Robinet de détente d'un fluide gazeux compressé Les robinets ou vannes de détente usuels dans les canalisations de vapeur<B>à</B> basse pression supportent difficilement les hautes pressions utilisées dans les installations modernes. En effet, lorsque la vapeur (ou autre fluide sous pression) se détend<B>à</B> travers l'orifice d'échappement, Me acquiert une énergie cinétique élevée, ses molécules prennent une vitesse considérable, (plusieurs centaines de mètres par se conde) et leur choc sur lest surfaces de l'organe d'ob turation et de son siège produit une détérioration d'autant plus rapide que les vitesses supersoniques atteintes par la vapeur provoquent des phénomènes vibratoires complexes, susceptibles de faciliter la désagrégation du métal.
Le robinet, objet de la présente invention, a pour but de remédier aux inconvénients précités.
Le robinet<B>de</B> détente d'un fluide gazeux com pressé, notamment de la vapeur d'eau, comprenant un organe obturateur dont la position relative<B>à</B> un siège fixe est réglable par un dispositif de man#uvre, est caractérisé en ce que ledit organe obturateur fait corps avec un noyau placé en amont, présentant une succession de renflements et logé dans une chambre coaxiale dont la surface intérieure est an nelée, la disposition relative des renflements du noyau et des annelures de la chambre étant telle que pour une partie au moins de la course de l'en semble formé par le noyau et l'organe obturateur, le passage offert présente une succession de cavités de détente du fluide séparées par des étranglements qui provoquent un laminage de ce dernier.
Dans ces conditions l'écoulement du fluide, lors de l'ouverture, ne risque pas d'atteindre des vitesses soniques, quelle que soit la pression d'amont.
De préférence, les cavités ménagées entre les parois de la chambre et<B>le</B> noyau réglable présentent un volume croissant de l'amont vers l'aval. Dans une forme d'exécution avantageuse de l'in vention, les renflements du noyau comportent dans leur partie de plus grand diamètre une zone sensi blement cylindrique, tandis que les annelures sont séparées par des diaphragmes également cylindri ques, les étranglements annulaires ainsi formés par les surfaces cylindriques en regard présentant une hauteur modifiable en fonction de la position de la soupape.
Les annelures de la chambre du robinet peuvent recevoir un contour particulier présentant pour cha cune une surface conique de divergence suivie d'une surface torique de convergence.
Le dessm" annexé représente,<B>à</B> titre d'exemple, une forme d'exécution préférée de l'objet de l'in vention.
La fig. <B>1</B> représente le robinet en position fer mée, en élévation avec demi-coupe verticale, et la fig. 2 est une vue partielle en coupe verticale du robinet de la fig. <B>1</B> en position ouverte.
Le robinet comprend un corps cylindrique creux <B>1,</B> muni des brides 2 et<B>3</B> permettant de le monter sur les canalisations haute et basse pression. L'ori fice d'entrée, haute pression, est en<B>50</B> et l'orifice de sortie, basse pression, est en<B>60.</B> Le corps<B>1</B> est fermé par un chapeau<B>7</B> fixé par des boulons<B>25</B> après interposition d'une pièce d'étanchéité<B>8.</B>
<B>A</B> l'intérieur du corps<B>1,</B> et coaxialement <B>à</B> lui est fixé un manchon 4. Ce manchon est vissé après mise en place d!une pièce d'étanchéité<B>6</B> sur un support annulaire<B>26,</B> venu de fonderie avec le corps<B>1.</B>
Le manchon 4 et son support<B>26</B> délimitent dans le corps<B>1</B> deux chambres: une chambre centrale <B>29</B> intérieure au manchon 4 et prolongeant la cham bre<B>27</B> en communication avec l'orifice<B>50</B> par le quel parvient la vapeur<B>à</B> haute pression et une chambre annulaire<B>28</B> comprise entre le corps<B>1</B> et le manchon 4, reliée par Forifice <B>60 à</B> la canalisa tion basse pression.
Les deux chambres<B>28, 29</B> communiquent par l'intermédiaire d'une ouverture tronconique 21 for mant siège pour l'organe obturateur 22. Les parties en contact du siège et de l'organe obturateur sont de préférence garnies d'un revêtement en alliage non corrodable, tel qu'un alliage au cobalt, qui évite le grippage. Ces parties peuvent être rechargées s'il <B>y</B> a lieu par dépôt de métal.
Uorgane obturateur 22 est solidaire d'une tige de commande<B>13</B> qui traverse le chapeau<B>7,</B> et une garniture<B>16</B> en matière autolubrifiante (polytétra- fluoréthylène par exemple) maintenue par un écrou <B>17.</B>
Suivant une disposition connue, l'extrémité 14 de la tige<B>13</B> est filetée et se visse dans une noix <B>10</B> en bronze formant écrou et solidaire d'un volant de man#uvre 12- La noix<B>10</B> peut tourner libre ment dans le support<B>11,</B> l'épaulement<B>31</B> empêchant tout mouvement longitudinal. Le support<B>11</B> est porté par deux colonnes<B>9</B> dressées sur le chapeau <B>7.</B> Une double fourchette<B>15</B> fixée<B>à</B> la tige<B>13</B> et dont les extrémités sont en prise avec les colonnes <B>9,</B> interdit tout mouvement de rotation<B>à</B> cette tige.
L'organe obturateur 22 fait corps avec un noyau <B>30,</B> de révolution, logé dans la chambre<B>29.</B> Ce noyau est formé d'une succession de renflements étagés<B>51</B> dont les volumes croissent de l'amont vers l'aval. Chaque renflement<B>51</B> présente une forme de deux troncs de cône inversés<B>52, 53,</B> séparés dans la partie de plus grand diamètre par une zone cylin drique 24. Les divers renflements<B>51</B> sont réunis l'un<B>à</B> l'autre par des tiges rétreintes 20.
De son côté, la chambre<B>29</B> présente une suc cession d#annelures étagées<B>19</B> dont le volume in térieur croit de l'amont vers l'aval. Ces annelures forment, dans l'exemple décrit un volume conique de divergence<B>55</B> suivi d'un volume torique de con vergence<B>56.</B>
Deux annelures <B>19</B> successives sont séparées par une paroi<B>23</B> dont la surface extérieure est cylin drique.
Dans l'exemple considéré, le nombre des parois <B>23</B> correspond<B>à</B> celui des renflements<B>51</B> et leur diamètre est<B>à</B> peine supérieur<B>à</B> celui des zones 24, de telle sorte qu'une fois l'organe obturateur 22 en position fermée sur son siège 21, les surfaces<B>23,</B> 24 sont en regard l'une de l'autre avec un très léger jeu et les tiges rétreintes 20 sont en face des anne- lures <B>19</B> (fig. <B>1),</B> le renflement amont 40 du noyau <B>30</B> débouchant dans la chambre<B>27.</B>
Dans l'exemple décrit, un tour du volant 12 correspond un déplacement du noyau<B>30</B> égal sen- siblement <B>à</B> la hauteur moyenne des surfaces<B>23,</B> 24. Dans ces conditions, le fonctionnement est le sui vant<B>:</B> <B>1)</B> Le robinet est fermé (fig. <B>1).</B> L'obturation est réalisée par l'organe obturateur 22 qui repose sur son siège 21<B>à</B> la faveur du jeu qui existe entre les surfaces cylindriques<B>23</B> et 24. La vapeur<B>à</B> haute pression remplit l'ensemble des cavités annulaires,<B>58</B> formées dans la chambre<B>29</B> par les annelures <B>19</B> et les étranglements 20 du noyau<B>30.</B>
2) On tourne le volant 12 d'une fraction de tour. L'extrémité filetée 14 de la tige<B>13</B> se visse dans la noix<B>10.</B> L'organe obturateur 22 se soulève de son siège 21. Comme le pas du filetage 14 est égal <B>à</B> la hauteur des surfaces cylindriques<B>23</B> et 24, le déplacement axial du noyau<B>30</B> est inférieur<B>à</B> la hauteur desdites surfaces cylindriques<B>23</B> et 24, de sorte que l'organe obturateur 22 est<B>déjà</B> notable ment écarté de son siège 21 alors que les surfaces cylindriques<B>23</B> et 24 sont encore partiellement en présence.<B>Il</B> s'ensuit que la vapeur de la cavité annu laire aval<B>58</B> se détend et s'échappe<B>à</B> travers l'ou verture 21, 22 de la soupape et presqu'instantané- ment,
il s'établit un régime permanent avec décrois sance de la pression dans les cavités annulaires<B>58</B> successives. Cette décroissance résulte d'une part du laminage de la vapeur dans les étranglements limités par les surfaces cylindriques<B>23</B> et 24, et d'autre part des détentes successives subies par la vapeur dans les cavités annulaires<B>58</B> dont le volume aug <B>CI</B> mente vers l'aval.
Dans ces conditions, le débit du robinet dépend principalement de la longueur des étranglements constitués par les portions des surfaces cylindriques <B>23</B> et 24 en présence.
Ce réglage du robinet est celui qui convient lorsque la pression de la vapeur en amont du robi net est encore très forte, on peut obtenir un réglage très précis du débit et de plus, les obstacles ren contrés par le fluide l'empêchent de prendre des vitesses trop élevées. <B>3)</B> On fait tourner<B>le</B> volant 12 de plus d'un tour. Dans ces conditions, le noyau<B>30</B> a par rapport au manchon 4 la position représentée sur la fig. 2. Les surfaces cylindriques<B>23</B> et 24 ne sont plus en regard les unes des autres<B>;</B> l'effet du laminage est diminué, tandis que celui des détentes successi ves conserve son importance<B>;</B> le débit est notable ment augmenté.<B>Il</B> convient de donner ce réglage au robinet si la pression amont a<B>déjà</B> sensiblement diminué.
4) On ouvre<B>à</B> fond le robinet.
Les parois cylindriques<B>23</B> du manchon 4 sont alors en regard des parties rétreintes,<B>10</B> du noyau <B>30. Il</B> n'y a plus alors d'étranglements dans la cham- bre <B>29</B> et la vapeur se détend dans l'espace compris entre le manchon 4 et le noyau<B>30.</B> L'ensemble se comporte<B>à</B> présent comme une simple tuyère<B>à</B> parois ondulées. La détente est alors relativement peu importante. On ne doit ouvrir ainsi le robinet que lorsque la pression d'amont est tombée<B>à</B> une valeur peu supérieure<B>à</B> celle de la pression d'aval.
Les avantages du robinet<B>à</B> détente décrit sont importants surtout lorsque ce robinet est utilisé dans les conditions envisagées du deuxième cas ci-dessus, c'est-à-dire lorsque la pression amont est élevée. La détente du fluide est fractionnée en plusieurs détentes partielles, qui donnent chacune au fluide une vitesse bien inférieure<B>à</B> celle qu'il aurait dans, le cas d'une détente unique<B>:</B> lorsque le fluide arrive<B>à</B> la soupape terminale, il est en grande partie détendu et sa vi tesse au sortir du robinet reste inférieure<B>à</B> la vitesse critique au-dessus de laquelle le robinet serait rapi dement détérioré.
Un autre avantage important du robinet décrit est la facilité et la progressivité du réglage aussi bien lorsque la pression d'amont est maximum que lors que celle-ci est tombée<B>à</B> une valeur peu supérieure <B>à</B> la pression d'aval<B>:</B> on passe en effet très progres sivement et d'une façon continue d'un régime par ticulier d'écoulement<B>à</B> un autre.
Dans le cas de très hautes pressions, on peut augmenter le nombre des cavités annulaires et la lon gueur des, étranglements par lesquelles elles com muniquent.
On pourrait encore modifier la forme de ces cavités et des étranglements afin d'augmenter la turbulence de la vapeur<B>à</B> l'intérieur de chaque cavité ce qui aurait pour effet de diminuer plus complète ment la vitesse acquise par le fluide dans sa détente.
Pressure relief valve for a compressed gaseous fluid The valves or pressure relief valves customary in low pressure <B> </B> steam pipes can hardly withstand the high pressures used in modern installations. Indeed, when the vapor (or other pressurized fluid) expands <B> at </B> through the exhaust port, Me acquires a high kinetic energy, its molecules take a considerable speed, (several hundred meters par se conde) and their impact on the surfaces of the shutter member and its seat produces deterioration all the more rapid as the supersonic speeds reached by the steam cause complex vibratory phenomena, likely to facilitate the disintegration of the metal.
The purpose of the valve, which is the object of the present invention, is to remedy the aforementioned drawbacks.
The valve <B> for </B> expansion of a compressed gaseous fluid, in particular water vapor, comprising a shutter member whose relative position <B> to </B> a fixed seat is adjustable by a operating device, is characterized in that said shutter member is integral with a core placed upstream, having a succession of bulges and housed in a coaxial chamber, the inner surface of which is annealed, the relative arrangement of the bulges of the core and the chamber's annulings being such that for at least part of the stroke of the assembly formed by the core and the shutter member, the passage offered has a succession of fluid expansion cavities separated by constrictions which cause a rolling of the latter.
Under these conditions the flow of the fluid, during the opening, does not run the risk of reaching sonic speeds, whatever the upstream pressure.
Preferably, the cavities formed between the walls of the chamber and <B> the </B> adjustable core have an increasing volume from upstream to downstream. In an advantageous embodiment of the invention, the bulges of the core comprise in their part of largest diameter a substantially cylindrical zone, while the annulings are separated by also cylindrical diaphragms, the annular constrictions thus formed by the facing cylindrical surfaces having a height that can be modified as a function of the position of the valve.
The rings of the valve chamber can receive a particular contour each having a conical surface of divergence followed by a toric surface of convergence.
The appended dessm "represents, <B> to </B> by way of example, a preferred embodiment of the object of the invention.
Fig. <B> 1 </B> represents the valve in closed position, in elevation with vertical half-section, and fig. 2 is a partial vertical sectional view of the valve of FIG. <B> 1 </B> in the open position.
The valve comprises a hollow cylindrical body <B> 1, </B> fitted with flanges 2 and <B> 3 </B> allowing it to be mounted on high and low pressure pipes. The high pressure inlet port is <B> 50 </B> and the low pressure outlet port is <B> 60. </B> The <B> 1 </ B> is closed by a cap <B> 7 </B> fixed by bolts <B> 25 </B> after interposition of a sealing piece <B> 8. </B>
<B> A </B> inside the body <B> 1, </B> and coaxially <B> to </B> is attached to it a sleeve 4. This sleeve is screwed on after placing a sealing part <B> 6 </B> on an annular support <B> 26, </B> from the foundry with the body <B> 1. </B>
The sleeve 4 and its support <B> 26 </B> delimit two chambers in the body <B> 1 </B>: a central chamber <B> 29 </B> inside the sleeve 4 and extending the chamber < B> 27 </B> in communication with the orifice <B> 50 </B> through which the steam reaches <B> at </B> high pressure and an annular chamber <B> 28 </B> included between the body <B> 1 </B> and the sleeve 4, connected by hole <B> 60 to </B> the low pressure pipe.
The two chambers <B> 28, 29 </B> communicate via a frustoconical opening 21 forming a seat for the obturator member 22. The parts in contact of the seat and of the obturator member are preferably lined. a non-corrodible alloy coating, such as a cobalt alloy, which prevents galling. These parts can be recharged if <B> y </B> occurs by depositing metal.
The shutter member 22 is integral with a control rod <B> 13 </B> which passes through the cap <B> 7, </B> and a gasket <B> 16 </B> made of self-lubricating material (polytetrafluorethylene for example) held by a nut <B> 17. </B>
According to a known arrangement, the end 14 of the rod <B> 13 </B> is threaded and is screwed into a bronze nut <B> 10 </B> forming a nut and integral with a handwheel 12- The nut <B> 10 </B> can turn freely in the support <B> 11, </B> the shoulder <B> 31 </B> preventing any longitudinal movement. The support <B> 11 </B> is carried by two columns <B> 9 </B> erected on the cap <B> 7. </B> A double fork <B> 15 </B> fixed <B > to </B> the rod <B> 13 </B> and whose ends are engaged with the columns <B> 9, </B> prohibits any rotational movement <B> to </B> this rod .
The obturator member 22 is integral with a core <B> 30, </B> of revolution, housed in the chamber <B> 29. </B> This core is formed of a succession of stepped bulges <B> 51 </B> whose volumes are growing from upstream to downstream. Each bulge <B> 51 </B> has the shape of two inverted truncated cones <B> 52, 53, </B> separated in the part of larger diameter by a cylindrical zone 24. The various bulges <B > 51 </B> are joined together <B> to </B> by constricted rods 20.
For its part, chamber <B> 29 </B> presents a succession of stepped rings <B> 19 </B> whose interior volume increases from upstream to downstream. These rings form, in the example described, a conical volume of divergence <B> 55 </B> followed by a toric volume of convergence <B> 56. </B>
Two successive <B> 19 </B> rings are separated by a <B> 23 </B> wall whose outer surface is cylindrical.
In the example considered, the number of walls <B> 23 </B> corresponds <B> to </B> that of bulges <B> 51 </B> and their diameter is <B> to </B> slightly greater <B> than </B> that of the zones 24, such that once the obturator member 22 is in the closed position on its seat 21, the surfaces <B> 23, </B> 24 are facing each other one from the other with a very slight play and the constricted rods 20 are opposite the rings <B> 19 </B> (fig. <B> 1), </B> the upstream bulge 40 of the core <B> 30 </B> opening into chamber <B> 27. </B>
In the example described, one revolution of the flywheel 12 corresponds to a displacement of the core <B> 30 </B> substantially equal <B> to </B> the mean height of the surfaces <B> 23, </B> 24. Under these conditions, the operation is as follows <B>: </B> <B> 1) </B> The tap is closed (fig. <B> 1). </B> The shutter is produced by the shutter member 22 which rests on its seat 21 <B> to </B> thanks to the play which exists between the cylindrical surfaces <B> 23 </B> and 24. The vapor <B> to </ B> high pressure fills all the annular cavities, <B> 58 </B> formed in the chamber <B> 29 </B> by the rings <B> 19 </B> and the constrictions 20 of the core < B> 30. </B>
2) The handwheel 12 is turned by a fraction of a turn. The threaded end 14 of the rod <B> 13 </B> is screwed into the nut <B> 10. </B> The shutter member 22 rises from its seat 21. As the pitch of the thread 14 is equal <B> at </B> the height of the cylindrical surfaces <B> 23 </B> and 24, the axial displacement of the core <B> 30 </B> is less <B> than </B> the height of said cylindrical surfaces <B> 23 </B> and 24, so that the shutter member 22 is <B> already </B> notably removed from its seat 21 while the cylindrical surfaces <B> 23 </B> and 24 are still partially present. <B> It </B> follows that the vapor from the annular downstream cavity <B> 58 </B> expands and escapes <B> to </B> through the opening 21, 22 of the valve and almost instantaneously,
a permanent regime is established with a decrease in the pressure in the successive <B> 58 </B> annular cavities. This decrease results on the one hand from the rolling of the steam in the constrictions limited by the cylindrical surfaces <B> 23 </B> and 24, and on the other hand from the successive expansion undergone by the steam in the annular cavities <B> 58 </B> whose volume increases <B> CI </B> downstream.
Under these conditions, the flow rate of the valve depends mainly on the length of the constrictions formed by the portions of the cylindrical surfaces <B> 23 </B> and 24 present.
This adjustment of the valve is the one that is suitable when the pressure of the steam upstream of the valve is still very strong, a very precise adjustment of the flow can be obtained and, moreover, the obstacles encountered by the fluid prevent it from taking speeds too high. <B> 3) </B> We make <B> the </B> flywheel 12 turn more than one turn. Under these conditions, the core <B> 30 </B> has with respect to the sleeve 4 the position shown in FIG. 2. The cylindrical surfaces <B> 23 </B> and 24 are no longer facing each other <B>; </B> the effect of rolling is reduced, while that of successive detents retains its importance. <B>; </B> the flow rate is significantly increased. <B> It </B> should be adjusted to the valve if the upstream pressure has <B> already </B> significantly decreased.
4) We open <B> to </B> the tap.
The cylindrical walls <B> 23 </B> of the sleeve 4 are then facing the constricted parts, <B> 10 </B> of the core <B> 30. There are </B> no more constrictions in chamber <B> 29 </B> and the steam expands in the space between sleeve 4 and core <B> 30. < / B> The assembly behaves <B> to </B> present like a simple nozzle <B> with </B> corrugated walls. The relaxation is then relatively unimportant. The valve should only be opened in this way when the upstream pressure has fallen <B> to </B> a value slightly greater than <B> to </B> that of the downstream pressure.
The advantages of the <B> with </B> expansion valve described are important especially when this valve is used under the conditions envisaged for the second case above, that is to say when the upstream pressure is high. The expansion of the fluid is divided into several partial detents, each of which gives the fluid a speed much lower <B> than </B> than it would have in the case of a single expansion <B>: </B> when the fluid arrives <B> at </B> the terminal valve, it is largely relaxed and its speed on leaving the valve remains less <B> than </B> the critical speed above which the valve would quickly deteriorate.
Another important advantage of the valve described is the ease and progressiveness of the adjustment both when the upstream pressure is maximum and when it has fallen <B> to </B> a value slightly greater than <B> to < / B> the downstream pressure <B>: </B> in fact, we go very gradually and continuously from one particular flow regime <B> to </B> another.
In the case of very high pressures, the number of annular cavities and the length of the constrictions through which they communicate can be increased.
We could still modify the shape of these cavities and of the constrictions in order to increase the turbulence of the vapor <B> inside </B> each cavity, which would have the effect of reducing more completely the speed acquired by the vapor. fluid in its relaxation.