FR2610383A1

FR2610383A1 - Valve for controlling gaseous flow rate and its application to adjusting the flow rate of a turbine

Info

Publication number: FR2610383A1
Application number: FR8701140A
Authority: FR
Inventors: Jean-Pierre Chatelet
Original assignee: Neu SA
Current assignee: Neu SA
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1988-08-05
Also published as: FR2610383B1

Abstract

Valve for controlling flow rate making it possible, in particular, to stop and to throttle a gaseous flow, characterised in that it comprises, in an axisymmetric divergent-convergent valve body 2, 4, a closure element 15 which can move axially and is capable of coming into contact with a portion 5 of the internal surface of the valve body, an actuator 7 for controlling the displacement of the closure element 15 held inside the valve body by radial support arms 9, the closure element 15 being connected to the rod 11 of the actuator 7 by means of at least one elastic member 13 capable of compensating for possible errors in alignment. Application to adjusting the flow rate in turbines for blast furnaces.

Description

VANNE DE COMMANDE DE DEBIT GAZEUX ET SON APPLICATION AU REGLAGE DU DIGIT
D'UNE TURBINE.GAS FLOW CONTROL VALVE AND ITS APPLICATION TO DIGIT ADJUSTMENT
OF A TURBINE.

La présente invention a pour objet une vanne de commande de deuil Permettant en particulier, l'arrêt et le laminage d'un écoule- ment gazeux, adapte netamment a cas des gaz charges de poussieres. The subject of the present invention is a mourning control valve allowing in particular the stopping and rolling of a gas flow, which is clearly suited to the case of gases loaded with dust.

Dans le domaine de la récupération d'énergie, on utilise fréquemment des turbines véhiculant des gaz fortement chargés de poussières. L'industtie des hauts-fourneaux est un exemple de domaine technique utilisant de tels écoulements de gaz chargés de poussières. In the field of energy recovery, turbines are often used to transport gases highly charged with dust. The blast furnace industry is an example of a technical field using such flows of dust-laden gases.

Les turbines utilisées doivent être intégrées à un circuit, et il est donc important de pouvoie contrôler avec une grande rapidité, la fermet@re de la turbien en cas d'urgence, Il est également important de pouvoir contr@ler en permanence le réglage du débit par laminage de l'écoulement.The turbines used must be integrated into a circuit, and it is therefore important to be able to control with great rapidity, the closing of the turbine in an emergency, It is also important to be able to permanently control the adjustment of the flow by rolling the flow.

La présente invention a pour objet une vanne de commande de débit totalement étanche qui puisse êtte utilisée dans des applications de ce type. @ invention a également pour objet une telle vanne étanche capable de conserver ses qualités de fonctionnement même lors de l'existence de de fauta d'alignement. The present invention relates to a completely sealed flow control valve which can be used in applications of this type. @ invention also relates to such a sealed valve capable of retaining its operating qualities even during the existence of alignment faults.

La vanne de commande de débit permettant en particulier l'arrêt et le laminage d'un écoulemnt gazeux salon l'invention, comprend dans un corps de révolution de profil divergent-convergent, un élément de fermeture mobile axialement capable d'entrer en contact avec une portion de la surface interne du corps de vanne. Un vérin de commande du déplacement de l'ale=ant de fermeture est maintenu A l'intérieur du corps de vanne par des bras de support radiaux. The flow control valve allowing in particular the stopping and rolling of a gas flow according to the invention, comprises in a body of revolution of divergent-convergent profile, an axially movable closure element capable of coming into contact with a portion of the internal surface of the valve body. A cylinder for controlling the movement of the ale = closing ant is held inside the valve body by radial support arms.

L'élément de fermeture est relia la tige du vérin, par l'intermé- dia ire d'au moins un organe élastique, susceptible de compenser d'éventuels défauts d'alignement. The closing element is connected to the rod of the jack, by means of at least one elastic member capable of compensating for possible misalignments.

L'élément de fermeture présente, de préférence un profil aérodynamique, et le vérin est monté avantageusement par ses bras de support radiaux à l'intérieur d'un carénage présentant également un profil aérodynamique. L'élément de fermeture peut avantageusement comprendre un opercule fuselé ouvert à une extrémité, cette extrémité ouverte entourant le corps du vérin. The closure element preferably has an aerodynamic profile, and the cylinder is advantageously mounted by its radial support arms inside a fairing also having an aerodynamic profile. The closing element may advantageously comprise a tapered cover open at one end, this open end surrounding the body of the jack.

Pour assurer l'étanchéité, on prévoit un joint souple en forme de membrane, capable de rouler sur lui-meme pour assurer l'étanchéité entre la partie intérieure et la partie extérieure de l'opercule fuselé. Le vérin de commande de la vanne est, de préférence, monté à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique de centrage, le joint souple étant fixé entre ladite enveloppe et l'extrémité ouverte de l'oper- cule fuselé. To ensure sealing, a flexible membrane-shaped seal is provided, capable of rolling on itself to ensure sealing between the inner part and the outer part of the tapered cover. The control cylinder of the valve is preferably mounted inside a cylindrical centering casing, the flexible seal being fixed between said casing and the open end of the tapered lid.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le carénage du vérin se prolonge par une portion conique venant entourer l'extrémité ouverte de l'opercule dans la position ouverte de la vanne. De cette façon, les caractéristiques aérodynamiques de l'ensemble, sont notablement améliorées en particulier dans le cas l'écoulement est un écoulement gazeux chargé de poussières. In an advantageous embodiment of the invention, the fairing of the jack is extended by a conical portion coming to surround the open end of the cover in the open position of the valve. In this way, the aerodynamic characteristics of the assembly are notably improved, in particular in the case of the flow being a gas flow loaded with dust.

Les conduites d'alimentation en fluide du vérin de commande, peuvent avantageusement traverser les bras de support radiaux de la vanne, ce qui évite d'avoir à prévoir des moyens supplémentaires pour le passage des conduites d'alimentation dudit vérin. The fluid supply lines of the control cylinder can advantageously pass through the radial support arms of the valve, which avoids having to provide additional means for the passage of the supply lines of said cylinder.

L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un exemple de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels
la figure ì est une vue en coupe d'une vanne de commande selon l'invention dans sa position ouverte; et
la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant la vanne dans sa position fermée;
Tel qu'elle est illustrée sur les figures 1 et 2, la vanne de commande, référencée l dans son ensemble, est montée dans un corps de vanne de révolution comportant une portion divergente 2 faisant suite à une portion cylindrique 3 et une portion convergente 4 reliée à la portion divergente 2 par des vis de serrage non représentées traver sant des brides 2a, 4a. Bien entendu l'ensemble .iivergent-convergent pourrait être monobloc.La portion convergente 4 se raccorde à une portion cylindrique 6, et un siège 5 placé à l'intérieur du corps de vanne pratiquement à la jonction entre la portion convergente 4 t la portion cylindrique 6, permet d'assurer le contact avec l'élément mobile de la vanne. Un vérin de commande 7 est monté en porte-à-faux sur une paroi radiale 8 elle-meme supportée à l'intérieur de la portion cylindrique 3 par des bras de support radiaux 9. La fixation du vérin 7 sur la paroi 8 se fait par des goujons 13 dont un seul est visible sur la figure 1.The invention will be better understood from the study of an exemplary embodiment taken without any limitation being implied and illustrated by the attached drawings in which
Figure ì is a sectional view of a control valve according to the invention in its open position; and
Figure 2 is a view similar to Figure 1 showing the valve in its closed position;
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the control valve, referenced as a whole, is mounted in a valve body of revolution comprising a divergent portion 2 following a cylindrical portion 3 and a convergent portion 4 connected to the divergent portion 2 by clamping screws, not shown, crossing flanges 2a, 4a. Of course, the convergent-converging assembly could be in one piece. The converging portion 4 is connected to a cylindrical portion 6, and a seat 5 placed inside the valve body practically at the junction between the converging portion 4 t the portion cylindrical 6, ensures contact with the movable member of the valve. A control cylinder 7 is mounted in cantilever on a radial wall 8 itself supported inside the cylindrical portion 3 by radial support arms 9. The fixing of the cylinder 7 on the wall 8 is done by studs 13, only one of which is visible in FIG. 1.

La tige 11 du vérin 7 porte une pièce de fixation 12 sur laquelle est serrée, par des vis non représentées, une lame élastique radiale 13 qui presente un alésage coopérant avec la pièce de fixation 12. En variante on pourrait utiliser une pluralité de lames élastiques 13. La périphérie externe de la lame élastique 13 est fixée par vis sur la partie centrale 14 d'un élément de fermeture mobile affectant la forme d'un opercule fuselé, référencé 15 dans son ensemble. L'opercule 15 se termine, du cte aval de l'écoulement, par une calotte 16 sensiblement sphérique fixée sur l'élément central 14 par l'intermédiaire d'une bague annulaire fuselée 17.Du coté amont de l'écoulement, l'élément central 14 se poursuit par une partie tronconique 18 présentant une ouverture centrale à son extrémité libre, du côté amont de l'écoulement, qui entoure une enveloppe cylindrique 19 servant de logement au vérin 7 en laissant un jeu suffisant pour autoriser un déplacement angulaire capable de rattraper d'éventuels défauts d'alignement de l'opercule 15 par rapport au corps de vanne. Un tel déplacement est rendu possible par le montage élastique de l'opercule au moyen de la lame 13. On comprendra que d'autres moyens de liaison assurant une certaine élasticité pourraient être utilisés. The rod 11 of the jack 7 carries a fixing piece 12 on which is tightened, by screws not shown, a radial elastic blade 13 which has a bore cooperating with the fixing piece 12. Alternatively, a plurality of elastic blades could be used 13. The outer periphery of the elastic blade 13 is fixed by screws to the central part 14 of a movable closure element affecting the shape of a tapered cover, referenced 15 as a whole. The cover 15 ends, on the downstream side of the flow, by a substantially spherical cap 16 fixed on the central element 14 by means of a tapered annular ring 17. On the upstream side of the flow, the central element 14 continues with a frusto-conical part 18 having a central opening at its free end, on the upstream side of the flow, which surrounds a cylindrical envelope 19 serving as housing for the jack 7 while leaving sufficient play to allow angular displacement capable to make up for any misalignment of the cover 15 relative to the valve body. Such displacement is made possible by the elastic mounting of the cover by means of the blade 13. It will be understood that other connecting means ensuring a certain elasticity could be used.

Un joint souple en forme de membrane cylindrique 20 capable de s'enrouler sur lui-même est fixé par son bord intérieur cylindrique à l'une des extrémités de l'enveloppe cylindrique 19 par une bague de serrage 22. A son extrémité extérieure également cylindrique la membrane 20 est fixée par une bague de serrage 22 sur l'alésage d'une paroi annulaire 23 solidaire de l'élément central 14 de l'opercule de fermeture 15. Du coté amont de la paroi radiale 8, le vérin 7 est protégé par un carénage aérodynamique de forme sensiblement sphérique 24 comportant des orifices 25 permettant d'atteindre les extrémités des goujons de fixation 10 du vérin 7.Le carénage 24 se poursuit du côté aval de l'écoulement par une portion cylindrique 26 qui sert d'appui aux bras de support radiaux 9, la portion cylindrique 26 étant reliée à la portion sphérique 24 par une bague annulaire 27. Le carénage se poursuit du côté aval de l'écoulement par une portion tronconique 28 montée en porte-à-faux, fixée sur une bride 29 solidaire de la partie cylindrique 26. La portion tronconique 28 vient entourer la portion tronconique 18 à l'arrière de l'opercule fuselé 15 sans entrer en contact avec cette dernière. Compte tenu de la direction de l'écoulement matérialisée par les fleches 30, on voit que la portion tronconique 28 permet de diriger l'écoulement vers le passage entre la vanne 1 et le corps de vanne 2, 4. A flexible seal in the form of a cylindrical membrane 20 capable of being rolled up on itself is fixed by its cylindrical inner edge to one of the ends of the cylindrical envelope 19 by a clamping ring 22. At its outer end also cylindrical the membrane 20 is fixed by a clamping ring 22 on the bore of an annular wall 23 integral with the central element 14 of the closure cap 15. On the upstream side of the radial wall 8, the jack 7 is protected by an aerodynamic fairing of substantially spherical shape 24 comprising orifices 25 making it possible to reach the ends of the fixing studs 10 of the jack 7. The fairing 24 continues on the downstream side of the flow by a cylindrical portion 26 which serves as a support to the radial support arms 9, the cylindrical portion 26 being connected to the spherical portion 24 by an annular ring 27. The fairing continues on the downstream side of the flow by a frustoconical portion 28 mounted in cantilever, fixed on a br ide 29 integral with the cylindrical part 26. The frustoconical portion 28 surrounds the frustoconical portion 18 at the rear of the tapered cover 15 without coming into contact with the latter. Given the direction of the flow materialized by the arrows 30, it can be seen that the frustoconical portion 28 makes it possible to direct the flow towards the passage between the valve 1 and the valve body 2, 4.

Les conduits d'aljentation du vérin 7 passent à travers certains des supports radiaux 9 qui présentent un profil aérodynamique et sont creux ou présentent un passage approprié. C'est ainsi que l'on voit sur la figure 1 la canalisation 31 qui traverse l'un des supports radiaux 9, pénètre à l'intérieur du carénage 24, 27, 26 traverse ensuite la paroi radiale 8 avant d'entre reliée à une connexion d'alimentation du vérin 7 non représentée sur la figure. The alignment pipes of the jack 7 pass through some of the radial supports 9 which have an aerodynamic profile and are hollow or have an appropriate passage. Thus we see in Figure 1 the pipe 31 which passes through one of the radial supports 9, enters the interior of the fairing 24, 27, 26 then passes through the radial wall 8 before being connected to a power supply connection to the jack 7 not shown in the figure.

L'autre conduite de retour, non représentée sur la figure, peut avantageusement passer par un autre support radial 9. La commande du vérin 7 peut se faire de manière hydraulique ou pneumatique.The other return line, not shown in the figure, can advantageously pass through another radial support 9. The actuator of the jack 7 can be done hydraulically or pneumatically.

La figure 2 illustre les mêmes éléments représentés dans la position complètement fermée de la vanne de commande. Dans cette position, on voit que la tige 11 du vérin 7 est sortie jusqu'à ce que l'élément de fermeture 15 soit entré en contact avec son siège 5 à l'intérieur du corps de vanne. Comme on peut le voir, le contact s'établit entre le siège 5 et la bague annulaire 16. D'éventuels défauts d'alignement qui pourraient exister sont compensés par le montage de l'opercule de fermeture 15 au moyen de la lame élastique 13. De cette manière, le contact entre l'opercule fuselé 15 et son siège 5 à l'intérieur du corps de vanne se fait de maniera parfaitement étanche. Figure 2 illustrates the same elements shown in the fully closed position of the control valve. In this position, it can be seen that the rod 11 of the jack 7 is extended until the closing element 15 has come into contact with its seat 5 inside the valve body. As can be seen, contact is established between the seat 5 and the annular ring 16. Any misalignments which may exist are compensated for by the mounting of the closure cap 15 by means of the elastic blade 13 In this way, the contact between the tapered cover 15 and its seat 5 inside the valve body is made perfectly sealed.

On voit que dans cette position, la membrane cylindrique 20 s'est enroulée sur elle-même en roulant à la fois sur la surface périphérique extérieure de l'enveloppe cylindrique 19 et sur la surface cylindrique interne d'un manchon cylindrique 32 monté sur la paroi annulaire 23, l'ensemble se trouvant logé à l'intérieur de la portion tronconique 18. We see that in this position, the cylindrical membrane 20 is wound on itself by rolling both on the outer peripheral surface of the cylindrical casing 19 and on the inner cylindrical surface of a cylindrical sleeve 32 mounted on the annular wall 23, the assembly being housed inside the frustoconical portion 18.

Pour permettre l'adaptation de position en cas de défaut d'ali- gnement, un jeu suffisant est maintenu entre l'extrémité ouverte de la portion tronconique 18 et la surface extérieure de l'enveloppe cylindrique 19. To allow the position to be adjusted in the event of a misalignment, sufficient play is maintained between the open end of the frustoconical portion 18 and the outer surface of the cylindrical envelope 19.

On comprendra bien entendu que toutes les positions intermédiaires de l'opercule de fermeture 15 peuvent être utilisées de façon à assurer non seulement un arrêt complet de l'écoulement comme illustré sur la figure 2 mais également tout réglage approprié de l'écoulement par laninage à l'intérieur du corps de vanne 4. On peut envisager de prévoir des dispositifs de commande assurant un amortissement de fin de course, un contrôle de l'accélération ou toute autre caracteristi- que habituelle dans les dispositifs de commande de vannes hydrauliques ou pneumatiques de ce type. It will of course be understood that all the intermediate positions of the closure cap 15 can be used so as to ensure not only a complete stop of the flow as illustrated in FIG. 2 but also any appropriate adjustment of the flow by laninage to inside the valve body 4. It is conceivable to provide control devices ensuring end-of-travel damping, acceleration control or any other characteristic usual in control devices for hydraulic or pneumatic valves. this guy.

Dans une variante non représentée sur les figures, la vanne peut être équipée d'un dispositif de lavage. Un anneau de distribution d'eau de lavage est incorpore dans la bride 29 qui est percée d'une pluralité de passages terminés par des injecteurs formant un anneau d'eau. Le lavage ainsi obtenu peut être permanent ou intermittent selon les besoins. In a variant not shown in the figures, the valve can be equipped with a washing device. A wash water distribution ring is incorporated in the flange 29 which is pierced with a plurality of passages terminated by injectors forming a water ring. The washing thus obtained can be permanent or intermittent as required.

Grâce à l'invention, il est ainsi possible de disposer d'une vanne de commande complètement étanche, de structure parfaitement aérodynamique pouvant être utilisée en particulier dans des écoule- ments gazeux chargés de poussières et capable d'assurer à la fois un arrêt complet rapiae de l'écoulement et un reglage continu du débit par laminage plus ou moins prononcé de l'écoulement. Thanks to the invention, it is thus possible to have a completely sealed control valve, of perfectly aerodynamic structure which can be used in particular in gas flows charged with dust and capable of ensuring both a complete stop. rapiae of the flow and a continuous adjustment of the flow by more or less pronounced rolling of the flow.

Claims

RDFENDICATIOiS

1. Flow control valve allowing in particular the stopping and rolling of a gas flow characterized in that it comprises, in a divergent-converging revolution valve body (2, 4) a closing element (15) axially movable, capable of coming into contact with a portion (5) of the internal surface of the valve body, a jack (7) for controlling the movement of the closure element (15), held inside the body valve by radial support arms (9), the closure element (15) being connected to the rod (11) of the jack (7) by means of at least one elastic member (13) capable of compensating possible misalignments.

2. Control valve according to claim 1, characterized in that the elastic member is constituted by one or more elastic radial blades (13).

3. Control valve according to claims 1 or 2, characterized in that the closing element (15) has an aerodynamic profile and the jack (7) is mounted by its radial support arms inside d 'a fairing (24, 27, 26) also having an aerodynamic profile.

4. Control valve according to any one of the preceding claims, characterized in that the closing element (15) comprises a tapered cover open at one end, which surrounds the body of the jack (7).

5. Control valve according to claim 4, characterized in that it comprises a flexible seal (20) in the form of a membrane capable of rolling on itself to seal between the inside and the outside of the 'bpercule (15).

6. Control valve according to claim 5, characterized in that the cylinder (7) is mounted inside a cylindrical centering casing (19) and the flexible seal (20) is fixed between said casing (15 ) and the open end (18) of the cover.

7. Control valve according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the fairing of the jack is extended by a conical portion (28) which surrounds the open end (18) of the cover (15) in the open portion of the valve.

8. Control valve according to any one of the preceding claims, characterized in that the conduits (31) for supplying fluid to the control jack (7) pass through the radial support arms (9) of the jack.

9. Application of a valve according to any one of the preceding claims for adjusting the flow rate of a turbine conveying dust-laden gases, particularly in the blast furnace industry.