FR3014993A1 - Vanne a dispositif d'actionnement integre, notamment pour systeme de combustion - Google Patents

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Abstract

La vanne, notamment pour système de combustion, comprend un corps 12 de vanne, au moins un premier conduit d'amenée 14 de fluide et au moins un conduit de sortie 18 dudit fluide disposés sur le corps de vanne, un obturateur 22 monté mobile à l'intérieur dudit corps de vanne et apte à assurer une communication fluidique entre lesdits conduits, et un dispositif d'actionnement 26 dudit obturateur monté à l'intérieur du corps 12 de vanne et apte à être commandé électriquement. La vanne comprend également un circuit de refroidissement 28 disposé à l'intérieur du corps de vanne et entourant au moins en partie le dispositif d'actionnement 26, et au moins un conduit d'amenée 38 d'un fluide de refroidissement et au moins un conduit de sortie 40 dudit fluide disposés sur le corps 12 de vanne et en communication fluidique avec le circuit de refroidissement.

Description

Vanne à dispositif d'actionnement intégré, notamment pour système de combustion La présente invention concerne le domaine général des vannes, et plus particulièrement des vannes utilisées dans les systèmes d'alimentation en combustible de systèmes de combustion tels que des turbines à gaz, des chaudières, des brûleurs, etc. Les systèmes de combustion industriels brûlent un mélange de comburant, tel que de l'oxygène, et de carburant ou combustible, tel que du gaz ou du fioul liquide. Dans le cas de systèmes multi- combustibles, ces systèmes n'utilisent généralement pas simultanément le combustible liquide et le combustible gazeux, mais sont alimentés avec un combustible puis l'autre alternativement. L'opération qui consiste à changer le combustible d'alimentation est classiquement désignée par le terme de changement. Suite à ce changement de combustible, le système d'alimentation de l'un des combustibles est arrêté. Lors de l'arrêt du combustible liquide, le liquide stagnant peut subir une solidification dûe à température élevée et en présence d'air.
Dans le cas où le combustible est du fuel liquide, ce phénomène est désigné par le terme "cokéfaction". Cette solidification se manifeste notamment par la détérioration des éléments sensibles du système de combustion, de la fonction d'étanchéité de composants mécaniques tels que des vannes et des clapets anti-retour, et par une diminution de la vitesse d'écoulement du combustible dans le système de combustion. Afin de remédier à cet inconvénient dans le cas d'une turbine à gaz, il est par exemple connu de chasser le combustible liquide résiduel dans le système d'alimentation par une première étape de purge par admission d'eau sous pression, puis par une seconde étape de purge de l'eau introduite par admission d'air sous pression. Des vannes sont prévues dans le système d'alimentation pour permettre la distribution du combustible liquide, de l'air de purge et du liquide de purge. Classiquement, de telles vannes comprennent chacune une pluralité de conduits d'amenée montés sur le corps de vanne pour l'alimentation en fluide combustible, en liquide de purge et en gaz de purge, et un obturateur monté mobile à l'intérieur dudit corps pour assurer une communication fluidique entre les différents conduits. Chaque vanne est généralement associée à un actionneur pneumatique pour piloter l'obturateur. L'actionneur pneumatique est monté de façon adjacente à la vanne associée et comprend une tige de manoeuvre s'étendant à l'intérieur du corps de vanne pour être reliée mécaniquement à l'obturateur. Un tel actionneur pneumatique est généralement utilisé dans la mesure où ce type d'actionneur peut supporter des températures élevées contrairement à un actionneur électrique dont la température maximale de fonctionnement ne dépasse généralement pas 85° C. En effet, la vanne associée est généralement positionnée à proximité de la ou des chambres de combustion de la turbine dans des zones à hautes températures pouvant atteindre jusqu'à 190°C. Cette solution a cependant pour inconvénient majeur de nécessiter la prévision de plusieurs conduits d'alimentation en air comprimé pour chaque actionneur pneumatique associé à une vanne. Dès lors, pour l'ensemble du système d'alimentation de la turbine comprenant plusieurs vannes, il existe un grand nombre de conduits d'alimentation en air. En outre, cette solution nécessite d'utiliser un système de compression de l'air.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention concerne une vanne, notamment pour système de combustion, comprenant un corps de vanne, au moins un premier conduit d'amenée de fluide et au moins un conduit de sortie dudit fluide disposés sur le corps de vanne, un obturateur monté mobile à l'intérieur dudit corps de vanne et apte à assurer une communication fluidique entre lesdits conduits, et un dispositif d'actionnement dudit obturateur monté à l'intérieur du corps de vanne et apte à être commandé électriquement. La vanne comprend également un circuit de refroidissement disposé à l'intérieur du corps de vanne et entourant au moins en partie le dispositif d'actionnement, et au moins un conduit d'amenée d'un fluide de refroidissement et au moins un conduit de sortie dudit fluide disposés sur le corps de vanne et en communication fluidique avec le circuit de refroidissement.
Ainsi, on dispose d'une vanne comprenant un dispositif d'actionnement intégré entièrement dans le corps de vanne. Ceci simplifie le montage de la vanne sur le système d'alimentation en fluide associé et la structure de ce système. En outre, le circuit de refroidissement permet d'obtenir le refroidissement du dispositif d'actionnement commandé électriquement, ce qui permet de pouvoir utiliser la vanne dans des zones à hautes températures, par exemple à proximité de la ou des chambres de combustion d'un système de combustion. Par ailleurs, le temps de réponse à une commande est réduit.
Dans un mode de réalisation, le dispositif d'actionnement comprend un organe mécanique connecté à l'obturateur et un moyen de commande électrique dudit organe. De préférence, le circuit de refroidissement entoure au moins en partie le moyen de commande électrique. Une paroi de séparation peut être interposée entre l'obturateur et le moyen de commande électrique. Le circuit de refroidissement peut être disposé au moins en partie autour de l'obturateur, i.e. entourer au moins en partie l'obturateur. Dans un mode de réalisation préféré, le circuit de refroidissement entoure entièrement l'obturateur et le dispositif d' actionnement. De préférence, la vanne comprend un boîtier intérieur monté à l'intérieur du corps de vanne et à l'intérieur duquel sont logés l'obturateur et le dispositif d'actionnement. Avantageusement, le circuit de refroidissement peut être formé entre le boîtier intérieur et le corps de vanne. Dans un mode de réalisation, la vanne comprend des premier, deuxième et troisième conduits d'amenée disposés sur le corps de vanne et destinés à être alimentés respectivement en fluide combustible, en liquide de purge et en gaz de purge.
L'obturateur peut comprendre un unique canal de circulation agencé sur ledit obturateur pour assurer une communication fluidique entre chacun des conduits d'amenée et le conduit de sortie dans trois positions distinctes de l'obturateur.
L'invention concerne également un système d'alimentation pour système de combustion comprenant au moins une chambre de combustion pouvant être alimentée en fluide combustible, le système d'alimentation comprenant des moyens d'arrivée de fluide combustible, des moyens d'arrivée d'un liquide de purge, des moyens d'arrivée d'un gaz de purge et une vanne telle que définie précédemment, dans lequel les premier, deuxième et troisième conduits d'amenée de la vanne sont respectivement reliés aux moyens d'arrivée de fluide combustible, aux moyens d'arrivée du liquide de purge, et aux moyens d'arrivée du gaz de purge.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par la figure annexée qui illustre schématiquement une vanne selon un exemple de l'invention. Sur la figure, on a représenté un exemple de réalisation d'une vanne, référencée 10 dans son ensemble, destinée à être utilisée dans un système d'alimentation pour système de combustion comprenant une ou plusieurs chambres de combustion pouvant être alimentées par du gaz ou par du combustible liquide. Le système de combustion peut par exemple être une turbine, une chaudière, un brûleur, etc.
La vanne 10 comprend un corps 12 de vanne extérieur, un conduit d'amenée 14 destiné à être alimenté en combustible liquide, un premier conduit de purge 16 destiné à être alimenté en gaz de purge, un second conduit de purge (non visible) perpendiculaire auxdits conduits et destiné à être alimenté en liquide de purge, un conduit de sortie 18 destiné à être relié à la ou les chambres de combustion du système de combustion associé, un boîtier 20 intérieur monté à l'intérieur du corps 12 de vanne extérieur et un obturateur 22 sphérique monté mobile à l'intérieur d'un logement 24 de forme complémentaire dudit boîtier. Le second conduit de purge est situé dans un plan différent de celui contenant le conduit d'amenée 14, le conduit de purge 16 et le conduit de sortie 18. Le conduit d'amenée 14, les deux conduits de purge et le conduit de sortie 18 sont distincts et disposés sur le corps 12 de vanne de manière à s'étendre à l'intérieur de celui-ci et déboucher dans le logement 24 du boîtier intérieur. Dans l'exemple de réalisation illustré, le corps 12 extérieur et le boîtier 20 intérieur présentent en section une forme générale rectangulaire. En variante, d'autres formes peuvent être prévues, par exemple carré ou sphérique. Le boîtier 20 et l'obturateur 22 sont avantageusement réalisés en matière métallique, ce qui favorise l'obtention d'une bonne étanchéité entre ces deux éléments. La vanne 10 comprend également un dispositif 26 d'actionnement de l'obturateur entièrement monté à l'intérieur du corps 12 de vanne, et un circuit 28 de refroidissement associé pour permettre le montage de la vanne dans des zones à hautes températures à proximité de la ou des chambres de combustion du système. Le dispositif 26 d'actionnement est monté à l'intérieur du boîtier 20 intérieur et comprend une tige 30 de manoeuvre et un moyen de commande 32 électrique de ladite tige. La tige 30 de manoeuvre est reliée mécaniquement à une de ses extrémités à l'obturateur 32 de sorte à permettre la rotation de ce dernier par rapport au corps 12 de vanne et au boîtier 20. La tige 30 s'étend à travers une paroi 34 de séparation montée à l'intérieur du boîtier 20. En considérant l'axe d'allongement de la tige 30, la paroi 34 de séparation est interposée axialement entre l'obturateur 22 et le moyen de commande 32 électrique. La paroi 34 de séparation permet d'assurer une étanchéité entre ces deux éléments. Le moyen de commande 32 électrique permet d' obtenir l'entraînement en rotation de la tige 30 de manoeuvre autour de son axe d'allongement. Le moyen de commande 32 électrique peut par exemple être un moteur électrique relié mécaniquement à la tige 30 de manoeuvre du type à courant continu ou brushless. Alternativement, le moyen de commande 32 électrique peut être un moteur électrique relié magnétiquement à la tige 30. La vanne 10 comprend également des moyens de connexion électrique (non représentés) aptes à relier électriquement le moyen de commande 32 à une source d'énergie électrique extérieure à ladite vanne.
Sous l'action du dispositif 26 d'actionnement électrique recevant l'énergie électrique, l'obturateur 22 est mobile à rotation à l'intérieur du logement 24 du boîtier intérieur de sorte à raccorder sélectivement le conduit de sortie 18 de la vanne au conduit d'amenée 14 en combustible liquide, ou au conduit de purge 16 en gaz, ou au conduit de purge en liquide. L'obturateur 22 est mobile en rotation autour d'un axe 22a coaxial avec l'axe de la tige 30. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'obturateur 22 comprend un unique canal de circulation 36 pour permettre, dans une première position relativement au boîtier 20 intérieur et au corps 12 telle qu'illustrée à la figure, d'obtenir une communication fluidique entre le conduit d'amenée 14 en combustible liquide et le conduit de sortie 18. Dans cette position, la vanne 10 permet une alimentation en combustible liquide de la ou des chambres de combustion du système de combustion. Le canal de circulation 36 présente ici une forme générale en L et peut être formé sur l'obturateur 22 par usinage. Dans une deuxième position de l'obturateur 22, le canal de circulation 36 assure le raccordement du conduit de purge en liquide au conduit de sortie 18. Dans cette position, la vanne 10 permet une admission du liquide de purge dans le système d'alimentation du système de combustion afin de pouvoir chasser le combustible liquide résiduel dans ledit système. Dans une troisième position de l'obturateur 22, le canal de circulation 36 assure une communication fluidique entre le conduit de purge 16 et le conduit de sortie 18. Dans cette troisième position de l'obturateur 22, la vanne 10 permet une admission du gaz de purge dans le système d'alimentation de combustible liquide du système de combustion afin de pouvoir chasser le liquide de purge résiduel précédemment admis. Dans l'exemple de réalisation illustré, le circuit 28 de refroidissement est disposé à l'intérieur du corps 12 de vanne pour assurer à la fois le refroidissement de l'obturateur 22 et du dispositif 26 d'actionnement. Le circuit 28 de refroidissement est formé entre le corps 12 extérieur et le boîtier 20 intérieur. Le circuit 28 de refroidissement forme un circuit périphérique entourant entièrement le boîtier 20 intérieur, l'obturateur 22 et le dispositif 26 d'actionnement. Le circuit 28 de refroidissement s'étend sur toute la longueur de l'obturateur 22 et du dispositif 26 d'actionnement. Pour assurer une circulation d'un fluide de refroidissement à l'intérieur du circuit 28, la vanne 10 comprend encore un conduit d'amenée 38 et un conduit de sortie 40 dudit fluide montés sur le corps de vanne et débouchant à l'intérieur dudit circuit. Les conduits 38, 40 sont situés à des extrémités opposées du corps 12 de vanne. Le fluide de refroidissement peut par exemple être de l'eau ou tout autre fluide approprié.
Le circuit 28 de refroidissement permet d'assurer le refroidissement du conduit d'amenée 14 et de l'obturateur 22 de sorte à limiter le risque de solidification du combustible liquide à l'intérieur de ces deux éléments. En outre, le circuit 28 assure le refroidissement du dispositif 26 d'actionnement électrique, ce qui permet de pouvoir fixer la vanne 10 dans des zones à hautes températures à proximité de la ou des chambres de combustion du système de combustion. Dans ce but, la vanne 10 comprend encore une bride 42 de fixation à travers laquelle s'étend le conduit de sortie 18. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'obturateur comprend un unique canal de circulation pour assurer le raccordement entre le conduit de sortie et les différents conduits d'amenée en fluide combustible et en fluide de purge. En variante, il est possible de prévoir deux canaux de circulation distincts, l'un pouvant être destiné à la circulation de fluide combustible et de liquide de purge et l'autre pouvant être destiné à la circulation de gaz de purge. Par ailleurs, l'obturateur présente, dans l'exemple de réalisation illustré, une forme générale sphérique et est monté mobile à rotation. En variante, l'obturateur peut encore être réalisé sous la forme d'un cylindre ou d'un cône mobile à rotation, ou encore sous la forme d'un cylindre ou d'une glissière mobile en translation. Dans l'exemple de réalisation décrit, le circuit de refroidissement est délimité entre la surface intérieure du corps extérieur de la vanne et la surface intérieure du boîtier intérieur à l'intérieur duquel sont logés l'obturateur et le dispositif d'actionnement associé. En variante, il pourrait être possible de ne pas prévoir de boîtier intérieur et de monter directement l'obturateur et le dispositif d'actionnement à l'intérieur du corps de vanne. Dans ce cas, le circuit de refroidissement peut être formé dans l'épaisseur du corps de vanne. Dans le mode de réalisation illustré, la vanne est prévue pour être utilisée dans le système d'alimentation en combustible liquide du système de combustion. En variante, il pourrait encore être possible d'utiliser la vanne dans le système d'alimentation en combustible gazeux du système de combustion ou encore dans un autre type d'application nécessitant une implantation dans une zone à hautes températures et l'utilisation d'un ou de plusieurs fluides de nature différente.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Vanne, notamment pour système de combustion, comprenant : - un corps (12) de vanne, - au moins un premier conduit d'amenée (14) de fluide et au moins un conduit de sortie (18) dudit fluide disposés sur le corps de vanne, - un obturateur (22) monté mobile à l'intérieur dudit corps de vanne et apte à assurer une communication fluidique entre lesdits conduits, - un dispositif d'actionnement (26) dudit obturateur monté à l'intérieur du corps (12) de vanne et apte à être commandé électriquement, - un circuit de refroidissement (28) disposé à l'intérieur dudit corps de vanne et entourant au moins en partie le dispositif d'actionnement (26), et - au moins un conduit d'amenée (38) d'un fluide de refroidissement et au moins un conduit de sortie (40) dudit fluide disposés sur le corps (12) de vanne et en communication fluidique avec le circuit de refroidissement.
  2. 2. Vanne selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif d'actionnement (26) comprend un organe mécanique (30) connecté à l'obturateur et un moyen de commande (32) électrique dudit organe.
  3. 3. Vanne selon la revendication 2, dans laquelle le circuit de refroidissement (28) entoure au moins en partie le moyen de commande (30) électrique.
  4. 4. Vanne selon la revendication 2 ou 3, comprenant une paroi (34) de séparation interposée entre l'obturateur (22) et le moyen de commande (32) électrique.
  5. 5. Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le circuit de refroidissement (28) est disposé au moins en partie autour de l'obturateur (22).
  6. 6. Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le circuit de refroidissement (28) entoure entièrement l'obturateur (22) et le dispositif d'actionnement (26).
  7. 7. Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un boîtier intérieur (20) monté à l'intérieur du corps (12) de vanne et à l'intérieur duquel sont logés l'obturateur (22) et le dispositif d'actionnement (26).
  8. 8. Vanne selon la revendication 7, dans laquelle le circuit de refroidissement (28) est formé entre le boîtier intérieur (20) et le corps (12) de vanne.
  9. 9. Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des premier, deuxième et troisième conduits d'amenée (14, 16) disposés sur le corps de vanne et destinés à être alimentés respectivement en fluide combustible, en liquide de purge et en gaz de purge.
  10. 10.Vanne selon la revendication 9, dans laquelle l'obturateur (22) comprend un unique canal de circulation (36) agencé sur ledit obturateur pour assurer une communication fluidique entre chacun des conduits d'amenée et le conduit de sortie dans trois positions distinctes de l'obturateur.
  11. 11. Système d'alimentation pour système de combustion comprenant au moins une chambre de combustion pouvant être alimentée en fluide combustible, le système d'alimentation comprenant des moyens d'arrivée de fluide combustible, des moyens d'arrivée d'un liquide de purge, des moyens d'arrivée d'un gaz de purge, et une vanne selon la revendication 9 ou 10, dans lequel les premier, deuxième et troisième conduits d'amenée de la vanne sont respectivement reliés aux moyens d'arrivée de fluide combustible, aux moyens d'arrivée du liquide de purge et aux moyens d'arrivée du gaz de purge.
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