Brevet FR2574896A1 — publié le 19860620

i 2574896 La présente invention concerne une vanne réductrice de pression, c'est-à- dire une vanne détendeur, du type pilote, utilisée dans un système de conduites de vapeur, d'air comprimé ou similaire, afin de maintenir la pression d'un fluide secondaire à une valeur de consigne prédéterminée, et elle concerne plus particu- lièrement des moyens d'étanchéité perfectionnés utilisés dans la partie coulis- sante d'une structure formant piston plongeur interverouillée avec une vanne pi- lote ou une vanne principale pour la commander. Comme décrit, par exemple, dans le modèle d'utilité japonais publié sous le n 45-27 184, une vanne détendeur du type pilote comprend une vanne pilote, en plus de la vanne principale, disposée dans la trajectoire du fluide faisant com- muniquer le côté primaire de la vanne principale avec une chambre située au-dessus d'un piston interverrouillé avec la vanne principale, pour la commander. La vanne pilote est commandée, de la manière décrite ci-après, à l'aide d'un diaphragme qui se déforme en réponse à la pression du fluide dans le côté secondaire de la vanne principale, afin de commander la quantité de fluide qui s'écoule dans la cavité, ce qui entraîne le piston et la vanne principale interverrouillée avec ce dernier, en raison d'une différence de pression entre la surface supérieure du piston et sa surface de fond qui est dans l'atmosphère secondaire. Une vanne réductrice de pression, ou vanne détendeur de ce type comprend un piston et une vanne pilote qui sont tels qu'ils effectuent un déplacement dé- licat en fonction des côtés primaire et secondaire, comme décrit cidessus, et qui ont une influence relativement importante sur les caractéristiques de fonc- tionnement de la vanne elle-même. Plus particulièrement, en ce qui concerne le piston, la pression du fluide qui agit sur la surface supérieure de ce piston est commandée par un débit de fuite du fluide primaire qui s'est écoulé dans la chambre située au-dessus du piston, au travers de la vanne pilote et d'un inter- valle situé entre le piston et le cylindre. Si cet intervalle est petit, la fuite de fluide est également faible, et il peut en résulter que la vanne principale demeure à l'état ouvert, et/ou que le piston grippe sur le cylindre. Si cet in- tervalle est suffisamment agrandi pour empêcher tout risque de grippage, la fuite devient alors trop importante pour diminuer la force d'entraînement de la vanne principale. De la même façon que pour la vanne pilote, si le fluide primaire s'écoule au travers d'un intervalle situé entre une tige de vanne pilote et un guide de tige, dans une chambre située sous un diaphragme (dénommée ci-après "chambre de diaphragme"), il se produit des variations de la pression dans la chambre de diaphragme, et, par conséquent, il peut se produire un mauvais fonc- tionnement du diaphragme, étant donné que ce fonctionnement dépend de cette pres- sion.Cependant, si l'on réduit l'intervalle pour éviter les fuites, la résistance accrue au coulissement perturbe le déplacement régulier. Par conséquent, il con- 2 2574896 vient de réaliser la partie coulissante de manière que sa structure présente une forte capacité à assurer l'étanchéité, et une faible résistance au coulissement. En vue d'obtenir les résultats mentionnés ci-dessus, la publica- tion japonaise déjà citée prévoit de former u4ntervalle fixe entre le piston et le cylindre, et de disposer une bague métallique dans une rainure annulaire formée dans la paroi latérale du piston, afin de permettre au fluide situé au-dessus du piston de présenter un débit de fuite au travers de l'intervalle ménagé entre la bague métallique et le cylindre. Cependant, une telle structure peut produire un déplacement ins- table de la partie coulissante, ce qui entraîne un fonctionnement défectueux de tout l'ensemble du système. De façon plus spécifique, la bague métallique, qui est faite typiquement de bronze phosphoreux, n'assure pas un débit de fuite uni- forme entre la bague métallique et la surface cylindrique, en raison de l'irrégu- larité de son diamètre extérieur, et peut provoquer quelquefois un grippage de la partie coulissante, du aux dilatations thermiques, pouvant produire un fonc- tionnement défectueux. Par conséquent, il est nécessaire de remplacer la bague en bronze phosphoreux par une autre bague présentant une faible force élastique et une faible résistance de contact. En conséquence, un objet de cette invention est de réaliser une structure perfectionnée de vanne détendeur, dont la partie coulissante est modi- fiée de manière à présenter une forte aptitude à assurer l'étanchéité et une faible résistance au coulissement, et à éviter en outre un grippage résultant d'une dila- tation thermique. En conséquence, cette invention a pour objet une vanne détendeur qui comprend une vanne principale et une vanne pilote, chacune desdites vannes étant associée à une structure de piston plongeur pour commander ladite vanne et qui comprend un élément interne mobile ayant une surface cylindrique extérieure et un élément extérieur fixe comportant une surface interne cylindrique faisant face à ladite surface extérieure de l'élément interne, cette vanne détendeur étant caractérisée en ce que ledit élément interne comporte au moins deux rainures annu- laires ménagées dans sa surface extérieure et séparées axialement l'une de l'autre, chacune desdites rainures recevant au moins un -élément d'étanchéité annulaire, et en ce que chaque élément d'étanchéité est réalisé en une résine fluorée et com- porte au moins une partie de séparation. En pratique, les premier et second éléments peuvent être le pis- ton et le cylindre, respectivement, pour commander la vanne pilote, ou la tige pilote et le guide de tige, respectivement, pour commander la vanne pilote. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressor- tiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en 3 2574896 illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les dessins: - la Figure 1 est une vue en élévation latérale et coupe axiale lon- gitudinale d'une vanne de réduction de pression ou vanne détendeur dans laquelle on peut mettre en oeuvre l'invention; - la Figure 2 est une vue à plus grande échelle, en élévation latérale et en coupe partielle, d'une structure piston-cylindre de la vanne détendeur se- lon la Figure 1; et, - la Figure 3 est une vue à plus grande échelle, en élévation latérale et en coupe, d'une structure de vanne pilote de la vanne détendeur de la Figure 1. En se référant à la Figure 1, on y a représenté un exemple de réalisa- tion d'une vanne détendeur selon cette invention, qui comprend un corps formant bride 29, comportant un fond rapporté 31, ce corps 29 contenant un flotteur 34; un corps principal 1, dans lequel est logé un piston 6, un cylindre 9, une vanne principale 5, et une structure de séparateur ou de purgeur, constitué d'aubes à tourbillon et d'un élément de drainage 28, un corps 32 recevant une vanne pilote 11, et un boîtier 33, dans lequel est logé un ressort de mise sous pression 14. Ces éléments sont couplés dans l'ordre indiqué ci-dessus, comme représenté sur le dessin, à l'aide de leurs brides, avec interposition de joints appropriés. Une membrane ou diaphragme 15 est disposée entre le corps 32 recevant la vanne pilote et le bottier 33 du ressort. Le corps principal 1 possède un orifice d'admission 2 et un orifice d'évacuation 3, ces deux orifices étant coaxiaux et reliés par l'intermédiaire d'une voie de vanne 4. La vanne principale 5, qui est sollicitée vers le haut par un ressort, contre un siège de vanne réalisé autour de la voie 4, comporte une broche centrale s'étendant vers le haut et venant en butée, à l'intérieur de la voie 4, contre l'extrémité inférieure d'une tige de piston s'étendant vers le bas à partir du piston 6. La vanne pilote 11 est disposée entre un trou de communication i2 pour une chambre située sous la vanne principale 5 et un autre trou de communica- tion 13 pour une chambre située sous le piston 6, et elle est sollicitée vers le haut, par un ressort, contre le diaphragme 15. Par ailleurs, le diaphragme 15 est sollicité par l'intermédiaire d'un patin de ressort 23, à l'aide d'un ressort de réglage de pression 14, dont l'effort de compression peut être réglé par une vis de réglage 22. Une chambre située sous le diaphragme 15 (c'est-à-dire la chambre de diaphragme) est reliée à l'orifice de sortie 3 par un trou de communication 26, alors qu'une chambre située au-dessus du diaphragme 15 est reliée à l'atmos- phère extérieure par un trou de communication 25. L'élément de drainage 28 est muni d'un filtre 32, et il est placé 4 2574896 dans l'espace situé sous la voie de vanne 4. L'élément de drainage 28 comprend deux éléments cylindriques coaxiaux, l'élément intérieur comportant une extrémité inférieure dilatée, une pluralité d'aubes de tourbillon 27 étant disposées entre les éléments interne et externe. Dans le corps 29 formant étrier, un couvercle hémisphérique de fiot- teur 35, comportant une pluralité d'ajutages 36, est supporté sur la plaque de fond 31 par tout moyen approprié (non représenté), et un flotteur sphérique creux 34 est enfermé librement dans l'espace situé entre le couvercle 35 et la plaque de fond 31. La plaque de fond 31 possède un orifice de drainage 37, muni d'un siège 38 de vanne de drainage, ce siège 38 étant normalement obturé par le flotteur 34, faisant office de clapet. En fonctionnement, la vanne principale 5 est normalement fermée par la force du ressort agissant sur le haut sur cette vanne, et la vanne pilote Il est normalement ouverte par une force de ressort préétablie, agissant vers le bas, exercée par le ressort de réglage de pression 14, qui a été préalablement réglé en agissant sur la vis 22. Lorsqu'un courant de vapeur contenant de la vapeur d'eau pénètre dans l'orifice d'admission 2, sa pression est transmise, au travers du trou de communication i2, à la chambre située sous la vanne pilote 11, puis à la chambre située au-dessus du piston 6, par l'intermédiaire de la vanne pilote ou- verte 11 et du trou de communication 13, afin de repousser le piston vers le bas, et donc d'ouvrir la vanne principale 5. La vapeur pénètre alors dans le corps en forme de bride 29, traverse la vanne principale ouverte 5, puis elle est évacuée par l'orifice de sortie 3. Pendant ce passage de la vapeur, les aubes 27 font tourbillonner la vapeur afin de séparer la vapeur d'eau par l'effet de la force centrifuge, qui la condense dans le fond du corps 29, o la vapeur d'eau condensée (drainage) est recueillie. Lorsque.ce condensat s'est suffisamment accumulé pour surmonter le poids du flotteur 34, ce dernier quitte le siège 38, pour évacuer le drainage à partir de l'orifice de drain 37. Lorsque la pression de vapeur dépasse une valeur pré-établie (valeur de consigne), elle est transmise, au travers du trou de communication 26, vers la chambre-de diaphragme, pour repousser le diaphragme 15 à l'encontre de l'action du ressort 14. Il enrésulte une fermeture de lavanne pilote 11, sollicitée vers le haut par un ressort, comme représenté, et, par conséquent, un équilibre des pres- sions entre la partie supérieure et la partie inférieure du piston 6, en raison du débit de fuite au travers de l'orifice 10 (Figure 2) du piston 6. Par consé- quent, la vanne principale 5 est fermée par la force du ressort, soutenue par la pression de la vapeur du côté primaire, ce qui arrête la circulation de la vapeur. Le même fonctionnement recommence avec toute variation de la pression de vapeur primaire, pour réguler sa pression secondaire en l'amenant à la valeur de consigne pré-établie. 2574896 La Figure 2 représente la structure de piston selon cette invention. Cette structure comprend un cylindre de piston 9 et un piston 6,logé dans le cy- lindre 9 en laissant un petit intervalle entre le piston et le cylindre. Le pis- ton 6 comporte un orifice 10 pour faire communiquer la partie supérieure et la partie inférieure du cylindre, comme décrit ci-après. Deux rainures annulaires 61 sont formées, indépendamment l'une de l'autre, dans la paroi extérieure cylin- drique, et un élément d'étanchéité annulaire 8 (segment annulaire) vient s'adapter dans chaque rainure 61. Chaque élément d'étanchéité 8 est réalisé en résine fluo- rée, et il comporte au moins une séparation 62. Un ressort à- lame 7 est disposé entre chaque élément d'étanchéité et 1 fond de la rainure 61, pour solliciter l'élément d'étanchéité 8 contre la surface interne du cylindre 9, afin d'assurer un contact intime entre ces deux éléments. On se réfère ensuite à la Figure 3, sur laquelle on a représenté un exemple de réalisation de la structure de vanne pilote 11 (figure 1) selon cette invention, qui comprend un guide de tige 16 et une tige de vanne pilote 17, logée dans un alésage de guidage 161, ménagé dans le guide 16. Un siège de vanne 162 est formé autour de l'extrémité inférieure de l'alésage de guidage 161, pour venir en contact avec un corps de vanne 21 de la tige 17. Un alésage horizontal 18, qui re- coupe l'alésage de guidage 161, est foré dans le guide de tige 16, et il est con- necté au trou de communication 13 (Figure 1), pour les raisons exposées ci-dessus. La tige de pilote 17 comprend une broche 171, ayant un diamètre sen- siblement inférieur au diamètre interne du trou de guidage 161 du guide de tige 16. La broche 171 comporte: une partie élargie 172 en forme de collerette, faisant partie intégrante de la broche et ménagée immédiatement au-dessus de l'alésage 18; un corps de valve 21, fixé à son extrémité inférieure; un élément supérieur 173 venant coiffer sa partie supérieure, et un manchon 20,-monté à glissement sur la broche 171, entre les éléments 172 et 173. Les éléments 20, 172 et 173 possèdent un diamètre légèrement inférieur au diamètre interne de l'alésage de guidage 161. On dispose respectivement une paire d'éléments d'étanchéité annulaires 19 entre les éléments 20 et 172 et les éléments 20 et 173. Chaque élément annulaire 19 est constitué d'une résine fluorée, et il comporte au moins une séparation 191. Les dimensions axiales des éléments 19 et 20 sont déterminées de façon que leur somme soit inférieure à l'espacement séparant les éléments 172 et 173, et en autorisant un mouvement axial des éléments 19 et 20. Cette conception permet de réaliser une absorption des dilatations thermiques éventuelles des éléments d'étanchéité 19, à la fois dans les directions axiales et radiales, pour empêcher les problèmes de grippage mentionnés ci-dessus. Un couvercle bombé 24 est prévu au- dessus de la partie supérieure 173 de la broche 171,ce couvercle bombé venant au contact du diaphragme ou membrane 15 (Figure 1). 6 2574896 Comme décrit ci-dessus, les éléments d'étanchéité 8 et 19 sont cons- titués de résine fluorée, et ils sont séparés respectivement par au moins une partie 62, 191, de façon à réduire sensiblement la résistance au coulissement et à absorber leur dilatation thermique éventuelle. Par ailleurs, leur séparation axiale, sur chaque piston 6 ou tige pilote 17, permet d'éviter toute inclinaison, pouvant entraîner un contact non uniforme. On peut ainsi obtenir un fonctionne- ment sans à-coup de la vanne. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 7 2574896 REVENDICATIONS 1 - Vanne détendeur qui comprend une vanne principale et une vanne pilote, chacune desdites vannes étant associée à une structure de piston plongeur pour commander ladite vanne et qui comprend un élément interne mobile ayant une surface cylindrique extérieure,et un élément extérieur fixe comportant une sur- face interne cylindrique faisant face à ladite surface extérieure de l'élément interne, cette vanne détendeur étant caractérisée en-ce que ledit élément interne comporte au moins deux rainures annulaires (61) ménagées dans sa surface exté- rieure et séparées axialement l'une de l'autre, chacune desdites rainures rece- vant au moins un élément d'étanchéité annulaire (8), et en ce que chaque élément d'étanchéité est réalisé en une résine fluorée et comporte au moins une partie de séparation (62). 2 - Vanne détendeur selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on dispose un élément élastique (7) entre le fond de chaque rainure (61) et ledit élément d'étanchéité (8), afin de solliciter ledit élément d'étanchéité contre la surface interne dudit élément extérieur (9). 3 - Vanne détendeur selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit élément élastique est un ressort à lame annulaire (7). 4 - Vanne détendeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément interne est un piston (6) et ledit élément extérieur est un cylindre (9), ledit piston comportant un orifice (10) faisant communiquer les deux parties du cylindre séparées par le piston. - Vanne détendeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément interne est une tige pilote (17) et ledit élément extérieur est un guide de tige (16), ladite tige pilote présentant un diamètre réduit sur une par- tie intermédiaire (171), ce diamètre demeurant inchangé et constant dans les deux parties (172-173) adjacentes à ladite partie intermédiaire, en ce qu'un manchon cylindrique (20) est monté à coulissement sur ladite partie intermédiaire, et en ce que lesdits éléments d'étanchéité (19) sont disposés autour de ladite partie intermédiaire, entre ledit manchon (20) et les deux parties latérales de diamètre inchangé, de manière à permettre des jeux axiaux et radiaux.