Brevet FR2575263A1 — publié le 19860627

1. La présente invention concerne des ensembles de valves en général et plus particulièrement des ensembles de valves multipositions, multidirections qui utilisent une plu- ralité de valves du type en champignon montées sur un arbre d'actionnement unique. Dans l'art antérieur, il s'est avéré extrêmement difficile et coûteux d'utiliser des valves du type en champi- gnon dans des ensembles de valves multipositions, multidirec- tions. L'une des principales raisons de cette difficulté rési- de dans le fait que de telles valves fournissent typiquement une pluralité d'organes de valve ou éléments de valve qui sont entraînés par un arbre d'actionnement unique. Comme dans les valves en champignon, l'élément-de valve se déplace en général perpendiculairement au siège de la valve, il est nécessaire de positionner les sièges respectifs à l'intérieur de l'ensem- ble de manière à assurer un contact étanche au fluide sensi- blement simultané de tous les éléments de valve. Cela a im- posé qu'on respecte des tolérances extrêmement serrées, ce qui est non seulement difficile à obtenir dans une produc- tion en série, mais encore très coûteux. Il est également 2. très souhaitable avec de telles valves multipositions, multidirections de concevoir la valve de façon qu'elle soit stable ou à auto-maintien dans les diverses positions, éliminant ainsi Ia nécessité d'appliquer une force d'action- nement continue pour la maintenir en position. La présente invention prévoit une force créée par une pression nette qui sert à maintenir l'ensemble à valves dans l'une ou l'autre de ces deux positions. Cela est obtenu en commandant sélectivement les surfaces relatives sur lesquelles agit le fluide pressurisé contrôlé par la valve de manière à créer un déséquilibre de pression net agissant dans la direction de maintien de la valve dans la position désirée. Ainsi, dans la présente invention, la seu- le force d'actionnement requise est celle qui est nécessai- re pour faire passer l'ensemble à valves d'une position à l'autre et aucune force de maintien extérieure n'est requi- se pour le maintenir dans cette position. Selon une caractéristique de la présente inven- tion, les aires relatives des surfaces contre lesquelles le fluide pressurisé agit sont commandées au moins en partie par la construction non symétrique d'un organe de valve en champignon. Plus spécifiquement, l'organe de valve en cham- pignon comporte des première et seconde surfaces d'étanchéi- té qui définissent chacune des aires prédéterminées diffé- rentes contre lesquelles le fluide pressurisé se trouvant dans l'alésage du logement appliquera une force dirigée axialement. Dans un mode de réalisation de la présente in- vention, ces surfaces d'étanchéité comprennent chacune une nervure annulaire continue en matériau élastomère. Ces ner- vures annulaires sont disposées sur les côtés opposés de l'or- gane de valve en champignon, et le diamètre de l'une des nervures annulaires est supérieur à celui de l'autre. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: 3. La figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un ensemble à valves à deux positions, quatre directions, selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe, à grande échel- le, de l'un des organes de valve en champignon représentés en figure 1; La figure 3 est une vue en plan de l'organe de valve en champignon représenté en figure 2; Les figures 4 et 5 sont deux vues en plan du noyau en forme de rondelle de l'organe de valve en champignon représenté en figure 2; La figure 6 est une vue en coupe, à grande échel- le, de l'un des sièges de valve fixes représentés en figure 1; La figure 7 est une vue en coupe, à grande échel- le, de l'un des sièges de valve mobiles représentés en figu- re 1; La figure 8 est une vue en plan du siège de valve mobile représenté en figure 7. En liaison maintenant avec la figure 1, on a re- présenté un ensemble 200 à valves selon la présente inven- tion. L'ensemble 200 constitue une valve à deux positions, quatre directions. Cependant, on remarquera d'après la des- cription que les principes de la présente invention s'ap- pliquent également à d'autres types de valves tels qu'une valve à deux positions, quatre directions. L'ensemble comprend généralement un logement 202, un premier élé- ment de siège fixe 204 de valve, un second élément de siège fixe de valve 206, un premier élément de siège de valve mobi- le 208, un second élément de siège de valve mobile 210, un premier organe de valve en champignon 212, un second orga- ne de valve en champignon 214, et un actionneur 216. Le logement 202 comporte un alésage représenté dans ses grandes lignes par la référence 218. Comme représen- té en figure 1, le diamètre-de l'alésage 218 épouse la forme des éléments de siège de valve, et fournit des trajets 4. appropriés pour l'acheminement d'un fluide. Le logement 202 comporte également un premier orifice d'admission 220, un premier orifice de sortie 222, un second orifice de sortie 224, un premier orifice d'échappement 226, et un second orifice d'échappement 228. Trois chambres sont également formées à l'intérieur du logement 202. La première chambre 230 est disposée généra- lement entre les organes de valve en champignon 212 et 214. La seconde chambre 232 est généralement disposée entre la val- ve en champignon 212 et un piston représenté dans ses gran- des lignes par la référence 234. La troisième chambre 236 est disposée généralement entre la valve en champignon 214 et un piston représenté dans ses grandes lignes par la ré- férence 238. L'actionneur 216 comporte un arbre central ou ti- ge 240 sur lequel sont montés les organes de valve en champi- gnôn 212 et 214. L'actionneur 216 comprend également une bo- bine 242 qui sépare les organes 212 et 214. Par conséquent, l'organe 212 est interposé entre la bobine 242 et le piston 234, et l'organe 214 entre la bobine 242 et le piston 238. La combinaison et les formes de la bobine 242 et des pis- tons 234 et 238 ont également pour effet de maintenir les organes de valve 212 et 214 dans une position générale- ment perpendiculaire à l'arbre 240. L'actionneur 216 comporte également une paire d'entretoises 244 et 246 qui supportent des éléments de joints en forme de coupe 248 et 250. Des contre-écrous 252 et 254 sont fixés généralement aux extrémités de l'arbre 240 de manière à maintenir en place sur l'arbre 240 les compo- sants venant d'être décrits. Comme le remarquera l'homme du métier, l'une des extrémités ou les deux extrémités de l'ar- bre 240 peuvent être reliées à une valve actionnée par solé- noide de manière à commander l'articulation de l'actionneur 216 dans une direction réelle. En variante, une ou plusieurs des extrémités 256 et 258 du logement peuvent être aménagées 2575S263 5. de manière à former une conduite par l'intermédiaire de la- quelle du fluide sous pression peut être appliqué afin de provoquer une articulation axiale de l'actionneur 216. Com- me également représenté en figure 1, il peut s'avérer souhai- table dans certaines circonstances de prévoir une construc- tion des pistons dans laquelle l'un des pistons est plus pe- tit que l'autre. Dans ce cas, un manchon cylindrique 260 est interposé entre le piston le plus petit 238 (piston de retour) et l'élément de siège fixe de valve 206. On procédera maintenant à la description des or- ganes de valve en champignon 212 et 214, étant entendu tout d'abord que ces organes ont la même construction. Par consé- quent, on ne décrira que l'un d'eux. Une vue en coupe, à grande échelle, de l'organe de valve en champignon 212 est représentée en figure 2. Une vue en plan de l'organe de val- ve en champignon 212 est également représentée en figure 3. L'organe 212 est constitué généralement d'un noyau métalli- que 262 en forme de rondelle et d'une gaine en élastomère 264 qui entoure généralement le noyau 262. Les figures 4 et 5 représentent deux vues du noyau métallique 262. La gaine 264 comporte une première surface d'étanchéité 266 et une seconde surface d'étanchéité 268. Chacune des surfaces 266-268 comporte une nervure annulaire continue ayant en coupe une forme généralement semi-circulaire. Comme on le voit le mieux en figure 2, les surfaces d'étanchéité 266- 268 sont disposées sur les côtés opposés de l'organe de valve en champignon 212. De plus, il est important de remarquer que le diamètre K de la surface d'étanchéité 266 est supérieur au diamètre L de la surface d'étanchéité 268. Comme on le verra d'après la description faite ci-après, cette construction non symétrique des surfaces d'étanchéi- té 266-268 crée un déséquilibre de pression souhaitable à l'intérieur de la valve assemblée 200. On remarquera que la construction particulière de la valve en champignon re- présentée en figure 2 n'est pas destinée à limiter la 6. présente invention, et que d'autres constructions de sur- faces d'étanchéité non symétriques, assurant le déséquili- bre de pression venant d'être indiqué, peuvent être emplo- yées dans une application appropriée. En liaison avec les figures 1 et 6, on remarque- ra que les éléments de siège fixe 204 et 206 ont une forme généralement cylindrique. Comme dans le cas des organes de valve en champignon, les éléments de siège fixes 204 et 206 sont identiques, et par conséquent, on se contentera de ne décrire que l'élément 206. Le second élément de siège fixe 206 est formé de manière à présenter une surface de siège 270 s'étendant généralement dans le sens radial. La surface 270 sera fermée par la première surface d'étanchéité 266' de l'organe de valve 214. L'élément de siège fixe 206 com- porte également une pluralité d'ouvertures 272 de manière à permettre la communication de fluide entre le second ori- fice de sortie 244 et le second orifice d'échappement 228 lorsque le siège 270 est ouvert. L'élément de siège 206 com- porte également une surface s'étendant axialement 274 qui est en contact avec le manchon 260 disposé coaxialement. On notera que cette surface sera mise en contact avec l'élé- ment de joint 248 en forme de coupe dans le cas du premier élément de siège fixe 204. Une bague d'étanchéité annulaire en élastomère 278 est également incluse de manière à créer un joint étanche au fluide entre le logement 202 et l'élément de siège fixe 206. De plus, on remarquera que l'élément de siège fixe 206 comporte une pluralité de cavités 280 espa- cées les unes des autres et s'étendant axialement à l'une de ses extrémités. En liaison maintenant avec les figures 1, 7 et 8, on décrira maintenant les éléments de siège mobiles 208 et 210. Là encore, étant donné que ces éléments de siège ont une construction identique, on ne décrira que l'un d'eux. L'élément de siège mobile 210 comporte une partie cylindrique 282 qui présente une rainure annulaire 284 7. dirigée vers l'extérieur. Une bague annulaire d'étanchéité 286 est disposée dans la rainure 284 de manière à former un joint étanche au fluide entre l'élément de siège mobile 210 et le logement 202. On remarquera que la surface extérieure 286 de l'élément de siège 210 a des dimensions fixes par rapport à l'alésage 218 du logement 202 de manière à permet- tre le coulissement axial de cet élément de siège par rap- port au logement. L'élément de siège mobile 210 comporte également une partie à rebord annulaire 288 qui s'étend vers l'extérieur dans une direction radiale à partir d'une extrémité de la partie cylindrique 282. La partie à rebord 288 forme une surface de siège 289 pour valve, qui peut être fermée par la seconde surface d'étanchéité 268' de l'organe de valve en champignon 214. La partie à rebord 288 comporte une multitude de cavités 290 espacées circonféren- tiellement et débouchant vers l'extérieur. La partie à re- bord 288 de l'élément de siège mobile 210 agit comme butée pour limiter le déplacement axial de l'élément de siège. Dans une direction, la partie à rebord 288 butera contre le logement 202, alors que dans l'autre direction, cette par- tie butera contre l'élément de siège fixe 206. On notera que, lorsque la partie à rebord 288 de l'élément de siège mobile 210 est en contact avec l'élément de siège fixe 206, les cavités 280 et les cavités 290 se combineront pour per- mettre la communication du fluide entre la chambre 236 et l'espace séparant le logement 202 et la partie à rebord 288, et permettront la communication de fluide entre la chambre 236 et le second orifice de sortie 224. On procédera maintenant à la description de la val- ve assemblée 200. Dans la position de l'actionneur 216 repré- sentée en figure 1, la première surface d'étanchéité 266 de l'organe de valve en champignon 212 fermera la surface de siège du premier élément de siège fixe 204, alors que la seconde surface d'étanchéité 268' de l'organe de valve en champignon 214 fermera la surface de siège 289 du second 8. élément de siège mobile 210. Comme cela apparaîtra, la surface de siège de l'élément de siège mobile 210 se ferme- ra lors de la fermeture de la surface de l'élément de siège fixe 204 ou avant cette fermeture. Cette caractéristique est due en partie aux dimensions des éléments de siège fixes 204 et 206 qui sont tels que la distance M entre les organes de valve en champignon 212-214 et les éléments de siège mobiles 208-210 est plus petite que la distance N séparant les organes de valve en champignon et les éléments de siège fixes. Lorsque la surface de siège du premier élément de siège fixe 204 est fermée, la communication de fluide est permise entre l'orifice d'admission 220 et le premier ori- fice de sortie 222 par l'intermédiaire des cavités 280 et 290. La communication de fluide sera de plus empêchée entre le premier orifice de sortie 222 et le premier orifice d'échappement 226. La fermeture de la surface 289 du second élément de siège mobile 210 permettra la communication de fluide entre le second orifice de sortie 224 et le second orifice d'échappement 228. La communication de fluide est également empêchée entre l'orifice d'admission 220 et le second orifice de sortie 224. Lorsque l'actionneur 216 est entraîné vers la droi- te, on remarquera tout d'abord que le second siège mobile 210 sera entraîné en même temps que l'organe de valve en champignon 214 jusqu'à ce qu'il y ait venue en contact de la partie à rebord 288 avec le second élément de siège fi- xe 206. Le second organe de valve 214 continuera à se dépla- cer vers la droite jusqu'à ce que sa surface d'étanchéité 266' fer- me la surface de siège 270 du second élément de siège fixe 206. Là encore, lors de la fermeture de cette surface ou avant cette fermeture, la seconde surface d'étanchéité 268 de l'organe de valve 212 fermera la surface de siège du premier élément de siège mobile 208. La fermeture de la surface du premier élément de siège mobile 208 permettra 9. la communication de fluide entre le premier orifice de sor- tie 222 et le premier orifice d'échappement 226. La commu- nication de fluide sera également empêchée entre l'orifice d'admission 220 et le premier orifice de sortie 222. La fer- meture de la surface 270 permettra la camunication du flui- de entre l'orifice d'admission 220 et le second orifice de sortie 224. La communication de fluide sera de plus empêchée entre le second orifice de sortie 224 et le second orifice d'échappement 228. On remarquera d'après la description précédente que les première et seconde surfaces d'étanchéité 266-268 des organes de valve en champignon 212-214 définissent chacune une aire prédéterminée de la surface contre laquel- le un fluide pressurisé se trouvant dans la première cham- bre 230 du logement 202 appliquera une force dirigée axia- lement. Comme le diamètre "K" de la première surface 266 est supérieur au diamètre "L" de la seconde surface 268, l'aire prédéterminée définie par la première surface d'étan- chéité sera supérieure à celle définie par la seconde sur- face. Ainsi, avec l'ensemble 200 dans la position repré- sentée en figure 1, la pression du fluide à l'intérieur de la première chambre 230 exercera sur l'organe de valve 212 une force supérieure à celle exercée sur l'organe de valve 214. Par conséquent, il en résultera une force nette qui agi- ra dans la direction axiale de la gauche pour maintenir l'or- gane 212 dans la position représentée. D'une manière similai- re, lorsque l'actionnement 216 est déplacé vers la droite, la pression exercée sur l'organe de valve 214 sera supérieu- re à celle exercée sur l'organe de valve 212. Ainsi, le dé- séquilibre résultant de la pression maintiendra l'ensemble dans une position stable dans l'une ou l'autre des deux positions sans qu'il soit nécessaire d'appliquer une force extérieure. On notera également que les principes de la pré- sente invention mis en oeuvre dans la valve assemblée 200 10. peuvent être employés dans d'autres types-d'ensemble à valves présentant un nombre d'organes de valve en champignon supérieur à deux ou même un seul organe de valve en champi- gnon. Ainsi, une valve en champignon assemblée selon la pré- sente invention peut ne comporter qu'un organe de valve en champignon unique, un élément de siège fixe unique et un élément de siège mobile unique. Ainsi, la présente invention prévoit une valve assemblée qui fait appel à une pluralité de valves en cham- pignon montées sur un seul arbre d'actionnement et conçues pour asseoir une combinaison de sièges de valve fixes et mobiles, ce qui permet de tenir compte facilement des tolé- rances de fabrication. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 11. REVENDICATIONS 1 - Ensemble perfectionné à valve en champignon en ligne, caractérisé en ce qu'il comprend: - un logement (202) supportant une première surfa- ce de siège (204) de valve et une seconde surface de siège (208) de valve; - un organe de valve en champignon (212; 214) fixé à un actionneur (206) à l'intérieur du logement, cet organe présentant des première et seconde surfaces d'étanchéité (266, 268), la première surface d'étanchéité étant prévue pour fer- mer la première surface de siège en réponse à l'articulation de l'actionneur dans une direction, et la seconde surface d'étanchéité étant prévue pour fermer la seconde surface de siège en réponse à l'articulation de l'actionneur dans la direction opposée, les première et seconde surfaces d'étan- chéité définissant chacune une aire prédéterminée de la sur- face contre laquelle un fluide pressurisé du logement ap- pliquera une force dirigée dans le sens axial, l'aire prédé- terminée définie par l'une des surfaces d'étanchéité étant supérieure à celle de l'autre surface d'étanchéité. 2 - Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'aire prédéterminée définie par la première surface d'étanchéité (266) est supérieure à l'aire prédéter- minée définie par la seconde surface d'étanchéité (268). 3 - Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les première et seconde surfaces d'étanchéité sont disposéessur les côtés opposés de l'organe de valve en champignon. 4 - Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les première et seconde surfaces d'étanchéité (266, 268) comprennent généralement chacune une nervure annulaire continue en élastomère. - Ensemble selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que le diamètre de l'une (266) des nervures annu- laires est supérieur à celui de l'autre nervure (268). 12. 6 - Ensemble selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que les deux nervures annulaires ont en coupe une section généralement semi-circulaire. 7 - Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'organe de valve en champignon comporte un no- yau métallique (262) ayant la forme d'une rondelle et une gaine en élastomère (264) qui recouvre au moins les deux côtés du noyau, cette gaine comportant une nervure annulai- re continue sur les côtés opposés du noyau, le diamètre de l'une des nervures annulaires étant supérieur à celui de l'autre nervure. 8 - Ensemble selon la revendication 7,caractéri- sé en ce que la gaine (264) entoure généralement le noyau (262). 9 - Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'actionneur (216) comporte un arbre (240) et une paire de bobines (242) disposées concentriquement sur l'arbre, l'organe de valve en champignon étant interpo- sé entre les bobines. 10 - Ensemble perfectionné à valves en champignon, en ligne, caractérisé en ce qu'il comprend: - un logement (202); - un siège fixe (204) de valve et un siège mobile (210) de valve qui sont montés dans le logement; - un organe de valve en champignon (212; 214) fi- xé à un actionneur (216) à l'intérieur du logement, cet or- gane comportant des première et seconde surfaces d'étanchéi- té (266; 268), la première surface d'étanchéité étant pré- vue pour fermer le siège de valve fixe en réponse à l'arti- culation de l'actionneur dans une direction, et la seconde surface d'étanchéité étant prévue pour fermer le siège de valve mobile en réponse à l'articulation de l'actionneur dans la direction opposée, les première et seconde surfaces d'étanchéité définissant chacune une aire prédéterminée de la surface contre'laquelle un fluide pressurisé du logement 13. appliquera une force dirigée axialement, l'aire prédétermi- née de la surface définie par l'une des surfaces d'étanchéi- té étant supérieure à celle de l'autre surface. 11 - Ensemble selon la revendication 10, carac- térisé en ce que le siège de valve mobile (210) peut se déplacer axialement à l'intérieur du logement en réponse à l'articulation de l'actionneur. 12 - Ensemble selon la revendication 11, caracté- risé en ce que le siège de valve mobile (210) comporte une partie cylindrique (282) présentant une rainure annulaire (284) dirigée vers l'extérieur, un élément annulaire d'étan- chéité (286) disposé dans la rainure pour former un joint entre le siège de valve mobile et le logement, et une partie annulaire à rebord (288) s'étendant vers l'extérieur dans la direction générale radiale à partir d'une extrémité de la partie cylindrique, cette partie à rebord comportant une pluralité de cavités (290) espacés circonférentiellement et débouchant vers l'extérieur. 13 - Ensemble selon la revendication 12, caracté- risé en ce que la partie à rebord (288) du siège de valve mobile coopère avec une extrémité du premier siège de valve pour limiter le déplacement axial du siège mobile dans une direction. 14 - Ensemble selon la revendication 13, caractéri- sé en ce que l'extrémité du siège fixe présente une plurali- té de cavités (280) espacées circonférentiellement qui s'étendent axialement. - Ensemble selon la revendication 10, caractéri- sé en ce que le logement (202) comprend des premier (220), second (222) et troisième (226) orifices qui sont disposés dans le logement par rapport à l'organe de valve en champi- gnon d'une manière telle que: - la fermeture du siège fixe (204) permet la communication de fluide entre les premier (220) et second orifices (222), tout en empêchant la communication de fluide 14. entre les second (222) et troisième orifices (226); et - la fermeture du siège mobile (210) permet la communication de fluide entre les second (222) et troisiè- me orifices (226), tout en empêchant la communication de fluide entre le premier orifice (220) et le second orifi- ce (222). 16 - Ensemble perfectionné à valves en champignon, en ligne, caractérisé en ce qu'il comprend: - un logement (202) ayant un alésage axial; - des premier (204) et second (206) sièges de val- ve fixes disposés dans l'alésage du logement; - des premier (208) et second (210) sièges de valve mobiles disposés dans l'alésage du logement; et - des premier (212) et-second (214) organes de valve en champignon fixes à un actionneur (216) qui peut se déplacer axialement à l'intérieur de l'alésage du logement, chacun des organes de valve en champignon comportant des pre- mière et seconde surfaces d'étanchéité; - la première surface d'étanchéité du premier or- gane de valve en champignon étant prévue pour fermer le pre- mier siège fixe et la seconde surface d'étanchéité du second organe de valve en champignon étant prévue pour fermer le se- cond siège mobile en réponse à l'articulation de l'action- neur dans une direction; - la seconde surface d'étanchéité du premier orga- ne de valve en champignon étant prévue pour fermer le premier siège mobile et la première surface d'étanchéité du second organe de valve étant prévue pour fermer le second siège fi- xe en réponse à l'articulation de l'actionneur dans la direc- tion opposée. 17 - Ensemble selon la revendication 16, caractéri- sé en ce que le logement (202) comporte un orifice d'admis- sion (220), des premier et second orifices de sortie (222; 224) et des premier et second orifices d'échappement (226, 228), les orifices étant disposés en relation avec les 15. organes de valve en champignon d'une manière telle que: - la fermeture du premier siège de valve fixe permet la communication de fluide entre l'orifice d'admis- sion et le premier orifice de sortie tout en empêchant la com- munication du fluide entre le premier orifice de sortie et le premier orifice d'échappement; - la fermeture du second siège de valve mobile permet la communication de fluide entre le second orifice de sortie et le second orifice d'échappement, tout en empé- chant la communication de fluide entre l'orifice d'admis- sion et le second orifice de sortie; - la fermeture du premier siège de valve mobile permet la communication de fluide entre le premier orifice de sortie et le premier orifice d'échappement, tout en empê- chant la communication de fluide entre l'orifice d'admission et le premier orifice de sortie; et - la fermeture du second siège de valve fixe per- met la communication de fluide entre l'orifice d'admission et le second orifice de sortie, tout en empêchant la com- munication de fluide entre le second orifice de sortie et le second orifice d'échappement. 18 - Ensemble selon la revendication 17, caractéri- sé en ce que les premières surfaces d'étanchéité (266) des premier et second organes de valves en champignon (212, 214) définissent chacun des aires ayant une première va- leur prédéterminée, et les secondes surfaces d'étanchéité (268) des premier et second organes de valve en champignon définissent chacun des aires ayant une seconde valeur prédé- terminée. 19 - Ensemble selon la revendication 18, caracté- risé en ce que les premières aires prédéterminées sont supérieures aux secondes aires prédéterminées. - Ensemble selon la revendication 19, carac- térisé en ce que chacune des surfaces d'étanchéité comprend généralement une nervure annulaire continue en élastomère.