Brevet FR2141747A1 — publié le 19730126

L'invention concerne une vanne de détente réglable d'un fluide compressible ou susceptible de prendre cet état compressible, au cours d'une détente; elle vise, plus particulièrement, un dispositif relativement simple qui permet d'effectuer, par laminage, des détentes successives d'un fluide compressible, supportant des pressions élevées, en assurant un bruit de laminage acceptable et en évitant une usure rapide, par effets d'érosion et/ou de cavitation, des éléments de ce dispositif On connait, déjà1 des vannes qui assurent,par laminage, des détentes successives d'un fluide sous pression en limitant la vitesse de ce fluide à une valeur entrarnant un niveau sonore aussi bas que possible du bruit de laminage et en évitant des effets d'érosion ou de cavitation qui sont les principales causes d'une usure rapide des parties de telles vannes On connait, notamment, une vanne de ce type, applicable à la détente d'un liquide et comportant un corps tubulaire, cylindrique, qui présente sur sa face interne des alvéoles en regard desquels sont disposées des nervures solidaires d'une tige montée coaxialement et susceptible d'être déplacée axialement dans ledit corps. Un tel dispositif connu, de nervures et d'alvéoles, constitue un labyrinthe qui ménage des étranglements réglables, identiques entre eux et bien adaptés à une détente d'un liquide sous pression. En outre, il peut etre réalisé à partir d'éléments relativement simples. Toutefois, ce dispositif de labyrinthe n'est applicable qu'aux fluides incompressibles et ne pourrait pas être appliqué, par exemple, à la détente d'un gaz liquéfié sous pression. La présente invention a pour but de proposer une vanne de détente de fluide compressible, supportant des pressions très grandes, et équipée d'un dispositif de labyrinthe procurant les avantages mentionnés plus haut. Une telle vanne comporte, essentiellement: un corps tubulaire, cylindrique, disposé entre des orifices d'entrée et de sortie et présentant sur Sa face interne des alvéoles s'étendant radialement, une tige montée, coaxialement, à l'intérieur dudit corps et associée à des moyens et déplacements axiaux dans ce dernier, des nervures solidaires de ladite tige, s'étendant radialement à l'intérieur dudit corps et espacées, axialement, les unes des autres, des moyens de réglage de la position axiale des nervures solidaires de ladite tige par rapport aux alvéoles dudit corps. Selon l'invention, I'un au moins desdits alvéoles est disposé en regard de chaque nervure de la tige mobile pour former un étage de laminage et dans chaque étage de laminage, la section de passage du fluide est plus grande que celle de l'étage situé en amont et plus petite que celle de l'étage situé en aval dudit étage. Les alvéoles sont avantageusement réalisés dans la paroi du corps cylindrique, sous la forme de trous borgnes à axes radiaux; ces axes radiaux étant disposés dans des plans transversaux dudit corps pour constituer des étages d'alvéoles coopérant, chacun, avec une même nervure de la tige mobile. Dans une première variante de l'invention, les alvéoles du corps sont identiques entre eux et l'accroissement de la section de passage du fluide est obtenu en augmentant le nombre des alvéoles d'un étage par rapport au nombre des alvéoles de l'étage situé en amont. Dans une autre variante de l'invention, les étages d'alvéoles des différentes nervures présentent un même nombre d'alvéoles et l'accroissement de la section de passage du fluide est obtenu par une augmentation des dimensions des alvéoles d'un étage par rapport aux dimensions des alvéoles de l'étage situé en amont. Enfin, cette augmentation de la section de passage nécessaire à la détente du fluide peut etre procurée par une combinais on judicieuse des aménagements des deux variantes décrites ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés lesquels, description et dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins, - la figure I représente, en coupe axiale, une vanne de détente conforme à l'invention. - la figure 2 représente, en perspective et en partie arrachée, les éléments essentiels de la vanne de la figure 1. - les figures 3a à 3c représentent des coupes transversales d'un élément essentiel de la vanne de la figure 1. Sur les figures 1 et 2, on peut voir une tige 1 sur laquelle sont aménagées des nervures radiales et circulaires 2 identiques entre elles et régulièrement réparties sur cette tige dans le sens axial ; les écarts "e" réservés entre deux ner vures adjacentes étant égaux entre eux. Un clapet circulaire 3, présentant un diamètre égal, au plus, à celui des nervures 2, est réalisé à l'une des extrémités de la tige 1 ; cette partie extrame de la tige présentant une nervure 2 qui se trouve, ainsi, solidaire du clapet 3. L'autre extrémité de la tige 1 est aménagée sous la forme d'un mandrin 4 dont la tranche annulaire est située, par rapport à la nervure adjacente 2, à une distance égale à l'écart "e" commun aux autres nervures. De plus, le diamètre de ce mandrin 4 est égal à celui des nervures 2, de sorte que cette tranche annulaire constitue une nervure d'extrémité. Enfin, une barre 5 comporte un bout fileté qui est vissé dans un trou tafraudé axialement dans le mandrin 4 pour assurer une fixation de la tige 1, coaxialement à l'extrémité de cette barre 5. Par ailleurs, un manchon 6 présente un alésage axial et circulaire parfaitement usiné. La paroi latérale de ce manchon 6 est percée radialement, de place en place, de trous circulaires 7, identiques entre eux ; les axes radiaux de ces trous 7 étant disposés dans des plans transversaux par rapport à l'axe gRo- métrique du manchon 6 et les écarts réservés entre deux de ces plans transversaux étant rigoureusement égaux aux écarts "e" des nervures 2 de la tige I. On remarquera que le manchon 6 de cette forme de réalisation -comporte quatre groupes de trous 7 disposés dans les plans transversaux précités. En outre le premier groupe de trous 7, celui qui sur la figure 1 est voisin du clapet 3, comporte seulement deux trous 7 identiques et diamétralement opposés (figure 3a). le deuxième groupe comporte trois trous, identiques entre eux (figure 3b). les deux autres groupes comportent, chacun, quatre trous identiques entre eux-et angulairement espacés, d'une façon régulière, sous la forme de deux ensembles de deux trous diamétralement opposés (figure 3c) ; les deux axes coaxiaux des trous de ces deux ensembles étant perpendiculaires, l'un à l'autre. De plus, le diamètre des quatre trous 7 du dernier ensemble, voisins du mandrin 4 sur la figure 1, est plus grand que celui des quatre trous de l'autre ensemble. De plus, le diamètre de l'alésage du manchon 6 est adapté à un libre coulissement des nervures 2 et du mandrin 4 de la tige 1 ; ces nervures et mandrin étant engagés dans cet alésage du manchon 6. Enfin, une douille 8 comporte un siège réalisé sur le bord extreme d'un trou axial 8a, disposé coaxialement par rapport au manchon 6 et, par conséquent, à la tige 1 ; ce siège étant adapté à la forme et aux dimensions du clapet 3 de la tige 1. Le manchon 6 est, en effet, monté à force, ou par emmanchement doux, dans une partie extreme de l'alésage d'un tube 9 et l'extrémité basse du manchon 6 vient buter sur la tranche équipée du siège de la douille 8, également engagée à force ou emmanchement doux, dans cette partie extreme du tube 9. Dans le cas d'emmanchement doux, la douille 8 et le manchon 6 peuvent etre immobilisés, en rotation l'une par rapport à l'autre, à l'aide de moyens connus, par exemple, un pion usuel. On indiquera que les dimensions axiales du clapet ont été déterminées de façon que la tranche annulaire de chaque nervure 2 coïncide avec les génératrices inférieures des trous 7 qui lui sont associées, lorsque le clapet 3 est ap- pliqué sur le siège de la douille 8. Enfin, l'autre partie extrême du tube 9 présente des trous radiaux 9a, disposés en regard des trous 7 groupés dans le plan de la partie supérieure du manchon 6 ; ces trous 9a présentant des diamètres sensiblement plus grands que ceux des trous 7 qui leur correspond. Par ailleurs, le tube 9 formant une chemise du manchon 6, est convenablement monté, d'une façon usuelle, dans une chambre cylindrique d'un corps de vanne 10 ; le fond de ce corps présente un orifice cylindrique circulaire 10a qui est coaxial au trou 8a de la douille 8 et permet l'admission d'un fluide qui peut s'échapper, comme il sera expliqué plus loin, par la chambre annulaire 10b qui se trouve ainsi formée autour du tube 9. Cet échappement peut s'effectuer par un orifice 10c, aménagé radialement dans la partie basse de la paroi latérale du corps 10 et ouvert dans cette chambre 10b. Enfin, un couvercle 11 est convenablement fixé à la partie supérieure du corps 10, par une bride lla, pour emprisonner l'assemblage du manchon 6 et de sa chemise 9 dans la chambre du corps 10 ; la barre 5, solidaire de la tige 1, étant montée coulissante dans ce couvercle qui est équipé d'un dispositif usuel (non représenté), permettant le réglage de la position de la tige 1 dans son manchon 6. On indiquera que ce dispositif de réglage est sensible à un effet d'une pression pneumatique ou de l'énergie électrique d'un "signal" qui permet de modifier la position des nervures 2 par rapport aux trous 7. De plus, un système usuel de butées (non représentées) permet de limiter la course de la tige 1 à partir de la position d'appui du clapet 3 sur son siège de la douille 8, jusqu'à une position de passage maximal d'un fluide dans chaque trou 7, autour de la partie de la nervure 2 correspondant à ce trou 7. Enfin, des joints annulaires d'étanchéité 11 et 12 sont convenablement montés sur la tige 5 et le mandrin 4 alors que d'autres joints 13 et 14 sont prévus sur les tranches inférieure et supérieure de la chemise 9 pour assurer l'étanchéité de la vanne ainsi constituée ; ces joints étant appropriés à des pressions, pouvant atteindre des valeurs de 300 bars, d'un gaz qui peut etre admis par l'orifice 10a, en vue d'etre détendu dans le labyrinthe des diverses nervures 2 et de leurs trous 7. La description qui précède permet de comprendre que, gracie au dispositif de commande de la barre 5, le clapet 3 peut e"tre ouvert pour admettre, par les orifices 10a, 8a, un fluide sous pression. Ce fluide s'écoule successivement dans l'alésage du manchon 6 puis dans les alvéoles formés par les trous 7 pour éviter la nervure 2 disposée en regard de ces alvéoles. Cet écoulement s'effectue progressivement en zig-zag, dans chaque étage ainsi constitué par une nervure et les trous 7 correspondants, jusqu'à ce que le fluide s'échappe par les trous 9a de la chemise 9 dans la chambre collectrice 10b pour etre évacué par l'orifice 10c. A chaque étage de nervures 2 et de trous 7 s'effectue, par laminage, une chute de pression du fluide qui est fonction de la position axiale des nervures 2 par rapport à leurs trous 7 et d'un étage à l'autre étage dans le sens de l'écoulement le fluide trouve une section de passage de plus en plus grande. On précisera qu'un tel dispositif d'étages de laminage est parfaitement approprié à des chutes de pression très grandes de gaz divers, meme pour les gaz qui se présentent à l'état liquide sous de telles pressions initiales. Dans un tel cas, un produit est admis dans la vanne à l'état liquide et la détente étagée procure un gaz sans entrarner d'inconvénients de bruits et d'usure des éléments de laminage. En effet, on sait que de telles chutes de pression, effectuées en série, peuvent éviter un bruit de laminage gênant et des effets d'usure accélérée des éléments de laminage par effet d'érosion ou de cavitation. A ce sujet, on connaît des modes de clacul du nombre d'étages des laminages et des dimensions des sections de passage qui doivent être prévues entre les alvéoles et les nervures, compte tenu de la valeur d'un débit de fluide à assurer, en fonction de la chute de pression à obtenir en vue d'éliminer les effets de bruit et d'usure mentionnés plus haut. En outre, on indiquera que les aménagements du premier étage de détente sont tels que la vitesse est relativement réduite au niveau du siège de clapet, de façon à limiter l'usure de cet étage et maintenir une bonne étanchéité au cours de l'usage de la vanne. Enfin, dans certains cas particuliers, il peut etre avantageux d'inverser le sens de l'écoulement mentionné plus haut ; la répartition des alvéoles étant adaptée à ce sens d'écoulement, I'entrée de fluide sleffectuant latéralement par l'orifice 10c et la sortie, axialement par l'orifice 10a contigu au clapet 3. Par ailleurs, on conçoit que les éléments décrits plus haut : la tige 1 à nervures 2 et le manchon 6 à trous 7 peuvent etre réalisés, facilement, par des procédés simples d'usinage usuel. En outre, on réalise, simplement, des alvéoles radiaux à partir des trous 7 par "emmanchement dur" ou à "frottement doux" du manchon 6 dans la chemise 9 ; un tel emmanchement dur résultant d'une application de procédés usuels de dilatation (chauffage ou refroidissement) de ces deux éléments 6 et 9 Enfin, il est bien évident que les formes cylindriques de la tige 1 et du manchon 6 sont bien adaptées à des montages et à des démontages commodes de ces éléments. L'invention ayant, maintenant, été exposée et son intéret justifie sur un exemple détaillé, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1. Vanne de détente réglable de fluide compressible, comportant vn corps tubulaire, cylindrique, présentant sur sa face interne des alvéoles radiaux, une tige montée coaxialement dans ledit corps et susceptible d'etre déplacée axialement dans ce dernier, des nervures solidaires de ladite tige, s'étendant radialement à l'intérieur dudit corps et espacées axialement, les unes des autres, des moyens de réglage de la position axiale desdites nervures par rapport aux alvéoles dudit corps, caractérisée en ce que l'un, au moins, des alvéoles est disposé en regard de chaque nervure de la tige mobile pour former un étage de laminage et dans chaque étage de laminage la section de passage du fluide est plus grande que celle de l'étage situé en amont et plus petite que celle de l'étage situé en aval dudit étage. 2. Vanne de détente selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque alvéole est formé par tn trou borgne réalisé radialement dans la paroi du corps et que les axes radiaux desdits trous sont situés dans des plans transversaux dudit corps pour constituer des étages d'alvéoles coopérant, chacun, avec une même nervure de la tige mobile. 3. Vanne de détente selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les nervures sont identiques entre elles. 4. Vanne de détente selon la revendication 3, caractérisée en ce que les trous d'un étage d'alvéoles présentent des sections identiques et que le nombre de trous de chaque étage est plus grand que celui d'un étage adjacent et plus petit que celui de l'autre étage adjacent. 5 Vanne de détente selon la revendication 3, caractérisée en ce que le nombre des trous de chaque étage d'alvéoles est égal au nombre de trous des autres étages d'alvéole et que les sections des trous d'un étage sont plus grandes que celles des trous d'un étage adjacent et plus petites que celles des trous de l'autre étage adjacent. 6. Vanne de détente selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, cacaractérisée en ce que l'extrémité libre de la tige à nervures est équipée d'un clapet axial et que le corps comporte un siège axial adapté audit clapet. 7. Vanne de détente selon la revendication 6, caractérisée en ce que le corps comporte un manchon percé de trous radiaux et monté dans un élément tubulaire ; I'une des extrémités dudit élément tubulaire étant équipée d'un siège axial adapté au clapet de la tige mobile et l'extrémité opposée présentant des trous disposés en regard de trous d'alvéoles. 8. Vanne de détente selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la tige est associée à des moyens de butée destinés à limiter, à une valeur prédéterminée, la course des nervures à partir de la position de fermeture du clapet de ladite tige. 9. Vanne de détente selon l'une des revendications 6, 7 ou 8, caractérisée en ce que le siège de clapet est disposé coaxialement d un orifice axial d'admission de fluide sous pression.