Brevet FR2497911A1 — publié le 19820716

Robin et lpour mait ii I s abrasiy(s. La présente invention se rapporte à des robinets à sphérique, et elle concerne plus particulièrement des robinets à boisseau sphérique dési- gnés dans la suite de la description et dans les revendications par l'expres- sion "robinets à sphérique" pour régler le débit d'un mélange à haute tempé- rature de particules abrasives dans un fluide. Dans les procédés dans lesquels des robinets sont utilisés pour régler le débit d'un milieu fluide abrasif, en particulier à des tem- pératures élevées, les organes intérieurs et le corps du robinet ont tendan- ce à être érodés rapidement. Ceci est particulièrement évident dans les pro- cédés de traitement du charbon ou d'autres matières hydrocarbonées, tels que les systèmes de gazéification et de liquéfaction du charbon. On a observe, par exemple, que la durée de vie des robinets à sphérique en acier inoxydable, fonctionnant à haute température, était limi- tée de 35 à 50 heures lorsqu'on utilisait ces robinets dans la tuyauterie d'entrée d'une unité de démonstration de gazéification du charbon. Cette tuyauterie transportait des particules de charbon et (ou) de produits de car- bonisation dans un gaz porteur, tel qu'un gaz du produit recyclé, à une tem- pérature d'environ 110 C. L'érosion s'est produite à l'intérieur du corps du robinet, aussi bien à l'entrée qu'à la sortie, ainsi que dans le sphéri- que. Le principal objet de la présente invention est donc de fournir un robinet perfectionné qui n'est pas susceptible de se dégrader par érosion, qui n'exige qu'un minimum-de modifications et qui n'utilise pas de matériaux spéciaux et coûteux, tout en prolorngeant sensiblement la durée de vie utile du robinet. Pour réaliser cet objet, la présente invention consiste en un ro- binet métallique perfectionné à sphérique, du type dans lequel un sphérique percé d'une lumière de part en part est monté dans un corps qui comporte des passages d'entrée et de sortie alignés l'un par rapport à l'autre, le sphé- rique pouvant tourner dans ce passage entre une premiere position dans la- quelle la lumière du sphérique se trouve dans l'alignement axial du passage pour penrnettre l'écoulemnent à travers le robinet, et une deuxième position dans laquelle la lumière du sphérique est désalignée par rapport au passage afin d'enmpécher l'écoulement à travers le robinet. Ce robinet se caractéri- se par le fait que le passage d'entrée présente un évidement concentrique et de plus grand diamètre que ce passage, se prolongeant partiellement dans le corps du robinet de manière à former un rebord annulaire dans cecorps. Un déflecteur annulaire en céramique réfractaire, de section droite rectangu- 24979 1 1 laire, est monté sur ce rebord. Le diamètre extérieur de ce déflecteur est inférieur au diamètre de l'évidement, tandis que son diamètre intérieur est au moins égal au diamètre du passage. Ce robinet est particulièrement utile dans les systèmes de traite- ment de charbons, de produits de carbonisation ou d'autres matières hydrocar- bonées qui se présentent sous forme de particules, en particulier aux tempé- ratures élevées, tels que les systèmes de gazéification et de liquéfaction du charbon. Dans une forme préférée de réalisation, une partie annulaire du corps du robinet à l'entrée et à la sortie est enlevée afin de créer un re- bord cylindrique dans le passage d'entrée et dans le passage desortie. Un déflecteur cylindrique annulaire en céramique est monté ensuite contre ce rebord et maintenu axialement en place entre le rebord et une garniture en- roulée en hélice qui couvre l'entrée du corps du robinet. La position laté- rale est maintenue par la tolérance étroite prévue entre le pourtour exté- rieur du déflecteur et le diamètre de l'évidement, compte tenu de la dila- tation thermique relative entre le déflecteur et le corps du robinet. Le diamètre intérieur du déflecteur en céramique est égal ou légèrement supérieur au diamètre du passage du robinet. Gr8ce à cette dis- position, non seulement le corps métallique du robinet est protégé de l'érosion du fait que le choc du milieu abrasif a lieu contre le déflec- teur en céramique au lieu du corps métallique du robinet, mais également du fait que l'écoulement est dévié par le déflecteur vers le centre du passage. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la des- cription suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans les- quels: - la figure 1A est une vue en coupe d'un robinet représentant l'art antérieur; - la figure 1B est une vue en coupe d'un robinet suivant la pré- sente invention; - la figure 2 est une vue suivant les flèches II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe, à grande échelle, de la zone d'entrée du robinet de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe analogue à la figure 3 et re- présentant des éléments supplémentaires; - la figure 5 est une vue en plan d'un déflecteur suivant la pré- sente invention; - la figure 6 est une vue en coupe-suivant le plan de coupe VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue en plan d'une garniture enroulée en hélice; et - la figure 8 est une vue en coupe de la garniture représentée à la figure 7. On se reportera maintenant aux figures lA et 1B qui représentent un robinet métallique 10 à sphérique comprenant un corps 12 et un sphérique 14 percé d'une lumière 16. Le corps 12 est pourvu d'un passage cylindrique 18 qui le traverse complètement entre une première face extérieure d'entrée 17 et une deuxième face extérieure de sortie 19 du corps. Pour ouvrir le ro- binet 10 et permettre l'écoulement à travers lui, on aligne la lumière 16 du sphérique avec le passage 18. Pour fermer le robinet 10 et empêcher l'écou- lement à travers lui, on fait tourner le sphérique 14 de 900 par l'intermé- diaire d'un arbre 20 de rotation. Le robinet 10 est placé entre deux brides 22 et des conduites correspondantes 24 représentées en traits d'axe. Les parties d'entrée et de sortie du robinet 10 représenté à la figure 1A, ont la forme caractéristique de l'art antérieur, comprenant seu- lement un chanfrein 26 à l'intérieur du passage 18. Cette forme est carac- téristique à la fois de l'entrée 17 et de la sortie 19 d'un robinet suivant l'art antérieur. Comme le représente la figure 1B, la partie d'entrée 17 du robinet 10 conforme à la présente invention comprend un évidement cylindri- ques 28 qui est concentrique au passage 18 et se prolonge dans le corps 12 sur une profondeur limitée prédéterminée, à la fois à l'entrée et à la sor- tie. De cette manière, un épaulement à quatre-vingt-dix degrés est consti- tué entre le passage 18 et l'évidement 28, formant un rebord 30. L'évide- ment 28 et le passage 18 peuvent être considérés comme étant contigus au rebord 30. Un déflecteur cylindrique annulaire 32 en matière céramique ré- fractaire, tel que le tube AV30 commercialisé par Mc Danel Refractory Corpo- ration de Beaver Falls, Pennsylvanie, est placé contre lerebord 30 comme le représente la figure 4. Le tube peut être coupé et formé comme on le désire, mais la section droite de sa paroi sera, de préférence, rectangulaire. Le diamètre intérieur du déflecteur 32 est égal ou légèrement supérieur au dia- mètre du passage 18. Le diamètre extérieur du déflecteur est légèrement infé- rieur au diamètre de l'évidement 28. L'espace libre entre le diamètre exté- rieur du déflecteur et l'évidement 28 a simplement une valeur suffisante pour permettre la dilatation thermique entre ces parties. Le déflecteur 32 est maintenu axialement en place entre le rebord 30 et une garniture 34. La 24 9 79 11 garniture 34 est,de préférence, du type à enroulement en hélice, par exem- ple, commercialisé par Flexitallic Corporation de Camden, New Jersey. Le diamètre intérieur de la garniture 34 est inférieur au diamètre extérieur du déflecteur 32, et supérieur au diamètre intérieur de ce déflecteur. Le tableau I présente les paramètres préférés du robinet carac- téristique 10 représenté. TABLEAU I Désignation cm Diamètre intérieur (18) du passage 2,47 Diamètre de l'évidement (28) 3,21 Diamètre extérieur du déflecteur (32) 3,17 Diamètre intérieur du dèflecteur (32) 2,54 Diamètre intérieur de la garniture (34) 2,84 Tolérance déflecteur-passage 0,015 Hauteur de l'évidement (28) 0,635 Epaisseur du déflecteur (32) 0,475 En utilisant pour le passage du robinet, le déflecteur et la garniture, les paramètres mentionnés cidessus, on a observé que la vie utile de robinets à sphérique en acier inoxydable dans lesquels passent des particules de matières hydrocarbonées, telles que des fines de charbon ou de produits de carbonisation, d'une dimension moyenne comprise entre cent et mille microns environ et à la température moyenne de 110 OC, est passée d'une durée de 35 à 50 heures précédemment à une durée observée de 1 100 heures. On a considéré que cette amélioration importante de la durée de vie utile était le résultat de deux effets. Le premier de ces effets résulte du fait que l'impact direct des particules de matière sur les organes métalli- ques est évité, les particules frappant maintenant le déflecteur réfractaire. Le deuxième effet est dû à une légère modification du trajet de l'écoulement dans le robinet; en effet, à l'entrée du robinet, le déflecteur 32 dévie l'écoulement des particules vers le centre de la lumière 16 percée dans le sphérique 14. Dans les systèmes suivant l'art antérieur, sans déviation des particules, celles-ci ont tendance à frapper l'intérieur du passage 18 et, en particulier, à provoquer l'érosion des arêtes indiquées par les référen- ces 36 et 38 à la figure 1. Une érosion similaire a été observée à la sortie du robinet et cette érosion est diminuée également par un déflecteur 32 mon- té à cette sortie. Il convient aussi de noter que, dans l'appareil suivant la présente invention, il se forme un léger chanfrein, très tôt après la mise en service, dû à l'érosion des angles indiqués par la référence 40 à la figure 4. Cependant, aucune augmentation sensible et rapide de l'érosion 24 979 1 1 n'est observée par la suite. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisa- tion qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de va- riantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 24 979 11 R E V E N D I C A T 0 N S 1. Robinet métallique perfectionné à sphérique, du type dans le- quel un sphérique (14) percé d'une lumière (16) de part en part est monté dans un corps (12) qui comporte des passages (18) d'entrée et de sortie ali- gnés l'un par rapport à l'autre, ce sphérique pouvant tourner dans ce passa- ge entre une première position dans laquelle la lumière (16) du sphérique se trouve dans l'alignement axial du passage (18) pour permettre l'écoulement à travers le robinet, et une deuxième position dans laquelle la lumière (16) du sphérique est désalignée par rapport au passage afin d'empêcher l'écoule- ment à travers le robinet, ce dernier étant caractérisé en ce que le passa- ge (18) d'entrée présente un évidement concentrique (28) et de plus grand diamètre que ce passage, se prolongeant partiellement dans le corps du ro- binet de manière à former un rebord annulaire (30) dans le corps (12); et en ce qu'un déflecteur annulaire (32) en céramique réfractaire, de section droite rectangulaire, est monté sur ce rebord (30), le diamètre extérieur de ce déflecteur (32) étant inférieurau diamètre de l'évidement (28), tan- dis que son diamètre intérieur est au moins égal au diamètre du passage (18). 2. Robinet suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un évidement (28) est formé également à la sortie du passage (18) afin de constituer un deuxième rebord annulaire (30) dans le corps (12); et en ce qu'un deuxième déflecteur annulaire (32) en céramique réfractaire, de sec- tion droite rectangulaire, est monté sur ce deuxième rebord (30), le diamè- tre extérieur de ce deuxième déflecteur annulaire (32) étant inférieur au diamètre du passage (18), tandis que son diamètre intérieur est à peu près égal au diamètre du passage (18). 3. Robinet suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'espace libre entre le diamètre extérieur du déflecteur (32) et le deuxième passage (18) est égal à 0,015 mm, la profondeur de l'évidement (28) étant de 6,35 mm et l'épaisseur du déflecteur (32) atteignant 4,75 mm.