Brevet FR2528146A1 — publié le 19831209

VALVE MAGNETIQUE PILOTEE A SYSTEME D'OBTURATION PERFECTIONNE. La présente invention se rapporte à une valve magné- tique pilotée comprenant une soupape de commande principale munie d'un siège de soupape et d'un piston différentiel qui obture ce siège de soupape et dont la face postérieure déli- mite une chambre reliée au raccord d'admission par des interstices de petites sections, ainsi qu'une soupape pilote montée derrière le piston différentiel dans le prolongement axial de ce dernier et isolant hermétiquement la chambre située à la face postérieure dudit piston différentiel par rapport à une chambre de basse pression. Des valves magnétiques pilotées de ce type sont utilisées en tant que distributeurs dans des conduits tubu- laires Un domaine d'application préféré est l'utilisation de ces valves comme valves de commande dans des robinette- ries commandées Etant donné que ces dernières sont très souvent des installations de sécurité et doivent satisfaire à de grandes exigences de fiabilité, les valves de commande de ces robinetteries sont également soumises à ces condi- tians. Dans des valves magnétiques pilotées, il est à craindre que la soupape pilote et la soupape principale de commande soient alternativement mises en fonction lors de la commutation et qu'il se produise ainsi des vibrations au-dessous de ces valves magnétiques Il en résulte que le- débit en masse parcourt la valve par saccades et que la commutation sûre de la soupape principale devant être commandée s'en trouve affectée Par conséquent, une valve magnétique pilotée devrait être conçue de telle façon qu'une influence réciproque soit évitée. Les installations de sécurité, ainsi que leurs valves de commande, doivent disposer de grandes réserves de forces de manoeuvre pour garantir le fonctionnement même en cas de frottement et d'usure accrus après une longue période d'utilisation D'autre part, la consommation d'éner- gie et la force magnétique nécessaire d'une valve magnéti- que doivent être les plus faibles possibles pour permettre à peu de frais une alimentation sûre en énergie et pour limiter les dimensions de l'aimant nécessaire. Dans des installations soumises à contrôle, par exemple dans des centrales nucléaires, des usines électri- ques à combustibles fossiles et des installations de réser- voirs de pression, la fiabilité de fonctionnement est vérifiée à intervalles réguliers par des dispositifs de sûreté Il est par conséquent nécessaire que les valves puissent être contrôlées par des moyens simples sans nuire à leur fonctionnement; à cet effet, on a besoin d'un dispositif fiable afficheur de positions. L'invention a pour objet d'améliorer une valve magnétique pilotée, de telle façon que ne surgissent pas les inconvénients des formes de réalisation connues, c'est- à-dire que la valve doit être conçue de façon que la posi- tion initiale de la soupape pilote ne soit pas modifiée lors du processus de commutation: que les forces néces- saires à l'enclenchement de cette soupape pilote soient les plus faibles possibles; qu'on puisse obtenir de manière simple un affichage direct des positions de cette soupape pilote, ainsi qu'un affichage indirect de celles de la scupape de corrnande principale, et que les organes de transmission des forces d'enclenchement à ladite soupape pilote soient réalisés tels qu'aucune force proportionnelle à la masse de l'aimant Ercit transmise à la soupape pilote au moment de l'ouverture. Confnornénent) l'invention, dans une valve magné- tique pilotée du type précité, cet objet est atteint par le fait qu'un organe d'entraînement, assujetti au c 6 ne d'obtu- ration de la soupape pilote vient en prise mécaniquement avec le piston différentiel pour provoquer un mouvement d'ouverture après que ladite soupape pilote a effectué une course partielle et que, lors d'un mouvement indépendant d'ouverture dudit piston différentiel, ledit organe pénètre dans ce piston et n'entrave pas son mouvement. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, l'organe d'entraînement est réalisé sous la forme d'une tige de traction dotée à son extrémité d'une tête, ladite tige de traction étant mobile dans un orifice du capuchon extrême d'un tube de traction relié rigidement à la face postérieure du piston différentiel, dans lequel elle pénètre lors d'un mouvement indépendant d'ouverture de ce piston différentiel. Dans une autre forme de réalisation, la soupape pilote est fermée et maintenue fermée par la force d'un aimant élévateur, à l'encontre de la pression du fluide de travail qui règne dans la chambre à la face postérieure du piston différentiel Cette soupape pilote s'ouvre lorsque l'alimentation en courant électrique est interrompue ( par exemple lors d'une commutation ou d'une panne de courant), grâce à la pression du fluide de travail qui, en particulier à de basses-pressions, est assistée par la force du ressort hélicoïdal de pression La valve fonctionne alors selon le principe du courant de repos. Une autre forme de réalisation consiste en ce que la soupape pilote se ferme et est maintenue fermée, par la force d'un ressort logé dans le carter de l'aimant élé- vateur,à l'encontre de la pression du fluide de travail régnant dans la chambre à la face postérieure du piston différentiel Lors de l'excitation de l'aimant élévateur dont la force magnétique diminue la force du ressort préci- té, la soupape pilote est ouverte par la pression du fluide de travail qui, en particulier à de basses pressions, est assistée par la force du ressort hélicoïdal de pression La valve fonctionne alors selon le principe du courant de tra- vail. Dans un autre perfectionnement de l'invention, il existe seulement un contact par pression entre la broche ou queue l de la soupape pilote et l'organe d'actionne- ment de l'aimant élévateur De la sorte, on empêche de manière sûre que des forces proportionnelles à la masse de l'aimant et des pièces mues conjointement soient 'transmises 11 à la soupape pilote lors du processus d'ouverture; Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston différentiel de la soupape de commande principale est mobile dans un cylindre auquel la pièce formant siège est assujettie, cette pièce étant avantageusement vissée sur le corps de la valve, au-dessous du siège de la soupape, à une distance correspondant approximativement au double du diamètre dudit siège. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, pour provoquer un affichage direct des positions de la sou- pape pilote, une tige mobile axialement est reliée rigide- ment au cane d'obturation ou à la queue de la soupape pilote et elle est raccordée par l'aimant élévateur, par exemple électriquement ou mécaniquement, à un dispositif d'affichage situé derrière cet aimant élévateur. Pour obtenir une grande surface effective ou surfa- ce d'attaque pour la pression du fluide de travail, il est prévu sur le cône d'obturation de la soupape pilote, au- dessus de la surface d'étanchéité, un élargissement en forne de disque Après l'ouverture de la soupape pilote, ce mouvement d'ouverture est renfcr'cé par les forces exercées par le fluide de travail et agissant désormais sur ledit élargissement discoldal. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nul- lement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue fragmentaire avec coupe axiale partielle d'une valve magnétique pilotée selon l'in- vention; et la figure 2 est une coupe fragmentaire à échelle agrandie représentant les pièces logées à l'intérieur de ladite valve. Le corps 1 de la valve présente un raccord latéral d'admission 2 et un raccord de sortie 3 dirigé vers le bas. Les éléments fonctionnels de la soupape de commande princi- pale sont incorporés dans un espace interne cylindrique 4 du corps 1 A sa face supérieure, ce corps 1 est obturé par un couvercle 5 qui loge en même temps des composants de la soupape pilote Une lanterne 6, fixée par des liaisons file- tées à la face extrême libre du couvercle 5, supporte le carter 7 d'un aimant élévateur auquel est fixé un autre car- ter 8 renfermant des composants d'un dispositif afficheur de positions. Une pièce 9 formant siège, un piston différentiel et un ressort hélicoïdal de pression 11 font partie des éléments fonctionnels de la soupape de commfande principale. La pièce 9 formant siège comprend une partie supé- rieure cylindrique 12 et une partie inférieure 13 pénétrant dans l'alésage de ladite partie supérieure et comportant le siège 14 proprement dit de la soupape La pièce 9 est insérée de haut en bas dans l'espace interne 4 du corps 1, dans le- quel elle est en appui sur un épaulement 15, un écrou d'ajustement 17 assujettissant la pièce 9 au corps 1 étant vissé, à partir du côté sortie, sur un embout fileté 16 qui fait saillie vers le bas au-delà dudit épaulement. Grâce à la fixation unique en un endroit relativement éloi gné du siège 14 de la soupape, on évite que des forces externes soient transmises par le corps à la partie supérieu- re cylindrique 12 et au piston différentiel 10. A la hauteur dz raccord d'admission 2, sont ména- gés dans la partie cun'prieure cylindrique 12 deux alésages radiaux 18 dont le diamètre est plus grand que celui dudit raccord d'admission 2 L'un de ces alésages 18 est orienté vers ledit raccord 2 Le fluide peut ainsi pénétrer sans entrave dans l'espace interne cylindrique Au-dessus du raccord d'admission 2, l'étanchéité de l'intervalle entre le corps 1 et la pièce 9 formant siège est largement assurée, par exemple, par un segment de piston. Le piston différentiel 10 est guidé sans jeu dans la partie supérieure cylindrique 12 de la pièce 9 formant siège, de manière à limiter les pertes de fluide entre le piston et le cylindre A sa face inférieure, le piston diffé- rentiel 10 présente one surface d'étanchéité 19 qui correspond au siège 14 de la soupape et qui, appliquée contre ce siège lorsque ladite soupape est fermée, forme l'obturation entre les raccords d'admission 2 et de sortie 3, respectivement. Comme le montre en détail la figure 2, la face pos- térieure du piston différentiel 10 comporte une dépouille qui loge le ressort hélicoïdal de pression 11 soumis à une précharge et prenant appui contre le couvercle 5, et qui maintient ainsi le piston différentiel 10 dans sa position de fermeture. La soupape pilote comprend encore une zone 21 formant siège élaborée dans le couvercle 5, une queue ou broche 22 pourvue d'un cône d'obturation 23, un soufflet 24, un ressort héliqoidal de pression 25 et un couvercle obturateur 26 vissé sur ledit couvercle 5 ( voir également la figure 2) Le soufflet 24 disposé dans l'alésage du couvercle obturateur 2 C a pour Fonction d'assurer l'hermi- ticité totale ies espaces internes de la valve vis-à-vis de l'extérieur La zone 21 formant siége et le cône d'obturation 23 forment l'obturation étanche de l'espace interne à la face postérieure du piston di FFérenfiel 10 Immédiatement au-des- sus dudit cône d'obtllration 23, la broche 22 présente une butée 27 en forme de disque qui, lorsque la soupape pilote est ouverte, est appliquée contre la face extrême inférieure du couvercle obturateur 26 et limite ainsi la course Le cône d'obturation 23 se prolonge-par une tige de traction 28 à l'extrémité de laquelle se trouve une tête 29 et qui est mobile dans un orifice du capuchon extrême 30 d'un tube de traction 31 formant partie intégrante du piston différentiel Entre la tête 29 et le capuchon extrême 30 du tube 31, est ménagé un jeu suffisant pour que la tige de traction 28, seulement après que la soupape pilote a accompli une course déterminée nécessaire, vienne en prise avec le tube de trac- tion 31 et donc avec le piston différentiel 10 pour provoquer l'ouverture D'autre part, entre la tête 29 et le piston différentiel 10, est réservé un espace libre suffisant pour qu'un mouvement indépendant d'ouverture du piston différen- tiel ne soit pas empêché. La broche 22 est mobile dans la partie supérieure du couvercle obturateur 26 Une pièce de raccordement 32 en deux parties, en prise par conformation avec un renflement ou bourrelet 22 a à l'extrémité de la broche 22, comporte une paroi externe tronconique et pénètre, par cette paroi, dans un alésage complémentaire pratiqué dans une coupelle 33 contre laquelle le ressort hélicoïdal de pression 25 est en appui L'extrémité libre d'un coulisseau 34 relié à l'ai- mant élévateur repose librement sur la pièce de raccordement 32 de la broche 22, si bien que seulement des forces-de poussée peuvent agir sur cette broche 22 à partir dudit coulisseau D'inopportunes forces de traction s'exerçant sur la soupape pilote sont ainsi évitées. Le ressort hélicoïdal le pression 25 intercalé entre la coupelle 33 et le couvercle obturateur 26 agit dans le sens de l'ouverture et il maintient la soupape pilote ouverte aussi lonigtemps ui,*'aucijr-o force de fermeture induite par le coulisseau 31 ns surmonte la Force de ce ressort 25. Lcrsque la pression r 4 gnent dans la valve est nulle ou seule- ment très faible, le ressort hélicoïdal 25 est en mesure de provoquer le mouvemen: d'ouver':ure du piston différentiel 10 de la soupape de commande principale. Une tige 35 disposée axialement et s'étendant à partir de l'extrémité externe de la broche 22 traverse de part en part le carter 7 de l'aimant élévateur et se prolonge jusqu'au carter 8 dans lequel elle agit sur un dispositif affichant les positions de la soupape pilote Etant donné que la broche 22 n'est également reliée au piston différentiel 10, par l'intermédiaire de la tige de traction 28, qu'après que la soupape pilote a effectué une course préalable correspon- dante, il est également possible de constater l'ouverture de la soupape-de commande principale par l'intermédiaire de la- dite tige 35. Le mode de fonctionnement est le suivant: la valve magnétique pilotée est fermée dans sa position normale Tous ses espaces internes sont soumis à la pression du fluide de travail Le piston différentiel 10 de la soupape de commande principale est maintenu hermétique par la pression du fluide de travail et par la force du ressort hélicoïdal 11, tandis que le cône d'obturation 23 est maintenu dans sa position de fermeture par le uoulisseau 34, sous l'action de l'aimant élévateur et à l'encontre de la pression du fluide de travail et de la force du ressort 25 En fonctionnement selon le principe du courant de repos, la force de l'aimant élévateur exerce directement une poussée sur le cône d'obturation 23; en revanche, lors du fonctionnement selon le principe du courant de travail, la force de fermeture est engendrée par - un ressort dont l'action sur le coulisseau est supprimée ou réduite après la réaction de l'aimant élévateur. Le mouvement de l'aimant élévateur est déclenché, par exemple, par le signal d'un contacteur manométrique La force de fermeture exercée par le coulisseau 34 sur le cône d'obturation 23 de la soupape pilote disparaît et la pres- sion du fluide de travail ouvre ce cêne d'obturation 23 d'une manière suffisante pour que la pression régnant dans la chambre à la face postérieure du piston différentiel 10 de la soupape de commande principale chute, étant donné que les sections d'admission sont notablement plus petites que les sections d'évacuation La surface efficace à la face postérieure du piston différentiel 10 est considérablement plus grande que la surface effective ou d'attaque à sa face opposée, si bien que, après une chute suffisante de la pression du fluide agissant sur la surface différentielle entre le piston et le siège, ledit piston 10 provoque une ouverture Le déplacement du cône d'obturation 23 à sa posi- tion d'ouverture se poursuit également Ce mouvement d'ouver- ture est assisté par la déviation du flux provoquée par la butée discoidale 27 située au-dessus du cône d'obturation et par l'influence de la force du ressort hélicoïdal de pression 25 Même lorsque le mouvement du piston différentiel 10 est rapide, la soupape pilote reste ouverte en permanence étant donné que ce mouvement se produit indépendamment de celui de la soupape de commande principale. Dans le cas o, en présence de pressions faibles, la baisse de pression à la face postérieure du piston diffé- rentiel 10 est insuffisante pour solliciter ce dernier à l'ouverture, ou bien lorsqu'il ne règne aucune pression dans l'installation, le ressort hélicoïdal 25 sollicite de son côté ledit piston 10 à l'ouverture sous l'action de la tige de traction 28 à l'achèvement de la première course partielle. Lorsque l'aimant élévateur est de nouveau commuté, le cône d'obturation 23 est ramené à sa position de fermeture par la force appliquée au coulisseau 34 Du fait des sections -d'admission relativement petites entre le raccord d'admission 2 de la valve et la chambre située à la face postérieure du piston différentiel 10, la pression croît dans cette chambre jusqu'à la valeur de la pression du fluide de travail, ce qui fait que le piston différentiel 10 est concomitamment poussé à sa position de fermeture La force provoquant cette fermeture est assistée par le ressort hélicoïdal 11 en prise avec le piston différentiel 10 et dont la force élastique est toutefois moindre que celle du ressort héli- coidal 25 de la soupape pilote. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à la valve magnétique décrite et repré- sentée, sans sortir du cadre de l'invention. il REVENDICATIONS 1 Valve magnétique pilotée comprenant une soupape de commande principale munie d'un siège de soupape et d'un piston différentiel qui obture ce siège de soupape et dont la face postérieure délimite une chambre reliée au raccord d'admission par des interstices de petites sections, ainsi qu'une soupape pilote montée derrière le piston différen- tiel dans le prolongement axial de ce dernier et isolant hermétiquement la chambre située à la face postérieure du- dit piston différentiel par rapport à une chambre de basse pression, valve caractérisée par le fait qu'un organe d'en- trainement, assujetti au c 6 ne d'obturation ( 23) de la soupape pilote, vient mécaniquement en prise avec le piston différentiel ( 10) pour provoquer un mouvement d'ouverture après que ladite soupape pilote a effectué une course partielle, ledit organe pénétrant dans le piston différen- tiel, lors d'un mouvement indépendant d'ouverture de ce piston différentiel ( 10), sans entraver ce mouvement. 2 Valve magnétique selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que l'organe d'entraînement est réalisé sous la forme d'une tige de traction ( 28) dotée d'une tête ( 29) à son extrémité; et par le fait que ladite tige de traction ( 28) est mobile dans un orifice du capuchon extrême ( 30) d'un tube de traction ( 31) relié rigidement à la face postérieure du piston différentiel ( 10), dans lequel elle pénètre lors d'un mouvemernt indépendant d'ouverture de ce piston différentiel ( 10). 3 Valve srrtique elon l'une des revendications 1 et 2, zaract 6 ris s par le fait que la soupape pilote est maintenue fermfie par la force d'un aimant élévateur, à l'encontre de la pressiorn du Fluide de travail qui règne dans la chambre à la face postérieure du piston différentiel ( 10). 4 Valve magnétique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la soupape pilote est maintenue fermée, à l'encontre de la pression du fluide de travail régnant dans la chambre à la face postérieure du piston différentiel ( 10), par la force d'un ressort bandé par l'aimant élévateur. Valve magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'il existe seulement un contact par pression entre la broche ( 22) de la soupape pilote et un coulisseau ( 34) de l'aimant élévateur. 6 Valve magnétique selon l'une quelcdnque des revendications I à 5, caractérisée par le fait que le pis- ton différentiel ( 110) de la soupape de commande principale est mobile dans un cylindre ou partie supérieure cylindri- que ( 12 l auquel est assujettie la pièce ( 9) formant siège; et par le fait que ladite pièce ( 91 formant siège est vissée sur le corps ( 1) de la valve, au-dessous du siège ( 14) de la soupape, à une distance correspondant approxima- tivement au double du diamètre dudit siège. 7 Valve magnétique selon l'une quelconque des re- vendications I à 6, caractérisée par le fait qu'une tige ( 351 mobile axialement est reliée rigidement à la broche ( 22) de la soupape pilote et est raccordée, par l'intermé- diaire de l'aimant élévateur, à un dispositif d'affichage (carter 8) situé derrière cet aimant élévateur. 8 Valve magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'il est prévu sur le cône d'obturations ( 23) de la soupape pilote, au-dessus de la surface d'étanchéité, une butée ( 27) en forme de disque.