Brevet FR2610383A1 — publié le 19880805

VANNE DE COMMANDE DE DEBIT GAZEUX ET SON APPLICATION AU REGLAGE DU DIGIT D'UNE TURBINE. La présente invention a pour objet une vanne de commande de deuil Permettant en particulier, l'arrêt et le laminage d'un écoule- ment gazeux, adapte netamment a cas des gaz charges de poussieres. Dans le domaine de la récupération d'énergie, on utilise fréquemment des turbines véhiculant des gaz fortement chargés de poussières. L'industtie des hauts-fourneaux est un exemple de domaine technique utilisant de tels écoulements de gaz chargés de poussières. Les turbines utilisées doivent être intégrées à un circuit, et il est donc important de pouvoie contrôler avec une grande rapidité, la fermet@re de la turbien en cas d'urgence, Il est également important de pouvoir contr@ler en permanence le réglage du débit par laminage de l'écoulement. La présente invention a pour objet une vanne de commande de débit totalement étanche qui puisse êtte utilisée dans des applications de ce type. @ invention a également pour objet une telle vanne étanche capable de conserver ses qualités de fonctionnement même lors de l'existence de de fauta d'alignement. La vanne de commande de débit permettant en particulier l'arrêt et le laminage d'un écoulemnt gazeux salon l'invention, comprend dans un corps de révolution de profil divergent-convergent, un élément de fermeture mobile axialement capable d'entrer en contact avec une portion de la surface interne du corps de vanne. Un vérin de commande du déplacement de l'ale=ant de fermeture est maintenu A l'intérieur du corps de vanne par des bras de support radiaux. L'élément de fermeture est relia la tige du vérin, par l'intermé- dia ire d'au moins un organe élastique, susceptible de compenser d'éventuels défauts d'alignement. L'élément de fermeture présente, de préférence un profil aérodynamique, et le vérin est monté avantageusement par ses bras de support radiaux à l'intérieur d'un carénage présentant également un profil aérodynamique. L'élément de fermeture peut avantageusement comprendre un opercule fuselé ouvert à une extrémité, cette extrémité ouverte entourant le corps du vérin. Pour assurer l'étanchéité, on prévoit un joint souple en forme de membrane, capable de rouler sur lui-meme pour assurer l'étanchéité entre la partie intérieure et la partie extérieure de l'opercule fuselé. Le vérin de commande de la vanne est, de préférence, monté à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique de centrage, le joint souple étant fixé entre ladite enveloppe et l'extrémité ouverte de l'oper- cule fuselé. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le carénage du vérin se prolonge par une portion conique venant entourer l'extrémité ouverte de l'opercule dans la position ouverte de la vanne. De cette façon, les caractéristiques aérodynamiques de l'ensemble, sont notablement améliorées en particulier dans le cas l'écoulement est un écoulement gazeux chargé de poussières. Les conduites d'alimentation en fluide du vérin de commande, peuvent avantageusement traverser les bras de support radiaux de la vanne, ce qui évite d'avoir à prévoir des moyens supplémentaires pour le passage des conduites d'alimentation dudit vérin. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un exemple de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels la figure ì est une vue en coupe d'une vanne de commande selon l'invention dans sa position ouverte; et la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant la vanne dans sa position fermée; Tel qu'elle est illustrée sur les figures 1 et 2, la vanne de commande, référencée l dans son ensemble, est montée dans un corps de vanne de révolution comportant une portion divergente 2 faisant suite à une portion cylindrique 3 et une portion convergente 4 reliée à la portion divergente 2 par des vis de serrage non représentées traver sant des brides 2a, 4a. Bien entendu l'ensemble .iivergent-convergent pourrait être monobloc.La portion convergente 4 se raccorde à une portion cylindrique 6, et un siège 5 placé à l'intérieur du corps de vanne pratiquement à la jonction entre la portion convergente 4 t la portion cylindrique 6, permet d'assurer le contact avec l'élément mobile de la vanne. Un vérin de commande 7 est monté en porte-à-faux sur une paroi radiale 8 elle-meme supportée à l'intérieur de la portion cylindrique 3 par des bras de support radiaux 9. La fixation du vérin 7 sur la paroi 8 se fait par des goujons 13 dont un seul est visible sur la figure 1. La tige 11 du vérin 7 porte une pièce de fixation 12 sur laquelle est serrée, par des vis non représentées, une lame élastique radiale 13 qui presente un alésage coopérant avec la pièce de fixation 12. En variante on pourrait utiliser une pluralité de lames élastiques 13. La périphérie externe de la lame élastique 13 est fixée par vis sur la partie centrale 14 d'un élément de fermeture mobile affectant la forme d'un opercule fuselé, référencé 15 dans son ensemble. L'opercule 15 se termine, du cte aval de l'écoulement, par une calotte 16 sensiblement sphérique fixée sur l'élément central 14 par l'intermédiaire d'une bague annulaire fuselée 17.Du coté amont de l'écoulement, l'élément central 14 se poursuit par une partie tronconique 18 présentant une ouverture centrale à son extrémité libre, du côté amont de l'écoulement, qui entoure une enveloppe cylindrique 19 servant de logement au vérin 7 en laissant un jeu suffisant pour autoriser un déplacement angulaire capable de rattraper d'éventuels défauts d'alignement de l'opercule 15 par rapport au corps de vanne. Un tel déplacement est rendu possible par le montage élastique de l'opercule au moyen de la lame 13. On comprendra que d'autres moyens de liaison assurant une certaine élasticité pourraient être utilisés. Un joint souple en forme de membrane cylindrique 20 capable de s'enrouler sur lui-même est fixé par son bord intérieur cylindrique à l'une des extrémités de l'enveloppe cylindrique 19 par une bague de serrage 22. A son extrémité extérieure également cylindrique la membrane 20 est fixée par une bague de serrage 22 sur l'alésage d'une paroi annulaire 23 solidaire de l'élément central 14 de l'opercule de fermeture 15. Du coté amont de la paroi radiale 8, le vérin 7 est protégé par un carénage aérodynamique de forme sensiblement sphérique 24 comportant des orifices 25 permettant d'atteindre les extrémités des goujons de fixation 10 du vérin 7.Le carénage 24 se poursuit du côté aval de l'écoulement par une portion cylindrique 26 qui sert d'appui aux bras de support radiaux 9, la portion cylindrique 26 étant reliée à la portion sphérique 24 par une bague annulaire 27. Le carénage se poursuit du côté aval de l'écoulement par une portion tronconique 28 montée en porte-à-faux, fixée sur une bride 29 solidaire de la partie cylindrique 26. La portion tronconique 28 vient entourer la portion tronconique 18 à l'arrière de l'opercule fuselé 15 sans entrer en contact avec cette dernière. Compte tenu de la direction de l'écoulement matérialisée par les fleches 30, on voit que la portion tronconique 28 permet de diriger l'écoulement vers le passage entre la vanne 1 et le corps de vanne 2, 4. Les conduits d'aljentation du vérin 7 passent à travers certains des supports radiaux 9 qui présentent un profil aérodynamique et sont creux ou présentent un passage approprié. C'est ainsi que l'on voit sur la figure 1 la canalisation 31 qui traverse l'un des supports radiaux 9, pénètre à l'intérieur du carénage 24, 27, 26 traverse ensuite la paroi radiale 8 avant d'entre reliée à une connexion d'alimentation du vérin 7 non représentée sur la figure. L'autre conduite de retour, non représentée sur la figure, peut avantageusement passer par un autre support radial 9. La commande du vérin 7 peut se faire de manière hydraulique ou pneumatique. La figure 2 illustre les mêmes éléments représentés dans la position complètement fermée de la vanne de commande. Dans cette position, on voit que la tige 11 du vérin 7 est sortie jusqu'à ce que l'élément de fermeture 15 soit entré en contact avec son siège 5 à l'intérieur du corps de vanne. Comme on peut le voir, le contact s'établit entre le siège 5 et la bague annulaire 16. D'éventuels défauts d'alignement qui pourraient exister sont compensés par le montage de l'opercule de fermeture 15 au moyen de la lame élastique 13. De cette manière, le contact entre l'opercule fuselé 15 et son siège 5 à l'intérieur du corps de vanne se fait de maniera parfaitement étanche. On voit que dans cette position, la membrane cylindrique 20 s'est enroulée sur elle-même en roulant à la fois sur la surface périphérique extérieure de l'enveloppe cylindrique 19 et sur la surface cylindrique interne d'un manchon cylindrique 32 monté sur la paroi annulaire 23, l'ensemble se trouvant logé à l'intérieur de la portion tronconique 18. Pour permettre l'adaptation de position en cas de défaut d'ali- gnement, un jeu suffisant est maintenu entre l'extrémité ouverte de la portion tronconique 18 et la surface extérieure de l'enveloppe cylindrique 19. On comprendra bien entendu que toutes les positions intermédiaires de l'opercule de fermeture 15 peuvent être utilisées de façon à assurer non seulement un arrêt complet de l'écoulement comme illustré sur la figure 2 mais également tout réglage approprié de l'écoulement par laninage à l'intérieur du corps de vanne 4. On peut envisager de prévoir des dispositifs de commande assurant un amortissement de fin de course, un contrôle de l'accélération ou toute autre caracteristi- que habituelle dans les dispositifs de commande de vannes hydrauliques ou pneumatiques de ce type. Dans une variante non représentée sur les figures, la vanne peut être équipée d'un dispositif de lavage. Un anneau de distribution d'eau de lavage est incorpore dans la bride 29 qui est percée d'une pluralité de passages terminés par des injecteurs formant un anneau d'eau. Le lavage ainsi obtenu peut être permanent ou intermittent selon les besoins. Grâce à l'invention, il est ainsi possible de disposer d'une vanne de commande complètement étanche, de structure parfaitement aérodynamique pouvant être utilisée en particulier dans des écoule- ments gazeux chargés de poussières et capable d'assurer à la fois un arrêt complet rapiae de l'écoulement et un reglage continu du débit par laminage plus ou moins prononcé de l'écoulement. RDFENDICATIOiS 1. Vanne de commande de débit permettant en particulier l'arrêt et le laminage d'un écoulement gazeux caractérisée par le fait qu'elle comprend, dans un corps de vanne de révolution divergentconvergent (2, 4) un élément de fermeture (15) mobile axialement, capable d'entrer en contact avec une portion (5) de la surface interne du corps de vanne, un vérin (7) de commande du déplacement de l'élément de fermeture (15), maintenu à l'intérieur du corps de vanne par des bras de support radiaux (9), l'élément de fermeture (15) étant relié à la tige (11) du vérin (7) par l'intermédiaire d'au moins un organe élastique (13) susceptible de compenser d'éventuels défauts d'alignement. 2. Vanne de commande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'organe élastique est constitué par une ou plusieurs lames élastiques radiales (13). 3. Vanne de commande selon les revendications 1 ou 2, caractéri- sée par le fait que l'élément de fermeture (15) présente un profil aérodynamique et le vérin (7) est monté par ses bras de support radiaux à l'intérieur d'un carénage (24, 27, 26) présentant également un profil aérodynamique. 4. Vanne de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'élément de fermeture (15) comprend un opercule fuselé ouvert à une extrémité, laquelle entoure le corps du vérin (7). 5. Vanne de commande selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'il comprend un joint souple (20) en forme de membrane capable de rouler sur lui-même pour assurer l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de l'bpercule (15). 6. Vanne de commande selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le vérin (7) est monté à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique de centrage (19) et le joint souple (20) est fixé entre ladite enveloppe (15) et l'extrémité ouverte (18) de l'opercule. 7. Vanne de commande selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait que le carénage du vérin se prolonge par une portion conique (28) venant entourer ltextrémité ouverte (18) de l'opercule (15) dans la portion ouverte de la vanne. 8. Vanne de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les conduits (31) d'alimen- tation en fluide du vérin de commande (7) traversent les bras de support radiaux (9) du vérin. 9. Application d'une vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes au réglage du débit d'une turbine véhiculant des gaz chargés de poussière, particulièrement dans l'industrie des hauts-fourneaux.