Brevet FR2471539A1 — publié le 19810619

La'présente invention a pour objet une vanne à commande étanche. Les vannes sont utilisées pour contrôler l'écoulement d'un fluide dans une conduite ou dans un circuit au moyen d'un opercule logé dans le corps de vanne et permettant d'obturer totalement ou partiellement la conduite sur laquelle la vanne est raccordée. Un système de commande extérieure permet d'agir sur la position de cet opercule I1 existe des vannes qui ne fonctionnent qu'en tout ou rien, c'est-à-dire qu'elles permettent ou interdisent un écoulement sans possibilité de régulation de débit. D'autres vannes au contraire, permettent une régulation du débit aval par variations de la perte de charge qu'elles créent. L'étanchéité du système de commande de la vanne est généralement réalisée par un presse-étoupe ou par un joint approprié. L'étanchéité obtenue à l'aide de ce genre de joint, bien que satisfaisante, n'est cependant pas absolue, car les surfaces entre lesquelles on veut assurer une étanchéité sont mobiles l'une par rapport à l'autre La présente invention a pour objet une vanne dont le dispositif de commande, ne comportant aucune étanchéité dynamique, permet d'assurer une étanchéité absolue. Plus précisément, la vanne selon la présente invention, qui comporte un corps de vanne à l'intérieur duquel se trouve un opercule, commandé en rotation par une tige d'opercule, dont la rotation permet de passer de la position ouverte de la vanne à sa position fermée et réoi- proquement, se caractérise en ce qu'elle comporte une tige de commande, des moyens pour imprimer à cette tige un mou ventent longitudinal de translation pure dans les deux sens et des moyens de liaison pour convertir le mouvement long i- tudinal de translation pure de la tige de commande en un mouvement de rotation pure de la tige d'opercule, un soufflet fixé de manière étanche à l'une de ses extrémités sur le corps de la vanne et à l'autre sur la tige de commande, réalisant une étanchéité statique de ladite vanne. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, lesdits moyens pour convertir le mouvement longitudinal de translation pure de la tige de commande en un mouvement de rotation pure de ladite tige d'opercule se composent d'une came, solidaire d'une extrémité de la tige de commande, et comportant au moins une rainure à l'intérieur de laquelle s'engage au moins un galet porté par une tige perpendiculaire à la tige d'opercule, le déplacement en translation pure de ladite came commandant, par l'intermédiaire du galet, la rotation de la tige d'opercule. De préférence, la tige de commande qui possède une extrémité filetée est mue en translation par un système vis-écrou, une clavette empêchant la rotation de la tige de commande par rapport au corps de vanne. Ainsi, la vanne selon la présente invention ne comporte aucune étanchéité dynamique, c'est-à-dire aucune étanchéité réalisée entre deux surfaces mobiles l'une par rapport à l'autre. Le soufflet dont elle est pourvue, assure une étanchéité statique, et ceci sans que le soufflet subisse de contrainte de torsion. Un autre avantage de la vanne selon la présente invention réside dans la possibilité de réaliser une première réduction cinématique par le système vis-écrou, suivie éventuellement d'une deuxième réduction, par le choix d'un profil de came approprié. Par ailleurs, on peut obtenir en faisant varier le profil de came en début et en fin de course une multiplication de l'effort de fermeture et d'ouverture, ainsi qu'unie précision accrue de la position de pleine ouverture ou de pleine fermeture. D'autres caractéristiques d'une vanne à commande étanche conforme à la présente invention apparaltront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif, en réfé rence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe d'une vanne selon la présente invention t - les figures 2 et 3 représentent chacune un profil de came pour une vanne selon la présente invention. La figure 1 représente une vue en coupe d'une vanne selon la présente invention. Cette vanne comporte un corps de vanne 1. Ce corps de vanne 1 est raccordé sur un circuit ou sur une conduite sur le débit desquels on veut agir. Le fluide pénètre par exemple en 2F et ressort en 3 du corps de vanne 1. Un opercule 5 permet dUobturer partiellement ou totalement le passage de la veine fluide qui découle au travers de la vanne. Une tige d'opercule 6 permet de commander la position de l'opercule 5. La tige d'opercule 6 tourne sur deux paliers 7 , elle est arrêtée en translation par rapport au corps de vanne 1 par deux armets 8.A l'extrémité de la tige d'opercule 6 est fixée une autre tige 10 perpendiculaire à la tige d'opercule 6 et portant à chacune de ses extrémités un galet 12. Chacun des deux galets 12 s'engage à l'intérieur d'une rainure consti- tuant le profil d'une came 16 La came 16 est solidaire d'une tige 18, dite tige de commande, qui se déplace en translation pure par rapport au corps de vanne 1 En effet, la tige de commande 18 est guidée en translation par ltalé- sage 20 pratiqué dans le corps d la vanne, cet alésage 20 étant suffisamment long pour assurer un guidage correct de la tige de commande 18.D'autre part la tige de commande 18 comporte une clavette 19 qui s'engage dans une rainure de clavette pratiquée dans l'alésage 20 2 ce dispositif permet le blocage en rotation de la came 16 par rapport au corps de vanne l. La tige de commande 18 est terminée à son extrémité supérieure par un filetage 22. Une roue 24 arrêt tée en translation par rapport au corps de vanne 1 permet de réaliser un système vis-écrou assurant la commande en translation de la tige de commande 18. Un soufflet 26, dont une extrémité 27 est fixée de manière étanche sur le corps de vanne 1 et dont l'autre extrémité est fixée sur la tige de commande 18 réalise une étanchéité statique du dispositif de commande de la vanne selon la présente invention Lefonctionnement du dispositif de commande de l'opercule 5 est le suivant : le.mouvement de rotation pure de la roue 24 est transformé en un mouvement de translation pure de la tige de commande 18 à l'aide du système visécrou constitué par le filetage 22 et la roue 24. Le mouvement de translation pure de la tige de commande 18 est transformé en un mouvement de rotation pure de la tige de commande de l'opercule 6 au moyen de la came 16 et des deux galets 12 qui s'engagent dans chacun des profils 14 de cette came 16. Les avantages de ce dispositif de commande sont les suivants. Tout d'abord, ce dispositif comporte une cinématique d'entrée simple et bien adaptée à la motorisation, à savoir la rotation pure. D'autre part, le système vis-écrou constitué par le filetage 22 et la roue 24 permet une première réduction cinématique déterminée. par la valeur du pas de ce système vis-écrou. Enfin, le soufflet 16 est sollicité d'une manière purement axiale sans être soumis à aucune contrainte de torsion. De cette manière, sa longévité et sa bonne tenue sont assurées, et par suite une bonne fiabilité de l'étanchéité du dispositif de commande de la vanne selon la présente invention. Par ailleurs, il faut noter que le système vis-écrou est irréversible. Cette irréversibilité permet d'immobiliser l'opercule 5 en une position quelconque. Cette caractéristique est avantageuse pour une utilisation de la vanne en régulation. La figure 2 représente un mode de réalisation du profil de la came pour une vanne selon la présente invention. L'un des avantages du dispositif de commande de la vanne consiste dans la possibilité de faire varier la loi du déplacement de l'opercule par l'intermédiaire du profil de la came. En agissant sur ce profil, on peut obtenir, si besoin est, une réduction cinématique supplémentaire en choisissant comme profil de came une hélice très allongée. Cette réduction cinématique s'ajoute alors à la première réduction cinématique obtenue au moyen du système vis- écrou. D'autre part, par un choix approprié du profil de la came, on peut établir une relation entre la position angulaire de la roue 24 et la position de l'opercule 5e Cette possibilité est un avantage important pour l'utilisa tion en régulation de la vanne selon la présente invention Enfin, on peut faire varier, surtout en début et en fin de course, le rapport de réduction entre la roue 24 et l'opercule 5. Ceci permet d'obtenir une précision accrue de la position pleine ouverture et de la position pleine fermeture de la vanne. On a représenté sur la figure 2, un profil de came correspondant à cette possibilité. Ce profil de came se compose de trois zones. Une zone médiane 30 présentant une forte inclinaison par rapport à l'axe longitudinal de la came, et deux zones d'extrémité 31 et 32 présentant une inclinaison faible par rapport à ce même axe. Dans ces conditions, lorsque chacun des galets 12 se déplace sur la partie 30 du profil de la came 16, une valeur faible du déplacement en translation pure de la tige de commande 18 correspond à un déplacement angulaire important de la tige d'opercule 6, et par suite de l'opercule 5.Au contraire, lorsque chacun des galets 12 se déplace sur la partie 31 du profil de la came 16, laquelle correspond à la position de pleine fermeture de la vanne, et sur la partie 32 de ce profil, qui correspond à une position de pleine ouverture, une valeur importante de la translation de la tige de commande 18 correspond à une faible valeur de la rotation angulaire de l'opercule 5. Ceci permet une précision accrue des positions de pleine ouverture et de pleine fermeture. Le profil de la came représenté sur la figure 2 comporte encore, dans le prolongement des profils 31 et 32 des parties 33 et 34 de pente nulle ou légèrement négati- ve. Lorsque chacun des galets 12 s'engage à l'intérieur des profils 33 et 34 de pente nulle, à une certaine plage de translation de la tige de commande 18 dont la longueur est égale à celle des parties 33 et 34, correspond une position fixe de l'opercule 5. On obtint ainsi une grande sécurité en ce qui concerne l'irréversibilité du mouvement de l'opercule et une répététivité des positions de pleine ouverture et de pleine fermeture. La figure 3 montre un autre profil de came pour une vanne selon la présente invention. Contrairement aux profils représentés sur la figure 2, il présente une partie médiane 40 dont la pente, par rapport à l'axe longitudinal de la came 16, est faible, et deux parties extrêmes 41 et 42 dont la pente, par rapport à cet axe, est forte. Par conséquent, lorsque chacun des galets 12 se trouve en contact avec la partie 41 et la partie 42 des profils de la came 16, à une faible valeur en translation de la tige de commande 18 correspond un déplacement angulaire important de l'opercule 5. On obtient par conséquent une multiplication de l'effort de fermeture et de l'effort d'ouverture dans le cas où un couple constant est exercé sur la roue 24. Afin d'illustrer la différence dans le déplacement en rotation de l'opercule 5, obtenue à l'aide de chacun des profils, on a représenté sur les figures 2 et 3, pour un même déplacement a en translation de la tige de commande 18, les deux positions correspondantes de l'opercule 5. On constate que sur la figure 2, la position de l'opercule 5 correspond à une ouverture plus grande de la vanne que celle représentée sur la figure 3. La came représentée sur la figure 3, d'une manière identique à ce qui a été décrit en référence à la figure 2, comporte à chacune des extrémités 41 et 42 de son profil une partie 43 et 44 dont la pente est nulle ou même légèrement négative. Ces parties de pente nulle 43 et 44 ont la même fonction que les parties 33 et 34 de la came représentée sur la figure 2. Elles permettent la répétitivité des positions de pleine ouverture correspondant à la partie 44 et de pleine fermeture correspondant à la partie 43 du profil de la came 16. REVENDICA?IONS 1. Vanne comportant un corps de vanne à l'intérieur duquel se trouve un opercule commandé en rotation par une tige d'opercule, dont la rotation permet de passer de la position ouverte de la vanne à sa position fermée et réciproquement, caractérisée en ce qu'elle comporte une tige de commande, des moyens pour imprimer à cette tige un mouvement longitudinal de translation pure dans les deux sens, et des moyens de liaison pour convertir le mouvement longitudinal de translation pure de la tige de commande en un mouvement de rotation pure de la tige d'opercule, un soufflet fixé d'une manière étanche à l'une de ses extrémité sur le corps de la vanne, et à l'autre sur la tige de commande réalisant une étanchéité statique de ladite vanne. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens pour convertir le mouvement longitudinal de translation pure de la tige de commande en un mouvement de rotation pure de ladite tige d'opercule se composent d'une came solidaire d'une extrémité de la tige de commande et comportant au moins une rainure à l'intérieur de laquelle s'engage au moins un galet porté par une tige perpendiculaire à la tige d'opercule, le déplacement en translation pure de ladite came commandant, par l'intermédiaire du galet. la rotation de la tige d'opercule. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen pour imprimer à la tige de commande un mouvement longitudinal de translation pure est un système vis-écrou, une clavette empêchant la rotation de la tige de commande par rapport au corps de vanne. 4. Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la pente, par rapport à l'axe longitudinal du profil de la came est augmentée en début et en fin de course de manière à obtenir une multiplication des efforts d'ouverture et de fermeture pour un couple constant exercé sur la roue solidaire de l'écrou du système vis-écrou de commande en translation de la tige de commande. 5. Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce qu'a au moins une de ses extrémités, le profil de la came présente une pente nulle par rapport à l'axe longitudinal de celle-ci, permettant un blocage de l'opercule dans la position correspondant à un engagement du galet dans ce profil de pente nulle.