Brevet FR2589548A1 — publié le 19870507

L'invention se rapporte à une valve d'alimentation d'une capacité puis de décharge brutale de cette capacité. Notamment mais non exclusivement l'invention trouve une application avantageuse dans l'amélioration de l'écoulement d'un produit granuleux ou pulvérulent en sortie d'installation telles que silos ou trémies. Elle assure alors cette amélioration de l'écoulement par élimination des paquets stagnants dans des angles morts et/ou par destructions tant de la couche adhérant aux parois que du pont ou de la voute formée par le produit devant l'orifice de sortie. Une telle valve de décharge brutale, quelquefois dénommée canon à air comprend, d'une part, une chambre d'alimentation pourvue d'un orifice de remplissage et d'un orifice de communication avec la capacité et, d'autre part, un parcours de décharge vers l'installation à laquelle la valve de décharge brutale s'applique. La chambre d'alimentation est constituée à l'arrière d'un cylindre dans lequel est logé un piston libre en translation subissant, dans une direction, une poussée due à l'action d'une pression et notamment à celle du gaz introduit dans la chambre d'alimentation en vue du remplissage de la capacité. Pour contrôler la circulation du gaz dans le parcours de décharge, celuici est scindé en deux tronçons par un siège avec lequel coopère un organe d'obturation que porte ou réalise directement le piston et dont la mise en place est assurée par la susdite pression poussant le piston. Dès que, dans la chambre d'alimentation, la pression correspondante est relachée, la pression du gaz présent dans la capacité aait sur le piston dans une direction opposée à celle de la poussée précitée et fait revenir d'un coup sec le piston qui ouvre alors violemment la tubulure de décharge de la capacité jusqu'à réapparition de la pression d'alimentation pour un nouveau remplissage de la capacité. Le piston est suffisamment long, et notamment de longueur supérieure à son diamètre pour assurer son guidage dans le cylindre aussi parfaitement que possible et éviter ainsi tout coincement à l'intérieur du dit cylindre dans lequel il est ajusté pratiquement sans jeu pour, entre la chambre d'alimentation et l'avant du piston, établir l'étanchéité nécessaire à la garantie du renvoi de l 'obturateur sur son siège. Dans le but de relâcher la dite pression d'alimentation, l'orifice de remplissage est généralement relié à la source du gaz sous pression par l'intermédiaire d'un distributeur à plusieurs voies permettant notamment, et ce, à volonté, soit de fermer, soit de raccorder cet orifice aussi bien à la source de pression qu'à l'air libre. Outre qu'elles sont complexes, donc très coûteuses, les premières valves de ce type à être apparues sur le marché (US-A-3.942.684) présentaient des inconvénients dont, d'une part, l'encombrement important de la valve et l'inertie importante du piston et, d'autre part, la perte de charge subie par le gaz lorsque, pour la décharge, il devait, au droit du siège de l'obturateur, franchir un passage de section relativement faible. Le gaz mettait alors plus de temps pour s'écouler et cela réduisait donc considérablement la soudaineté de la décharge. Plus récemment, afin d'éviter une perte de charge, est apparue une nouvelle valve de décharge brutale (FR-A-2.429.952) gardant un parcours de décharge de section pratiquement constante y compris au travers du siège. Dans cette valve, le cylindre a une longueur au moins égale au double du diamètre du parcours de décharge dont l'un des tronçons est raccordé à l'avant du cylindre alors que l'autre tronçon est piqué radialement et vers l'avant du cylindre de manière que son orifice de raccordement au cylindre soit obturé par le piston lorsque celui-ci est à l'avant, mais soit largement ouvert lorsque le piston est à l'arrière. L'orifice de raccordement au cylindre réalise alors directement le siège de l'obturateur que forme la surface latérale du piston. Pour son guidage, comme évoqué plus haut, mais aussi pour former l'obturateur de ce siège, le piston devait toujours avoir une longueur supérieure au diamètre de cet orifice de décharge ce qui conduisait également à un piston et à un cylindre qui étaient longs et donc lourds d'o pour le piston une inertie importante et une commande demandant un parcours important provoquant des chocs violents en fin de course mais aussi, tant pour le piston que pour le cylindre un coût matière et un encombrement qui étaient élevés. Pour limiter les dégâts dus aux chocs du piston en fin de course, au moins l'une de ses extrémités est garnie d'une butée en matière relativement souple qui, toutefois, se détériore rapidement et, quelque soit, ne résiste pas lors d'une utilisation des valves dans des installations travaillant à des hautes températures comme c'est par exemple le cas en cimenterie. Pour remédier à ces inconvénients, il est connu (EP 0134726) d'utiliser, d'une part, un piston de longueur très inférieure à son diamètre qui se présente alors sensiblement sous la forme d'une plaque et, d'autre part, un cylindre à l'une des extrémités duquel pénètre une tubulure qui réalise le deuxième tronçon du parcours de décharge, l'extrémité de cette tubulure, d'une part, réalisant le siège d'un obturateur porté par la face avant du piston et, d'autre part, délimitant entre le cylindre et elle-même un conduit annulaire qui est en communication directe avec le premier tronçon du parcours de décharge mais qui est séparé de la chambre d'admission par le piston qui s'engage avec jeu dans le cylindre pour, au moins, réserver au gaz un passage suffisant depuis la chambre d'admission jusqu'au conduit annulaire et la capacité tandis que la pression du gaz admis s'exercant sur la face arrière du piston maintient l'obturateur de celui-ci en appui sur son siège. Cette disposition donne de bons résultats en ce qu'elle conduit à une vanne de faible encombrement et à un piston de faible inertie mais présente, par ailleurs, des limites du fait que la longueur du piston est trop faible par rapport à son diamètre pour qu'il soit auto-guidé par sa paroi périphérique. Pour pallier à son coincement, son montage est fait avec beaucoup de jeu. Par ailleurs, même si malgré la très faible inertie du piston, il suffit pour sa commande d'une faible pression du gaz dans la chambre, il est néanmoins nécessaire que cette pression d'alimentation soit spontanément rétablie après la décharge brusque de la capacité pour que la fermeture du parcours de décharge s'effectue sans retard. Du fait de ce jeu important et des problèmes de fermeture, on ne peut empêcher que du produit pulvérulent qui est mis en suspension dans l'air par suite de la décharge revienne vers l'intérieur de la chambre d'admission et perturbe le fonctionnement de la vanne. En outre, y compris pendant l'arrêt de la production, il faut, pour éviter une réouverture de l'obturateur maintenir en permanence la pression d'alimentation non seulement par une électrovanne mais encore par une production de gaz sous pression pour le cas de défaillance de l'électrovanne. Un résultat que l'invention vise à obtenir est une vanne du type cidessus, perfectionnée de manière à empêcher le retour de produit pulvérulent vers la chambre d'admission. Un autre résultat de l'invention est une telle vanne dont la fermeture et le maintien de la fermeture du circuit de décharge n'est pas tributaire du retour de la pression d'alimentation. Est également un résultat de l'invention, une telle vanne qui, sans risque de coTncement, a son piston qui est parfaitement guidé dans sa translation parallèle au cylindre. A cet effet, l'invention a pour objet une vanne du type précité notamment caractérisé en ce que, en combinaison, le piston: - est par sa partie qui sépare le conduit annulaire de la chambre d'admission, engagé dans le cylindre avec un jeu très faible, au plus sensiblement juste suffisant pour ménager au gaz un passage laminaire depuis la chambre d'admission jusqu'au conduit annulaire, - porte sur sa face arrière un coulisseau d'axe parallèle & l'axe du cylindre, de faible section transversale et coopérant avec une coulisse de section complémentaire à celle du coulisseau et présentée à cet effet par le fond du cylindre, dans laquelle coulisse, lorsque l'obturateur du piston est appuyé sur son siège, le coulisseau s'engage sur une longueur 2589548 qui, par rapport à sa plus grande dimension transversale, est encore suffisante pour garantir un excellent guidage du coulisseau et donc du piston qui le porte, - reçoit sur sa face arrière la poussée d'un organe élastique intercaé entre le fond du cylindre et la face arrière du piston. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ciannexé qui représente schématiquement une valve pourvue d'un piston selon l'invention. En se reportant au dessin, on voit que la valve comprend: - une chambre d'alimentation 1 pourvue d'un orifice de remplissage 2 et d'un passage 3 vers une capacité 4 et, - scindé en deux tronçons 5, 6, un parcours de décharge de la capacité 4 vers une installation 7 à laquelle la valve s'applique. La chambre d'alimentation 1 est délimitée à l'arrière d'un cylindre 14 par un piston 8 subissant, dans le sens de la flèche F une poussée due à l'action de la pression du gaz introduit dans la chambre 1 en vue du remplissage de la capacité 4. Pour contrôler la circulation du gaz dans le parcours de décharge 5, 6, celui-ci passe par un siège 9 coopérant avec un obturateur 29 directement porté par la face avant 28 du piston 8. Le premier tronçon 5 du parcours de décharge s'étend de la capacité 4 au siège 9, alors que le deuxième tronçon 6 de ce parcours de décharge s'étend du siège 9 à l'installation 7 et forme la tubulure de décharge proprement dite. Avantageusement, le piston 8 est de longueur très inférieure à son diamètre et se présente alors sensiblement sous la forme d'une plaque 23. Dans le cylindre 14, à l'une de ses extrémités, pénètre une tubulure 17 qui réalise le deuxième tronçon 6 du parcours de décharge. L'extrémité de cette tubulure 17, d'une part, réalise le siège 9 de l'obturateur 29 porté par la face avant 28 du piston 8 et, d'autre part, délimite entre le cylindre 14 et elle-même un conduit annulaire 35 qui est en communication directe avec le premier tronçon 5 du parcours de décharge, lui-même relié à la capacité 4 à remplir, mais qui est séparé de la chambre d'admission 1 par le piston 8. Le piston 8 s'engage avec jeu dans le cylindre 14 pour, au moins, réserver au gaz le passage 3 nécessaire depuis la chambre d'admission 1 jusqu'au conduit annulaire 35 et la capacité 4. La pression du gaz admis s'exercant sur la face arrière 22 du piston maintient l'obturateur 29 de celui-ci en appui sur son siège 9. Afin que la mise en place de l'obturateur 29 ne soit pas directement et uniquement tributaire de la pression d'alimentation, le piston 8 est constamment sollicité vers le siège 9 par au moins un organe élastique 19 de tout type connu, mais de raideur compatible avec les efforts inhérents aux pressions de gaz utilisées c'est à dire de manière à préserver le fonctionnement de la vanne. Dans un mode préféré de réalisation, l'organe élastique est un ressort de compression 21 s'appuyant sensiblement sur le fond 15 du cylindre 14 pour développer son action contre la face arrière 22 du piston 8. Dès que dans la chambre 1, la pression d'alimentation est relâchée, la pression du gaz présent dans la capacité 4 agit également mais dans le sens opposé à la flèche F, sur la partie du piston 8 qui recouvre le conduit annulaire 35. Cette pression fait alors revenir le piston d'un coup sec vers le fond 15 du cylindre en contrariant l'action de l'organe élastique 19. L'obturateur 29 de ce piston 8 se décolle ainsi violemment du siège 9 et ouvre donc la tubulure de décharge 6. Classiquement, dans le but de relâcher la dite pression d'alimentation, l'orifice de remplissage 2 est relié à une source 10 du gaz sous pression, grâce à une conduite en deux tronçons 11, 12 passant par une vanne à trois voies 13 permettant de fermer ou de raccorder cet orifice 2 et ce aussi bien à la source 10 qu'à l'air libre. Dans un mode préféré de réalisation, pour obtenir une chute rapide de pression dans la chambre d'alimentation, la vanne trois voies est ellemême constituée d'une vanne du type de celle objet de la présente invention. Le premier tronçon 5 du parcours de décharge est formé par une conduite 20 reliée latéralement au corps 36 de la vanne et notamment raccordé au conduit annulaire 35 ceinturant la tubulure 17 formant le second tronçon 6 du parcours. A leur extrémité opposée, la conduite 20 et la tubulure 17 portent chacune une bride 16, 18 de raccordement respectivement avec la capacité 4 et avec l'installation 7. Le conduit annulaire 35 est avantageusement de section transversale égale à la section interne du conduit et de la tubulure 17. Cette section est en outre égale à la surface latérale d'un cylindre fictif prolongeant la tubulure jusqu'au piston en position reculée. Le fond du conduit annulaire 35 est, de manière connue, formé par une partie tronconique 27 dont la grande base 26 est raccordée au cylindre 14 et dont la petite base 25 est raccordée sur la périphérie de l'élément tubulaire 17, laquelle conicité est telle qu'elle assure la constance de la section du raccordement entre la conduite 20 et le conduit annulaire 35. Par le respect de ces égalités de section, on obtient qu'il n'y ait pas de perte de charge. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, en combinaison, le piston 8: - est par sa partie qui sépare le conduit annulaire 35 de la chambre d'admission 1, engagé dans le cylindre 14 avec un jeu très faible, au plus sensiblement juste suffisant pour ménager au gaz un passage laminaire 3 depuis la chambre d'admission 1 jusqu'au conduit annulaire 35, - porte sur sa face arrière 22 un coulisseau 24 d'axe parallèle à l'axe du cylindre 14, de faible section transversale et coopérant avec une coulisse de section complémentaire à celle du coulisseau 24 et présentée à cet effet par le fond 15 du cylindre 14, dans laquelle coulisse 30, lorsque l'obturateur 29 du piston est appuyé sur son siège 9, le coulisseau 24 s'engage sur une longueur qui, par rapport à sa. plus grande dimension transversale, est encore suffisante pour garantir un excellent guidage du coulisseau 24 et donc du piston 8 qui le porte, - reçoit sur sa face arrière 22 la poussée d'un organe élastique 19 intercalé entre le fond 15 du cylindre 14 et la face arrière 22 du piston 8. Dans un mode préféré, le coulisseau 24 est une tige cylindrique centrée sur l'axe du piston et la coulisse 30 est un alésage creusé dans un moyeu 37 d'un couvercle 38 de fermeture arrière du cylindre 14. Le couvercle 38 comporte évidemment lui-même un moyen de centrage 39 dans le cylindre 14. La longueur du guidage du coulisseau est de préférence au moins égale au diamètre de ce coulisseau. Grâce à ce guidage, le jeu du piston dans le cylindre peut être extrêmement réduit et, par exemple, d'un dixième de millimètre au rayon, ce qui suffit pour établir le passage laminaire du gaz mais est alors insuffisant pour le passage du produit pulvérulent. Conformément à l'invention: - d'une part, l'orifice de remplissage 2 est réservé dans le fond 31 de la coulisse 30, et - d'autre part, le coulisseau 24 comporte au moins un canal 32 globalement axial qui, par au moins un orifice 33, communique avec la chambre d'alimentation. De préférence, les orifices 33 sont situés de manière telle qu'en position piston reculé, ils soient occultés par la coulisse de manière qu'a l'arrivée du gaz sous pression, celui-ci ne puisse gagner la chambre qu'après avoir vaincu l'inertie du piston. Par exemple, les orifices 33 débouchent latéralement à la dite tige et ce, sensiblement au niveau de la face arrière 22 du piston. De préférence, la tige guide 24 est équipée de plusieurs orifices 33 régulièrement répartis à sa base. On note que, lors de l'ouverture du siège 9 pour la décharge de la capacité, le piston 8 vient par sa face arrière 22 en butée sensiblement contre le fond 15 du cylindre 14 et que les orifices 33 de la base de la tige guide 24 sont masquées par la paroi de l'alésage 30 dans lequel s'est engagée la dite tige. Par cela, lors de la décharge de la capacité 4, on évite toute perte de gaz vers le circuit d'alimentation. Bien entendu, pendant cette phase, l'organe élastique 19 tel le ressort 21 est comprimé et, pour éviter qu'en devenant jointives, les spires s'opposent au contact entre les faces en vis à vis du piston 8 et du cylindre 14, le fond 15 est formé par la face interne du moyeu 37 qui forme, quant à lui, une saillie qui délimite un logement annulaire 34 de dimension adéquate permettant le maintien du ressort et le logement de ses spires au moins pendant sa phase de compression. En phase de détente, ce logement annulaire 34 continue avantageusement d'assurer le maintien du ressort en bonne position dans le cylindre 14. L'homme de l'art est à même de déterminer les formes les plus appropriées pour l'obturateur 29 du piston 8 et pour le siège 9 et, de ce fait, elles ne sont pas spécialement décrites. De préférence, le piston 8 et sa tige guide 24 seront monoblocs et notamment réalisés en matériau léger et par exemple en aluminium. REVENDICATIONS 1. Valve d'alimentation en gaz d'une capacité (4) puis de décharge brutale de cette capacité vers une installation (7), laquelle valve comprend un cylindre (14) à l'arrière duquel un piston (8) délimite une chambre d'alimentation (1) pourvue d'un orifice (2) de remplissage et d'un passage (3) vers la capacité (4) et à l'avant duquel cylindre, sont raccordés les deux tronçons (5, 6) d'un parcours de décharge dans l'installation (7) du gaz venant de la capacité (4), en passant par un siège (9) coopérant avec une portée (29) du piston (8) qui réalise quant à lui un obturateur dont la mise en place peut être assurée par la pression du gaz introduit dans la chambre d'alimentation, qui agit sur la face arrière du piston en contrariant l'action de la pression du gaz présent dans la capacité, agissant quant à elle sur la partie de la face avant du piston qui n'est pas recouverte par le siège (9) pour, dès la chute de la pression dans la chambre d'alimentation, repousser brutalement le piston vers l'arrière et vider la capacité dans l'installation, dans laquelle valve sont utilisés: - d'une part, un piston (8) de longueur très inférieure à son diamètre et qui se présente alors sensiblement sous la forme d'une plaque (23) et, d'autre part, un cylindre (14) à l'une des extrémités duquel pénètre une tubulure (17) qui réalise le deuxième tronçon (6) du parcours de décharge (5, 6), l'extrémité de cette tubulure (17): d'une part, réalisant le siège (9) d'un obturateur (29) porté par la face avant (28) du piston (8) et, 30. d'autre part, délimitant entre le cylindre (14) et elle-même un conduit annulaire (35) qui est en communication directe avec le premier tronçon (5) du parcours de décharge (5, 6) mais qui est séparé de la chambre d'admission (1) par le piston (8) qui s'engage avec jeu dans le cylindre (14) pour, au moins, réserver au gaz un passage suffisant (3) depuis la chambre d'admission (1) jusqu'au conduit annulaire (35) et la capacité (4) tandis que la pression du gaz admis s'exercant sur la face arrière (22) du piston (8) maintient l'obturateur (29) de celui-ci en appui sur son siège (9), cette valve étant CARACTERISEE en ce qu'en combinaison, le piston (8): - est par sa partie qui sépare le conduit annulaire (35) de la chambre d'admission (1), engagé dans le cylindre (14) avec un jeu très faible, au plus sensiblement juste suffisant pour ménager au gaz un passage laminaire (3) depuis la chambre d'admission (1) jusqu'au conduit annulaire (35), - porte sur sa face arrière (22) un coulisseau (24) d'axe parallèle à l'axe du cylindre (14), de faible section transversale et coopérant avec une coulisse de section complémentaire à celle du coulisseau (24) et présentée à cet effet par le fond (15) du cylindre (14) , dans laquelle coulisse (30), lorsque l'obturateur (29) du piston est appuyé sur son siège (9), le coulisseau (24) s'engage sur une longueur qui, par rapport à sa plus grande dimension transversale, est encore suffisante pour garantir un excellent guidage du coulisseau (24) et donc du piston (8) qui le porte, - reçoit sur sa face arrière (22) la poussée d'un organe élastique (19) intercalé entre le fond (15) du cylindre (14) et la face arrière (22) du piston (8). 2. Valve selon la revendication 1 caractérisée en ce que le coulisseau (24) est une tige cylindrique centrée sur l'axe du piston et en ce que la coulisse (30) est un alésage. 3. Valve selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'alésage est creusé dans un moyeu (37) d'un couvercle (38) de fermeture arrière du cylindre (14), le couvercle (38) comportant lui-même un moyen de centrage (39) dans le cylindre (14). 4. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée.en ce que: - d'une part, l'orifice de remplissage (2) est réservé dans le fond (31) de la coulisse (30) et, - d'autre part, le coulisseau (24) comporte au moins un canal (32) globalement axial qui, par au moins un orifice (33), communique avec la chambre d'alimentation 1. 5. Valve selon la revendication 4 caractérisée en ce que les orifices (33) sont situés de manière telle qu'en position piston reculé, ils soient occultés par la coulisse de manière qu'à l'arrivée du gaz sous pression, celui-ci ne puisse gagner la chambre qu'après avoir vaincu l'inertie du piston. 12 2589548 6. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que, pour éviter qu'en devenant jointives des spires s'opposent au contact entre les faces en vis à vis du piston (8) et du cylindre (14), le fond (15) est formé par la face interne du moyeu ( 37) qui forme, quant à lui, une saillie qui délimite un logement annulaire (34) de dimension adéquate permettant le maintien du ressort et le logement de ses spires au moins pendant sa phase de compression.