Brevet FR2602566A1 — publié le 19880212

L'invention se situe dans le domaine des composants pneumatiques ou hydrauliques, en particulier soupapes et vérins, et elle s'applique surtout à leur utilisation en aéronautique, bien qu'elle soit applicable 5 aussi dans les domaines des navires et des engins terrestres, par exemple pour obtenir des vidanges rapides de capacités sous forte pression et pour des expulsions rapides de panneaux ou ouvertures de sécurité, y compris les évacuateurs de fumée des immeubles. Les problèmes relatifs à l'obtention d'une ouverture rapide de grande section ainsi qu'à la création d'une poussée puissante et rapide d'objets, par exemple de charges emportées sous avions ou bien de panneaux de protection, ont été résolus jusqu'ici principalement par 15 emploi de dispositifs pyrotechniques créant instantanément de fortes pressions de gaz de volume suffisant, en particulier pour pousser directement ou indirectement des vérins en contact avec l'objet à repousser. L'emploi de bouteilles de gaz comprimé est 20 cependant souhaité pour des raisons de sécurité, de propreté et de maintenance. Il s'est toutefois peu répandu jusqu'ici parce que les vannes connues soit nécessitent une énergie d'ouverture considérable, soit ne procurent qu'un débit faible parce que leur ouverture n'est pas 25 assez rapide. En outre, elles peuvent fuir peu à peu. La présente invention résoud le problème d'obtenir une vanne de très grande section à ouverture très rapide, très étanche en fermeture, et dont le fonctionnement ne nécessite qu'une énergie minime. Selon 30 un aspect complémentaire, l'invention permet de construire un ensemble intégré bouteille-vanne de poids et d'encombrement minimes, et qui peut également contenir le vérin à l'intérieur de la bouteille de gaz comprimé. Le dispositif de vanne selon l'invention comporte de façon connue un espace d'entrée de fluide sous pression en amont du siège d'étanchéité qui délimite l'ouverture de vidange, avec une soupape pouvant s'appuyer sur la face amont du siège pour l'obturer. La soupape est fixée directement à un piston se 2 2602566 déplaçant dans l'espace d'entrée et constitué essentiellement d'un disque d'un diamètre plus grand que celui du siège d'étanchéité. Le disque est guidé dans un alésage de l'espace d'entrée avec un jeu assez faible 5 pour délimiter une petite capacité de volume variable entre lui-même, l'alésage et un fond fermant celui-ci. Enfin la cavité comporte un clapet-pilote susceptible de vidanger la petite capacité. Sous une pression établie, le fluide communique 10 par le jeu ménagé entre le disque et l'alésage, et éventuellement par un petit orifice, par exemple un trou de très faible diamètre, entre l'espace d'entrée et la petite capacité, jusqu'à équilibre des pressions. Le fluide appuie la soupape sur le siège, fôrmant un ensemble 15 autoclave. Par mise en action du clapet-pilote la petite capacité fermée se vide, la fuite qui s'effectue par le jeu et/ou le petit orifice étant minime. La pression dans l'espace d'entrée soulève alors disque et soupape et le siège est alimenté directement en fluide, jusqu'à vidange 20 partielle ou complète de la bouteille suivant le temps de mise en action du clapet-pilote. L'espace d'entrée de fluide, raccordé au siège d'étanchéité de la soupape, constitue avantageusement une bouteille de gaz sous pression. Le siège d'étanchéité de la soupape peut constituer l'extrémité d'un cylindre de vérin qui est concentrique à l'alésage de guidage du disque, l'ouverture de la soupape commandant l'actionnement du vérin, lequel peut être intérieur à la bouteille de gaz sous pression. Selon une forme de réalisation, le clapet-pilote est disposé à l'intérieur de la petite capacité et il coopère avec un orifice-pilote ménagé au centre du disque. Un électro-aimant, également disposé à l'intérieur de la petite capacité, agit contre l'action d'un ressort pour 35 ouvrir le clapet-pilote. De façon générale la soupape selon l'invention peut s'employer dans tous les cas o l'on a besoin d'ouvrir très rapidement, par exemple en quelques millisecondes, et avec une faible énergie de 3 2602566 déclenchement, une communication entre une réserve de fluide sous pression et soit un orifice de vidange, soit tout organe d'utilisation. Pour bien faire comprendre le dispositif de 5 soupape selon l'invention on en décrira ci-après, à titre d'exemples sans caractère limitatif, deux formes d'exécution préférées en référence au dessin schématique annexé dans lequel: - la figure 1 représente une coupe verticale 10 axiale d'un premier exemple de réalisation de l'invention,appliquée à un ensemble séparable de bouteille de gaz comprimé; et - la figure 2 est une coupe verticale axiale d'un second exemple de réalisation de l'invention, 15 appliquée à la commande d'un vérin de poussée. A la figure 1, la bouteille i représentée est un corps cylindrique avec un raccord aval 2 destiné à être relié à un organe d'utilisation (non figuré). Un siège 3 entoure l'orifice 4 du raccord 2 et coopère avec une 20 soupape 5 qui peut porter un joint d'étanchéité 6 en élastomère. La soupape 5 est fixée par une tige 7 à un disque 8 coulissant à faible jeu dans l'alésage 9 de la bouteille 1 au voisinage du fond 10 de celle-ci. Le disque 8 est prolongé le long de l'alésage 9 par une jupe 25 de guidage et/ou d'étanchéité 11. De son côté la soupape 5 est guidée de manière connue, par exemple au moyen d'un guide concentrique 12 porté par des bras 13 et coulissant dans la bouteille. Un ressort 14, disposé entre le fond 10 et le disque 8, tend à appuyer la soupape 5 sur son 30 siège 3. Un raccord de gonflage 15 est fixé sur le fond , en permettant l'introduction de gaz sous pression dans la capacité de volume variable 16 formée entre le disque 8, l'alésage 9 et le fond 10. Un petit orifice, sous forme d'un trou 17 de faible diamètre ménagé dans le disque 8, permet au gaz introduit par le raccord 15 de remplir peu à peu l'ensemble de la bouteille 1 de part et d'autre du disque 8. En cours et en fin de remplissage, la pression du 4 2602566 fluide s'ajoute à la force du ressort 14 pour appuyer la soupape 5 sur son siège 3. Un clapet antiretour 18 sur l'orifice 19 du raccord de gonflage 15 sert de clapet-pilote pour la 5 commande d'ouverture. A cet effet, le clapet 18 est soulevé par l'action d'un électro-aimant 20. Un ressort 21 tend au contraire à refermer le clapet 18 lorsque l'électro-aimant 20 n'est pas excité. Lorsque, après gonflage, le raccord 15 est remis à l'air libre, par mise 10 en action de l'électro-aimant 20, la capacité 16 se vide brusquement et la pression régnant dans le reste de la bouteille 1 repousse énergiquement le disque 8, écartant très rapidement la soupape 5 de son siège 3 ce qui assure la vidange par l'orifice 4 tant que l'électro-aimant 20 15 reste actionné, le clapet 18 étant assez court pour ne pas être repoussé par le disque 8.. On décrira maintenant l'exemple d'exécution représenté à la figure 2 dans laquelle on a utilisé les mêmes repères qu'à la figure 1 pour désigner les éléments 20 de même fonction. On a représenté en 22 le cylindre d'un vérin de poussée, guidant la tête 23 d'un piston mobile qui reçoit la pression du fluide moteur et dont la tige 24 dépasse au-delà d'un guidage 25 pour actionner l'objet à 25 manoeuvrer (non représenté au dessin). L'extrémité du cylindre 22, du côté de la tête de piston 23, est rétrécie en 3 pour former un siège d'étanchéité avec un joint 6 en élastomère étanche disposé autour d'une ouverture de grande section 4. 30. La vanne selon l'invention comporte un disque 8, dont la partie centrale 5 formant soupape peut venir en contact avec le joint 6 pour fermer l'ouverture, et ce disque peut coulisser à faible jeu dans un alésage 9, attenant à un fond 10 vissé sur lui et concentrique avec 35 le cylindre 22. Le disque 8 est prolongé, à l'intérieur de l'alésage 9, par une jupe de guidage 11. Un clapet-pilote 18 coopère avec un orifice pilote 19 ménagé au centre du disque 8. Le clapet 18 est soulevé par l'action d'un électro-aimant 20qui remplit - 5 2602566 presque entièrement la capacité 16, définie entre le fond 10 et le disque 8, et dont la course est assez longue pour ne pas limiter le mouvement de ce dernier. Un ressort 21 s'appuyant contre le fond fermé 10 vient pousser au repos le clapet-pilote 18 contre l'orifice 19 pour fermer celui-ci. Cet appui est augmenté par la pression de gonflage appliquée au dispositif, de sorte que l'étanchéité réalisée est excellente tant au niveau de ce clapet-pilote qu'au niveau du siège principal 3. Comme on le voit, la surface totale du disque 7 est nettement supérieure à celle de sa partie centrale 5. D'autre part, l'alésage 9 est raccordé à une virole 26 qui constitue, avec l'extérieur du siège 3, une canalisation annulaire 27 d'entrée dans la soupape. La virole 26 reçoit 15 elle-même par vissage le cylindre 22, au voisinage du guidage 25, pour constituer une bouteille 1 pouvant emmagasiner le gaz moteur.Celui-ci est introduit par un raccord de gonflage 15, qui débouche dans la petite capacité I6 déterminée par le fond 10, l'alésage 9 et le 20 disque 8. Lors du gonflage, c'est-à-dire lors de l'apport de gaz par le raccord 15, le clapet-pilote 18 repose sur l'orifice 19, obture celui-ci et appuie le disque 8 sur le siège 3. Le gaz appuie de plus en plus le disque 8 contre 25 le siège 3, fermant l'ouverture 4 associée, et le cylindre 22 du vérin reste à la pression ambiante. Simultanément le gaz s'infiltre dans le faible jeu ménagé entre l'alésage 9 et le disque 8 pour remplir la bouteille 1 à la pression voulue. Si ce jeu s'avère trop faible, rendant le 30 remplissage de la bouteille 1 trop long, un petit trou 17 ménagé à travers le disque 8, permet d'augmenter le débit de remplissage. On décrira maintenant le fonctionnement, après remplissage, du dispositif de soupape selon la figure 2. 35 On procède à la mise sous tension électrique de l'électro-aimant 20 qui écarte le clapet-pilote 18 de l'orifice 19, lequel offre une section de passage bien plus grande que les fuites ménagées autour de ti jupe de guidage Il du disque 8 augmentées éventuellement de celles 6 2602566 à travers le petit trou 17. De ce fait le débit de gaz à travers l'orifice 19 vidange partiellement la petite capacité 16, tout en pénétrant dans le cylindre 22 dont le volume mort peut être augmenté par une petite cavité 5 borgne 28 ménagée dans la tête de piston 23. Simultanément la pression de gaz dans la bouteille 1 s'exerce sur toute la surface du disque 8 extérieure à sa partie centrale 5. Le disque 8 se soulève alors brusquement en découvrant le siège 3, et le piston 23 du vérin est actionné 10 énergiquement par le gaz sous pression venant de la bouteille 1 par la canalisation 27. La rapidité d'action est d'autant plus grande que la capacité 16 est petite et que l'orifice-pilote 19 est grand. A la coupure de la tension d'alimentation de 15 l'électro-aimant 20, l'orifice 19 est refermé par le clapet-pilote 18 sous l'action du ressort 21, et la pression qui remonte dans la capacité 16, jointe à la force du ressort 21, applique le disque 8 sur le siège 3 en refermant la soupape. La pression résiduelle dans la 20 bouteille 1 permet alors, ultérieurement, une nouvelle utilisation du vérin. On notera qu'avec les diverses modalités de la réalisation décrite, on est garanti au mieux contre toute fuite intempestive, même en cas de stockage de longue 25 durée. En effet, le disque de soupape 8 et le clapet-pilote 18 sont autoclaves, étant appuyés par la pression. De plus toute fuite notable aurait tendance à pousser la tige de vérin 2, dont le mouvement anormal avertirait alors de l'incident. D'autre part on a prévu un ressort 30, moins puissant que le ressort 21, qui s'appuie-sur le cylindre 22 et tend à maintenir soulevé le disque 8 pour éviter que celui-ci puisse retomber sur le siège 3 au cours du mouvement moteur du vérin. Par ailleurs, des ailettes 29 35 du cylindre 22 servent à maintenir celui-ci bien centré à l'intérieur de la bouteille 1. On notera que, en variante, on pourrait remplacer l'action de vidange du clapet-pilote 18 par une réouverture à l'air libre, par un moyen extérieur, du 7 2602566 raccord de remplissage 15 ou par tout autre moyen équivalent. Dans ce cas, l'électro-aimant 20, le clapet-pilote 18 et l'orifice 19 peuvent être supprimés. On peut aussi les conserver pour établir une redondance de la commande du dispositif. On remarquera également que l'ensemble formé par la bouteille et son dispositif d'ouverture, qu'il possède ou non un vérin incorporé, est réutilisable sans qu'aucun élément ne soit à remplacer après usage. Suivant 10 l'emplacement et la méthode d'utilisation qui lui sont dévolus, cet ensemble peut être gonflé à poste, ou déposé pour ce faire puis remis à poste. D'autre part, comme dans les deux exemples représentés, l'ensemble du dispositif est inclus à 15 l'intérieur même de 'la bouteille, ce qui lui donne de ce fait une compacité maximale, une grande facilité d'emploi et de stockage, ainsi qu'une excellente protection contre les agents extérieurs. On comprendra que la description ci-dessus a été 20 donnée à simple titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications qui suivent. REVENDICATIONS. 1. Dispositif de décharge rapide d'un fluide :e sous pression, constitué d'un disque mobile (8) fixé à une soupape (5) qui peut s'appliquer sur un siège d'étanchéité 5 (3), le disque (8) étant guidé dans un alésage concentrique (9), caractérisé par un fond fermé (10) limitant avec l'alésage (9) et le disque (8) une petite capacité (16), et par un clapetpilote (18) en relation avec la petite capacité (16), l'ouverture dudit 10 clapet-pilote (18) faisant chuter la pression dans la petite capacité (16) en obligeant la soupape (5) à s'écarter d'avec le siège (3) sous l'action de la pression du fluide. 2. Dispositif. selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que la soupape (5) a une surface moindre que la moitié de celle du disque (8). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet-pilote (18) communique avec un orifice (19) de la petite capacité 20 (16). 4. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet-pilote (18) coopère avec un orifice (19) du disque (8). 5. Dispositif selon la revendication 4, 25 caractérisé en ce que le clapet-pilote (18) est poussé par un ressort (21) qui s'appuie contre le fond (10). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que le clapet-pilote (18) est actionné par un électroaimant (20) placé à l'intérieur de 30 la petite capacité (16). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un jeu intentionnel ménagé entre le disque (8) et l'alésage (9). 8. Dispositif selon l'une quelconque des 35 revendications précédentes, caractérisé par un petit orifice (17) ménagé au travers du disque (8). 9.. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé- par un ressort (30) agissant sur le disque (8) dans la direction tendant 9 2602566 à décoller la soupape (5) du siège (3). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le siège (3) constitue l'extrémité du cylindre (22) d'un vérin. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'alésage (9) de guidage du disque (8) et le cylindre (22) du vérin sont disposés concentriquement. 12. Dispositif selon l'une. quelconque des 10 revendications précédentes, caractérisé en ce que la capacité (16) fait partie d'une bouteille (1) de gaz sous pression. 13. Dispositif selon la revendication 12 rattachée à la revendication 10, caractérisé en ce que la 15 bouteille (1) de gaz sous pression est concentrique au cylindre (22) de vérin. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un raccord (15) de gonflage de la bouteille (1) de gaz sous pression 20 monté en relation avec la petite capacité (16). 15. Dispositif selon la revendication 14 caractérisé par un clapet-pilote (18) formant clapet anti-retour du raccord (15).