CH371934A - Robinet de détente d'un fluide gazeux compressé - Google Patents

Robinet de détente d'un fluide gazeux compressé

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CH371934A
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Gachot Jean
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K47/00Means in valves for absorbing fluid energy
    • F16K47/04Means in valves for absorbing fluid energy for decreasing pressure or noise level, the throttle being incorporated in the closure member

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Description


  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.

Claims (1)

  1. <B>REVENDICATION</B> Robinet de détente d'un fluide gazeux compres sé, comprenant un organe obturateur dont la posi tion relative<B>à</B> un siège fixe est réglable par un dis- positif de man#uvre, et 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 annelée, la disposition relative des ren flements du noyau et des annelures de la chambre étant telle que pour une partie au moins de la course de l'ensemble formé par<B>le</B> noyau et Porgane obtu rateur le passage offert au fluide présente une suc cession de cavités de détente du fluide,
    séparées par des étranglements qui provoquent un laminage de ce dernier. SOUS-REVENDICATIONS <B>1.</B> Robinet selon la revendication, caractérisé en ce que les cavités ménagées entre les parois de la chambre et le noyau réglable présentent un volume croissant vers l'aval. 2. Robinet selon la sous-revendication <B>1,</B> carac térisé en<B>ce</B> que le diamètre moyen des renflements du noyau et des annelures de la chambre croît de l'amont vers l'aval.
    <B>3.</B> Robinet selon la revendication, caractérisé en ce que les renflements du noyau présentent, dans leur partie de plus grand diamètre, une zone sensible ment cylindrique, tandis que les, annelures sont sé parées par des parois également cylindriques, les étranglements annulaires ainsi formés par les surfaces cylindriques en regard présentant une hauteur mo difiable en fonction de la position de la soupape. 4. Robinet selon la revendication, caractérisé en ce que les renflements, du noyau présentent un vo lume sensiblement bi-tronconique. <B>5.</B> Robinet selon la revendication, caractérisé en ce que les annelures de la chambre du robinet pré sentent une surface conique de divergence suivie d'une surface torique de convergence.
CH241461A 1960-04-08 1961-02-28 Robinet de détente d'un fluide gazeux compressé CH371934A (fr)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3515370A (en) * 1967-05-01 1970-06-02 Baldwin Lima Hamilton Corp Multistage throttle valve

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