Brevet FR2641356A1 — publié le 19900706

DISPOSITIF POUR REDUIRE LES SOLLICITATIONS SUR UN CLAPET D'ETANCHEITE La presente invention concerne un dispositif pour réduire les sollicitations sur un clapet d'étanchéité comprenant un joint mou périphérique appliqué, en position fermée, sur un siège annulaire correspondant pour assurer l'étanchéité entre un milieu - se trouvant, du côté du siège, a une pression donnée et un milieu se trouvant, du côté opposé, & une pression plus élevée. Quoique n'y étant pas limitée, la présente in- vention vise notamment les clapets d'étanchéité d'un sas d'une installation de chargement d'un haut fourneau. On sait que les hauts fourneaux sont chargés & travers un sas qui est mis alternativement en communication avec I'atmosphère lors de son remplissage et avec l'intérieur du four lors de l'écoulement de la matière de chargement. A cet ef- fet, l'ouverture d'écoulement, ainsi que l'ouverture de chargement du sas sont équipées de clapets d'étanchéité du genre décrit ci-dessus. Chacun de ces clapets d'étanchéité est actionné par un vérin hydraulique ou autre dont la force de poussée est de l'ordre de quelques tonnes selon la grandeur du clapet. Outre cette force hydraulique, le clapet est soumis, en position fermée, à la force résultant des différences de pression existant de part et d'autre du clapet. En effet, du côté du siège de chacun des clapets règne une pression atmosphé- rique, alors que les clapets, subissent, du côté opposé, dans le sens de leur fermeture, la pression régnant & l'intérieur du four. Cette différence de pression se traduit, selon la surface du clapet, par une force de l'ordre de quelques dizaines de tonnes. Etant donné que les joints des clapets sont en matériau mou, le siège risque de mordre dans le joint sous l'influence de cette force élevée pour y former une cuvette annulaire favorisant les dépôts de poussière et de saleté et accélérant l'usure du joint. Certes, il serait possible de supprimer la poussée hydraulique sur les clapets lorsqu'ils sont dans leur position fermée, mais cette mesure ne résoudrait guère le problème étant donné que la force hydraulique est négligeable comparée & la force de poussée résultant des différences de pression. Le but de la présente invention est de prévoir un dispositif efficace pour réduire les sollicitations occasionnées par les pressions différentielles sur le joint d'un tel clapet d'étanchéité. Pour atteindre cet objectif, le dispositif proposé par la présente invention est essentiellement caractérisé, dans son mode de réalisation préféré, en ce que le siège est associé à un compensateur de pression agissant sur le clapet, dans le sens de son ouverture, sous l'action d'un fluide hydraulique dont la force de poussée est réglée de manière à correspondre approximativement & la force agissant sur le clapet dans le sens de sa fermeture et résultant des différences de pression régnant de part et d'autre du clapet. Dans un premier mode de réalisation, le compen- sateur est constitué par une série de pistons indi- viduels logés dans des alésages cylindriques cor- respondants à l'intérieur du siège. Selon un autre mode de réalisation, le compen- sateur est constitué par un piston annulaire logé dans une gorge annulaire correspondante & l'intérieur du siège. Dans un cas comme dans l'autre, les surfaces actives des pistons sont constituées par des surfaces aplanies de têtes ou dents pointuespour réduire la grandeur des surfaces susceptibles de depôt de poussière et faciliter le déegacement latéral des dépôts. L'invention prevoit égaaement un circuit de commande de la pression du fluide hydraulique, comprenant des capteurs pour mesurer la différence de pression de part et d'autre du clapet, un émetteur d'un signal de consigne proportionnel a ladite différence, un comparateur pour comparer un signal correspondant à la pression réelle du fluide hydrau- lique au signal de consigne et engendrer un signal de commande en fonction du résultat de cette comparaison pour actionner une vanne de réglage de la pression du fluide hydraulique. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux, présenté ci-dessous, & titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre une coupe verticale schématique partielle d'un clapet d'étanchéité avec un compensateur de pression selon la présente invention et La figure 2 montre schématiquement un circuit de commande hydraulique du compensateur de pression. La figure 1 montre un clapet d'étanchéité 10 comprenant un joint mou périphérique 12 coincé dans une rainure circulaire & l'aide d'une clavette annu- laire 14. Ce joint 12 est appliqué, dans la position fermée du clapet 10, sur un siège annulaire 16 entourant une ouverture circulaire 18. Conformément & la présente invention, on a prévu a l'intérieur du siège 16 un compensateur de pression qui agit sur le clapet, par exemple au niveau de la clavette 14, dans le sens de l'ouverture du clapet 10. Dans l'exemple représenté, ce compensateur est constitué par un piston annulaire 20 qui est logé dans une gorge annulaire 22 à section rectangulaire et qui communique par plusieurs alésages 24 avec un circuit de commande hydraulique. Le piston 20 est maintenu dans son logement par une bride amovible 26. La surface active du piston 20 agissant sur le clapet 10 est de préférence constituée par une cou- ronne de dents 28 à tête aplatie. Ceci réduit la grandeur de la surface susceptible de dépôts de poussière qui pourraient former une croûte par écrasement entre la surface de contact du piston 20 et le clapet 10 et facilite le dégagement latéral de poussières pour réaliser aussi un auto-nettoyage. Au lieu de prévoir un seul piston circulaire 20 avec une couronne de dents 28, il est possible de prévoir plusieurs pistons cylindriques comprenant chacun une tête pointue agissant sur le clapet 10. Il est également possible de faire agir plusieurs pistons individuels sur une bride mobile comprenant une couronne de dents comme sur la figure 1. La figure 2 montre schématiquement un circuit de régulation. et de commande hydraulique d'un compensateur de pression selon la figure 1, appliqué au clapet d'étanchéité supérieur 10 d'un sas 30 d'une installation de chargement d'un haut fourneau. Les conduites d'alimentation 24 du compensateur sont raccordées & une centrale hydraulique 32 par l'intermédiaire d'une vanne 34 de réglage de la pression hydraulique. Le circuit comporte un capteur de pression 36 qui mesure la pression & l'intérieur du sas 30 et transmet & un émetteur 38 un signal représentatif de cette pression. Cet émetteur 38 engendre, à base de ce signal, un signal de consigne qui est fonction de la pression à l'intérieur du sas 30, qui est la seule variable pour une installation donnée, la surface du clapet 10 et les surfaces actives du compensateur étant constantes pour une insta'llation donnée. Ce signal de consigne est transmis & un comparateur 40 qui compare la Dressiorn reel'e du fluide hydraulique agissant sur le compensateur 16 à la pression de consigne et qui, en fonction du résultat de cette comparaison commande la vanne de réglage 34 pour augmenter ou diminuer la pression du fluide hydraulique jusqu'à ce que la force de pression du compensateur sur le clapet 10 compense approximativement la force résultant de la pression à l'intérieur du sas 30 sur le clapet 10, laissant le clapet soumis à la seule force de son mécanisme d'entrainement. Le clapet d'étanchéité inférieur, non représenté, associé à l'ouverture d'écoulement du sas 30 est équipé d'un compensateur analogue actionné par un circuit de commande comme celui représenté sur la figure 2. Etant donné que dans l'application concernée, la pression ambiante agissant du c6té du compensateur sur le clapet est la pression atmosphérique il suffit d'un seul capteur pour mesurer la pression du côté opposé du clapet 10. Si, dans une autre application, la pression ne correspondait pas & la pression atmosphérique, il serait nécessaire de prévoir deux capteurs pour mesurer les pressions. ambiantes agissant de part et d'autre sur le clapet dans sa position de fermeture. G REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réduire les sollicitations sur un clapet d'étanchéité (!0) comprenant un joint mou périphérique (12) appliqué, en position fermée, sur un siège annulaire correspondant (16) pour assurer l'étanchéité entre un milieu se trouvant du côté du siège à une pression donnée et un milieu se trouvant, du côté opposé à une pression plus élevée, caractérisé en ce que le siège (16) est associé & un compensateur de pression agissant sur le clapet (10), dans le sens de son ouverture sous l'action d'un fluide hydraulique dont la force de poussée est réglée de manière à correspondre approximativement à la force agissant sur le clapet (10) dans le sens de sa fermeture et résultant des différences de pression régnant de part et d'autre du clapet (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le compensateur est constitué par un piston annulaire (20) logé dans une gorge annulaire correspondante (22) à l'intérieur du siège (16). 3. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la surface active du piston (20) est constituée d'une couronne de dents (28) à pointes aplaties agissant sur le clapet (10). 4. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le compensateur est constitué d'une série de pistons individuels logés dans des alésages cylindriques correspondants à l'intérieur du siège (16). 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que chaque piston comporte une tête conique à pointe aplatie agissant sur le clapet (10). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque piston agit sur une bride mobile comprenant une couronne de dents à pointes aplaties agissant sur le clapet (OQ0. 7. DisDositif selon 1'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caracterise par un circuit de com- mande de la pression du fluide hydraulique, compre- nant des capteurs (36) pour mesurer la différence de pression de part et d'autre du clapet (10), un émetteur (38) d'un signal de consigne proportionnel à ladite différence, un comparateur pour comparer un signal correspondant à la pression réelle du fluide hydraulique au signal de consigne et engendrer un signal de commande en fonction du résultat de cette comparaison pour actionner une vanne (34) de réglage de la pression du fluide hydraulique.