Brevet FR2597186A1 — publié le 19871016

Soupape ou vanne fonctionnant sans frottement L'invention se rapporte à une soupape ou vanne comprenant un organe obturateur mobile et un siège annulaire conjugué, ledit organe obturateur pouvant se déplacer suivant une direction perpendiculaire au plan du siège de façon à venir obturer ce dernier ou à s'en éloigner, la soupape étant ainsi susceptible d'interrompre ou d'autoriser l'écoulement d'un fluide via ledit siège. Dans une soupape de ce genre, les déplacements de l'organe 10 obturateur par rapport à son siège s'accompagnent en général de frottements entre pièces mobiles, qui sont cause d'usure de ces pièces et source de pollution du fluide par des particules solides détachées desdites pièces (risquant de causer des obstructions dans le circuit du fluide). De tels phénomènes sont particulièrement nocifs lorsque la soupape doit présenter une grande durée de vie et une haute fiabilité, de même que les appareillages qui lui sont associés, alors qu'elle ne peut être ni inspectée, ni entretenue. Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention a pour objet une soupape fonctionnant sans frottements, dans laquelle l'organe obturateur, de préférence constitué par une bille coopérant avec un siège tronconique, est fixé au centre d'une membrane circulaire flexible sensiblement plane, disposée parallèlement au plan du siège, cette membrane, mécaniquement isotrope autour de son centre, étant déformable suivant la direction perpendiculaire à son plan mais sensiblement indéformable suivant toute direction radiale de celui-ci, tandis que cette membrane est encastrée sur son pourtour dans une embase dont le siège est solidaire. Dans une soupape ainsi conçue, les déplacements de l'organe 30 obturateur ne s'accompagnent que de déformations de la membrane par flexion hors de son plan naturel, sans aucun frottement ni entre l'organe obturateur et la région centrale de la membrane (par rapport à laquelle il est fixe), ni entre le pourtour de la membrane et l'embase qui la supporte (du fait de la liaison d'encastrement prévue ici). Il n'y a donc ni usure par friction, ni à plus forte raison, risque de pollution du fluide traversant la soupape, ce qui assure à celle-ci une très grande longévité et une excellente fiabilité, de même qu'aux dispositifs auxquels elle est raccordée. En outre, une soupape selon l'invention n'exige pas de lubrification, ne présentant aucun risque de grippage. De plus, conmme la membrane impose à l'organe obturateur une coaxialité parfaite et permanente par rapport à son siège, il n'y a pas davantage de frottement entre ces derniers éléments, ce qui procure une étanchéité excellente et durable. Dans une forme de réalisation particulière, la membrane comporte une ouverture circulaire centrale et l'organe obturateur est fixé à un support dans lequel est encastrée la membrane suivant le pourtour de ladite ouverture. Ce nouvel encastrement assure la fixité de l'organe obturateur par rapport à la région centrale de 15 la membrane. La liaison d'encastrement de la membrane avec l'embase et éventuellement avec le support de l'organe obturateur peut être obtenue par soudage, collage, pincement ou sertissage, ou par tout autre moyen de liaison équivalent. Dans une forme d'exécution, la membrane, avec éventuellement le support dans lequel elle est encastrée en son centre, forme une paroi continue qui délimite une chambre avec l'embase, cette dernière étant percée d'un orifice permettant le passage du fluide au travers d'elle. Dans une autre forme d'exécution, la membrane est ajourée pour permettre le passage du fluide au travers d'elle; l'embase ne comporte alors aucun autre orifice que l'orifice nécessaire pour que le fluide puisse parvenir au siège obturable. On peut prévoir que la membrane soit déformable élastiquement de sorte que, montée sous précontrainte, elle exerce une force de rappel sur l'organe obturateur, laquelle peut par exemple tendre à appliquer l'organe obturateur sur son siège. Une soupape possédant une telle structure se prête directemnent à la réalisation d'un clapet anti-retour. On peut encore associer à une soupape telle que définie 2 597186 ci-dessus un dispositif d'actionnement permettant de commander les déplacements de son organe obturateur. Lorsque ce dispositif d'actionnement est un électro-aimant, qui peut agir directement ou indirectement sur l'organe obturateur, on obtient une électrovanne de haute qualité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. Les figures 1 à 3 représentent respectivement, en coupe, un clapet antiretour dans deux variantes d'exécution et une électrovanne incorporant une soupape selon l'invention. On voit sur la figure 1 un clapet anti-retour possédant un embout d'entrée 1 et un embout de sortie 2 par lesquels il peut être inséré dans une canalisation véhiculant un fluide. L'embout 1 fait saillie d'une embase 3 en forme de disque percée en son centre, dans l'axe dudit embout, d'un canal 4. A l'extrémité de celui-ci opposée à l'embout 1 est disposé un anneau 5 réalisé en une matière légèrement souple, telle que le 20 Téflon, et maintenu solidaire de l'embase par une pièce 6. L'anneau , dont le plan est parallèle à celui de l'embase et perpendiculaire à l'axe 7 du canal 4, sert de siège à un organe obturateur mobile constitué par une bille 8. Cette bille est sertie dans un support 9 fixé dans l'ouverture centrale d'une membrane 10 circulaire sensiblement plane, dont le pourtour est fixé à une couronne 3a que comporte, coaxialement à l'axe 7, l'embase 3. La membrane 10, qui s'étend perpendiculairement à l'axe 7, est élastiquement déformable dans la direction de cet axe, mais elle est rigide suivant toute direction 30 radiale par rapport -audit axe. Il en résulte que la membrane 10 autorise des déplacements de la bille 8 suivant l'axe 7, tout en maintenant un centrage constant et rigoureux de celle-ci sur ledit axe, donc par rapport au siège 5. Conmme représenté, la membrane 10, naturellement plane, est 35 montée sous une certaine précontrainte suivant l'axe 7, de sorte 2 597186 qu'elle exerce sur la bille 8 une force de rappel qui applique celle-ci sur son siège 5 en position de fermeture afin de garantir 1 'étanchéité même en présence de vibrations. Par-dessus la membrane est prévu un carter 24, qui se 5 raccorde à la couronne 3a de l'embase 3 et auquel appartient l'embout de sortie 2. Lorsqu'un fluide est introduit par l'embout d'entrée 1, il exerce une force de pression sur la bille 8; celle-ci se soulève en quittant son siège 5 et le fluide trouve un passage dans l'intervalle annulaire apparaissant ainsi entre la bille et le siège, en direction de l'embout de sortie 2, qu'il atteint à travers la membrane 10 via des orifices 11 percés dans celle-ci. A l'inverse, lorsque le fluide se présente à l'embout de sortie 2, il trouve la bille 8 en position de fermeture sur son 15 siège 5, de sorte qu'il est empêché d'atteindre l'embout 1. La figure 2 montre une variante de réalisation, dans laquelle la membrane 10 est formée d'une feuille continue, non ajourée, délimitant avec l'embase 3 et la couronne 3a de celle-ci une chambre 25. Dans ce cas est prévu, au-dessous de la membrane 10, c'est-à-dire du même c5té que l'embout d'entrée 1, un embout de sortie 2' en regard d'un orifice 26 percé dans la couronne 3a (ou encore dans l'embase 3 elle-même), tandis que le carter 24, devenu inutile, disparaît. Les liaisons d'encastrement de la membrane 10 avec l'embase 25 3, d'une part, et avec le support 9 de la bille 8, d'autre part, peuvent être réalisés par tous moyens appropriés: soudage, collage, pincement, sertissage, etc. Dans le présent exemple, elle est soudée le long de son pourtour extérieur à la couronne 3a de 1 'embase 3, et elle est collée au support 9 suivant le pourtour de 30 son ouverture centrale, sur une collerette 9a que comporte le support 9, lequel se monte en ajustement serré dans oette ouverture par une autre partie 9b de forme cylindrique, offrant le même diamètre que ladite ouverture. La figure 3 montre une électrovanne réalisée à l'aide d'un 35 clapet semblable à celui de la figure 1, et les mêmes références 2 5 9 7-1 8 6 désignent les éléments homologues. L'embase 3 est ici montée dans un socle 12. Quant à la membrane 10, elle est pincée, suivant le pourtour de son ouverture centrale, entre la collerette 9a du support 9 de la bille 8 et l'extrémité d'une pièce annulaire 13 5 montée coaxialement à l'axe 7, dans laquelle est immobilisé par sertissage le support 9. La face plane 13a qu'offre la pièce 13 à l'opposé de son extrémité de pincement de la membrane 10 est située en regard, avec un léger écartement d'entrefer e suivant la direction de l'axe 7, 10 d'un intervalle annulaire non magnétique 14 ménagé entre les pièces polaires 15 et 16 d'un électro-aimant 17 comportant une bobine électromagnétique 18, avec une structure générale coaxiale à l'axe 7. Au repos, la bille 8 est, comme dans le clapet anti-retour 15 de la figure 1, maintenue par la membrane 10 dans sa position de fermeture o elle obture son siège 5. Lorsque la bobine 18 de l'électro-aimant 17 est excitée via des conducteurs d'alimentation 19, la pièce 13, réalisée en métal magnétique de façon à servir d'armature mobile à l'électro-aimant 17, est attirée vers les pièces polaires 15, 16 de celui-ci par le flux magnétique qui s'établit dans le circuit magnétique formé par la pièce polaire 15, l'armature mobile 13, la pièce polaire 16 et une virole cylindrique 20 refermant ledit circuit autour de la bobine 18. L'armature 13 en se déplaçant, entraîne, par l'intermédiaire de son support 9, la bille 8 de telle sorte que cette dernière exécute une course rectiligne suivant l'axe 7 de son siège 5 et quitte celui-ci. Un chemin est de ce fait ouvert pour le fluide dont l'électrovanne a pour rôle de commander l'écoulement, ce chemin passant par le canal 4, les orifices 11 de 30 la membrane 10, des canaux 21 percés obliquement à travers la pièce d'armature 13, un conduit 22 qu'offre axialement la pièce 16, un filtre 23 et l'embout 2. Lorsque cesse l'excitation de la bobine 18, la bille 8 est rappelée en position de fermeture sur son siège par la membrane élastique 10. 2 5 97186 REVENDICATIONS 1. Soupape ou vanne comprenant un organe obturateur mobile et un siège annulaire conjugué, ledit organe obturateur pouvant se déplacer suivant une direction perpendiculaire au plan du siège de façon à venir obturer ce dernier ou à s'en éloigner, la soupape étant ainsi susceptible d'interrompre ou d'autoriser l'écoulement d'un fluide via ledit siège, caractérisée par le fait que l'organe obturateur (8) est fixé au centre d'une membrane circulaire flexible (10), sensiblement plane, 10 disposée parallèlement au plan du siège (5), cette membrane, mécaniquement isotrope autour de son centre, étant déformable suvivant la direction perpendiculaire à son plan mais sensiblement indéformable suivant toute direction radiale de celui-ci, et que cette membrane (10) est encastrée sur son pourtour dans une embase 15 (3) dont le siège (5) est solidaire. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'organe obturateur est constitué par une bille coopérant avec un siège tronconique. 3. Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la membrane (10) comporte une ouverture circulaire centrale et que l'organe obturateur (8) est fixé à un support (9) dans lequel est encastrée la membrane (10) suivant le pourtour de ladite ouverture. 4. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la liaison d'encastrement de la membrane (10) avec l'embase (3) et éventuellement avec le support (9) de l'organe obturateur (8) est obtenue par soudage, collage, pincement ou sertissage. 5. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la membrane (10), avec éventuellement le support (9) dans lequel elle est encastrée en son centre, forme une paroi continue qui délimite une chambre (25) avec l'embase (3), cette dernière étant percée d'un orifice (26) permettant le passage du fluide au travers d'elle. 6. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 2 5 97 186 caractérisée par le fait que la membrane (10) est ajourée pour permettre le passage du fluide au travers d'elle. 7. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que la membrane (10) est déformable élastiquement et que, montée sous précontrainte, elle exerce une force de rappel sur l'organe obturateur (8). 8. Soupape selon la revendication 7, caractérisée par le fait que ladite force de rappel tend à appliquer l'organe obturateur (8) sur son siège (5). 9. Clapet anti-retour caractérisé par le fait qu'il est constitué par une soupape selon la revendication 8. 10. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que lui est associé un dispositif d'actionnement permettant de commander les déplacements de l'organe 15 obturateur (8). 11. Soupape selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le dispositif d'actionnement est un électro-aimant (17) agissant directement ou indirectement - sur l'organe obturateur (8).