Brevet FR2547890A1 — publié le 19841228

i 2547890 r La présente invention concerne une vanne nouvelle et perfectionnée et, particulièrement, une vanne nouvelle et perfectionnée pour enceinte à basse température comportant un ensemble monobloc de réglage avec un siège de vanne annulaire, un ressort et un dispositif de retenue 5 maintenant l'ensemble de réglage et le siège de vanne annulaire en contact sur une ouverture se trouvant entre l'entrée et la sortie de la vanne. On utilise les vannes pour enceinte à basse température dans les systèmes de commande opérant sur des fluides cryogéniques Ces fluides, 10 tels que l'azote liquide, sont communément à des températures descendant jusqu'à -195 C Les vannes sont montées selon un angle de 15 avec l'horizontale et sont allongées Dans un tel milieu, la vanne peut être simultanément soumise aux températures ambiantes à son extrémité supérieure et à des températures allant jusqu'à -195 C à son extrémité 15 inférieure Dans ces vannes, le joint est logé à l'extrémité inférieure et est soumis à de très grandes variations de température Par exemple, en position ouverte, quand l'azote liquide passe dans la vanne, la température peut être de - 195 C Une fois la vanne fermée, l'extrémité inférieure de la vanne et son joint se retrouvent approximativement à la 20 température ambiante, au bout de deux ou trois heures Il faut que le siège de vanne annulaire et le joint restent en contact étanche malgré ces très grandes variations de température Il faut aussi qu'on puisse facilement réparer ou remplacer le siège annulaire et le joint Comme le siège de vanne et le joint sont placés à l'extrémité inférieure de la 25 vanne et que la vanne spéciale pour enceinte à basse température comporte un col, l'entretien du siège de vanne annulaire et du joint est souvent extrêmement difficile, voire impossible, sans un démontage et un désassemblage complets de la vanne Quand on peut démonter la vanne et remplacer le siège de vanne et le joint, le remontage est souvent 30 difficile du fait que plusieurs éléments distincts doivent être positionnés convenablement dans la vanne Les vannes pour enceinte à basse température existantes comportent des joints métalloplastiques ou autres qui sont des éléments distincts et qui doivent être montés avant l'assemblage final de la vanne Un exemple de vanne qu'on doit 35 complètement démonter pour enlever ou remplacer le siège de vanne et le joint est décrit dans le brevet US-A-3 206 165 Les composants distincts de la vanne décrite dans ce brevet sont difficiles à démonter et à 2 2547890 remonter, particulièrement quand la vanne est installée dans un système tel qu'une conduite de fluide cryogénique. En bref, la présente invention a pour objet une vanne nouvelle et perfectionnée, et, plus particulièrement, une vanne pour enceinte cryogénique utilisée pour commander le débit d'un fluide cryogénique tel que l'azote liquide La vanne de la présente invention est conçue pour permettre un démontage facile des composants de réglage, sans outils ni instructions spéciaux et sans effort De plus, le remontage de la vanne et des composants de réglage est effectué simplement, du fait de la 10 nature unitaire de l'ensemble de réglage et de l'emploi de surfaces guides sur l'ensemble de réglage et l'intérieur de la vanne La vanne est une vanne du type sphérique comportant un corps de vanne avec un conduit d'entrée et un conduit de sortie et des chambres correspondantes d'entrée et de sortie Une ouverture est prévue entre les chambres Le 15 corps de vanne est prolongé par un col dans lequel est placé de façon démontable un ensemble de réglage L'ensemble de réglage comporte un tube intérieur auquel est fixé une corbeille de vanne Un siège de vanne annulaire est fixé avec des goupilles à la corbeille et comporte un joint de vanne Pour monter la vanne, on insère l'ensemble monobloc dans 20 la rallonge de la vanne Les surfaces chanfreinées sur le siège de vanne annulaire sont en contact avec des surfaces correspondantes à l'intérieur de la vanne guidant le siège de vanne annulaire dans l'ouverture entre les chambres d'entrée et de sortie de la vanne Un noyau au bout d'une tige est inséré dans l'ensemble de réglage et positionné dans la 25 corbeille Un chapeau est alors fixé sur le col de la vanne Un ressort en rondelle est monté dans le chapeau, en contact avec l'extrémité supérieure de l'ensemble de réglage qu'il maintient avec le siège de vanne annulaire en contact sur l'ouverture entre les chambres d'entrée et de sortie Un dispositif de retenue du ressort est logé en force dans 30 le chapeau avec une branche qui est en contact et retient le ressort en rondelle dans le chapeau. Les objets, avantages et caractéristiques nouvelles de la présente invention mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaltront plus clairement dans la description détaillée suivante d'un exemple préféré 35 de réalisation de l'invention, en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig 1 est une vue en coupe verticale d'une vanne réalisée selon les principes de la présente invention, la Fig 2 est une vue en coupe verticale agrandie de l'ensemble de réglage utilisé dans la vanne de la présente invention, et la Fig 3 est une vue partielle agrandie du ressort en rondelle et de son dispositif de retenue utilisés dans la vanne de la présente invention. Bien que l'invention puisse être réalisée sous de nombreuses formes différentes, on montrera dans les dessins et on décrira en détail 10 dans la suite un exemple de réalisation spécifique, étant entendu que la présente description doit être considérée comme un exemple des principes de l'invention et non comme une limitation de l'invention à l'exemple de réalisation spécifique décrit. En se référant aux dessins et d'abord à la Fig 1, une vanne est 15 montrée, désignée d'une manière générale par la référence numérique 10. La vanne 10 est du type vanne pour enceinte à basse température et on peut l'utiliser dans des milieux cryogéniques pour commander le débit de fluides tels que l'azote liquide. La vanne 10 comporte un corps de vanne 12 de type sphérique avec 20 un conduit d'entrée 14, un conduit de sortie 16, une chambre d'entrée 15 et une chambre de sortie 17 Un trou ou ouverture 18 assure la communication entre la chambre d'entrée 15 et la chambre de sortie 17 pour le passage du fluide Des flasques démontables 20 et 22, dépendant du système auquel la vanne 10 doit être fixée, peuvent être fixes au 25 corps de vanne 12 par des clips annulaires 24 et 26 Les spécialistes de la technique comprendront qu'en variante, le conduit d'entrée et le conduit de sortie peuvent 8 tre inversés Ici, on décrira uniquement une vanne caractérisée comme étant du type "débit vers ouverture" La vanne, avec un autre joint, peut aussi fonctionner dans le sens "débit vers 30 fermeture" Le talon 58 du joint 56 utilisé ici doit être sur sa circonférence intérieure. Le corps de vanne 12 est prolongé vers le haut par un col 28 qui peut, soit être solidaire du corps 12, soit un élément distinct fixé à l'aide d'une soudure 30 La partie supérieure 32 du corps peut être solidaire de la partie de corps 28 ou fixée à celle-ci par une soudure 34 La partie supérieure 32 comporte des goujons filetés 36 et 38 (dont 4 2547890 deux seulement sont montrés pour des raisons de clarté du dessin). Un ensemble de réglage désigné d'une manière générale par la référence numérique 40 se place de manière coulissante à l'intérieur des parties 28, 32 et 12 L'ensemble de réglage 40 comporte un tube 5 intérieur cylindrique 42 (Fig 2) auquel une corbeille 44 est fixée par brasage, de manière à former un seul bloc La corbeille 44 comporte une pluralité d'orifices 46 qui communiquent avec la chambre de sortie 17. Un siège de vanne ou siège annulaire 48 est fixé à la corbeille 44 à l'aide d'une paire de goupilles 50 et 52 qui sont fixées démontables 10 dans des ouvertures se trouvant dans le siège 48 et dans la corbeille 44 Le siège 48 est annulaire, avec une ouverture 54 qui communique avec la chambre d'entrée 15, comme le montre la Fig 1 Un joint 56, Fig 2, est prévu entre le siège 48 et la partie du corps de vanne 12 qui entoure l'ouverture 18 Il peut être en TEFLON ou acier inoxydable Le 15 joint 56 a une section en U dans l'exemple de réalisation illustré, avec un talon 58 Le joint 56 rentre en force dans une rainure 60 du siège 48 de manière qu'il soit retenu pendant le montage et le démontage de l'ensemble de réglage 40 Le joint 56 comporte des jambes 62 et 64 qui' s'écartent quand on introduit du fluide sous pression entre elles, 20 réalisant le joint désiré. Le siège annulaire 48 comporte des surfaces chanfreinées 66 et 68 qui sont en contact avec une surface correspondante 70 ' à la périphérie intérieure du corps de vanne 12 Quand on monte l'ensemble de réglage 40, en le descendant dans le col 28 du corps de vanne, les surfaces 66 25 et 68 viennent en contact avec la surface 70 ' Ce contact guide l'ensemble de réglage 40, le siège annulaire 48 et le joint 56 jusqu'à leur place dans l'ouverture 18. Une fois que l'ensemble de réglage 40 a été placé dans le corps de vanne, un assemblage formé d'un noyau et d'une tige, désigné d'une 30 manière générale par la référence numérique 70, est inséré dans l'ensemble de réglage 40 L'assemblage 70 comporte un noyau 72 en bronze, acier inoxydable ou acier au carbone, fixé au bout d'une première tige 74 par une goupille 77 La première tige 74 est fixée par une goupille à une seconde tige 76 qui peut 8 tre reliée à une commande 35 pneumatique (non montrée) pour faire monter ou descendre le noyau 72 dans la corbeille 44, réglant ainsi le débit de fluide entre l'entrée 14 2547890 et la sortie 16. Comme du fluide cryogénique passe dans la vanne 12, le corps de vanne 12 et le siège annulaire 48 sont soumis à de très grandes variations de température Dans cette plage de températures, il faut que 5 le siège annulaire 48 soit en contact étanche avec la partie du corps de vanne 12 entourant l'ouverture 18 Cette condition est obtenue dans la présente invention en appliquant une force vers le bas à l'ensemble de réglage 40 pour le maintenir en contact avec la partie de corps de vanne 12 entourant l'ouverture 18. Un chapeau 78 est fixé à la partie supérieure 32 du corps de vanne à l'aide des goujons 36 et 38 et des écrous 80 Un creux à fond plat 82 est usiné à l'extrémité inférieure du chapeau 78 (Fig 3) et un ressort annulaire en rondelle 84 est placé à l'intérieur de ce creux 82 Le ressort 84 peut être fabriqué à partir d'un alliage de cuivre tel que le 15 cuivre-béryllium communément utilisé en milieu à basse température Un dispositif de retenue 86 du ressort, en forme de L, est logé en force dans le creux 82 Pour avoir une étanchéité convenable entre la partie supérieure 32 du corps de vanne et le chapeau 78, on peut placer entre un joint métalloplastique ou autre 87 Le dispositif de retenue 86 20 comporte une jambe horizontale 88 qui vient en contact avec une lèvre périphérique 90 du ressort en rondelle 84 de façon que pendant le démontage du chapeau 78 de la vanne 10, le ressort 84 soit retenu dans le creux 82. On assemble la vanne 10 en plaçant l'ensemble de réglage 40 et 25 l'assemblage 70 à l'intérieur du col 28 du corps de vanne Ensuite, le chapeau 78 est fixé à la partie supérieure 32 du corps de vanne avec la jambe horizontale 88 du dispositif de retenue 86 plaçant le tube intérieur 42 en position correcte de telle façon que le ressort en rondelle 84 soit en contact avec l'extrémité supérieure du tube 30 intérieur 42 Le ressort 84 imprime une force au siège annulaire 48 et au joint 56 pour les maintenir en contact avec la partie du corps de vanne 12 entourant l'ouverture 18 La seconde tige 76 passe dans un trou long 94 dans le chapeau 78 et est entourée par un manchon guide 96, un joint 98 et un suiveur de joint 100 Ces derniers éléments sont 35 maintenus en place par une bague 102 fixée à l'extrémité supérieure du chapeau 78 à l'aide des goujons 104 et 106 et des écrous 108. 6 2547890 De ce qui précède, on observe que de nombreuses variantes et modifications peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine véritables de l'invention, En particulier, l'ensemble monobloc 40 et la retenue du ressort en rondelle 84 dans le chapeau 78 par le 5 dispositif 86 permettent un montage et un démontage faciles du fait que le ressort 84 ne tombe pas du chapeau 78 et que l'ensemble de réglage 40 est une unité complète Donc, cette structure permet une réparation ou un remplacement aisé du siège annulaire 48 et du joint 56, sans un démontage complet de la vanne 10 On doit comprendre qu'on n'a pas 10 l'intention de limiter l'invention par rapport à l'appareil spécifique illustré ici Il est naturellement prévu de couvrir, par les revendications jointes, toutes modifications tombant dans le domaine de l'invention. 7 2547890 REVENDICATIONS 1) Vanne comportant un corps de vanne ( 12) avec un conduit d'entrée ( 14) et un conduit de sortie ( 16), un col ( 28) sur ledit corps de vanne ( 12), caractérisée en ce qu'elle comporte encore un ensemble de réglage ( 40) se plaçant de manière coulissante dans le col ( 28), 5 l'ensemble de réglage ( 40) comportant un siège de vanne annulaire ( 48) en contact avec le conduit d'entrée ( 14), un noyau de vanne ( 72) placé de manière coulissante dans l'ensemble de réglage ( 40), en contact avec le siège de vanne ( 48), pour contr 8 ler le débit du fluide entre le conduit d'entrée ( 14) et le conduit de sortie ( 16), et un élément ( 84) 10 en contact avec l'ensemble de réglage ( 40) pour appliquer une force au siège de vanne ( 48) afin de le maintenir en contact avec le conduit d'entrée ( 14). 2) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de retenue ( 86) monté dans ladite vanne et 15 entourant l'élément ( 84), le dispositif de retenue ( 86) comportant une branche passant sous l'élément ( 84) pour le retenir dans ladite vanne. 3) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément ( 84) est constitué par un ressort en rondelle avec une lèvre périphérique ( 90). 4) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de vanne annulaire ( 48) est fixé à l'ensemble de réglage ( 40) à l'aide d'au moins une goupille démontable. ) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un joint ( 56) est placé sur le siège de vanne annulaire ( 48) pour être en contact 25 étanche avec le corps de vanne ( 12). 6) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une surface chanfreinée ( 70 ') sur la périphérie intérieure du corps de vanne ( 12), et une surface chanfreinée ( 66, 68) correspondante sur le siège de vanne annulaire ( 48) sont prévues, lesdites surfaces étant des 30 guides pour le montage de ladite vanne. 7) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemblage de réglage ( 40) comporte une corbeille ( 44), le siège de vanne annulaire ( 48) étant fixé à la corbeille ( 44). 8) Vanne comportant un corps de vanne ( 12), un conduit d'entrée 35 ( 14) et un conduit de sortie ( 16) définies dans ledit corps ( 12), un ensemble monobloc de réglage ( 40) monté déplaçable dans ladite vanne, 8 2547890 caractérisée en ce qu'elle comporte encore un tube intérieur ( 42), une corbeille ( 44) pour le noyau ( 72) fixée au tube ( 42), et un siège de vanne annulaire ( 48) fixé à la corbeille ( 44) pour 8 tre en contact avec le conduit d'entrée ( 14) de la vanne. 9) Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'un noyau de vanne ( 72) est monté déplaçable en translation dans le tube intérieur ( 42). ) Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un joint ( 56) monté sur le siège de vanne annulaire ( 48). 11) Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément ( 84) en contact avec le tube intérieur ( 42) pour pousser le siège de vanne annulaire ( 48) en contact avec le conduit d'entrée ( 14), et un dispositif de retenue ( 86) monté dans le corps de vanne ( 12) près de l'élément ( 84), l'élément ( 84) comportant une lèvre 15 ( 90), le dispositif de retenue ( 86) comportant une branche ( 88) en contact avec la lèvre ( 90) et retenant l'élément ( 84) quand on enlève le tube intérieur ( 42). 12) Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que le siège de vanne annulaire ( 48) est fixé démontable à la corbeille ( 44) 20 par au moins une goupille. 13) Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une surface chanfreinée ( 66, 68) sur le siège de vanne annulaire ( 48) et au moins une surface ( 70 '), sur le corps de vanne ( 12), correspondant à ladite surface chanfreinée ( 66, 68).