Brevet FR2225677A1 — publié le 19741108

La présente invention concerne les dispositifs d'obturation d'un conduit de fluide et plus particulièrement les dispositifs de fermeture qui permettent obturer un conduit de fluide, tel que par exemple les régulateurs directs, les régulateurs pilotés, et toutes les vannes et tous dispositifs du domaine des fluides lorsqu'il est nécessaire d'obturer plus ou moins un conduit. On connaît déjà des dispositifs de fermeture ou d'obturation d'un conduit de fluides qui comprennent une tubulure amont d'amenée du fluide une tubulure aval permettant l'écoulement du fluide, la tubulure aval étant délimitée de la tubulure amont par un orifice auquel est associé un siège sur lequel vient prendre appui la lèvre dlun clapet pouvant se déplacer sous l'action d'une commande. Dans certains dispositifs de fermeture, le clapet est avantageusement de forme cylindrique et il se déplace dans la tubulure amont pour venir prendre appui sur un siège disposé sensiblement au centre de la tubulure aval. Ces dispositifs connus donnent de bons résultats, mais ils ont néanmoins des inconvénients comme notamment, d'être relativement bruyants et sujet à ce que lton appel des coups de bélier et les clapets de ces dispositifs sont relativement difficiles à déplacer. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un dispositif de fermeture d'un cond uit de fluide ayant une bonne étanchéité qui permet des régulations à faible débit et des fermetures sans coup de bélier et aussi ayant un faible niveau de bruit lors de son fonctionnement. La présente invention a pour objet un dispositif d'obturation d'un conduit de fluide caractérisé par le fait qu'il comporte - une tubulure amont d'amenée du fluide, - une chambre intermédiaire séparée de ladite tubulure amont par une première paroi comportant au moins une première ouverture pour mettre en communication ladite tubulure amont et ladite chambre intermédiaire, - une tubulure aval permettant d'écoulement dudit fluide et délimitée de ladite chambre intermédiaire par une seconde paroi comportant au moins une seconde ouverture, - un clapet disposé dans ladite chambre intermédiaire et associé à des moyens pour le déplacer, ledit clapet permettant d'obturer ladite seconde ouverture en prenant appui sur un siège. Une partie de la paroi dudit clapet comportant une troisième ouverture cette partie de la paroi se déplaçant sensiblement en regard de la première ouverture réalisée dans ladite première paroi de façon que, lorsque ledit clapet est déplacé progressivement pour s'éloigner du siège, la première et troisième ouvertures viennent progressivement, sensiblement en regard l'une de l'autre D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront, lors de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif, mais nullement limitatif dans lequel la figure unique représente en coupe, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif de fermeture d'un conduit de fluide représenté sur la figure unique comporte une tubulure amont permettant l'amené d'un fluide tel que par exemple du gaz. Le fond de cette tubulure amont est délimité par une paroi 2 avantageusement de forme cylindrique comportant au moins une ouverture 3 permettant de faire communiquer l'intérieur de cette tubulure amont avec l'intérieur d'une chambre dite intermédiaire 4. Cette chambre intermédiaire 4 communique avec une tubulure Aval 5 permettant l'écoulement du fluide par l'ouverture annulaire 6. Au centre de cette ouverture 6 est disposé un siège de clapet 7. Ce siège 7 est maintenu sensiblement au centre de cette couverture 6 par des étriers 8, 9 n'offrant à la circulation du fluide qu'une faible résistance. Le dispositif comporte un clapet 10 disposé dans la chambre intermédiaire 4 et associé à des moyens permettant de déplacer ce clapet sensiblement suivant l'axe de la partie cylindrique de la paroi 2 de la chambre intermédiaire 4. Ces moyens de déplacement illustrés sur la figure, sont constitués par une manivelle 11 coopérant avec un système d'engrenages 12 permettant d'effectuer par rotation de la manivelle ll une translation du clapet 10. Ces moyens de déplacement du clapet 10 illustrés ne sont donnés que comme un mode de réalisation possible mais il est bien évident, que ceux-ci peuvent & re de tout autre nature, tel que par exemple des moyens pneumatiques, électriques, électromécaniques. L'étanchéité entre la chambre intermédiaire 4 et la tubulure aval 5 et le milieu extérieur obtenu par le logement dans lequel se trouve les engrenages 12, est obtenue par une série de joints toriques 13, 14 permettant aussi de guider éventuellement le clapet 10 dans sa translation. Cette translation permettant de venir soit appliquer la lèvre 15 du clapet 10 sur le siège 7, soit au contraire de l'éloigner du clapet. Le clapet 10 se compose sensiblement dans ce mode de réalisation d'une cloche comportant une paroi sensiblement cylindrique 16 délimitée à une de ses extrémités par la lèvre 15 pouvant s'appliquer sur le siège annulaire 7 et quelque'fois avantageusement à son autre extrémité par un couvercle 17. Les volumes intérieurs de cette cloche formant le clapet 10 et celui de la chambre inter n médiaire 4 sont mis en commcation par tous moyens et notamment par exemple par un simpldorifice 18 pratiqué par exemple dans le couvercle 17 pour que l'ensemble du clapet se trouve sensiblement dans la chambre intermédiaire, à une même pression.La paroi cylindrique 16 du clapet 10 comporte au moins une ouverture 19 de façon que lorsque la paroi 16 du clapet 10 se déplace sensi blement en regard de la paroi 2 délimitant la chambre intermédiaire de la tubulure amont, l'ouverture 19 et l'ouverture 3 viennent progressivement en regard l'une de l'autre lorsque la lèvre 15 du clapet 10 s'éloigne progressivement du siège 7, ce qui permet ainsi d'augmenter progressivement la communication entre la tubulure amont 1 et l'intérieur de la chambre intermédiaire 4 et plus particulièrement dans le volume intérieur au clapet 10. La structurè d'ensemble du dispositif, telle que représentée sur la figure, de forme sensiblement cylindrique et coaxiale présente des avantages sur d'autres systèmes de réalisation ou la paroi du clapet serait par exemple plane.En effet, avec cette structure le dispositif peut comprendre plusieurs éléments amovibles à l'intérieur du clapet 10 pour par exemple réduire le bruit dû à l'écoulement du fluide dans le dispositif de fermeture. Pour la simplification du dessin plusieurs moyens permettant d'obtenir l'amortissement du bruit dû à l'écoulement sont représentés sur la même figure. Un premier moyen peut être constitué par une capsule en matériau poreux 20 montée sensiblement au centre du clapet 10 sur une plate forme 21 fixée sur un arbre 22 solidarisé par tous moyens de fixation sur un couvercle 23 couvrant le sommet de la paroi cylindrique 2. L'axe 22 traverse le couvercle 17 par un orifice 24 pratiqué dans ce couvercle, ces 2 couvercles amovibles permettant de pouvoir changer à volonté les capsules en matériau poreux. Bien entendu d'autres moyens pour amortir le bruit de l'écoulement peuvent être prévus comme par exemple des chicanes 25 et 26 réalisées directement à l'intérieur du clapet 10 sur la paroi 16. La structure du dispositif permet lorsque le clapet 10 se déplace, que le conduit permettant le passage du fluide de la tubulure amont dans la chambre in term8diaire, soit constitué d'au moins deux ouvertures 3 et 19 se déplaçant l'une en regard de l'autre de façon à obtenir en fonction du déplacement relatif de ces deux ouvertures, une ouverture à section variable. Sur la figure on a représenté aussi differentes formes d'ouvertures réalisées respectivement dans la paroi de la chambre intermédiaire et du clapet 10. Les formes de ces fentes peuvent être définies de façon que lorsque deux ouvertures viennent progressivement en regard l'une de l'autre, la quantité de fluide traversant respectivement ces deux fentes sur une loi déterminée en fonction du déplacement du clapet. Par exemple, comme illustré sur la figure, la paroi cylindrique 16 du clapet 10 peut comporter une ouverture 27 délimitée par deux lèvres 28 et 29 dont la courbure est définie par une fonction exponentielle ce qui permet d'obtenir une variation linéaire du débit en fonction du déplacement du clapet 10. Cette forme d'ouverture pratiquée dans les parois permet, pour un léger déplacement du clapet juste au moment où la lèvre 15 quitte le siège 7, d'obtenir de très faible débit au niveau des deux ouvertures pratiquées dans Les parois 2 et 16 ainsi qu'au niveau de la lèvre 15 du clapet 10. Les ouvertures illustrées sur la figure sont représentées par des orifices d'une relative grande dimension, mais ces ouvertures peuvent être remplacées, pour obtenir une loi de débit différente, par une pluralité d'orifices de faible diamètre dont les centres sont répartis le long, par exemple d'une certaine courbe, comme une parabole, et doflt la valeur des sections suivent une loi déterminée. Ces deux ouvertures réalisées respectivement dans la paroi du fond de la tubulure amont et dans la paroi du clapet peuvent être remplacées aussi dans certain cas par une ouverture de grande dimension et de forme ddterminée, réalisés dans l'une des parois, associée avec une ouverture c osée d'une pluralité de petits orifices réalisés dans l'autre paroi. La structure au dispositif représentée sur la figure montre que lorsque le clapet vient stappuyer-sur son siège llétanchéité entre la chambre intermédiaire et la tubulure aval est obtenue au moyen des joints 13 et 12. Ltétanchéité entre la tubulure amont et la chambre intermédiaire n'est pas nécessaire même quand les orifices pratiqués dans les parois respectives, ne se retrouvent pas en regard. Néanmoins, pour avoir un bon fonctionnement du dispositif tel qu'illustré, il est nécessaire que les conduits qui mettent éventuellement en communication la tubulure amont et la chambre intermédiaire présentent une impédance fluidique importante lorsque les ouvertures ne se trouvent pas en regard et qu'ainsi la majeure partie de l'écoulement du fluide, de la tubulure amont dans la chambre intermédiaire, se fasse par les ouvertures pratiquées dans les deux parois 2 et 16. Quand elles sont au moins partiellement en regard, c'est-à-dire que ltespace séparant la paroi 16 de la paroi 2 du fond de la tubulure amont doit être très réduit par exemple juste à l'espace compris entre la paroi 2 et la paroi 16 quand ces deux parois glissent lune par rapport à l'autre à frottement doux. Si sur la figure la distance séparant les deux parois paratt d'assez grande dimension, relativement à la dimension des tubulures, cTest uniquement dans un souci de clarté du dessin. Le fonctionnement du dispositif est le suivant Initialement il est supposé que la lèvre 15 du clapet 10 s'appuie sur le siège 7, dans cette position la communication entre la chambre intermédiaire 4 et la tubulure aval 5 est obturée par le clapet 10. Dans cette position les ouvertures 3 et 19 pratiquées respectivement dans la paroi du fond de la tubulure amont 1 et la paroi du clapet 10 ne se trouvent pas en regard, seule une faible communication peut éventuellement exister entre la tubulure amont 1 et la chambre intermédiaire 2.La lèvre 15 s'éloignant progressivement du siège 7, les ouvertures réalisées respectivement dans le clapet 10 et dans la tubulure amont 1, viennent progressivement en regard l'une de l'autre et au niveau de ces ouvertures le fluide subit une première détente qui donne un bruit relativement faible et son écoulement peut en outre être amorti soit par le matériau poreux constitué par la capsule 20 soit par les chicanes 25 et 26. Le fluide ayant traversé tous ces amortisseurs passe entre la lèvre du clapet 10 et le siège 7 pour aller ensuite subir une deuxième détente qui est définitive-et s'écouler dans la tubulure aval -5. On voit donc apparaître les avantages d'un tel dispositif. En effet, il présente un clapet équilibré donnant une bonne étanchéIté permettant en plus une ouverture et une fermeture sans effort, puisqu'il se trouve presque entièrement dans une atmosphère ayant la même pression en tous points. En plus ce dispositif permet les régulations à faible débit en éliminant aussi les coups de bélier. I1 présente aussi du fait de la double détente, avec une zone de première détente dans la chambre intermédiaire 4, une facilité d'amortissement du bruit du à ltécoulement, ce bruit du à l'écoulement étant en plus fortement atténué par tous les amortisseurs se trouvant à l'intérieur de la chambre intermédiaire et plus particulièrement compris sensiblement au centre de la paroi cylindrique 16 du clapet 10. I1 est bien évident qu'un tel dispositif de fermeture ou dEouyerture d'un conduit trouve une application immédiate tel que par exemple dans les régulateurs directs les régulateurs pilotés ou les vannes. REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'obturation d'un conduit de fluide caractérisé par le fait qu'il comporte une tubulure amont d'amené du fluide. une chambre intermédiaire séparée de ladite tubulure amont par une première paroi comportant au moins une première ouverture pour mettre en communication ladite tubulure amont et ladite chambre intermédiaire, une tubulure aval permettant l'écoulement dudit fluide et délimitée de ladite chambre intermédiaire par une seconde paroi comportant au moins une seconde ouverture, un clapet disposé dans ladite chambre intermédiaire et associé à des moyens pour le déplacer, ledit clapet permettant dtobt-r ladite seconde ouverture en prenant appui sur un siège, une partie de la paroi dudit clapet comportant une troisième ouverture cette partie de la paroi se déplaçant sensiblement en regard de la première ouverture réalisée dans ladite première paroi de façon que, lorsque édit clapet est déplacé progressivement pour s'éloigner dudit siège, la première et troisième ouverture viennent sensiblement et progressivement en regard l'une de l'autre. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première paroi séparant ladite chambre intermédiaire de la tubulure amont comporte une partie cylindrique seniblement centrée sur l'axe de la tubulure amont. 3/ Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ledit clapet comporte une paroi cylindrique sensiblement centrée sur la partie cylindrique de la première paroi, ladite paroi cylindrique étant disposé à l'intérieur de ladite paroi cylindrique de ladite première paroi. 4/ Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite paroi cylindrique de ladite première paroi comporte à son extrémité un couvercle recouvrant ladite partie cylindrique. 5/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la paroi cylindrique dudit clapet comporte à l'une de ses extrémités une lèvre pour prendre appui sur ledit siège et recouvert à son autre extrémité, un couvercle obstruant cette dite extrémité, et qui comporte des moyens permettant de mettre en communication l'espace intérieur délimité par la paroi cylindrique dudit clapets avec l'intérieur de ladite chambre intermédiaire. 6/ Dispositif selon la revendication 3 caractérisée par le fait qu 'il comporte des moyens pour amortir l'écoulement dudit fluide dans l(espace intérieur délimité par la paroi cylindrique dudit clapet. 7/ Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que lesdits moyens pour amortir le bruit de l'écoulement dudit fluide sont constitués par un matériau poreux 8/ Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que les moyens pour amortir l'écoulement dudit fluide sont constitués par des chicanes disposées dans ledit espace intérieur de la paroi cylindrique dudit clapet.