Brevet FR2350532A1 — publié le 19771202

La présente invention concerne une vanne-d'alimenta- tion télécommandée pour canalisation de fluide, cette télécomman- de étant notamment assurée par des moyens électromagnétiques. Une telle vanne est par exemple destinée à commander le passage corps d'eau chaude dans un/de chauffe, ou de fluide frigorigène dans un echangeur sous l'action drun signal électrique de commande. Cette vanne peut encore être utilisée pour tout usage similaire. On connaît déjà des vannes utilisant un clapet obturateur ddplaçable dans le sens du courant par rapport à un orifice de passage, le déplacement étant commandé par un vérin ou par tout autre organe moteur. Dans de tels dispositifs, le clapet est soumis au courant de fluide et doit être positivement maintenu soit en position ouverte, soit en position fermée, soit dans les deux positions. On doit donc utiliser des moyens de commande irré- versibles, qui entratnent des frottements importants, ou des organes moteurs à action continue dont les systemes de commande sont compliqués et qui consomment de énergie. De plus, il est en général indispensable de placer les organes moteurs en dehors du fluide, ce qui nécessite l'em- ploi d'une tige ou d'un axe traversant un presse-étoupe. Ceci entrasse des frottements parasites et des risques de fuites. On connaît également des dispositifs du genre "antiretour" dans lesquels le clapet, notamment en forme de bille, est libre de s'écarter ou de stappliquer sur le siège sous la seule action du fluide Cependant, ces appareils très simples ne comportent aucun organe de commande permettant d'interdire à volonté le passage dans le sens normalement autorisé, et ne peuvent donc être utilisés comme vannes. Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'une vanne ne présentant pas les inconvénients ci-dessus, dont la structure interne soit aussi simple que celle d'un clapet anti-retour à bille et qui puisse être-commandée par impulsions sans qu'aucune action continue ne soit nécessaire ni en position ouverte, ni en position fermée. Conformément à l'invention, la vanne d'alimentation télécommandée, notamment par des moyens électromagnétiques, comprend un corps muni d'un passage sur lequel un obturateur déplaçable est plaqué en position fermée par la pression d'alimentation, et elle est caractérisée en ce qu'elle comporte un logement pour l'effacement de l'obturateur en position ouverte, ce logement étant disposé transversalement par rapport au sens de l'écoulement du fluide dans l'orifice. L'obturateur, qui se trouve déjà placé de manière stable en position fermée sur l'orifice de passage qu'il-obture, se trouve par ailleurs situé en dehors du courant de fluide lorsque, en position d'ouverture, il laisse dégagé l'orifice de passage. De préférence, l'obturateur peut aussi être effacé de manière stable dans le logement en position ouverte, par exemple en étant situé plus bas lorsqu'il est effacé dans celui-ci que lorsqu'il est plaqué sur l'orifice. L'obturateur possède alors deux positions stables correspondant respectivement à l'ouverture et à la fermeture de la vanne, et il suffit, pour interrompre ou rétablir le débit. de fluide, de la faire passer de l'une à l'autre de ces positions par des commandes de courte durée. L'obturateur peut avantageusement être constitué par une bille qui se déplace librement dans un canal tubulaire entre une paroi située au-delà de l'orifice et une butée limitant la partie du logement occupée par la bille quand elle est effacée, ce canal tubulaire étant percé de-deux ouvertures diamétralement opposées, une ouverture d'entrée et l'orifice de passage. La forme sphérique de la bille et son adaptation au canal tubulaire facilitent ses déplacements entre les deux positions stables précitées. Suivant un mode de réalisation préféré, la vanne conforme à l'invention peut de plus comporter un électro-aimant de commande de fermeture muni des pièces polaires disposées de part et d'autre du corps au voisinage de la place occupée par la bille en position fermée et un électro-aimant de commande d'ouverture muni de pièces polaires disposées de part et d'autre du corps au voisinage de la place occupée par la bille en position ouverte, la bille étant réalisée en matériau magnétique. Cette disposition complète harmonieusement la struc ture de la vanne en permettant de réaliser à l'aide d'impulsions électriques les commandes de courte durée précitées.- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples nonlimitatifs, on a représenté un mode de réalisation particulier de l'invention. - la figure 1 est une coupe longitudinale, vue en élévation suivant I-I de la figure 2, d'une vanne conforme à 1' in- vention - la figure 2 -est une vue de dessus en oblique, avec arrachements, suivant II de -la figure 1 - la figure 3 est une vue avec arrachements des électroaimants seuls, en coupe suivant I-I de la figure 2 ; - la figure 4 est une coupe oblique suivant IV-IV de la figure 1. La vanne télécommandée d'alimentation 1 représentée aux figures est destinée à être intercalée entre une canalisation amont et une canalisation aval, en particulier dans le circuit corps d'alimentation en eau chaude d'un/de cha1lft. Télécommandée par des moyens électromagnétiques, la vanne 1 comporte essentiellement un corps creux 2 réalisé en matériau non magnétique et présentant un passage ' entrée 2a et un -pa-ssage de sortie 2b munis de filetages pour le-raccordement des canalisations amont et aval. Un orifice de passage 3 est disposé ~obliquement dans le corps 2 et met en communication les orifices 2a et 2b lorsque la vanne 1 est en position ouverte. En position fermée, un obturateur constitué par une bille 4 en matériau magnétique est plaqué sur l'orifi- ce 3 par la pression différentielle .existant entre les orifices 2a et 2b. La vanne 1 comporte également un logement 5 disposé dans le corps 2 suivant une direction transversale par rapport à celle de l'écoulement du fluide dans l'orifice 3, ce logement 5 étant placé en regard de la bille 4 en position. fermée, et celleci s'y trouve effacée en dehors de~la zone d'écoulement lorsque la vanne 1 est ouverte. Suivant un mode de réalisation préféré, le corps 2 est réalisé par moulage en métal non magnétique ou en matière plastique. Dans la version représentée, la vanne 1 est destinée à être mise en place sur une canalisation sensiblement horizontale d'axe X-X', le logement 5 et le passage 3 étant disposés tous deux au-dessous de l'axe X-X', suivant des directions sensiblement perpendiculaires entre elles et situées sensiblement à l'aplomb de l'axe X-X' en service. Le logement 5 est constitué en particulier par une partie d'un canal tubulaire 10 incliné sur l'axe X-X' dans lequel se déplace librement la bille 4. Dans la réalisation représentée, le canal 10 est incliné de 300 environ sur l'axe X-X'. Deux obstacles sont disposés dans le canal 10, de part et d'autre de l'orifice 3, pour limiter les déplacements de la bille 4. Le premier de ces obstacles est constitue par une paroi 12 fermant l'extrémité la plus haute en service du canal 10, et qui est située au-delà de la bille 4 lorsque celle-ci se trouve en place sur l'orifice 3. De l'autre côté du canal 10, le second obstacle est constitué par une butée axiale constituée, dans la réalisation représentée, par une tige de saillie réglable 11 portée par un bouchon lia vissé dans le canal 10. Le canal tubulaire 10 est également percé de deux ouvertures radiales diamétralement opposées, une ouverture d'entrée 13 placée au voisinage d'une génératrice supérieure du canal 10 et communiquant avec le passage 2a précité, et une ouverture de sortie 14 communiquant avec le passage 2b précité et dans laquelle est montée, par exemple par vissage, une douille 15 définissant le passage 3 et terminée à son extrémité intérieure au canal -10 par un siège circulaire 16 adapté pour recevoir la bille 4. Un bouchon vissé 20 amoVible est placé dans la paroi du corps 2, dans l'alignement de la douille 15 dont son diamètre permet le passage après démontage. Un ensemble amovible de commande électromagnétique 30, représenté séparément à la figure 3, est monté en service sur le corps 2. Cet ensemble 30 comprend un électro-aimant de fermeture 31 et un électro-aimant d'ouverture 32. LtElectro-aimant 31 comporte un circuit magnétique en U 31 (figure 4) dont chacune des branches porte un enroulement a inducteur 33 et, à son extrémité libre, une pièce polaire 34 présentant une surface terminale d'entrefer 35 et fixée par une vis 36. Les deux surfaces 35 sont disposées l'une en regard de l'autre et sont exactement adaptées aux surfaces externes 37 du canal tubulaire 10. Dans la version représentée à la figure 4, les surfaces 37, ainsi que les surfaces 35 précitées, ont la forme de portions de cylindres d'axe parallèle à la direction- du canal 10. L'électro-aimant d'ouverture 32 comporte également un circuit 31a, des enroulements 33 et une paire de pièces polaires 40 (figures 3 et 4) dont les surfaces terminales en regard 41 présentent ia même forme que les surfaces 35 et sont placées dans leur aligee ent de manière à epouser, commeelles, les surfaces 37. Lorsque l'ensemble 30 est monté sur le corps 2, les pièces polaires 34 et 40 sont engagées par glissement dans deux gorges 42 ménagées symétriquement dans le corps 2, de part et d'autre du canal tubulaire 10, et parallèlement à celui-ci, et dont les fonds constituent les surfaces 37.Les surfaces 35 d'entrefer des pièces polaires 34 dè fermeture sont alors situées sensiblement en regard de la position de la bille 4 lorsqu'elle se trouve en appui sur le siège 16 (position A, représentée en trait plein sur la figure t) tandis que les surfaces d'entrefer ki des pièces polaires d'ouverture 40 se trouvent sensiblement en regard de la position que prend la bille 4 lorsqu'elle est effacée dans le logement 5, en appui sur la butée 11 (position B, représentée en traits interrompus sur la figure 1). Les électro-aimants 31 et 32 sont solidarisés entre eux par deux étriers 45 en matériau non magnétique, chacun de ces étriers 45 recevant par encastrement une pièce polaire 34 et une pièce polaire 40, et étant prolongé, du côté du passage 2a, par un crochet 46 engagé élastiquement dans une gorge correspondante 47 du corps 2 lorsque l'ensemble 30 est monté à la place requise. Des tétons 50 sont ménagés sur les deux faces externes des pièces de solidarisation 45 pour l'accrochage d'un capot prismatique 51. Lorsqutelle est placée dans un circuit comportant un élément moteur tendant à provoquer la circulation d'un fluide du passage 2a vers le passage 2b, tel qu'une pompe ou un dispositif à thermosiphon, le fonctionnement de la vanne 1 qui vient autre décrite est le suivant : La bille 4 étant dans la position A (figure 1) se trouve en appui sur son siège 16, obstrue l'orifice 3 et interdit toute circulation de fluide du passage 2a au passage 2b. L'action de l'organe moteur précité provoque alors une surpression dans le passage 2a par rapport au passage 2b, et la bille 4 se trouve ainsi soumise à une pression différentielle qui, en l'appliquant sur le siège 16, la maintient dans la position 1.En l'absence de toute perturbation extérieure telle qu'un signal de commande, la bille 4 reste donc en place et la vanne 1. se maintient en position fermée. Si lton alimente alors en énergie électrique les enroulements inducteurs 33 de l'électro-aimant d'ouverture 32, le champ magnétique créé dans le canal 10 au droit des surfaces polaires 41 traverse les surfaces non-magnétiques du corps 2 et sollicite la bille 4 dont il provoque l'attraction vers la position B. La bille 4 quitte alors la position A et vient se placer en B dans le logement 5, libérant ainsi l'orifice 3 et permettant à une circulation de fluide de s'établir du passage 2a vers le passage 2b. Du fait de l'inclinaison descendante du canal 10 vers la butée 11, la bille 4 se trouve appuyée par son propre poids contre a butée 11, et reste en place, même après la disparition du champ magnétique de commande. On voit donc qu'une courte impulsion électrique envoyée à l'électro-aimant d'ouverture 32, suffit à faire passer la bille de la position A dans la position B où elle demeure ensuite de manière stable,et à provoquer ainsi l'ouverture durable de la vanne 1.. A l'inverse, si lton alimente en énergie électrique l'enroulement inducteur 33 de l'électro-aimant de fermeture 31, la bille 4 va se trouver attirée vers la position A par le champ magnétique résultant, et va remonter par le canal 10 pour venir s'appliquer sur le siège 16, interrompant ainsi la circulation de fluide, et provoquant la création, entre les passages 2a et 2b, d'une pression différentielle suffisante pour la maintenir en place après la disparition du champ magnétique de commande. On voit donc que, comme dans le cas de l'ouverture, la fermeture de la vanne 1 peut 8tre-provoquée par un signal de courte durée envoyé à l'électro-aimant 31. Il est ainsi possible de commander le fonctionnement de la vanne 1 conforme à 1 'invention en utilisant uniquement des impulsions électriques de courte durée ne nécessitant qu'une énergie très faible et utilisant le circuit de commande dimensionné pour une puissance réduite. Par ailleurs, le montage et le démontage de l'ensem- ble 30 par simple glissement des pièces polaires 34 et 40 dans les gorges 42, est extr8mement aisé et permet de remplacer sans difficulté l'ensemble 30 en cas d'incident. La bille 4 et la douille 20 peuvent aisément être démontés pour entretien en démontant les 'bouchons lia et 20. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d r être décrit et que de nombreuses autres variantes sont possibles. En particulier, la direction relative de l'axe X-X et du canal 10 pourraient être modifiées, notamment dans le cas de vannes 1 à placer sur des canalisations inclinées ou verticales. Ainsi, l'orifice 3 pourrait Qtre disposé suivant l'axe X-X, le canal tubulaire étant orienté transversalement par rapport audit axe X-X. Les circuits magnétiques 31a des électro-aimants 31 et 32 devraient alors avoir une forme coudée pour éviter le corps 2. Par ailleurs, lBobturateur pourrait ne pas être une bille, mais présenter une forme différente, à condition que la section du canal 10 soit adaptée pour permettre son déplacement libre et que le siège 16 ait un profil correspondant, assurant l'étanchéité en position A. Les passages 2a et 2b pourraient ne pas être placés dans l'alignement l'un de l'autre, ce qui permettrait de placer la vanne dans un angle. Enfin, l'ensemble 30 30 pourrait ne comporter qu'un seul électro-aimant correspondant par exemple à la position A de la bille 4, celle-ci étant ramenée en position B par un ressort disposé notamment dans le canal 10, ltouverture de la vanne 1 n'étant alors obtenue que lorsque l1électro-aimant est alimenté en courant électrique. Egalement, la vanne 1 décrite pourrait comporter des -moyens de comptage du temps d'ouverture mis en route et arrêtés respectivement lors des mouvements de la bille de A vers B et de B vers A, ces moyens pouvant par exemple être actionnés par les impulsions électriques de commande envoyées aux électro-aimants 32 et 310 La vanne 7 étant soit totalement ouverte, soit totalement fermée, ces moyens permettraient d'obtenir de manière simple et peu coûteuse soit un comptage énergétique, soit un comptage du fluide débité. REVEWDICATIONS 1. Vanne d'alimentation télécommandée, notamment par des moyens électromagnétiques, comprenant un corps muni d'un orifice de passage sur lequel un obturateur déplaçable est plaqué en position fermée par la pression d'alimentation, caractérisée en ce qu'elle comporte un logement pour l'effacement de l'obtu- rateur en position ouverte, ce logement étant disposé transversalement par rapport à la direction de l'écoulement du fluide dans l'orifice. 2. Vanne conforme à la revendication 1; caractérisée en ce que, en service et en position ouverte, l'obturateur est effacé de manière stable dans le logement. 3. Vanne conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que, en service, l'-obturateur se trouve situé plus bas lorsqu'il est effacé dans son logement que lorsqu'il est plaqué sur l'orifice de passage. 4. Vanne conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'obturateur est constitué par une bille qui se déplace librement dans un canal tubulaire entre une paroi située au-delà de l'orifice et une butée limitant la partie du logement occupée par la bille quand elle est effacée. 5. Vanne conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que le canal tubulaire est percé de deux ouvertures diamétralement opposées comprenant une ouverture d'entrée et l'orifice de passage 6. Vanne conforme à l'une des revendications i à 5, caractérisée en ce que l'orifice est disposé obliquement par rapport à la canalisation. 7. Vanne conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'orifice est sensiblement aligné sur la canalisation. 8. Vanne conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un électro-aimant de commande de fermeture muni des pièces polaires disposées de part et d'autre du corps au voisinage de la place occupée par ltobturateur en position fermée, la bille étant réalisée en matériau magnétique et le corps en matériau non magnétique. 9. Vanne conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un électro-aimant de commande d'ouverture muni de pièces polaires disposées de part et d'autre du corps au voisinage de la place occupée par l'obturateur en position ouverte, la bille étant réalisée en matériau magnétique et le corps en matériau non magnétique. 10. Vanne conforme à l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'au moins un électro-aimant comporte un circuit magnétique en U chevauchant le corps de la vanne. 11. Vanne conforme à l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que les pièces polaires d'au moins un électroaimant ont une forme adaptée à la forme extérieure du canal tubulaire sur lequel elles sont engagées par glissement et de manière amovible en service. 120 Vanne conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens de comptage du temps d'ouverture mis en route lorsque l'obturateur passe de la position de fermeture à la position d'ouverture et arrêtés lorsque la bille passe de la position d'ouverture à la position de fermeture.