communi- cation avec l'extrémité ouverte de la partie formant ledit passage (10); ledit dispositif (25) étant monté à l'exté- rieur de ladite partie; un obturateur (36), mobile axialement à l'intérieur de ladite chambre (26) dudit dis- positif (25) et actionnable de manière à libérer et à inter- rompre le débit du fluide de la partie formant le passage (10) à ladite chambre (26); et un élément d'équilibrage (39) asso- cié audit obturateur (36) et présentant une surface (40) tournée vers le côté amont ou haute pression dudit obtura- teur (36), dont il est distant, les forces dues à la haute pression du fluide agissant à la fois sur ledit élément d'équilibrage (39) et sur ledit obturateur (36) ayant ten- dance à s'équilibrer. 2. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que ltextrémité ouverte de la partie formant le passage (10) du fluide à haute pression présente des orifices (12,13) opposés, espacés et alignés axialement; en ce que ledit dispositif (25) est réalisé de manière que sa chambre d'ad- mission (26) soit en communication avec l'un (12) desdits orifices, avec lequel elle est alignée; et en ce que ledit élément d'équilibrage (39) peut coulisser à l'intérieur de l'autre (13) desdits orifices. 3. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une tige rigide (38) relie l'obturateur (36) de la chambre (26) à l'élément d'équilibrage (39); et en ce que des moyens de commande (42,43,44) coopèrent avec ledit élément (39) pour lui communiquer un mouvement axial commandé. 4. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif d'étranglement (25) comprend une série de cylindres (27 à 32) concentriques, étroitement ajus- tés et assujettis, chacun desdits cylindres (27 à 32) com- portant dans sa surface plusieurs ouvertures espacées (33) de passage du fluide, lesdits cylindres (27 à 32) étant disposés et configurés de manière que chaque ouverture (33) de chaque cylindre soit superposée à au moins une ouverture (33) de chaque cylindre contigu, de manière à former une série de chambre de détente et d'orifices d'étranglement traver- sant radialement lesdits cylindres (27 à 32), en ce que la chambre d'admission (26) du dispositif d'étranglement (25) consiste en son cylindre (27) situé le plus à l'intérieur, et en ce que ledit cylindre (27) est aligné axialement à l'un (12) des orifices, avec lequel il est en communication. 5. Valve selon la revendication 4, caractérisée en ce que son obturateur (36) est déplaçable axialement à l'intérieur du cylindre (27) le plus interne du dispositif d'étranglement (25). 6. Valve selon la revendication 5, caractérisée en ce que la partie formant le passage (10) présente un taraudage (24), au moins l'un des cylindres (27 à 32) du dispositif d'étranglement (25) présentant un filetage (35) destiné à coopérer avec ledit taraudage (24), et en ce que le dispositif d'étranglement (25) est assujetti à l'extrémité ouverte de la partie formant ledit passage (10). 7. Valve selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'une douille cylindrique (17) est logée concentri- quement dans la partie formant ledit passage (10), ladite douille cylindrique (17) présentant un siège (21),avec lequel peut coopérer l'obturateur (36) en vue de fermer la valve. - 8. Valve selon la revendication 3, caractérisée en ce que sa tige rigide (28) est solidaire de l'obturateur (36) et est reliée par filetage à l'élément d'équilibrage (39). 9. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface (40) de l'élément d'équilibrage (39) exposée au fluide à haute pression présente une section égale à celle de la surface (41), située côté amont, dudit obturateur (36), les forces dues à la haute pression agissant sur ledit obtu- rateur (36) étant ainsi à peu près totalement équilibrées. 10. Valve selon la revendication 9, caractérisée en ce que la surface (40) de l'élément d'équilibrage (39) exposée au fluide à haute pression présente une section légèrement supérieure à celle de la surface position de fermeture.