Brevet FR2250930A1 — publié le 19750606

Dans les vannes classiques pour réglage de la circulation de fluides, en particulier de liquides, on observe souvent une corrosion importante de certains éléments de la vanne. Surtout lorsque le passage du fluide est fortement freiné à la traversée de la vanne, il apparaît un bruit désagréable, qui peut même dans certains cas devenir pénible. La présente invention a pour objet d'éviter ces inconvénients. L'invention a pour origine une recherche de la cause des deux inconvénients ci-dessus. Il a tout d'abord été constaté qu'ils sont concomitants, d'où la conclusion, avec une certitude pratiquement absolue, qu'ils ont une meme origine. L'énergie d'un liquide circulant dans une conduite est, d'une part statique, d'autre part dynamique. Dans les vannes de réglage classiques, comprenant un corps et un siège de soupape, la fente entre ces deux parties amène une diminution de la section de passage, permettant un réglage. Dans la zone où cette section va en décroissant, la vitesse du fluide augmente, ce qui, suivant la loi de Bernouilli, signifie un accroissement de 1'énergie dynamique aux dépens de 1'énergie statique. Celle-ci est directement proportionnelle à la pression existant dans chacune des portions de la conduite. Si, dans une vanne classique, on appelle 91 la pression à rentrée et 92 la pression à la sortie, la pression P3 au niveau de la fente entre le corps et le siège de soupape sera, en raison de la vitesse de passage plus élevée, inférieure à P2. La valeur de la différence dépendra naturellement de la variation de la vitesse du fluide. Si cette variation est relativement élevée, la pression P3 peut diminuer suffisamment, si le fluide est un liquide, pour que ce liquide passe momentanément à l'état de vapeur malgré la basse température régnante. Lorsque le fluide a repris une vitesse plus faible, dloù une pression plus élevée, une condensation se produit, et il n'y a plus de vapeur dans la conduite jusqu'à une certaine distance de la vanne. L'invention est basée sur l'hypothèse que cette formation de vapeur est la cause des inconvénients mentionnés. Il est d'autre part évident que Si l'on cherche à ralentir le mouvement d'un fluide à travers une vanne sans que ces inconvénients apparaissent, on doit empêcher une conversion trop élevée d'énergie statique en énergie dynamique par modification de la vitesse du fluide, et que énergie statique doit être utilisée sous forme d'une chute de résistance dans la vanne. On doit pour cette raison créer dans la vanne une résistance importante au déplacement du fluide, sans néanmoins accroître la vitesse de celui-ci à un point suffisant pour amener une dépression provoquant une évaporation. L'augmentation de résistance dans une vanne suivant la présente invention est obtenue en forçant le fluide traversant la vanne à passer successivement par au moins deux zones de section restreinte, dont chacune peut être'un type tel qu'elle amène une restriction plus faible que celle qui aurait lieu dans une vanne classique. L'invention consiste en un agencement de vanne selon lequel un bottier contient une chemise fixe, ne tournant pas, dans laquelle est logé un élément constituant un boisseau, de forme au moins approximativement cylindrique, avec des ouvertures portées respectivement par la chemise et par le boisseau, ces ouvertures pouvant être mises ou non en regard les unes des autres, ou dans des positions intermédiaires. Suivant l'invention, le boisseau est creux, et le boisseau d'une part, la chemise d'autre part, portent chacun des ouvertures se faisant face dans chacune de leurs parois opposées, de façon qu'au moins une chambre constituée par l'es- pace interne du boisseau soit formée entre ces pares d'ouvertures. L'invention va être plus complètement décrite suivant plusieurs formes de réalisation représentées par les dessins annexés, mais il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée à ces formes d'exécution, diverses modifications pouvant leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention. La figure 1 est une coupe verticale longitudinale d'une vanne suivant une première forme de réalisation de l'invention. La figure 2 est une coupe horizontale longitudinale de la même vanne. Les figures 3 et 4, correspondent à une forme simple du cylindre inclus dans la vanne, suivant respectivement une coupe transversale et une coupe axiale. La figure 5 représente le même cylindre en projection déroulée. Les figures 6 7 et 8 correspondent à une autre forme du cylindre, suivant les mêmes représentations que pour les trois figures précédentes. Une autre forme dudit cylindre est représentée par la figure 9 suivant une coupe axiale, par la figure 10 suiuant une autre coupe axiale perpendiculaire à la première, et par la figure Il suivant une coupe perpendiculaire à l'axe. La figure 12 représente une cloison ralentisseuse incluse dans la vanne. Les figures 13 et 14 représentent la chemise entourant le cylindre, en coupe perpendiculairement à l'axe, et en coupe suivant l'axe. Enfin, la figure 15 montre un agencement permettant la commande simultanée de plusieurs vannes suivant l'invention. Danx la vanne représentée par les figures 1 et 2, un bottier 1 porte sur des faces opposées des brides de raccordement 2' et 2", respectivement d'entrée et de sortie du fluide. A l'intérieur du boîtier est logée une chemise cylindrique 3, dont la forme ressort des figures 13 et 14. Cette chemise cylindrique porte deux ouvertures Il s'étendant axialement sur les portions correspondant à la chambre interne du boîtier 1. Elles ont, dans le sens périphérique, une ouverture angulaire d'environ 900 chacune, et sont diamétralement opposées l'une à l'autre. A l'intérieur de la chemise 3 se trouve un cylindre 8. La paroi de ce cylindre est fixée par des boulons 8' à das fonds circulaires 7 et 9. Le fond 7 porte un prolongement central 7' comportant les joints d'étanchéité nécessaires 7" et se continuant hors du boîtier 1 par une partie 6 pour la fixation d'un volant de manoeuvre. L'appellation de "volant" s"ap- plique-évidemment à tout organe de réglage de la position de la vanne. Cet organe peut être autre qu'un volant, par exemple un moteur. Le fond inférieur 9 porte de même un prolongement central 10, les deux prolongements 7 et 10 formant l'arbre de la vanne.Le prolongement 10 est porté par le support 5 de la vanne, fixé au boitier 1 par des boulons 5'. Il est évident que si l'arbre 6 - 10 tourne, le cylindre 8 tourne en même temps. Le cylindre porte des ouvertures de passage, pouvant avoir diverses formes qui seront décrites plus loin. Lorsque ces ouvertures sont amenées en regard des ouvertures Il de la chemise, le fluide peut traverser la vanne; mais si elles sont amenées par rotation du cylindre vis-à-vis des parties pleines 11' (figure 13) de la chemise, la vanne est fermée. Dans les positions intermédiaires, la vanne est partiellement ouverte et laisse passer le fluide en quantité réduite. Il résulte de cette description qu'un fluide traversant la vanne doit passer à travers deux régions diamétralement opposées du cylindre. Si le fluide-sur les figures 1 et 2 entre par exemple par la gauche, i-l passe dans la chemise 3 par l'ou- verture 11 de celle-ci, la partie gauche de la paroi du cylindre 8, l'espace interne 8' du cylindre, la partie droite de la paroi du cylindre, et l'ouverture de droite de la chemise 3, pour sortir à travers la bride 2". On a donc ainsi partagé le freinage subi par le liquide sur son trajet en deux portions, représentées respectivement par les parties gauches de la chemise 3 et du cylindre 8, et par les parties droites de ces mêmes organes.Ces deux portions sont séparées par une chambre d'homogénéisation 8. Il est ainsi devenu possible d'intercaler sur le trajet du fluide une résistance plus élevée sans avoir besoin d'accroître la vitesse du fluide de façon telle qu'il y ait risque d'évaporation. Le cylindre 8 peut présenter différentes formes, dont l'une est représentée par les figures 3, 4 et 5. Dans cette forme, le cylindre porte deux ouvertures 12 diamétralement opposées qui s'étendent sur toute la partie utile du cylindre, c'est-à-dire la hauteur correspondant à l'espace interne 1' du boîtier (figures 1 et 2). Les passages filetés 8" pour les boulons 8' sont également indiqués. Si l'on désire pour la vanne un profil donné d'ouverture, on peut bien entendu donner aux ouvertures 12 dans le cylindre une forme correspondant à ce profil. Un exemple d'une telle forme est représenté par les figures 6, 7 et 8. Les deux formes de réalisation, respectivement suivant les figures 3 à 5, et 6 à 8, sont des formes particuliè rement simples qui, en général, ne répondront pas à des exigences un tant soit peu élevées imposées à une vanne suivant l'invention. Comme il ressort de ce qui précède, une grande résistance de passage dans les ouvertures de la paroi du cylindre est indispensable. Une forme d'exécution particulièrement favorable est représentée par les figures 9, 10 et 11. Dans cette forme, la paroi du cylindre est percée de multiples trous 14. Ces trous sont de préférence plus larges à une extrémité périphérique de la partie perforée de la paroi, comme on le voit sur la figure 10 en 14', et plus étroits à autre extrémité (14" sur la figure 10). La distribution des trous peut également être différente,les trous 14" occupant une plus grande partie de la surface du cylindre par degré de rotation que dans le cas des trous 14. On peut utiliser différents procédés pour augmenter encore la résistance à travers les deux zones de freinage disposées en série, représentées, ltune par les trous 141 et 14" de la figure 10, l'autre par les ouverturee 12 ou 13, sur les figures 3, 4 et 5, ou 6, 7 et 8. Dans la forme de réalisation des figures 1 et 2, ou des figures 9, 10 et 11, les trous comportent des irrégularités de leur surface interne, par exemple sous forme de filetages La résistance au passage des fluides par ces trous est ainsi notablement augmentée. Un autre moyen, qui peut être utilisé, soit isolément, soit en association avec les précédents, est de placer à l'intérieur du cylindre, suivant les figures 1 et 2 un tamis 15 créant une résistance. Ce tamis peut par exemple être du type représenté par la figure 12, étant constitué par une plaque plane percée d'un grand nombre d'ouvertures 16. Ces ouvertures également peuvent présenter des irrégularSEs de leur surface interne, étant par exemple filetées. Le tamis 15 est normalement fixé à l'intérieur du cylindre 8 par ses bords latéraux s'appuyant sur les parois du cylindre, et par ses bords supérieur et inférieur qui pénètrent dans des rainures 15' et 15 des fonds 7 et 9 du cylindre 8. En dehors des avantages déjà mentionnés du système de vanne décrit ci-dessus, un autre avantage provient de ce qu'il est possible, pour modifier les caractéristiques de la vanne, de changer simplement le cylindre 8, tout en conservant le boîtier 1, le support 5 et la chemise 11. Ce changement peut être effectué sans démonter les assemblages aux brides 2' et 2" de la vanne, et en démontant simplement le support 5 après avoir enlevé les boulons 5', puis en sortant le cylindre 8 avec l'arbre 6 - 7' au moyen d'un outil approprié saisissant le prolongement 10. Les organes enlevés sont alors remplacés par d'autres, qui donnent à la vanne des caractéristiques différentes. Un autre avantage de la vanne suivant l'invention est que l'on peut relier plusieurs vannes, pour une commande commune. A cet effet, le prolongement 10 porte une gorge 10' (figure 1). La figure 15 montre comment deux vannes peuvent être aliénes pour une commande simultanée. On enlève la plaque 5 de fixation de la partie inférieure 18 du boîtier, et on introduit par le bas une pièce d'accouplement 17, mettant en liaison l'arbre 10 avec un arbre 6', qui peut d'ailleurs avoir une forme différente, correspondant à la partie supérieure de l'arbre 6 (figure i) de la première vanne, prévu pour la fixation d'un volant de manoeuvre. On peut introduire entre les deux arbres 10 et 6' des pièces intermédiaires 20' et 20", la pièce 20' portant une saillie qui s'engage dans la gorge 10'. R~VN ATIoAtS 1) vanne à corps rotatif, du type dans lequel le corps rotatif, sensiblement cylindrique et traversé par au moins une ouverture transversale de commande d'écoulement, se trouve guidé dans une enceinte transversale de la vanne constituée, par exemple, par une chemise rapportée traversant le canal d'écoulelilent de la vanne cette enceinte comportant deux orifices s'étendant diamétralement en vis-à-vis d-ns la direction d'écoulement et tournés vers ladite ouverture de commande d'écoule..lent, la rotation du corps rotatif permettant d'ouvrir ou de fermer à volonté lesaits orifices, ledit corps rotatif comportant entre deux ouvertures de commande d'écoulement diamétralement opposées, une chambre axiale sensiblerlellt cylindrique dont la section de passage de fluide dans sa direction d'écoulement diamétral est sen simplement égale à la section de passage desdits orifices, caractérisée en ce que les ouvertures de commande d'écoulement situées de part et d'autre de la chambre du corps rotatif comportent chacune une section totale de passage de fluide qui est beaucoup plus faible que la section de passage de chaque orifice, de telle sorte que le fluide erl écoule;;aent subit successive ent, au niveau des deux ouvertures de commande qui sont traversées successivement l'une apyres l'autre, un étrangle ent suivi d'une déteinte. 2) Vanne à corps rotatif suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de soupape est interchangeable, divers corps de soupape présentant des formes différentes ou des elllpla- cements différents do leurs ouvertures pouvant être associes à la face intérieure d'une seule et meme chemise. 3) Vanne à corps rotatif suivant l'une des revendications 1 et. 2, caractérisée en ce que le corps due soupape porte un grand nombre de petites ouvertures. 4) Vanne à corps rotatif suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les ouvertures ont des dimensions différentes le long du périmètre du corps de soupape, les ouvertures les plus larges étant disposées le long d'une nérEttrice alors que les ouvertures de plus en plus petites sonL disposées sur des n,-né- ratrices successives. 5) Vanne à corps rotatif suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chambre interne dans le corps de soupape contient d'autres organes créateurs de résistance, par exemple une plaque portant des trous disposes entre les ouvertures portées par les deux faces opposées du corps de soupape. 6) Vanne à corps rotatif suivant l'une des revendications précédentes caractérisée encre que les ouvertures dans la paroi du corps de soupape et/ou dans la plaque comportent des dispositifs internes augmentant la résistance de passage, par exemple des filetages.