Brevet FR2591312A1 — publié le 19870612

"Purgeur de condensat, utilisable avec des plages de pression élevées très différentes et pouvant évacuer des débits de condenrisats importants au démarrage." La presente invention concerne un purgeur de condensat comportant un siège de soupape avec lequel coopère un élément-obturateur ainsi qu'un disposi- tif de commande agissant sur l'élément-obturateur. Les purgeurs de condensat utilisent de préférence comme dispositifs de commande des moyens d'en- tra;nement à flotteur ou des moyens d'entraînement thermi- ques comme par exemple des éléments bimétalliques, des capsules d'expansion contenant un fluide qui se dilate. Dans les installations dans lesquelles règne une pression de fonctionnement élevée, on a des débits de condensat relativement faibles au niveau des purgeurs. Ces débits sont en général de l'ordre de quelques litres par heure. Par contre lors du démarrage, il faut évacuer des quantités plus importantes1c'est-à-dire lorsque l'ins- tallation est encore froide et que les pressions sont encore réduites. Ces plus grands débits d'évacuation lors du démarrage et les différences de pression élevées agissant sur l'élément-obturateurpendant le fonctionnementse sont traduits dans ces applications par des purgeurs de conden- sat ayant nécessairement des dispositifs de commande encom- brants. Pour évacuer des quantités de conden- sat importantes d'installations à faible pression, on con- nait des purgeurs de condensat (DE-A 28 48 128) dont le dispositif de commande agit uniquement sur un élément- obturateur auxiliaire,alors que l'élément-obturateur prin- cipal correspondant est actionné par un piston. Ce disposi- tif de commande est de ce fait d'un encombrement très réduit. Toutefois ce mode de réalisation ne peut s'utiliser pour des pressions de fonctionnement élevées, car l'intervalle d'étranglement nécessaire à la commande du piston serait tellement réduit que sa fabrication ne serait plus envisa- geable et de plus le fonctionnement de ce dispositif serait extrêmement sensible aux saletés. On connait en outre un purgeur de condensat commandé par un flotteur (DEA 32 15 459) dans lequel le condensat à évacuer passe au niveau du flotteur à travers un orifice d'étranglement. Dès que le purgeur de condensat s'ouvre, on a ainsi une force supplémentaire agissant sur le flotteur dans le sens de l'ouverture. Ce dispositif de commande c'est-àdire le flotteur peut être ainsi dimensionné de façon relativement réduite par rap- port au débit d'évacuation maximum du purgeur. Mais comme la force auxiliaire ci-dessus ne s'établit qu'après l'ou- verture, cette solution exige un dispositif de commande très encombrant pour l'ouverture dans le cas de différen- ces de pressions élevées. Dans un autre purgeur à condensat à commande thermique, connu (DE-A 12 61 126) à grand débit, l'élément-obturateur est dans une très large mesure non soumis à la pression, si bien que la force de fermeture que doit appliquer le dispositif de commande et ainsi l'encombrement du dispositif de commande sont faibles par rapport au débit d'évacuation maximum. L'adaptation néces- saire de la courbe d'ouverture et de fermeture à la courbe températurepression de la vapeur saturée se fait par une réalisation particulière du dispositif de commande. Ce purgeur de condensat ne convient pas pour une utilisation 25913.12 à pression de fonctionnement élevée, car la chute de pres- sion importante au niveau du siège de soupape se traduirait par une usure du siège de soupape ou de l'élément-obtura- teur. La présente invention a pour but de créer un purgeur de condensat utilisable avec des pressions de fonctionnement élevées, résistant à l'usure, qui permette de tenir compte des débits de condensat lors du démarrage de l'installation et dont le dispositif de commande soit O10 peu encombrant. A cet effet, l'invention concerne un purgeur caractérisé en ce qu'il comprend au moins un second siège de soupape en aval du siège de soupape et avec lequel coopère un second élément-obturateur, un organe de déplace- ment réagissant à la pression, et influencé dans le sens de la fermeture par la pression régnant du côté de l'entrée du purgeur pour le second élément-obturateur et des moyens qui exercent une force d'ouverture d'amplitude déterminée sur le second élément-obturateur. Dans la mesure o il règne une faible pression à l'entrée du purgeur, le second élément-obtura- teur est maintenu en position d'ouverture par le moyen prévu à cet effet. Le premier élément-obturateur actionné par le dispositif de commande est alors soumis à la diffé- rence totale entre la pression d'entrée et la pression de - sortie du purgeur de condensat. Le purgeur de condensat est réalisé en fonction du débit de façon à pouvoir évacuer les quantités importantes de condensat au moment du démar- rage de l'installation. Lorsque la pression d'entrée atteint une valeur limite prédéterminée, le second élément-obtura- teur est mis en position de fermeture par l'organe de ré- glage qui agit contre la force d'ouverture. Une pression intermédiaire qui augmente avec la pression d'entrée, peut alors s'établir dans la cavité entre la première et la seconde zone de fermeture c'est-à-dire entre le premier élément-obturateur et son siège de soupape et le second élément-obturateur et son siège de soupape. Ainsi lorsque la pression d'entrée atteint une valeur limite, le premier élément-obturateur est soumis à une différence de pression qui est inférieure à la différence entre la pression d'en- trée et la pression de sortie du purgeur de condensat. Le travail que doit fournir l'unité de commande est limité à cette différence de pression plus faible appliquée au pre- mier élément-obturateur. L'encombrement nécessaire à l'unité de commande reste ainsi relativement faible malgré la pression d'entrée élevée. Pour une pression de fonction- nement élevée, la première zone de fermeture et la seconde zone de fermeture absorbent chacune une partie de la dif- férence de pression entre la pression d'entrée et la pres- sion de sortie. De ce fait, l'usure des sièges de soupape et des éléments-obturateurs est faible. Le purgeur de con- densat selon l'invention est de ce fait très résistant à l 'usure. L'invention concerne également d'au- tres développements avantageux des caractéristiques ci- dessus. Ainsi, suivant une autre caractéristi- que, l'organe de déplacement comporte une surface soumise à la pression et qui est placée dans une cavité exposée à la pression d'entrée, cette cavité étant séparée par une cloison d'une cavité dans laquelle règne une pression plus faible et dans laquelle se trouve le second élément-obtura- teur, un organe de déplacement qui traverse la cloison et relie la surface soumise à la pression et le second élément- obturateur, un moyen d'étanchéité étant prévu au passage de l'organe de déplacement dans la cloison. Cela correspond à un mode de réalisation particulièrement intéressant de l'organe de commande du second élément-obturateur. Suivant une autre caractéristique, le purgeur comprend un soufflet pour assurer l'étanchéité au niveau du passage de l'organe de déplacement. I1 s'agit là d'une réalisation très avantageuse du moyen d'étanchéité nécessaire à l'organe de déplacement. Suivant une autre caractéristique, le soufflet constitue le moyen qui exerce une force dans le sens de l'ouverture. Le soufflet assure non seulement la fonction d'étanchéité mais également il engendre la force d'ouverture. Suivant une autre caractéristique, le moyen exerçant une force dans le sens de l'ouverture est constitué par un ressort. Cette caractéristique cor- respond à une variante de moyens pour engendrer la force d'ouverture. Suivant une autre caractéristique, le ressort est réglable. Cela permet de modifier la valeur limite à laquelle se ferme le second élément-obturateur. Grâce à des valeurs limites différentes, on peut par exem- ple utiliser le même purgeur de condensat pour des plages de pressions très différentes. Dans de tels cas, il fallait jusqu'à présent utiliser des purgeurs de condensat ayant un dispositif de commande de forme ou de dimensions différentes. Dans le cas de purgeurs de condensat à dispositifs de commande thermiques notamment à éléments bimétalliques, il est habituel d'adapter par une forme polygonale la caractéristique d'ouverture et de fermeture du purgeur à la courbe température-pression de la valeur saturée par des mesures particulières prises au niveau du dispositif de commande. Le purgeur de condensat selon l'in- vention présente une caractéristique polygonale pour le dispositif de commande sans moyens particuliers. Le point de fléchissement entre les deux segments de la ligne poly- gonale se situe au niveau de la pression de fermeture du second élémentobturateur. En réglant cette pression de fermeture, on peut déplacer ce point de pliage et assurer ainsi une adaptation optimale. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un troisième siège de soupape en aval du second siège de soupape et comportant un troi- sième élément-obturateur, un organe de réglage réagissant à la pression, influencé dans le sens de la fermeture par la pression régnant à l'entrée et agissant sur le troisième élément-obturateur, et des moyens exerçant sur le troisième élément-obturateur une force d'ouverture d'une intensité telle que le second élément-obturateur et le troisième élément-obturateur se ferment pour des pression différentes du côté de l'entrée. Ainsi, on peut avoir une caractéristi- que d'ouverture et de fermeture ayant deux points de fléchissement, ce qui permet une adaptation particulière- ment bonne à la courbe de température-pression de la vapeur saturée sur une plage de pression très importante. La présente invention sera décrite ci- après à l'aide de trois exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un purgeur de condensat commandé par un flotteur comportant deux éléments d'obturation. - la figure 2 montre un purgeur de condensat à commande thermique comportant deux éléments d'obturation. - la figure 3 est un schéma correspon- dant au purgeur de condensat de la figure 4, et - la figure 4 montre un purgeur de condensat à commande thermique comportant trois éléments d'obturation. Selon la figure 1, le purgeur de condensat commandé par un flotteur se compose d'un carter de purgeur comprenant une pièce de raccordement 1 et deux coiffes 2, 3. La pièce de raccordement 1 présente un canal d'entrée 6 débouchant dans les cavités 4, 5 des coiffes 2, - 2591312 et 3 et un canal d'évacuation 7. La cavité 4 reçoit un dispositif de commande 8 muni d'un flotteur pour un pre- mier élément d'obturation 9 qui se ferme dans le sens de l'écoulement. Cet élément coopère avec un premier si.ège de soupape 10 qui est situé du côté amont d'un perçage traver- sant Il reliant la cavité 4 au canal d'évacuation 7. Un second siège de soupape 12 est prévu sur le perçage traver- sant 11 du côté aval. Celui-ci coopère avec un second élé- ment-obturateur 13 prévu dans le canal d'évacuation 7 et qui se ferme dans le sens contraire du sens de l'écoulement. Ce dernier élément comprend un organe de déplacement 14 qui traverse une cloison 15 séparant le canal d'évacuation 7 et la cavité 5. Dans la cavité 5, l'organe de déplace- ment 14 porte une surface 16 soumise à la pression. Un soufflet 17 relie cette surface et la cloison 15; ce soufflet assure l'étanchéité du passage de l'organe de déplacement 14. Un ressort d'ouverture 18 agit sur l'organe de déplacement 14. La pression du côté de l'entrée règne dans les deux cavités 4, 5. Lorsque cette pression descend en-dessous d'une valeur limite prédéterminée (cela est par exemple le cas lors du démarrage de l'ins- tallation d'évacuation d'eau qui se trouve en amont du purgeur de condensat) le ressort d'ouverture 18 maintient le second élémentobturateur 13 en position d'ouverture en s'opposant à la force de fermeture exercée par la pres- sion d'entrée sur la surface 16 soumise à la pression. Toute la différence entre la pression du côté de l'entrée et la pression du c8té de la sortie agit sur le premier élément-obturateur 9. Le dispositif de commande 8 est tel qu'il peut mettre en position d'ouverture ce premier élé- ment-obturateur 9 contre la différence de pression. Comme à ce moment, la différence de pression est encore relati- vement faible, le travail d'ouverture et ainsi l'encombre- ment nécessaire du dispositif de commande 8 sont relative- ment réduits. Si la pression du c6té de l'entrée augmente, le second élément-obturateur 13 est déplacé dans le sens de la fermeture par l'intermédiaire de la surface 16 soumise à la pression et à l'organe de déplace- ment 14, contre l'action du ressort d'ouverture 18. Lors- qu'il n'y a pas de condensat à évacuer, le premier élément d'obturation 13 s'appuie de manière étanche sur le second siège de soupape lorsqu'on atteint la valeur limite de consigne de pression. Ainsi, dans le perçage traversant 11 peut s'établir une pression intermédiaire supérieure a la pression de sortie régnant dans le canal d'évacuation 7. Le travail que doit fournir le dispositif de commande 8 pour ouvrir le premier élémentobturateur 9 n'est plus dans ce cas déterminé par la différence entre la pression régnant à l'entrée et la pression régnant à la sortie mais par la plus faible différence entre la pression du côté de l'entrée et la pression intermédiaire dans le per- çage traversant 11. L'échelonnement des pressions à savoir:pression d'entrée, pression intermédiaire et pres- sion de sortie, reste conservé même pendant l'évacuation du condensat, car le premier et le second élément-obtura- teur 9 et 13 s'ouvrent de manière proportionnelle. La pression du condensat à évacuer est réduite au cours de deux étapes à savoir au niveau des zones d'obturation- correspondant aux éléments-obturateurs 9 et 10, puis au niveau des zones d'obturation suivantes correspondant aux éléments-obturateurs 12 et 13. De ce fait même pour une pression de fonctionnement élevée, les contraintes d'usure des sièges de soupape 10 et 12 et des élémentsobturateurs 9 et 13 restent relativement faibles. Suivant la relation entre la surface de la section de l'ouverture du second siège de soupape 12 et la grandeur efficace de la surface 16 soumise à la pression, la différence de pression qui agit sur le pre- mier élément-obturateur 9 après la fermeture du second élément-obturateur 13 augmente encore légèrement, reste constante ou même diminue lorsque la pression du côté de l'entrée continue d'augmenter. Le travail maximum à fournir par le dispositif de commande 8 peut ainsi se limiter à cette différence de pression. L'encombrement nécessaire au dispositif de commande 8 est de ce fait beaucoup plus faible que si ce dispositif devait travailler contre la différence totale entre la pression régnant à l'entrée et la pression régnant à la sortie. Le mode de réalisation de la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 en ce que le dispo- sitif de commande 8 n'est pas constitué par un flotteur, mais par un paquet d'éléments bimétalliques superposés dont le contour extérieur seul a été représenté. Le pre- mier élément-obturateur 9 s'ouvre dans le sens de l'écou- lement. Le soufflet 17 est tel qu'il permet l'application d'une force d'ouverture d'intensité suffisante pour le second élément-obturateur 13; de cette manière, il n'est pas nécessaire d'avoir un ressort d'ouverture distinct. Le fonctionnement de ce purgeur de condensat correspond pour l'essentiel à celui de la figure 1 à la particularité suivante près: aussi longtemps que le second élément-obturateur 13 est en position d'ouver- ture, la force engendrée par la pression et qui agit sur le premier élément-obturateur 9 dans le sens de son ouver- ture, continue d'augmenter en fonction de l'augmentation de la pression du côté de l'entrée. La force de fermeture engendrée par les éléments bimétalliques du dispositif de commande 8 augmente en fonction de la température. Il en résulte un certain fléchissement de la caractéristique d'ouverture et de fermeture du purgeur de condensat. Lors- que le second élément-obturateur 13 se ferme, la pression continuant d'augmenter, alors l'augmentation de la force engendrée par la pression et agissant dans le sens de l'ou- verture sur le premier élément-obturateur 9 diminue ou disparaît. Du fait de l'augmentation de température qui est toujours liée à l'augmentation de pression du côté de l'entrée, la force de fermeture exercée par le dispositif de commande 8 continue d'augmenter. L'inclinaison de la caractéristique d'ouverture et de fermeture change et prend une forme polygonale. Il en résulte une adaptation à la courbe température-pression de la vapeur saturée. Le mode de réalisation de la figure 4 se distingue de celui de la figure 2 principalement en ce qu'en aval du second siège de soupape 12, on a un troisième siège de soupape 19 et un troisième élément-obturateur 20 correspondants. Entre le second et le troisième siège de soupape 12, 13, on a un canal de liaison 21 dans lequel se trouve le second élémentobturateur 13. Un second organe de déplacement 22 comportant une surface 23 soumise à la pression du côté de l'entrée, un soufflet 24 et un ressort d'ouverture 25, actionne le troisième élément-obturateur 20 qui se ferme dans le sens opposé du sens de l'écoule- ment. De plus sur ce purgeur de condensat, les deux res- sorts d'ouverture 18, 25 peuvent se régler par des vis 26, 27. Les deux ressorts d'ouverture 18, 25 sont dimensionnés et réglés de façon que le second et le troisième élément-obturateur 13, 20 se ferment respective- ment pour une autre valeur limite de la pression d'entrée. La valeur limite la plus faible termine la différence de pression maximale agissant sur le premier élément-obtura- teur 9 et ainsi l'encombrement nécessaire au dispositif de commande 8. La caractéristique d'ouverture et de fermeture du purgeur de condensat fléchit une première fois au niveau de cette valeur limite (voir à cet effet les explications données pour la figure 2). Lorsqu'on dépasse la valeur limite supérieure, de sorte que les deux éléments-obtura- teurs 13, 20 se ferment, une pression intermédiaire s'éta- blit dans le canal de liaison 21, pression qui exerce un effort supplémentaire sur le second élément-obturateur 13. On influence ainsi la pression intermédiaire dans le per- çage traversant 11. Il en résulte un nouveau fléchissement de la caractéristique. La caractéristique d'ouverture et de fermeture peut ainsi être adaptée particulièrement bien à la courbe pression-température de la vapeur saturée sur une plage de pression étendue sans nécessiter de moyens particuliers au niveau du dispositif de commande 8. L'adaptation ci-dessus apparaît au schéma de la figure 3. Les abscisses correspondent à la température et les ordonnées correspondent à la pression. Devant la courbe température-pression 28 de la vapeur saturée, on a la caractéristique de fermeture 29 et la caractéristique d'ouverture 30 du purgeur de condensat de la figure 4. Ce mode de réalisation de purgeur de condensat est encore plus résistant à l'usure, car la réduction des pressions élevées se fait en trois étapes. Liste ( 2, 3 4, 5 6 11 16 21 26, 27 des références: pièce de raccordement coiffes cavités canal d'entrée canal d'évacuation dispositif de commande élément-obturateur siège de soupape perçage traversant siège de soupape élément-obturateur organe de déplacement cloison de séparation surface soumise à la pression soufflet ressort d'ouverture siège de soupape élément-obturateur canal de liaison organe de déplacement surface soumise à la pression soufflet ressort d'ouverture vis courbe température-pression caractéristique de fermeture caractéristique d'ouverture. R E VE NDI C A T I 0 N S 1 ) Purgeur de condensat comportant un siège de soupape avec lequel coopère un élément-obtura- teur ainsi qu'un dispositif de commande agissant sur l'élément-obturateur, purgeur caractérisé en ce qu'il com- prend au moins un second siège de soupape (12). en aval du siège de soupape (10) et avec lequel coopère un second élément-obturateur (13), un organe de déplacement (14, 16) réagissant à la pression, et influencé dans le sens de la fermeture par la pression régnant du côté de l'entrée du purgeur pour le second élémentobturateur (13) et des moyens (18) qui exercent une force d'ouverture d'amplitude déterminée sur le second-élément-obturateur (13). 2 ) Purgeur de condensat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de dépla- cement comporte une surface (16) soumise à la pression et qui est placée dans une cavité (5) exposée à la pression d'entrée, cette cavité (5) étant séparée par une cloison (15) d'une cavité (7) dans laquelle règne une pression plus faible et dans laquelle se trouve le second élément- obturateur (13), un organe de déplacement (14) qui traverse la cloison (15) et relie la surface (16) soumise à la pres- sion et le second élément-obturateur (13), un moyen d'étanchéité (17) étant prévu au passage de l'organe de déplacement (14) dans la cloison (15). 3 ) Purgeur de condensat selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un souf- flet (17, 24) pour assurer l'étanchéité au niveau du pas- sage de l'organe de déplacement (14, 22). 4 ) Purgeur de condensat selon la revendication 3, caractérisé en ce que le soufflet (17, 24) constitue le moyen qui exerce une force dans le sens de l'ouverture. ) Purgeur de condensat selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen exerçant une force dans le sens de l'ouverture est constitué par un ressort (18, 25). 6 ) Purgeur de condensat selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort (18, 25) est réglable. ) Purgeur de condensat selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par un troisième siège de soupape (19) en aval du second siège de soupape (12) et comportant un troisième élément-obturateur (20), un organe de réglage (22, 23) réagissant à la pres- sion, influencé dans le sens de la fermeture par la pres- sion régnant à l'entrée et agissant sur le troisième élé- ment-obturateur (20), et des moyens (25) exerçant sur le troisième élément-obturateur (20) une force d'ouverture d'une intensité telle que le second élément-obturateur (13) et le troisième élément-obturateur (20) se ferment pour des pressions différentes du côté de l'entrée.