Brevet FR2557950A1 — publié le 19850712

La présente invention a pour objet des perfectionnements apportés aux vannes à commande par piston. De telles vannes comportent un corps muni des voies d'admission et d'évacuation dont la communication peut être interrompue par un clapet solidaire d'une tige reliée à un piston, sur lequel s'exerce la pression de pilotage. Le piston est logé dans une tete, montée sur le corps de vanne, dans laquelle est logé le système de ressorts assurant le rappel du piston de commande. Ce type de vanne, connu, est réalisé générale- ment selon deux variantes principales: a) les vannes "normalement fermées", dans lesquelles, au repos, le piston de commande, sous l'effet de son système de ressort de rappel, maintient le clapet appliqué sur son siège, la vanne ne pouvant s'ouvrir que lors de l'admission de la pression de pilotage; et, b) les vannes "normalement ouvertes", dans lesquelles, au repos, le piston de commande, sous l'effet du système de ressort de rappel, maintient le clapet dégagé de son siège, la vanne ne pouvant se fermer que lors de l'admission de la pression de pilotage. Par ailleurs, l'utilisateur doit pouvoir disposer de vannes à pilotage par pression élevée, ce qui entraîne la réalisation de systèmes de rappel à ressorts de forte puissance, logés dans des têtes de grandes dimensions. Les vannes à forte pression de pilotage sont dangereuses à manipuler, notamment lors des opérations de démontage pour la maintenance, en raison de la très forte puissance des ressorts de rappel du piston de commande. On comprend que l'utilisateur doit disposer d'un nombre de vannes relativement important pour ses différentes applications: vannes normalement ouvertes, normalement fermées, à pression de pilotage faible, à pression de pilotage élevée, ou très élevée, etc. L'invention se propose d'apporter une vanne à commande par piston pouvant fonctionner soit en mode normalement fermé, soit en mode normale- ment ouvert, avec des pressions de pilotage normales, élevées ou très élevées. En conséquence, cette invention concerne une vanne à commande par piston caractérisée en ce qu'elle comporte: au moins une tête, constituée par une enveloppe à alésage cylindrique dont les parois sont munies de canaux pour le passage de la pression de pilotage, ledit alésage pouvant être obturé à sa partie supérieure par un couvercle étanche; un piston de commande ré- versible et son système de ressorts de rappel, logés dans la tête; une em- base, sur laquelle vient se monter ladite tête et qui est munie d'orifices d'ad- mission du fluide de pilotage coopérant avec lesdits canaux, de manière que l'arrivée de la pression de pilotage dans la tête puisse s'effectuer, au choix de l'utilisateur, soit sous le piston de commande, soit audessus de ce piston; un système d'accrochage permettant de monter l'embase sur le corps de vanne, et un système d'accrochage prévu, d'une part sur le piston de commande, et, d'autre part, à l'extrémité de la tige du piston, de manière à pouvoir accou- pler, par superposition, plusieurs têtes identiques. On comprend que l'invention permet, avec un seul type de tête, de réaliser des vannes, pouvant véhiculer des fluides de forte pression, par simple superposition et couplage d'un nombre de têtes identiques, adapté à la pression d'utilisation. Par ailleurs, la caractéristique selon laquelle le piston est réversible et la pression peut s'exercer soit sur le piston de commande, sois sa us ce piston, permet d'obtenir, respectivement, une vanne normalement ouverte et une vanne normalement fermée, ainsi qu'une vanne à double effet. Selon l'invention, l'accrochage d'un piston de commande d'une tête de vanne sur la tige de piston d'une autre tête, lors de la superposition de plusieurs têtes, s'effectue par encliquetage. Selon une autre caractéristique de cette invention, on prévoit un indi- cateur optique, monté sur la tige du piston de commande, pour contrôler le mode de fonctionnement de la vanne. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins, qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins: - la Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une tête de vanne selon l'invention, en fonction "normalement ouverte"; - la Figure 2 est une vue similaire à la Figure 1, représentant la tête de vanne en position assurant la fonction normalement fermée; - la Figure 3 est une vue similaire aux Figures 1 et 2, représentant une tête selon l'invention en fonction "double effet" - la Figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une vanne selon l'invention à maintien de pression élevée dans la vanne, avec pilotage faible et fonction "normalement ouverte", obtenue par couplage par superposition de deux têtes selon la Figure 1; la Figure 5 est une coupe longitudinale d'une vanne selon l'invention, 3 2557950 à maintien de pression élevée dans la vanne, avec pilotage faible et fonction "normalement fermée", obtenue par couplage et superposition de deux têtes se- lon la Figure 2; et, - la Figure 6 est une coupe longitudinale d'une vanne selon l'invention, à maintien de pression élevée dans la vanne, avec pilotage faible et fonction "double effet", obtenue par couplage et superposition de deux têtes selon la Fig. 3. Sur les dessins, seule la tête de la vanne a été représentée selon ses diverses variantes, le corps de vanne sur lequel cette tête est montée étant de type tout à fait classique. A toutes fins utiles, le lecteur pourra se reporter, à cet effet, à la description de ce corps de vanne, donnée dans le brevet français n 84 00 208, déposé le 9 Janvier 1984 par la présente titulaire. Une tête de vanne selon l'invention se présente sous l'aspect d'une pièce cylindrique 10, dans laquelle est logé le piston de commande 12 et son système de ressorts de rappel 14. Dans les parois de la tête 10 sont ménagés des canaux 16, 18, pour le passage du fluide de pilotage ou de l'air, comme on le décrira ci-après. Le canal 16 débouche dans l'enceinte 20, située sous le piston de commande 12, et le canal 18 débouche dans l'enceinte 22, située au- dessus du piston 12. La tête 10 est pourvue d'un couvercle 24 à sa partie supé- rieure, et elle est montée, à sa partie inférieure, sur une embase 26, les joints représentés sur le dessin assurant l'étanchéité, de manière connue en soi. L'embase 26 est munie d'orifices 28, 30, coopérant respectivement avec les canaux 18 et 16. Cette embase comporte par ailleurs le système d'accro- chage 32 sur le corps de vanne. Ce système d'accrochage a été décrit dans le brevet précité, auquel le lecteur est prié de se reporter. L'embase 26 est traversée par la tige 34 du piston de commande, et le couvercle étanche 24 est traversé par un indicateur optique 36, permettant de contrôler le mode de fonctionnement de la vanne, cet indicateur optique étant réalisé sous la forme d'une tige venant s'encliqueter dans une bague 38, montée dans le piston de commande. On décrira maintenant les différents modes de fonctionnement de la tête selon l'invention, en se référant successivement aux Figures 1 à 3. 1 - Fonctionnement en mode "normalement ouvert" (Figure 1) Dans ce mode de fonctionnement, le piston de commande occupe la position représentée sur le dessin, les ressorts de rappel, tels que 14, le maintenant en position haute. Le fluide de pilotage est admis par l'orifice 28 4 2557950 de l'embase, et il pénètre dans la chambre 22, après passage au travers du conduit 18. Sous l'effet de la pression de pilotage s'exerçant, dans la chambre 22, sur le piston de commande 12, celui-ci est repoussé vers le bas, à l'en- contre de l'action des ressorts.14, ce qui amène le clapet de la vanne sur son siège, provoquant ainsi la fermeture de la vanne. Dès que cesse l'admission du fluide de pilotage, la pression cesse dans la chambre 2 Z, et les ressorts 14 ramènent le piston en position haute pour ouvrir la vanne. Dans ce mode de fonctionnement, l'orifice 30 permet d'évacuer l'air contenu dans la chambre 20. L'indicateur optique 36 permet de contrôler l'état de fonctionnement de la vanne. 2 - Fonctionnement en mode "normalement fermé_" (Figure 2) Dans ce mode de fonctionnement, le piston 12 a été retourné, de manière que ses ressorts de rappel, tels que 14, le maintiennent en position basse en l'absence de pression de pilotage, pour appliquer le clapet sur son siège. On notera que l'indicateur optique 36 sert de pièce intermédiaire de montage de la tige de piston 34 sur la tige du clapet (non représentée), et que l'extrémité supérieure 35 de la tige de piston sert d'indicateur optique pour contrôler l'état de fonctionnement de la vanne. Le fluide de pilotage est admis par l'orifice 30, et il pénètre dans la chambre 20 sous le piston 12. La pression de pilotage repousse donc le piston 12 à l'encontre de l'action des ressorts 14, ce qui provoque l'ouver- ture de la vanne, l'air contenu dans la chambre 22, au-dessus du piston de commande, s'échappant de la tête par le conduit 18 et l'orifice 28. Dès que cesse la pression de pilotage dans la chambre 20, l'action des ressorts de rappel, tels que 14, ramène le piston en position basse, fermant ainsi le cla- pet de la vanne. 3 - Fonctionnement en mode "double effet": Dans ce mode de fonctionnement, la disposition du piston de com- mande est la même que dans la Figure 2, mais le fluide de pilotage peut être admis soit dans la chambre 20, par l'intermédiaire de l'orifice 30, soit dans la chambre 22, par l'intermédiaire de l'orifice 28 et de la conduite 18, l'échap- pement s'effectuant, bien entendu, par l'orifice 28 ou 30 non utilisé pour l'ad- mission du fluide de pilotage. Comme on l'a précisé ci-dessus, l'invention permet de réaliser des vannes à commande par pression de pilotage élevée simplement en superposant et en accouplant le nombre de têtes nécessaire. Les Figures 4 à 6 illustrent une vanne selon l'invention obtenue par le couplage de deux têtes, identiques à celles représentées sur les Figures 1 à 3, dans ses différents modes de fonctionnement. En se référant à la Figure 4, on voit qu'une telle vanne est obtenue en couplant deux têtes 10, 10' identiques, en les rendant solidaires, par exemple par l'intermédiaire de leurs brides 40, 40', et en accouplant leurs pistons de commande 12, 12' à l'aide d'un collier d'encliquetage 42. Grâce à ce montage, le clapet de la vanne (non représenté), dont la tige est montée en prolongement des tiges 34, 34', est actionné par les pistons accouplés 12, 12', l'action con- juguée des ressorts de rappel 14, 14' permettant un fonctionnement sous pres- sion de pilotage élevée. Les conduits 18, 18' et 16, 16' communiquent entre eux et débouchent respectivement sur les orifices 28 et 30 de l'embase 26 sur laquelle est mon- tée la tête 10. On décrira maintenant les différents modes de fonctionnement d'une vanne à deux têtes selon l'invention, en se référant aux Figures 4 à 6. 1 - Fonctionnement en mode "'normalemnent ouvert" (Figure 4) Dans ce mode de fonctionnement, les deux pistons de commande 12, 12', accouplés par le collier 42, ont la position représentée sur le dessin, les ressorts de rappel, tels que 14, 14', les maintenant en position haute pour que le clapet de la vanne (non représenté) soit ouvert en l'absence de fluide de pilotage. Lorsque le fluide de pilotage est admis par l'orifice 28, il pénètre dans les chambres 22, 22' par l'intermédiaire des conduits 18, 18'. Sous l'ef- fet de la pression s'exerçant sur la surface supérieure des pistons 12, 12', ceux-ci sont repoussés vers le bas, à l'encontre de l'action des ressorts 14, 14', et le clapet de la vanne s'applique sur son siège; au cours de ce déplace- ment des pistons, l'air contenu dans les chambres 20, 20' s'échappe vers l'extérieur par l'intermédiaire des conduits 16, 16' et de l'orifice 30. Dès que cesse l'admission du fluide de pilotage, les ressorts 14, 14' ramènent les pis- tons en position haute, ouvrant ainsi la vanne. L'indicateur optique 44, monté sur la tige 34' par le collier 42', permet de contrôler l'état de fonctionnement de la vanne. 6 2557950 2 - Fonctionnement en mode "normalement fermé" (Figure 5): Dans ce type de fonctionnement, les deux pistons de commande 12, 12', accouplés par la bague 42, occupent la position représentée sur le dessin, c'est-à-dire une position inversée par rapport à celle illustrée par la Figure 4. Il en résulte que l'action de rappel des ressorts 14, 14' s'exerce sur la surface supérieure de ces pistons, les maintenant en position basse, ce qui maintient le clapet de la vanne fermé en l'absence de pression de pilotage. Lorsque le fluide de pilotage est admis dans les chambres 20, 20', par l'inter- médiaire de l'orifice 30 et des conduits 16, 16', il repousse les pistons 12, 12' à l'encontre de l'effort de rappel des ressorts 14, 14', ce qui soulève le clapet de vanne et provoque l'ouverture de celle-ci, l'air s'échappant par les conduits 18, 18' et l'orifice 28. L'extrémité supérieure 35' de la tige du piston 12' sert d'indicateur optique pour contrôler l'état de fonctionnement de la vanne. Dès que cesse la pression de pilotage, l'action des ressorts de rappel ramène les pis- tons de commande dans la position représentée sur le dessin, fermant ainsi le clapet de la vanne. 3 - Fonctionnement en mode "double effet" (Figure 6) Selon ce mode de fonctionnement, la disposition des pistons ac- couplés 12, 12' est la même que sur la Figure 5, mais le fluide de pilotage peut être admis soit dans les chambres 20, Z0' situées endessous des pistons, soit dans les chambres 22, 22', au-dessus des pistons de commande, en utili- sant soit l'orifice 28, soit l'orifice 30, l'échappement du fluide de pilotage s'effectuant, bien entendu, par l'orifice 28 ou 30 non utilisé pour l'admission de la pression de pilotage. La description qui précède montre clairement que l'invention permet d'obtenir, par un couplage simple d'un nombre déterminé de têtes, des ampli- fications d'effets, avantages auquel se combine celui d'obtenir les différents modes de fonctionnement nécessaires pour les diverses applications de ce type de vanne. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Vanne à commande par piston, du type comportant un corps de vanne muni des voies d'admission et d'évacuation dont la communication peut être interrompue par un clapet solidaire d'une tige reliée à un piston sur le- quel s'exerce la pression de pilotage, ledit piston étant logé dans une tête montée sur le corps de vanne, recevant en outre le système de ressorts de rappel du piston de commande, cette vanne étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une tête (10) constituée par une enveloppe à alésage cylin- drique dont les parois sont munies de canaux (16, 18) pour le passage du fluide de pilotage, ledit alésage pouvant être obturé à sa partie supérieure par un couvercle étanche (24), un piston de commande réversible (12) et son système de ressorts de rappel (14) logé dans ladite tête, une embase (26) sur laquelle vient se monter ladite tête et qui est pourvue d'orifices (28, 30) pour le fluide de pilotage, coopérant avec lesdits canaux, de manière que l'arrivée de la pression de pilotage dans la tête puisse s'effectuer soit sous le piston de com- mande, soit au-dessus de ce piston, un moyen d'accrochage (32) assurant le montage de l'embase sur le corps de vanne, et un système d'accrochage, prévu d'une part sur le piston de commande, et, d'autre part, à l'extrémité de la tige du piston de commande, afin de permettre le couplage, par superposition, de plusieurs têtes identiques (10, 10'). 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle com- porte un indicateur optique (35, 36, 35', 44) pour contrôler l'état et le mode de fonctionnement de la vanne. 3 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'indica- teur optique (36, 44) est une tige montée par encliquetage à l'extrémité de la tige du piston de commande et faisant saillie au travers dudit couvercle. 4 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'indicateur optique (35, 35') est constitué par l'extrémité de la tige (34) du piston de com- mande faisant saillie au travers du couvercle de la tête. 5 - Vanne à amplification d'effets, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par superposition et couplage d'un nombre de têtes identiques (10, 10'), déterminé en fonction de la valeur de la pression de pilotage utilisée, et de la pression dans le corps de vanne, dans laquelle les pistons (12, 12') sont reliés à l'aide de moyens d'encliquetage, ladite vanne pouvant fonctionner en modes 8 2 7572 597950 "normalement ouvert", "normalement fermé", et "double effet", selon que la pression de pilotage s'exerce respectivement au-dessus des pistons de com- mande, en-dessous de ces pistons, et de chaque côté desdits pistons.