Brevet FR2465146A1 — publié le 19810320

Vanne à obturateur équilibré. La présente invention concerne des vannes ou valves pour la commande de l'écoulement d'un fluide. En particulier, la présente invention concerne des vannes à obturateur équili- bré, c'est-à-dire des vannes dans lesquelles l'obturateur est soumis à la même pression sur ses deux faces d'extrémité de sorte que l'action du fluide engendre des forces très faibles sur l'obturateur et, de ce fait, l'obturateur et son actionneur fonctionnent tous deux dans des conditions d'efforts faibles. Il en résulte que la vanne est extrêmement compacte et que sa construction est facile. L'objet de la présente invention est une vanne munie d'un obturateur équilibré coaxial à l'écoulement, l'obturateur et l'organe d'actionnement mobile se déplaçant de façon rigide l'un avec l'autre dansdes directions parallèles non coincidantes. La vanne selon la présente invention comprend essentiel- lement un obturateur coulissant dans un cylindre qui est doté de lumières de décharge et qui est coaxial à la tuyauterie, cetobturateur étant relié à la tige de l'actionneur (ou organe de commande) au moyen d'un levier. L'obturateur est équilibré par des trous traversants qui maintiennent la même pression de part et d'autre de cet obturateur et dans les deux espaces ou chambres du cylindre, c'est-à-dire en amont et en aval de l'obturateur. Ces caractéristiques ainsi que d'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description donnée ci-après en référence aux dessins annexés, Les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques de deux modes de réalisation de la vanne selon la présente invention, ces modes dé réalisation n'étant donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. L'obturateur 1, dont la forme est sensiblement cylin- drique et qui est commandé par le levier 2 auquel il est accou- plé par un moyen 3, coulisse dans le cylindre 4. Le cylindre 4, dont la forme est sensiblement cylindrique, est doté de lumières disposées symétriquement le long de sa surface cylindrique de manière à assurer une communication entre l'entrée et la sortie de la vanne. Quand l'obturateur se déplace, il masque et démasque lesdites lumières de manière à commander ainsi l'écoulement. Comme on peut le voir sur la figure 3, l'obturateur 1 est pourvu d'une cavité perpendiculaire à son axe et destinée à loger le moyen d'accouplement 3 et d'au moins un trou traversant 5 destiné à raccorder l'espace 6 avec l'espace 7, ces espaces ou chambres se trouvant, de ce fait, à la même pression. Le cylindre 4 est muni d'un seul siège 8, ce qui permet d'empêcher ou de réduire les fuites quand la vanne est fermée, et d'un joint d'étanchéité 9 qui empêche les fuites entre les sections d'amont et d'aval à travers les trous d'équilibrage. L'extrémité extérieure du cylindre est pourvue d'un déflecteur conique, tandis que son autre extrémité se termine par une collerette en vue de son support sur le corps 17. La face de l'obturateurqui est orientée vers le siège a un profil conique et le bord des lumières du cylindre est arrondi. Ces dispositions réduisent la chute de pression et les inconvénients provenant de lignes de courant qui ne sont pas régulières. Dans les modes de réalisation, l'accouplement entre le levier et l'obturateur est obtenu au moyen de deux billes bloquées par un goujon d'arrêt. Le contact ponctuel entre le levier et l'obturateur assure un coulissement correct de l'obturateur dans le cylindre et procure également une meil- leure assise de l'obturateur sur le siège quand la vanne est fermée. Dans lebut de simplifier la construction, le levier de commande 2 a, de préférence, une forme en col de cygne. Le levier de commande 2 est associé rigidement à la tige d'actionnement 10 à l'aide d'une bague fendue conique Il qui est bloquée au moyen d'une bague-écrou vissée sur la bague conique. L'accouplement entre la tige d'actionnement et l'obtu- rateur est extrêmement avantageux tant pour éliminer les effets des erreurs éventuelles de parallélisme entre l'axe de la tige d'actionnement et l'axe de l'obturateur que pour compenser les erreurs de parallélisme dans les parois de la cavité radiale de l'obturateur. Comme le levier est élastique, ce type d'accouplement amortit et absorbe également tous les efforts ou tensions mécaniques dus aux situations transitoires dans le débit des fluides traversant la vanne. Une caractéristique de la vanne selon la présente invention réside dans le fait qu'elle est construite sans les brides destinées au raccordement et à la tuyauterie. A ce sujet, conformément à un mode de réalisation préféré, la vanne peut être bloquée entre les brides ou rebords d'appui de la tuyauterie concernée au moyen de tirants élastiques et à l'aide de garnitures appropriées. Ce type de montage réduit les efforts ou tensions mécaniques auxquels est soumis le corps sous l'action de la pression. En outre, ce type de construction facilite considéra- blement les moulages nécessaires pour la fabrication du corps et réduit le poids ainsi que les dimensions globales de la vanne. En raison de la symétrie du chapeau de la vanne, l'ac- tionneur peut être monté parallèlement à l'axe de la tuyauterie sur les deux côtés du chapeau en permettant ainsi que l'action de l'actionneur soit inversée de l'état "fermeture de l'air" à "ouverture de l'air". Comme le fonctionnement de la vanne est indépendant de la direction dans laquelle le fluide s'écoule à travers le corps de la vanne, quatre conditions de fonctionnement sont possibles, comme représenté sur la figure 4, à savoir A: ouverture de l'air - passage fermé; B: fermeture de l'air - passage fermé; C: ouverture de l'air - passage ouvert; D: fermeture de l'air - passage ouvert. En raison des caractéristiques intrinsèques de la vanne et en particulier du fait que ses dimensions globales et son poids sont inférieurs à ceux des vannes classiques corres- pondantes, la vanne peut être montée dans la tuyauterie dans n'importe quelle position, comme représenté schématiquement sur la figure 5. On peut réaliser la vanne en deux versions. Dans la première version, représentée sur la figure 1, l'étanchéité vis-àvis de l'extérieur entre la tige 10 et le chapeau 18 est obtenue à l'aide d'un ensemble de bagues d'étanchéité 12, tandis que l'autre côté du chapeau est fermé par un bouchon fileté 13. Dans la seconde version représentée schématiquement sur la figure 2, l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur est obtenue sur les deux côtés du chapeau 18 à l'aide de deux ensembles de bagues d'étanchéité 12. Dans ce cas, la tige d'actionnement 10 est équilibrée de façon parfaite par rapport à la poussée du fluide acheminé. Ceci permet aux efforts de travail auquel est soumis l'actionneur d'être réduit à un minimum, les dimensions de cet actionneur étant ainsi moindres. Dans cette dernière version, la tige peut être vissée à l'extrémité opposée de l'actionneur pour permettre le montage d'un dispositif de manoeuvre manuelle, celui-ci étant constitué par le moyeu 15 assemblé au volant de manoeuvre 14, le palier de butée 19 qui réduit à un minimum le frottement, et la vis mécanique 20 de limitation de course avec son écrou de blocage 21. Dans les deux versions représentées, l'écrou 16 de presse-étoupe se présente sous la forme d'un écrou annulaire alésé qui exerce une pression à l'aide de bagues d'adaptation, comme on peut le voir sur la figure 6. Dans une variante, l'étanchéité vis-à-vis de l'exté- rieur peut être obtenue à l'aide d'un presse-étoupe extrac- table, comme représenté sur la figure 7. La chambre de presse-étoupe est pourvue d'une douille cylindrique 22 vissée dans le couvercle 18 de manière à loger l'ensemble de bagues de garniture 12 bloquées entre le manchon coulissant 24 destiné à la tige 10 et l'écrou 16 de presse- étoupe. L'étanchéité entre le chapeau et la douille est obtenue à l'aide du joint d'étanchéité 23. L'accouplement entre le levier de commande et la tige d'actionnement peut également être obtenu comme représenté sur la figure 8. Cet accouplement est obtenu au moyen d'une bague conique-divisée en deux moitiés 11, cette bague étant montée sur une saillie de la tige10 et étant fixée à l'aide d'un écrou 25 et d'un contre-écrou 26 qui sont vissés sur la partie filetée de la tige. Les deux versions de construction du corps de la vanne sont représentées sur les figures 9 et 10. Dans la version de la figure 9, le corps de la vanne est similaire àun cylindre portant un moyen de raccordement à rebord sur son côté en vue de l'accouplement du chapeau. La surface lisse destinée aux joints d'étanchéité et les trous taraudés destinés à loger les goujons de fixation sont prévus sur la section plate. Dans la version de la figure 10, le chapeau forme une seule pièce avec le corps de la valve et est fermé au moyen d'une fausse bride. Le corps du col de la vanne est de préfé- rence elliptique de manière à permettre le déplacement du levier de commande et l'assemblage des tirants d'accouplement élastique entre les brides des tuyaux dans des limites de dimensions globales minimales. Dans la version spéciale représentée sur la figure 11, pour obtenir à coup sûr une étanchéité parfaite quand l'obtu- rateur est fermé, le siège 8 disposé dans le cylindre 4 est muni d'une pièce rapportée élastique introduite à force dans une cavité profilée de façon appropriée. L'obturateur est profilé de manière telle qu'il porte tout d'abord contre la pièce rapportée élastique (joint d'étanchéité mou) puis contre le siège (joint d'étanchéité métallique) pour protéger la pièce rapportée. Pour un fonction- nement sous haute température, le cylindre peut être réalisé comme représenté sur la figure 12. L'étanchéité destinée à équilibrer l'obturateur est obtenue à l'aide d'une bague fendue 9 convenant pour un fonctionnement continu sous haute température. Le siège forme une seule pièce avec le cylindre qui est ouvert à l'extrémité opposée au collet qui le relie au corps et est fermé par un couvercle fileté 27 muni d'un déflecteur extérieur. L'étanchéité entre le couvercle et le cylindre est assurée par le joint d'étanchéité 28. L'obturateur 1 est formé de deux pièces de manière à créer la cavité destinée à loger la bague d'étanchéité 9. Pour un fonctionnement sous haute température ou pour un fonctionnement dans des conditions d'étanchéité parfaite, on réalise le cylindre comme représenté sur la figure 13. Le siège rapporté 8 et la face de l'obturateur 1 qui est orientée vers le siège ont la même construction que celle représentée sur la figure 11. Par contre, le cylindre 4 est en deux pièces et est fermé par un chapeau 27 profilé et fileté. L'étanchéité entre le chapeau et le cylindre est assurée par le joint d'étanchéité 28. Les caractéristiques nouvelles de la vanne selon la présente invention apparaissent dans la description qui précède. On peut voir que l'écoulement à travers la vanne est soumis à une chute de pression plus faible que dans le cas des vannes connues et assure de ce fait un débit élevé. Un autre avantage réside dans le fait que le servo-- moteur commandant l'obturateur de la vanne peut avoir une puissance beaucoup plus faible et une petite taille globale. Il n'existe donc aucune limitation particulière dans le choix du type de fonctionnement de la vanne qui peut être électrique; pneumatique ou de tout autre type. Le il que, pendant son déplacement, l'obturateur rencontre une résistance uniquement sous la forme d'un frot- tement ayant lieu entre l'obturateur et le cylindre, et que, dans toutes ses positions, il est guidé par le cylindre, signifie que cet obturateur peut être réalisé à l'aide de produits semi-finis de faible épaisseur et de faible poids. En comparaison avec les vannes connues de type clas- sique, la vanne selon la présente invention peut être réalisée avec une économie de poids qui peut dépasser 50% pour les mêmes performances. L'économie sur les coûts peut aussi être plus grande. Par suite des diverses possibilités de montage, d'action de l'air et de directions d'écoulement, la présente vanne est du type universel. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. 2 46514 6 REVENDICATIONS 1. Vanne de commande à obturateur équilibré caractérisée par le fait que la direction d'écoulement est coaxiale à l'obturateur (1), soit dans la même direction que la direction de déplacement de l'obturateur, qui coulisse dans un cylindre coaxial (4), soit dans une direction opposée, le mouvement de translation de l'obturateur étant commandé par une tige d'actionnement (10) au moyen d'un levier de commande élastique (2). 2. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant la reven- dication 1, caractérisée par le fait que l'obturateur (1) et la tige d'actionnement (10) effectuent des déplacements de translation rectilignes, parallèles dans la même direction. 3. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant les reven- dications 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'accouplement entre le levier de commande (2) et l'obturateur est logé dans une cavité radiale de l'obturateur. 4. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant la reven- dication 3, caractérisée par le fait que l'accouplement entre le levier de commande (2) et l'obturateur (1) est assuré au moyen d'un contact ponctuel et sphérique. 5. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant lune quelconque des revendications précédeintes, caractérisée par le fait que la tige d'actionnement (10) est équilibrée parfaitement vis-à-vis de la poussée du fluide acheminé. 6. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le dispositif formant chambre de presse-étoupe est introduit et extractable. 7. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'accou- plement entre le levier de commande (2) et la tige d'actionnement (10) est obtenu au moyen d'une bague conique (il) scidée en deux moitiés. 8. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le corps de la vanne est moulé d'une seule pièce avec le chapeau (18) qui est fermé au moyen d'une fausse bride. 9. Vanne de commande à obturateur équilibré, suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le siège (8) est muni d'une pièce rapportée élastique assurant une étan- chéité parfaite. 10. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le siège (8) forme une seule pièce avec le cylindre qui est fermé par un - Âi 9 v 2465146 couvercle fileté (27) muni d'un déflecteur pour permettre l'assemblage d'une bague d'équlibrage résistant à des températures élevées. 11. Vanne de commande à obturateur équilibré suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le siège (8) est muni d'une pièce rapportée élastique assurant une étanchéité parfaite et que le cylindre est formé de deux pièces et est muni d'un couvercle profilé fileté (27) destiné à permettre l'assemblage de la bague d'équilibrage résistant aux températures élevées.