Brevet FR2510222A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne une valve destinée à régler 11 écoulement d'un fluide, par exemple une valve destinée à être utilisée avec des fluides d haute pression et à faibles débits. Dans de telles applications,-il peut être extrêmement important d'obtenir une fuite nulle dans la position fermée. Antérieurement, de telles valves étaient en gêné- ral des valves ou clapets à bille à ressort. Cependant les valves à bille utilisant une bille et un siège métalliques ont tendance à nécessiter un rodage soigneux de manière à garantir une étanchéité appropriée et sont sujettes à une ingression de saletés au niveau de la surface du siège, provoquant une fuite et une usure par frottement. Souvent on ne peut pas roder de façon appropriée les valves à bille utilisant un siège ou une bille elasti- que etw dans le cas de très petites valves, il est diff i- cile de réaliser des profils de siège précis. De même les sièges élastiques peuvent éclater lors de la libération de fluides à trèshaute pression à moins qu'ils soient soigneusement conçus, ce qui à nouveau peut être difficile dans le cas de valves très petites. L'utilisation de joints toriques en tant que matériau d'étanchéité pour de telles valves est intéressante, mais il est difficile de résoudre le problème visant à empêcher l'éclatement du joint torique lors de l'ouverture de la valve pour laisser passer le gaz. Un inconvénient supplémentaire dans le cas de valves à bille réside dans le fait que l'organe ou la broche de manoeuvre frappe directement la bille. Ceci tend à provoquer la formation d'une empreinte sur la surface de la bille, ce qui peut entraîner une fuite, si la bille tourne. Un but de la présente invention est de fournir une valve destinée à être utilisée avec un fluide à haute pression, dans le cas de débits faibles, et dans laquelle il n'exis t essentiellement aucune fuite, lorsque la valve est dans la position fermée. Un autre but de l'invention est de fournir une telle valve qui soit soumise à une usure minimale et qui puisse être fabriquée avec des dimensions faibles. Ce problème est résolu conformément à l'invention à liaide d'une valve qui comporte un bottier définissant une cavité, un organe de fermeture situé avec possibilité de déplacement à 1 t intérieur de la cavité, et des moyens situés dans la cavité et qui, avec l'organe de fermeturne, définissent une paroi annulaire allongée pour le verrouillage et un espace annulaire allongé, contenant un organe élastique d'étanchéité, et dans laquelle l'organe de fermeture est repoussé par des moyens de chargede sorte que la paroi annulaire s'étend à l'intérieur de l'espace annulaire et tend à agir de manière que l'organe d'étant cavité tabli-sse l'étanchéité, la valve comportant en outre un trou ménagé dans le bottier, s'étendant à l'intérieur de la cavité et apte à recevoir, avec possibilité de glissement, un organe de commande de valve agencé de manière à déplacer l'organe de fermeture à l'encontre des moyens de charge, de manière interrompreisde ce fait l'étanchéi- té établie avec l'organe d'étanchéité de manière à définir unevoie d'écoulement du fluide le long de l'organe de fermeture et à travers ou le long de l'organe de commande de valve en direction de l'extérieur de la cavité. De préférence l'espace annulaire est ménagé dans la cavité et la paroi annulaire est ménagée sur l'organe de fermeture. La valve peut comporter un insert possédant une partie annulaire et une collerette extérieure, sur lune de ses extrémités, la collerette étant située dans la cavité contre épaulement, tandis que la partie annulaire s'étend à l'intérieur de la cavité de manière à définir l'espace annulaire entre ladite partie annulaire et le boîtier. De préférence l'organe de commande de valve comporte un passage en liaison avec l'extérieur et avec.l'in- térieur de la cavité, et il peut être prévu, à l'intérieur de cette dernière, des moyens de butée agencés de manière à limiter le déplacement de l'organe de fermeture .sous 1' influence des moyens de charge. De préférence les moyens de charge sont constitués par la pression du fluide, bien que l'organe de fermeture puisse être également repoussé dans la position étanche au moyen d'un ressort. Ainsi, on peut-voir que l'organe élastique d'étanchéité peut être parfaitement bien protégé contre la pénétration de saletés en provenance de l'extérieur et que, étant donné qu'il est constitué de préférence par un élastomère, cet organe peut être relativement insensible à une pollution due à des impuretés sous forme de particules dans l'écoulement de fluide, par rapport aux valves comportant des sièges métalliques. En outre, étant donné que dans une forme de réalisation préférée, l'organe de commande contacte en réalité l'organe de fermeture dans une position qui ne constitue pas une surface d'étanchéité, l'endommagement subi par la surface d'étanchéité peut être réduit au minimum. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ciaprès prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe schématique d' une première. forme de réalisation d'une -valve dans la position fermée; la figure 2 est une vue similaire à celle de. la figure 1, dans laquelle la valve est dans la position ouverte; la figure 3 est une vue à plus grande échelle d' une partie de la figure 1, montrant l'action d'étanchéité de l'un des joints; les figures 4 et 5 sont des vues en coupe simplifiées de deux autres formes de réalisation agencées de manière à permettre un écoulement plus important de fluide, dans la position ouverte; et la figure 6, est une vue, similaire à celle de la figure 1, d'une autre forme de réalisation. Comme cela est représenté sur les figures 1 et 2, un boitier 11 possède une cavité 12 qui s'ouvre vers l'extérieur du boîtier au moyen d'un trou 13, dont la section en coupe transversale est inférieure à celle de la cavité 12. Entre le trou 13 et la cavité 12 existe une partie intermédiaire 14 dont la section en coupe transversale est supérieure à celle du trou 13, mais inférieure à celle dela cavité 12. Cette partie forme un épaulement annulaire ultérieur 15 et un épaulement annulaire extérieur 16. Un joint torique élastique 17 est logé contre 1' épaulement extérieur 16 et une douille 18 à collerette est située à l'intérieur de la cavité 12,-la collerette étant en aboutement contre l'épaulement intérieur 15. Un second joint torique élastique 19 est disposé contre la face arrière 21 de la collerette de la douille 18 et par consé quent est disposé à la base d'un canal annulaire 22 formé entre le boîtier 11 et la douille 18, Un organe de fermeture 23 est situé dans la cavité 12. Cet organe de fermeture 23 est réalisé sous la forme d'une paroi cylindrique 24 fermée, à une extrémité, par une base relativement épaisse 25. Une partie centrale saillante 26 s'étend à partir de la base 2-5 dans la même direction que la paroi 24 de manière à définir un canal annulaire 27. L'organe de fermeture 23 est disposé de telle manière que la paroi 24 s'étend à l'intérieur du canal annulaire 22, tandis que la douille-18 s'étend à l'intérieur du canal annulaire 27. L'organe de fermeture 23 est repoussé en position par un ressort faible 28. Une broche 29 est montée de façon à pouvoir glis ser, dans le trou 13 et constitue un joint coulissant avec le joint torique 17. La broche 29possède un passage axial 31 se terminant par des ouvertures 32 à proxim- té de sa pointe. Dans la position fermée représentée sur la figure 1, l'organe de fermeture 23 est repoussé vers la gauche par le ressort 28 et par la pression du fluide agissant contre la base 25. L'extrémité de la paroi 24 est repoussée contre le joint torique 9 établissant 1' étanchéité. Avant que le joint torique 19 soit comprimé d'une manière trop importante, l'extrémité de la douille 18 vient en contact avec la base du canal 27, ce qui empêche une surcharge du joint torique Comme cela est représenté sur la figure 2, on ouvre la valve en faisant coulisser la broche 29 vers la droite de manière que la pointe contacte la partie saillante 26 de l'organe de fermeture 23.Un déplacement supplémentaire de la broche 29 vers la droiX déplace l'organe de fermeture 23 à l'encontre de la force du ressort 28 et de la pression du fluide, jusqu'à ce que l'étanchéité avec le joint torique 19 soit interrompue. Le fluide peut alors s'écouler le long de la paroi 24 et par derrière la douille 18 dans le canal 22, en pénétrant dans et en sortant du canal 27 et en sortant de la cavité 12 par l'intermédiaire de l'ouverture 32 et du passage 31 de la broche 29. Sinon le fluide peut circuler en circulant autour et derrière le joint torique 19 et la collerette de la douille 18, puis dans l'espace situé entre la douille 18 et la broche 29 en direction des ouvertures 32. Le déplacement de l'organe de fermeture vers la droite est limité par une butée 33. Comme cela est représenté sur la figure 3, toutes les voies d'écoulement sont fermées de façon étanche dans la position fermée étant donné que le joint torique est repoussé à force dans les espaces 34 et 35. On voitpar con séquent que le joint torique 19 reste essentiellement statique, l'organe de fermeture 23 étant la pièce mobile, et que par conséquent les forces de frottement sont réduites au minimum, ce qui entraîne de faibles forces d'actionnement. La demanderesse a testé une telle valve sous une pression de 5,9 x 107 Pa et l'afait fonctionner à des pres- sions comprises entre 6,9 x 106 Pa et 4,1 x 107 Pa, sans détecter aucune fuite. Dans les formes -de réalisation représentées sur les figures 4 et 5, un débit plus important du fluide est possible. Sur la figure 4, ceci est obtenu en réalisant une partie découpée ou un évidement 41 dans le bottier et une partie découpée ou un évidement 42 correspondant dans la douille 18. Ainsi, lorsque la valve est ouverte, la paroi 24 de l'organe de fermeture 23 pénètre dans la région des deux évidements 41, 42, ce qui laisse un passage moins tortueux pour le fluide. Dans la forme de réalisation de la figure 5, on obtient le même effet en réalisant une partie découpée ou un évidement similaire 41 dans le boîtier Il et un ou plusieurs trous 43 dans la douille 18. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 6, le logement 11 possède une cavité 12 et un trou 13. Une broche (non représentée) s'engage dans le trou 13, quiest ménagé dans une partie avant 51 du corps de valve, s'étendant à l'intérieur de la davité. Un joint torique 52 établit une étanchéité autour de la broche.lorsque cette est en position, et la partie avant du-corps de valve estmaitenue en position dans le boîtier 11 au moyen d'un filet de vis 53. Cette position peut être obtenue au moyen de cales (non représentées) situées entre la face arrière 54 de la partie avant 51 du corps de valve et une face correspondante du boîtier 11. L'arrière de la partie 51 du corps de valve s'étend à l'intérieur de la cavité 12 et est obturé de façon étanche au moyen d'un joint torique 55 disposé entre un épaulement 56 et une collerette annulaire 57 sur la partie avant 51 du corps de valve. Sur l'arrière de la collerette 57, la partie avant 51 du corps de valve s'étend à l'intérieur d'une douille cylindrique 58. Le perçage 13 se rétrécit en 59- dans la région du joint torique 55 et s'élargit légèrement en 61 dans la région de la douille 58. La partie avant 51 du corps de valve se termine par une face d' extrémité annulaire 62. A l'intérieur de la cavité 12 et sur l'arrière de la partie 51 du corps de valve se trouve disposée la par- tie arrière 63 dudit corps de valve, qui, sur son extrémité avant, possède un collet cylindrique 64 possédant une face d'extrémité 65 correspondant à la face d'extrémité 62. Les faces d'extrémité 62 et 65 sont séparées par un jointtorique 66. Le joint 66 est maintenu en position par un manchon interne 67, qui est monté de façon lâche à l'intérieur des collets 68, 64, et par un manchon extérieur 68 qui est monté de façon lâche à l'extérieur des collets 58, 64. Un piston 69 est situé sur l'avant --du corps de valve arrière 63 et s'étend à travers le manchon intérieur 67 et à travers la partie étroite 69 de la cavité 13. Un ressort 71 agit-entre un épaulement 72 situé sur la partie arrière 63 du corps de valve et un épaulement 73 situé sur l'arrière du boîtier 11, de manière à repousser la partie arrière 63 du corps de valve vers la partie avant 51 dudit corps de valve. Lors du fonctionnement, la valve est fermée par la pression du fluide et par le ressort 71 repoussant les deux corps de valve 51, 63 l'un contre l'autre, ce qui comprime le joint torique 66 et établit ainsi une étanchéité entre lesdeux faces d'extrémité 62, 65 et entre les manchons intérieur et extérieur 67, 68. Pour ouvrir la valve, on dé place la broche (non représentée) de la gauche vers la- droite, commé cela est représenté sur la figure, dans le trou 13 jusqu'à ce que le piston 69 soit déplacé vers 1' arrière et comprime'le ressort 71. Ceci libère le joint torique 66, ce qui supprime les étanchéités établies entre les deux faces d'extrémité 62 et 65 et les manchons 67, 68. Le fluidepeut alors circuler le long de la partie arrière 63 du corps de valve dans la-région repérée en 74 et autour du manchon extérieur 68 à la fois entre le manchon 68 et les deux collets 68, 64 et entre le manchon 68 et le boîtier 11. Le fluide circule alors devant le joint torique~66, autour du manchon intérieur 67, d'une manière similaire, le long du piston 69 dans la partie rétrécie 59 et finalement sort de la valve par l'intermédiaire de la broche. Bien que dans les formes de réalisationdécrites l'écoulement du fluide s'effectue de l'intérieur du boîtier 11 vers l'extérieur, avec une pression élevée présente dans la cavité 12, les valves représentées pourraient fonctionner dans le sens inverse avec une pression élevée à l'extérieur du boîtier 11 et un fluide pénétrant depuis l'extérieur dans la cavité 12. REVENDICATIONS 1. Valve comportant un boîtier (11) définissant une cavité (12), un organe de fermeture (23) situé avec possibilité de déplacement à l'intérieur de la cavité des moyens de charge (28) tendant à repousser l'organe de fermeture (23) contre un organe élastique d'étanchéité (19) de manière à établir une étanchéité et un trou (13) ménagé dans le boîtier et s'étendant à l'intérieur de la cavité (12) et apte à recevoir, avec possibilité de glissement, un organe de commande de valve (29) agencé de manière à déplacer l'organe de fermeture (23) à l'encontre des moyens de charge (28), en supprimant ainsi l'étanchéité établie avec l'organe d'étanchéité (19) de manière à définir une voie d'écoulement du fluide le long de l'organe de fermeture (23) et à travers ou le long d l'organe de commande de valve (29) vers l'extérieur de la cavité, caractérisée par des moyens (11,18) situés à l'intérieur de la cavité (12) et qui définissent, en association avec l'organe de fermeture (23), une paroi annulaire allongée de verrouillage (24) et un espace annulaire allongé (22), qui contient l'organe élastique d'étanchéité (19), l'organe de fermeture (23) étant repoussé par les moyens de charge (28) de telle manière que la paroi annulaire (28) s'étend à l'intérieur de l'espace annulaire- (22) en tendant de ce fait à ce que l'organe d'étanchéité (19) établisse lwétanchéité. 2. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'espace annulaire (22) est ménagé dans la ca vité (12) et que la paroi annulaire (23) est menacées sur l'organe de fermeture (23). 3. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un insert (18) comportant, sur 1' une de ses extrémités, une partie annulaire et une collerette externe, qui est située dans la cavité 112) contre un épaulement (15), tandis que la partie annulaire s'étend à l'intérieur de la cavité de manière à définir l'espace annulaire (22) entre la partie annulaire (18) et le boîtier (11). 4. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'espace annulaire est formé entre deux manchons cylindriques (67,68). 5. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'organe de commande de valve (29) comporte un passage (31) en liaison avec l'extérieur de la cavité (12) et avec l'intérieur de cette dernière. 6. Valve selon'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de butée (33) situés à l'intérieur de la cavité (12) et agencés de manière à limiter le déplacement de l'organe de fermeture (23) sous l'influence de l'organe de commande (29). 7. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de charge sont constitués par la pression du fluide et que l'organe de fermeture est également repoussé dans la position d'étanchéité à l'aide d'un ressort (28). 8. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'il existe deux trajets de fuite le long de l'organe élastique d'étanchéité (19,66), lorsque la valve est dans sa position ouverte.