FR2978224A1 - Clapet pour gaine cylindrique - Google Patents

Abstract

Ce clapet comporte un corps cylindrique (12) et une paire de volets (13, 14) mobiles articulés chacun autour d'un axe de rotation (A) transversal par rapport à l'axe du corps cylindrique entre une première position de fermeture du clapet et une deuxième position d'ouverture du clapet. Les volets sont articulés autour d'axes situés en deux zones mutuellement opposées du corps et ont une forme complémentaire de celle du corps contre lequel ils s'appuient en position d'ouverture du clapet.

Description

B11-1367FR 1 Clapet pour gaine cylindrique

L'invention concerne, de manière générale, des clapets destinés à équiper des gaines cylindriques, telles que des gaines de ventilation.

Une application particulièrement intéressante concerne les circuits de ventilation d'une turbine à gaz et d'équipements auxiliaires de la turbine. Une turbine à gaz est en effet associée à plusieurs équipements ou modules nécessaires à son fonctionnement, parmi lesquels on trouve, notamment, un module de régulation de l'alimentation de la turbine en combustible gazeux, permettant la régulation de la pression et de la température du combustible, un module d'injection d'eau, assurant l'injection d'eau dans la chambre de combustion afin de réduire les émissions d'oxyde d'azote (Nox), et des modules auxiliaires tel qu'un ensemble d'appareils nécessaires entre autres au démarrage de la turbine, au fonctionnement du système de lubrification et d'injections de fuel, ... La turbine à gaz et les divers équipements auxiliaires sont disposés chacun dans une enceinte permettant d'assurer la protection des composants (pompes, vannes, électronique de régulation, etc....) vis-à-vis de l'environnement externe (pluie, poussière, chaleur, vent, etc....) et d'assurer l'atténuation du bruit généré par ces composants et la protection des opérateurs en cas d'incendie ou d'explosion. Les enceintes possèdent un système de ventilation permettant de maintenir un niveau de température acceptable pour les équipements. Le système de ventilation comprend généralement deux ventilateurs, à savoir un ventilateur principal et un ventilateur de secours, normalement à l'arrêt lorsque le ventilateur principal est en fonctionnement et qui est utilisé en cas de défaillance du ventilateur principal. Afin d'éviter que le ventilateur principal n'aspire de l'air à travers le ventilateur de secours et la gaine de ventilation dans laquelle il est monté, réduisant de la sorte le débit utile de ventilation dans l'enceinte, chaque ventilateur est équipé d'un clapet anti-retour. Ce tel clapet est prévu pour s'ouvrir lors du fonctionnement du ventilateur auquel il est associé et pour se fermer à l'arrêt du ventilateur, évitant ainsi une circulation d'air dans ce dernier. On a représenté sur la figure 1 un clapet selon l'état de la technique destiné à équiper une gaine cylindrique. Un tel clapet comporte généralement une partie fixe 1, constituant par exemple une tubulure venant se monter dans une gaine, et une partie mobile comprenant ici deux volets 2 et 3 en forme de demi disque, articulés chacun sur des axes de rotation 4 et 5 s'étendant globalement selon un diamètre de la partie fixe. En position fermée, les deux volets ferment la section de passage de la gaine, empêchant le flux d'air de circuler (figure 2).

Sous l'action d'un flux d'air incident (flèche F), les deux volets sont déplacés de 90 degrés par rapport à leur position d'origine, afin de laisser circuler le flux d'air (figure 3). Selon cet agencement, en position ouverte du clapet, les volets présentent leur tranche à l'écoulement de l'air dans une position proche du centre du clapet, et donc au milieu du flux d'air qui y circule. Les volets forment ainsi un obstacle important au flux d'air et créent une perte de charge qui perturbe l'écoulement. Par ailleurs, en position ouverte, des forces aérauliques s'exercent de part et d'autre de la surface des volets, de sorte que ces derniers sont soumis à des sollicitations dynamiques qui peuvent être importantes si le flux d'air en amont du clapet n'est pas homogène ou si le flux d'air est soumis à des turbulences produites par le circuit d'alimentation en air. Lorsque les sollicitations dynamiques sont importantes, les volets ou leurs axes d'articulation peuvent se dégrader ou se rompre par fatigue. I1 existe enfin un espace entre les deux axes des volets, nécessaires au bon fonctionnement du clapet. Cet espace constitue une source de fuite lorsque le clapet est fermé. Lorsque le clapet doit être parfaitement étanche en position fermée, il est nécessaire d'équiper le clapet d'un dispositif doté d'un profil particulier assurant l'étanchéité entre les deux axes. Un tel dispositif complique la structure du clapet et est en outre difficile à réaliser.

Le but de l'invention est donc de pallier les inconvénients précités et de proposer un clapet, notamment un clapet de gaine de ventilation, capable de réduire la perte de charge et de limiter les perturbations dans le flux d'air, lorsque le clapet est ouvert, et capable en outre de procurer une étanchéité améliorée lorsque le clapet est fermé. L'invention a donc pour objet un clapet du type comprenant un corps cylindrique et une paire de volets mobiles articulés chacun autour d'un axe de rotation transversal par rapport à l'axe du corps cylindrique entre une première position de fermeture du clapet et une deuxième position d'ouverture du clapet. Selon une caractéristique générale de ce clapet, les volets sont articulés autour d'axes situés en deux zones mutuellement opposées du corps et ont une forme complémentaire de celle du corps contre lequel ils s'appuient en position d'ouverture du clapet.

En d'autres termes, les volets sont articulés sur le corps par leur bord mutuellement opposé et le bord libre de chaque volet se situe, en position fermée du clapet, en position centrale. Grâce à cet agencement, en position ouverte du clapet, les volets sont appliqués contre la paroi du corps cylindrique, évitant toute perturbation dans le flux d'air circulant à travers le clapet. On évite en outre les fuites qui apparaissaient dans les clapets selon l'état de la technique dans lesquels les axes d'articulation qui sont situés en position centrale sont légèrement espacés. Selon une autre caractéristique, les volets ont une forme courbée et comportent une première face frontale concave et une deuxième face opposée convexe qui vient s'appuyer contre le corps en position d'ouverture du clapet, le rayon de courbure des volets correspondant à celui du corps cylindrique.

Les volets sont en outre courbés dans la direction des axes d'articulation. Selon encore une autre caractéristique, le clapet comporte en outre un support sur lequel reposent les volets en position de fermeture du clapet. Le support peut comporter une arête centrale qui s'étend selon un diamètre du corps. Avantageusement, l'arête comporte une portion centrale amincie et des extrémités épaissies.

Les bords en regard des volets ont de préférence une forme complémentaire de celle de l'arête centrale. Selon encore une autre caractéristique, le support comporte en outre un bord périphérique globalement annulaire monté sur la paroi périphérique du corps.

Dans un mode de réalisation, le clapet comporte, pour chaque axe, un boîtier d'étanchéité entourant la zone d'articulation des volets sur les axes. Le clapet peut en outre comporter des moyens de réglage de la position des axes d'articulation.

Le clapet peut encore comporter des moyens d'amortissement pour amortir les chocs en fin de course des volets. Avantageusement, les volets sont dotés de raidisseurs. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1 à 3, dont il a déjà été fait mention, illustrent la structure d'un clapet conforme à l'état de la technique ; - la figure 4 illustre la structure d'un clapet conforme à l'invention, en position ouverte ; - la figure 5 montre le clapet de la figure 4, en position fermée ; - les figures 6 et 7 montrent l'agencement des volets du clapet des figures 4 et 5 respectivement en position de fermeture et d'ouverture du clapet ; - la figure 8 montre le siège des volets du clapet ; - la figure 9 illustre un autre mode de réalisation d'un clapet conforme à l'invention ; - la figure 10 est une vue de détail du clapet de la figure 9 ; - la figure 11 est une vue expliquant les moyens de réglage de la position des axes d'articulation ; et - la figure 12 illustre encore un autre mode de réalisation d'un clapet conforme à l'invention. Sur les figures 4 et 5, on a représenté un exemple de réalisation d'un clapet pour gaine cylindrique conforme à l'invention, désigné par la référence numérique générale 10. Dans un exemple de mise en oeuvre, ce clapet 10 est destiné à être inséré dans une gaine de ventilation d'un système de ventilation d'une enceinte pour turbine à gaz ou pour équipement auxiliaire d'une turbine à gaz. Bien entendu, d'autres applications d'un tel clapet peuvent également être envisagées, dans lesquelles un clapet doit être inséré dans une conduite dans laquelle circule un flux gazeux. Comme on le voit, le clapet 10 comprend essentiellement un corps cylindrique 12 d'axe X-X' formant une tubulure destinée à être disposée dans la conduite ou raccordée à celle-ci, et dans laquelle sont montés deux volets articulés 13 et 14 mobiles entre une position d'ouverture du clapet, visible sur la figure 4, dans laquelle ils sont appliqués contre la paroi périphérique interne du corps cylindrique 12, et une position de fermeture du clapet, visible sur la figure 5. Le clapet 10 comporte encore un support 16 constituant un siège sur lequel reposent les volets 13 et 14 en position de fermeture du clapet. Le support 16 comporte un bord périphérique 17 globalement annulaire, fixé sur la paroi périphérique interne du corps cylindrique 12 et une arête transversale 18 qui s'étend globalement selon un diamètre du corps 12. Dans l'exemple considéré, le clapet 10 est destiné à venir se monter dans une gaine cylindrique à base ronde. Aussi, le corps cylindrique 12 a également une section circulaire. Comme on le voit sur la figure 5, les volets 13 et 14 ont une forme similaire et adoptent ainsi une forme globalement courbée. Chaque volet comporte une première face frontale 20 concave et une face opposée 22 convexe, qui vient s'appliquer contre le corps cylindrique en position d'ouverture du clapet. Les volets comportent par ailleurs un premier bord radialement interne, respectivement 24 et 26, de forme complémentaire de celle de l'arête 18 sur laquelle ils reposent en position de fermeture du clapet, et un deuxième bord radialement externe, respectivement 27 et 28, par lequel ils sont articulés sur un axe d'articulation A fixé sur le corps cylindrique 12. Les volets 13 et 14 sont ainsi articulés en deux points diamétralement opposés du corps cylindrique 12 et sont susceptibles d'être angulairement déplacés entre une première position angulaire visible sur la figure 5, dans laquelle les volets sont appliqués sur le support 16, et une deuxième position, visible sur la figure 4, dans laquelle ils sont appliqués contre la paroi périphérique interne du corps cylindrique 12. Chaque volet 13 et 14 est ainsi courbé dans la direction des axes d'articulation et le rayon de courbure des deux faces 20 et 22 correspond à celui du corps cylindrique 12. Le support 16, à savoir le bord cylindrique 17 et l'arête transversale 18, sur lesquels reposent les volets en position de fermeture du clapet, adopte également une forme convexe complémentaire de la forme concave de la première face frontale 20.

Par ailleurs, chaque axe d'articulation A des volets s'étend à l'extérieur du corps 12 et y est fixé au moyen de pattes telles que 30. A l'endroit de la zone d'articulation, le corps cylindrique 12 est pourvu d'un passage permettant l'insertion de l'axe et la fixation du volet.

On voit enfin sur les figures 4 et 8 qu'en partie médiane l'arête 18 est rétrécie. Elle est toutefois élargie au niveau de ses zones d'extrémité, afin de lui conférer une rigidité suffisante pour supporter les volets 13 et 14 tout en limitant les pertes de charge dans le flux d'air. Ainsi, les deux bords 24 et 26 en regard des volets 13 et 14 ont également une forme légèrement arrondie, complémentaire de celle de l'arête 18. En fonctionnement, lorsqu'un flux d'air circule dans le corps cylindrique 12, les volets s'écartent et prennent appui sur la paroi périphérique du corps cylindrique 12, qui stabilise et limite leur rotation. Lorsque le flux d'air cesse, les volets retombent pour prendre appui sur le support 16 et en particulier sur l'arête centrale 18 qui assure ainsi le maintien des volets et l'étanchéité du clapet. Grâce à cet agencement, les volets sont déportés vers la périphérie du flux d'air lorsque le clapet est ouvert et sont appliqués contre la paroi périphérique du corps cylindrique et ne créent donc pas de perte de charge. Ils sont en outre soumis à des sollicitations dynamiques réduites, limitant ainsi le risque de dégradation ou de rupture des volets ou de leur articulation. En outre, en position de fermeture du clapet, les fuites sont considérablement réduites. On notera par ailleurs que dans le but d'éviter les déformations du clapet, le corps est avantageusement réalisé en tôle d'acier d'épaisseur appropriée. De même, les volets sont renforcés en prévoyant des raidisseurs R (figure 4) s'étendant selon toute la largeur des volets, et prévus sur la surface concave, et des raidisseurs J (figure 9) s'étendant au niveau de la zone périphérique de la surface concave.

Mais l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. En effet, dans le mode de réalisation décrit en référence aux figures 4 à 7, chaque axe d'articulation A des volets est fixé sur les corps 12 au moyen de pattes 30. En outre, à l'endroit de la zone d'articulation, l'axe traverse le corps. Dans le but de procurer une étanchéité dans la zone d'articulation des volets, en se référant aux figures 9 à 11, le corps 12 est doté, dans ce mode de réalisation, de boîtiers externes, tels que 32, entourant localement les axes d'articulation A. Chaque boîtier 32 a ici une forme parallélépipédique et comporte deux parois latérales mutuellement opposées 34 par lesquelles débouche l'axe A. Ces parois latérales 34 sont fixées sur les pattes 30, et portent chacune un palier 36 supportant l'axe A.

En se référant à la figure 11, chaque patte 30 comporte un passage oblong 38 permettant l'insertion de l'axe A avec jeu de réglage. Les parois latérales 34 peuvent venir se fixer sur la patte 30 de manière réglable selon une première direction, tandis que les paliers des extrémités 36 peuvent chacun venir se monter sur une paroi latérale 34 de manière réglable selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction. Ainsi, en réglant les positions respectives des parois d'extrémité 34 et des paliers 36, il est possible de régler la position des axes A et, par conséquent, la position des volets par rapport au support 16. Le réglage des axes A s'effectue ainsi en appliquant les volets en appui sur le support 16 et en fixant et serrant les paliers dans cette position. Comme on le voit également sur la figure 9, afin d'amortir les chocs en fin de course des volets et améliorer d'avantage l'étanchéité, on pourra prévoir au niveau de la zone périphérique de la surface frontale concave 20 des volets, un joint en silicone entre le raidisseur J et le bord extérieur, capable de résister à des températures pouvant dépasser 250°C. Plus précisément, le joint en silicone est localisé à l'endroit de la zone venant s'appliquer sur le support 16 pour absorber, de la sorte, le choc à la fermeture, et augmenter l'étanchéité. On pourrait également prévoir, en variante ou en complément, un système d'amortissement monté sur chaque axe, à l'extérieur du corps. On pourrait encore prévoir une butée amortissante sur la paroi périphérique interne du corps cylindrique, localisée sur la surface de contact des volets, afin d'absorber le choc à l'ouverture. Par ailleurs, dans le mode de réalisation décrit précédemment, le support 16 est pourvu d'une arête transversale 18, de forme convexe complémentaire de la forme concave des volets. Comme visible sur la figure 12, cette arête transversale 18 peut être omise, les volets venant en butée uniquement par leurs bords radialement externes 27 et 28. On notera enfin qu'il est également possible de prévoir une motorisation des volets afin d'éviter qu'ils s'ouvrent librement pour engendrer des chocs, le cas échéant avec une commande motorisée. I1 est également possible d'ajouter un actionneur ou des masses d'équilibrage des volets dans les axes A, pour assurer une ouverture séquentielle des battants.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Clapet, du type comportant un corps cylindrique (12) et une paire de volets (13, 14) mobiles articulés chacun autour d'un axe de rotation (A) transversal par rapport à l'axe du corps cylindrique entre une première position de fermeture du clapet et une deuxième position d'ouverture du clapet, caractérisé en ce que les volets sont articulés autour d'axes situés en deux zones mutuellement opposées du corps et ont une forme complémentaire de celle du corps contre lequel ils s'appuient en position d'ouverture du clapet.
2. 2. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les clapets ont une forme courbée et comportent une première face frontale (20) concave et une deuxième face opposée (22) convexe qui vient s'appuyer contre le corps en position d'ouverture du clapet, le rayon de courbure des volets correspondant à celui du corps cylindrique (12).
3. 3. Clapet selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les volets sont courbés dans la direction des axes d'articulation.
4. 4. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un support (16) sur lequel reposent les volets (13, 14) en position de fermeture du clapet.
5. 5. Clapet selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support comporte une arête centrale (18) qui s'étend selon un diamètre du corps.
6. 6. Clapet selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'arête comporte une partie centrale amincie et des extrémités épaissies.
7. 7. Clapet selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bords (24, 26) en regard des volets ont une forme complémentaire de celle de l'arête centrale (18).
8. 8. Clapet selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le support comporte un bord périphérique (17) globalement annulaire monté sur la paroi périphérique du corps cylindrique (12).
9. 9. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque axe (A), un boîtier d'étanchéité entourant la zone d'articulation des volets sur les axes.
10. 10. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage de la position des axes d'articulation.
11. 11. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'amortissement pour amortir les chocs en fin de course des volets (13, 14).
12. 12. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les volets sont dotés de raidisseurs (R et J).