Brevet FR2523251A1 — publié le 19830916

La présente invention a trait à des perfectionnements aux vannes d'arrêt pour des écoulements abrasifs à haute température. Dans la technique antérieure on s'est heurté à des problèmes sérieux dans le cas de vannes utilisées pour commander ltécoulement de matières abrasives liquides ou solides à haute température, du fait de l'érosion du siege de la vanne ou d'une partie de celui-ci, ce qui entrain des fuites et fait que la vanne considérée ne ferme plus ltécoulement lorsque cela est désiré. Un autre problème soulevé par les vannes du genre en question dans le cas des températures élevées est qu'on n'a pu obtenir une application adéquate du clapet sur son siège et par conséquent une fermeture étanche, en raison des phénomènes de dilatation provoqués par celles-ci. Conformément à la présente invention une vanne d'arrêt destinée à commander un écoulement abrasif à température élevée comprend en combinaison un corps pourvu d'un passage d'écoulement qui le traverse et qui comporte une chambre intérieure de plus grandes dimensions ainsi qu'une entrée débouchant dans cette chambre, un siège prévu dans le passage d'écoulement au voisinage de cette entrée, ce siège comportant une portée qui se situe en dehors du trajet d'écoulement direct, et un clapet comprenant lui-même une portée propre à venir s'appliquer sur celle du siège pour fermer la vanne et à s'éloigner du trajet d'écoulement direct précité pour ouvrtr celle-ci, ce clapet étant accouplé à un arbre tournant disposé dans la chambre intérieure précitée en dehors lui aussi du trajet d'écoulement direct, de manière que la rotation de cet arbre déplace le clapet pour ouvrir et fermer la vanne, tandis que par ailleurs l'agencement est tel que l'abrasion initiale du passage d'écoulement apparaisse en amont de ladite entrée, le singe étant au contraire situé en aval du point où l'abrasion commence, grâce à quoi la vanne peut subir une érosion notable sans que cela influe sur l'application du clapet sur son siège. Comme expliqué ci-après, les formes d'exécution de la présente invention conviennent dans l'application à la commande des écoulements abrasifs à haute température, tels par exemple que ceux qu'on rencontre dans les raffineries. I1 peut apparaître une érosion considérable du passage d'écoulement au voisinage de la vanne ou d'une partie de son siège sans que cela nuise à la possibilité pour celle-ci d'arrêter l'écoulement de façon efficace en évitant des fuites. Les formes d'exécution qu'on décrira plus loin sont également établies de façon à compenser la dilatation de la vanne afin que celle-ci puisse assurer une fermeture efficace dans des conditions de température variables.En outre ces formes d'exécution sont réalisées de manière à permettre d'enlever le siège et le clapet de la vanne en vue des réparations ou des remplacements sans être obligé de démonter cette vanne de la canalisation sur laquelle elle est insérée. En bref les formes d'exécution précitées comprennent un corps traversé par un passage d'écoulement, lequel comprend à son tour une chambre intérieumde plus fortes dimensions. Cette vanne est agencée de façon que la portée de son siège et celle de son clapet se trouvent au delà du point d'érosion initial et à une distance notable en aval de celui-ci, de sorte que la vanne puisse fermer efficacement l'écoulement qui la traverse, même lorsqu'il est apparu une érosion substantielle du passage ou d'une partie du siège lui-même.En outre le clapet est établi et agencé de manière que sa portée s'applique de façon auto-réglable sur celle de la vanne en vue de compenser efficacement les dilatations et les contractions thermiques. Le dessin annexé donné à titre d'exemple permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue en plan d'une vanne suivant la présente invention. Fig. 2 en est une coupe suivant 2-2 (fig. 1). Fig. 3 est une vue de détail à plus grande échelle de la portée du siège de la vanne et de celle correspondante du clapet, cette vue faisant ressortir la fermeture étanche dans le cas d'une érosion considérable. Fig. 4 est une vue semblable à celle de fig. 3, mais correspon dant à un disposositif de vanne de la technique antérieure en vue de montrer qu'une érosion de même importance ou de même surface que dans le cas de fig. 3 empêche l'arrêt de l'écoulement qui traverse la vanne considérée. Fig. 5 est une coupe suivant 5-5 (fig. 2). Fig. 6 est une vue de détail illustrant une autre forme d'exécution de la vanne de fig. 2. Fig. 7 est une vue de détail à grande échelle montrant comment s'effectue la fermeture étanche du dispositif de vanne suivant fig. 6. Fig. 8 est une vue à grande échelle semblable à celle de fig. 7, mais correspondant à une variante de la vanne de fig. 6 et 7. Si l'on se réfère au dessin, et plus particuièrement à fig. 1, la référence générale 10 correspond à une vanne à actionnement mécanique dans laquelle un vérin 12 entrarne en rotation un arbre 14 (non visible dans cette figure, mais qu'on peut trouver en fig. 2 et 5) pour assurer l'ouverture et la fermeture. Comme montré en fig. 2, la vanne 10 comprend un corps 16 dans lequel il est prévu un passage d'écoulement 18 qui traverse une chambre intérieure 20 de plus grandes dimensions, pour s'échapper par une sortie 22. Le passage d'écoulement 18 comprend luimême ce qu'on peut appeler une entrée 24 débouchant dans la chambre intérieure élargie 20 du corps 16. Un siège métallique rigide 26 est fixé de façon amovible à cette entrée 24 du passage 18, par exemple par le moyen de vis telles que 28. Un clapet 30, lui aussi rigide, vient porter contre le siège précité pour fermer la vanne et arrêter l'écoulement. Ainsi que le montre mieux fig. 3, on trouve ce qu'on peut appeler un point initial d'érosion 32 près de l'entrée 24 et en amont de celle-ci. C'est lA que commence l'érosion provoquée par l'écoulement qui traverse la vanne. Normalement cette érosion ce prolonge vers l'aval jusque dans le siège 26 en créant ainsi une zone érodée qui, partant du point 32, se prolonge pour se terminer, comme montré, au point référencé 34. Dans la forme d'exécution représentée en fig. 2 et 3, le siège 26 comporte une portée tronconique 36 évasée en direction de l'extérieur dans le sens de l'écoulement et qui se trouve dans cette même direction au-delà de la zone d'érosion entre le point initial 32 et le point terminal aval 34. Le clapet 30 comporte lui-même une portée 38 qui vient s'appliquer sur celle 36 de la vanne au delà de la zone d'érosion, comme le montre clairement fig. 3. Ainsi, bien qu'il existe une surface érodée notable dans le passage d'écoulement et que cette surface intéresse une partie du siège 26 de la vanne, le clapet 30 porte effectivement sur ce siège en assurant une fermeture étanche et efficace de l'écoulement à travers celle-ci. Si l'on se réfère maintenant à fig. 4 dans laquelle pour la commodité des explications l'on a ajouté la lettre a aux références qui désignent les mêmes pièces en fig.3, on peut y voir une vanne suivant la technique antérieure dans laquelle la portée 36a du siège 26a et celle correspondante 38a du clapet 30a sont disposées de façon telle que le même degré d'érosion que pour la vanne de fig. 3 entraîne l'attaque de la portée 36a de sorte que la fermeture de la vanne considérée n'arrête plus efficacement l'écoulement qui la traverse. I1 faut donc procéder à I'enlèvement et au remplacement du siège 26a plus t8t et par suite plus fréquemment qu'avec la vanne suivant l'invention de fig. 2 et 3, toutes choses qui entraînent une augmentation des frais d'entretien et de fonctionnement ainsi que de plus longs temps de mise hors service de la vanne. En se référant à nouveau à fig. 2, l'arbre de commande 14 qui entraîne en rotation le clapet 30 pour l'amener à ses positions d'ouverture et de fermeture, est disposé dans la chambre intérieure élargie 20 et est décalé de manière à se trouver en dehors de l'écoulement direct à travers cette chambre et la sortie 22. A cet égard et pour faciliter les explications, ce qu'on appelle l'écoulement direct à travers la vanne correspond A un prolongement du passage 18 dans la chambre 20 et vers la sortie 22. Comme montré fig. 2 et 5 un manchon en deux pièces est disposé autour de l'arbre de commande 14 sur lequel il est serré par des vis 42, étant noté que cette fixation pourrait être assurée de toute autre manière appropriée. Ainsi qu'on le voit plus particulièrement en fig. 2, il est prévu des clavettes ou cannelures 44 pour empêcher toute rotation relative entre le manchon 40 et l'arbre 14. A l'une des moitiés du manchon 40 sont fixés respectivement un premier organe plat 46, substantiellement parallèle au clapet 30 et un second 48 substantiellement transversal par rapport à celui-ci. Une pièce 50 est reliée à ces organes 46 et 48 par le moyen d'une goupille 52 qui traverse avec jeu une perforation 54 de cette pièce et qui est montée sans jeu dans deux branches 51 découpées dans l'épaisseur de l'organe 48. De même la pièce 50 est disposée avec du jeu entre les branches 51 précitées afin de permettre un degré de mouvement limité suivant une direction longitudinale par rapport au trajet d'écoulement à travers la vanne. Le clapet 30 est solidaire de la pièce 50. Ainsi, grâce à l'agencement de liaison décrit et représenté, le clapet 30 peut se déplacer dans tous les sens par rapport au siège 26 et du fait de la présence de la conicité des portées 36 et 38, les dilatations et contractions du siège 26 et du clapet 30 se trouvent compensées par le montage flottant de ce dernier, si bien qu'on obtient l'étanchéité de la fermeture dans toutes les conditions de dilatation et de contraction thermiques. On a représenté en fig. 6 et 7 une autre forme d'exécution de l'invention. Dans ces figures on a ajouté la lettre "b" aux références de fig. 1 à 5 pour faciliter la compréhension. Dans cette réalisation le siège 26b de la vanne comporte une partie 27 qui joue le rôle de prolongement du passage d'entrée 18b. La portée 36b de ce siège est disposée en arrière, au-dessus et autour de l'entrée de l'écoulement dans la chambre élargie 20 et c'est sur cette portée qui vient s'appliquer celle 38b du clapet. Ainsi que le montre clairement fig. 7, le prolongement 27 est solidaire d'une partie tronconique 29 prévue sur son pourtour tandis que le clapet 30b comporte une partie tronconique correspondante 31 qui vient s'appliquer contre la partie 29 précitée lorsque la vanne est fermée, en vue d'empêcher le courant abrasif de s'écouler autour de l'extrémité dépassante 27 du siège et de remonter jusqu'à la portée 36b de la vanne et à celle 38b du clapet. Pour contribuer à l'étanchéité on a prévu un tube métallique souple 33 non fermé fixé à la portée 36b de la vanne tandis que la portée correspondante 38b du clapet 30b est elle-même creusée d'une rainure annulaire 35 qui vient s'emboîter sur le tube élastique 33 en le déformant et en assurant ainsi une étanchéité supplémentaire sur celui-ci en vue de garantir la fermeture.Le tube 33 n'est pas fermé pour éviter toute apparition de pression à son intérieur ainsi que son explosion éventuelle dans le cas des températures élevées. Cela peut s'effectuer de toute manière désirée, par exemple en prévoyant dans sa paroi une ou plusieurs ouvertures non figurées. Pig. 8 montre encore une autre variante de la vanne représentée en fig. 6 et 7. C'est ici la lettre "c" qu'on a ajoutée aux références numériques de ces figures en vue de faciliter la lecture. Cette variante est identique à celle des figures précitées sauf que la partie extérieure de la rainure annulaire est découpée pour réaliser une surface conique 35c qui vient porter contre le tube souple 33c en assurant ainsi une fermeture parfaitement étanche qui bloque l'écoulement à travers la vanne. Dans les deux variantes des figs. 6 et 7 d'une part et de fig. 8 d'autre part, on voit que la portée du clapet contre celle du siège se trouve écartée de l'écoulement direct des fluides abrasifs à travers celle-ci et en dehors de cet écoulement. Dans ces conditions la vanne peut être l'objet d'une érosion considérable et resterkependant capable de fermer efficacement l'écoulement qui la traverse. Dans les formes d'exécution de fig. 6 à 8 inclus les parties non décrites et les moyens de fermeture et d'ouverture de la vanne restent les mêmes que ceux exposés en fig. 1 à 5. Le corps comprend une enveloppe extérieure 16 qui peut être faite en un matériau peu coûteux prévu pour des températures modérées, tel que l'acier au carbone. I1 comporte en outre le revêtement isolant 60, lequel peut être coulé et dont de nombreux types sont disponibles sur le marché, tels par exemple que celui connu sous la référence Resco RS-7. Si on le désire, l'isolant peut être constitué par une matière réfractaire armée d'une toile métallique à mailles hexagonales et dont beaucoup sont disponibles dans le commerce, notamment la Resco RA-22. De même, et ainsi que le montre bien fig. 2, l'orifice 25 est supporté par un tronc de cône 23 fixé au corps extérieur ou enveloppe 16. Le cône 23 est recouvert d'une.matière de revêtement 21 telle que celle connue dans le commerce sous le nom de TAPCO 257 et qui constitue une surface dure. Des revêtements du même genre sont prévus pour la plaque de l'orifice 25 et, comme montré, des isolants réfractaires ou surfaces dures appropriés sont disposés pour supporter les conditions d'utilisation, tous ces produits étant disponibles dans le commerce. Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, le siège de vanne 26, le clapet 30 et les pièces qui le relient à l'arbre de commande 14, peuvent s'enlever de la vanne sans avoir à retirer celle-ci de la canalisation. Il suffit de retirer le couvercle 62 en desserrant des vis (non représentées), le passage ainsi dégagé étant de dimensions suffisantes pour permettre d'enlever les composants à travers lui. Par conséquent la vanne peut rester. sur la canalisation intéressée pendant les réparations, c'est-g-dire lorsqu'on remplace les pièces soumises à l'usure. On évite ainsi des frais substantiels de même que les temps morts qu'entraînerait l'enlèvement de la totalité de la vanne à partir de la canalisation de laquelle elle est insérée. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention, dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Vanne d'arrêt (10) pour écoulement abrasif à haute température, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison les dispositions ou éléments suivants dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle-ci après - un corps de vanne (16) pourvu d'un passage d'écoulement (18) qui la traverse et qui comporte une chambre intérieure (20) de plus grandes dimensions ainsi qu'une entrée (24) débouchant dans cette chambre (20) - un siège (26) prévu dans le passage d'écoulement au voisinage de l'entrée (24), ce siège comportant une portée (36) située en dehors du trajet direct dans le passaged'écoulement - un clapet (30) comportant une portée (38) propre à s'appliquer sur celle (36) du siège (26) de la vanne (10) pour fermer celle-ci, ainsi qu'à s'éloigner du trajet d'écoulement direct à travers le passage (18) en vue d'ouvrir ladite vanne, ce clapet (30) étant accouplé à un arbre (14) monté à rotation dans la chambre intérieure élargie (20) en dehors du trajet d'écoulement direct précité, de manière que la rotation de cet arbre (14) déplace le clapet (30) pour réaliser l'ouverture et la fermeture de la vanne (10) ; - la disposition étant en outre telle que l'érosion initiale du passage d'écoulement s'opère en amont de l'entrée (24) et la portee (36) du siège (26) étant située en aval du point d'érosion initial, grâce à quoi une érosion substantielle peut se produire sans que cela affecte l'application de la portée (38) du clapet sur celle (36) du siège de la vanne. 2. Vanne d'arrêt suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la portée (36) du siège (26) est évasée vers l'extérieur et vers le bas par rapport au trajet d'écoulement à travers le passage (18), tandis que celle (38) du clapet (30) comporte le même angle de cane de façon à s'appliquer seulement sur la première (36). 3. Vanne d'arrêt suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée (24) dans la chambre intérieure (20) comporte une partie (27) qui joue le rôle de prolongement du passage d'entrée (18) et en ce que le clapet (30) est agencé de façon à porter extérieurement par rapport à ce prolongement (27). 4. Vanne d'arrêt suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le prolongement (27) comporte une paroi extérieure tronconique (29) orientée vers son extrémité aval et en ce que le clapet (30) est pourvu d'une partie tronconique (31) agencée de façon à venir au contact de cette paroi extérieure (29) lorsque la vanne (10) est en position de fermeture. 5. Vanne d'arrêt suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube souple (33) non fermé agencé de manière à être comprimé entre le clapet (30) et le siège (26) de la vanne lorsque cette dernière est fermée, en vue d'améliorer l'étanchéité entre ces deux organes. 6. Vanne d'arrêt suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le tube souple (33) est prévu sur le siège (26) de la vanne et en ce que le clapet (30) de celle-ci comporte une partie annulaire (33) propre à venir s'appliquer contre le tube souple (33). 7. Vanne d'arrêt suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la partie annulaire est constituée par une rainure (35). 8. Vanne d'arrêt suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la partie annulaire est constituée par une surface tronconique (35a). 9. Vanne d'arrêt suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que son clapet (30) est relié à l'arbre de commande (14) par le moyen d'un accouplement (50-51-52) qui permet un certain degré d'orientation dans tous les sens du clapet (30) afin que celui-ci puisse s'accommoder des dilatations et contractions du clapet (30) en assurant toujours l'application étanche de celui-ci sur la portée (36) du siège de vanne (26). 10. Vanne d'arrêt suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de commande mécanique (12) pour faire tourner l'arbre (14) en vue d'assurer l'actionnement de ladite vanne (10).