Brevet FR2234497A1 — publié le 19750117

La présente invention est relative aux vannes-papillon, et plus particulièrement à des dispositions complémentaires permettant de réduire le couple naturel de fermeture exercé par le fluide sur le disque obturateur lorsque celui-ci est placé dans une position intermédiaire entre la pleine ouverture et la fermeture de la vanne. On sait que les vannes-papillon comportent un disque appelé papillon, rotatif autour d'un axe transversal au corps de la vanne. Ces vannes sont fréquemment utilisées pour assurer le réglage de débit dans des conduites de fluides industriels, liquides, gaz ou vapeur, la plus ou moins grande ouverture du papillon déterminant une valeur du débit de fluide comprise entre une valeur minimale, pratiquement nulle aux fuites près et correspondant à la position de fermeture du papillon, et une valeur maximale correspondant à la position du papillon orienté parallèlement à l'axe de la conduite. Pour amener et maintenir le papillon à une ouverture choisie en fonction du réglage, il est nécessaire d'exercer sur l'axe de commande du papillon, un couple antagoniste au couple naturel exercé par le fluide qui tend à ramener le papillon dans sa position de fermeture. Ce couple de fermeture, et par conséquent le couple antagoniste à exercer, sont fonction de la pression différentielle du fluide de part et d'autre de la vanne. Or l'élévation progressive des pressions dans les conduites , et par suite, des écarts de pression auxquels sont soumis les fluides industriels dans ces conduites, crée des couples de fermeture qui deviennent prohibitifs. Il importe donc de réduire ces couples afin de limiter la puissance des moteurs ou des servo-moteurs utilisés pour la commande et le réglage de ces vannes. On a déjà proposé diverses solutions en vue de diminuer l'effort nécessaire pour mettre le papillon dans une position déterminée et pour l'y maintenir. Des solutions sont basées sur le principe qui consiste à équilibrer les débits de part et d'autre de l'axe de rotation du papillon, c'est-à-dire en modifiant la forme du papillon de façon à réduire le débit cté bord de fuite du papillon relativement au débit côté bord d'attaque. Dans un dispositif connu de ce genre, le papillon est muni sur son bord de fuite d'un ensemble d'ailettes en forme de queue de poisson Suivant une autre solution, des creusures sont pratiquées symétriquement sur la demi-face amont et sur la demi-face aval du papillon pour créer un couple tendant à s'opposer au couple de fermeture, quel que soit le sens d'écoulement du fluide. Quoique ces solutions connues permettent de réduire ce couple de fermeture dans une certaine mesure, les résultats obtenus sont encore insuf fisants et le maintien du papillon à une ouverture intermédiaire nécessite d'exercer sur son axe un couple relativement important. L'invention a pour but d'améliorer les résultats obtenus et de réduire la valeur maximale du couple de fermeture en modifiant à la fois la forme du papillon et la forme interne du corps de vanne, de façon conjuguée La vanne-papillon suivant l'invention comporte - un corps de vanne, - un papillon rotatif autour d'un axe de commande transversal audit corps à partir d'un plan de fermeture, - un premier déflecteur disposé sur la partie de la face amont du papillon voisine du bord de fuite, et elle est caractérisée en ce que le corps de vanne comporte un second déflecteur ayant un profil conjugué avec celui du premier déflecteur et disposé en aval dudit plan de fermeture pour coopérer avec ledit premier déflecteur de façon à créer entre eux un écartement sensiblement constant dans une zone d'ouverture déterminée de la vanne à partir dudit plan de fermeture. Grace à ces dispositions, il a été possible de réduire la valeur du couplé de fermeture à moins de 10 % de la valeur du couple existant dans les vannes de type classique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en relation avec le-dessin annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention. Sur ce dessin - la figure 1 représente en section axiale une vanne-papillon con forme à l'invention, - la figure 2 montre une vue du corps dé vanne suivant l'axe, - la figure 3 représente le papillon vu sur sa face amont, - la figure 4 représente des courbes du coefficient de couple de fermeture en fonction de l'angle d'ouverture de la vanne. En se reportant à la figure 1, on voit en coupe axiale, suivant un plan perpéndiculaire à l'axe du papillon, un corps 'de vanne 10 de forme cylindrique à section circulaire, à l'intérieur duquel est monté un obturateur en forme de disque plan, ou papillon ll pouvant; pivoter, suivant le sens anti-horaire, autour de son axe de commande 12 à partir du plan de fermeture P. La flèche F indique le sens d'écoulement du fluide à commander, c'est-à-dire que celui-ci entre dans le corps 10 par la gauche et en sort par la droite. Le papillon 11, représenté vu sur sa face amont à la figure 3, comporte sur cette face un déflecteur 13 monté au voisinage de son bord de fuite 14. La surface externe 16 de ce déflecteur a un profil sphérique qui se raccorde au bord de fuite 14 du papillon. Coopérant avec ce déflecteur mobile 13, un déflecteur fixe 15, visible sur la figure 2, est monté à l'intérieur du corps 10, en aval dv plan de fermeture de la vanne et du côté du bord de fuite 14 du papillon 11 . il présente un profil également sphérique 17 qui coopere avec la surface 16 du déflecteur 13 quand ces deux déflecteurs sont en regard l'un de l'autre. On voit que la disposition de ces deux déflecteurs dans la vanne crée uri étranglement artificiel du débit sur le caté du bord de fuite du papillon, alors que le débit sur le côté de son bord d'attaque n'est pas modifié, ce qui est favorable au résultat cherché visant à réduire le couple naturel de fermeture de la vanne. Si l'on désigne par set les angles respectifs des déflecteurs 13 et 15 vus de l'axe du papillon, et par # l'intervalle laissé entre les deux surfaces sphériques 16 et 17 qui coopèrent, un choix convenable de ces trois paramètres C(, ss, j,conduit à une réduction importante du couple de fermeture dans une zone déterminée d'ouverture de la vanne. Les diagrammes représentés à la figure 4, où ont été portés en abscisses l'angle d'ouverture du papillon, de 0 (fermeture) à 900 (pleine ouverture), et en ordonnées le coefficient de couple de fermeture à pression différentielle constante K, montrent des résultats obtenus expérimentalement. Le coefficient K est un coefficient sans dimensions égal à r t P.S.L où r désigne le couple mesuré sur l'axe du papillon, P P la pression différentielle entre l'amont et l'aval du papillon, S la section interne du corps de vanne, L le bras du couple. La courbe I est relative à une vanne de construction classique non modifiée. La courbe II est relative à la même vanne modifiée conformément à l'invention dans le cas de paramètres choisis tels que i = 120 ss = 25 Q = 1 mm pour un corps de vanne de diamètre 110 mm. On voit que le coefficient K est réduit dans ce cas de façon importante et notamment à 1 l'ouverture correspondant à la valeur maximale du couple. Suivant la position d'ouverture correspondant à la valeur maximale du couple de fermeture à diminuer, les valeurs des paramètres 0( , + sont déterminées expérimentalement au voisinage des ordres de grandeur donnés dans l'exemple précédent. Les déflecteurs 13 et 15 s'étendent de préférence sur toute la longueur du bord de fuite du papillon et sur la partie du corps de vanne correspondante. Les formes de la partie frontale du déflecteur 13 et de la partie arrière du déflecteur 15 qui ne joient aucun rôle dans l'étranglement du débit de fluide, ne sont pas caractéristiques et ont par exemple le profil représenté sur la figure 1. Ces déflecteurs sont de préférence réalisés en-fondzie lors du moulage du corps de vanne et du papillon, mais ils peuvent éventuellement être rapportés sur une vanne classique qui en est démunie. REVENDICATION.- Vanne papillon comportant - un corps de vanne muni d'un déflecteur disposé en aval du plan de fermeture, - un papillon rotatif autour d'un axe de commande transversal audit corps à partir du plan de fermeture et muni d'un autre déflecteur disposé sur la face amont du papillon au voisinage du bord de fuite. caractériséeen ce que lesdits déflecteurs ont des profils conjugués de façon à créer entre eux un écartement sensiblement constant dans une zône d'ouverture déterminée du papillon à partir dudit plan de fermeture.