Brevet FR2544461A1 — publié le 19841019

"Purgeur de condensat actionné par une tige à partir d'une unité de commande " La présente invention concerne un dispositif d'évacuation de condensat comportant un organe de fermeture prévu du côté basse pression, et qui coopère avec un siège de soupape et est actionné par l'intermédiaire d'une tige à partir d'une unité de commande formée d'un élément bimétallique à déclic placé dans la chambre haute pression du dispositif d'évacuation de condensat. Dans les dispositifs d'évacuation de condensat ou encore appelé purgeur de condensat, pour éviter l'érosion au niveau de l'organe de fermeture ainsi que pour réduire le risque d'encrassage, on ouvre aussi largement que possible après engagement de l'opé- ration d'ouverture et après évacuation du condensat, on ferme de nouveau complètement Pour avoir en stock qu'un nombre réduit de types, il est souhaitable d'assurer le fonctionnement dans une plage de pressions relativement élevée. On connatt un dispositif d'évacuation de condensat (DE-OS 29 48 686) utilisant des éléments bimétalliques à déclic Dans ce dispositif d'évacuation de condensat, après avoir atteint des températures dé- terminées, l'organe de fermeture saute en position de fermeture et après un certain refroidissement, il sort de nouveau de la position de fermeture Les éléments bimétalliques à déclic sont prévus de façon que leur fléchissement s'additionne pendant qu'ils restent cha- cun soumis uniformément au même flux des efforts Pour des pressions et températures faibles, les éléments dimensionnés de la façon la plus faible assurent l'opé- ration de déclenchement; pour les pressions plus éle- vées, il s'agit des éléments plus forts Ces derniers évitent alors en même temps le déclenchement des élé- ments plus faibles Il en résulte que pour des tempé- ratures et des pressions élevées, les éléments bimétal- liques à déclic, plus faibles, sont exposés à des con- traintes extrêmement élevées, si bien que la plage des pressions auxquelles s'applique ce principe reste limi- tée. La présente invention a pour but de créer un dispositif d'évacuation de condensat tu type ci-dessus, qui puisse s'utiliser dans le domaine de pressions le plus étendu sans que les éléments bimétal- liques à déclic ne soient exposés à des tensions éle- vées inacceptables. A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type ci-dessus, caractérisé en ce que les éléments bimétalliques à déclic s'appuient par une de leurs extrémités sur des appuis fixes et par leur autre extrémité sur des appuis prévus sur l'axe direc- tement ou par l'intermédiaire d'entretoises, les'extré- mités des éléments bimétalliques à déclic associés à l'axe se déplaçant dans la direction de fermeture lors de l'élévation de température et les appuis sont prévus de façon que l'organe de fermeture vienne en appui con- tre le siège de soupape à l'intérieur de la course de déclenchement des différents éléments bimétalliques à déclic. Les efforts des différents éléments ? 544461 bimétalliques à déclic s'additionnent ainsi et agissent sur l'organe de fermeture dès que la température de déclenchement de ces éléments est dépassée Comme tou- tefois, les éléments bimétalliques à déclic sont indé- pendants pour le flux des forces entre leur appui fixe et leur appui sur l'axe de l'organe de fermeture, les éléments bimétalliques à déclic, les plus faibles ne sont pas soumis à l'action des efforts élevés des éléments bimétalliques à déclic plus forts Le dispo- sitif d'évacuation de condensat peut ainsi s'utiliser dans une plage étendue de pressions sans que des con- traintes élevées, inacceptables ne s'exercent sur les éléments bimétalliques à déclic. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les isothermes de force de ressort, maxima et minima des différents éléments bimétalliques à déclic se trouvent au niveau des mêmes courses par rap- port à la position de fermeture de l'élément de ferme- ture On assure ainsi le-recouvrement du minimum et du maximum des isothermes de force de ressort, si bien que lors de l'addition des forces, la différence entre le maximum et le minimum et qui est responsable de l'opération de déclenchement, est la plus marquée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la position des maxima des isothermes de force de ressort correspond à la position de fermeture de l'organe de fermeture. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les maxima des isothermes de force de ressort se trouvent de l'autre côté de la position de fermeture de l'organe de fermeture Ainsi après la fermeture, on obtient non seulement la force d'étan- chéité la plus élevée possible sur l'organe de ferme- ture mais pour un abaissement de température, on obtient également une ouverture brusque sans mouvement -2544461 lent préalable. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les éléments bimétalliques à déclic pré- sentent des températures de déclenchement différentes entre elles Ainsi pour des températures de déclenche- ment différentes des éléments bimétalliques à déclic, on obtient non seulement un recouvrement d'une plage d'utilisation importante avec augmentation non linéaire de la force mais on a un tracé polygonal des forces et des températures de déclenchement, associées, de sorte que le dispositif d'évacuation de condensat s'ouvre et se ferme avec pratiquement un intervalle de température constant par rapport à la courbe de tension de vapeur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les différents éléments bimétalliques à déclic sont réalisés à l'aide de bimétaux ayant des déformations thermiques spécifiques différentes Cela permet de conserver la forme ou la géométrie des dif- férents éléments bimétalliques à déclic, très largement identiques ou de les maintenir dans un cadre constructif avantageux. Suivant une autre caractéristique de l'invention, à la fois plusieurs appuis fixes ainsi que plusieurs appuis prévus sur l'axe sont associés aux éléments bimétalliques à déclic et les appuis sont régla- bles Cela permet de régler séparément les différents éléments bimétalliques à déclic sur tous leurs paliers correspondants Grâce à ce montage, la précision de fabrication des éléments bimétalliques à déclic n'est soumise qu'à des tolérances faibles, par exemple que l'exécution de plages de course de déclenchement, dif- férentes peuvent de nouveau être compensées par des réglages relatifs des appuis. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide de différents exemples de réalisation de dispositifs d'évacuation de condensat selon l'inven- tion, représentés dans les dessins annexés, dans les- quels: la figure 1 montre un premier mode de réalisation d'une unité de commande d'un dispositif d'évacuation de condensat en position d'ouverture. la figure 2 représente l'unité de com- mande de la figure 1 en position de fermeture pour une basse pression de fonctionnement. la figure 3 montre l'unité de com- mande de la figure 1 en position de fermeture pour une pression de fonctionnement élevée. la figure 4 montre un schéma des isothermes de la force de ressort d'un élément bimétal- lique, isothermes qui sont tracés pour une course par- tielle de fermeture. la figure 5 montre un diagramme avec une courbe de vapeur saturée et pour les températures de fermeture et d'ouverture. la figure 6 montre un second mode de réalisation d'une unité de commande du dispositif d'évacuation de condensat en position d'ouverture et, la figure 7 montre l'unité de com- mande de la figure 4 en position de fermeture pour une basse pression de fonctionnement. Dans la cloison 1 entre le côté de basse pression avant d'un boitier de dispositif d'éva- cuation de condensat, non représenté, il est prévu un orifice de passage 2 pour le condensât à évacuer et une unité de commande Celle-ci se compose d'un corps formant siège 3, de trois éléments à déclic 4, 5, 6 bimétalliques, à perçage central, en forme de rondelle, prévus du côté de la pression amont, ainsi que d'un élément de fermeture 7 prévu du côté basse pression, avec un axe 8 Le corps de siège 3 est muni d'un per- çage central 9 et d'un siège de soupape 10, avec lequel coopère l'organe de fermeture 7. Aux figures 1 à 3, l'organe de siège 3 comporte un appui fixe 11 sur lequel s'appuie le bord extérieur des éléments à déclic bimétalliques 4, 5, 6 pendant que ces éléments agissent par leur bord inté- rieur sur un appui opposé 12 de l'axe 8. A l'état froid, tous les trois éléments bimétalliques à déclic 4, 5, 6 sont bombés de façon con- vexe vers le siège de soupape (figure 1) L'organe de fermeture 7 libère le passage 9 et permet d'évacuation du condensat Lorsque la température augmente, les élé- ments bimétalliques à déclic 4, 5, 6 se déplacent tout d'abordprogressivement dans le sens de la fermeture jusqu'à ce qu'ils atteignent la température correspon- dante au déclic, puis les éléments basculent élastique- ment. Le schéma de la figure 4 montre les opérations d'ouverture et de fermeture dans le cas d'éléments bimétalliques à déclic 4, 5, 6 ayant des températures de déclenchement différentes En abscisses, on a représenté la course H des éléments bimétalliques à déclic 4, 5, 6 et de l'organe de fermeture 7 L'ori- gine des coordonnées correspond à la position de ferme- ture En ordonnées, on a représenté les efforts et pour K 4, on a représenté les efforts de ressort exercés à titre d'exemple des températures comprises entre tl et t 3 par l'élément bimétallique à déclic 4 sur l'organe de fermeture 7; la courbe K 5 correspond à la force correspondante exercée par le ressort de l'élément bimétallique à déclic 5 Les courbes portant les réfé- rences K 4 et K 5 correspondent aux isothermes de la force de ressort Les forces de ressort K 4, K 5 agissent dans le sens de la fermeture aussi longtemps que les isothermes de la force de ressort se situent sur les ordonnées positives Elles agissent théoriquement dans le sens de l'ouverture pour les valeurs négatives Comme les éléments bimétalliques à déclic 4, 5, 6 ne s'appuient que d'un côté sur les appuis ou butées 11, 12, les forces négatives ne peuvent être transmises à l'organe de fermeture 7 La référence Ko désigne la force déterminée par la chute de pression exercée sur l'organe de fermeture 7 et agissant sur cet organe dans le sens de l'ouverture. Elle est essentiellement indépendante de la course. La position ou la course de l'organe de fermeture 7 est déterminée par l'équilibre entre la force de la pression d'ouverture Ko et la force de res- sort K 4, K 5, K 6 des éléments bimétalliques à déclic 4, , 6 ou de leur somme et ne peut se trouver qu'à l'inter- section des lignes de force des températures et des pres- sions appliquées. Si pour des forces d'ouverture, on arrive jusqu'à Kël, la température passe de tl à t 2 et l'élément bimétallique à déclic 4 déplace en continu l'organe de fermeture 7 de la position d'ouverture (à droite dans le schéma) jusqu'à la position de course A pour mettre celui-ci à la suite de cela, brusquement en position de fermeture Les éléments bimétalliques à déclic 5, 6 restent pendant ce temps dans une forme bombée convexe en direction du siège de soupape 10 (figure 2) Les forces K 4 associées aux différentes températures de déclenchement de fermeture dérivent des verticales qui passent par les minima des isothermes de la force de ressort Cette association aboutit dans le schéma de la figure 5 à une première droite 13. Pour des températures plus élevées que t 2, par exemple pour t 3, l'élément bimétallique à déclic est également en mesure d'appliquer dans toute la zone de la course, une force positive c'est-à-dire agis- sant dans le sens de la fermeture Les isothermes de la force de ressort des éléments bimétalliques à déclic 4, 5 s'ajoutent ainsi pour donner la résultante "K 4 + 5, t 3 " Lorsque pour des forces de pression d'ou- verture plus élevées que kbl, par exemple pour la force k 62, la température arrive jusqu'à t 3, les éléments bimétalliques à déclic 4, 5 déplacent en commun la pièce de fermeture 7 en position d'ouverture, en conti- nu jusqu'à la position-A pour, à la suite de cela, le mettre par déclenchement en position de fermeture Dans ce cas, l'élément bimétallique à déclic 6 reste dans sa forme bombée, convexe en direction du siège de sou- pape 10 Par la verticale passant par A, les forces des éléments bimétalliques à déclic 4 et 5 s'ajoutent, si bien que pour une même valeur t, la différence des forces augmente Dans le schéma de la figure 5, on a une seconde droite 14 ayant une plus forte pente La même opération se répète lorsque l'élément bimétalli- que à déclic 6 est mis en oeuvre, ce qui donne une troisième droite 15 encore plus pentue, pour le tracé polygonal représenté à la figure 5. Il découle du schéma de la figure 4 que l'opération d'ouverture représente l'inverse de l'opé- ration de fermeture Si le maximum des isothermes de la force de ressort correspond à la position de ferme- ture ou encore se trouve de l'autre côté de celle-ci par exemple sur la verticale passant par B, le dispo- sitif d'évacuation de condensat s'ouvre brusquement pour la force Kâl à partir de la position de fermeture, jusqu'au point C, dès que la température de l'élément bimétallique à déclic 4 est tombée de la température t 2 à la température tl Dans le schéma de la figure 5, on obtient ainsi un second tracé polygonal 13 ', 14 ', ' pour l'ouverture et dont les températures sont légèrement inférieures au tracé polygonal précédent. La courbe SD représentée à la figure 5 donne pour différentes pressions, la température correspondante de la vapeur saturée pour laquelle le dispositif d'évacuation de condensat doit au plus tard être fermé. Le schéma de la figure 5 montre que l'effet souhaité s'obtient dans une plage de pressions étendue Cela est possible car les différents éléments bimétalliques à déclic 4, 5, 6 sont indépendants entre eux pour le cheminement des forces entre l'appui fixe 11 et le contre-appui 12 portés par l'axe 8 de l'organe de fermeture De cette façon, les éléments bimétalli- ques à déclic 4, 5 les plus faibles ne sont pas soumis à l'effet des forces élastiques élevées des éléments bimétalliques à déclic 5, 6 plus forts et ne sont de ce fait soumis à aucune contrainte élevée, inacceptable. Dans le mode de réalisation selon les figures 6 et 7, le corps de siège 3 comporte deux appuis 16, 17, fixes, centraux Un élément bimétallique à déclic 4, 5 s'appuie sur chacun d'eux par son bord intérieur Sur les bords extérieurs des deux éléments bimétalliques à déclic 4, 5 agissent des tiges en forme de clé 18, 19 dont le bord intérieur agit sur deux appuis 20, 21 qui leur sont associés sur l'axe 8 de l'organe de fermeture Ces appuis sont réalisés régla- bles axialement pour permettre le réglage du dispositif d'évacuation de condensat. Lorsque la température augmente, les éléments bimétalliques à déclic 4, 5 se déplacent comme cela a déjà été décrit pour les figures 1 à 3, en passant de la position d'ouverture, initialement lentement dans le sens de la fermeture Lorsque l'élé- ment bimétallique à déclic 4 atteint sa température de déclenchement, il bascule et soulève l'organe de fermeture 7 par l'intermédiaire de la tige 19 et de l'appui 21, sur son axe 8 dans le sens de la fermeture. L'élément bimétallique à déclic 5 reste pendant ce temps dans sa forme bombée, concave en direction du siège de soupape 10, de sorte que pour la course de fermeture de l'organe de fermeture 7, l'appui 20 se soulève de la tige 18 (figure 71 Pour des forces d'ouverture plus élevées de l'organe de fermeture 7 c'est-à-dire pour les pressions plus élevées et pour des températures plus élevées, correspondantes, les deux éléments bimétalliques à déclic 4, 5 basculent et mettent les tiges 18, 19 sur les appuis 20, 21 de sorte qu'à ce moment l'organe de fermeture 7 est soumis à la somme des deux forces de fermeture A cela s'appli- quent les explications données précédemment à propos de l'adaptation du tracé polygonal des droites de déclen- chement 13, 14 des éléments bimétalliques à déclic 4, 5 à la courbe 50 de tension de vapeur. 1.1 RE VE N D I C A T I ONS ) Dispositif d'évacuation de condensat comportant un organe de fermeture prévu du côté basse pression, et qui coopère avec un siège de soupape et est actionné par l'intermédiaire d'une tige à partir d'une unité de commande formée d'un élément bimétalli- que à déclic placé dans la clambre haute pression du dispositif d'évacuation de condensat, dispositif carac- térisé en ce que les éléments bimétalliques à déclic ( 4, 5, 6) s'appuient par une de leurs extrémités sur des appuis fixes ( 11, 16, 17) et par leur autre extrémité sur des appuis ( 12, 20, 21) prévus sur l'axe ( 8) directement ou par l'intermédiaire d'entretoises ( 18, 19), les extrémités des éléments bimétalliques à déclic ( 4, 5, 6) associés à l'axe ( 8) se déplaçant dans la direction de fermeture lors de l'élévation de tempéra- ture et les appuis ( 11, 12, 16, 17, 21) sont prévus de façon que l'organe de fermeture ( 7) vienne en appui contre le siège de soupape ( 10) à l'intérieur de la course de déclenchement des différents éléments bimé- talliques à déclic ( 4, 5, 6). 2 ) Dispositif d'évacuation de condensat selon la revendication 1, caractérisé en ce que les isothermes de force de ressort, maxima et minima des différents éléments bimétalliques à déclic ( 4, 5, 6) se trouvent au niveau des mêmes courses (A, B) par rap- port à la position de fermeture de l'élément de ferme- ture ( 7). 3 ) Dispositif d'évacuation de condensat selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que la position des maxima des isothermes de force de ressort correspond à la position de ferme- ture de l'organe de fermeture ( 7). ) Dispositif d'évacuation de condensat selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que les maxima (B) des isothermes de force de ressort se trouvent de l'autre côté de la position de fermeture de l'organe de fermeture ( 7). ) Dispositif d'évacuation de condensat selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que les éléments bimétalliques à déclic ( 4, 5, 6) présentent des températures de déclenchement différentes entre elles. ) Dispositif d'évacuation de condensat selon la revendication 5, caractérisé en ce que les différents éléments bimétalliques à déclic ( 4, 5, 6) sont réalisés à l'aide de bimétaux ayant des déforma- tions thermiques spécifiques différentes. ) Dispositif d'évacuation de condensat selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce qu'à la fois plusieurs appuis fixes ( 16, 17) ainsi que plusieurs appuis ( 20, 21) prévus sur l'axe ( 8) sont associés aux éléments bimétalliques à déclic ( 4, 5) et les appuis ( 20, 21) sont réglables. 80) Dispositif d'évacuation de condensat selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque élément bimétallique à déclic ( 4, 5, 6) de l'unité de commande est monté fixe par l'une de ses extrémités et agit par son autre extré- mité, directement ou par des organes intermédiaires ( 18, 19) rigides à la pression, sur le palier ( 12, 20, 21) de l'axe de manoeuvre ( 8), de façon que dans une première zone partielle de l'ensemble de la zone de travail du dispositif d'évacuation à condensat, au moins un élément bimétallique à déclic ( 4) exerce une force de fermeture sur l'organe de fermeture ( 7) à une température de déclen- chement plus faible, alors que dans une autre zone par- tielle en plus d'au moins cet élément bimétallique à déclic ( 4) à température de déclenchement plus faible, au moins un élément bimétallique à déclic ( 5, 6) à température de déclenchement plus élevée exerce une force de fermeture supplémentaire sur l'organe de fer- meture ( 7).