Brevet FR2275715A1 — publié le 19760116

La présente invention concerne une électrovanne à commande assistée interne, plus particulièrement destinée à Entre utilisée sur des installations de distribution de fluide à fort diamètre de passage. Les électrovannes de conception la plus simple, dites à action directe, comportent généralement un corps avec les canalisations decirculation de fluide et le siège 'du clapet de fermeture. Le clapet est parté par un noyau mobile, coulissant dans un tube guide et faisant partie du circuit magnétique d'une bobine.Lorsque la bobine est alimentée, le noyau mobile est attiré vers un noyau fixe, contre il action d'un ressort de rappel, en soulevant le clapet de son siège pour permettre le passage du fluide, dans le cas d'une électrovanne à ouverture sous tension. Les forces magnétiques d'attraction à engendrer, par l'induction dans ltentrefera doivent donc Stre suffisantes pour vaincre le ressort de rappel, et surtout effort résultant de la pression du fluide sur le clapet, et s'exerçant sur une surface différentielle égale à la section de passage du siège.Ces forces sont donc proportionnelles au carré du diamètre de passage ; en outre, 11 entrefer au repos croit aussi avec le diamètre de passage, puisque la course du clapet mobile doit^8tre au moins égale au quart du diamètre de passage. Le flux magnétique doit donc augmenter avec la section de passage, en même temps que la réluctance du circuit augmente par augmentation de l'entrefer. Il en résulte que, sous peine de devoir utiliser des bobines de fort encombrement et de forte consommatian, les électrovannes à action directe voient leur utilisation limitée aux faibles sections de passage. Pour les fortes sections, on est conduit à utiliser la pression du fluide pour faire déplacer le clapet d'obturation, , en constituant une commande assistée interne, elle-818me commandée par un clapet de pilotage de faible section.Les modèles usuels d'électrovannes à commande assistée interne utilisent, le plus souvent, comme clapet des membranes déformables toujours relativement fragiles, ou s'adaptant mal à un fonctionnement en toutes positions. Elles nécessitent en outre, une pression miçivem du fluide en amont pour obtenir l'ouverture du clapet. La présente invention propose une solution intéressante et robuste à l'ensemble de ces problèmes. L'invention s' applique à une électrovanne à clapet dont le siège est formé dans un corps comportant les orifices de raccordement aux circuits extèrieurs, et comuniquant chacun avec une des faces du siège, et dans laquelle un noyau mobile formant une partie du circuit magnétique coulisse dans un tube guide pour, lorsque la bobine est alimentée, étre attire vers un noyau fixe, contra l action d'un ressort de rappel. Selon l'invention, le clapet coulisse dans un logement du corps, avec un ressort de rappel tendant à l'écarter de son siège, le clapet séparant ainsi l'espace au-dessus du siège en deux chambres communiquent entre elles par des passages de section calibrée introduisant des pertes de charge au passage du fluide, le clapet comportant en outre un orifice le traversant de part en part et formant, d son extrémité opposée au siège principal, un siège secondaire pour un clapet secondaire porte par le noyau mobile et les deux ressorts de rappel qui sont déterminés de telle sorte que, sur toute la course de la pièce mobile associée, d'une part l'effort du ressort du clapet soit toujours supèrieur au poids du clapet et, d'autre part, l'effort du ressort de noyau soit toujours supèrieur au moins à la différence entre l'effort du ressort du clapet et le poids cumulé du clapet et du noyau mobile. L'invention va maintenant entre décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté par le dessin annexé. L'électrovanne est constituée par un corps 1 portant deux orifices filetés 2 et 3 disposés en alignement, et destinés à recevoir le raccordement des tuyauteries d'arrivée et de sortie des fluides. L'orifice d'entrée 2 communique avec le dessus du siège 5 du clapet, tandis que l'orifice de sortie 3 communique avec le dessous du siège. Le noyau mobile 6 coulisse dans le tube guide en laiton 7, fermé à sa partie supèrieure par la masse polaire fixe 8 et vissé à sa partie inférieure dans le corps 1 avec interposition du point d'étanchéité 9. Le ressort de rappel 11 prend appui d'une part sur un épaulement interne de la base du tube-guide 7, et d'autre part sur un épaulement externe du noyau mobile 6. La bobine d'excitation 13 entoure le tube guide 7. Le circuit magnétique est constitué par le noyau fixe e, le noyau mobile 6, la rondelle -14, le clapet 15 et la rondelle 16. L'écrou 17 maintient le capot en place. Le clapet principal 20 porte la garniture d'étanchéité 21 et coulisse dans la chambre supèrieure 22 du corps. Le clapet 20 est soumis à l'action du ressort de rappel 23 qui tend à l'écarter du siège 5. Le clapet 20 est traversé de part en part, par un conduit 25 dont la partie supèrieure forme le siège 46 d'un clapet secondaire. A sa partie inférieure le conduit 25 débouche dans une ouverture centrale 27 de la garniture 21, de telle sorte qu'il communique ainsi directement avec l'orifice 3 de sortie. Le clapet 20 est également traversé par un orifice calibré 30 de faible section. Le clapet secondaire est constitué par la garniture 28 encastrée à la partie inférieure du noyau mobile 6. En position de fermeture de l'électrovanne, telle que représentée sur la figure, la bobine 13 n'est pas alimentée, le ressort 11 repousse le noyau mobile vers le bas et le clapet 28 vient en appui sur son siège 26. Le ressort 11 est déterminé de façon à donner un effort supèrieur à celui du ressort 23, si bien que le clapet 20 est également repoussé jusqu'à ce que la garniture 21 vienne en appui sur le siège principal 5 . La communication est alors interrompue entre les orifices 2 et 3 ; la pression du fluide en 2, s'établit à la même valeur, par le conduit 30, dans les deux chambres séparées par le clapet 20, et la résultante des forces de pression sur le clapet 20 est une force d'application contre le siège 5, égale au produit de la pression par la section du siège 5.De mimez le noyau 6 est appliqué contre le siège 26 sous une force égale au produit de la pression par la section du siège 26. Bien entendu la force d'application du noyau 6 sur le siège 26 est bien plus faible que celle appliquant le clapet 20 sur son siège 5. Pour ouvrir la vanne on alimente la bobine 13, et le noyau 6 est attiré vers le noyau fixe 8, en surmontant à la fois l'action du ressort 11 et l'effort d'application sur le siège 26 du à la pression du fluide. L'ouverture du conduit 25 provoque une chute brutale de pression dans la chambre supérieure dont le fluide s'écoule directement vers la sortie 3 tandis que la perte de charge dans le conduit 30 empêche la pression de se rétablir. Le clapet 20 est soumis à des pressions différentes sur ses deux faces, et l'effort différentiel en résultant, provoque son ouverture. Inversement, à sa fermeture, dès que le conduit 25 est à nouveau obturé, la pression se rétablit à la meme valeur sur les deux faces, et le ressort 11 ramène tout l'ensemble mobile jusqutà fermeture du clapet principal. On notera que l'électrovanne ainsi réalisée fonctionne suivant le principe connu d'une commande assistée interne, la bobine n'ayant à provoquer que ltouverture ou la fermeture du conduit de pilotage 25 de faible section pour en- traiter l'ouverture ou la fermeture du clapet principal 20. Mais on notera aussi que le ressort 23, permet le fonctionnement meme sous de très faibles pressions, puisque la pleine ouverture du clapet principal, est assurée méme sous pression nulle en amont ; il suffit pour cela que l'effort du ressort 23 soit toujours supèrieur au poids propre du clapet 20, le ressort 11 pour pouvoir assurer la fermeture, devant alors donner un effort simplement supèrieur à la différence entre l'effort du ressort 23 et le cumul des poids du noyau 6 et du clapet 20. On notera encore, que l'électrovanne ainsi réalisée peut fonctionner en toutes positions, y compris "tête en base, ctest-4-dire avec la bobine en posi 'o tion inférieure ; il suffit pour cela qu &commat; termine le ressort 11 de telle sorte, qu'en toutes positions de fonctionnement, son effort soit supérieur à la somme de l'effort du ressort 23 et du cumul des poids du clapet 20 et du noyau mobile 6. On sait enfin, que pour des utilisations cryogéniques, sur des canalisations de gaz liquéfiés par exemple, on observe fréquemment des vaporisations du fluide dans les parties chaudes des électrovannes, c'est-àdire, surtout dans les parties situées près du coeur de'la bobine. Cette vaporisation peut entraver le fonctionnement correct de ltélectrovanne si ltévacuation des gaz ne peut pas se faire librement. Ici, on pourra noter qu'il suffit de limiter la course du clapet 20 à une valeur légèr ment inférieure à celle du noyau 6 pour qu'en position d'ouverture du clapet principal, le conduit 25 reste lui aussi constamment ouvert. Les gaz produits dans la partie supèrieure chaude du tube guide trouveront alors, par le conduit 25 un échappement naturel permanent sans accumulation dans l'électrovanne. Bien entendu, l'invention d'est pas strictement limitée au seul mode de réalisation qui a été décrit, à titre d'exemple, mais elle couvre aussi les réalisations-qui nwen diffèreraient que par des variantes d'exécution, ou l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi le conduit 30 d'équilibrage de pression pourrait par exemple être remplacé par un jeu de coulissement du clapet principal dans son logement REVENDICATIONS 10) Electrovanne à clapet dont le siège est formé dans un corps comportant les orifices de raccordement aux circuits extèraeurs, et communiquant chacun avec une des faces du siège, et dans laquelle un noyau mobile formant une partie du circuit magnétique coulisse dans un tube guide pour, lorsque la bobine est alimentée, autre attiré vers un noyau fixe, contre l'action d'un ressort de rappel, caractérisée par le fait que le clapet coulisse dans un logement du corps, avec un ressort de rappel tendant à l'écarter de son siège, le clapet séparant ainsi l'espace at-dessus du siège en deux chambres communiquant entre elles par des passages de section calibrée, introduisant des pertes de chargeas passage du fluide1 le clapet comportant en outre un orifice le traversant de part en part et formant1 à son extrémité opposée au siège principal, un siège secondaire pour un clapet secondaire porté par le noyau mobile, et par le fait que las deux ressorts de rappel sont déterminés de telle sorte que, sur toute la course de la pièce mobile associée, d'une part l'effort du ressort du clapet soit toujours supèrieur au poids du clapet et, d'autre part l'effort du ressort du noyau soit toujours supérieur au moins è la différence entre l'effort du ressort du clapet et le poids cumulé du clapet et du noyau mobile. 2") Electrovanna selon revendication 1, destinée è fonctionner en toutes positions caractérisée par le fait que le ressort du noyau est déterminé de telle sorte que son effort doit supèrieur à la somse de l'effort du ressort du clapet et du poids cumulé du clapet et du noyau mobile. 3B) Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, destinée à fonctionner sur des installations cryogéniques, caractérisée par-le fait que la course du clapet principal est limitée à une valeur légèrement inférieure & celle du noyau mobile.