Brevet FR2436922A1 — publié le 19800418

La présente invention concerne d'une manière générale le contrôle d'un écoulement fluide, soit qutil s'agisse d'en régler le débit, soit qu'il s'agisse d'y induire une perte de charge. S'agissant d'un réglage de débit, les vannes de régulation usuellement mises en oeuvre dans ce but comportent le plus souvent, dans un corps creux, et entre une entrée et une sortie de ce corps creux, un organe d'étranglement monté mobile entre deux positions extrêmes, l'une pour laquelle il laisse un libre passage à 1' écoulement fluide à contrôler, et l'autre pour laquelle il est interposé sur celui-ci, éventuellement jusqu'à interruption totale de cet écoulement. De telles vannes de régulation, dans lesquelles le réglage de débit à assurer est obtenu par laminage de l'écoulement fluide concerné ou décollement de celui-ci, présentent divers inconvénients. Tout d'abord, par leur principe même, ces vannes de régulation utilisent la turbulence pour dissiper l'énergie, et cette turbulence, qui peut etre forte, est source de bruit et de vibrations pouvant etre à l'origine de destructions pour les structures en cause. En outre, il se développe usuellement, sur les surfaces de ces vannes de régulation, des dépressions suffisantes pour donner naissance à un phénomène de cavitation entraînant une détérioration des structures en cause, et une instabilité de l'écoulement, également source de bruit et de vibrations. Enfin, la latitude de réglage en débit qu'autorisent ces vannes de régulation est le plus souvent concentrée au voisinage de la position extrême de leur organe d'étranglement correspondant à la valeur minimale, éventuellement nulle, de ce débit, et ne se répartit donc pas uniformément sur toute la course de cet organe d'étranglement. S'agissant par ailleurs d'induire localement une perte de charge déterminée dans un écoulement de fluide, il a déåà été proposé un dispositif, communément connu sous le nom de "dispositif de THOI4AS, comportant un corps creux à paroi latérale de révolution, en pratique cylindrique, une entrée formant un piquage tangentiel vis-à-vis de ladite paroi latérale cylindrique de ce corps creux, et une sortie formant un piquage axial vis-à-vis de cette paroi cylindrique, cette sortie s'étendant dans la zone médiane du corps creux, dans l'axe de la paroi latérale cylindrique de celui-ci ; du fait de sa pénétration tangentielle dans le corps creux, l'écoulement fluide à contrôler se trouve mis en rotation dans celui-ci, et la perte de charge recherchée est obtenue par le frottement interne au fluide résultant de cette rotation entre les couches concentriques de celui-ci. Mais cette perte de charge est fixe, et, à débit donné, c'est"-àSdire à vitesse d'entrée donnée, clle ne dépend que des caractéristiques géométriques du dispositif mis en oeuvre. IL ce jour, un tel dispositif de THOMAS, qui permet avanta geusement l'obtention d'une perte de charge par effet vortex, sans turbulence, n'est pas à même d'assurer par lui-même un réglage de cette perte de charge, ni un quelconque contrôle de débit. La présente invention a d'une manière générale pour objet l'application d'un tel dispositif à la constitution d'une vanne de régulation propre au contraire à assurer un réglage de débit et/ou de perte de charge. La vanne de régulation suivant l'invention est donc du genre comportant, dans un corps creux à paroi latérale de révolution, entre une entrée et une sortie de ce corps creux, un organe d' étranglement monté mobile entre deux positions extrêmes, l'une pour laquelle il laisse un libre passage audit écoulement, l'autre pour laquelle il est interposé sur celui-ci, et est caractérisée en ce que, en combinaison, ladite entrée s'étend radialement visà-vis de la paroi latérale du corps creux, ladite sortie s'étend axialement vis-à-vis de cette paroi latérale, dans la zone médiane du corps creux, et l'organe d'étranglement est un volet de contrôle, qui est disposé au débouché dans le corps creux de ladite entrée, transversalement vis-à-vis de ce débouché, et qui est monté pivotant autour d'un axe parallèle à celui de la paroi latérale du corps creux. Une telle vanne de régulation permet de régler le débit de ltécoulement fluide à contrôler, sans engendrer de turbulence au sein de cet écoulement, et donc, sans bruit ni érosion. En effet, suivant sa position, le volet de contrôle qu'il comporte permet, soit de laisser passer librement cet écoulement fluide, celui-ci traversant au plus court le corps creux dans lequel il pénètre radialement, directement de l'entrée de ce corps creux vers la sortie de celui-ci, sans perte de charge notable, soit, au contraire, par son inclinaison sur cette direction ra diale d'entrée, d'imprimer une rotation à 11 écoulement fluide lors de sa pénétration dans le corps creux, qui oblige cet écoulement fluide à tourner dans ce corps creux avant d'en sortir, avec dissipation concomitante d'énergie par frottement entre couches de fluide concentriques, et qui est d'autant plus rapide que le volet de contrôle est plus proche de sa position de fermeture. Autrement dit, la vanne de régulation suivant l'invention tire profit d'une rotation plus ou moins grande du fluide dans la chambre que forme son corps creux, l'énergie étant dissipée dans cette chambre, par le frottement interne du fluide, ainsi qu'à l'aval de la vanne, par amortissement de la rotation du fluide. Par ailleurs, la capacité de régulation du volet de contrôle de la vanne de régulation suivant l'invention s'étend avantageusement sur toute la course de fermeture de celui-ci. En outre, du fait de la rotation dont il est à l'origine pour l'écoulement fluide contrôlé ce volet de contrôle est luimême l'objet, de la part de cet écoulement fluide, sur sa face aval, d'une contre pression empêchant toute apparition à cet endroit d'un quelconque phénomène de cavitation susceptible d'en entraîner une détérioration. Dans le cas d'une baisse de pression très forte en aval, seul le centre du vortex formé dans le fluide par rotation de celui-ci peut être l'objet d'un phénomène de cavitation, mais celui-ci prenant ainsi naissance au sein même de ce fluide, à distance de toute paroi ou organe de la vanne de régulation concerné, n1 est avantageusement pas susceptible d'être à l'origine d'une quelconque détérioration d'une telle paroi ou d'un tel organe. En fait, même dans le cas extrême où la pression de vapeur au centre du vortex formé est ainsi atteinte, la pression en paroi reste élevée, grâce au gradient radial de pression engendré par la force centrifuge. Cette caractéristique d'auto-protection de la vanne de régulation suivant l'invention est inhérente à son principe même de fonctionnement, et ne découle pas seulement d'un mode particulier de fabrication. Autrement dit, elle constitue une sécurité qui lui est in trinsè que. lies caractéristiques et avantages de l'invention ressorti ront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels la figure I est une vue en coupe transversale d'une vanne de régulation suivant l'invention, selon la ligne I-I de la figure 2, pour la position d'ouverture du volet de contrôle que comporte cette vanne de régulation la figure 2 est, avec des arrachements locaux, une vue en plan de cette vanne de régulation, suivant la flèche II de la figure I les figures 3 et 4 sont des vues en coupe transversale analogues à celle de la figure 1, pour diverses positions de fermeture du volet de contrôle de la vanne de régulation concernée la figure 5 est une vue en coupe axiale d'une variante de réalisation de la vanne de régulation suivant l'invention, suivant la ligne V-V de la figure 6 la figure 6 est une vue en coupe transversale de cette variante, suivant la ligne VI-VI de la figure 5. Conformément à la forme de réalisation représentée sur les figures, une vanne de régulation suivant l'invention comporte, à la manière d'un dispositif de TIIOMAS, un corps creux 10, à paroi latérale de révolution Il et flasques transversaux de fermeture 12, 13, une entrée 14, raccordée latéralement à la paroi latérale 11, et une sortie 15 s'étendant axialement vis-à-vis de cette paroi latérale 11, dans la zone médiane du corps creux 10, et plus précisément, dans l'exemple de réalisation représenté, dans la zone médiane du flasque de fermeture 13 de ce corps creux 10, dans l'axe de la paroi latérale 17 de celui-ci. Dans l'exemple de réalisation représenté, la paroi latérale de révolution 11 du corps creux 10 est cylindrique. Mais il n'en est pas obligatoirement ainsi, cette paroi pouvant au contraire être par exemple conique ou torique. En outre, dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 4, l'embout de raccordement 24 avec lequel l'entrée 14 est en continuité est radial, tandis que l'embout de raccordement 25 avec lequel la sortie 15 est en continuité est axial. Quoi qu'il en soit, suivant l'invention, l'entrée 14 s'étend par elle-même radialement vis-à-vis de la paroi latérale 11 du corps cireux 10, et, au débouché 16, dans celui-ci, de cette entrée 14, est disposé un volet de contrôle 18, qui est monté pivotant autour d'un axe 19 parallèle à celui de la paroi latérale 11, transversalement vis-à-vis du débouché 16, et qui constitue un organe d'étranglement monté ainsi mobile entre deux positions extrêmes, l'une pour laquelle il laisse un libre passage à 1' écoulement fluide à contrôler, figure 1, l'autre pour laquelle il est interposé sur celui-ci, figure 4, éventuellement jusqu'à interruption totale de cet écoulement fluide. De préférence, des moyens de commande, non représentés sur les figures, et non décrits en détail ici, car relevant de l'hou me de l'art, sont appliqués à l'axe 19 du volet de contrôle 18 pour permettre la manoeuvre de ce volet de contrôle. En pratique, dans l'exemple de réalisation représenté, le volet de contrôle 18 va en s'effilant de son axe de pivotement 19 à son extrémité libre 20, et il est monté pivotant à la faveur d'un décrochement local 21 de la paroi latérale 11 du corps creux 10, au débouché 16 de l'entrée 14 dans celui-ci. Ce décrochement 21 est établi de manière à déterminer, pour le volet de contrôle 18, une position extrême d'ouverture, figure 1, pour laquelle ce volet de contrôle 18 est oblique vis-à-vis de l'axe de l'entrée 14, et forme donc un divergent avec la partie opposée 22 de la paroi latérale 11 du corps creux 10, c'està-dire la partie de cette paroi située en face de ce décrochement 21. De préférence, et tel que représenté, cette partie 22 de la paroi latérale Il du corps creux 10 forme elle-même un autre décrochement, qui est globalement arrondi à la manière d'un congé, pour une bonne régularité de l'écoulement du fluide à contrôler. Pour la position extrême d'ouverture représentée à la figure 1, le volet de contrôle 18 laisse un libre passage à l'écoulement fluide qui, tel que schématisé par des flèches SS, pénètre radialement dans le corps creux 10, par l'entrée 14, et se dirige directement vers la sortie axiale 15, sans rotation ni turbulence, tel que schématisé par des flèches F2, figures n et 2. Dès que le volet de contrôle 18 est écarté de cette position extrême d'ouverture, il imprime une rotation à l'écoulement fluide pénétrant dans le corps creux 10, tel que schématisé par des flèches F3 sur les figures 3 et 4, et cette rotation est d'autant plus rapide que ce volet de contrôle 18 est proche de sa position extrême de fermeture. Tel que mentionné ci-dessus, pour cette position extrême de fermeture, le volet de contrôle 18 peut interrompre totalement l'écoulement fluide à contrôler, des moyens d'étanchéité, non représentés sur les figures, étant par exemple prévus à cet effet sur ce volet de contrôle 18 et/ou sur les portions du corps creux 10 avec lesquelles il coopère. Pour sa position d'ouverture, le volet de contrôle 18 forme un divergent avec le décrochement opposé 22 de la paroi latérale 11, ce qui minimise la perte de charge pour une telle position d'ouverture. Pour toutes les autres positions du volet de contrôle 18, la rotation induite par celui-ci entraîne une perte de charge fonction de la position de ce volet de contrôle. Bien que contrôlant ainsi la perte de charge assurée par la vanne de régulation suivant l'invention, le volet de contrôle 18 de celle-ci ne supporte qu'une faible partie de cette perte de charge, car il baigne totalement dans le fuide contrôlé et qu'il est l'objet de la part de celui-ci, sur sa face aval, c'est-àdire sur sa face opposée au débouché 16 de l'entrée 14, d'une contre pression sensiblement égale à la pression qui lui est appliquée sur sa face amont par l'écoulement fluide entrant. En pratique, le volet de contrôle 18 s'étend transversalement d'un des flasques 12, 13 du corps creux 10 à l'autre, parallèlement à son axe de pivotement 19, et, de cet axe de pivotement à son extrémité libre 20, sa longueur est inférieure à l'écart radial entre la paroi latérale Il de ce corps creux et la sortie axiale 15 que comporte celui-ci. La dissipation d'énergie dans le corps creux 10 se faisant essentiellement par frottement de couches de fluide concentriques en rotation, elle ne produit ni bruit ni érosion. La rotation de ce fluide est seulement à l'origine d'un vortex central, et ce n'est qu'au sein d'un tel vortex que peut éventuellement prendre naissance un quelconque phénomène de cavitation. Suivant la variante de réalisation illustrée par les figures 5 et 6, les embouts de raccordement 24, 25 de la vanne sont avantageusement en ligne l'un avec l'autre, ce qui peut faciliter 1' implantation de cette vanne. Mais l'entrée 14 du corps creux de cette vanne continue à s'étendre globalement radialement vis-àvis de la paroi latérale Il de celui-ci. En outre, dans cette variante, le volet de contrôle 18 est porté obliquement par lln boisseau 26 par 1 equel transite le fluide entrant ; ce boisseau est à cet effet ouvert à une de ses ex trémités et latéralement. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite et représentée mais englobe toute variante d'exécution. En particulier, l'embout de raccordement 25 avec lequel la sortie 15 est -en continuité peut avantageusement être divergent ou comporter intérieurement un organe de guidage, pour ralentissement de la rotation du fluide sortant du corps creux 10. RDDEDI CAmIONS 1. Vanne de régulation pour écoulement fluide, du genre comportant, dans un corps creux à paroi latérale de révolution, entre une entrée et une sortie de ce corps creux, un organe d' étranglement monté mobile entre deux positions extrêmes, l'une pour laquelle il laisse un libre passage audit écoulement, l'autre pour laquelle il est interposé sur celui-ci, caractérisée en ce que ladite entrée s'étend radialement vis-à-vis de la paroi latérale de révolution du corps creux, ladite sortie s' étend axialement vis-s-vis de ladite paroi latérale de révolution, dans la zone médiane du corps creux, et l'organe d'étranglement est un volet de contrôle qui est disposé au débouché dans le corps creux de ladite entrée, transversalement vis-à-vis de ce débouché, et qui est-monté pivotant autour d'un axe parallèle à celui de la paroi latérale de révolution du corps creux, ce volet de contrôle étant ainsi apte à induire une rotation plus ou moins grande du fluide concerné dans ledit corps creux. 2. Vanne de régulation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le volet de contrôle est monté pivotant à la faveur d'un décrochement local de la paroi latérale de révolution du corps creux au débouché dans celui-ci de l'entrée qu'il comporte. 3. Vanne de régulation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le décrochement de la paroi latérale de révolution dans lequel est monté pivotant le volet de contrôle détermine pour celui-ci une position extrême d'ouverture pour laquelle il est oblique vis-à-vis de l'axe de l'entrée et forme donc un divergent avec la partie opposée de ladite paroi latérale de révolution, c'est-à-dire la partie de cette paroi située en face dudit décrochement. 4. Vanne de régulation suivant l'une quelconque des revendications 2, 3, caractérisée en ce que, en face du décrochement dans lequel le volet de contrôle est monté pivotant, la paroi latérale de révolution comporte un autre décrochement, qui est globalement arrondi à la manière d'un congé. 5. Vanne de régulation suIvant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le volet de contrôle va en s'effilant, de son axe de pivotement à son extrémité libre. 6. Vanne de régulation suIvant l'une quelconque des revendications I à 5, et dont la sortie. est an continuité avec un embout de raccordement, caractérisée en ce que ledit e-1bout de raccordement est divergent, ou comporte intérieurement un organe de guidage, pour ralentissement de la rotation du fluide sortant de son corps creux.