Brevet FR2310514A1 — publié le 19761203

La présente invention a pour objet des perfectionnements aux vannes de réglage d'un courant de fluide ; de tels perfectionnements assurant une atténuation des effets nocifs de la détente de ce fluide. Elle concerne plus particulièrement un nouveau matériau applicable à des dispositifs de détente d'un fluide sous pression, tels qu'une vanne par exemple, et assurant de remarquables résultats d'atténuation des effets engendrés par la détente de ce fluide. Pour éviter des effets de détente d'un fluide, tels qu'un bruit ou un phénomène de cavitation selon que ce fluide est compressible ou non, on a déjà proposé d'aménager, par exemple dans une vanne de réglage, des systèmes de chi- canes ou de labyrinthes assurant des détentes successives de ce fluide en maintenant la vitesse de ce dernier en-dessous d'une valeur critique qui est fonction de sa nature et des conditions de sa détente. Mais si de tels aménagements procurent de remarquables résultats d'atténuation de ces effets de détente, ces aménagements sont très onéreux et les appareils qui en résultent présentent souvent des encombrements prohibitifs. Certes, on a proposé dans la demande de brevet français nO 74 16200 du 10 Mai 1974, au nom de la demanderesse, pour "Procédé et dispositif d'atténuation du bruit engendré, lors de la détente d'un fluide par une vanne", un dispositif relativement simple, d'un prix de revient acceptable, présentant un encom brument et une complexité de structure qui peuvent être adaptés, sans difficultés particulières, à des impératifs d'utilisation d'un appareil, tel qu'une vanne fai scient intervenir une détente d'un fluide, pour assurer d'excellents résultats d'atténuation des effets (bruit ou cavitation) de cette détente. Un tel dispositif peut se présenter, en effet, sous la forme d'un élément tubulaire tubulaire comportant de multiples conduits sinueux et destiné à être monté en aval d'une vanne d'un type quelconque pour procurer de tels résultats. L'invention a pour but principal d'éviter les inconvénients relatifs au prix de revient et aux encombrements prohibitifs des appareils de détente de fluide connus, grâce à une application judicieuse d'une forme de réalisation du dispositif à conduits sinueux décrit dans la demande précitée. Une telle forme de réalisation est similaire à une structure en treillis d'éléments filiformes ; cette structure étant, de préférence, formée par un empilage convenable de plaques constituées, chacune, de deux nappes de fils rigides espacés entre eux dans chaque nappe et croisés par rapport aux fils de l'autre nap pe, de façon à former un treillis. L'invention a pour objet une vanne de réglage comportant - un corps formant un conduit présentant un orifice d'entrée et un orifice de sortie de fluide, - un siège solidaire de ce corps et situé dans le conduit entre lesdites ouvertures, - un clapet solidaire d'un piston susceptible d'être déplacé dans le conduit du corps et de coopérer avec ledit siège pour former un moyen de réglage de la section de passage d'un courant de fluide dans le conduit du corps. Selon l'invention, un élément à structure en treillis à base de fils distribués en nappes, suivant au moins deux directions parallèles à une direction de plan prédéterminée, est disposé dans le corps entre le siège et l'orifice de sortie et comporte une face, par exemple celle d'un alésage, appropriée au coulissement d'une partie correspondante de la face du piston. Le siège peut être espacé de cet élément en treillis et, par exemple, le bruit engendré par la détente d'un fluide compressible entre le siège et le clapet, pour une position du piston couvrant la face de coulissement, peut être atténué au cours de son écoulement dans un sens parallèle à l'axe dans les conduits sinueux de sa structure en treillis, comme il est expliqué en détail dans la demande précitée. Mais le piston peut découvrir plus ou moins partiellement la face de coulissement de la structure pour fournir des débits plus grands du fluide qui s'engage alors axialement et radialement dans la structure en treillis ou il se détend progressivement . Dans tous les cas, la direction de plan des nappes de la structure en treillis est, de préférence, perpendiculaire à la direction de l'axe du pistonclapet. En outre, cet élément à structure en treillis peut avantageusement résulter d'un empilage convenable de galettes découpées dans des plaques comportant, chacune, deux nappes d'éléments filiformes. Dans le cas d'un fluide incompressible, un tel empilage se présente sous la forme générale d'un cylindre alors que dans le cas d'un fluide compressible il se présente sous la forme d'un tronc de cône, pour tenir compte de l'accroissement de volume résultant de la détente du fluide. Enfin, le siège peut être appliqué directement sur la face libre de l'une ou l'autre des variantes à base d'empilage, décrites ci-dessus de sorte que seule la face de coulissement du piston est utilisée comme clapet pour-l'admission dans un "sens radial" du fluide dans la structure en treillis. On indiquera que l'encombrement d'une vanne équipée d'un tel empilage est analogue à celui d'une vanne munie de chicanes et de labyrinthes usuels tels que ceux décrits dans le brevet français nO 1.542.592 du 21 Juillet 1967 et qu'au surplus, des essais de réglage de débit d'un courant de vapeur d'eau dans cette vanne ont confirmé qu'une réduction d'au moins 20 décibels pouvait être assurée pour toutes les valeurs de ce débit. L'invention concerne, également, un processus de fabrication industrielle d'un élément à structure en treillis destiné à équiper un appareil du type de la vanne décrite plus haut On précisera que les particularités des conduits d'une telle structure sont sensiblement différentes de celles des matériaux poreux et appropriés à des applications de filtration. Ces "matériaux pour la filtrationS peuvent, en effet, procurer de bons résultats d'atténuation des effets nocifs d'une détente de fluide mais sont assez rapidement "colmatés* par les impuretés que peut transporter ce fluide. Au surplus, ils sont fragiles et présentent une résistance mécanique insuffisante pour supporter les pressions appliquées industriellement aux fluides. En particulier, les surfaces des fils de nappe doivent être parfaitement lisses ; toutes aspérités, telles que des bavures ou même des arêtes vives jouent un rôle de pièges retenant les impuretés que peut entrarner un fluide. De plus, les sections des conduits élémentaires de cette structure doivent être plus grandes que les dimensions de telles impuretés. Enfin, la disposition en nappe des fils dans la structure en treillis permet une distribution organisée des directions de conduits dans au moins trois directions; cette distribution pouvant être prédéterminée. Un tel processus de fabrication est basé sur un principe connu d'enrobage de plaques de treillis de fil dans un bain d'un métal à bas point de fusion, pour fournir un conglomérat dont la résistance mécanique est cependant suffisante pour permettre, sans difficultés, de traditionnelles opérations d'usinage. Ce procédé procure, ainsi, pour un prix de revient remarquablement petit, des éléments d'équipement tels que ceux mentionnés ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés lesquels, description et dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins, - la figure 1 représente en coupe axiale et verticale une vanne de réglage conforme à l'invention. - la figure 2 représente, schématiquement en perspective et en partie arrachée, un élément équipant la vanne de la figure 1. - les figures 3a, 3b représentent, respectivement en plan et en coupe transversale, une plaque en treillis utilisable pour la réalisation de l'élément de la figure 2. - les figures 4a, 4b représentent, respectivement en plan et en coupe transversale, une partie de l'élément de la figure 2. - la figure 5 concerne des courbes relatives à des résultats d'essais de la vanne de la figure 1. Sur la figure 1, on peut voir un corps de vanne 1 dont les parois résultent d'applications usuelles de processus de moulage et d'usinage. Ce corps pré.- sente un conduit coudé d'équerre et formé de - une première partie la rectiligne qui s'étend à partir d'une ouverture d'entrée bordée par une bride 2a jusqu'à un cul-de-sac 2b, - une deuxième partie cylindrique lb à axe perpendiculaire à celui de la partie la, débouchant dans cette dernière, prolongée par une troisième partie de forme tronconique et divergente lc, coaxiale à la deuxième partie lb et formant, par sa grande extrémité, une ouverture de sortie qui est équipée, grâce à des Zfileteges", d'une bride 2s. Ce corps comporte, en outre, un alésage aménagé coaxialement ai conduit tronconique lc, dans la paroi opposée à ce dernier et une tige 3 est montée d'une façon coulissante dans cet alésage grâce à des aménagements appropriés à une bonne étanchéité à l'encontre de la pression d'un fluide ; ces oménagements comprenant, entre autre, une bague 3a engagée dans une rainure annulaire de l'alésage pour former un joint d'étanchéité. Cette tige 3 s'étend en dehors du corps 1 et est attelée à un dispositif usuel (non représenté) permettant le réglage de sa position dans le corps 1 ; ce dispositif pouvant être manoeuvré sous un effet de pression pneumatique ou d'énergie électrique d'un signal pour en régler la position axiale par rapport au corps 1. L'extrémité interne, logée dans le conduit tronconique lc, de cette tige 3 est solidaire d'un élément cylindrique de section circulaire 4, coaxiale au conduit îc et présente un trou borgne ouvert seulement sur sa face transversale libre. Les dimensions radiales du conduit lb sont un peu plus petites que le diamètre de l'extrémité la plus petite du conduit tronconique îc de sorte que ces deux conduits sont raccordés l'un à l'autre par un redan dont une face transversale en forme de couronne circulaire lp peut constituer une butée pour un montage usuel par épaulement. Huit éléments de forme tronconique 5a à 5h, empilés convenablement les uns sur les autres, présentent des diamètres et des hauteurs respectives qui sont appropriés à un montage, sans jeu, de la face latérale tronconique de l'empilage 5 ainsi formé sur la face tronconique du conduit îc ; la face transversale, la plus petite, de cet empilage étant appliquée sur une couronne rigide 6 qui est adaptée à un engagement dans le redan d'épaulement lp alors que sur l'autre face transversa le, la plus grande, sont~appliquées fermement des parties adhoc d'un élément composite comprenant une bague 7, relativement mince dans le sens radial, grâce à un aménagement adéquat de la bride 2s. Cet élément 7 comporte des bandes de "fer plat" 7a disposées sur "chant" par rapport à la section de sortie de la bride 2s, assemblées par leurs bouts à la bague 7b et réparties suivant deux groupes de bandes espacées et parallèles entre elles ; les bandes d'un groupe étant perpendiculaires à celles de l'autre groupe et assemblées à ces dernières grâce à des entailles, pour constituer un "nid d'abeille" traditionnel dont les "tranches" peuvent supporter l'empilage 5. L'ouverture de sortie de la bride 2s présente un alésage dont le diamètre est adapté au diamètre "Ds" le plus grand, de l'empilage 5 et est un peu plus grand que celui de son ouverture de sortie pour former, également, une face de butée d'épaulement permettant de pousser la bague 7 sur le bord de l'empilage 5 grâce au filetage de montage de la bride 2s sur le corps 1. Enfin, le petit diamètre de la couronne 6 est approprié à un "glissement gras", dans le sens axial, du piston 4 et la partie centrale de l'empilage des galettes 5a à 5h comporte, également, un alésage de diamètre "Da", coaxial au conduit îc et adapté à un coulissement libre de ce piston 4. On indiquera ci-dessous comment ces galettes peuvent être réalisées à partir d'un même nombre de plaques en treillis, identiques entre elles ; ces galettes présentent donc des hauteurs "h", égales entre elles, et ne diffèrent les unes des autres que par leurs diamètres externes qui sont adaptés aux dimensions du conduit tronconique îc constituant leur logement. Dans l'exemple représenté sur les figures 3a, 3b, une telle plaque est constituée d'éléments filiformes et rectilignes 8, identiques entre eux, de section circulaire, disposés parallèlement les uns aux autres sous la forme d'une nappe plane et régulièrement espacés entre eux en ménageant un écart "e" qui est, ici, approximativement égal à deux fois le diamètre de chacun d'eux. Ces "fils" 8 sont posés sur les "fils" 9 d'une autre nappe, identique à la première nappe, grâce à une disposition croisée à 900 des directions générales des "fils" de ces deux nappes. On précisera que ces fils peuvent être en métal rigide dont la nature permet leur assemblage, en série industrielle, par des processus classiques de soudure électrique pour former une plaque en "treillis" "a" dont la configuration en plan est similaire à celle d'une plaque présentant des ajours de forme carré et de côté "e" mais dont deux côtés opposés sont situés à un niveau différent de celui de ses deux autres côtés. Pour réaliser l'une des galettes 5a à 5h, on pose une autre "plaque en treillis" "b", identique à cette plaque en treillis "a" sur cette dernière (figures 4a, 4b) ; les positions relatives des fils des nappes correspondantes 8a, 8b et 9a, 9b étant parallèles mais quinconcées de sorte que la plaque composite (qui peut être ainsi obtenue également par soudure) présente en plan des ajours carrés relativement petits et en nombre quatre fois plus grand que celui des ajours des plaques de base "a ou b". On pose et on assemble de même à cet ensemble, deux autres plaques en treillis "c, d", également identiques à la plaque "a" ; les positions de leurs fils 8, 9 étant, en plan, respectivement identiques à celles des fils correspondants de la plaque "a" et de la plaque "b". Puis on immerge cet ensemble de huit nappes de fils (croisés et quinconcés) dans un bain obtenu par fusion d'un métal à bas point de fusion ou même de plomb, pour obtenir après solidification de.ce métal de remplissage des ajours, un conglomérat qui se présente sous la forme d'un panneau relativement épais. En dépit de l'hétérogénéité due aux différences de nature des fils 8, 9 (qui peuvent être en acier inoxydable) et du métal de remplissage (qui peut être du plomb, de l'étain ou un alliage eutectique à bas point de fusion), ce conglo mérat présente néanmoins une résistance mécanique suffisante pour permettre de débiter dans ce panneau, par exemple par sciage, des disques puis d'appliquer à ces derniers des opérations traditionnelles de perçage, de tournage et même de rectification "à la meule" procurant des tolérances de fabrication très petites. On obtient ainsi des éléments dont les diamètres sont identiques à ceux des galettes 5a à 5h. II suffit, alors, de placer ces éléments dans une étuve ou un four approprié à la fusion du métal de remplissage pour éliminer ce dernier et obtenir les galettes de l'empilage 5. On conçoit que la vanne décrite plus haut et ainsi équipée peut être montée sur des tuyaux d'écoulement de vapeur d'eau sous pression par exemple et que le piston 4 peut être actionné automatiquement pour régler à une valeur prédéterminée, à volonté, un débit de ce courant de vapeur, comme il est expliqué ci-dessous. La couronne 6 forme un siège dont l'ouverture peut être fermée par la partie supérieure de ce piston 4 alors que ce dernier couvre la face latérale de l'alésage des galettes 5a à 5f par exemple. Lorsque le piston 4 est déplacé vers la bride 2s pour ouvrir le siège 6 en découvrant successivement des "nappes" des galettes 5a, 5b par exemple, la vapeur s'engage dans l'ouverture de ce siège puis entre les fils 8 et 9 de ces nappes pour s'écouler dans leurs ajours jusqu'à s'échapper par l'ouverture de la bride 2s. Cet écoulement s'effectue d'abord suivant des directions mdiales privilégiées (flèches fl, f2) qui sont celles des fils de la (ou des) première nappe et la vapeur se détend de proche en proche au cours d'un écoulement sinueux (flèches f3, f4) dans les ajours de communication des nappes adjacentes qu'elle rencontre successivement jusqu'à la face libre de la dernière galette 5h (flèche f5). Deux fils voisins dans une nappe forment, en effet pour le fluide, deux faces latérales, en regard, d'un couloir de guidage ou conduit dont le plancher et le plafond présentent des ajours relativement grands pour un écoulement du fluide vers d'autres couloirs ou conduits similaires, situés à des niveaux différents et orientés dans d'autres directions. On obtient, ainsi, un bon réglage du débit de ce courant et une excellente atténuation du bruit engendré par la détente de la vapeur, comme on peut l'apprécier sur le graphique de la figure 5 qui représente le niveau sonore "SPI", en fonction du "coefficient de débit" nCvN d'une vanne. On mppellera que le niveau de pression sonore, exprimé en décibels, est égal à vingt fois le logarithme, de base 10, de la valeur du rapport de la pression sonore de la source considérée au niveau de la pression sonore d'une source de référence prise égale à 0,0002 micro bar et que le coefficient de débit est égal au nombre de gallons américains (3,785 litres) d'eau traversant en une minute un étranglement produisant une perte de charge de 0,069 bar (une livre par pouce carré). Les courbes A, B de ce graphique ont été établies à partir d'essais à l'aide d'air sous une pression d'environ 4 bars effectifs. La courbe A concerne une vanne de trois pouces (75 mm), d'un type conforme à celle décrite dans le brevet nO 1.542.592 précité. La courbe B concerne une vanne conforme à l'invention et permettant un débit analogue à celui de la vanne mentionnée ci-dessus. II apportait clairement que, par rapport à cette dernière, l'invention permet une réduction de bruit au moins égale à 10 décibels, quelle que soit la valeur du débit et, par conséquent, une réduction de bruit d'au moins 20 décibels par rapport à une vanne dtun type traditionnel. On conçoit que la détente s'effectue principalement dans les nappes des premières galettes qu'elle rencontre alors que les dernières galettes procurent, surtout, une atténuation du bruit qu'engendre 6 détente du gaz dans les conduits sinueux A ce suiet, on indiquera que l'empilage tronconique pourrait être remplacé par un empilage cylindrique dont le diamètre serait analogue au diamètre le plus grand de la galette 5h ; l'efficacité d'utilisation des premières galettes cylindriques étant un peu moins bonne que celle des galettes tronconiques en raison d'un surplus de matière. De plus, le "tête" du piston 4 pourrait être aménagée sous la forme d'un clapet et un siège approprié à ce dernier pourrait être prévu dans le conduit lb ; la couronne 6 étant supprimée. Dans ce cas, l'empilage assurerait un amortissement du bruit engendré par la détente correspondant à une petite ouverture du siège, comme il est expliqué dans la demande précitée nO 74 16200, l'alésage étant fermé par le piston. Pour une position de ce dernier découvrant la partie haute de cet alésage, I'em- pilage se trouverait alimenté axialement et radialement. En outre, puisque pour une ouverture prédéterminée de la vanne le coefficient de débit "Cv" est proportionnel à la surface offerte au passage du fluide, on peut modifier la "caractéristique intrinsèque" de ce coefficient Cv en fonction de la course du piston par modification de la forme de la génératrice externe de l'élément à base de galettes en treillis (par exemple un arc de parabole "C", représenté en trait pointillé sur la figure 1). On peut ainsi corriger une tendance au fonctionnement par "tout ou rien" d'une vanne par modification de la forme de son élément en treillis. Enfin, des galettes cylindriques pourraient équiper des vannes ou des dispositifs similaires destinés à la détente d'un fluide maintenu dans un état incompressible pour éviter des phénomènes de cavitation. Bien entendu, on pourrait intercaler entre des galettes en treillis des plaques en forme de couronne pour réaliser des circuits sinueux de forme appropriée à des écoulements prédéterminés et en particulier modifier la "caractéristique intrinsèque" de coefficient de débit, comme mentionné ci-dessus. On remarquera que la vanne décrite plus haut et équipée d'un élément en treillis à base de galettes est relativement compacte et peu onéreuse ; son encombrement étant pratiquement similaire à celui d'une vanne de réglage classique. Un élément de galette, en treillis, est annexé à la présente demande de brevet. L'invention ayant été maintenant exposée et son intérêt justifié sur un exemple détaillé, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1. Vanne de réglage d'un courant de fluide, comportant - un corps formant un conduit présentant un orifice d'entrée et un orifice de sortie de fluide, - un siège solidaire de ce corps et situé dans le conduit entre lesdits orifices, - un clapet solidaire d'un piston susceptible d'être déplacé dans ledit conduit et de coopérer avec le siège, caractériséeen ce qu'un élément à structure en treillis à base de fils distribués en nappes, suivant au moins deux directions différentes, est disposé dans le corps entre le siège et l'orifice de sortie et comporte une face appropriée au coulissement d'une partie correspondante de la face de piston. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège est espacé de l'élément en treillis et est adapté à un clapet aménagé sur la tête d'un piston. 3. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège est appliqué directement sur une face de l'élément en treillis et est adapté à sa fermeture par la face de coulissement du piston. 4. Vanne selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que l'élément à structure en treillis se présente sous la forme d'un empilage de galettes découpées dans des plaques comportant, chacune, deux nappes d'éléments filiformes. 5. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément à structure en treillis se présente sous la forme d'un tronc de cône. 6. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément se présente sous la forme d'un cylindre droit. 7. Vanne selon l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisée en ce que l'élément à structure en treillis comporte des éléments de plaque en forme de couronne, intercalés entre des nappes de fils de cette structure en treillis. 8. Elément à structure en treillis destiné à équiper, notamment, une vanne selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte des conduits formés, chacun, par deux faces latérales d'éléments filiformes et présentant sur des faces de plancher et de plafond des ajours de communication avec d'autres conduits similaires, situés à des niveaux différents et orientés dons d'autres directions. 9. Elément selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme de galettes comportant, chacune, au moins deux nappes d'éléments filiformes . 10. Elément selon la revendication 9, caractérisé en ce que sa partie centrale comporte un alésage dont l'axe est pratiquement perpendiculaire à la direction de plan des nappes d'éléments filiformes. 11. Procédé de fabrication d'un élément selon l'une des revendications 8, 9 ou 10, à partir d'éléments de parois, notamment de plaques en treillis de fils, consistant à - disposer suivant au moins deux directions différentes, des éléments de paroi pour former une plaque présentant des conduits sinueux, - assembler entre eux, notamment par soudure, lesdits éléments, caractérisé en ce qu'il consiste en outre - à immerger la plaque ainsi obtenue dans un bain obtenu par fusion d'un métal à bas point de fusion, - à refroidir le conglomérat ainsi obtenu pour obtenir un panneau rigide, - à débiter dans ce panneau, notamment par sciage, des éléments, - à appliquer auxdits éléments des opérations traditionnelles d'usinage, - à éliminer, par fusion, le métal d'enrobage.