Brevet FR2554211A1 — publié le 19850503

Valve de réduction équipée d'un séparateur vapeur-liquide. La présente invention concerne des valves de réduction pour la vapeur et l'air ou les gaz comprimés, et notamment la structure d'une valve de réduction équipée d'un séparateur vapeur-liquide. La vapeur ou le gaz sous pression produit par des chaudières ou des compresseurs est ramené à une Dression désirée au moven d'une valve de réduction avant d'atteindre l'équipement uti- lisant la vapeur ou l'air comprimé. La vapeur ou l'air con- tient habituellement de l'eau condensée et des matières solides. Du fait que ces particules d'eau et ces matières étrangères provoquent l'usure ou la corrosion de la valve, du siège de valve et d'autres composants coulissants, les val- ves de réduction présentent souvent des incidents de fonc- tionnement et une pression peut s'établir dans l'installation en aval du fait de fuites de vapeur ou d'air,cette pression pouvant excéder la valeur prédéterminée. Ces particules d'eau et ces matières étrangères qui sont passées à travers la valve de réduction peuvent également endommager l'équipement utili- sant la vapeur ou l'air ou réduire son rendement. Pour éliminer les condensats et les matières étrangères, on a installé un séparateur vapeur-liquide et une crépine en amont de la valve de réduction et dans l'ordre énuméré ci- dessus: Chacun de ces deux composants a des collerettes destinées à son installation dans la tuyauterie. Le sépara- teur vapeur-liquide est réalisé de telle sorte que les par- ticules d'eau et les matières étrangères sont séparées par le fait que la vapeur ou l'air vient heurter un écran monté dans la chambre de séparation. Un clapet d'évacuation et une crépine pour ce clapet sont montés sur le séparateur. La crépine placée entre le séparateur et la valve de réduction a été équipée d'un clapet d'extraction. La technique antérieure décrite ci-dessus entraîne un allon- gement de la tuyauterie et nécessite un espace important pour son installation. En outre, du fait que le séparateur vapeur-liquide n'a qu'une faible action de séparation, une crépine plus fine et de ce fait plus importante doit être ins- tallée en aval. En outre, des clapets et des composants sup- plémentaires sont nécessaires, ce qui augmente la comDlexité de la tuyauterie et les coûts d'installation. Les moyens techniaues de l'invention présentée pour résoudre les problèmes ci-dessus sont les suivants: a - allonger la portion du bottier de la valve de réduction entourant l'orifice pour former un puisard en aval de l'ori- fice; b - procurer une séparation annulaire au niveau de la portion supérieure du puisard pour former un espace annulaire entre cette séparation et le boîtier de la valve; c - faire communiquer l'espace annulaire avec l'entrée à la partie supérieure et avec le puisard à la partie inférieure et faire communiquer l'espace en dessous de l'orifice de la valve par l'ouverture inférieure de la séparation annulaire; d - procurer un déflecteur dans l'espace annulaire pour im- partir au gaz un mouvement de rotation; - monter un clapet pour évacuer les liquides rassemblés dans le puisard. Le fonctionnement des moyens techniques ci-dessus est le suivant: si la pression en aval de la valve de réduction est inférieure à la valeur prédéterminée, le diaphragme détecte ce fait et actionne le corps de valve pour ouvrir l'orifice. Il en résulte que la vapeur ou l'air comprimé circule depuis l'entrée jusqu'à la sortie à travers l'orifice de valve. Le déflecteur impartit un mouvement de rotation à la vapeur ou à l'air lorsqu'il passe à travers l'espace annulaire. Les matiè- res en rotation sont soumises à la force centrifuge. Du fait de leur masse supérieure à celle du gaz, les condensats et les matières solides sont entrainéshors du courant de gaz en rotation, et atteignent la paroi entourant le puisard et tom- bent le long de cette paroi. La partie centrale du gaz en rotation circule vers le haut jusqu'à l'orifice de la valve et ensuite jusqu'à la sortie. Le déflecteur de rotation est un petit composant annulaire, que l'on peut introduire dans l'étroit passage annulaire. En outre, le déflecteur de rota- tion a un rendement de séparation supérieur, et le risque.ide colmatage est réduit. Il en résulte que l'on n'a plus besoin d'un grand filtre, ce qui entraîne une réalisation compacte. La présente invention a les effets particuliers suivants. La valve de réduction selon la présente invention comporte un séparateur vapeur-liquide. Une crépine peut:être installée si nécessaire, du fait qu'il n'y a pas besoin d'un grand filtre. La valve de réduction est seulement légèrement plus grande que les valves de réduction habituelles du fait de: la pré- sence d'un puisard. Par comparaison avec la combinaison anté- rieure d'un séparateur vapeur-liquide, d'une crépine et d'une valve de réduction, la valve de réduction selon la présente invention occupe une longueur de tuvauterie aussi courte que les simples valves de réduction antérieures, et de ce fait elle peut être installée de façon simple et à très faible coût. Avec la valve de-réduction selon l'invention, du fait que l'humidité est séparée avant l'orifice de valve, il est four- ni à l'équipement utilisateur de vapeur de la vapeur ne con- tenant pratiquement pas d'humidité, ce qui améliore son ren- dement thermique. En outre, il n'y a pas gaspillage de vapeur du fait du ra- yonnement au niveau du séparateur vapeur-liquide et de la crépine comme dans le cas des dispositions antérieures. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemples seulement, de plusieurs réalisations préférées, en liaison avec le dessin joint, sur lequel: - la figure 1 montre une coupe d'une valve de réduction selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en perspective du couvercle du flot- teur représenté sur la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan du couvercle de protection représenté sur la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe d'un purgeur de vapeur du type à cloche servant de clapet d'évacuation; - la figure 5 est une vue en coupe d'un purgeur de vapeur bi- métallique servant de clapet d'évacuation; - la figure 6 est une vue en coupe d'un purgeur de vapeur du type à disque servant de clapet d'évacuation; et - la figure 7 est une vue en coupe d'un purgeur du type à flotteur équipé d'un levier et servant de clapet d'évacuation. Le carter de la valve de réduction comporte un-bottier de ressort 103 contenant un ressort de réglage de pression 101, un bottier de valve 107 dans lequel est disposée un clapet pilote 105, un corps 111 équipé d'un clapet principal 109, un:corps de puisard 115 formant un puisard 113 et un couver- cle inférieur 117. Un diaphragme 119, constitué par une mince plaque métallique, est disposé entre le boîtier de ressort 103 et le bottier de valve 107. La surface supérieure du diaphragme 119 est en contact avec l'extrémité inférieure du ressort de réglage de pression 101 et sa surface inférieure est en contact avec le haut d'une tige de clapet pilote 121. L'espace au-dessus du diaphragme 119 communique avec l'atmosphère par un passage 122 et l'espace situé en dessous du diaphragme 119 communique avec une sortie 137 par un passage 124. Une vis de réglage 123 est prévue dans la paroi supérieure du boitierde ressort 103. L'extrémité inférieure de la vis de réglage est en contact avec le haut du ressort de réglage de pression 101.La partie saillante de la vis de réglage 123 est recouverte par un capuchon de protection 125 qui est monté de façon à être librement détachable. Une cuvette hexagonale 127 est formée dans la partie supé- rieure du capuchon de protection 125 et elle est utilisée pour faire tourner la vis de réglage 123 en retournant le capuchon de protection et en appliquant la cuvette sur la tête 129 de la vis de réglage 123. Le capuchon de protection a des saillies radiales 130, dont chacune présente à son ex- trémité un évidement 131 pouvant être appliqué sur un écrou de blocage 133 et le faire tourner. Le corps 111 comporte une entrée 135 et une sortie 137, qui sont séparées par une cloison traversière horizontale 139 et communiquent l'uneavec l'autre par un orifice de clapet 141 ménagé dans la cloison 139. Le corps de clapet 143 est situé en dessous de l'orifice de clapet 141 et est raccordé à un piston 145 par une tige de clapet passant à travers l'orifi- ce de clapet 141. Le clapet pilote 105 est situé entre un passage 142 communiquant avec la chambre en dessous de l'ori- fice de clapet 141 et un passage 144 communiquant avec la chambre audessus du piston 145. L'espace au-dessus du pis- ton 145 communique avec un espace en dessous du diaphragme 119 par l'intermédiaire d'un labyrinthe ménagé sur la tige 121 du clapet pilote. Dans l'espace situé en dessous de l'orifice de clapet 141 sont montés un élément de paroi conique 147, une plaque de retenue circulaire 149 et une jupe cylindrique 151 divergeant vers le bas. A l'extérieur de l'élément de paroi conique 147 est disposé un tamis cylindrique perforé 153. Une chambre de gonflement est formée à l'extérieur du tamis 153 et communi- que avec l'entrée 135. L'élément de paroi conique 147 et le tamis 153 sont en contact avec la paroi traversière horizontale 139 au niveau de leur partie supérieure et avec la plaque de retenue au niveau de leur partie inférieure. La plaque de retenue 149 est au con- tact du haut du corps de puisard 115 au niveau de sa circon- férence inférieure et est fixé dans cette position. L'élément de jupe 151 est vissé sur la plaque de retenue 149. La plaque de retenue 149 comporte des passages 155 et 157 respectivement en son centre et sur sa circonférence extérieure. De cette manière, l'espace en dessous de l'orifice de clapet 141 est séparé par une cloison constituée par l'élément de paroi coni- que 147, la plaque de retenue 149 et l'élément de jupe 151, en formant un espace annulaire 159 à l'extérieur de la cloison (147, 149 et 151). Un déflecteur de rotation 161 est disposé dans l'espace annu- laire 159 entre la plaque de retenue 149 et l'élément de jupe 151. Le déflecteur de rotation est un mince anneau avec une série de projections radiales inclinées dans le même sens et disposées selon un cercle. Le diamètre du corps de puisard 115 est plus grand en bas qu'en haut et il s'élargit progressivement dans la portion centrale. Dans la chambre de puisard sont montés un flotteur 163 et un couvercle de flotteur 165. Le flotteur 163 a la forme d'une sphère creuse constituée par une plaque mince. Le couvercle de flotteur 165 a la forme d'une cloche inver- sée, avec une portion plane 167 (figure 2) sur le côté regar- dant le papier sur la figure 1, de façon à guider le flotteur 163 et le déplacer parallèlement au papier sur la figure 1. Des pattes partent vers le bas de la portion plane 167 et du côté opposé de celles-ci. Le couvercle de flotteur 165 est fixé en plaçant les extrémités des pattes entre le corps de puisard 115 et le couvercle inférieur 117. A ce moment, une bande 171, prévue sur la patte 169, est introduite dans un trou percé dans le couvercle inférieur 117 de façon à déter- miner la position angulaire du couvercle de flotteur 165. Les pattes 169 du couvercle de flotteur 165 sont pourvues d'une plaque de déflexion allongée 173 pour limiter le mouve- ment de rotation de l'eau accumulée dans le puisard 113. Il est recommandé que les plaques de déflexion 173 destinées à limiter la rotation de l'eau soient disposées pour ne pas gêner les mouvements de rotation de la vapeur ou du gaz dans la partie supérieure du puisard. Le couvercle de flotteur 165 présente un trou d'aération 175 dans sa partie supérieure. Le but du trou d'aération est de permettre au gaz de s'évacuer à travers lui lorsque de l'eau vient dans le couvercle du flotteur 165 et du fait que l'entrée d'eau est orientée vers le bas pour empocher le flotteur 163 d'être perturbé par le mouvement tourbillonnant du gaz ou de la vapeur. Le couvercle inférieur présente un orifice de clapet d'évacuation 177 qui est ouvert par le flotteur pour évacuer automatiquement l'eau accumulée dans le puisard 113 vers une vidange 179. On va maintenant décrire le fonctionnement de la réalisation ci- dessus. On ne décrira pas la réduction de pression, car elle est réalisée de la même façon que dans des valves de réduc- tion ordinaires. - Si la pression à la sortie 137 est inférieure à la valeur fi- xée, l'orifice de clapet 141 est ouvert. La vapeur ou le gaz dans l'entrée 135 pénètre dans l'espace annulaire 159 à tra- vers le tamis 153. Si elles sont suffisamment grosses pour ne pas passer à travers l'orifice du clapet d'évacuation 177, les matières solides seront arrêtées par le tamis 153. Le déflecteur de rotation 161 impartit un mouvement de rota- tion à la vapeur ou au gaz pénétrant dans l'espace annulaire. L'eau et les matières étrangères sont projetées vers l'exté- rieur sur la paroi intérieure du corps de puisard 115 et tom- bent le long de la paroi. La vapeur ou le gaz passe à travers l'ouverture inférieure de l'élément de jupe 151 et à travers le passage 155 de la plaque de retenue 149, pour atteindre la chambre située en dessous de l'orifice de clapet 141. L'eau accumulée dans le puisard 113 est automatiquement éva- cuée à travers l'orifice de clapet d'évacuation 177, vers une vidange 179, au moyen du flotteur 163. A ce moment, le flotteur 163 ne sera pas perturbé,dar le gaz en rotation ne peut atteindre le flotteur du fait du couver- cle de flotteur 165 et la rotation de l'eau est limitée par les plaques de déflexion 173. En outre, du fait que le gaz tournede façon intensive du fait qu'il n'y a pratiquement pas d'obstacle, les particules d'eau et les matières étrangères peuvent être séparées efficacement. Les particules d'eau et les matières étrangères àinsi sépa- rées tombent rapidement vers le bas. En conséquence, les particules d'eau ne peuvent pas être entraînées vers la sor- tie, même si une grande quantité d'eau y coule. Le clapet d'évacuation (y compris le flotteur 163 et le cou- vercle de flotteur 165) peuvent être montés sans gêner le mouvement de rotation des gaz du fait qu'il est disposé au centre inférieur du puisard 113. Le clapet de vidange peut être intégré, non seulement dans le puisard comme sur la figure 1, mais également à l'exté- rieur du corps de puisard comme sur la figure 4. Si la quan- tité d'eau est faible, un clapet manuel peut être suffisant dans ce but. Les clapets à flotteur conviennent pour être utilisés comme clapets de vidange. Un clapet à flotteur dans lequel un flotteur sphérique ouvre et ferme directement l'orifice de vidange, comme on le voit sur la figure 1, con- vient particulièrement. On peut également utiliser un clapet à flotteur avec un levier comme il est représenté sur la figure 7, et ce clapet sera décrit ci-après. La partie supé- rieure du corps de puisard 701 ne sera pas décrite ici, du fait qu'elle est la même que dans le cas de la figure 1. Un siège de clapet est monté sur l'extrémité interne de la sortie de vidange 705 pour former un orifice de clapet de vidange 707. Un flotteur 711 est disposé dans la chambre de puisard 709. Le flotteur 711 est fixé sur un levier 713 qui peut basculer librement autour d'un pivot situé près de l'orifice de clapet de vidange 707. Un corps de clapet est monté sur le levier 713 pour ouvrir et fermer l'orifice de clapet de vidange 707. Un couvercle de flotteur 715 recouvre le flotteur 711, comme dans le cas de la figure 1. Si le niveau s'élève dans le puisard 709, le flotteur 711 monte également et actionne le corps de clapet pour ouvrir l'orifice 707 du clapet de vidange. Si le niveau baisse dans le puisard 709, le flotteur descend également pour fermer l'orifice 707 du clapet de vidange. Lorsqu'on installe une valve de réducation selon la présente invention dans une tuyauterie de vapeur, on peut utiliser, non seulement un clapet à flotteur comme il est représenté sur la figure 1, mais également tout autre type de purgeur de vapeur. On décrira ci-après plusieurs exemples. La figure 4 montre un exemple dans lequel on a installé un purgeur de vapeur du type à cloche. Une vidange 403 est pré- vue au niveau de la circonférence inférieure d'un corps de puisard 401 et est raccordée à l'entrée 409 d'un purgeur de vapeur du type à cloche 407 par un tube 405 (la partie supé- rieure est la même que sur la figure 1 et ne sera pas décri- te). Ce purgeur de vapeur a une cloche inversée dans l'eau accumulée dans une chambre de valve 411 et la vapeur ou le condensat à l'entrée 409 est conduit dans la cloche 413. La cloche 413 flotte si la vapeur y pénètre-et s'enfonce si c'est le condensat qui y pénètre. Cette cloche actionne le corps de clapet par l'intermédiaire du levier 414 pour ouvrir ou fermer l'orifice du clapet de vidange 415 et évacuer auto- matiquement le condensat de la chambre de clapet 411 jusqu'à la sortie 417. La figure 5 montre un autre.exemple dans lequel on utilise un purgeur de vapeur bimétallique. La partie supérieure du corps de puisard 501 est la même que dans la figure 1 et de ce fait elle n'est pas représentée. Une sortie de vidange 505 est ménagée au centre-du couvercle inférieur 503 et un siège de clapet est monté sur l'extrémité interne de la sortie de vidange pour former un orifice de clapet de vidange 507. Une tige de clapet 511 portant à son extrémité inférieure un corps de clapet de vidange 509 est introduit à travers l'orifice de clapet 507. Un jeu d'éléments bimétalliques 513 entoure la tige de clapet 511 entre le siège de clapet et un jonc d'arrêt 515 monté à la partie supérieure de la tige de clapet 511. En fonction de la température du liquide qui l'entoure, l'élé- ment bimétallique 513 se dilate dans la direction de la tige de clapet lorsque la température est plus élevée et se con- tracte lorsque la température est plus faible. Il en résulte que l'orifice de clapet est ouvert pour laisser passer la vapeur et fermé pour arrêter le condensat. 255421 1 Pour évacuer le condensat au démarrage, on peut utiliser non seulement des purgeurs de vapeur bimétalliques,mais également d'autres purgeurs de vapeur thermostatiques utilisant l'ex- pansion thermique de liquides ou de cire. La figure 6 montre un autre exemple dans lequel on utilise un purgeur de vapeur du type à disque. La partie supérieure du corps de puisard 601 est la même que dans la figure 1, et de ce fait elle n'est pas représentée. Une sortie de vidange 605 est prévue au centre du couvercle inférieur 603 et un siège de clàpet 607 est monté sur l'extrémité interne de la sortie de vidange.La partie supérieure du siège de clapet 607 cons- titue deux saillies concentriques servant de sièges de clapet. Un corps de clapet 609, ayant la forme d'un disque, est placé sur le siège de clapet et est recouvert d'un chapeau 611. Un trou vertical 613 situé au centre communique avec une chambre de puisard 617 par un trou horizontal 615 percé dans le siège de clapet 607. Une gorge annulaire disposée entre les deux saillies concentriques au sommet du siège de clapet 607 commu- nique avec la sortie de vidange 605 par des trous 619. Sur la surface inférieure du corps de clapet 609, la pression dans la chambre de puisard s'exerce dans la partie centrale et la pression dans la sortie de vidange s'exerce dans la partie périphérique. La pression dans une chambre de commande 621 s'exerce sur la surface supérieure du corps de clapet. La pression dans la chambre de commande est la pression de la vapeur qui y est enfermée. Si la chambre de commande est entourée par la vapeur, la vapeur dans la chambre de commande ne se condense pas et en conséquence la pression qui y règne ne diminue pas. Si la chambre de commande est entourée par le condensat, de la vapeur se condense et la pression diminue. Il en résulte que le corps de clapet 609 est soulevé du siège de clapet pour évacuer automatiquement le condensat. Ce pur- geur est compact et résiste aux coups de bélier. Revendications. 1. Valve de réduction ayant un séparateur vapeur-liquide caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de puisard (113) disposée en dessous de l'orifice de clapet (141) et obtenue en prolongeant vers le bas la portion du bottier de valve de réduction entourant l'orifice de clapet, une cloison annulaire (151) au niveau de la partie supérieure de la cham- bre de puisard pour former un espace annulaire (159) entre la paroi de la cloison et le bottier de clapet à l'extérieur, l'espace annulaire -(159) communiquant en haut avec l'arrivée (135) et en bas avec la chambre de puisard (113), le passage central de la cloison annulaire faisant communiquer la cham- bre de puisard (113) avec l'espace situé en dessous de l'ori- fice de clapet (141), un déflecteur de rotation (161) étant disposé dans l'espace annulaire (159) et un clapet de vidange étant disposé pour évacuer l'eau accumulée dans la chambre de puisard. 2. Valve de réduction ayant un séparateur vapeur-liquide se- lon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un clapet de vidange est disposé au centre inférieur de la chambre de puisard. 3. Valve de réduction ayant un séparateur vapeur-liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une plaque de déflexion (73) est disposée en travers du courant tour- billonnant d'eau au fond de la chambre de puisard. 4. Valve de réduction ayant un séparateur vapeur-liquide selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un clapet à flotteur (163) servant de clapet de vidange. 5. Valve de réducation ayant un séparateur vapeur-liquide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un purgeur de vapeur servant de clapet de vidange.