Brevet FR2610692A1 — publié le 19880812

DESCRIPTION La présente invention concerne une vanne de régulation pour gaz, pour particulièrement une vanne à réglage autcxnatique de faibles débits pour la régulation d'une pression gazeuse, agencée dans une conduite entre une source de gaz sous pression et un récepteur d'utilisation de gaz à pression régulée. La réalisation pratique de telles vannes présente de très grandes difficultés, car elle doit répondre à un grand narbre d'exigences, dont certaines peuvent être contradictoires du point de vue constructif. En effet, non seulement une telle vanne de régulation doit avoir une camuande facile, une progressivité de réglage, une grande dynamique et bien entendu un faible coût, mais en outre, un taux de fuite vers l'extérieur très faible, une garantie de haute fiabilité permettant la mise en oeuvre de gaz dangereux, et de surcroît, elle ne doit pas être polluante, c'est-à-dire qu'on doit pouvoir maîtriser sa propreté initiale par des zones pièges et son fonctionnement ne doit pas créer d'usure interne, ce qui implique d'éviter au maxinun les frottements. De plus, on exige souvent une réalisation miniaturisée. De telles exigences se rencontrent notament dans l'industrie des semi-conducteurs. La plupart des vannes actuelles sont incapable de répondre à l'ensemble des conditions rappelées ci-dessus. Par exemple, les vannes à joint glissant présentent des risques de fuite et de pollution. Les vannes à solénolde à noyau dit "humide" offrent une faible force de cartande impliquant de limiter la course de pointeau, et sont sources de pollution à cause de leur noyau mobile; elles sont prohibées pour les fluides très toxiques qui peuvent attaquer le noyau nécessairement en matériau magnétique. Les vannes thermiques à dilatation de solide présentent les avantages de simplicité, de grande raideur et une absence de joints glissants; cependant elles néessitent un asservissemnt ccmplexe, présentent des difficultés de mesure de la position du pointeau et une course très faible interdissant en pratique une fermeture correcte. - On a proposé également d'équiper une vanne d'une comrande à timonerie traversant un soufflet d'étanchéité et agissant sur la position axiale d'un pointeau de vanne, la commande de vanne étant asservie à un moyen, par exemple un moteur électrique d'avance-recul, lui-mme cactmandé par un signal électrique différentiel traduisant l'écart entre la pression régulée et une pression de référence. Les soufflets, et plus particulièrement les soufflets "soudés" tolèrent des courses suffisantes, mais de tels soufflets "soudés" ont une tenue en pression limitée et une propreté difficile à assurer à cause de leur procédé de fabrication mettant en oeuvre un très grand nrombre de soudures et aussi à cause de leur fonrme qui présente des zones mortes inacessibles à l 'endroit de chaque soudure externe des différents diaphragmes qui les constituent; mais surtout de tels soufflets sont, dans ce genre d'applications, montés à simple extension-compression axiale, ce qui impose l'utilisation d'actionneurs capables de développer des forces importantes, par exemple des vérins pneumatiques ou des systèmes vis-écrou à commande manuelle. Cette difficulté est encore accusée lorsque l'on veut réduire l'encombremnt de la vanne en utilisant des soufflets de faible diamètre qui présentent des raideurs axiales importantes, de sorte qu'on doit respecter une dimension diamètrale minimale. La présente invention a pour objet une disposition de vannes qui permet de résoudre l'ensemble des problèmes, dont la commande est du type à soufflet et qui présente cette caractéristique que la timonerie à soufflet d'étanchéité comprend un levier articulé, présentant un flasque transversal à la périphérie duquel est fixé à étanchéité une extrémité axiale de soufflet, l'autre extrzémité de soufflet étant fixée à étanchéité à une pièce-support fixe, l'extrémité de ccmmannde du levier étant substantiellement perpendiculaire à l'axe de pointeau. De la sorte, on assure une caumande de pointeau qui se traduit, pour le soufflet, par un simple débattement angulaire, pratiquement sans extension-conopression axiale, ce qui, l'expérience le montre, nécessite une force d'actionnement beaucoup plus faible, omparativement à l'effort de déplacement du pointeau dans un sens qui comprimerait le soufflet à l'encontre de la pression du gaz. L'invention a également pour objet une réalisation particulière du pointeau de vanne qui est une pièce cylindrique présentant une excavation longitudinale formant, avec un siège de pointeau, une fenêtre de passage plus ou toins ouverte selon la position axiale du pointeau. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit à titre d'exemple en référence aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une vanne régulGe selon 1 'invention; - la figure 2 est une vue transversale partiellement en coupe de cette mâme vanne; - la figure 3 est une vue, à échelle agrandie du corps de vanne proprement dit; - la figure 4 est une vue en coupe transversale du levier articulé de ct[rande de la vanne selon la figure 1; - les figures 5 et 6 sont deux variantes de réalisation du montage de levier de commanide; - - les figures 7, 8, 9 et 10 sont des vues en perspective de quatre formes de réalisations d'un pointeau de vanne. En se référant d'abord aux figures 1 à 4, une vanne régulée comprend un bottier 1 traversé par un tronçon de conduit 2 avec une ouverture amont 3, sur laquelle est destiné à se brancher un raccord d'admission (non représenté) et une ouverture aval 4 pour un raccord de départ 5 vissé en 6 avec compression d'un joint d'étanchéité 7. A l'intérieur du tronçon de conduit 2 est vissé en 8 un corps de vanne 9 engagé à coulissement à joint d'étanchéité 10 dans une portée cylindrique 11 du tronçon de conduit 1. Le corps de vanne 9 présente un passage axial 20 s'étendant de part en part avec un diamètre restreint 21 et trois épaulements amont 22, 23, 24 et un épaulement aval 25. Un pointeau 30 est engagé au travers d'un siège annulaire 32 à joint d'étanchéité 31, ménagé dans le passage restreint 21 et ce pointeau 30 se termine à son extrémité aval par un clapet cylindrique vissé 33, de forme creuse formant cage de retenue amont pour un ressort de aompression 34 s'appuyant d'autre part sur un bouchon poreux 35 vissé à l'extrémité aval du corps de vanne 9. Dans la position rétractée du pointeau 30 (demi-vue axiale inférieure), le clapet 33 en position 33' s'appuie à étanchéité sur le joint 31. Côté amont par rapport au siège de pointeau 32, le pointeau 30 présente une tige de caomande 40, sur laquelle est montée un ressort de compression 41 s'appuyant d'un côté contre un embout 42 engagé contre l'épaulement 23 avec compression d'un joint d'étanchéité 43 s'appuyant contre l'épaulement 22, d'un autre côté contre une bague 44 réglable sur la tige du pointeau 40, le tout placé dans un logement cylindrique 45 monté à verrouillage en 46 sur le corps de vanne 9. A l'extrémité amont, le logement 45 présente un passage de traversée 46 pour la tige de 2 6 1 06 9 pointeau 40, dont l'extrémité amont porte une bille 47 d'appui dans une cavité 48 d'un levier 49. Ce levier 49 est monté à articulation sur un pivot 50, tandis que son autre extrémité 51 est articulée sur un axe 52 d'une barre de ccmmande 53 guidée à simple translation par des galets 54 et 55 sous l'action d'une crémaillère 56 qui engrène avec un pignon entraîné par un moteur électrique 57 d'avance-recul selon le sens du signal différentiel de commande entre un signal formé par un capteur de pression non représenté, mais situé à l'aval du pointeau 40 et un signal de référence de régulation. Le montage à articulation 50 du levier 49 est explicité à la figure 4. Sur le levier 49 est solidarisé un étrier 60 dont deux branches 61 et 62 portent des tourillons 63, 64, engages dans des paliers 65-66 d'un socle 67. Le levier 49 présente un flasque transversal 68 à l'intérieur de l'étrier 60, sur lequel est soudé une extrémité longitudinale 69 d'un soufflet d'étanchéité 70, dont l'autre extrémité longitudinale 71 est soudée à la périphérie d'une ouverture circulaire 72 du socle 67, qui est fixé en appui étanche par un joint 73 autour d'une ouverture 74 du tronçon de conduit 2, en sorte que le soufflet 70 forme avec le flasque 68 du levier 49 une séparation étanche entre l'intérieur du tronçon de conduit 2 et l'atmosphère externe. On comprend qu'il suffit de faire osciller le levier 49 d'un angle A entre une position de fermeture ccoplète (position 49' du levier 49, pointeau 30 rétracté jusqu'à appui 33' du clapet 33 sur le joint 25) et une position d'ouverture maximale (position 49" du levier 49 pointeau 30 avancé au mximau). Les figures 7 à 10 montrent quatre formes de réalisation d'un pointeau 30 selon l'invention présentant une excavation longitudinale: - selon la figure 7, l'excavation est une gorge 70 de section triangulaire à deux parois 71 et 72, dont le fond 73 part de la surface du pointeau 30 en s'approfondissant progressivement. On comprend qu'un déplacement du pointeau 30 dans le sens de la flèche F permet un passage progressif de la gorge 70 sous le siège 32, dégageant un passage de communication de plus en plus large, donc un débit de plus en plus important. - selon la figure 8, le pointeau présente une face biseautée 80 ce qui assure également l'effet de progressivité recherché d'ouverture en fonction de la position du pointeau. - selon la figure 9, une gorge rectangulaire 90 de profondeur constante assure le nmee effet en dégageant, au-delà du siège 32, une fenêtre 91 de passage de plus en plus grande. - selon la figure O10, on obtient le mnme effet de fenêtre par un pointeau avec une extrémité ayant une partie creuse 100, et deux fentes latérales 101 et 102. REVENDICATIONS 1. Vanne de régulation pour gaz, du genre agencée dans une conduite entre une source de gaz sous pression et un récepteur d'utilisation de gaz à pression régulée, des moyens de réglage à timonerie à soufflet d'étanchéité agissant sur un pointeau de vanne asservis à un moteur électrique à rotation d'avance ou de recul carmandée par un signal électronique différentiel entre une pression de référence et une pression régulée mesurée, caractérisé en ce que la timonerie à soufflet d'étanchéité comprend un levier articulé autour d'un axe fixe, ledit levier présentant un flasque transversal à la périphérie duquel est fixée à étanchéité une extrémité axiale de soufflet, l'autre extrémité axiale de soufflet étant fixée à étanchéité à une pièce-support annulaire fixe, dont une extrémité de ccmnmande est substantiellement perpendiculaire à la tige de pointeau. 2. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 1 caractérisé en ce que le soufflet est fixé à une extrémité axiale d'un côté de 1 'axe d'articulation du levier et à une autre extrémité axiale de l'autre côté dudit axe d'articulation de levier. 3. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 2 caractérisé en ce que le montage à articulation du levier est agencé côté atmosphère. 4. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 3 caractérisé en ce que le montage à articulation du levier est assuré sur une pièce saillant à l'intérieur du soufflet. 5. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 3 caractérisé en ce que le montage à articulation du levier est assuré par un étrier s'étendant de part et d'autre à l'extérieur du soufflet d'étanchéité. 6. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pointeau est une pièce cylindrique présentant une excavation longitudinale formant, avec un siège de pointeau, une teritre de passage plus ou moins ouverte selon la position axiale du pointeau. 7. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'excavation est un bord biseauté. 8. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 6 caractérisé en ce que 1 'excavation est une gorge ou rainure. 9. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 8 caractérisé en ce que la gorge ou rainure est de profondeur croissante. 10. Vanne de régulation pour gaz, selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'excavation est une partie creuse à fente.