CH644675A5

CH644675A5 - Vanne et element de vanne.

Info

Publication number: CH644675A5
Application number: CH647281A
Authority: CH
Inventors: Joe P Parris
Original assignee: Cameron Iron Works Inc
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1984-08-15
Also published as: AU544525B2; SE445851B; AT384869B; AU7591181A; DE3141037A1; LU83696A1; ATA443981A; IT1144842B; ES8206799A1; NL8104477A; NL188050C; CA1160616A; GB2085555A; GB2085555B; US4337920A; FR2492495A1; FR2492495B1; JPS5794171A; ZA816624B; BE890670A

Description

Le but de l'invention est d'obtenir une construction améliorée d'une vanne convenant pour l'emploi dans des conditions abrasives à des températures élevées supérieures à 121 °C. A cet effet, la vanne selon l'invention comprend un ss corps de vanne comportant un orifice d'entrée, un orifice de sortie et une chambre de vanne entre eux, un siège de soupape étant prévu dans la chambre, autour de l'orifice de sortie, une tige de soupape susceptible de se déplacer par rapport au siège, un élément de vanne, monté sur la tige de soupape et se 60 déplaçant avec la tige, afin de régler le débit au travers du siège de soupape, caractérisée en ce que l'élément de vanne présente un manchon en un matériau résistant à l'abrasion, et des moyens entre la tige de soupape et le manchon pour fixer le manchon sur la tige de soupape et d'isoler le manchon par 65 rapport aux sollicitations à la traction résultant des accroissements de température.

Lélément de vanne pour la vanne selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un manchon en un matériau ré

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sistant à l'abrasion, et des moyens disposés entre la tige de soupape et le manchon pour fixer le manchon sur la tige de soupape et d'isoler le manchon par rapport aux sollicitations à la traction résultant des accroissements de température.

Une forme d'exécution de l'invention et une variante seront décrites à titre d'exemple et en référence au dessin annexé sur lequel:

- la figure 1 est une vue en coupe de la vanne selon l'invention;

- la figure 2 est une vue de détail en coupe, à plus grande échelle, illustrant le montage de l'élément de vanne résistant à l'abrasion sur la tige de soupape;

- la figure 3 est une vue en bout des ressorts de montage perfectionnés, utilisés pour supporter le manchon de l'élément de vanne sur l'élément de retenue;

- la figure 4 est une vue de détail en coupe, à plus grande échelle, d'une variante d'exécution d'un élément de vanne résistant à l'abrasion.

La vanne 10 représentée à la figure 1, comprend un corps de vanne 12 présentant un orifice d'entrée 14 s'étendant vers une chambre intérieure de vanne 16, et un orifice de sortie 18 s'étendant de la chambre 16 à travers un siège de soupape 20. Un couvercle 22 est fixé au corps 12 au moyen de tiges 24 et d'écrous 26 et comprend un prolongement tubulaire 28 disposé, par son extrémité ouverte, dans la chambre 16, à distance du siège de soupape 20. Une tige de soupape 30 s'etend à travers le couvercle 28 et est reliée à un organe de commande 32, l'étanchéité entre le couvercle 28 et la tige 30 étant assurée au moyen d'une garniture de presse-étoupe, 34. Comme représenté à la figure 2, un élément de vanne 36 est fixé à l'extrémité de la tige de soupape 30, comme ultérieurement décrit, et est adapté de manière à coulisser à l'intérieur du prolongement tubulaire 28, en vue de coopérer avec le siège de soupape 20, afin de régler le débit à travers la vanne 10. L'extérieur de l'élément de vanne 36 coulisse à l'intérieur du prolongement tubulaire 28 supporté par des guides métalliques résistant à l'usure 38 et 40, et par des éléments de frottement 42 et 44 qui sont maintenus sur la partie extérieure de l'élément de vanne 36 au moyen d'un élément d'écartement 46. Le guide 38 est de forme tubulaire et est positionné dans un alésage correspondant 48, prévu dans le prolongement tubulaire 28, à rencontre d'un épaulement 50. Les éléments de frottement 42 et 44 sont disposés dans l'alésage correspondant 48, avec l'élément d'écartement 46 entre eux, un guide 40 étant vissé dans l'alésage 48, de manière à maintenir les éléments de frottement 42 et 44 et le guide 38 à l'intérieur. Le guide 40 est maintenu en position par une vis sans tête 52.

L'élément de vanne 36 est fixé sur la tige de soupape 30, comme on le voit notamment à la figure 2. La tige de soupape 30 comprend un axe 54 s'étendant au-delà d'un épaulement 56, une rondelle à ressort axiale 58 étant disposée sur l'axe 54, contre l'épaulement 56. Une pièce d'insertion 60, de forme tubulaire, est disposée sur l'axe 54, à l'encontre du ressort 58. Cette pièce d'insertion 60 présente une surface cylindrique externe 62, à proximité du ressort 58, une surface cylindrique intermédiaire 64, de plus faible diamètre que la surface 62 et une troisième surface cylindrique 66, de plus faible diamètre que la surface 64. Un ressort 68 est logé autour de la surface 64 de la pièce d'insertion 60. Un manchon résistant à l'abrasion 70 est positionnée autour de la garniture 60 et du ressort 68, comme représenté. Le matériau du manchon 70 est de préférence un matériau céramique ou un carbure cémenté, tel que du carbure de tungstène, du carbure de silicium ou du dibo-rure de titane. Le manchon 70 présente un plat intérieur 72 fournissant des épaulements 74 et 76. Le manchon 70 est positionné sur la pièce d'insertion ou garniture 60, de telle façon que l'épaulement 74 prenne appui contre un épaulement 78 prévu sur la pièce d'insertion 60, entre les surfaces 64 et 66.

Une pièce d'insertion 80 est vissée à l'extrémité de l'axe 54, pièce dont l'épaulement 82 vient en contact avec l'épaulement 76 du manchon 70. La pièce d'insertion 80 présente une surface de petit diamètre 84, une surface intermédiaire 86 supé-5 rieure au diamètre de la surface 84, et un épaulement 82 entre elles, ainsi qu'une surface externe 88 de plus grand diamètre que la surface 86. Un ressort 90, de préférence identique au ressort 68, est disposé autour de la surface 86 de la pièce d'insertion 80 et à l'intérieur du manchon 70, comme représenté, io II y a lieu de noter que la surface interne 92 du manchon 70 se trouve à distance de la surface 62 et que la surface interne 94 du manchon 70 se trouve à distance de la surface 88 de la pièce d'insertion 80. En outre, le manchon 70 est réversible, c'est-à-dire qu'il peut être retiré des pièces d'insertion 60 et 80 i5 et de l'axe 54, et remonté avec son autre extrémité s'appli-quant contre le ressort 58.

Le siège de soupape 20 est garni d'une pièce d'insertion 96 de forme annulaire, en un matériau résistant à l'abrasion, tel qu'un carbure cémenté, un matériau céramique ou autre ma-20 tériau approprié mentionné précédemment, et présente une embase hexagonale 98. Un joint annulaire 99 est logé dans un alésage 100 et à l'extérieur de la pièce d'insertion 96, comme représenté, et assure l'étanchéité de la pièce 96 dans l'alésage 100, tout en retenant cette pièce à l'intérieur. La pièce 96 est 25 également réversible, du fait qu'elle peut être insérée dans l'alésage 100 d'une façon ou d'une autre. Comme représenté à la figure 1, l'orifice de sortie 18 présente une garniture 102 en un matériau résistant à l'abrasion, tel que le carbure de tungstène, le carbure de silicium, ou autre matériau approprié 30 mentionné précédemment.

Bien que ceci n'ait pas été représenté, l'extérieur du prolongement tubulaire 28 peut être garni d'un revêtement dur en carbure de tungstène mais, dans la plupart des applications, il n'est pas soumis à une usure extrême, aussi importante que la 35 zone de jaillissement du liquide en vapeur, entre le manchon 70 et la pièce d'insertion 96.

Comme représenté à la figure 3, des ressorts 68 et 90 (le ressort 68 étant représenté) qui sont identiques, se présentent sous la forme d'une bague fendue 104, la largeur du ressort 18 40 se trouvant dans une direction axiale. Vu de l'extrémité comme sur la figure 3, le ressort 68 présente une forme sinusoïdale par rapport à sa position centrale ou médiane 106. Cette position médiane, dans une vanne de 25,4 mm, a un rayon de 8,128 mm. La hauteur d'ondulation est de 1,498 ± 0,127 mm, 45 le rayon de courbure des crêtes 108 est de 2,286 mm et le rayon de courbure des creux 110 est de 3,302 mm. L'intervalle entre les extrémités du ressort est de 8,890 ± 0,762 mm. La largeur du ressort est de 19 mm. Le ressort 68 est réalisé de préférence en un matériau résistant à la corrosion, tel que so l'«Inconel» X 750, de 0,254 mm d'épaisseur.

Une variante de l'élément de vanne 36'est représentée à la figure 4. Dans cette forme d'exécution, aucun élément d'insertion n'est prévu pour maintenir le manchon 70' en position sur la tige de soupape 30'. L'extrémité extérieure de la tige de sou-55 pape 30' est munie d'une surface 112 de diamètre réduit, formant un épaulement 114, sur lequel est logée une rondelle à ressort axiale 115, le manchon 70' s'appliquant contre le ressort 115 lorsqu'il est positionné entre la surface 116 de la tige et la surface 118 de la tige de diamètre réduit extérieur, sur la-60 quelle est montée le ressort 68'. L'extrémité extérieure de la tige de vanne 30'est percée et taraudée en 120, de manière à recevoir l'extrémité filetée 122 de la tige 124. La tige 124 présente une surface 126 de diamètre réduit, une surface intermédiaire 128, de plus grand diamètre et une surface extérieure 65 130, de grand diamètre. Le plat 72' du manchon 70' est engagé, par un épaulement 132, sur la tige 30', et par un épaulement 134, sur la tige 124. Un ressort 90'est monté sur la surface 128. La surface 130 se trouve, intérieurement, à une courte dis

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tance de la surface 94'du manchon 70', et la surface 116 sur la tige 30'se trouve également à distance, intérieurement, de la surface 92'sur le manchon 70'. La surface 126 est légèrement à distance du plat 72' du manchon 70'.

Comme cela résulte de ce qui précède, la présente invention permet d'obtenir un élément de vanne perfectionné, convenant pour l'emploi dans des conditions hautement abrasi-ves et à température élevée, du fait que le manchon résistant à l'abrasion de l'élément de vanne est supporté par la tige de soupape, de façon qu'il ne puisse ni ballotter, ni vibrer, même aux basses températures, ledit manchon se trouvant en outre isolé des supports intérieurs qui se dilatent plus rapidement à la suite de l'accroissement de température, étant donné que ces supports ont des coefficients de dilatation thermique bien plus élevés que le manchon résistant à l'abrasion. Du fait que 5 le manchon résistant à l'abrasion est engagé entre des épaulements sur son plat et le support de centrage intérieur formé par les ressorts fendus, l'élément de vanne n'est pas soumis aux vibrations et n'est pas solicité à la traction, en raison des régimes de dilatation plus élevés de ses éléments-supports, io consécutivement aux accroissements de température.

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3 feuilles dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Vanne pour l'emploi en milieu abrasif et à température élevée, présentant un corps de vanne comportant un orifice d'entrée, un orifice de sortie et une chambre de vanne entre eux, un siège de soupape étant prévu dans la chambre, autour de l'orifice de sortie, une tige de soupape susceptible de se déplacer par rapport au siège, un élément de vanne monté sur la tige de soupape et se déplaçant avec la tige, afin de régler le débit au travers du siège de soupape, caractérisée en ce que l'élément de vanne présente un manchon en un matériau résistant à l'abrasion et des moyens disposés entre la tige de soupape et le manchon pour fixer le manchon sur la tige de soupape, et isoler le manchon par rapport aux sollicitations à la traction résultant des accroissements de température.
2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de fixation et d'isolement comprennent au moins un ressort entre la tige et le manchon.
3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ressort est une bague fendue, sa largeur s'étendant axialement par rapport au manchon.
4. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ressort présente une forme sinusoïdale par rapport à son axe circulaire.
5. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon est de forme tubulaire et présente un méplat intérieur et des épaulements annulaires à chaque extrémité du méplat, des moyens étant prévus pour la fixation du manchon sur la tige, par engagement des épaulements sur le méplat.
6. Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de fixation comprennent une première pièce d'insertion positionnée dans une extrémité du manchon et présentant un épaulement s'engageant avec l'un des épaulements du méplat, une seconde pièce d'insertion positionnée dans l'autre extrémité du manchon et présentant un épaulement s'engageant avec l'autre épaulement du plat du manchon, l'extérieur de chacune des pièces d'insertion étant à distance des surfaces intérieures du méplat et du manchon, de chaque côté du méplat.
7. Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens d'isolement comprennent une paire de ressorts fendus, l'un des ressorts étant positionné autour de chacune des pièces d'insertion pour centrer le manchon sur les pièces d'insertion.
8. Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une paire de ressorts fendus annulaires, montés autour de la tige, l'un des ressorts étant positionné à l'intérieur du manchon sur un côté du méplat, et l'autre ressort étant positionnée à l'intérieur du manchon, de l'autre côté du méplat, les deux ressorts s'engageant à l'intérieur du manchon, afin de le centrer autour de ladite tige.
9. Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de fixation comprennent un épaulement sur la tige et une tige vissée à l'extrémité extérieure de cette tige, et présentant un épaulement tourné vers la tige de sorte que ledit plat est immobilisé entre les deux épaulements.
10. Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de fixation comprennent une première pièce d'insertion entourant la tige et présentant un épaulement tourné vers l'extérieur, de manière à s'engager avec l'épaulement plat du manchon tourné vers l'intérieur, et une seconde pièce d'insertion visée sur la tige et présentant un épaulement tourné vers l'intérieur, de manière à s'engager avec l'épaulement plat du manchon tourné vers l'extérieur.
11. Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que le matériau dudit manchon est choisi dans le groupe comprenant le carbure de tungstène, le carbure de silicium et le dibo-rure de titane.
12. Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que le matériau du manchon est un matériau céramique.
13. Elément de vanne résistant à l'abrasion pour la vanne selon la revendication 1, destiné a être monté sur la tige de soupape et à se déplacer avec elle, afin de régler le débit au tra-5 vers du siège de soupape, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon en un matériau résistant à l'abrasion, et des moyens disposés entre la tige de soupape et le manchon pour fixer le manchon sur la tige de soupape et isoler le manchon par rapport aux sollicitations à la traction résultant des accroisse-îoments de température.

Dans des vannes, par exemple, des vannes à étranglements 15 variables, lesquelles sont soumises à des conditions érosives, l'orifice et des éléments de la vanne sont habituellement constitués par des matériaux d'une haute résistance à l'abrasion, tels que des carbures cémentés ou des matériaux céramiques. Ces matériaux résistant à l'abrasion présentent de faibles pro-2opriétés de traction et de cisaillement. Us sont généralement recommandés pour l'emploi dans des constructions où ils peuvent être sollicités à la compression, mais non à la traction ou au cisaillement. Lorsqu'ils sont utilisés dans des vannes, tout déplacement relatif entre le matériau résistant à l'abrasion et 25 les autres parties de la vanne, devrait être évité, afin de ne pas endommager les parties résistant à l'abrasion.

Les brevets No 3 207 181 (R.S. Willis) et No 3 246 797 (W. J. Baker) fournissent des exemples de vannes utilisiant des matériaux résistant à l'abrasion, pour des éléments de vanne so et des éléments d'orifice. Dans ces deux brevets, il est proposé de retenir les éléments résistant à l'abrasion, en les assemblant par pression dans un support métallique. Lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées, les différences entre les coefficients de dilatation thermique de l'acier (support) et du ma-35 tériau résistant à l'abrasion seront suffisantes pour provoquer un déblocage de l'assemblage comprimé, à des températures supérieures à 121GC.

Le brevet No 4. 190 073 (J.R. Claycomb) décrit un autre type de vanne, dans laquelle l'un des éléments résistant à l'a-40 brasion est retenu en le fixant axialement autour d'éléments métalliques assemblés sans jeu, ceci en utilisant un boulon métallique. Aux températures élevées, la dilatation des éléments intérieurs métalliques d'assemblage est plus grande que celle de l'élément résistant à l'abrasion et, par suite de la dila-45 tation des éléments intérieurs de l'assemblage serré, l'élément résistant à l'abrasion peut se fissurer ou se rompre de toute autre façon, ou bien, si un jeu suffisant est prévu pour éviter cet inconvénient, l'élément résistant à l'abrasion est amené à vibrer, du fait de la dilatation du boulon, et finalement à se 50 briser par suite d'une telle vibration.