Brevet FR2911383A1 — publié le 20080718

PURGEUR THERMOSTATIQUE ET CARTOUCHE LNTERCHANGEABLE POUR UN TEL PURGEUR Domaine technique : La présente invention concerne un purgeur thermostatique comprenant une vanne commandée par un actionneur et montée sur un raccord, ce raccord étant destiné à s'interposer entre un circuit vapeur et un circuit d'évacuation des condensats et cette vanne comportant un clapet disposé dans une calotte et coopérant avec un siège disposé dans un corps. La présente invention concerne également une cartouche interchangeable pour un tel purgeur. Technique antérieure : Les purgeurs thermostatiques sont utilisés dans les circuits de vapeur surchauffée et/ou saturée nécessaires au fonctionnement des turbines à vapeur, des centrales thermiques, des raffineries, et similaires. Ils servent à évacuer automatiquement les condensats. La partie active de ces purgeurs, à savoir la vanne, est une pièce d'usure qu'il convient de contrôler et de changer régulièrement pour éviter les risques de fuite et de rupture des soudures. A ce four, ces purgeurs ne sont ni réparables, ni recyclables et sont jetés. Dans les purgeurs les plus répandus, le corps comprenant le siège est vissé directement à l'intérieur du raccord et les organes constitutifs de la vanne sont des pièces individuelles assemblées, ce qui rend l'intervention de remplacement très complexe et coûteuse. C'est le cas notamment des purgeurs décrits dans les publications EP0166426, FR2283388, FR2444216, US6158664 et GB2394759. Il existe d'autres purgeurs conçus de manière à simplifier les opérations de montage et de démontage, comme celui décrit dans la publication FR2791118, dans lequel le corps comprenant le siège n'est plus vissé dans le raccord mais soudé à une calotte qui comporte la vanne, cette calotte étant assemblée au raccord par une bride rapportée et boulonnée. Toutefois, ce type de purgeurs n'est pas réparable étant donné que le siège est solidaire de la calotte et ne peut pas être repris par usinage pour avoir une seconde vie. Ce purgeur n'est donc pas recyclable et doit être jeté. Par ailleurs, l'assemblage par soudure du corps sur la calotte peut être une source de fuite en cas de mauvaise soudure, et peut même former une amorce de rupture et causer un dysfonctionnement préjudiciable. Les solutions actuelles ne sont donc pas satisfaisantes. Exposé de l'invention : La présente invention vise à proposer une solution technique à ce problème technique en offrant un nouveau purgeur thermostatique conçu pour que la partie active du purgeur, à savoir la vanne, soit facilement interchangeable, pour qu'elle puisse être reprise par usinage pour pouvoir être recyclée et réutilisée, dans le contexte du développement durable, ce purgeur offrant par ailleurs toutes les garanties de fiabilité et de robustesse requises. Dans ce but, l'invention concerne un purgeur thermostatique du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que le corps pourvu du siège et la calotte pourvue du clapet et de l'actionneur sont assemblés par des moyens démontables et en ce que l'ensemble formé par le corps et la calotte forme une cartouche interchangeable assemblée audit raccord par des moyens étanches et démontables. Dans une forme de réalisation préférée, le corps et la calotte comportent chacun un 25 filetage complémentaire et sont assemblés par vissage. De manière avantageuse, la cartouche et le raccord comportent chacun une bride de fixation complémentaire et sont assemblés par boulonnage. La cartouche et le raccord comportent également des moyens d'auto-centrage complémentaires, qui peuvent être sous la forme de portées annulaires complémentaires prévues respectivement au moins sur le corps et le raccord. Dans la forme de réalisation préférée, le corps et le raccord comportent chacun deux 5 portées annulaires concentriques complémentaires, entre lesquelles peuvent être disposés des organes d'étanchéité. De manière préférentielle, la calotte comporte la bride de fixation et le corps comporte une collerette en prise avec la bride de fixation. Le clapet est avantageusement constitué d'une soupape dont la tige est guidée en translation dans ledit corps et centrée dans l'axe dudit siège par au moins un ressort conique disposé entre l'extrémité libre de la tige de soupape et le fond de la calotte, ce ressort conique étant monté avec un jeu de fonctionnement et sans contrainte. L'actionneur peut comporter des moyens thermiquement déformables choisis dans le groupe comprenant un empilage de lames bimétalliques à dilatation thermique et une capsule de fluide à dilatation thermique. 20 Dans ce but également, l'invention concerne une cartouche interchangeable, caractérisée en ce qu'elle comporte le corps pourvu du siège et la calotte pourvue du clapet et de l'actionneur, le corps et la calotte étant assemblés par des moyens démontables, et en ce qu'elle comporte une bride de fixation destinée à être assemblée audit raccord par des moyens démontables. 25 Description sommaire des dessins : 10 15 La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue d'implantation d'un purgeur thermostatique selon l'invention sur un circuit vapeur, la figure 2 est une coupe axiale du purgeur de la figure 3 selon l'axe II-II, la figure 3 est une vue de dessus du purgeur de la figure 1, et la figure 4 est une vue éclatée du purgeur de la figure 2. Illustrations de l'invention et meilleure manière de la réaliser : En référence aux figures, l'invention concerne un purgeur thermostatique 10 installé en dérivation sur un circuit vapeur principal 1 dans un circuit vapeur secondaire 2. Ce circuit vapeur secondaire 2 comporte un réservoir 3 servant à collecter les condensats provenant du circuit vapeur principal 1 pour les évacuer vers un circuit de récupération 4 via le purgeur thermostatique 10. En position repos, il ouvre une vanne 30 qui permet l'évacuation des condensats présents dans le circuit vapeur secondaire 2. En position travail, il ferme cette vanne 30 en présence de vapeur dans ledit circuit vapeur secondaire 2, dès que la température dépasse un seuil prédéterminé. Ce purgeur thermostatique 10 comporte une vanne 30 commandée par un actionneur 40 et montée sur un raccord 20 en T destiné à être connecté d'une part au circuit vapeur secondaire 2 et d'autre part au circuit de récupération des condensats 4. Ce purgeur thermostatique 10 se distingue de l'état de la technique en ce que la vanne 30 qui intègre les organes actifs du purgeur est conçue pour constituer une cartouche interchangeable 100 et recyclable, assemblée de manière démontable au raccord 20, qui peut rester à demeure étant donné qu'il ne comporte aucune pièce d'usure. Le raccord 20 est pourvu d'un premier alésage 21 apte à recevoir le conduit du circuit vapeur secondaire 2, et d'un second alésage 22, aligné avec le premier alésage 21, apte à recevoir le conduit du circuit de récupération des condensats 4. Ces alésages 21, 22 peuvent comporter des taraudages (non représentés) pour assembler les conduits par vissage, étant précisé que tout autre moyen d'assemblage mécanique connu, démontable ou indémontable, est également possible. Le premier alésage 21 comporte un orifice 23 qui s'ouvre dans un conduit annulaire 24 du raccord 20 communiquant avec l'entrée de la vanne 30. Le conduit annulaire 24 comprend au moins un organe de filtration 25, par exemple une grille en acier inoxydable. Le second alésage 22 communique avec la sortie de la vanne 30. La vanne 30 est commandée par un actionneur 40 et comporte une soupape 31 mobile en translation axiale, disposée à l'intérieur d'une calotte 50, la tête de soupape 31a coopérant avec un siège 61 intégré dans un corps 60 fixe. Ce corps 60 comporte un filetage 62 et est vissé dans la calotte 50 pourvue d'un filetage complémentaire..Tout autre moyen d'assemblage démontable est possible, comme par exemple un assemblage à baïonnette ou similaire. La calotte 50 comporte à sa base une bride de fixation 51 prévue pour être boulonnée sur une bride 28 complémentaire prévue sur le raccord 20 par au moins deux boulons 52 damétralement opposés, ou par tout autre moyen de fixation démontable équivalent. Cette bride de fixation 51 est de préférence intégrée à la calotte 50 pour disposer d'une pièce monobloc évitant les pertes de pièces et les risques de fuite. Le corps 60 comporte à sa base une collerette périphérique 63 coopérant avec un épaulement intérieur 53 prévu dans la bride de fixation 51 et formant une butée axiale pour réaliser un assemblage vissé serré et étanche, avec ou sans organe d'étanchéité interposé. Le corps 60 comporte deux portées annulaires concentriques 66 venant en appui sur deux portées annulaires concentriques 26 correspondantes du raccord 20 via des organes d'étanchéité 27, par exemple des anneaux plats en graphite. Ces portées annulaires 66, 26 sont disposées de part et d'autre du conduit annulaire 24 et constituent des moyens d'auto-centrage de la vanne 30 par rapport au raccord 20. La portée annulaire 66 extérieure est disposée à l'opposé de la collerette périphérique 63 sur laquelle la force de serrage est exercée par la bride de fixation 51. Le corps 60 comporte au moins un orifice d'entrée 64 qui met en communication le conduit annulaire 24 du raccord 20 avec une chambre 51 délimitée par la calotte 50 et le corps 60, et au moins un orifice de sortie 65 qui met en communication la chambre 51 avec le second alésage 22 via le siège 61. La tige de soupape 3 lb est guidée dans l'axe A du siège 61 par un alésage traversant 6'7 prévu dans le corps 60. L'extrémité libre de la tige de soupape 31b est, par ailleurs, maintenue de manière centrée dans l'axe A du siège 61 par un ressort conique 32 disposé entre une butée axiale 33 prévue sur cette extrémité libre et une cuvette 54 prévue dans le fond de la calotte 50. La plus grande spire du ressort conique 32 a un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de la cuvette 54 dans laquelle elle est logée et sa plus petite spire a un diamètre sensiblement égal au diamètre de l'extrémité libre de la tige de soupape 31b sur laquelle elle est logée. La butée axiale 33 est formée par deux écrous 33, formant un écrou et un contre écrou, vissés sur l'extrémité filetée de la tige de soupape 31b. La position de ces écrous 33 permet d'ajuster le jeu de fonctionnement du ressort conique 32 qui est monté sans contrainte, en position de fonctionnement de la vanne 30 (fermée). Par conséquent, ce ressort conique 32 n'est pas utilisé pour emmagasiner de l'énergie, ni pour la restituer, mais est utilisé comme un élément de guidage et de centrage simple, offrant un minimum de frottement, les surfaces d'appui étant limitées à des points d'appui aux extrémités du ressort conique 32. Etant réalisé en acier ressort inoxydable, il a l'avantage d'avoir une longue durée de vie offrant une grande résistance à l'usure et aux températures élevées. De par sa forme conique et sa grande rigidité, il garantit de manière très simple le centrage de la tige de soupape 3 l b et ce, quelle que soit la position du purgeur thermostatique 10, notamment s'il est en position couchée et que le poids de l'actionneur 40 tend à incliner la soupape 31 par rapport à l'axe A du siège 61. Le centrage de la soupape 31 dans l'axe de son siège 61 est important pour garantir un fonctionnement optimal, sans blocage, ni fuite. De plus, en position repos, lorsque la vanne 30 est ouverte, ce ressort conique 5 32 n'étant pas comprimé, il ne se fatigue pas et il n'offre aucune résistance à la fermeture de la vanne 30, ce qui permet un temps de fermeture rapide de la vanne 30. De ce fait, pour une même température et un même actionneur 40, on obtient un instant de fermeture plus rapide avec le purgeur 10 de l'invention en comparaison avec ceux de l'art antérieur qui doivent vaincre la force d'un ressort de rappel. 10 Dans l'exemple illustré, l'actionneur 40 comporte des moyens thermiquement déformables comme un empilage de disques bimétalliques 41 à dilatation thermique disposé dans la chambre 51 autour de la soupape 31. L'utilisation des disques bimétalliques, pour commander l'ouverture et la fermeture d'une vanne en fonction 15 de la température du fluide, est largement connue et ne sera pas détaillée ici. Cet empilage comporte des entretoises 42 disposées entre chaque étage de disques bimétalliques 41 pour favoriser la circulation du fluide et la transmission des calories du fluide aux disques afin d'obtenir un fonctionnement optimal, avec un minimum d'inertie. Cet exemple n'est pas limitatif étant donné que l'actionneur 40 peut être 20 constitué d'une capsule contenant un fluide spécial à dilatation thermique, également connue de l'homme du métier, ou tout autre actionneur mécanique. Possibilités d'application industrielle : 25 Les pièces qui composent ce purgeur thermostatique 10 sont de préférence réalisées er acier inoxydable moulées et/ou usinées, résistantes aux ambiances humides et aux températures élevées. Les deux parties distinctes qui constituent ce purgeur thermostatique 10 : le raccord 20 et la cartouche interchangeable 100 intégrant la vanne 30 et son actionneur 40, peuvent être proposées à la vente ensemble ou 2911383 s séparément. La cartouche interchangeable 100 devient une pièce de remplacement facilement démontable et recyclable par rapport au raccord 20 qui reste à demeure, raccordé aux circuits. Il ressort clairement de cette description, que l'invention permet d'atteindre les buts fixés. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées. Revendications 1. Purgeur thermostatique (10) comprenant une vanne (30) commandée par un actionneur (40) et montée sur un raccord (20), ce raccord étant destiné à s'interposer entre un circuit vapeur et un circuit d'évacuation des condensats, et cette vanne comportant une soupape (31) disposée dans une calotte (50) et coopérant avec un siège (61) disposé dans un corps (60), caractérisé en ce que ledit corps (60) pourvu du siège (61) et ladite calotte (50) pourvue de la soupape (31) et de l'actionneur (40) sont assemblés par des moyens démontables et en ce que l'ensemble formé par le corps (60) et la calotte (50) forme une cartouche interchangeable (100) assemblée audit raccord (20) par des moyens étanches et démontables. 2. Purgeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (60) et ladite calotte (50) comportent chacun un filetage (62) complémentaire et sont assemblés par vissage. 3. Purgeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cartouche interchangeable (100) et ledit raccord (20) comportent chacun une bride de fixation (51, 28) complémentaire et sont assemblés par boulonnage. 4. Purgeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cartouche interchangeable (100) et ledit raccord (20) comportent des moyens d'auto-centrage complémentaires (66, 26). 25 5. Purgeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'auto-centrage comportent au moins une portée annulaire (26, 66) prévue respectivement dans ledit corps (20) et ledit raccord (60), lesdites portées annulaires étant complémentaires. 920 6. Purgeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit corps (60) et ledit raccord (20) comportent chacun deux portées annulaires (66, 26) concentriques complémentaires. 7. Purgeur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte des organes d'étanchéité (27) logés au moins entre lesdites portées annulaires (26, 66). 8. Purgeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite calotte (50) comporte ladite bride de fixation (51) et ledit corps (60) comporte une collerette (63) en prise avec ladite bride de fixation (51). 9. Purgeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite soupape (31) comporte une tige (31 b) guidée en translation dans ledit corps (60) et centrée dans l'axe (A) dudit siège (61) par au moins un ressort conique (32) disposé entre l'extrémité libre de la tige de soupape (3 lb) et le fond de la calotte (50). 10 Purgeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit ressort conique (32) est monté avec un jeu de fonctionnement et sans contrainte. 11. Purgeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit actionneur (40) comporte des moyens thermiquement déformables. 12. Purgeur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ces moyens 25 thermiquement déformables sont choisis dans le groupe comprenant un empilage de lames bimétalliques (41) à dilatation thermique et une capsule de fluide à dilatation thermique.20[3. Cartouche interchangeable (100) pour purgeur thermostatique (10) comprenant une vanne (30) commandée par un actionneur (40) et montée sur un raccord (20), ce raccord étant destiné à s'interposer entre un circuit vapeur et un circuit d'évacuation des condensats, et cette vanne comportant une soupape (31) disposée dans une calotte (50) et coopérant avec un siège (61) disposé dans un corps (60), caractérisée en ce que ladite cartouche interchangeable (100) comporte ledit corps (60) pourvu du siège (61) et ladite calotte (50) pourvu de ladite soupape (31) et de l'actionneur (40), 1,c corps (60) et la calotte (50) étant assemblés par des moyens démontables. 14. Cartouche interchangeable selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte une bride de fixation (51) destinée à être fixée audit raccord (20) par des moyens démontables.