Brevet FR2500565A1 — publié le 19820827

La présente invention a trait à une vanne pour fluides sous pression. Plus précisément elle a pour objet une vanne miniaturisée destinée au réglage de l'écoulement d'un fluide sous haute pression et dans des conditions difficiles (ambiance nucléaire, température élevée, milieu corrosif). On ne trouve pas actuellement sur le marché de vanne de faible encombrement pour fluide sous haute pression résistant à des températures élevées, à des milieux corrosifs ou à des flux neutroniques et gamma importants. De nombreuses applications industrielles nécessitent l'utilisation de vannes à caractéristiques très variées telles qu'une section très réduite, une plage de pressions de fluide très étendue, une commande électrique directe, une fermeture rapide et une étanchéité parfaite, même à l'hélium, permettant d'assurer un service à long terme d'une façon stable dans des conditions d'emploi difficiles qui rendent inutilisables les diverses vannes actuellement connues. Les principaux facteurs à prendre en compte sont la géométrie réduite, la tenue aux xa- diations gamma et neutroniques importantes pour des températures de fonctionnement très élevées et rapidement variables, ainsi qu'une grande robustesse et une bonne tenue à la corrosion dans des milieux très divers tels que métaux fondus, eau désionisée, gaz ou liquides corrosifs, produits de fission, hydrocarbures, milieux organiques ou milieux chimiques (acides ou basiques, oxydants ou réducteurs). La présente invention a justement pour objet une vanne pour fluides sous pression dont les caractéristiques permettent de résoudre la plupart des difficultés exposées ci-dessus. Selon la principale caractéristique de la vanne objet de l'invention, celle-ci, du genre de celles qui comprennent à l'intérieur d'un tube un siège de vanne percé d'une ouverture qui peut être obturée par une bille placée du coté d'arrivée du fluide et des moyens pour appliquer la bille contre le siège de vanne, se caractérise en ce qu'elle comporte en outre une tige passant à travers ladite ouverture et des moyens thermiques permettant d'actionner la tige afin que celle-ci pousse la bille dans la seule direction d'arrivée du fluide pour le laisser passer à travers ladite ouverture. Dans un premier mode de réalisation, les moyens thermiques permettant d'actionner la tige comprennent une canne thermique solidaire de la tige et placée à l'intérieur du tube du côté opposé à la bille par rapport au siège de vanne et une résistance électrique disposée autour de la canne thermique tout au long de celle-ci. Dans une autre forme de réalisation, lesdits moyens thermiques permettant d'actionner la tige comprennent une canne thermique solidaire de celle-ci et placée à l'intérieur du tube du côté opposé à la bille par rapport au siège de vanne et une boucle parcourue par un fluide chaud, placée à l'intérieur de la canne thermique. Dans une dernière forme de réalisation, lesdits moyens thermiques sont constitués par un enroulement HF placé autour du tube. Enfin, selon une autre caractéristique de la vanne objet de l'invention, celle-ci comprend du côté de la sortie du fluide un moyen d'appui de la canne thermique et de la tige solidaire du tube afin que la canne thermique ne se dilate que dans une seule direction pour que la tige pousse la bille vers le côté d'arrivée du fluide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale agrandie de la vanne objet de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, et - la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale montrant une variante possible pour la sortie du fluide. Sur la figure 1, on voit que la vanne objet de l'invention est constituée par un tube cylindrique 1 à l'intérieur duquel se trouve un siège de vanne 2. Une bille 3 est appliquée contre le siège de vanne 2 par des moyens élastiques qui, dans l'exemple décrit ici, sont constitués par un empilement de rondelles métalliques 4 (rondelles-ressort dynamique). Avantageusement, on peut utiliser des rondelles en Inconel 718, traitées pour obtenir une très grande résistance mécanique et comprimées à 1000 N lors de la construction de l'appareil. Ces rondelles prennent appui sur un bouchon inférieur 5 soudé au tube et percé d'un conduit 6 permettant l'arrivée du fluide. Une pastille filtrante 7 est disposée entre le bouchon 5 et l'empilement de rondelles 4 afin d'arrêter les impuretés solides qui pourraient être entrainées par le fluide. Toujours sur la figure 1, on voit que le siège de vanne 2 est percé d'une ouverture 8 à travers laquelle peut se déplacer une tige 9. Celle-ci est solidaire d'une canne thermique 10 qui, dans l'exemple décrit ici, est une pièce cylindrique disposée à l'intérieur du tube 1, du côté opposé à la bille par rapport au siège de vanne et entourée de moyens de chauffage. Sur la figure, on voit que ceux-ci sontconstitués par une résistance électrique 11 placée dans une gaine enroulée en spirale autour de la canne 10. Ces divers éléments apparaissent sur la vue en coupe de la figure 2. Sur cette figure, on voit la canne 10 disposée à l'intérieur du tube l-et séparée de la paroi interne de celui-ci par un shoopage E-3 acier inoxydable 13 On voit également la résistance chauffante 11. Le fluide s'écoule dans l'espace situé entre le shoopage 13 et la paroi interne du tube 1 jusqu'à un orifice 12 qui permet le passage vers la sortie 12A. Si on le désire, on peut ménager le long de la canne 10 une rainure longitudinale permettant le passage d'un thermocouple 14. Si l'on se reporte à nouveau à la figure 1, on voit que la vanne comporte du côté de la sortie du fluide des moyens d'appui 15 de la canne et de la tige solidaires du tube 1. Dans l'exemple décrit ici, il s'agit d'un bouchon soudé au tube 1. Bien entendu, les moyens d'appui de la canne et de la tige pourraient être constitués par l'appareil sur lequel est fixée la vanne. Par exemple, le tube I pourrait avoir une extrémité filetée, la vanne se fixant alors par vissage sur l'appareil. Le fonctionnement de l'appareil est le suivant : lorsque la résistance 11 est parcourue par un courant électrique, la canne thermique 10 se chauffe et se dilate longitudinalement. Mais-comme le bouchon 15 l'empêche de se dilater vers le côté de sortie du fluide, elle se dilate en direction du siège de vanne 2 et la tige 9, solidaire de la canne 10, vient au contact de la bille 3 et pousse celleci en direction du côté d'entrée du fluide. Ceci a pour effet de comprimer l'empilement de rondelles 4 tandis que le fluide pénètre dans la vanne à travers le conduit 6 et le filtre 7. Lorsqu'on arrête le chauffage, la canne thermique 10 se rétracte, la tige 9 revient à sa position initiale et les rondelles 4 se détendent appliquant à nouveau la bille 3 contre le siège de vanne, bloquant ainsi le passage du fluide. La vanne selon l'invention présente un certain nombre d'avantages particulièrement intéressants. A titre d'essai, on a réalisé un prototype sur lequel on a pu constater une bonne tenue aux rayonnements béta, gamma et neutroniques, ainsi qu'une bonne tenue vis-à-vis des hautes températures ( ) à 6500C) et des agents corrosifs. D'autre part, les dimensions très réduites de l'appareil (diamètre 10 - pour une longueut de 140 mm) permettent de l'utiliser même dans des endroits difficilement accessibles. De plus, elle présente l'avantage d'avoir un volume mort très faible (conduit 6). On a également remarqué une excellente étanchéité à l'hélium ainsi qu'une bonne tenue aux transitoires thermiques et un temps de réponse très court ( I1 est bien entendu que l'invention ne se limite pas au seul exemple qui vient d'être décrit mais qu'on peut imaginer des variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Par exemple, on peut envisager comme moyen de chauffage de la canne 10 une boucle parcourue par un fluide à haute température. De même, on pourrait utiliser comme moyen de chauffage un enroulement HF autour du tube. Quant à la sortie du fluide, celle-ci peut se faire par des ouvertures latérales 16 situées dans la paroi du tube 1 immédiatement en aval du siège de vanne 2 comme cela apparaît sur la figure 3. Dans ce cas, la conduite 12 est supprimée, mais un soufflet 17 est prévu entre la canne 10 et la paroi intérieure du tube 1 afin que le fluide s'échappe exclusivement à travers les ouvertures 16 et non pas le long de la canne la. La vanne selon l'invention trouve de nombreuses applications et pas uniquement dans le domaine nucléaire. C'est ainsi giton peut envisager son utilisation dans les domaines de l'industrie chimique, de l'aviation, de l'astronautique et de la géothermie notamment. REVENDICATIONS 1. Vanne pour fluides sous pression comprenant à l'intérieur d'un tube (1) un siège de vanne (2) percé d'une ouverture (8) qui peut être obturée par une bille (3) placée du côté d'arrivée du fluide et des moyens pour appliquer la bille (3) contre le siège de vanne (2), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une tige (9) passant à travers ladite ouverture (8) et des moyens thermiques (11) permettant d'actionner la tige (9) afin que celle-ci pousse la bille (3) dans la seule direction d'arrivée du fluide pour le laisser passer à travers ladite ouverture (8). 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens permettant d'appliquer la bille (3) contre le siège de vanne (2) sont des moyens élastiques. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens élastiques comprennent un empilement de rondelles métalliques (4) comprimées. 4. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens thermiques (11) permettant d'actionner la tige (9) comprennent une canne thermique (10) solidaire de la tige (9) et placée à l'intérieur du tube (1) du côté opposé à la bille (3) par rapport au siège de vanne (2), et une résistance électrique disposée autour de la canne thermique tout au long de celle-ci. 5. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens thermiques (11) permettant d'actionner la tige (9) comprennent une canne thermique (10) solidaire de la tige (9) et placée à l'intérieur du tube (1) du côté opposé à la bille (3) par rapport au siège de vanne (2), et une boucle parcourue par un fluide à haute température placée à l'intérieur de la canne thermique. 6. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens thermiques (11) permettant d'actionner la tige (9) comprennent une canne thermique (10) solidaire de la tige (9) et placée à l'intérieur du tube (1) du côté opposé à la bille (3) par rapport au siège de vanne (2), et un enroulement HF disposé autour du tube (1). 7. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le tube (1 > comprend du côté de la sortie du fluide un moyen d'appui (15) de la canne (10) et de la tige (9). 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le tube (1) comporte des ouvertures (16) de sortie du fluide placées immédiatement après le siège de vanne (2) dans le sens d'écoulement du fluide et un soufflet (17) solidaire de la canne thermique (10).