LU88205A1 - Clapet d'isolement pour matières solides étanche aux gaz - Google Patents

Description

CLAPET D'ISOLEMENT POUR MATIERES SOLIDES ÉTANCHE AUX GAZ

La présente invention concerne un clapet d'isolement pour matières solides étanche aux gaz. Un tel clapet peut être agencé entre deux enceintes pour libérer, en position ouverte, une ouverture pour un flux de matières solides s'écoulant par gravité de la première enceinte dans la deuxième enceinte, respectivement pour retenir, en position fermée, lesdites matières solides dans ladite première enceinte et rendre étanche ladite ouverture aux gaz.

On connaît des clapets étanches aux gaz qui sont p.ex. utilisés dans des sas de chargement de fours à cuve, de cuves de réduction de minerais, des cuves de gazéification de charbon etc... Ces clapets étanches comprennent généralement un corps de clapet et muni d'un bord inférieur définissant une ouverture de sortie, un organe de fermeture mobile par rapport au corps de clapet et muni d'une surface périphérique d'étanchéité, un siège d'étanchéité entourant ledit corps de clapet et coopérant avec ladite surface périphérique d'étanchéité pour définir au moins une position d'étanchéité dudit organe de fermeture sur ledit siège d'étanshéité, un mécanisme de manoeuvre dudit organe de fermeture agencé de façon à pivoter ce dernier de ladite position d'étanchéité, en direction du flux de matière sortant de ladite ouverture de sortie, dans une position latérale dans laquelle ladite surface périphérique d'étanchéité est complètement située en-dehors du flux de matières. Utilisé comme organe de retenu de matières solides, un tel clapet perd rapidement sa fonction de clapet étanche aux gaz. En effet la surface d'étanchéité périphérique de l'organe de fermeture est rapidement détruite par abrasion, par les matières solides s'écoulant le long de l'organe d'étanchéité lors de son mouvement d'ouverture. De plus, la pénétration de matières solides entre les surfaces d'étanchéité lors du mouvement de fermeture empêche non seulement la fermeture étanche du clapet, mais entraîne aussi une détérioration des surfaces et joints d'étanchéité.

Lorsqu'un tel clapet étanche aux gaz est intégré dans .un sas déchargement, il doit dès lors être nécessairement précédé en amont d'un organe d'isolement séparé, généralement une cloche, qui sert d'organe de retenu aux matières solides. Ce dernier a comme fonction de libérer les matières solides uniquement lorsque le clapet étanche est entièrement pivoté dans la position latérale dans laquelle ladite surface périphérique d'étanchéité de l'organe de fermeture est complètement située en-dehors de la zone dans laquelle le flux de matières va s'établir. L'objet de la présente invention est de transformer un clapet étanche aux gaz, du genre décrit plus haut, de façon qu'il puisse être utilisé dans des sas de chargement sans organe de retenu des matières solides placé directement en amont du clapet.

Cet objectif est atteint par un clapet d'isolement étanche aux gaz comprenant les éléments techniques sus-énoncés et qui est caractérisé en ce que ledit organe de fermeture comprend une surface centrale d'obturation qui, dans ladite position d'étanchéité, est directement située en-dessous de ladite ouverture de sortie et une surface périphérique d'obturation qui, dans ladite position d'étanchéité, définit avec le bord inférieur dudit corps de clapet un joint d'air, en ce que ladite zone périphérique d'obturation est elle-même entourée par un élément saillant entourant, dans ladite position d'étanchéité, ledit bord inférieur du corps de clapet, et en ce que ledit élément saillant comprend un flanc périphérique extérieur définissant une pente inclinée vers l'extérieur en direction du flux de matières, ladite surface d'étanchéité périphérique de l'organe de fermeture prolongeant ledit flanc périphérique extérieur en direction du flux de matières avec une pente plus raide que celle dudit flanc périphérique extérieur.

Lorsque l'organe de fermeture est dans ladite position d'étanchéité, la partie centrale de ce dernier se trouve directement en face de l'ouverture de sortie du flux de matières et définit un joint d'air avec le bord inférieur du corps de clapet. Ce joint d'air est dimensionné notamment en fonction de la granulométrie desdits matériaux solides. Il ne doit pas être dimensionné trop petit, pour éviter que des particules solides de taille plus importante n'empêchent l'organe de fermeture de s'assoir sur son siège d'étanchéité, ni trop grand, pour éviter que des quantités trop importantes de particules solides ne puissent s'écouler entre la surface périphérique d'obturation et le bord inférieur du corps du clapet. Il sera noté que cet écoulement de matières solides s'arrêtera automatiquement lorsque les matières solides, le plus souvent des produits granuleux d'une granulométrie plus ou moins fine, auront formé autour du joint un talus dont la pente correspond à l'angle de talus naturel du produit en question.

Dans ladite position d'étanchéité l'élément saillant limite l'extension radiale de ce talus sur la surface supérieure de l'organe de fermeture. Il évite ainsi la pénétration de matières solides dans la zone d'étanchéité proprement dit. De cette façon il y a toujours une nette séparation entre la zone de l'organe de fermeture remplissant la fonction d'obturation et celle remplissant la fonction d'étanchéité. La zone d'étanchéité est, en position fermée de l'organe de fermeture, parfaitement isolée par rapport aux matières solides retenues par la zone d'obturation de l'organe de fermeture.

Pour une ouverture du clapet d'un angle de quelques degrés uniquement, on n'observe pas d'écoulement de matières solides. Ces dernières sont en effet arrêtées par l'élément saillant faisant face au joint d'air défini entre la surface périphérique d'obturation et le bord inférieur du corps du clapet. Il est donc parfaitement possible d'ouvrir faiblement le clapet proposé, pour réaliser p.ex. un équilibrage des pressions dans les enceintes de part et d'autre du clapet et de le refermer ensuite. Il sera apprécié que lors de cette fermeture du clapet on ne risque pas d'abîmer la surface d'étanchéité du siège ou la surface périphérique d'étanchéité de l'organe de fermeture par des particules solides coincées entre les deux surfaces.

Lorsque l'organe de fermeture est incliné davantage, les matières solides commencent à s'écouler par-dessus le bord supérieur de l'élément saillant au niveau du point le plus bas de celui-ci. Comme la vitesse des particules est, dans ce stade de l'ouverture du clapet, encore faible, les particules solides suivent le flanc périphérique extérieur de l'élément saillant. Celui-ci forme une sorte de "tremplin de saut" en amont de la surface d'étanchéité périphérique. La pente de ce flanc périphérique extérieur confère aux particules solides une composante de vitesse horizontale, qui est suffisante pour faire sauter la majorité desdites particules solides par-dessus la surface d'étanchéité périphérique de l'organe de fermeture qui a une pente plus raide. Plus la vitesse des particules solides est élevée moins ils risquent de rencontrer la surface d'étanchéité. Ce ne sont en conséquence que les particules à énergie faible, donc à faible pouvoir abrasif, qui risquent de rencontrer la surface d'étanchéité. La surface d'étanchéité de l'organe de fermeture est donc parfaitement protégée contre toute abrasion excessive par les particules solides s'écoulant du clapet lors de son ouverture initiale. Si l'inclinaison du clapet augmente, la vitesse des particules s'écoulant par-dessus le bord supérieur de l'élément saillant augmente elle aussi. De plus en plus de particules solides sont directement projetées dans le vide sans rencontrer le flanc périphérique de l'élément saillant ou la surface périphérique d'étanchéité qui se trouvent de plus en plus à l'abri, verticalement en-dessous l'élément saillant.

Il sera donc apprécié que pour le clapet proposé la surface d'étanchéité périphérique de l'organe de fermeture est parfaitement protégée contre l'abrasion par le flux de matières solides, pour toute inclinaison du clapet. De plus la surface d'obturation de l'organe de fermeture est elle aussi idéalement protégée contre l'abrasion par une couche de matières solides retenue par le flanc intérieur de l'élément saillant.

Le clapet étanche au gaz proposé peut donc être parfaitement utilisé comme organe de retenu des matières solides sans devoir craindre une usure rapide des surfaces d'étanchéité et/ou des surfaces d'obturation. De cette façon l'organe de retenu classique prévu dans les sas de chargement en amont du clapet étanche au gaz peut être supprimé. Ceci réduit naturellement les coûts de fabrication de tels sas et réduit en même temps le nombre de pièces mobiles qui nécessitent une maintenance.

Dans une exécution préférentielle, le bord inférieur du corps de clapet définissant le joint d'air avec la surface périphérique d'obturation de l'élément de fermeture est biseauté. Cette exécution facilite la fermeture de l'organe de fermeture en cas de présence de matières solides sur la surface périphérique d'obturation de l'organe de fermeture. L'ouverture de sortie du corps de clapet peut naturellement avoir une section quelconque. Le plus souvent elle aura cependant une section circulaire. L'organe de fermeture aura alors de préférence la forme d'une assiette à soupe à bord surélevé.

Le siège étanche comprend avantageusement un joint torique, p.ex. un joint élastomère. Ce joint est préférentiellement intégré dans une surface d'étanchéité conique. La surface d'étanchéité périphérique de l'élément de fermeture est préférentiellement une surface sphérique. De cette façon l'étanchéité entre les deux surfaces est garantie même si l'organe de fermeture est légèrement incliné par rapport à sa position normale sur son siège étanche. Cette inclinaison peut p.ex. être due au fait qu'un morceau de matières solides est resté coincé entre le bord inférieur du clapet et la surface périphérique d'obturation de l'organe de fermeture. L'organe de fermeture est avantageusement monté sur une extrémité d'un bras de pivotement. L'autre extrémité de ce bras est articulée autour d'un axe situé en-dehors de la zone occupée par le flux de matières. Le montage de l'organe de fermeture sur ce bras de pivotement se fait de préférence par une articulation définissant deux axes de pivotement perpendiculaires. De cette façon l'organe de fermeture peut se mettre en oblique sur son siège d'étanchéité si des morceaux de matières solides sont restés coincés entre le bord du corps du clapet et la surface périphérique d'obturation de l'organe de fermeture. L'étanchéité est toujours garantie dans ce cas par la coopération de la surface sphérique de l'organe de fermeture avec la surface conique du siège d'étanchéité au niveau du joint torique.

En amont du siège étanche est avantageusement aménagé un canal de soufflage d'un gaz sous pression, p.ex. de l'air comprimé. Le canal de soufflage permet de nettoyer les surfaces d'étanchéité avant la fermeture de l'organe de fermeture, évitant ainsi que des particules de matières plus fines qui auraient adhéré aux surfaces d'étanchéité ne puissent abîmer ces dernières lors de la fermeture du clapet.

Il sera apprécié que le flanc périphérique extérieur de l'élément saillant peut être avantageusement muni d'un revêtement anti-abrasif, tandis que la surface d'étanchéité périphérique peut être avantageusement munie d'un revêtement anticorrosif. Chacune de ces deux surfaces peut recevoir ainsi une protection qui convient à la fonction qu'elle doit remplir.

Un exemple préférentiel de réalisation du clapet proposé est décrit ci-après en se basant sur les figures annexées, dans lesquelles : - la Figure 1 est une section du clapet monté dans un dôme supérieur d'une enceinte, par exemple d'un sas de chargement ; - la Figure 2 est un détail agrandi de la Figure 1 ; - les Figures 3.1 à 3.5 montrent le clapet dans différentes positions d'ouverture.

Sur la Figure 1, on voit un dôme supérieur 10 d'une enceinte. Il s'agit par exemple du dôme supérieur d'un sas de chargement d'une cuve de réduction de minerais ou d'une cuve de gazéification de charbon. La référence 12 repère globalement une exécution préférentielle du clapet proposé.

Ce clapet 12 comprend un corps de clapet 14, un organe de fermeture 16, un siège d'étanchéité 18 et un organe de manoeuvre 20 de l'organe de fermeture 16. Le corps de clapet 14 comprend un manchon cylindrique intérieur 22 et une bride supérieure 24. A cette bride supérieure 24 est, par exemple, raccordée une trémie de chargement (non représentée). Par l'intermédiaire de la bride 24, le corps de clapet est supporté, de façon étanche, par un second manchon tronconique extérieur 26. Ce manchon 26, qui s'évase du haut vers le bas, est, par exemple, soudé de façon étanche dans le dôme 10. Le manchon extérieur 26 et le manchon intérieur 22 définissent entre eux un espace annulaire 30 qui s'évase du haut vers le bas. Au niveau du bord inférieur 28 du manchon cylindrique intérieur 22, ce manchon tronconique extérieur 26 supporte de façon étanche le siège d'étanchéité 18. Il sera noté que le siège d'étanchéité 18 a un diamètre intérieur plus grand que le diamètre extérieur du bord inférieur 28 du manchon 22, de façon qu'entre les deux éléments subsiste une section annulaire ouverte débouchant dans l'espace annulaire 30.

Sur la Figure 1, l'organe de fermeture 16 est montré en position fermée sur son siège étanche 18. Cet organe de fermeture 16 a lui-même la forme d'une assiette creuse et il est supporté par une extrémité d'un bras de pivotement 32 en-dessous du siège étanche 18.

On notera que dans ladite position fermée, le bord inférieur 28 du manchon intérieur 22, qui définit l'ouverture de sortie des matières solides, est situé en retrait par rapport à la surface supérieure, ou surface d'obturation 34 de l'organe de fermeture 16. Il s'en suit que ledit bord inférieur 28 définit avec une surface d'obturation périphérique annulaire 37 de l'organe de fermeture 16 un joint d'air de hauteur h (Cf. Figure 2).

La surface d'obturation annulaire 37 est entourée elle-même par un élément saillant 38 qui, lorsque l'organe de fermeture est dans ladite position de fermeture, pénètre dans l'espace annulaire 30 pour entourer le bord inférieur 28 du manchon 22. L'élément saillant 38 constitue ainsi une barrière autour dudit joint d'air arrêtant les matières solides qui s'écoulent latéralement à travers ce dernier. L'élément saillant 38 comprend un flanc intérieur 40, définissant une pente orientée vers l'intérieur, c'est-à-dire vers lesdites surfaces d'obturation 36, 37 et un flanc périphérique extérieur 42, définissant une pente orientée vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la périphérie de l'organe de fermeture 16.

On notera que l'élément saillant est préférentiellement revêtu d'un matériau plus résistant à l'abrasion, repéré par la référence 44. Sur la Figure 2, on voit que l'élément saillant a par exemple une section triangulaire avec un sommet 39 légèrement aplati.

La flèche 46 sur la Figure 2 repère une surface d'étanchéité périphérique annulaire aménagée autour de l'organe de fermeture 16 en aval du flanc périphérique extérieur 42 de l'élément saillant 38. Cette surface d'étanchéité 46 définit elle aussi une pente orientée vers l'extérieur mais cette pente est légèrement plus raide que la pente du flanc 42.

De préférence, la surface 46 est une couronne sphérique. Le siège étanche 18 présente alors une surface d'étanchéité annulaire conique 48, de façon à définir avec la couronne sphérique 46 une circonférence d'étanchéité repérée par la référence 50. Au niveau de cette circonférence d'étanchéité 50, la surface d'étanchéité 48 est munie d'une saignée circonférentielle dans laquelle est monté un joint torique 52, constitué par exemple d'un matériau élastomère.

Il sera noté que la surface 46 est de préférence constituée d'un matériau résistant à la corrosion.

En amont du siège étanche 18 est intégré un canal annulaire de soufflage 54 dans l'espace annulaire 30. Ce canal de soufflage est raccordé à un réseau de distribution d'air comprimé, ou d'un autre gaz sous pression, et est muni d'orifices de soufflage 56 orientés en direction de la surface d'étanchéité 48. Il sera noté que le gaz sous pression permet de nettoyer les deux surfaces d'étanchéité lorsque l'organe de fermeture est légèrement ouvert.

Le mécanisme de manoeuvre 20 de l'organe de fermeture 16 sera décrit à l'aide de la Figure 1. Le bras 32 est articulé avec sa deuxième extrémité autour d'un axe 60. Cet axe 60 est, de préférence, contenu dans la plan défini par ladite circonférence d'étanchéité 50 et tangent à une circonférence concentrique, de diamètre légèrement plus grand que la circonférence 50. Ce bras est muni d'un organe d'entraînement adéquat, par exemple d'un piston hydraulique, qui permet de pivoter l'organe de fermeture 16 d'un angle de 90° de la position fermée, dans laquelle il est représenté en traits pleins, dans la position ouverte, dans laquelle il est représenté en traits interrompus. Le montage de l'organe de fermeture 16 sur l'autre extrémité du bras 32 s'effectue de préférence à l'aide d'une articulation 62, définissant deux axes de pivotement perpendiculaires entre eux. Le point d'intersection de ces axes de pivotement correspond au centre de la sphère fictive définissant la couronne sphérique 46. De cette façon, l'organe de fermeture 16 peut adopter différentes positions sur son siège étanche 18. Pour toutes ces positions, l'étanchéité est cependant réalisée au niveau du joint 52. L'intérêt de ce montage est qu'un morceau de matière coincée entre le bord intérieur 28 du manchon cylindrique 22 et la surface d'obturation 37 de l'organe fermeture 16 ne peut empêcher l'étanchéité du clapet.

Il sera aussi noté que le bord inférieur 28 du manchon intérieur 22 est de préférence biseauté. De cette façon, il peut fendre des morceaux de matières éventuellement coincés lors de la fermeture du clapet et il sait mieux pénétrer dans la matière solide recouvrant éventuellement la surface d'obturation 36, 37. L'ouverture du clapet et l'écoulement des matières solides seront étudiés à l'aide des Figures 3.1 à 3.5, qui représentent le clapet avec des angles d'inclinaison de plus en plus importants de l'organe de fermeture 16. Comme il s'agit d'une coupe à travers l'axe du clapet par un plan perpendiculaire à l'axe de pivotement 60, la situation d'écoulement des matières représentée correspond à la situation à l'endroit le plus bas de l'organe de fermeture 16. Il est clair que, pour un autre point périphérique de l'organe de fermeture 16, la situation, pour le même angle d'inclinaison du clapet, est légèrement différente de la situation représentée.

Sur la Figure 3.1 le clapet n'est ouvert que faiblement, c'est-à-dire que l'organe de fermeture 16a été pivoté de quelques degrés seulement autour de son axe 60 pour quitter son siège d'étanchéité 18. On constate que jusqu'à cette position d'inclinaison de l'organe de fermeture 16, la matière solide ou le granulat 70 est arrêté par l'organe de fermeture 16, plus précisément par l'élément saillant 38 de ce dernier.

Sur la Figure 3.2 l'organe de fermeture 16 est déjà incliné davantage. Le granulat 70 est déversé par-dessus le sommet 39 de l'élément saillant 38. Les particules solides qui ont encore une vitesse relativement faible suivent le flanc périphérique extérieur 42 de l'élément 38. Le long de ce flanc 42 les particules sont accélérées par la gravité de façon qu'ils reçoivent une vitesse qui est suffisante à faire sauter au moins la grande majorité des particules par-dessus la surface d'étanchéité périphérique 46 située en aval du flanc 42 et ayant une pente plus raide que ce dernier. Quelques particules, qui ont une vitesse plus faible, peuvent éventuellement rencontrer la surface d'étanchéité 46. Il sera cependant noté que l'énergie cinétique de ces particules est faible et que leur pouvoir abrasif est, par conséquent, réduit.

Sur la Figure 3.3 l'organe de fermeture 16 est encore incliné davantage. Dans cette position la pente du flanc 42 représentée en coupe est déjà quasi verticale et les particules sont directement projetées par-dessus le sommet 39. Une grande partie de la surface d'étanchéité 46 se trouve maintenant verticalement en-dessous de l'élément saillant et est dans cette position parfaitement à l'abri du granulat 70.

Sur la Figure 3.4, l'Organe de fermeture 16 a déjà libéré une partie de la section de sortie définie par le bord inférieur 28 du manchon 22. On remarquera que la surface d'obturation 36, 37 de l'organe de fermeture 16 est protégée par une couche de matières solides retenue derrière le flanc intérieur 40 de l'élément saillant 38.

Enfin, sur la Figure 3.5, l'organe de fermeture 16 est entièrement ouvert. Il occupe une position latérale par rapport au flux vertical de matières 70 et est dans cette position situé complètement en-dehors de ce dernier. On notera qu'une ouverture rapide du clapet influencera favorablement les mesures constructives prises pour protéger la surface d'étanchéité périphérique 46 contre 1'abrasion.

Le clapet est de préférence monté dans le sas de façon que la surface d'obturation 36 de l'organe de fermeture 16 soit horizontale lorsque le clapet est fermé. En prenant des précautions adéquates, p.ex. rehaussement local de l'élément saillant 38, prolongement du bord inférieur 28 au-delà du siège étanche 18 dans la direction du flux des matières, il est cependant aussi possible de concevoir un clapet du genre proposé dans lequel l'organe de fermeture est incliné par rapport à un plan horizontal.

Claims (10)

1. Clapet d'isolement pour matières solides étanche aux gaz, agençable entre deux enceintes pour libérer, en position ouverte, une ouverture pour un flux de matières solides s'écoulant par gravité de la première enceinte dans la deuxième enceinte, respectivement pour retenir, en position fermée, lesdites matières solides dans ladite première enceinte et rendre étanche ladite ouverture aux gaz, ledit clapet (12) comprenant un corps de clapet (14) muni d'un bord inférieur (28) définissant une ouverture de sortie, un organe de fermeture (16) mobile par rapport au corps de clapet (14) muni d'une surface périphérique d'étanchéité (46), un siège d'étanchéité (18) entourant ledit corps de clapet (14) et coopérant avec ladite surface périphérique d'étanchéité (46) pour définir au moins une position d'étanchéité dudit organe de fermeture (16) sur ledit siège d'étanchéité (18), un mécanisme de manoeuvre (20) dudit organe de fermeture (16) agencé de façon à pivoter ce dernier de ladite position d'étanchéité en direction du flux de matières sortant de ladite ouverture de sortie dans une position latérale dans laquelle ladite surface périphérique d'étanchéité (46) est complètement située en-dehors du flux de matières, caractérisé en ce que ledit organe de fermeture (16) comprend une surface centrale d'obturation (36) qui, dans ladite position d'étanchéité, est directement située en-dessous de ladite ouverture de sortie et une surface périphérique d'obturation (37) qui, dans ladite position d'étanchéité, définit avec le bord inférieur (28) dudit corps de clapet (14) un joint d'air, en ce que ladite zone périphérique d'obturation (37) est elle-même entourée par un élément saillant (38) entourant, dans ladite position d'étanchéité, ledit bord inférieur (28) du corps de clapet (14), et en ce que ledit élément saillant (38) comprend du côté extérieur un flanc périphérique extérieur (42) définissant une pente orientée vers l'extérieur dans la direction du flux de matières, ladite surface d'étanchéité périphérique (46) prolongeant ledit flanc périphérique extérieur (42) en direction du flux de matières avec une pente plus raide que celle dudit flanc périphérique extérieur (42).

2. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord inférieur (28) du corps de clapet (14), définissant le joint d'air avec la surface périphérique d'obturation (37) de l'élément de fermeture (16), est biseauté.

3. Clapet selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie du corps de clapet (14) a une section circulaire et en ce que l'organe de fermeture (16) a la forme d'une assiette à bord surélevé.

4. Clapet selon la revendication 3, caractérisé en ce que le siège étanche (18) comprend un joint torique (52).

5. Clapet selon la revendication 4, caractérisé en ce que le joint torique (58) est intégré dans une surface d'étanchéité conique (48) et en ce que la surface d'étanchéité périphérique (46) de l'organe de fermeture (16) est une surface sphérique.

6. Clapet selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de fermeture (16) est muni d'une articulation (62) définissant deux axes de pivotement perpendiculaires.

7. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe de fermeture (16) est monté sur une extrémité d'un bras de pivotement (32) et en ce que l'autre extrémité du bras de pivotement est articulé autour d'un axe (60) situé en-dehors du flux de matières.

8. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par un canal de soufflage (54) d'un gaz sous pression aménagé en amont du siège étanche (18).

9. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit flanc périphérique extérieur (42) de l'élément saillant (38) est muni d'un revêtement anti-abrasif (44).

10. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité périphérique (46) dudit organe de fermeture (16) est constitué d'un revêtement anti-corrosif.