Brevet FR2269007A1 — publié le 19751121

La présente invention concerne les vannes de réglage ou d'arret sélectif d'écoulement d'un fluide. La vanne de l'invention comprend un corps traversé sur toute sa longueur par un passage du fluide un support d'obturateur solidaire du corps et disposé a l'intérieur du passage et un obturateur annulaire monté dans le support å l'intérieur du canal et se déplaçant à la fois par rapport au support et par rapport au corps, un premier siège faisant partie soit de l'obturateur, soit du corps et un second siège faisant partie soit de l'obturateur soit du support1 les deux sièges étant disposés de manière que,lorsque l'obturateur est en une première position, le fluide s'écoule dans la vanne simultanément selon un premier parcours délimité entre l'obturateur et le corps et un second parcours délimité entre l'obturateur et le support alors que,lorsque cet obturateur est en une seconde position, le premier parcours est fermé selon la portée faisant partie soit de l'obtu- rateur, soit du corps dans le passage par le premier siège et le second parcours est également fermé selon une autre portée faisant partie soit de l'obturateur, soit du support dans le passage par le second siège. Conformément l'invention, l'un des deux sièges peut effectuer librement un déplacement de faible amplitude pour que les deux parcours soient fermés simultanément pour une meme position de l'obturateur. Le support comprend un dispositif de déplacement de ltobturateur, ce dispositif de commande comprenant par exemple un piston coulissant dans un cylindre. L'un des deux sièges comprend un élément annulaire déplaçable selon la direction du déplacement de l'obturateur, cet élément étant de préférence le premier siège et étant fixé sur le corps1 la portée complémentaire applicable contre ce siège étant une première surface annulaire faisant partie de l'obturateur et venant en contact avec cet élément pour fermer le premier parcours lorsque l'obturateur est en sa seconde position. Le second siège comprend une surface annulaire qui fait partie du support et qui coopère avec une seconde surface annulaire de portée qui fait partie de l'obturateur, ces deux surfaces étant appliquées mutuellement lorsque l'obturateur est en sa seconde position, de sorte que le second parcours est alors également fermé. Les objets et avantages de l'invention seront mieux compris l'aide de la description détaillée qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une vanne selon l'invention, en position ouverte; et - la figure 2 est une coupe anslogue.à La figure 1, la vanne étant en position fermée. La vanne selon l'invention représentée est du genre à obtu rater. ou soupape, à manchon et comprend un corps tubulaire 10 qui est en deux parties ll et 12 assemblées par des vis 13, Ces deux parties 11 et 12 du corps 10 délimitent ensemble un canal longitudinal 14 qui le traverse sur toute sa longueur et débouche sur ses deux faces extérieures. Chaque extrémité du corps 10 comprend une bride qui permet de l'insérer dans une conduite où un fluide est en écoulement. La partie 12 du corps est en une seule piece avec trois bras 15 radiaux également répartis vers l'intérieur -(dont deux seulement sont visibles sur les figures). Les extrémités intérieures des bras 15 se raccordent à un bossage central 16 qui comporte un alésage borgne 17 dont l'axe coïncide avec l'axe de canal 14. Par ailleurs, cette partie 12 du corps comprend également un cylindre 18 qui fait corps avec ces bras radiaux 15. Ce cylindre 18 dans lequel coulisse un piston 22 est disposé dans le canal 18 avec son extrémité fermée voisine du bossage 16. L'extrémité ouverte du cylindre 18 est refermée par un couvercle 19 vissé sur sa surface extérieure et qui contient un manchon coaxial 21 de portée de la tige 23 faisant corps avec le piston 22 et qui le traverse pour coulisser également dans l'alésage borgne 17. La tige 23, prolongée au-delb du couvercle 19, reçoit a son extrémité un obturateur 24 qui y est vissé, b l'extérieur du cylindre 18. L'obturateur 24 est un élément annulaire creux dont la section droite longitudinale est de forme globique. L'axe longitudinal de cet obturateur 24 cotncide avec les axes confondus de la tige de piston 23 et du canal 14. L'obturateur 24 est disposé dans le canal 14 entre la surface intérieure du corps 10 et la surface extérieure du support d'obturateur, lequel est constitué en partie par le cylindre 18 et son couvercle 19. L'obturateur 24 est en une seule pièce avec un moyeu central 26,qui est vissé sur l'extr4- mité filetée de la tige 23 traversant le couvercle 19. Le moyeu 26 est raccordé au corps de l'obturateur 24 par trois bras radiaux 25 uniformément répartis dont deux sont visibles sur les figures. Ainsi, tout déplacement axial du piston 22 dans le cylindre 18 entraine solidairement l'obturateur 24 dans le canal 14 par rapport au corps 10 et par rapport à son support qui comprend le cylindre 18 et son couvercle 19. La chambre comprise entre le piston 22 et le couvercle 19 communique par des trous d'équilibrage avec le canal 14. Un conduit de commande 27, ménagé dans un des bras radiaux 15 de la partie 12 du corps débouche dans la chambre 30 délimitée entre le piston 22 et le fond du cylindre 18. La différence de pression entre les deux surfaces opposées du piston 22 détermine la position axiale de l'obturateur 24 par rapport au corps 10. Cet obturateur 24 peut prendre un nombre infini de positions intermédiaires dans le corps 10 entre deux positions extremes, la première étant sa position ouverte représentée sur la figure 1, pour laquelle le piston 22 est en butée contre le couvercle 19, et la seconde étant se position fermée représentée par la figure 2, pour laquelle l'obturateur 24 interrompt la communication entre les extrémités opposées du canal 14. Lorsque l'obturateur 24 est en position d'ouverture, le fluide s'écoule simultanément selon deux parcours concentriques qui sont en parallèle. Le premier parcours est compris entre la surface extérieure de l'obturateur 24 et la surface intérieure du corps 10 et le second parcours est compris entre la surface intérieure de l'obturateur 24 et la surface extérieure du support constituée par le cylindre 18 et son couvercle 19. Lorsque la vanne est fermée, ces deux parcours sont fermés individuellement, A cet effet, la vanne comprend un premier jeu de portées qui interrompt le premier parcours et un second jeu de portées qui interrompt le second , Dans l'exemple représenté par les figures 1 et 2, le premier jeu de portées comprend, d'une part,l'extrémité de l'obturateur 24 et, d'autre part, un siège 28 lié au corps 11. Ce siège 28 est un anneau discoïdal en matiere élastique dont le bord extérieur est bridé entre les deux parties 11 et 12 du corps, tandis que son bord intérieur fait saillie dans le canal 14. Lorsque l'obturateur 24 est en position fermée, son extrémité arrière 29 est appliquée contre le bord intérieur de l'anneau 28 et,par conséquent, le premier parcours est fermé. Le second jeu de portées comprend, d'une part, un siège intérieur annulaire 31 agencé dans l'obturateur 24 et, d'autre part, une portée annulaire correspondante 32 de la surface extérieure du couvercle 19. Lorsque l'obturateur 24 est en position fermée, le siège 31 est appliqué contre la surface ou portée 32 et le second parcours est donc fermé. Du fait que la premiere portée 26 a une élasticité inhérente, les deux parcours peuvent être fermes simultanément pour une meme position axiale de l'obturateur 24. A l'usinage des éléments de la vanne, la distance comprise entre les portées 31 et 32est théoriquement identique a celle qui sépare la portée 29 du siège 28.En réalité, cependant, en raison de l'addition de tolérances d'usinage, ces deux distances peuvent etre légèrement différentes, Les tolérances d'usinage sont déterminées de manière que la différence éventuelle entre ces deux distances est telle que l'intervalle des surfaces 31 et 32 est supérieur å l'intervalle de la surface 29 et du siège 28. Ainsi, lorsque l'obturateur 34 recule et arrive au voisinage de la position de fermeture, sa portée arrière ou surface 29 vient -d'abord en contact avec le siège élastique 28 qui fléchit pour permettre à l'obturateur de reculer jusqu'à ce que les deux portées rigides 31 et 32 soient en contact mutuel de fermeture. La vanne qui vient d'etre décrite peut faire l'objet de nombreuses applications variées, par exemple, constituer une vanne de fermeture commandée à distance par des impulsions de pression transmises par le conduit 27 la chambre 30 du cylindre. Gette vanne peut également être utilisée pour régler le débit de fluide et, à cet effet, on peut faire varier la position de l'obturateur 24 pour freiner plus pu moins le fluide en écoulement dans le canal 14. Dans ce cas, le conduit 27 débouchant dans la chambre 30 doit etre branché sur la sortie d'un servomécanisme qui module dans des conditions déterminées la pression dans la chambre 30 en fonction de la pression exercée dans le canal 14.La chambre opposée à la chambre 30 communique librement avec le canal 14 et, en fait, avec l'entrée de ce canal (côté droit selon les figures 1 et 2). Ainsi, la pression d'entrée dans le canal est exercée contre la surface aval du piston 22, tandis que la pression modulée par le servomécanisme est exer cée contre se surface opposée, La position axiale de l'obturateur 24 est donc fonction de la différence des pressions entre les surfaces opposées du piston 22 et est également en partie fonction de la différence de pression exercée sur les surfaces opposées de l'obturateur 24. La surface de l'obturateur 24, sous la pression de sortie, est déterminée pour etre dans un rapport donné relativement à la surface utile de la face aval du piston 22, c'est-s-dire opposée à la chambre 30.De même, la surface de l'obturateur 24 sur laquelle s'exerce la pression d'admission est déterminée pour être dans un rapport donné relativement b la surface utile de la surface du piston 22 soumise à la pression du fluide dans la chambre 30. Ces deux rapports donnés établissent eux-mêmes une relation particulière telle que la vanne réagit de manière déterminée pour une pression donnée d'admission selon la valeur de l'impulsion de commande envoyée dans la chambre 30, Ainsi, par exemple, lorsqu'une pression de commande donnée règne dans la chambre 30, l'obturateur 24 prend une position correspondante qui établit une pression de sortie déterminée sous l'effet de l'dquilibrage des forces Sf exerçant contre les-deux surfaces de l'obturateur et contre les deux surfaces du piston. Dans un tel systme, Si la pression de sortie augmente pour une raison quelconque, par exemple sous l'effet d'une restriction de débit en aval de la vanne, l'accroissement résultant de la pression de sortie entraîne le déplacement de ltobturateur vers sa position de fermeture, ce qui a pour effet de réduire le débit d'écoulement du fluide dans la vanne et, par conséquent, de réduire la pression de sortie et rétablit l'équilibre. Bien entendu, le mode de commande de la vanne doit etre choisi en fonction de chaque application particulière, I1 faut noter que,lorsque la.vanne est installée, il est difficile d'évaluer de ltextérieur la position de l'obturateur 24 par rapport au corps 10. Pour permettre ce contrôle, il est-avantageux que le bossage central 16 comporte un trou axial qui débouche dans le fond de l'alésage borgne 17, de sorte que la tige de piston 23 est visible. Ce trou arrière facilite la commande manuelle de la tige de piston 23,- c'est-à-dire qu'il permet de déplacer l'obturateur 24 à la main, le cas échéant. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, le siège élastique 29 est solidaire du corps de la vanne, étant intercalé entre le corps et l'obturateur. il faut noter quteventuellement ce siège élastique peut être intercalé dans le second parcours du fluide. Il faut également noter qutil peut éventuellement être monté directement; sur l'obturateur 24 et non fixé sur le corps ou sur le support constitué par le piston et son couvercle Dans cette vanne le fluide s'écoule sur deux parcours concentriques,-en parallele, et par conséquent le diamètre et la longueur totale de la vanne peuvent etre réduits par rapport à la longueur d'une vanne classique à manchon dans laquelle le fluide s'écoule sur un parcours unique de débit équivalent. En effet, étant donné que l'obturateur 24 divise le passage en deux passages concentriques relativement étroits, les pertes de charge de l'écoulement dans ns la vanne sont réduites pour un obstacle ayant un rayon de courbure donné, ctest-å-dire lorsque le fluide s'écoule autour du cylindre 18 et de son couvercle 19. Par conséquent, la vanne de l'invention peut avoir une dimension inférieure à une vanne classique ayant un obturateur mobile axialement créant la meme perte de charge entre son entrée et sa sortie, Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux éléments décrits ci-dessus, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Vanne d'arrêt et de réglage de l'écoulement d'un fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps traversé sur toute sa longueur par un passage axial de fluide, un support d'obturateur solidaire du corps et disposé dans le canal, un obturateur annulaire maintenu par ce support à l'intérieur du canal et déplaçable axialement par rapport au support et au corps, un premier jeu de portées complémentaires comprenant un élément solidaire de l'obturateur et un élément solidaire du corps,et un second jeu de portées complémentaires comprenant un élément solidaire de l'obturateur et un élément solidaire du support, les éléments de portées des deux jeux étant disposés de maniere que,l'obturateur étant en une première position, le fluide s'écoule simultanément dans la vanne sur un premier parcours délimité entre l'obturateur et le corps et un second parcours délimité entre l'obturateur et le support alors qu'étant en une seconde position, le premier parcours est refermé par les éléments du premier jeu en contact mutuel, tandis que le second parcours est refermé par les éléments du second jeu, également en contact mutuel. 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un des éléments de l'un des deux jeux de portées peut effectuer un déplacement libre d'amplitude limitée de marnière que les deux parcours puissent être simultanément fermés lorsque l'obturateur est dans une position donnée. 3 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément pouvant effectuer un déplacement d'amplitude limitée est un élément annulaire, ce déplacement étant effectué parallèlement. à celui de l'obturateur. 4 - Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément pouvant effectuer un déplacement d'amplitude limitée est celui des éléments du premier jeu qui est solidaire du corps, l'autre élément du même jeu étant une premier surface annulaire de l'obturateur qui, lorsque l'obturateur est en seconde position, est appliqué contre ledit élément de déplacement limité pour fermer le parcours. 5 - Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le support comprend un dispositif servant à déplacer l'obtusateur, 6 - Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif déplaçant l'obturateur comprend un piston coulissant dans un cylindre, 7 - Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisée en ce que le second jeu de portées comprend une surface annulaire faisant partie du support et une seconde surface annulaire faisant partie de l'obturateur1 ces deux surfaces1 lorsque l'obturateur est en seconde position, étant appliquées mutuellement pour fermer le second parcours.