Brevet FR2568971A1 — publié le 19860214

La présente invention a pour objet une soupape pour fluide tel qu'un gaz chaud ou corrosif et plus particulièrement pour vapeur d'eau, à étanchéité et insonorisation améliorées. On a déjà proposé --voir notamment le brevet fran çais 75 19305 du 29 Juin 1975 publié sous le numéro 2 315 051-- des soupapes silencieuses faisant appel à une vanne à cage ou cylindre perforé et obturateur tubulaire coulissant masquant ou découvrant progressivement les perforations du cylindre afin de régler la section totale de passage du fluide, lesdites perforations débouchant en regard d'organes propres à renforcer l'atténuation du bruit. Ces soupapes opèrent dans de bonnes conditions de insonorisation, mais présentent en contrepartie l'inconvénient d'une étanchéité médiocre en position fermée, en raison des fuites à travers le jeu- fonctionnel existant entre le cylindre perforé et l'obturateur tubulaire coulissant, même en prévoyant l'interposition d'un segment d'étanchéité. D'ailleurs, dans le cas d une soupape pour gaz chaud (c'est-à-dire.d'une température d'au moins 1000C), on ne peut faire appel à des joints d'étanchéité en matière plastique ou élastomère qui sont en pratique les seuls matériaux courants qui auraient pu être utilisés pour étanchéiser la vanne à cage mais qui ne supporteraient pas les températures en cause. Il en est de meme d'ailleurs pour les gaz froids corrosifs ou abrasifs. On contact par ailleurs des soupapes de type diffurent convenant à la commande de gaz chaud et dont l'étanchéité en position fermée est assurée parfaitement par un effet d'autoclave puissant faisant intervenir le contact vigoureux métal/métal d'un clapet contre son siège, à telle enseigne qu'il s'avère utile d'équiper ledit clapet d'un organe auxiliaire d'équilibrage de pression ou-clapet pilote propre à réduire la pression différentielle d'autoclave en vue de faciliter le décollement et la levée du clapet principal (voir à cet égard le brevet français 1 341 638 du 19 septembre 1962). Mais l'avantage ainsi acquis sur le plan de l'étanchéité se paye par un défaut manifeste d'insonorisation comparativement à la soupape du premier type ci-dessus avec vanne à cage perforée et obturateur coulissant. En d'autres termes, on s'est trouvé jusqu'ici confronté à un dilemme en présence de ces deux types de soupapes pour gaz chaud : soit insonorisation efficace en position ouverte au prix d'une étanchéité défectueuse en position fermée, soit à l'inverse étanchéité efficace en position fermée au prix d'une insonorisation défectueuse en position ouverte. La présente invention se propose d'échapper à un tel dilemme en cumulant les avantages des deux types de soupapes : à savoir, l'étanchéité efficace en position fermée et l'insonorisation efficace en position ouverte. Selon la présente invention, ces deux types de soupapes sont conjugués en un dispositif de soupape qui en constitue une combinaison caractérisée d'une part par un montage en série d'un clapet autoclave assurant une étanchéité parfaite en position de fermeture et d'une vanne à cage perforée et obturateur coulissant l'un par rapport à l'autre et assurant une insonorisation poussée en position d'ouverture, et d'autre part par un attelage mutuel dudit clapet et du coulisseau de ladite vanne afin qu'ils se déplacent à l'unisson dans le sens de l'ouverture pour l'un et 11 autre ou au contraire dans le sens de la fermeture pour l'un et l'autre. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le montage en série est tel que le clapet autoclave se situe en amont et la vanne à cage perforée en aval. Par ailleurs, l'attelage du clapet au coulisseau présentera avantageusement un certain degré de liberté permettant des tolérances de désalignement relatif sans risque de grippage, les deux organes pouvant par exemple être reliés par une biellette ou un système à cardan. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 9 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de soupape conforme à la présente invention, représentée en position de fermetures Les figures 2 et 3 sont des vue analogues illustrant des variantes de réalisation. Les dessins font apparaître le montage d'un dispositif de soupape combinée dans un circuit parcouru par de la vapeur d'eau ou autre gaz chaud, le sens d'écoulement étant indiqué par des flèches Dans le mode de réalisation de la figure 1, le fluide provenant d'un générateur (non représenté) traverS se ne crépine cylindrique d'entrée 1 entourant un pre mier système de soupape autoclave du type décrit dans le brevet français 1.341.638 sus-mentionné et comportant es- sentiellement : un clapet principal 2 qui, en position de fermeture, prend vigoureusement appui contre un siège de soupape 3 sous l'effet autoclave de la surpression relap tive régnant en amont et quiS pour réduire cet effet en vue de son ouverture en facilitant son décollement du siège 3 est équipé d'un clapet pilote auxiliaire 4 aisément ma- noeuvrable par action sur une tige 5 qui en est solidaire. L'ouverture du clapet pilote permet l'établissement de la pression amont à l'intérieur du cylindre perforé dont les trous sont encore masques par le manchon En con séquence le dispositif d'insonorisation réduit à une valeur très faible l'effort de traction à appliquer pour décoller la soupape de sa position d'étanchéité métal métal, après ouverture du clapet pilote dont la section pourra autre réduite ( la section sera déterminée en fonc- tion de la section de fuite entre le manchon et le cylin- dre perforé). Dans sa position fermée telle qu'illustrée sur la figure 1, l'étanchéité est pleinement assurée par le contact métalimétal (sans intervention d'un quelconque matériau élastomère) du clapet principal 2 sur son siège 3. En aval de ce premier système de soupape 2-3 est disposé# un second système de soupape de type différent décrit dans le brevet français 2 315 051 sus-mentionné et comportant essentiellement : d'une part, une cage perforée 6 solidaire du siège de clapet 3 et sensiblement coaxiale à celui-ci pour former avec lui une pièce de révolution 3-6 ayant un fond 7 avec trous d'évacuation de condensat 8 et, d'autre part, un coulisseau-obturateur ou tiroir 9 en forme de manchon tubulaire pouvant masquer ou découvrir pro gressivement les perforations 10 de la cage 6.Ce coulisseau-obturateur 9 est attelé au clapet 2 par l'entremise d'une biellette articulée il ou dtue cardan, de sorte qu?au fur et à mesure de la levée du clapet 2, le coulisseau-ob curateur 9 démasque les perforations 10. il est à noter qu'à l'ouverture de la sollpape-com- binée qui vient autre décrite, l'écoulement se fait à travers le manchon creux 9, disposition# qui permet lemme sens d'ouverture de la soupape d'étanchéité 2-3 et de la soupape silencieuse 6-9 dont le manchon ne commence à dé- couvrir les trous 10 de passage à travers la zone perforée qu'à partir d'une certaine levée du clapet 2 par rapport à son siège 3, constituant une course morte sans établissement de débit autre que le débit d'évacuation des condensats par les orifices 8 percés dans le fond 7. On voit ainsi que la soupape combinée de la présente invention satisfait pleinement aux conditions requises d'étanchéité en position de fermeture grtce-au clapet autoclave 2-3 et d'insonorisation en position d'ouverture grâce à la vanne silencieuse 6-9. Pour obtenir des atténuations acoustiques encore plus élevées, le cylindre perforé 6 est équipé#d'un trai tement externe constitué soit d'une succession de tôles perforées concentriques telles que 12 soit d'autres insonorisants comme il sera décrit plus loin. On notera par ailleurs qu'en raison du sens de l'écoulement de l'intérieur vers l'extérieur de la cage, la haute pression se trouve à l'intérieur et une diminution de vitesse se produit au passage, ce qui est favorable à la diminution du bruit. il est évident que la soupape silencieuse requiert un déplacement relatif par coulissement de ses éléments constitutifs de base 6 et 9, et peu importe de savoir laquelle est fixe et laquelle est mobile. Ainsi, dans la variante de réalisation de la figure 2, on a inversé la nature des éléments constitutifs : on y trouve en effet d'une part un fourreau perforé 6A qui est mobile et attelé au clapet autoclave 2 par une liaison adéquate liA et d'autre part un masque 9A pour les perforations 10 qui est fixe et solidaire du siège de clapet 3. On peut également donner à la soupape combinée une structure plus ramassée et d'encombrement réduit, comme montré sur la figure 3, ce qui est particulièrement adapté à l'emploi sur échappement d'un moteur thermique, un canal de lubrification 13 pouvant être prévu au droit du couîisseau-obturateur 9. On notera que dans cette configuration le déplacement de l'attelage est assuré par une tige de commande 15 traversant le corps de la soupape dans sa partie 7 en aval du clapet autoclave (2-3), Cette tige 15 est ainsi soumise à la pression en aval du clapet (pression inférieure à la pression en amont) ce qui réduit les problèmes d'étanchéité et de guidage à la traversée. il va d'ailleurs de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Ainsi au lieu (ou en sus) des t8le perforées con centriques 12, on pourrait pousser davantage l'atténuation de bruit de la soupape silencieuse 6-9 en faisant appel à un enroulement de tricot métallique maintenu extérieurement par couture des fils ou bien par un grillage enroulé et soudé ou bien encore par une t#le perforée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de soupape pour fluide tel que de la vapeur d'eau ou autre fluide gazeux pouvant autre à température élevée ou à action corrosive, présentant à la fois des qualités de bonne étanchéité en position de fermeture et de bonne insonorisation en position d'ouverture, caractérisé en ce qu'un clapet autoclave (2-3) est monté en série avec une vanne (6-9) à cage perforé et obturateur coulissant l'un par rapport à l'autre et en ce que l'organe mobile (2) dudit clapet autoclave et celui (9) de ladite vanne sont attelés l'un à l'autre afin de se déplacer à l'unisson dans le sens d'une ouverture conjointe ou au contraire dans le sens d'une fermeture conjointe. 2. Dispositif de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le montage en série9 le clapet autoclave (2-3) se situe en amont de la vanne à cage perforée (6#9)o 3. Dispositif de soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'obturateur (9) est creux, l'écoulement se faisant à travers ledit obturateur de l'intérieur vers l'extérieur. 40 Dispositif de soupape selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'attelage (s1) de l'organe mobile (2) du clapet autoclave au coulisseau g9) de la vanne à cage perforée présente un certain degré de liberté permettant des tolérances de désalignement re- latif sans risque de grippage. 5 Dispositif de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce #iue le déplacement de l'attelage est assuré par une tige de commande (15) traversant le corps de la soupape dans sa partie (7) en aval du clapet autoclave (2, 3). 6. Dispositif de soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que l'atténuation acoustique procurée par la vanne à cage perforée (6) est améliorée par un traitement externe cons= titué d'une succession de tôles perforées concentriques (12) ou autres systèmes insonorisants disposés à l'ex- térieur de la cage perforée (ó) en regard de ses perforations (10) sur le trajet du fluide qui en sort. 7. Dispositif de soupape selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système insonorisant comprend un enroulement de tricot métallique maintenu extérieurement par couture des fils ou bien par un grillage enroulé et soudé ou bien encore par une tette perforée. 8. Dispositi! de soupape selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système insonorisant comprend un fourreau absorbant cylindrique sans laine minérale, réa- lisé à partIr de feutre métallique ou de tEle perforée. 9. Application du dispositif de soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'alimentation ou à l'échappement des moteurs thermiques.