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.