Brevet FR2487942A1 — publié le 19820205

Vanne à trois voies. La présente invention se rapporte à une vanne à trois voies du type comprenant deux clapets accouplés coopérant, sous l'action d'un poussoir agissant dans un sens sur l'un des clapets pour déplacer les deux clapets à l'encontre d'un ressort de rappel agissant dans le sens opposé sur l'autre clapet, avec deux sièges disposés entre lesdits deux clapets. L'une des voies de la vanne débouche entre les deux sièges et les deux autres voies débouchent de part et d'autre des deux sièges. Dans les vannes connues de ce type, les deux clapets sont généralement solidaires l'un de l'autre. De telles vannes qui donnent satisfaction lorsque le fluide à commander se trouve à des températures voisines de la température ambiante posent des problèmes lorsqu'il s'agit de commander des fluides à très hautes ou très basses températures. En effet, à de telles températures extrêmes, les matériaux constitutifs de la vanne (corps de vanne et clapets) subissent des dilatations thermi- ques altérant le fonctionnement correct de la vanne. Par ailleurs, ces températures extrêmes ne permettent pas d'utiliser des Joints d'étanchéité en matière plastique ou en caoutchouc qui deviennent durs et fragiles aux très basses températures et se ramollissent ou fondent aux très hautes températures. La tenue de ces joints d'étanchéité est égale- ment compromise lors de la commande de fluides agressifs. Enfin, lors de la commande de fluides de faible densité tel que l'hélium ou l'hydrogène, l'étanchéité entre les cla- pets et les sièges des vannes connues est très difficile à réaliser sans l'utilisation de joints souples en matière plastique ou en caoutchouc, ce qui, en raison de la mauvaise tenue de tels joints à des températures extrêmes, s'oppose également à l'utilisation de ces vannes connues pour la com- mande de tels fluides. La présente invention a pour objet une vanne à trois voies du type défini ci-dessus convenant en particulier à la commande de fluides à très haute ou très basse température et remédiant aux problèmes qui se posent dans de tels cas pour les vannes connues. L'invention a également pour objet une vanne du type défini ci-dessus susceptible d'être utilisée pour des fluides à très haute ou très basse température et/ou des fluides agressifs et/ou des fluides de faible densité tels que l'hélium ou l'hydrogène. La vanne à trois voies conforme à l'invention comprend deux clapets accouplés coopérant, sous l'action d'un poussoir agissant dans un sens sur l'un des clapets pour déplacer les deux clapets à l'encontre d'un ressort de rappel agissant dans le sens opposé sur l'autre clapet, avec deux sièges disposés entre les deux clapets. L'une des voies débouche entre les deux sièges et les deux autres voies débouche de part et d'autre des deux sièges. Les deux clapets sont constitués par deux corps de révolution pourvus chacun d'un trou borgne axial. Les deux clapets sont accouplés par une tige inter- médiaire dont les deux extrémités sont montées avec du jeu radial dans les trous borgnes des clapets. Cette tige présente une longueur telle que les deux clapets soient toujours main- tenus écartés l'un de l'autre de manière à ne pas pouvoir s'appliquer simultanément sur leur siège. Grâce à ce mode d'accouplement et de commande des deux clapets, le fonctionnement de ces derniers n'est pas affecté par les dilatations thermiques différentielles survenant en cas de commande de fluides à très haute ou très basse tempé- rature. De préférence, les deux clapets sont constitués par deux billes qui coopèrent avec deux sièges dont les portées peuvent être tronconiques ou présenter une autre forme de révolution assurant un contact linéaire des billes avec les portées des sièges. En cas de commande de fluides de faible densité tel que l'hélium ou l'hydrogène, les deux clapets sont avantageusement constitués par des billes rodées en un métal de grande dureté tel que du carbure de tungstène. En effet, il s'est avéré que des billes peuvent subir un rodage d'autant plus précis que le métal constituant les billes est plus dur, ce qui fait qu'une telle bille en métal dur, rodée avec grande précision, est à même d'assurer conjointement avec un siège, de préférence en un métal plus mou tel que le laiton, une étanchéité suffisante pour pouvoir se passer de tout joint d'étanchéité rapporté, par exemple en matière plastique ou en caoutchouc, qui, de toute manière, serait inutilisable pour des fluides à très haute ou à très basse température ou des fluides agressifs. Dans le cas o le corps de la vanne conforme à l'inven- tion est composé de plusieurs parties, l'étanchéité entre ces différentes parties est assurée avantageusement par des joints métalliques, par exemple des joints toriques comprenant une ame en métal dur et un revêtement extérieur en métal mou. En se référant au dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'une vanne conforme à l'invention. La vanne à trois voies illustrée sur la figure unique du dessin est du type à pilotage électrique et comprend un étage de pilotage 1 et un étage de commande 2. L'étage de commande 2 comprend un corps en trois parties, à savoir une partie centrale 3 et deux parties d'extrémité 4 et 5. La partie centrale 3 est pourvue d'un alésage central 6 contre les deux extrémités duquel deux sièges 7 et 8 sont serrés par les parties d'extrémité 4 et 5. L'une des voies 9 de la vanne débouche dans l'alésage 6 entre les deux sièges 7 et 8, tandis que les deux autres voies 10 et 11 débouchent sur les côtés opposés des deux sièges 7 et 8. Les deux clapets coopérant avec les deux sièges 7 et 8 sont constitués par deux billes 12, 13 dont chacune présente un trou borgne axial 14, 15. Une tige 16 dont les deux extré- mités sont montées avec du jeu radial dans les trous borgnes 14, 15 maintient les billes 12 et 13 écartées l'une de l'autre de manière qu'elles ne puissent pas s'appliquer simultanément sur les deux sièges 7, 8. La bille 12 est sollicitée contre son siège 7 par un ressort 17 prenant appui sur la partie terminale 4 du corps. L'autre bille 13 est soumise à l'action d'un poussoir 18 qui, lorsqu'il est actionné, pousse la bille 13 contre son siège 8 en soulevant simultanément, à l'encontre de l'action du ressort de rappel 17, la bille 12 de son siège 7 par l'intermédiaire de la tige 16 par laquelle les deux billes 12, 13 sont accouplées. Le poussoir 18 est actionné par un soufflet 19 fixé entre la partie d'extrémité 5 du corps de l'étage de commande 2 et une plaque 20 portant le poussoir 18. Le soufflet 19 et la plaque 20 sont entourés d'un chapeau 21 et le poussoir 18 est commandé, par l'intermédiaire de l'étage de pilotage 1, par envoi de fluide dans l'espace 22 entre le chapeau 21# d'une part, et la plaque 20 et le soufflet 19, d'autre part. Ce fluide est le même que celui commandé par le clapet double (12, 13, 16) de l'étage de commande 2. L'étage de pilotage 1 présente une structure analogue à celle de l'étage de commande 2 et comprend, à l'intérieur d'un corps en trois parties 23, 24 et 25, un double clapet formé de deux billes 26, 27 accouplées par une tige 28. La bille 27 est sollicitée en direction de son siège 29 par un ressort de rappel 30, tandis que la bille 26 est soumise à l'action d'un poussoir 31 poussant la bille 26 contre son siège 32, à l'en- contre du ressort de rappel 30. Le poussoir 31 est commandé de façon usuelle par un électro-aimant 33. Un canal 34 ménagé dans les corps des deux étages 1 et 2 mène directement de la voie 10 de l'étage de commande 2 sur le côté du siège 29 de l'étage de pilotage, contre lequel la bille 27 est poussée par le ressort de rappel 30. Un canal 35 ménagé également dans les corps des deux étages 1 et 2 mène de l'espace compris entre les deux sièges 29 et 32 de l'étage de pilotage 1 vers l'espace 22 de l'étage de commande 2. Il convient de noter que le soufflet 19 est un soufflet élastique qui, en absence de pression dans l'espace 22, c'est- à-dire lorsque l'étage de pilotage 1 n'est pas commandé (bille 27 appliquée contre son siège 29 par le ressort de rappel 30), exerce par le poussoir 18 sur la bille 13 une poussée en direction du siège 8, cette poussée étant inférieure à la force antagoniste du ressort de rappel 17. Lorsque l'électro-aimant 33 de l'étage de pilotage 1 n'est pas excité, la bille 27 de l'étage de pilotage 1 est Mab", appliquée contre son siège 29 sous l'action du ressort 30, de sorte que le fluide provenant de la voie 10 de l'étage de commande 10 ne peut pas s'écouler du canal 34 dans le canal 35 et dans l'espace 22. Le ressort de rappel 17 applique donc la bille 12 de l'étage de commande 2 contre son siège 7, ce qui interdit tout passage de fluide de la voie 10 vers la voie 9 ou la voie 11. La bille 13 de l'étage de commande 2 est par contre soulevée de son siège 8, de sorte que les deux voies 9 et 11 communiquent l'une avec l'autre. Lors de l'excitation de l'électro-aimant 33, le poussoir 31 soulève la bille 27 de l'étage de pilotage 1 de son siège 29, ce qui permet au fluide de s'écouler de la voie 10 de l'étage de commande 2 par le canal 34 dans le canal 35 et de là dans l'espace 22. Sous la pression du fluide dans l'espace 22, le poussoir 18 applique la bille 13 contre son siège 8 soulève la bille 12 de son siège 7 à l'encontre de l'action du ressort 17, ce qui permet au fluide de s'écouler de la voie 10 dans la voie 9. A titre d'exemple, la vanne à trois voies telle que décrite ci-dessus peut être utilisée pour commander un vérin à simple effet, relié à la voie 9. En cas d'excitation de l'élec- tro-aimant 33, le fluide parvient ainsi de la voie d'entrée 10 par la voie 9 dans le vérin et en cas de désexcitation de l'électro-aimant 33, le fluide peut s'échapper du vérin par la voie 9 dans la voie de sortie 11. L'étanchéité entre les parties 3, 4, 5 du corps et entre la partie 5 et le chapeau 21 de l'étage de commande 2 ainsi qu'entre les deux parties 23 et 24 du corps de l'étage de pilotage 1 est assurée par des joints toriques métalliques comprenant une âme en métal dur et un revêtement extérieur en métal mou. Dans l'exemple représenté, on n'a pas prévu de joint d'étanchéité entre les deux parties 23 et 25 du corps de l'étage de pilotage 1 afin de laisser subsister, entre ces deux parties, un trajet de fuite évitant l'accumulation d'hu- midité dans le circuit de pilotage. Bien entendu, les diffé- rentes parties fixes des deux étages 1 et 2 sont serrées les unes contre les autres, par exemple à l'aide de vis non repré- sentées. L'absence de tout joint en matière plastique ou en caout- chouc permet d'utiliser la vanne conforme à l'invention pour des fluides agressifs et/ou des fluides à très haute ou très basse température. En cas d'utilisation de la vanne pour des fluides de faible densité tels que l'hélium et l'hydrogène, les billes 12, 13 et 26, 27 sont constituées par des billes en un métal très dur tel que le carbure de tungstène. En effet, de telles billes en métal très dur peuvent être rodées avec un très grande précision et assurent ainsi, sans joint rapporté, une très bonne étanchéité vis-à-vis des sièges 7, 8, 29, 32 qui sont constitués avantageusement par un métal plus mou, par exemple le laiton. La réalisation conforme à l'invention des doubles cla- pets, aussi bien dans l'étage de commande 2 que dans l'étage de pilotage 1, à partir de deux billes (ou autre corps de révolution) accouplés par une tige montée avec du jeu radial dans des trous axiaux borgnes des billes, l'une des deux billes étant soumise à l'action d'un poussoir et l'autre bille étant sollicitée dans le sens opposé par un ressort, assure l'insensibilité des doubles clapets aux dilatations thermi- ques. La vanne peut ainsi fonctionner indifféremment à très haute température ou très basse température. REVENDICATIONS 1. Vanne à trois voies comprenant deux clapets accouplés coopérant, sous l'action d'un poussoir agissant dans un sens sur l'un des clapets pour déplacer les deux clapets à l'en- contre d'un ressort de rappel agissant dans le sens opposé sur l'autre clapet, avec deux sièges disposés entre les deux clapets, l'une des voies débouchant entre les deux sièges et les deux autres voies débouchant de part et d'autre des deux sièges, caractérisée par le fait que les deux clapets sont constitués par deux corps de révolution pourvus chacun d'un trou borgne axial et accouplés par une tige dont les deux extrémités sont montées avec du jeu radial dans les trous borgnes des clapets et qui présente une longueur telle que les deux clapets soient toujours maintenus écartés l'un de l'autre de manière à ne pas pouvoir s'appliquer simultanément sur leurs sièges. 2. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les deux clapets sont constitués par deux billes. 3. Vanne suivant la revendication 1, destinée à la com- mande de fluides de faible densité, caractérisée par le fait que les deux clapets sont constitués par des billes rodées en un métal de grande dureté tel que le carbure de tungstène et que les sièges sont en un métal mou tel que le laiton. 4. Vanne suivant l'une quelconque des revendications pré- cédentes, pour la commande de fluide à très haute ou très basse température et/ou de fluides agressifs, caractérisée par le fait que le corps de la vanne est composé de plusieurs parties et que l'étanchéité entre les différentes parties du corps est assurée par des joints toriques métalliques compre- nant une ame en métal dur et un revêtement en métal mou.