Brevet FR2977924A1 — publié le 20130118

SYSTEME DE SOUPAPE A ECOULEMENT A ORIENTATION CIRCONFERENTIELLE La présente invention concerne un système de soupape et, plus particulièrement, un système de soupape ayant un siège de soupape avec une partie crénelée qui oriente l'écoulement dans une direction globalement circonférentielle. Le fonctionnement d'une turbine à vapeur peut nécessiter l'emploi de soupapes qui commandent l'écoulement de vapeur en amont d'équipements. Ordinairement, il y a deux types de soupapes principales qui commandent et protègent une turbine, à savoir des soupapes de commande et des soupapes d'arrêt. Ordinairement, les turbines à vapeur modernes emploient des soupapes qui sont des soupapes de commande et d'arrêt combinées, qui fonctionnent non seulement en mode ouvert et fermé, mais encore dans des positions intermédiaires. Un système de soupapes de commande et d'arrêt combinées comporte une soupape de commande ayant un disque de soupape de commande, et une soupape d'arrêt ayant une tige de soupape d'arrêt et un disque de soupape d'arrêt. Les deux soupapes sont assemblées dans un même boîtier sous pression et peuvent partager un même siège. Le disque de soupape de commande est placé par rapport à un siège de soupape et est actionné pour moduler l'écoulement. La soupape d'arrêt est située dans une ouverture ménagée dans le siège de soupape et est ordinairement actionnée dans certaines situations pour globalement éviter un surrégime de la turbine. Dans un exemple, le siège de soupape peut comprendre une partie crénelée dans laquelle le flux est divisé en petits jets dans le but de réduire les grandes fluctuations de pression durant l'actionnement du disque de la soupape de commande. Une Erosion par des Particules Solides (EPS) survient à l'intérieur d'une turbine à vapeur lorsque des particules solides se détachent de pièces de la turbine à vapeur comme, par exemple, des tuyaux de chaudière et des conducteurs de vapeur. Les particules détachées se trouvent entraînées dans la veine de vapeur. Les particules sont emportées par des veines d'écoulement à grande vitesse situées à l'intérieur de la turbine à vapeur. Ces veines d'écoulement peuvent amener les particules à frapper à une vitesse relativement élevée des pièces situées à l'intérieur de la turbine à vapeur. Par exemple, les particules peuvent frapper la tige de soupape d'arrêt située dans le siège de soupape d'un système de soupapes de commande et d'arrêt combinées. Le problème des chocs de particules contre la tige de la soupape d'arrêt se compliquent encore du fait que le siège de soupape a tendance à avoir une géométrie qui dirige les particules vers la tige de la soupape d'arrêt. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de soupape comportant un siège de soupape, un passage de sortie et une soupape d'arrêt. Le siège de soupape a une partie crénelée. La partie crénelée a un évidement annulaire et une pluralité de dents séparées par une pluralité d'espaces circonférentiels. Au moins une des dents a une surface oblique qui constitue la limite entre un espace parmi la pluralité d'espaces circonférentiels et la dent respective parmi la pluralité de dents. La surface oblique est orientée suivant un angle par rapport à un axe qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis un axe central du siège de soupape. Le passage de sortie se trouve en aval du siège de soupape pour guider la sortie d'un flux depuis l'ensemble de soupapes. La soupape d'arrêt se trouve dans l'évidement annulaire de la partie crénelée. La surface oblique de la/des dents parmi la pluralité de dents oriente l'écoulement dans une direction globalement circonférentielle depuis la tige de la soupape d'arrêt et vers le passage de sortie. Ces avantages et aspects, et d'autres, apparaîtront plus clairement dans la description ci-après faite en référence aux dessins. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un exemple de système de soupapes de commande et d'arrêt combinées ; la figure 2 est une vue en coupe d'un siège de soupape représenté sur la figure 1 ; la figure 3 est une vue en coupe du siège de soupape et d'une soupape d'arrêt représentés sur la figure 1 ; et la figure 4 est une vue de dessus du siège de soupape représenté sur la figure 2. Considérant maintenant la figure 1, il y est représenté un exemple de système de soupape 10. Dans la forme de réalisation représentée, le système de soupape 10 est un système de soupapes d'arrêt et de commande combinées. Une soupape de commande 26 fonctionne en mode ouvert et fermé ainsi que dans des positions intermédiaires afin de moduler l'écoulement. Une soupape d'arrêt 30 peut fonctionner soit en mode marche/arrêt soit en mode commandé. Le système de soupape 10 comporte une entrée 20 de flux, une sortie 22 de flux, la soupape de commande 26, un siège 28 de soupape et la soupape d'arrêt 30. Un flux entre dans le système de soupape 10 par l'entrée 20 de flux et sort du système de soupape 10 par la sortie 22 de flux. La soupape de commande 26 comprend une douille 32 de soupape de commande, une tige 34 de soupape de commande, un disque 38 de soupape de commande et une chambre d'équilibre 40. La soupape d'arrêt 30 comprend un disque 42 de soupape d'arrêt, une tige 44 de soupape d'arrêt et une tête 46 de joint étanche à la pression. Le siège 28 de soupape comprend une partie crénelée 52. Dans la forme de réalisation représentée, la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape est un élément rapporté, cependant, dans une autre forme de réalisation possible, la partie crénelée 52 et le siège 28 de soupape constituent une pièce d'un seul tenant. Le système de soupape 10 peut également comporter une grille 53 annulaire, disposée autour de la soupape de commande 26 et de la soupape d'arrêt 30. Dans un exemple de forme de réalisation, le système de soupape 10 est utilisé dans un système de turbine à vapeur et sert à guider la vapeur fournie vers des équipements situés dans la turbine à vapeur. Cependant, le système de soupape 10 peut également être employé dans d'autres applications. Le disque 38 de la soupape de commande est globalement annulaire et est placé au-dessus du siège 28 de soupape. Le disque 38 de soupape de commande est mobile en direction du siège 28 de soupape et dans une direction depuis le siège 28 de soupape afin de moduler l'écoulement par la sortie 22 de flux. Considérant la figure 3, qui est une vue agrandie du disque 38 de soupape de commande et de la partie crénelée du siège 28 de soupape, le disque 38 de soupape de commande vient sélectivement s'appuyer contre une surface d'étanchéité non crénelée 56 afin d'arrêter une partie du flux. Le disque 38 de soupape de commande est actionné de manière à s'éloigner de la surface d'étanchéité 56 du siège 28 de soupape afin de moduler la quantité de flux passant par le système de soupape 10. La position du disque 38 de soupape de commande par rapport à la surface d'étanchéité 56 varie ordinairement en réponse à des variations de charge créées à l'intérieur de la turbine à vapeur (non représentées). Par exemple, si la vitesse de la turbine augmente, la soupape de commande 26 réagit alors en bloquant le flux en abaissant le disque 38 de soupape de commande vers la surface d'étanchéité 56, ce qui réduit à son tour la quantité de flux sortant par la sortie 22 de flux (figure 1) et entrant dans une turbine à vapeur. Considérant les figures 1 et 3, le système de soupape d'arrêt 30 se trouve en aval de la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape. En particulier, le disque 42 de soupape d'arrêt, la tige 44 de soupape d'arrêt et la tête 46 de joint sous pression se trouvent chacun dans l'évidement 54. Considérant en particulier la figure 3, une surface d'étanchéité 57 du disque 42 de soupape d'arrêt vient de manière sélective appuyer contre une surface d'étanchéité non crénelée 56 de la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape afin d'empêcher sensiblement le flux de passer par le système de soupape 10 et de sortir par la sortie 22 de flux (figure 1) vers une turbine à vapeur. La figure 2 est une vue en coupe de la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape. La partie crénelée 52 comprend une pluralité de dents 62 qui sont séparées par une pluralité d'espaces périphériques 64. Considérant à la fois la figure 2 et la figure 3, une quantité de fluide 70 passe dans un conduit 72 pour entrer dans l'évidement 54 de la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape. La quantité de fluide 70 sort ensuite du système de soupape 10 par la sortie 22 de flux (figure 1). Le conduit 72 se trouve entre le disque 38 de soupape de commande et les espaces périphériques 64 du siège 28 de soupape. En particulier, si le disque 38 de soupape de commande est placé de manière à moduler l'écoulement, le fluide passe alors dans le conduit 72 et sort par la sortie 22 de flux. Considérant les figures 2 à 4, une quantité secondaire de fluide 80 peut également s'échapper entre une surface supérieure 82 des dents 62 et le disque 38 de soupape de commande ainsi que lorsque le disque 38 de soupape de commande module l'écoulement. Considérant maintenant les figures 2 et 4, les dents 62 de la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape ont un profil globalement tordu ou oblique afin de guider l'écoulement de la quantité de fluide 70 (figure 3) et de la quantité secondaire de fluide 80 (figure 4) dans une direction globalement circonférentielle. En particulier, au moins une des dents 62 a une surface oblique 78, cependant, dans la forme de réalisation représentée, les deux côtés de la dent 62 ont une surface oblique 78. Considérant maintenant la figure 4, la surface oblique 78 borde l'un des espaces périphériques 64 et la dent respective 62. La surface oblique 78 est orientée suivant un angle alpha mesuré par rapport à un axe A-A de la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape. L'axe A-A du siège 28 de soupape s'étend radialement vers l'extérieur depuis un axe central C-C du siège 28 de soupape. Dans une forme de réalisation, l'angle alpha mesure plus d'environ zéro degré et moins d'environ quatre-vingt-dix degrés. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 4, chacune des dents 62 a un profil globalement tordu ou oblique, cependant certaines des dents 62 peuvent également ne pas avoir le profil oblique. Considérant maintenant les figures 1 et 4, la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape a un profil globalement tordu ou oblique pour guider la quantité de fluide 70 et la quantité secondaire de fluide 80 dans une direction circonférentielle C et globalement pour les éloigner de la tige 44 de soupape d'arrêt. Le profil tordu ou oblique de la partie crénelée 52 guide également la quantité de fluide 70 et la quantité secondaire de fluide 80 en aval du disque 42 de soupape d'arrêt. Eloigner la quantité de fluide 70 et la quantité secondaire de fluide 80 des pièces du système de soupape d'arrêt 30 peut être particulièrement utile dans le cas d'une Erosion par des Particules Solides (EPS). En particulier, si des particules solides se détachent de pièces d'une turbine à vapeur et sont entraînées sur des trajets d'écoulement à grande vitesse situés dans la turbine à vapeur, les particules ont tendance à frapper à des vitesses relativement élevées les pièces situées dans la turbine à vapeur. Le fait d'éloigner la quantité de fluide 70 et la quantité de fluide secondaire 80 des pièces de la soupape d'arrêt 30 réduit ou empêche sensiblement les chocs des particules contre la tige 44 de soupape d'arrêt et le disque 42 de soupape d'arrêt. Le profil globalement tordu ou oblique de la partie crénelée 52 du siège 28 de soupape a également tendance à unifier l'écoulement sur le pourtour du disque 38 de soupape de commande, ce qui a tendance à réduire ou à faire sensiblement diminuer les vibrations du disque 38 de soupape de commande induites par le fluide. De plus, dans certaines conditions de fonctionnement, le profil oblique de la partie crénelée 52 peut également sensiblement empêcher que le flux ne s'écarte au niveau du siège 28 de soupape. Par conséquent, dans certaines conditions de fonctionnement, les pertes de pression dans le système de soupape 10 sont réduites elles-aussi. Ainsi, le profil globalement tordu ou oblique de la partie crénelée 52 peut améliorer la durée de vie, accroître la fiabilité et réduire le bruit du système de soupape 10. REVENDICATIONS1. Système de soupape (10), comportant : un siège (28) de soupape ayant une partie crénelée (52), la partie crénelée (52) ayant un évidement annulaire (54) et une pluralité de dents (62) qui sont séparées par une pluralité d'espaces périphériques (64), au moins une des dents de la pluralité de dents (62) ayant une surface oblique (78) qui délimite un espace de la pluralité d'espaces périphériques (64) et la dent respective parmi la pluralité de dents (62), la surface oblique (78) étant orientée suivant un angle par rapport à un axe (A-A) qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis un axe central (C-C) du siège (28) de soupape ; un passage de sortie situé en aval du siège (28) de soupape pour guider le flux afin de le faire sortir du système de soupape (10) ; et une soupape d'arrêt (30) située dans l'évidement annulaire (54) de la partie crénelée (52), la surface oblique (78) de la/des dents (62) parmi la pluralité de dents orientant l'écoulement dans une direction globalement circonférentielle depuis la soupape d'arrêt (30) et vers le passage de sortie. 2. Système de soupape (10) selon la revendication 1, comportant une soupape de commande (26) ayant un disque (38) de soupape de commande mobile en direction du siège (28) de soupape et à partir du siège (28) de soupape, le disque (38) de soupape de commande et le siège (28) de soupape coopérant l'un avec l'autre pour moduler la sortie du flux du passage de sortie. 3. Système de soupape (10) selon la revendication 2, dans lequel le disque (38) de soupape de commande crée sélectivement une étanchéité contre une partie du siège (28) de soupape. 4. Système de soupape (10) selon la revendication 2, dans lequel une quantité de fluide (70) passe par un conduit (72) situé entre le disque(38) de soupape de commande et les espaces périphériques (64) de la partie crénelée (52) du siège (28) de soupape. 5. Système de soupape (10) selon la revendication 4, dans lequel une autre quantité de fluide (80) passe entre une surface supérieure de la pluralité de dents (62) et le disque (38) de soupape de commande. 6. Système de soupape (10) selon la revendication 5, dans lequel la quantité de fluide (70) et l'autre quantité de fluide (80) entrent dans l'évidement (54) de la partie crénelée (52) du siège (28) de soupape et sortent du système de soupape (10) par la sortie (22) de flux. 7. Système de soupape (10) selon la revendication 1, dans lequel la soupape d'arrêt (30) a une tige (44) de soupape d'arrêt et un siège (56) de soupape d'arrêt, le siège (56) de soupape d'arrêt créant sélectivement une étanchéité contre le siège (28) de soupape. 8. Système de soupape (10) selon la revendication 7, dans lequel la surface oblique (78) de la/des dents (62) parmi la pluralité de dents éloigne le flux dans la direction circonférentielle depuis la tige (44) de soupape et en aval du disque (42) de soupape d'arrêt. 9. Système de soupape (10) selon la revendication 1, dans lequel l'angle mesure plus d'environ zéro degré et moins d'environ quatre-vingt- dix degrés. 10. Système de soupape (10) selon la revendication 1, le système de soupape faisant sortir de la vapeur du passage de sortie du système de soupape. 11. Système de soupape (10), comportant : un siège (28) de soupape ayant une partie crénelée (52), la partie crénelée (52) ayant un évidement annulaire (54) et une pluralité de dents (62) qui sont séparées par une pluralité d'espaces périphériques (64), au moins une dent de la pluralité de dents (62) ayant une surface oblique (78) qui constitue une limite entre un espace parmi la pluralité d'espacespériphériques (64) et la dent respective parmi la pluralité de dents (62), la surface oblique (78) étant orientée suivant un angle par rapport à un axe (A-A) qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis un axe central (C-C) du siège (28) de soupape ; un passage de sortie situé en aval du siège (28) de soupape pour faire sortir un flux du système de soupape (10) ; une soupape de commande (26) ayant un disque (38) de soupape de commande mobile en direction du siège (28) de soupape et dans une direction opposée au siège (28) de soupape, le disque (38) de soupape de commande et le siège (28) de soupape coopérant l'un avec l'autre pour moduler la sortie du flux par le passage de sortie ; et une soupape d'arrêt (30) située dans l'évidement annulaire (54) de la partie crénelée (52), la soupape d'arrêt (30) ayant une tige (44) de soupape d'arrêt et un siège (56) de soupape d'arrêt, le siège (56) de soupape d'arrêt créant de manière sélective une étanchéité contre le siège (28) de soupape, et la surface oblique (78) de la/des dents (62) parmi la pluralité de dents orientant le flux dans une direction globalement circonférentielle depuis la tige (44) de soupape et en aval du disque (42) de soupape d'arrêt. 12. Système de soupape (10) selon la revendication 11, dans lequel le disque (38) de soupape de commande crée de manière sélective une étanchéité contre le siège (28) de soupape. 13. Système de soupape (10) selon la revendication 11, dans lequel une quantité de fluide (70) passe par un canal (72) situé entre le disque (38) de soupape de commande et les espaces périphériques (64) de la partie crénelée (52) du siège (28) de soupape. 14. Système de soupape (10) selon la revendication 13, dans lequel une autre quantité de fluide (80) passe entre une surface supérieure de la pluralité de dents (62) et le disque (38) de soupape de commande. 15. Système de soupape (10) selon la revendication 14, dans lequel la quantité de fluide (70) et l'autre quantité de fluide (80) entrent dans l'évidement (54) de la partie crénelée (52) du siège (28) de soupape et sortent du système de soupape (10) par la sortie (22) de flux. 16. Système de soupape (10) selon la revendication 11, dans lequel l'angle mesure plus d'environ zéro degré et moins d'environ quatre-vingt-dix degrés. 17. Système de soupape (10) selon la revendication 11, dans lequel le système de soupape fait sortir de la vapeur par le passage de sortie du système de soupape. 18. Système de soupape (10), comportant : un siège (28) de soupape ayant une partie crénelée (52), la partie crénelée (52) ayant un évidement annulaire (54) et une pluralité de dents (62) qui sont séparées par une pluralité d'espaces périphériques (64), au moins une dent parmi la pluralité de dents (62) ayant une surface oblique (78) qui crée une délimitation entre un espace parmi la pluralité d'espaces périphériques (64) et la dent respective parmi la pluralité de dents (62), la surface oblique (78) étant orientée suivant un angle par rapport à un axe (A-A) qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis un axe central (C-C) du siège (28) de soupape, l'angle mesurant plus d'environ zéro degré et moins d'environ quatre-vingt-dix degrés ; un passage de sortie situé en aval du siège (28) de soupape pour faire sortir de la vapeur du système de soupape ; une soupape de commande (26) ayant un disque (38) de soupape de commande mobile en direction du siège (28) de soupape et dans une direction opposée au siège (28) de soupape, le disque (38) de soupape de commande et le siège (28) de soupape coopérant l'un avec l'autre afin de moduler la sortie de vapeur par le passage de sortie, et le disque (38) desoupape de commande créant sélectivement une étanchéité contre le siège (28) de soupape ; et une soupape d'arrêt (30) située à l'intérieur de l'évidement annulaire (54) de la partie crénelée (52), la soupape d'arrêt (30) ayant une tige (44) de soupape d'arrêt et un siège (56) de soupape d'arrêt, le siège (56) de soupape d'arrêt créant sélectivement une étanchéité contre le siège (28) de soupape, et la surface oblique (78) de la dent/des dents parmi la pluralité de dents (62) orientant la vapeur dans une direction globalement circonférentielle depuis la tige (44) de soupape et en aval du disque (42) de soupape d'arrêt. 19. Système de soupape (10) selon la revendication 18, dans lequel une quantité de fluide (70) passe dans un conduit (72) situé entre le disque (38) de soupape de commande et les espaces périphériques (64) de la partie crénelée (52) du siège (28) de soupape. 20. Système de soupape (10) selon la revendication 19, dans lequel une autre quantité de fluide (80) passe entre une surface supérieure de la pluralité de dents (62) et le disque (38) de soupape de commande.