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La présente invention a pour objet un procédé de commande d'un or- gane de passage actionné au moyen d'un servo-moteur en particulier pour des pressions supérieures à 225 atmosphéres et des températures supérieures à
500 C dont la soupape se ferme dans le sens de la chute de la pression, et dans lequel la tige de cette soupape se raccorde au corps de soupape du cô- té opposé au siège de la soupape.L'invention a en outre pour objet un orga- ne de passage.destiné à l'exécution de ce procédé.
En position d'ouverture, les soupapes de ce genre ne peuvent être maintenues ouvertes que par la seule pression de la vapeur. La tige de sou- pape décharge le corps de la soupape de la pression de la vapeur sur une de ses faces tandis que l'autre est soumise à la pression de la vapeur sur tou- te son étendue. Pour pouvoir fermer la soupape, il faut donc exercer une pression sur sa tige dans le sens de la fermeture. Quand la soupape est fer- mée, elle peut être maintenue fermée par la pression de la vapeur puisque la pression ne charge plus que la surface du corps de soupape entourant la tige. Jusqu'à présent, la force de fermeture exercée sur la tige, au moyen d'un servo-moteur. par exemple, était maintenue jusqu'à ce que le corps de soupape repose effectivement sur le siège de soupape, et même en général pendant toute la durée de la fermeture.
Mais aux pressions super-critiques et aux températures dépassant 500 C, lorsque la soupape est fermée et qu'el- le est uniquement chargée par la pression de la vapeur, le siège de la sou- pape est soumis à un effort voisin de sa limite d'élasticité à chaud. Si 1' on voulait encore faire agir en plus la force de fermeture exercée par le servo-moteur, la matière du siège de la soupape se déformerait plastiquement au bout de quelque temps. A celà s'ajoute qu'aux pressions élevées, le frot- tement du presse-étoupe prend des valeurs importantes, en particulier du fait que l'on est obligé d'employer des bourrages mous en raison de la dilatation à la chaleur avec les fortes tiges alors utilisées.
Il faut donc que le ser- vo-moteur soit surdimensionné, c'est-à-dire qu'il puisse exercer une force supérieure à celle qui serait nécessaire uniquement pour surmonter la pres- sion de la vapeur au début du mouvement de fermeture. La force de fermeture agissant sur la tige peut correspondre de la sorte à une valeur double ou triple de la charge provoquée par la pression de la vapeur et détruire com- plètement le siège de la soupape,
Pour ce motif, il est proposé suivant l'invention de diminuer, par l'intervention d'un réglage la force exercée par le servo-moteur sur la ti- ge de la soupape pour fermer cette dernière, avant que le corps de la soupa- pe ne repose sur son siège. Le corps de soupape est donc pressé sur le siè- ge de la soupape tout au plus avec la force provoquée par la pression de la vapeur.
On peut dès lors calculer les dimensions de ce siège de façon que la matière dont il est constitué ne soit pas encore soumise à un effort exces- sif.
La force exercée sur la tige de la soupape par le servo-moteur peut être réglée en fonction de la position de la tige de soupape. Dans le cas d'un organe de passage avec servo-moteur actionnée par de l'huile sous pres- sion, on peut toutefois régler également cette force en fonction des condi- tions de pression de part et d'autre du piston du servo-moteur. Notamment dès que la pression de la vapeur agissant sur le corps de soupape dans le sens de la fermeture prend la prépondérance, l'huile devant être refoulée par le piston du servo-moteur est mise sous une plus forte pression de tel- le manière que les conditions de pression varient de part et d'autre du pis- ton.
La force exercée par le servo-moteur sur la tige de la soupape est de préférence constamment ramenée à sa valeur minimum. On arrive ainsi à mé- nager toutes les pièces le plus qu'il est possible et au réglage le plus cal- me.
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En vue de diminuer la force exercée sur la tige de la soupape, on peut de préférence abaisser au moins une partie de la puissance amenée au servo-moteur pour fermer la soupape. Avec un servo-moteur actionné par de l'huile sous pression, cela peut se faire en diminuant l'intensité de la pression d'huile du côté du piston du servo-moteur correspondant à la ferme- ture ; avec un servo-moteur électrique, cela peut être obtenu par exemple par réglage de l'intensité du courant ou de la tension. Mais parallèlement aussi, on peut diminuer la force agissant sur la tige en exerçant sur celle- ci une force antagoniste, par exemple en mettant sous une pression plus intense la face voulue du piston du servo-moteur.
On peut de plus étrangler la quantité d'huile refoulée hors du servo-moteur lors de la fermeture de la soupape et obtenir ainsi tout au moins un ralentissement du processus de fermeture et un freinage du mouvement du corps de soupape venant se po- ser sur le siège de la soupape.
On applique de préférence un dispositif de réglage au moyen duquel la force exercée par le servo-moteur sur la tige de la soupape pour fermer la soupape est diminuée avant que le corps de soupape ne repose sur le siè- ge de la soupape. On peut alors se servir pour le servo-moteur d'un tiroir distributeur actionné par de l'huile sous pression dans la conduite d'amenée duquel est placé pour le côté du piston du servo-moteur correspondant à la fermeture un dispositif de réglage par lequel l'intensité de la pression d'huile amenée peut être modifiée. Dans cette solution simple, le dispositif de réglage est uniquement un instrument supplémentaire qui est raccordé à des dispositifs de commande connus. On peut en outre appliquer un dispositif d'étranglement réglable sur le parcours de l'huile refoulée hors du servo- moteur lors de la fermeture de la soupape.
Si la surface de la section transversale de la tige de la soupape raccordée au corps de soupape est environ moitié de la surface circulaire correspondant au diamètre moyen du siège de la soupape, le servo-moteur doit exercer sensiblement la même force sur la tige tant pour fermer la soupape que pour l'ouvrir. Le diamètre externe du corps de soupape est alors de pré- férence d'environ une fois et demie le diamètre de la tige de soupape qui lui est raccordée. De cette manière, la surface étanche du corps de soupape coïncide sensiblement avec la surface du siège de la soupape. La tige peut en outre passer dans une douille dont le diamètre externe est plus grand que le diamètre du corps de soupape. Cela permet de réaliser une soupape sans couvercle et de retirer facilement l'ensemble de la tige de soupape de l'or- gane de passage.
Le corps de soupape porte de préférence au-dessous de sa surface étanche un talon qui, conjointement à la percée du siège de la soupape, exer- ce une action d'étranglement sur le milieu en cours d'écoulement dès avant la fermeture. On utilisait jusqu'ici des corps de soupape de ce genre afin que l'étranglement n'intervienne pas entre les surfaces étanches du corps et du siège de la soupape et ne détériore pas ceux-ci. Mais, en liaison avec la caractéristique principale de l'invention,apparaît cet important avantage supplémentaire qu'on peut tirer parti pour le réglage du temps et du parcours entre le début de l'étranglement et la fermeture hermétique totale.
C'est ainsi par exemple qu'on fait fermer la soupape à pleine force et à pleine vitesse jusqu'à ce que ne soit plus ouverte qu'une fraction de la section d'écoulement initiale, pour diminuer ensuite la force exercée par le servo- moteur sur la tige de soupape, de façon que la pression de la-vapeur qui n'agit plus que d'un côté du corps de soupape ferme lentement la soupape en surmontant le frottement du presse-étoupe.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la descrip- tion qui suit, dans laquelle est expliqué plus en détail un exemple de réa- lisation de l'invention avec référence au dessin.
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Dans une canalisation à haute pression, la boîte de soupape 3, dans laquelle est monté le siège de soupape 4, est soudée entre un tuyau d'ame- née 1 et un tuyau d'évacuation 2. La tige de soupape 5 porte le corps de soupape 6 avec sa surface d'étanchéité 7. La tige passe dans une douille
8 et elle est rendue étanche vers l'extérieur au moyen d'un bourrage mou 9 qui est maintenu par une douille 10 et un écrou à chapeau 11. Un agent ré- frigérant peut être amené par l'espace annulaire 12 dans le chapeau 13 pour refroidir le presse-étoupe. La tige est reliée au piston 15 d'un servo-mo- teur actionné par de l'huile, par l'intermédiaire d'un accouplement 14. La chambre sous pression se trouve à l'intérieur du chapeau 13 et elle est fer- mée par les couvercles 16 et 17.
Si l'on démonte ces deux couvercles et l'é- crou à chapeau 11, on peut retirer par en haut l'ensemble de la tige de sou- pape 5 en même temps que la douille de guidage 8 et les autres pièces enfi- lées au-dessus de la tige.
A la tige est articulé un levier 18 qui peut osciller autour du point fixe 19. Ce levier agit sur le ressort 20 et en conséquence sur le tiroir distributeur 21. Ce tiroir distributeur peut en outre être influencé par la pression de l'huile dans les conduites de distribution 22,23 ou 24 - selon la position du tiroir rotatif 25. Si, par exemple, le tiroir distri- buteur 21 est poussé vers le bas par la pression de l'huile à l'encontre de la force du ressort 20, de l'huile sous pression peut arriver, en passant par la conduite d'amenée 26 et l'élément d'arrêt 27, sous le piston 15 du servo-moteur et soulever la soupape, l'huile qui se trouve au-dessus du pis- ton pouvant alors s'écouler par l'élément d'arrêt 28 et la conduite d'évacu- ation 29. De ce fait, le levier 18 comprime le ressort 20 et ramène finale- ment le tiroir distributeur 21 à sa position neutre.
Inversement, si le ti- roir distributeur 21 monte, de l'huile sous pression coule de la conduite d'amenée 30 du côté du piston 15 assurant la fermeture, et, du côté oppo- sé du piston l'huile est refoulée par la conduite d'évacuation 31. Il s'agit donc d'un rappel normal. Avec cette commande, toute position de la soupape correspond à une pression déterminée dans la conduite de distribution raccor- dée 22, 23 ou 24.
Il est important toutefois que la pression d'huile dans la condui- te d'amenée 30 - et par conséquent aussi du côté du piston 15 assurant la fermeture, quand le tiroir distributeur 21 est soulevé par une impulsion de fermeture - puisse être modifiée à l'aide du dispositif de réglage 31. La tige de la soupape étant en cours de descente, en effet, le ressort 32 est détendu par l'intermédiaire du levier 18, et,de ce fait, le piston 33 soule- vé. La conduite d'amenée de l'huile 34 peut alors être fermée et même la conduite d'évacuation 35 ouverte. La pression du côté du piston 15 assurant la fermeture et, en conséquence, la force exercée sur la tige est donc fonc- tion de la position de la tige de la soupape.
Pour des raisons de sécurité, on aura soin que la pression de l'huile ne tombe pas à zéro du côté assurant la fermeture mais conserve une faible valeur minimum.
Les éléments d'arrêt 27 et 28 servent en général à fermer la cham- bre sous pression du servo-moteur dans le cas où le tiroir distributeur doit être démonté aux fins de réparation. On peut cependant constituer l'élément d'arrêt 27 en organe d'étranglement réglable, qui est également réglé en fonction de la position de la tige de la soupape et diminuer ainsi la quanti- té d'huile qui s'écoule de sorte que le mouvement de fermeture peut être frei- né.
Il y a lieu de tenir compte du diamètre relativement grand de la tige de soupape par rapport au diamètre du corps de soupape et à celui du siège de soupape. Ceci est toutefois avantageux pour le calcul du servo-mo- teur en raison des conditions favorables de pression déjà évoquées.
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L'organe de passage représenté esuniquement un exemple. De nom- breuses variantes sont possibles dans le cadre de l'invention à part les servo-moteurs actionnés à l'huile sous pression, on peut employer des servo- moteurs électriques et des servo-moteurs avec commande à la main addition- nels. Toute la commande peut fonctionner non seulement hydrauliquement mais encore électriquement. Le rappel mécanique 18 peut être remplacé par d'autres éléments. Il est en outre possible aussi de ne pas faire dépendre la dimi- nution des forces agissant sur la tige uniquement de la position de la tige ou des conditions de pression de part et d'autre du piston du servo-moteur; on peut aussi appliquer à cette fin par exemple le rapport des pressions dans lé tuyau d'amenée 1 et dans le tuyau d'évacuation 2. En outre,la posi- tion de l'organe de passage ne joue aucun rôle.
On peut le faire tourner de 1800 à partir de la position figurée de façon que la soupape se forme vers le haut.
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The present invention relates to a method for controlling a passage member actuated by means of a servomotor, in particular for pressures greater than 225 atmospheres and temperatures greater than.
500 C, the valve of which closes in the direction of the pressure drop, and in which the stem of this valve connects to the valve body on the side opposite to the valve seat. The invention further relates to a passage member intended for the execution of this process.
In the open position, valves of this kind can only be kept open by steam pressure alone. The valve stem relieves the valve body of vapor pressure on one side while the other is subjected to vapor pressure over its entire extent. To be able to close the valve, it is therefore necessary to exert pressure on its stem in the direction of closing. When the valve is closed, it can be kept closed by steam pressure since the pressure now only loads the surface of the valve body surrounding the stem. Until now, the closing force exerted on the rod, by means of a servo motor. for example, was held until the valve body actually rests on the valve seat, and usually even for the duration of closure.
But at super-critical pressures and temperatures exceeding 500 C, when the valve is closed and it is only charged by steam pressure, the valve seat is subjected to a force close to its limit. hot elasticity. If one still wanted to make the closing force exerted by the servomotor act in addition, the valve seat material would deform plastically after some time. In addition to this, at high pressures, the friction of the stuffing box takes on important values, in particular because one is obliged to use soft packings due to the thermal expansion with the strong stems then used.
The servomotor must therefore be oversized, that is to say that it can exert a force greater than that which would be necessary only to overcome the pressure of the steam at the start of the closing movement. The closing force acting on the rod can correspond in this way to a double or triple value of the load caused by the pressure of the steam and completely destroy the valve seat,
For this reason, it is proposed according to the invention to reduce, by the intervention of an adjustment, the force exerted by the servomotor on the stem of the valve to close the latter, before the body of the valve. - eg not resting on his seat. The valve body is therefore pressed onto the valve seat at most with the force caused by the steam pressure.
It is therefore possible to calculate the dimensions of this seat so that the material of which it is made is not yet subjected to an excessive force.
The force exerted on the valve stem by the servo motor can be adjusted according to the position of the valve stem. In the case of a passage member with a servomotor actuated by pressurized oil, this force can however also be adjusted as a function of the pressure conditions on either side of the servo piston. engine. Especially as soon as the pressure of the steam acting on the valve body in the closing direction assumes the preponderance, the oil to be discharged by the piston of the servomotor is put under a higher pressure in such a way that the pressure conditions vary on either side of the piston.
The force exerted by the servo motor on the valve stem is preferably constantly reduced to its minimum value. In this way, all the rooms can be housed as much as possible and at the quietest setting.
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In order to reduce the force exerted on the valve stem, it is preferably possible to lower at least part of the power supplied to the servomotor to close the valve. With a servomotor driven by pressurized oil, this can be done by reducing the intensity of the oil pressure on the piston side of the servomotor corresponding to the closing; with an electric servomotor, this can be obtained for example by adjusting the intensity of the current or the voltage. At the same time, however, the force acting on the rod can be reduced by exerting an antagonistic force on it, for example by placing the desired face of the piston of the servomotor under more intense pressure.
It is also possible to throttle the quantity of oil pumped out of the servomotor when the valve is closed and thus obtain at least a slowing down of the closing process and a braking of the movement of the valve body coming to rest on the valve body. the valve seat.
Preferably, an adjusting device is applied by means of which the force exerted by the servomotor on the valve stem to close the valve is reduced before the valve body rests on the valve seat. It is then possible to use for the servomotor a distributor spool actuated by pressurized oil in the supply pipe of which is placed for the side of the piston of the servomotor corresponding to the closure an adjustment device by which the intensity of the supplied oil pressure can be varied. In this simple solution, the adjustment device is only an additional instrument which is connected to known control devices. In addition, an adjustable throttle device can be applied to the path of the oil discharged from the servomotor when the valve is closed.
If the cross-sectional area of the valve stem connected to the valve body is about half of the circular area corresponding to the average diameter of the valve seat, the servomotor must exert substantially the same force on the stem for both close the valve only to open it. The outer diameter of the valve body is then preferably about one and a half times the diameter of the valve stem connected to it. In this way, the sealed surface of the valve body substantially coincides with the surface of the valve seat. The stem may further pass through a bush whose outer diameter is greater than the diameter of the valve body. This makes it possible to make a valve without a cover and to easily remove the entire valve stem from the passage member.
The valve body preferably carries below its sealed surface a heel which, together with the breakthrough of the valve seat, exerts a throttling action on the flowing medium even before closing. Valve bodies of this kind have hitherto been used so that the constriction does not intervene between the sealed surfaces of the body and the valve seat and does not damage them. However, in conjunction with the main characteristic of the invention, this important additional advantage appears which can be taken advantage of for the adjustment of the time and of the path between the start of the throttling and the total hermetic closure.
This is how, for example, the valve is closed at full force and at full speed until only a fraction of the initial flow section is open, to then reduce the force exerted by the servo. - motor on the valve stem, so that the steam pressure, which only acts on one side of the valve body, slowly closes the valve, overcoming the friction of the stuffing box.
Other characteristics of the invention will emerge from the description which follows, in which an exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing.
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In a high pressure pipeline, the valve box 3, in which the valve seat 4 is mounted, is welded between an inlet pipe 1 and an outlet pipe 2. The valve stem 5 carries the body. valve 6 with its sealing surface 7. The stem passes through a sleeve
8 and it is sealed outwardly by means of a soft packing 9 which is held by a sleeve 10 and a cap nut 11. A refrigerant can be supplied through the annular space 12 in the bonnet 13. to cool the cable gland. The rod is connected to the piston 15 of an oil-actuated servo-motor, via a coupling 14. The pressure chamber is located inside the cap 13 and is closed. med by covers 16 and 17.
If these two covers and the cap nut 11 are removed, the entire valve stem 5 can be removed from above together with the guide sleeve 8 and the other parts attached. leies above the stem.
A lever 18 is articulated on the rod which can oscillate around the fixed point 19. This lever acts on the spring 20 and consequently on the distributor spool 21. This distributor spool can also be influenced by the pressure of the oil in the valves. distribution lines 22, 23 or 24 - depending on the position of the rotary spool 25. If, for example, the distributor spool 21 is pushed down by the pressure of the oil against the force of the spring 20 , pressurized oil can arrive, passing through the supply line 26 and the stop element 27, under the piston 15 of the servo motor and lift the valve, the oil which is above piston can then flow through the stopper 28 and the discharge line 29. As a result, the lever 18 compresses the spring 20 and finally returns the distributor spool 21 to its position. neutral.
Conversely, if the distributor spool 21 rises, pressurized oil flows from the supply line 30 on the side of the piston 15 ensuring the closure, and, on the opposite side of the piston, the oil is discharged by the piston 15. evacuation line 31. This is therefore a normal recall. With this control, any position of the valve corresponds to a determined pressure in the connected distribution line 22, 23 or 24.
It is important, however, that the oil pressure in the supply line 30 - and therefore also on the side of the piston 15 ensuring the closing, when the distributor spool 21 is lifted by a closing impulse - can be changed to using the adjustment device 31. The valve stem being lowered, in fact, the spring 32 is relaxed by means of the lever 18, and, as a result, the piston 33 is raised. The oil supply line 34 can then be closed and even the discharge line 35 open. The pressure on the closing side of the piston 15 and hence the force exerted on the stem is therefore a function of the position of the valve stem.
For safety reasons, care must be taken that the oil pressure does not drop to zero on the side ensuring the closure but keeps a low minimum value.
The shut-off members 27 and 28 generally serve to close the pressure chamber of the servomotor in the event that the distributor spool has to be removed for repair. It is, however, possible to constitute the stop element 27 as an adjustable throttle member, which is also adjusted according to the position of the valve stem and thus reduce the quantity of oil which flows out so that the closing movement can be braked.
The relatively large diameter of the valve stem compared to the diameter of the valve body and that of the valve seat should be taken into account. This is however advantageous for the calculation of the servomotor because of the favorable pressure conditions already mentioned.
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The passage member shown is only an example. Numerous variations are possible within the scope of the invention apart from servomotors operated by pressurized oil, additional electric servomotors and servo motors with manual control can be employed. The whole control can work not only hydraulically but also electrically. The mechanical return 18 can be replaced by other elements. It is also also possible not to make the reduction in the forces acting on the rod depend solely on the position of the rod or the pressure conditions on either side of the piston of the servomotor; For this purpose, for example, the ratio of the pressures in the inlet pipe 1 and in the outlet pipe 2 can also be applied. Furthermore, the position of the passage member is irrelevant.
It can be rotated 1800 from the position shown so that the valve forms upwards.