Brevet FR2462638A1 — publié le 19810213

SOUPAPE DE COMMANDE. La présente invention concerne une soupape de com- mande pour gaz ou liquide, comprenant un logement divisé en deux chambres par une paroi, chacune de ces chambres compor- tant un raccord d'alimentation ou d'échappement pour l'écou- lement de fluide qu'il s'agit de régler, un orifice de soupape ménage dans la paroi précitée, un obturateur permettant de fermer complètement ledit orifice ou de l'ouvrir et de le fermer à nouveau, une tige de soupape reliée à cet obturateur, cette tige, d'un côté de la paroi, sortant du logement après avoir traversé l'une des chambres et étant munie d'un disposi- tif d'actionnement et, de l'autre côté de ladite paroi, péné- trant dans l'autre chambre, et des soufflets souples logés dans ces deux chambres et raccordés, par une face, au logement et, par l'autre face, à la tige de la soupape, la surface active de chacun de ces soufflets étant égale ou sensiblement égale à la surface active de l'obturateur. Une telle soupape est connue d'après le brevet des Etats-Unis d'Amérique ne 3 304 048 et elle présente cet avan- tage que la force nécessaire pour l'entratner est pratiquement indépendante de la pression d'alimentation ou de la pression d'échappement du fluide dont il s'agit de régler l'écoulement. De plus, une force peu importante est nécessaire pour régler de gros débits de fluide. En outre, une telle soupape fonction- ne très rapidement. Cette soupape de type connu comprend, dans la pre- miêre des chambres mentionnées ci-dessus, un ressort destiné à entraîner son obturateur jusqu'à la position de fermeture au ces o l'organe de commande viendrait à ne pas fonctionner. Cet organe de commande a uniquement pour rôle d'ouvrir la sou- pape complètement ou partiellement. L'invention vise une soupape capable de régler l'é- coulement d'un fluide avec une très grande précision et dont l'obturateur, en position de repos, peut prendre n'importe quelle position désirée par rapport à l'orifice. De façon plus précise, l'invention a pour objet une soupape, caractérisée par le fait que seul le dispositif d'ac- tionnement détermine la position de l'obturateur par rapport à l'orifice de soupape et qu'il est prévu des moyens pour régler la position de l'obturateur de soupape par rapport à l'orifice indépendamment du dispositif d'actionnement. De cette manière, il est possible de régler l'écou- lement du fluide de façon très régulière, grâce à quoi la soupape peut #tre ouverte en position de repos. A partir de cette position de repos, on peut agir sur la soupape pour qu'elle se ferme ou s'ouvre davantage. On peut régler la po- sition de repos (qui dépend du débit exigé et des conditions de pression) indépendamment du dispositif d'actionnement, en reliant de façon réglable l'obturateur de soupape à la tige et/ou en rendant réglable par rapport au logement la paroi o est ménagé l'orifice de soupape, et/ou en rendant réglables les points de raccordement des soufflets avec la tige de sou- pape. Selon une autre forme de réalisation, destinée à 1i éviter tout risque d'explosion, on dispose, entre la tige de soupape (au-delà du point o le soufflet d'étanchéité est raccordé au logement) et le logement, une membrane qui assure l'étanchéité en cas de rupture ou de fuite de ce soufflet. Pour mieux faire comprendre l'objet de la-présente invention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemple pure- ment illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin: - la figure unique est une coupe longitudinale d'une soupape de commande selon l'invention. Cette soupape comporte un logement 1, divisé, au moyen d'une paroi transversale 2, en une chambre d'alimenta- tion 3 et une chambre d'échappement 4. Le raccord d'alimen- tation de la chambre 3 est désigné par 5, tandis que le rac- cord d'échappement est désigné par 6. Il est prévu, dans la paroi transversale, un orifice 7 que l'on peut fermer à l'ai- de d'un obturateur 8. L'obturateur 8 de la soupape est muni d'une tige 9 qui traverse la chambre 4 et la paroi supérieure du logement 1. En dehors de ce logement, un dispositif d'actionnement (non représenté) est relié à la tige 9. Ce dispositif d'action- nement peut être d'un type pneumatique, thermique, électro- mécanique ou électromagnétique. La tige de la soupape fait saillie au-delà de l'ob- turateur 8 par sa partie 10. Bien entendu, il n'est pas néces- saire que cette partie 10 de la tige s'étende au-delà du lo- gement 1. Il suffit de prévoir un couvercle 11, ou un élément analogue, destiné à recevoir l'extrémité libre de cette par- tie 10 de la tige de la soupape. Il est prévu dans chacune des chambres 3 et 4, un soufflet (respectivement 12 et 13).-Ces soufflets 12 et 13 sont reliés chacun, d'un c8té, au logement 1 et, de l'autre crté, à une plaque (respectivement 14 et 15), ces plaques étant reliées de façon rigide à la partie correspondante (respectivement 10 et 9) de la tige. Dans la chambre 4, le soufflet 13 fonctionne de façon connue, comme organe servant à assurer l'étanchéité de la tige 9 par rapport au logement 1. Les surfaces actives des soufflets 12 et 13 sont, autant que possible, égales à la surface de l'orifice 7 à fermer. Dans la forme de réalisation représentée sur le dessin, le dispositif d'actionnement (non représenté) peut tre réalisé sous la forme d'un diapositif d'actionnement de poussée, c'est- à-dire un dispositif d'actionnement dans lequel la force d'en- trainement est appliquée à l'obturateur 8 de la soupape vers le bas. La soupape est done ouverte dans sa position de repos. Il est possible, toutefois, avec un dispositif d'actionnement de poussée de disposer l'obturateur 8 de la soupape sur la face inférieure de la paroi. Dans ce cas, il faut exercer une légère force de complément dirigée vers le haut, en donnant aux soufflets 12 et 13 une certaine tension préalable, afin que même pour de faibles pressions dans la chambre 3, on ob- tienne une fermeture convenable. Bien entendu, dans un tel cas, la conicité de l'obturateur 8 de la soupape et la conicité de l'orifice 7 doivent être opposées. Mais, il est possible que l'organe de commande constitue un dispositif d'actionnement de traction, à savoir un dispositif d'actionnement dans lequel la force d'entraîne- ment agit vers le haut. Si l'obturateur 8 de la soupape est appliqué sur la face inférieure de la paroi 2 et si la conicité de l'orifice 7 et de cet obturateur 8 sont en sens inverse, la soupape est ouverte à sa position de repos. Dans ce cas, l'orifice 7 de- meure libre, mais c'est par le raccord 6 que doit se faire l'alimentation en fluide, l'échappement du fluide se faisant alors par le raccord 5. Si l'obturateur 8 de la soupape et 4 2462638 l'orifice 7 sont disposés comme représenté sur la figure 1, avec un dispositif d'actionnement agissant en traction, les soufflets 12 et 13 doivent avoir subi une tension préalable, afin que l'orifice 7 soit fermé à l'état normal. Dans cet état normal de fermeture, l'alimentation en fluide doit se faire par le raccord 6 et l'échappement par le raccord 5. Les soufflets 12 et 13 peuvent jouer un triple r8- le. Le soufflet 13 a pour rôle de rendre étanche la tige 9 de la soupape par rapport au logement 1 et de fermer hermétique- ment les chambres 3 et 4 de manière à éviter toutes fuites avec l'extérieur. Ces soufflets 12 et 13 peuvent tous deux appliquer une tension préalable et, de la sorte, pousser l'obturateur 8 de la soupape pour l'introduire dans l'orifice 7. Ils compensent les forces exercées par le fluide sur l'obturateur 8. Les surfaces efficaces des soufflets 12 et 13 doivent être égales à la surface de l'orifice 7 prati- qué dans la paroi 2. Si, dans La chambre d'alimentation 3, la soupape étant fermée, règne une certaine pression de fluide et si la surface efficace de la partie de l'obturateur 8 qui bouche l'orifice 7 est égale à la surface efficace du soufflet 12, la force qui agit sur l'obturateur 8 de la soupape vers le haut est Égale à la force qui agit sur le soufflet 12 vers le bas. Ces forces s@ compensent donc sur la soupape selon l'invention. La surface active de chacun des soufflets s'expri- me par la relation suivante: as d F ax 0eff - ( dP) x dans laquelle Fax dêsigne la force exercée par le fluide sur le soufflet dans la direction longitudinale lorsque ce souf- flet est disposé dans une chambre fermée et est ouvert à une extrémité; P désigne la pression du fluide dans la chambre autour des soufflets et l'indice x signifie: à déplacement constant par rapport à la position d'équilibre. Cette soupape est presque proportionnelle, étant donné que, pour conserver une certaine position de l'obtura- teur 8, la force nécessaire, dans le premier case est propor- tionnelle au déplacement de cet obturateur 8 par rapport à la position d'équilibre (ceci du fait que les soufflets 12 et 13 sont presque des ressorts parfaits) et cette position est pratiquement proportionnelle au débit de fluide à la condi- tion, bien entendu, de considérer des cas à pressions égales. A l'état d'ouverture totale ou presque totale, sui- vant les cas, une faible variation de la force a une influen- S ce sur la tige (9,10) pour conserver la position de l'obtura- teur 8. La raison en est que la pression sur l'obturateur 8 est fonction du débit du fluide conformément à la loi de Bernoulli. La tige (9,10) de la soupape est portée de façon que l'obturateur 8, lorsque la soupape est fermée, repose conve- nablement dans le siège de la soupape et que les effets de frottement susceptibles de provoquer une certaine inertie demeurent faibles. A cette fin, on peut prévoir, en 16 et 17, des paliers coulissants ou des paliers à ressort à lame. Lorsque la partie 10 de la tige de la soupape ne va que jus- qu'à la plaque 14, on peut disposer au voisinage de l'obtura- teur 8 un palier (non représenté) à ressort à lame comportant des trous pour l'alimentation en fluide d'un c8té sur la par- tie 10 de la tige et de l'autre c8té sur le logement 1. Le centrage se fait alors très près de l'endroit critique. On peut également faire appel à l'effet d'auto-centrage d'un obturateur 8 de forme conique ou de forme circulaire, dans un orifice 7 de forme conique, pour jouer le r8le de palier. En vue de se protéger contre les risques d'explo- sion, on peut raccorder au logement 1 de la soupape et à la tige 9, une membrane 18 qui, si-le soufflet 13 vient à se bri- ser ou à fuir, s'applique fortement contre une butée fixe 19. On peut régler la position de repos de la soupape, qui est fonction du débit exigé et des conditions de pression, en rendant réglable l'obturateur 8 sur la tige 10 (par exem- ple en prévoyant un filetage associé à un écrou de verrouilla- ge), en prévoyant la plaque d'appui 2 mobile ou en prévoyant les-plaques 14 et 15 des soufflets mobiles. Ces caractéristi- ques ne sont pas indiquées sur le dessin. La commande s'effectue par exemple en disposant, au-dessus du.logement 1, un aimant qui exerce une traction ou une poussée. Cet aimant ne peut exercer sur les éléments 9 et de la tige de soupape que des forces longitudinales, et aucune force transversale. Cet aimant est un aimant de com- mande proportionnelle, à savoir que, dans la gamme de fonc- 7 2462638 tionnement, la force exercée est proportionnelle à l'inten- sité du courant électrique de commande dans la bobine et est indépendante de la course. De la sorte9 le débit (si on le mesure sous les mêmes pressions) est une fonction linéaire de l'intensité du courant électrique de commande, étant donné que le débit est fonction linéaire de la force qui agit sur la tige 9 de la soupape, Il est bien entendu que le mode de réalisation ci- dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications dés1rables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1 - Soupape de commande pour gaz ou liquides, com- prenant un logement divisé en deux chambres par une paroi, chacune desdites chambres comportant un raccord d'alimentation ou d'échappement pour l'écoulement du fluide qu'il s'agit de régler, un orifice de soupape pratiqué dans la paroi précitée, un obturateur permettant de fermer complètement l'orifice de soupape ou de l'ouvrir et de le fermer à nouveau, une tige de soupape reliée audit obturateur, cette tige, d'un c8té de la paroi, sortant du logement après avoir traversé l'une des cham- bres et étant munie d'un dispositif d'actionnement et, de l'au- tre côté de ladite paroi, pénétrant dans l'autre chambre, et des soufflets souples logés dans ces deux chambres et raccordé&s par une face, -au logement, etpar l'autre face, à la tige de sou- pape, la surface active de chacun desdits soufflets étant égale ou sensiblement égale à la surface efficace de l'obturateur, caractérisé par le fait que seul ledit dispositif d'actionne- ment détermine la position de l'obturateur (8) de la soupape par rapport à l'orifice (7) et qu'il est prévu des moyens pour régler la position de l'obturateur (8) de la soupape par rap- port à l'orifice (7) indépendamment du dispositif d'actionne- ment. 2 - Soupape de comnande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'obturateur (8) est relié de façon réglable à la tige (9) de la soupape. 3 - Soupape de commande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la paroi (2) dans laquelle est percé l'orifice (7) de la soupape est réglable par rapport au logement (1). 4 - Soupape de commande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les points de raccordement des soufflets (12, 13) avec la tige (10, 9) sont réglables. - Soupape de commande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la tige (9, 10) et l'obturateur -(8) sont centrés par rapport à l'orifice (7) à l'aide d'un ou de plusieurs paliers coulissants, d'un ou de plusieurs paliers à ressort à lame ou par un ensemble de ces éléments. 6 - Soupape de commande selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisée par le fait qu'entre la tige (9), au-delà du point o le soufflet (13) est raccordé au logement 9 2Z462638 (1) et ce logement, est disposée une membrane (18).qui assure l'étanchéité en cas de rupture ou de fuite du soufflet. 7 - Soupape de commande selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisée par le fait que le dispositif d'ac- tionnement est un aimant k effet proportionnel.