Brevet FR2584162A1 — publié le 19870102

Clapet anti-retour à opercules multiples, destiné notamment aux installations de refoulement La présente invention concerne un clapet anti-retour à opercules multiples, destiné notamment aux installations de refoulement. En premier lieu, un tel clapet doit être conçu de manière à créer en position ouverte la perte de charge la plus faible possible. Par ailleurs il doit se fermer très rapidement, dès l'inversion du courant liquide, sinon le risque de coup de bélier est très important. On sait que, pour diminuer ce risque, le clapet doit avoir la course la plus petite possible et ses parties mobiles doivent avoir une inertie très faible. Enfin, l'étanchéité du ciapet est requise sous la pression inverse, bien que fonctionnellement une très légère fuite ne soit qu'exceptionnellement gênante dans les domaines d'utilisation de l'invention. L'invention a pour but de réaliser un clapet anti-retour à passage intégral, présentant une très faible perte de charge en position d'ouverture et offrant une surpression très réduite en fin de fermeture. La présente invention a pour objet un clapet anti-retour à oper cules multiples pour une conduite de fluide, comprenant un corps de forme générale cylindrique de diamètre voisin de celui de ladite conduite et portant par l'intermédiaire d'au moins deux articulations séparées le même nombre d'opercules s'appuyant, en position de fermeture, d'une part sur un siège porté par ledit corps et d'autre part l'un sur l'autre, caractérisé par le fait qu'en position de fermeture lesdits opercules définissent une surface continue présentant au moins un plan de symétrie passant par l'axe dudit corps et une convexité orientée vers l'aval, et qu'en position d'ouverture lesdites articulations sont telles que lesdits opercules s'écartent suffisamment pour que ledit clapet restitue approximativement la continuité de la conduite. Lors du mouvement d'ouverture, lesdits opercules s'écartent les uns des autres dans un mouvement de rotation pratiquement synchrone autour de leurs articulations respectives positionnées de manière semi-tangente à la base de ladite surface dans un plan parallèle au plan général du siège. Ce mouvement, créé par la différence de pression de l'eau de part et d'autre des parois de l'enveloppe, se poursuit jusqu'à l'arrivée en butée sur la paroi intérieure du corps ou l'obtention d'un équilibre vis-à-vis d'un effort de rappel antagoniste. Le mouvement de fermeture est initié et entretenu par l'écoulement inverse du fluide jusqu'à ce que tous les opercules soient fermés. Dans le cas d'un effort de rappel antagoniste le mouvement de fermeture peut débuter avant l'inversion de l'écoulement du fluide. La forme et la courbure de ladite surface, ainsi que l'épaisseur desdits opercules, sont choisis de manière à obtenir une résistance mécanique adéquate et le moment d'inertie le plus faible possible par rapport aux axes de rotation de ces opercules. Par simplicité on mettra en oeuvre deux opercules seulement, pouvant se déduire l'un de l'autre par une symétrie par rapport à un plan passant par l'axe dudit corps. Selon un premier mode de réalisation chaque opercule a la forme d'un demi-cône dont l'axe est confondu avec celui dudit corps cylindrique et dont la base s'inscrit approximativement dans ledit siège. Il est avantageux dans ce cas que la portion de siège sur laquelle s 'appuie chaque opercule soit également tronconique. Selon un second mode de réalisation, chaque opercule ssst une portion de cylindre dont l'axe incliné passe par l'axe dudit corps, et dont la courbe directrice est un demi-siège ; les inclinalsons des deux portions de cylindre sont telles qu'elles sont symétriques par rapport à un plan passant par l'axe dudit corps. De tels opercules libèrent un passage intégral mais présentent un mattre couple pratiquement nul à ltécoulement inverse ; des moyens sont donc prévus pour créer un couple de rappel dans cette variante. De préférence, le matériau desdits opercules est choisi parmi une tôle mince d'acier nervuré, chaudronné ou embouti, un alliage d'aluminium moulé, un composé mixte de résines et de fibres, en élastomère tel que polyuréthane. Avantageusement, des joints sont prévus au niveau des contacts entre lesdits opercules eux-memes et entre lesdits opercules et ledit siège ; mais si le matériau des opercules et/ou du siège est suffisamment souple, l'étanchéité peut être obtenue sans joints à condition que la précision des états de surface des différents composants soit suffisante. Afin d'accélérer le mouvement de fermeture des opercules, on peut leur associer un ressort élastique créant un couple de rappel. On peut disposer également un organe limiteur d'ouverture des opercules. Selon un perfectionnement, il est prévu d'associer au clapet selon l'invention des moyens pour détecter la position des opercules à l'intérieur dudit corps. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante de divers modes de réalisation donnés à titre illustratif mais nullement limitatif ; dans le dessin annexé - la figure 1A montre schématiquement sn perspective un clapet conique selon l'invention en position fermée, - la figure 1B montre schématiquement en perspective le clapet de la figure 1 en position ouverte, - la figure 2 est une vue très schématique en perspective de deux opercules cylindriques pouvant entrer dans la constitution d'un clapet selon l'invention, - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques partielles en perspective montrant deux variantes de garnitures d'étanchéité entre les opercules eux-memes et entre les opercules et le siège, - la figure 5A montre en perspective schématique partielle la zone de contact inter-opercules sans son joint, - la figure 5B montre en coupe la structure de la figure 5A munie de son joint, - la figure 6 montre schématiquement en perspective, une variante d'articulation opercule/siège selon l'invention, articulation à deux paliers simples situés à l'intérieur du corps, - la figure 7 montre en coupe partielle une variante d'articulation à palier semi-souple selon l'invention, - la figure 8 montre schématiquement en coupe partielle, une autre variante d'articulation opercule/siège selon l'invention, - la figure 9 montre schématiquement, en vue semi-coupée, une autre variante où le palier de l'articulation est repoussé à l'extérieur du corps (l'articulation représentée étant ici une articulation semi-sou ple à palier). - la figure 10 illustre schématiquement en coupe partielle une variante de réalisation de clapet selon l'invention avec un siège tronconique de même conicité que les opercules, - la figure 11 illustre schématiquement en coupe partielle une variante de réalisation de clapet selon l'invention avec une étanchéité à membrane, - la figure 12 montre schématiquement en perspective un opercule associé à son ressort de rappel, - les figures 13A, 13B, 13C, montrent schématiquement les différentes positions d'un volet susceptible d'accrottre le couple de rappel hydraulique pendant une fraction de la course de fermeture des opercules, - la figure 14 montre schématiquement un opercule associé à une butée d'ouverture, - les figures 15A et 15B sont des vues schématiques respectivement de profil et de dessus d'un opercule muni de son détecteur de position. On voit dans les figures 1A et 1B un clapet selon l'invention. Il est associé à une conduite 3 et comporte un corps 2 de forme générale cylindrique d'axe 4 et de diamètre voisin de celui de la conduite 3 ; on a illustré par la flèche 20 le sens normal de circulation du fluide, la conduite 3 étant verticale. Un support-siège 1 d'axe 4 est intégré dans le corps 2 et présente un passage pour le fluide sensiblement circulaire ; il porte deux axes d'articulation 21, 22 pour deux charnières 23, 24 appartenant à deux opercules 11 et 12. Ces derniers ont la forme de deux demi-cônes identiques d'axe 4, autrement dit d'un cône d'axe 4, partagé en deux ; ils constituent un organe d'obturation pour le corps 2 lorsqu'en position fermée, ils sont appuyés d'une part sur le siège 1 et d'autre part sur leurs bords respectifs 13 et 14. Le cône ainsi réalisé a sa convexité orientée vers l'aval de la conduite 3. Le choix de l'angle au sommet du cône caractérise d'une part sa résistance et son moment d'inertie, d'autre part l'angle séparant la position fermée de la position grande ouverte. En écoulement normal, c'est-à-dire en position ouverte telle qu'elle est illustrée par la figure 1B, on voit que les axes d'articulation 21, 22, sont légèrement extérieurs à la zone d'appui des opercules 11, 12 sur le siège 1. Les opercules 11, 12 en position grande ouverte ne se trouvent pas complètement non sécants avec le cylindre dont l'axe est l'axe 4 et la courbe directrice le siège, mais présentent l'intérêt d'offrir un maitre couple à l'écoulement inverse et donc un couple de rappel hydraulique à vitesse inverse faible. En as de pression inverse, la convexité générale de la surface des deux opercules 11, 12 errée les conditions de l'appui de ces opercules l'un contre l'autre. Les articulations 21-23, 22-24, présentent une certaine souplesse de manière à laisser autant que possible en fin de fermeture (figure 1A) les conditions d'appui se réaliser par le simple jeu des forces de pression hydraulique et de contact. Il est nécessaire en effet que la pression de contact soit suffisamment homogène pour assurer l'étanchéité en tout point de la zone de contact entre les bords 13 et 14 et entre les opercules et le siège 1. Une telle souplesse n'est pas absolument nécessaire si des garnitures d'étanchéité sont prévues par ailleurs, ou si la precision d'exécution des différents composants du clapet est suffisamment élevée. On décrira plus loin différentes manières de réaliser l'étan- chéité entre les opercules eux-mêmes et entre ces opercules et leur siège. Il faut remarquer qu'il peut être avantageux que la portion du siège 1 sur laquelle s'appuient les deux opercules 11 et 12 présente également une forme conique qui, par l'inclinaison des réactions d'appui opercules/siège, permet une double action : - mieux contrôler les efforts appliquant les opercules l'un sur l'autre, - mieux contrôler les efforts s'appliquant sur les opercules et donc leur déformation qui peut avoir une incidence sur la qualité de l'étanchéité. Selon un autre mode de réalisation illustré schématiquement dans la figure 2, chaque opercule 15, 16 est une portion de cylindre d'axe incliné passant par l'axe 4 du corps 2 et de courbe directrice un demi-siège. Les inclinaisons des deux cylindres sont symétriques par rapport à l'axe 4 du corps 2, de manière à ce que la zone d'appui des deux opercules 15, 16 soit une courbe 17 contenue dans un plan passant par cet axe. De tels opercules libèrent un passage intégral au-dessus du siège mais présentent l'inconvénient d'offrir un maitre couple nul (si l'on considère des surfaces sans épaisseur) à l'écoulement inverse. Des dispositions annexes créant un couple de rappel seront donc indispensables ; elles vont être décrites plus loin. D'autres formes d'opercules pourraient être envisagées, par exemple une surface pyramidale mettant en oeuvre quatre opercules. Dans les variantes qui viennent d'être décrites, la conduite 3 est verticale. Pour une conduite horizontale, les memes opercules sont utilisables mais il est souhaitable que les axes des articulations soient verticaux. Dans tous les modes de réalisation, le matériau des opercules doit présenter une bonne résistance à la contrainte et une faible densité moyenne. On peut choisir par exemple parmi une tôle mince d'acier nervuré chaudronné ou embouti, un alliage d'aluminium moulé. un composé mixte de résines et de fibres, un élastomère tdl que polyuréthane. Lorsque les opercules sont construits en matériau rigide, les garnitures d'étanchéité définies plus haut entre les opercules et entre les opercules et le siège peuvent être identiques ou en matériaux différents. Comme on le voit sur la figure 3, un joint torique 31 peut être placé dans une gorge 30 de profil adéquat usinée dans le siège 1. L'étanchéité inter-opercules est obtenue par un joint plat 32 porté par l'un des opercules en regard ; il s'agit ici de l'opercule 11. Le cas échéant, un joint pourra être porté par les deux opercules en regard sur une même zone d'étanchéité. Selon une autre forme de réalisation non illustrée, le joint torique 31 peut être remplacé par un joint plat continu porté par le siège 1. Selon un autre mode de réalisation illustré dans la figure 4, un joint plat combiné 33 peut être réalisé et porté complètement par chaque opercule sur les zones inter-opercules et entre les opercules et le siège. Ce joint peut être réalisé par moulage pour obtenir une continuité satisfaisante au droit de l'intersection des deux surfaces. Selon une variante illustrée dans les figures 5A et 5B, une technologie mettant en oeuvre un joint à lèvres peut également être intéressante pour la zone inter-opercules ou pour un joint moule assurant l'étanchéité des deux zones. Les opercules 11, 12 sont en appui métal sur métal" en position fermée, mais ils définissent un logement 35 pour un joint à lèvres 36 et 37 ; la pression extérieure appuie la lèvre 37 du joint porté par l'opercule 11 contre la paroi de l'autre opercule 12, ou contre la lèvre d'un joint porté par l'autre opercule 12. Tous les joints précités peuvent être tenus par collage, vissage, ancrage, ou surmoulage. Dans certains cas, il est possible d'éviter l'utilisation de joints. Lorsque les opercules sont constitués de matériaux semi-souples, les qualités de contact et d'adaptation mécanique de ces matériaux autorisent l'appui direct des opercules entre aux et sur le siège métallique ou non. La forme des surfaces d'étanchéité peut se rapprocher alors de celle d'un joint plat. Lorsque les opercules sont constitués de matériaux rigides, seuls les états de surface et la précision de réalisation géométrique des surfaces permettent d'obtenir en tout point une pression spécifique procurant l'étanchéité. On va décrire plus en détail ci-dessous les articulations opercules-siège. Ces articulations ont pour fonction de guider la rotation des opercules entre les positions ouverte et fermée. Chaque articulation définit un axe de rotation, matérialisé ou fictif, parallèle au plan général du siège 1, situé à une distance convenable de celui-ci, et orienté suivant une direction tangente à la base de l'opercule. Dans le cas des articulations souples, des dispositions variées peuvent être retenues. Comme le montrent les figures 6 et 7, une tige 40 portée préférentiellement par l'opercule 11 tourillonne dans un palier ou dans deux paliers 41, 42 disposés symétriquement, les paliers étant portés par le corps 2. Le tourillonnement se fait soit avec un jeu adéquat, soit avec une douille 43 portée par un appui souple 44 tel qu'un caoutchouc ou un ressort (voir figure 7). La tige 40 peut elle-même présenter une flexibilité suffisante. La douille 43 est choisie parmi les dispositions classiques présentant un faible frottement et résistant à la corrosion et aux dépôts. Selon un autre mode de réalisation non illustré, l'articulation est composée d'un fil de matériau métallique à haute limite élastique enroulé hélicoldalement. Selon un autre mode de réalisation, conforme à la figure 8, une lame souple 50, liée au corps 2 et à l'opercule 11, peut constituer un axe fictif. Cette lame peut être formée de métal ou d'un matériau similairement élastique, si la rotation est faible, ou d'un matériau souple tel qu'élastomère éventuellement renforcé. Une disposition particulière permet de mettre les paliers à l'abri de la corrosion et des dépôts, tout en offrant des possibilités complémentaires vis-à-vis d'autres fonctions éventuellement requises (voir figure 9). Il s'agit de l'implantation des paliers 53 à l'extérieur de l'enceinte du corps 2, c'est-à-dire donc hors du fluide véhiculé, moyennant la mise en place d'un joint 51 par exemple torique ou à lèvre, respectant si nécessaire, grâce à un montage particulier, le degré de souplesse de la tige 52 (comme dans la figure 7). On va décrire ci-dessous deux modes de réalisation où l'on améliore encore l'étanchéité au niveau du siège. On voit dans la figure 10 un clapet où les opercules coniques 62 s'appuient intimement sur un siège 60 de même forme conique portant un joint d'étanchéité continu 61 torique ou plat par exemple, les joints d'étanchéité des opercules étant d'un type assurant leur contact avec ce premier joint. Le contact avec le siège peut se faire intérieu rement, ou extérieurement. On a référencé 63 l'axe de l'articulation. Dans la figure 11, le siège 65 garde sa fonction d'appui, mais n'a plus sa fonction d'étanchéité vis-à-vis de l'opercule 66. Cette fonction est assurée par une membrane 64 résistante et élastique reliée continûment à la surface interne du corps 67 et s'appuyant sur un rebord 68 constituant un évasement à la base de chaque opercule 66 ; la continuité de ces rebords lorsque les opercules sont en position fermée constitue ainsi un siège secondaire où la membrane, recouvrant entre autres la zone d'étanchéité inter-opercules, assure la deuxième zone d'étanchéité. Cette membrane joue également un ralle dans ie contrôle de la position de pleine ouverture des opercules et dans le rappel en position fermée. On a référencé 69 l'axe de l'articulation. Cette disposition s'applique de préférence à des opercules à faible ouverture maximale. Afin d'accélérer le mouvement de fermeture des opercules avant même l'inversion de la vitesse du fluide, il peut être avantageux dans toutes les variantes décrites précédemment de prévoir un ressort élastique créant un couple de rappel. Comme cela apparait dans la figure 12, un ressort hélicolcal 70 est monté sur la tige 71 portant opercule 72. Selon un mode de réalisaion non illustré, lorsque la tige traveisse la paroi du corps, le ressort de rappel peut être monté à l'extérieur du corps et donc hors du fluide véhiculé (voir figure 9). Lorsque le clapet est monte dans une conduite horizontale, il est intéressant que les ressorts puissent alléger les opercules lorsque ceux-ci sont à axe vertical. On a illustré dans les figures 13A, 13B et 13C, un volet 80 susceptible d'accroitre le couple de rappel hydraulique pendant la fermeture de opercule 82, le sens de propagation du fluide étant schématisé par les flèches 84 et 83. Le volet 80 est porté par une articulation 81 sur la face interne de chaque opercule 82 (c'est-à-dire la face regardant l'amont en position fermée). Ce volet 80 est plaqué contre la face interne de l'opercule en écoulement de sens normal 84 (voir figure 13A) ; mais l'apparition d'une légère vitesse inverse ouvre ce volet 80 (voir figure 13B) ; lorsqu'il arrive en butée convenablement disposée (voir figure 13C) la poussée hydraulique 83 s'applique à l'ensemble formé par le volet 80 et l'opercule 82. L'ouverture du volet sera favorisée par une forme adéquate ou par l'action d'un ressort. On peut apporter un perfectionnement (non illustré) aux variantes des figures 12 et 13, constitué par un dispositif magnétique additionnel, destiné à éviter le battement des ouvertures du clapet dans certaines conditions d'écoulement. Pour chaque opercule on prévoit un aimant permanent et un produit magnétique en regard lorsque l'opercule est grand ouvert. L'aimant est porté par le corps ou un support relié au corps eu clapet, le produit magnétique est porté par le clapet ou inversement, le produit magnétique peut évidemment être remplacé par un aimant adéquat. On a représenté dans la figure 14 très schématiquement un corps 75 et son siège 77 présentant pour l'opercule 76 tournant autour de son articulation 78 un organe 79 limiteur d'ouverture. Les opercules présentent un maître couple à l'écoulement inverse permettant ainsi, éventuellement avec l'apport d'un autre élément de rappel tel qu'un ressort (voir figure 12), d'obtenir une course de fermeture choisie en fonction des caractéristiques du circuit du fluids véhiculé. Ce limiteur d'ouverture peut être une butée fixe 79, par exemple intégrée au corps, ou une butée mobile constituée par exemple d'fine vis verrouillée en position préréglée. Dans la construction où la tige portant chaque opercule traverse l'enveloppe du corps, les butées réglables sont alors placées extérieurement et accessibles sans dépose de la vanne. Cela peut être une vis traversant le corps et munie d'un joint d'étanchéité. Selon un autre perfectionnement, le clapet selon l'invention comporte des moyens permettant de détecter que le clapet est en position ouverte à l'intérieur dudit corps. On voit dans les figures 15A et 15B un opercule 90, son articulation 92 et le corps du clapet 91. Le composant détecteur peut être tout détecteur de proximité et en particulier un contacteur électrique 93 à déclenchement mécanique, un détecteur à effet magnétique ou capacitif. Ce détecteur étanche est disposé à l'intérieur du corps 91 de telle manière que l'opercule 90 considéré vienne se présenter en position ouverte dans la zone de détection (actionnement mécanique du poussoir 95 associé au contacteur électrique 93 par exemple). Les fils électriques 94 du détecteur 93 traversent la paroi du corps 91 par un presse étoupe 96 ou un orifice rendu étanche par un produit durcissant dans le temps. Le support du détecteur, au lieu d'être fixé rigidement sur le corps peut être porté par un étrier monté sur une tige traversant le corps selon une section cylindrique sur laquelle s'effectuent le guidage et l'étanchéité ; l'arrêt en rotation de l'équipage est obtenu par un guidage supplémentaire par exemple une deuxième tige éventuellement non traversante. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits ou représentés. On pourra, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer tout moyen par un moyen équivalent. REVENDICATIONS 1/ Clapet anti-retour à opercules multiples pour une conduite de fluide, comprenant un corps de forme générale cylindrique de diamètre voisin de celui de ladite conduite et portant, par l'intermédiaire d'au moins deux articulations séparées le même nombre d'opercules s'appuyant, en position de fermeture, d'une part sur un siège porté par ledit corps et d'autre part les uns sur les autres, caractérisé par le fait qu'en position de fermeture lesdits opercules définissent une surface continue présentant une convexité orientée vers l'aval, et qu'en position d'ouverture lesdites articulations sont telles que lesdits opercules s'écartent suffisamment pour que ledit clapet restitue approximativement la continuité de ladite conduite. 2/ Clapet anti-retour selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque opercule a la forme d'un demi-cône dont l'axe est celui dudit corps et dont la base est le cercle s'inscrivant approximativement dans ledit siège. 3/ Clapet anti-retour selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque opercule a la forme d'une portion de cylindre d'axe incliné passant par l'axe dudit corps et dont la courbe directrice est un demi-siège, les deux portions de cylindre étant symétriques par rapport à un plan passant par l'axe dudit corps-, et par le fait que des moyens sont prévus pour créer un couple de rappel en cas de courant inversé. 4/ Clapet anti-retour selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau desdits opercules est choisi parmi une tôle mince d'acier nervuré, chaudronné ou embouti, un alliage d'aluminium moulé, un composé mixte de résines et de fibres, un matériau semi-souple élastomère. 5/ Clapet anti-retour selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que des joints sont prévus au niveau des contacts entre lesdits opercules eux-mêmes, et entre lesdits opercules et ledit siège. 6/ Clapet anti-retour selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la portion de siège sur laquelle s'appuie chaque demi-cône est également tronconique. 7/ Clapet anti-retour selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chacun desdits opercules est associé à un ressort élastique créant un couple de rappel pour accélérer son mouvement de fermeture. 8/ Clapet anti-retour selon l'une des revendications 1, 2 et 7, caractérisé par le fait que ledit corps est muni d'un organe limiteur d'ouverture desdits opercules. 9/ Clapet anti-retour selon l'une des revendications 1, 2, 7 et 8, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens pour accroître le couple de rappel hydraulique pendant une fraction de la course de fermeture desdits opercules. 10/ Clapet anti-retour selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour détecter la position desdits opercules à l'intérieur dudit corps.