Brevet FR2461870A1 — publié le 19810206

L'invention concerne une vanne régulatrice comportant un obturateur en forme de piston, disposé de manière à pouvoir coulisser à l'intérieur d'une cage tubulaire constituée de plusieurs tubes en forme de cylindres creux emmanchés les uns dans les autres de façon étanche aux liquides en une disposition concentrique et qui comportent des orifices communiquant avec les orifices des tubes voisins, Dans les vannes régulatrices, si une seule résistance à l' écoulement était disposée dans la voie de circulation du fluides la pres- sion, qu'il s'agit de réduire d'une différence de pression Lp pour l'ame- ner de son niveau d'entrée p, au nivieau de sortie P2, diminuerait entre- temps dans une mesure notablement supérieure a Ap et deviendrait, en con- séquence, inférieure à P2. Outre que dans la zone de la plus petite pres- sion le fluide subit une très grande accélération et prend ainsi de si grandes vitesses que les érosions sont favorisées, un autre danger est que cette zone de plus petite pression puisse parvenir Jusque dans l'in- tervalle de la tension de vapeur ou en approche trop et qu'ainsi, il se produise une cavitation. C'est pourquoi, pour réduire la pression d'un fluide en circulation, on applique, dans les vannes régulatrices connues, le prin- cipe des chicanes. On dispose en série plusieurs résistances à l'écoule- ment dans la voie de circulation du fluide, de sorte que chaque résistan- ce provoque une accélération du fluide en circulation et une chute de pression correspondante, par petits paliers. De même, lorsque la pression est à nouveau accrue en aval des résistances, dans le sens de circulation du fluide, cela se fait par petits paliers correspondants. Avec une telle réduction de pression effectuée par paliers, on peut éviter l'érosion et la cavitation si les résistances disposées en série sont en nombre suffi- sant, compte tenu de la grandeur de Ap. Toutefois, le système de chicanes n'est applicable aux vannes régulatrices à haute pression que de façon limitée, car un grand nombre de résistances à l'écoulement reliées en série conduit à une structure très conséquente, qui n'entraîne pas seulement une grande dé- pense de fabrication, mais encore un entretien coûteux, d'autant plus que des rétrécissements de section correspondants des résistances à l'écoule- ment dans les différents canaux de circulation favorisent le risque d'ob- struction. Les vannes régulatrices connues utilisées pour des hautes pressions de fluide comportent un obturateur conçu de manière à pouvoir coulisser et monté dans un corps comportant une entrée, une sortie et une chambre de distribution disposée entre ces dernières. Dans la chambre est 2246 18 70 logée une cage tubulaire de forme cylindrique creuse. A l'intérieur de cette cage, l'obturateur, monté de manière à pouvoir coulisser, pénètre plus ou moins. Pour une vanne régulatrice de ce genre, on a déjà proposé de former la cage par assemblage de nombreux tubes de forme cylindrique creuse (DE-OS 2 439 583). Les tubes ont des diamètres convenablement différents et sont emmanchés les uns dans les autres de façon étanche aux liquides, en une disposition concentrique. Dans chaque tube de cage sont prévues de nombreuses ouvertures qui communiquent avec des ouvertures cor- respondantes d'un tube de cage voisine. Dans la vanne régulatrice connue, le fluide passe successi- yement à travers les tubes, de sorte que sa pression est réduite successi- vement en de nombreux paliers et que l'on peut obtenir une grande diffé- rence de pression ou une grande chute de pression, par exemple entre la pression du fluide à l'intérieur de la cage et la pression du fluide à l' extérieur. Etant donné que cette chute de pression a lieu successivement par paliers, on peut éviter une zone de réduction de pression comportant une chute de pression localement grande et exclure dans une large mesure le risque de cavitation, de sorte qu'il ne se produit pas non plus d'éro- sion. Toutefois, un inconvénient de la vanne régulatrice connue est que, pour une grande différence de pression, on a besoin d'un grand nombre de tubes emmanchés les uns dans les autres, de sorte que cette construction connue est coûteuse en conséquence. L'invention a pour but de donner à une vanne régulatrice du genre défini ci-dessus une structure telle qu'au moyen d'un nombre aus- si petit que possible de tubes de-cage emmanchés les uns dans les autres, on puisse obtenir un nombre aussi grand que possible de paliers de réduc- tion de pression. Selon l'invention, en partant de la vanne régulatrice dé- crite précédemment, le problème posé est résolu par le fait que dans les tubes constituant la cage sont prévues, outre des paires d'orifices dé- bouchés, des paires d'orifices borgnes, que les paires d'orifices débou- chés et les paires d'orifices borgnes du même tube de cage communiquent entre eux par l'intermédiaire de gorges circonférentielles, et que les paires d'orifices débouchés de l'un des tubes de cage sont alignés au moins partiellement sur les paires d'orifices borgnes du tube de cage voi- sin. Grâce à la disposition selon l'invention, comportant des paires d'orifices borgnes en plus des paires d'orifices débouchés, on peut canaliser des courants partiels de fluide,. de façon telle qu'à l'in- 2 246 18 70 térieur d'un tube de cage, ils se divisent à nouveau plusieurs fois et se rejoignent plusieurs fois, avant que les courants partiels de fluide n'at- teignent les orifices débouchés et les orifices borgnes du tube de cage suivant et qu'il ne se produise à nouveau une réduction multiple de pres- sion. La vitesse des courants partiels de fluide n'est pas seulement di- minuée par le frottement transformé en chaleur sur les voies de circula- tion du fluide, mais encore, en-particulier, par la rencontre sans cesse répétée des courants partiels de fluide. Un mode d'exécution particulièrement avantageux de la vanne régulatrice selon l'invention est caractérisé par le fait que les orifices borgnes d'une paire sont reliés entre eux par une gorge circonférentielle, de telle sorte que des courants de fluide venant de ces deux orifices bor- gnes se rencontrent et se séparent de part et d'autre de cette paire d'o- rifices borgnes de manière à se rejoindre à nouveau, sur des courants par- tiels de fluide de paires d'orifices borgnes voisines, à l'emplacement o des paires d'orifices débouchés traversant le tube de cage sont disposées de telle sorte que les courants partiels de fluide qui se rencontrent sont à nouveau divisés, que les courants partiels obtenus dépassent les orifi- ces débouchés traversant le tube de cage, arrivent dans des orifices bor- gnes alignés et, en partant de ceux-ci, atteignent à nouveau d'autres cou- rants partiels. GrAce à la structure selon l'invention, que la circulation du fluide ait lieu du centre de la cage vers l'extérieur ou de l'extérieur vers le centre de celle-ci, des courants de fluide passent de toute façon, tout d'abord,par des paires d'orifices débouchés qui sont alignées sur des paires d'orifices borgnes. Dans les orifices borgnes, les courants de fluide sont déviés de 90 et, en passant par la gorge circonférentielle qui relie ces orifices borgnes d'une paire, ils se rencontrent perpendicu- lairement et sont divisés en courants partiels de fluide par la gorge cir- conférentielle située de part et d'autre de cette paire d'orifices borgnes. Les courants partiels de fluide se rencontrent à nouveau perpendiculaire- ment à-des courants partiels de fluide de paires d'orifices borgnes voisi- nes et arrivent, en partant du point de rencontre, dans des orifices dé- bouchés d'une paire d'orifices traversant le tube de cage considéré et à nouveau alignée sur des orifices borgnes du tube de cage suivant. Dans ce tube de cage et dans les suivants, le mode de circulation de fluide décrit ci-dessus se répète chaque fois. Avec la vanne régulatrice conforme à l'invention, on peut choisir une grande vitesse moyenne d'écoulement, ce qui permet d'obtenir une réduction de pression d'autant plus grande. Ainsi, la structure selon 246187C l'invention permet d'obtenir une cage tubulaire de dimensions relativement petites, comportant un nombre relativement petit de tubes de cage emman- chés les uns dans les autres, ce qui a une influence avantageuse sur les frais de fabrication et d'entretien. On peut assurer qu'aucun palier de pression n'approche de la zone de la tension de vapeur. Pour la rencontre des courants partiels, des interstices ne sont pas nécessaires, si bien que le risque d'obstruction est faible. En principe, on peut utiliser la vanne régulatrice selon l'invention pour régler l'écoulement aussi bien des liquides que des gaz à noter cependant que, pour les gaz et les vapeurs, il faut tenir compte de l'expansion lors de la réduction de pression. Enfin, on a pu démontrer par des expériences qu'au moyen de la vanne régulatrice selon l'invention, on peut abaisser notablement le niveau sonore par rapport aux vannes classiques, car une très petite par- tie seulement de l'énergie mécanique du fluide se transforme en énergie acoustique. D'autres caractéristiques de la présente invention apparai- tront de la description suivante d'un mode d'exécution de vanne régulatri- ce, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté dans les dessins ci-joints sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe de la vanne régulatrice et - la figure 2 est une vue éclatée et en coupe de tronçons de trois tubes de cage successifs. La vanne régulatrice, conforme à l'invention, est consti- tuée d'un corps 1 présentant une ouverture d'entrée 2, une ouverture de sortie 3 et une chambre de distribution 4 communiquant directement avec l'ouverture de sortie 3. A l'intérieur de la chambre de distribution 4 est disposée concentriquement une cage tubulaire 5 fixée à ses deux côtés frontaux par des bagues 6 et 7. Coaxialement à la cage 5 est monté, de manière à pouvoir coulisser, un piston 8 monté sur une tige de piston 9 qui peut être dépla- cé coaxialement dans un manchon 10. Par l'intermédiaire d'une crémaillère 11 à denture oblique, sur laquelle agissent des dents 12 d'une tige 13 montée perpendiculaire- ment à l'axe longitudinal du corps de vanne 1, on peut, à l'aide d'un vo- lant à main 14 monté sur l'extrémité libre filetée de la tige 13, faire entrer plus ou moins le piston 8 dans la cage 5 ou l'en faire sortir. La cage 5 est constituée de cinq tubes de cage 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, concentriques et emmanchés les uns dans les autres de 2 46187C façon étanche aux liquides, ainsi que d'une enveloppe de cage 16, entou- rant les tubes de cage.15. Des orifices débouchés 17 de l'enveloppe de cage 16 sont alignés par paires sur des orifices borgnes 18a du tube extérieur 15a, comme on le voit en particulier par la figure 2. Les orifices borgnes 18a sont disposés par paires de facon correspondante et eux-mêmes reliés entre eux par une gorge circonférentielle 19a qui a la mêie profondeur qu'eux. De part et d'autre de la paire d'orifices borgnes 18a, la gorge circonfé- rentielle 19a conduit à des orifices débouchés voisins 20a, également re- liés entre eux par paires par la gorge circonfërentielle 19a, traversant le tube de cage 15a et à nouveau alignés sur des orifices borgnes 18b dis- posés par paires. Ceux-ci sont à nouveau reliés entre eux par une gorge circonférentielle 19b qui conduit, de part et d'autre de la paire d'orifi- ces borgnes 18b, à des paires d'orifices débouchés 20b qui traversent le tube de cage 15b, après quoi la disposition et la constitution des orifi- ces débouchés, des orifices borgnes et des gorges circonférentielles se répète, conformément au tube de cage 15a. Ainsi, les tubes de cage 15a, 15b, 15c, 15d et 15e présen- tent la même structure, à part leurs différences de diamètre. Dans le sens de circulation du fluide indiqué par la flèche dans l'exemple d'exécution, le fluide arrive, selon la position du piston 8, en passant par un plus ou moins grand nombre d'orifices 17 de l'enve- loppe de cage 16, aux orifices borgnes 18a. Là, les courants de fluide sont déviés de 90 et se rencontrent à l'intérieur de la gorge circonfé- rentielle qui relie directement deux à deux les orifices borgnes, ils sont conduits en courants partiels, suivant la gorge circonférentielle 19a, à des orifices débouchés 20a, rencontrent des courants partiels s'écoulant en sens opposé et venant de paires d'orifices borgnes voisines 18a et ar- rivent, par les orifices débouchés 20a disposés dans la région de rencon- tre, donc à mi-chemin entre paires d'orifices borgnes voisines 18a, à des paires d'orifices borgnes 18b du tube de cage suivant 15b, puis, par des gorges circonférentielles 19b, à des paires d'orifices débouchés 20b et, enfin, en se rencontrant et en se divisant à nouveau continuellement, ils arrivent, par des orifices débouchés du tube 15e, à l'intérieur de la chambre de distribution 4, puis, en passant par l'ouverture de sortie 3, à un système de tuyauterie non représenté. La vanne régulatrice selon l'invention se distingue par une grande gamme d'applications et une grande stabilité dynamique et fonction- ne avec un niveau de bruit réduit. Elle possède une large gamme de tra- vail, est insensible à l'usure et nécessite, par suite, un entretien 6 246 1870 réduit. En particulier, cette vanne régulatrice selon l'invention peut comporter, tout en étant pourvue de tubes de cage emmanchés de dimensions relativement petites et en nombre limité, un grand nombre de paliers suc- cessifs de réduction de pression, car, à l'intérieur de chaque tube de cage, des courants partiels se rencontrent perpendiculairement de façon répétée avant d'être acheminés au tube de cage suivant. 2246 1870 R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Vanne régulatrice comportant un obturateur en forme de pis- ton, disposé de manière à pouvoir coulisser à l'intérieur d'une cage tubu- laire constituée de plusieurs tubes en forme de cylindres creux emmanchés les uns dans les autres de façon étanche aux liquides en une disposition concentrique et qui comportent des orifices communiquant avec les orifices des tubes voisins, vanne caractérisée par le fait que dans les tubes cons- tituant la cage sont prévues, outre les paires d'orifices débouchés, des paires d'orifices borgnes, que les paires d'orifices débouchés et les pai- res d'orifices borgnes du même tube de cage communiquent entre eux par l' intermédiaire de gorges circonférentielles et que les paires d'orifices débouchés de l'un des tubes de cage sont alignés au moins partiellement. sur les paires d'orifices borgnes du tube de cage voisin. 2.- Vanne régulatrice selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les orifices borgnes d'une paire sont reliés entre eux par une gorge circonférentielle de telle sorte que des courants de fluide ve- nant de ces deux orifices borgnes se rencontrent et se séparent de part et d'autre de cette paire d'orifices borgnes de manière à se rejoindre à nou- veau, sur des courants partiels de fluide de paires d'orifices borgnes voisines, à l'emplacement o des paires d'orifices débouchés traversant le tube de cage sont disposées de telle sorte que les courants partiels de fluide qui se rencontrent sont à nouveau divisés, que les courants par- tiels obtenus dépassent les orifices débouchés traversant le tube de cage, arrivent dans des orifices borgnes alignés et, en partant de ceux-ci, at- teignent à nouveau d'autres courants partiels. 3.- Vanne régulatrice selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les orifices borgnes de la paire men- tionnée pénètrent un peu plus profondément dans le tube de cage que les gorges circonférentielles.