Brevet FR2462631A1 — publié le 19810213

La présente invention se rapporte à une vanne comprenant un corps et un siège agencé dans ce corps et présentant une surface de portée de forme tronconique, auquel est conjugué un élément obturateur mobile pou- vant se rapprocher et s'éloigner de ce siège et qui, dans la position de fermeture est appuyé à joint étanche sur le siège et isole l'un de l'autre à joint étanche deux raccords prévus pour l'arrivée et le départ d'un fluide, cette vanne présentant au moins un orifice qui débouche dans la surface de portée et qui est relié à l'un des raccords. On connait de telles vannes, par exemple par la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DE-AS 12 12 802 ou par le brevet britannique 492 493. Ces vannes déjà connues ne comportent pas seulement un ori- fice débouchant dans la surface de portée du siège mais deux orifices qui débouchent dans cette surface et qui sont reliés respectivement aux deux raccords. On connait également des formes de réalisation de vannes dans les- quelles l'élément obturateur est divisé en deux parties qui peuvent être pressées contre le siège correspondant dans la position de fermeture, par l'intermédiaire d'un actionneur commun (brevet des E.U.A. 959 349). Le but de l'invention est d'élargir le domaine d'application de ces vannes déjà connues de manière qu' elles puissent 9tre utilisées en tant que vannes doubles. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que le corps présente un troisième raccord qui est relié à la partie du volume intérieur du corps qui est isolée des deux premiers raccords à joint étan- che lorsque l'élément obturateur est appuyé sur le siège. Cette vanne possède donc trois raccords dont l'un est relié à l'orifice qui débouche dans la surface de portée tandis que les deux autres sont reliés aux parties du volume intérieur du corps qui sont isolées l'une de l'autre par l'élément obturateur appuyé à joint étanche sur la surface de portée et sont contiguës aux deux faces frontales de l'élément obturateur. Une telle vanne munie de trois raccords peut être appliquée dans un grand nombre d'applications avantageuses. Il existe un domaine d'utilisation particuli- èrement préféré pour une telle vanne à trois raccords dans les conduites d'arrivée de gaz aux brCleurs des chauffages. Ces conduites d'arrivée ou les vannes qui arrêtent l'arrivée du gaz doivent faire l'objet de vé- rifications d'étanchéité parce que les défauts dtétan- chéité peuvent entraîner des catastrophes si le gaz s'é- coule sans être décelé, s'accumule, forme un mélange explosif et est enflammé par une étincelle produite ac- cidentellement, Jusqu'à présent, pour pouvoir effectuer cette vérification, on utilisait toujours deux vannes et on contrôlait le volume compris entre les deux van- nes alors que ces dernières étaient fermées, en produi- sant une pression différente et en surveillant la va- riation de cette pression différente dans le temps. Si la vitesse de variation de la pression différente res- tait inférieure à une valeur donnée, on considérait les deux vannes comme suffisamment étanches. La véri- fication s'effectuait alors de préférence en munissant le volume de contr8le d'un contrôleur de pression, en mettant une minuterie en marche au début de l'opération de vérification, le contrôleur de pression déclenchant une alarme s'il commuta t avant l'écoulement de l'inter- valle de temps réglé. Un inconvénient de ces dispositifs de vérification déjà connus consiste en ce que la capa- cité du volume de mesure compris entre les deux vannes varie d'une installation à l'autre et que, de ce fait, on doit calculer un nouvel intervalle de temps et régler la minuterie sur cet intervalle parce que le temps, le degré d'étanchéité et la capacité du volume de mesure sont fonction les uns des autres. Pour simplifier, il a déjà été proposé antérieurement (demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne D:-OS 28 37 756), d'utiliser une vanne double en remplacemenL de deux vannes et d'utiliser le volume compris entre les deux éléments obturateurs de la vanne comme chambre de menu- re. GrAce à cette construction, les temps de mesure peu- vent être fixés à l'avance pour toutes les installations et n'ont plus à être calculés et- introduits dans la mi- nuterie à chaque vérification. Ceci permet également d'exclure les sources d'erreurs lors du calcul et du réglage. Toutefois, l'utilisation de la vanne suivant l'invention permet de réaliser une nouvelle réduction de la dépense de construction. Le raccord qui n'est pas relié à un orifice débouchant dans la surface de portée du siège est alors relié à la chambre de mesure qui est délimitée par le corps et par l'élément obturateur pla- cé en position de fermeture. Par ailleurs, la vanne suivant l'invention possède encore d'autres domaines d'application. Par exemple, elle peut être utilisée en tant que vanne dou- ble capable de roemplacer deux vannes habituelles dans les cas o une conduite d'arrivée alimente simultanément deux conduites de départ qui, par exemple, conduisent à différents appareils consommateurs. L'utilisation de la vanne suivant l'invention est particulièrement avan- tageuse lorsqu'il y a lieu de vérifier que les deux ap- pareils consommateurs sont alimentés simultanément. Tou- tefois, il est également avantageux d'utiliser cette vanne à trois raccords en qualité de mélangeur lorsque deux fluides arrivent par deux conduites et s'écoulent conjointement par la troisième conduite. Dans des formes préférées de réalisation de l'invention, deux orifices débouchent dans la surface de portée tronconique et sont munis chacun d'un raccord, les deux orifices se faisant face et s'étendant à peu près sur l800 de la circonférence de la surface de por- tée. Cette forme de réalisation assure une très bonne 4. caractéristique de passage. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, les deux volumes qui sont limités par les surfaces frontales de l'élément obturateur, présenté sous la forue d'un plateau de soupape, lorsque la vanne est fermée, sont reliés entre eux. Ceci est avantageux lorsque la vanne est utilisée pour le contrôle de l'é- tanchéité parce que, dans ce cas, le volume total ser- vant de chambre de mesure possède une plus grande capa- cité sans qu'il ait été nécessaire de modifier les di- mensions d'encombrement de la vanne. Dans ce cas, on raccorde à la chambre de mesure un contrôleur de pres- sion et un dispositif servant à modifier la pression au début de l'opération de contrôle de l'étanchéité. Dans une forme préférée de réalisation de l'in- vention il est prévu une fixation de l'actionneur de la vanne sur chacune des deux faces opposées du corps. Ce- ci présente l'avantage de permettre de monter l'action- neur de la vanne sur deux c8tés différents, ce qui peut faciliter le montage de la vanne lorsque les conditions de montage sont difficiles. La configuration de construction de l'élément obturateur peut 8tre modifiée à de nombreux égards, Dans une forme préférée de réalisation, cet élément obtura- tour présente un noyau rigide sur lequel sont formés des ancrages prévus pour la fixation par sûreté de forme de la garniture d'étanchéité périphérique élastique. Dans cette construction, cette garniture d'étanchéité peut etre emboîtée ou encore, dans une forme préférée de réalisation, elle peut etre fixée en supplément par vulcanisation ou par collage. Pour garantir que l'élément obturateur sera appuyé à joint étanche dans la position de fermeture, il est nécessaire que cet élément obturateur soit gui- dé dans une direction centrée sur le siège, c'est-à-dire coaxialement. Toutefois, il n'est pas toujours possible de garantir l'obtention d'un alignement précis lors-de la fabrication du corps et du montage de l'actionneur par exemple d'un électro-aimant. Les très petits écarts d'alignement peuvent être compensés par l'élasticité de la garniture d'étanchéité périphérique. Si l'on demande également à la garniture d'étanchéité élastique de com- penser de plus grands défauts dtalignement sans que l'é- tanchéité n'en souffre, cette garniture doit être rela- tivement souple en môme temps qu'élastique. Toutefois, ceci représente un inconvénient lorsque la vanne doit 8tre utilisée pour des pressions de fluide relativement élevées et un autre inconvénient de cette construction consiste en ce qu'il peut se produire une plus forte usu- re et que la durée de vie utile en est donc réduite. Pour cela, dans une forme préférée de réalisation de l'inven- tion, l'élément obturateur comprend deux segments mobi- les l'un par rapport à l'autre et dont chacun obture l'un des deux orifices dans la position de fermeture. Ceci présente l'avantage consistant en ce que les défauts d'a- lignement, même ceux qui sont assez petits, sont automa- tiquement compensés sans qu'il soit nécessaire d'utili- ser une matière relativement souple pour la garniture et sans qu'il ne se produise de phénomènes d'abrasion excessifs. Dans cette construction, et suivant une autre caractéristique, les deux segments sont de préférence reliés à l'actionneur par un mécanisme à coin ou à le- viers, en particulier par un mécanisme à genouillère. Ces actionneurs à coin ou à genouillère possèdent les avantages non seulement d'engendrer une variation favo- rable de la force sur la longueur de la course de l'ac- tionneur mais également d'engendrer une grande force d'application et, par ailleurs, ils permettent de donner au mouvement de fermeture une allure telle que ce mouve- ment comporte non seulement des composantes dans la di- rection axiale du tronc de cône de l'élément obturateur mais également des composantes perpendiculaires à cette direction axiale, c'est-à-dire perpendiculaires à la surface de l'orifice débouchant dans la surface de por- tée. Dans cette construction, les deux segments de l'é- lément obturateur sont maintenus sous précontrainte élas- tique par rapport à leur actionneur et également l'un par rapport à l'autre. Suivant une forme préférée de réalisation de l'invention, les deux segments de l'élément obturateur sont montés chacim sur une broche de guidage fixée ri- gidement à l'actionneur. Dans cette construction, les deux broches de guidage sont contenues dans un m9me plan dans lequel est également contenu l'axe de symétrie de révolution du siège; les deux broches de guidage forment entre elles un angle aigu dont le sommet poin- te dans la direction qui s'éloigne de l'actionneur et qui est à peu près égal à l'angle de c8ne de la surface de portée. Cette forme de construction permet de donner à l'actionneur de la vanne une cinématique avantageuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une coupe d'une vanne avec son actionneur; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue prise dans le sens de la flèche 3 de la figure 1, sans représentation de l'actionneur; et les fig-ures lia, b sont des coupes d'une vanne comportant un glément obturateur en deux parties, sans représentation de l'actionneur. La vanne représentée sur la figure 1 comprend un corps 1 muni d'un électro-aimant 3 qui est fixé à ce corps avec interposition d'un chapeau à bride 2 ser- vant au centrage, et auquel l'énergie est transmise par une botte de connexion 4. L'armature 5 constituant l'é- lément mobile de l'électro-aimant 3 est guidée dans un pergage du chapeau à bride 2 et porte à son extrémité la plus éloignée de l'électro-aimant 3 un élément ob- turateur mobile 6 qui comprend un ancrage 7 fixé à l'ar- mature 5 et une garniture d'étanchéité périphérique 8 fixée à l'ancrage 7 par sereté de forme et vulcanisée sur cet ancrage, cette garniture étant composée d'une matière élastique, notaxunent d'une matière possédant l'élasticité du caoutchouc. Lorsque l'électro-aimant 3 est excité, l'élément obturateur 6 est soulevé du siège en surmontant l'action d'un ressort de fermeture 9, et la surface de portée Il de cet élément présente la configuration de la surface latérale d'un tronc de c8ne. De mime, la surface de la garniture 8 qui est en con- tact avec la surface de portée dans la position de fer- meture do la vanne présente une surface correspondant à la surface latérale d'un tronc de cône. Le sens du mouvement de l'élément obturateur 6, son axe de syme- trie de révolution et l'axe de symétrie de révolution du siège 10 sont confondus. Le siège 10 est formé dans le corps 1, son plan étant disposé perpendiculairement à la direction d'entraînement de l'électro-aimant 3 et à peu près à mi-hauteur du corps 1. Au plan du siège 10 est attenante une chambre d'actionnement 12 tandis que de l'autre co- té, une chambre de réglage 13 est contiguë au siège 10. Les deux chambres 12 et 13 sont ménagées dans le corps 1 et isolées l'une de l'autre dans l'espace par l'élément obturateur 6 lorsque la vanne est fermée. Par ailleurs, la chambre d'actionnement 12 est limitée par le chapeau à bride 2 tandis que la chambre de réglage 13 est iso- lée de l'extérieur par une plaque obturatrice 14. Si le corps 1 est utilisé pour un appareil de réglage, on fixe en remplacement de la plaque obturatrice 14, l'ac- tionneur de l'élément obturateur et le chapeau à bride 2 muni de l'électro-aimant 3 est fermé par un couvercle qui obture la chambre d'actionnement 12. Sur detz: c8tés opposés de la vanne, qui sont à peu près parallèles à l'axe de symètrie de révolution du siège de la vanne et de l'élément obturateur, sont formées deux chambres de raccordement 15 et 16. Aux ex- trémités radiales libres de ces chambres peuvent Ztre montés des raccords non représentés. Dans le siège 10 de la vanne sont ménagés, des évidements 17 et 18 en forme de fentes et partant des chambres de raccordement 15 et 16 et qui débouchent dans la surface de portée 11 du siège 10 par des orifices qui correspondent à un arc de près de 180 du siège. Le plan commun des deux évidements 17 et 18 est perpen- diculaire à la direction du mouvement de l'élément ob- turateur 6 ou à l'axe de symétrie de révolution de cet élément. Les orifices par lesquels les évidements 17 et 18 débouchent dans la surface de portée 11 sont fer- més à joint étanche par la garniture 8 lorsque la vanne est fermée. Lorsque la vanne est ouverte, lorsque l'élé- ment obturateur a décrit une course seulement égale à la hauteur des évidements 17 et 18 majorée d'une certai- ne saillie, la section des évidements 17 et 18 est en- tièrement dégagée, de sorte que la vanne constitue une vanne à passage intégral. il va de soi qu'en remplaceraient des évidements 17 et 18, il est possible de prévoir un seul de ces évi- dements et que, dans ce cas, on prévoit en remplacement de la plaque 14, un raccord pour l'arrivée ou le départ du fluide. Les figures 2 et 3 représentent le corps 1 d'une façon plus détaillée, ces figures montrent uni- quement le corps 1 sans l'élément obturateur, le chapeau la plaque obturatrice ni l'actionneur. Comne la figure 2 le montre clairement, les évidements 17 et 18 se pro- longent jusqu'à proximité du plan médian dans lequel est contenu l'axe de sym&trie de révolution de l'élément obturateur et du siège de la vanne. Dans la région de ce plan médian, sont prévues des nervures 19, orien- tées parallèlement à l'axe de symétrie de révolution du siège, les évidements 17 et 18 s'étendent en profon- deur jusqu'à ces nervures. Par ailleurs, il est égale- ment prévu des perçages traversants 20 ménagés dans le corps et qui servent à fixer les raccords précités, non représentés sur les dessins, qui relient les chambres de raccordement 15 et 16 aux conduites d'arrivée et de départ. Dans la forme de réalisation d'une vanne qui est représentée sur la figure 4a, on a omis de repré- senter l'électro-aimant 3 de l'actionneur. Cette forme de réalisation de la vanne se distingue de la forme de réalisation décrite plus haut par le fait que l'élément obturateur 3 est divisé en doux segments 37 et 38 dont le plan de joint coïncide avec le plan médian des deux rainures 32 du corps 1 qui sont opposées face à face. Pour le reste, la configuration de l'élément obturateur 36 correspond à celle de l'élément obturateur 6. Les deux segments 37 et 38 sont appuyés élaetiquement, au moyen d'un ressort de compression, contre une armature 41 qui fait partie de l'électro-aimant Ion représenté. La liaison d'actionnement est réalisée par l'interniédi- aire d'tme tringlerie à genouillère dont l'articulation est formée par une broche 42 autour de l'axe de laquelle peuvent osciller des biellettos 43 et 44. Les autres extrémités des biellettes 43 et 44 sont articulées sur les deux segments 37 et 38 respectivement à l'aide de broches 45 et 46. Les axes des trois broches 42, 45 et. 46 sont disposés parallèlement au plan des évidements 17 et 18 en forme de fentes et par conséquent perpendi- culairement à la direction du mouvement de l'armature 3 41. Lorsque l'armature 41 descend sous l'action du res- sort pour prnndre la position de fermeture, les garnitures d'étanchéité des segments 37 et 38 viennent s'appuyer sur la surface de portée 11 et ferment hermétiquement les orifices des évidements 17 et 18. De cette façon, les défauts d'alignement sont compensés sans diminution de la durée de vie de l'appareil et, surtout, sans ac- croissement de l'usure de la garniture d'étanchéité par abrasion. Dans la forme de réalisatinn représentée sur la figure 4b, qui comporte un élément obturateur 56 di- visé en deux parties, les deux segments 7 et 58 sont montés chacun sur une broche de guidage 59 ou 60 pour se déplacer parallèlement à leur axe. Les broches de guidage 59 et 60 sont emmanchées à force dans une plaque 62 fixée à l'armature 61 de l'électro-aimant d'action- nement qui n'est pas représentée entièrement, les deux broches de guidage 58 et 60 se trouvant dans un plan commun qui contient également l'axe de sym&trie de ré- volution et la direction du mouvement de l'armature. Toutefois, les deux broches de guidage 59 et 60 sont -inclinées l'une par rapport à l'autre et forment avec l'axe de symétrie de révolution un angle aigu dont le sommet est à l'opposé de l'électro-aimant d'actionne- ment. Les deux segments 57 et 58 sont maintenus appuyés contre un disque 64 par un ressort de compression héli- co!dal 63 interposé entre ces deux segments 57 et 58 d'une part et la plaque 62 d'autre part, Ce disque 64 est de son c8té fixé aux broches de guidage 59 et 60, aux extrémités libres de ces broches. Grce à ce mode de montage mobile des deux segments 57 et 58 les défauts d'alignement sont compensés sans difficulté puisque si l'un des deux segments 57 et 58 vient porter sur le siège avant l'autre au cours du mouvement de fermeture, l'ar- mature peut poursuivre son mouvement avec les broches de guidage et en raison de la disposition oblique des bro- ches de guidage, cette poursuite du mouvement axial a simplement pour effet d'augmenter la pression d'applica- 2z;62631 tion du segment considéré sur la surface de portée étanche 11. Pendant ce mouvement, l'autre segment vient également porter avant que l'armature 61 n'ait terminé sa course. Bien entendu, diverses modifications pourront etre apportées par lthomne de l'art au dispositif qui vient d'etre décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Di particulier, les caractéristiques décrites plus haut peuvent Atre appliquées isolément ou en combinaison. 24 2631 R.i V E N D I C A T I O N S 1 - Vanne comprenant un corps et un siègec agencé dans ce corps et présentant une surface de portée de forme tronconique auquel est conjugué un élément obturateur mobile pouvant se rapprocher ou s'éloigner de ce siège et qui, dans la position de fermeture, est appuyé à joint étanche sur le siège et isole deux rac- corcds l'un do l'autre à joint étanche, cette vanne com- prenant au moins un orifice qui débouche dans la surface de portée et est relié à l'un des raccords, cette van- ne étant caractérisée on ce qu'elle comporte un troisi- ème raccord (12 ou 13) prévu dans le corps et relié à la partie du volume intérieur du corps qui est isolée à joint étanche des deux autres raccords (15 et 16) lorsque l'élément obturateur (6) est appliqué contre le siège (O10). 2 - Vanne suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que deux orifices débouchent dans la sur- face de portée tronconique (11) et sent reliée chacun à un raccord (15 ou 16) et on ce que les deux orifices sont opposés face à face et ' étendent chacun sur un arc d'environ 180 de la périphérie de la surface de portée. 3 - Vanne suivant la revendication 2, carac- térisée en ce queo lorsque la vanne est fermée, les deux volumes (12 et 13) qui sont attenants aux surfaces fron- tales de l'élément obturateur (6) conslitué par un plateau de soupape, sont reliés entre eux. 4 - Vanne suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce qu'il y est prévu une fixation de l'actionneur (3) sur chacun de deux c8- tés opposés ldu corps (1). - Vanne suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée on ce que l'élément obturateur présente un noyau rigide sur lequel est formé un ancrage (7) venu de matière pour la fixation par sÂreté de forme d'une garniture d'étanchéité périphéri- que élastique (&) 6 - Vanne suivant la revendication 5, carac- térisée en ce que la garniture d'étanchéité périphéri- que élastique (8) est fixée par vulcanisation 7 - Vanne suivant l'une quelconque des reven- dications 2 à 6, caractérisée en ce que l'élément obtu- rateur (36) comprend deux segments (38 et 38) mobiles l'un par rapport à l'autre et dont chacun est destiné lO. obturer à joint étanche l'un des deux orifices qui débouchllent dans la surface de portée (11) dans la posi- tion de fermeture de l'élément obturateur. 8 - Vanne suivant la revendication 7, carac- térisée en ce que les deux segments (37 et 38) sont re- liés à l'actionneur (41) par un mécanisme à coin ou à tringlerie, notamment par un mécanisme à genouillère (42 à 46). 9 - Vanne suivant l'une quelconque des reven- dications 7 et 8, caractérisée en ce que les deux seg- ments (37 et 38) sont montée avec précontrainte élasti- que (ressortS39 et 40) l'un par rapport à l'autre et par rapport à leur actionneur. lO - Vanne suivant l'une quelconque des reven- dications 7 et 9, caractérisé en ce que les deux seg- ments (57 et 58) sont montés chacun sur une broche de guidage (59 ou 60) fixée rigidement à l'actionneur l - Vranne suivant la revendication 10, carav- * térisée en ce que les deux broches de guidage (59 et 60) sont situées dans un même plan dans lequel est également contenu l'axe de syaètrie de révolution du siège (10) de la vanne et Cn ce que les deux broches de guidage forment entre elles un angle aigu dont le sommet est à l'opposé de l'actionneur, cet angle étant au moins à peu près égal à l'angle de c8ne de la surface de portée (11).