Brevet FR2609321A1 — publié le 19880708

V 'N.E A COMMANDE PNEUMATIQUE ET BLOC DE TRIBUTION DESTINE A UNE TELLE VANNE La F te invention a pour objet une vanne à commande pneumatique c. notamment à être implantée sur des équipements industriels uit. -!nt des gaz spéciaux tels que des matériels pour la fabrication de fLres optiques et de semi-conducteurs. De telles vannes doivent permettre le passage de gaz parfois très dangereux et doivent donc obéir à des critères de sécurité très précis. Elles sont généralement constituées d'un ensemble mobile, comprenant un obtu- rateur fixé à l'extrémité d'une tige munie d'un piston délimitant avec une paroi en bout d: -nrps de vanne une chambre de travail de volume variable. Cet ense able est apte à se déplacer à l'intérieur du corps de vanne sous l'eff i d'un fluide sous pression, tel que du gaz comprimé, agissant sur le p:.on, des moyens de rappel élastique étant prévus pour ramener l'ensemD'e à sa position de repos. Le but de la présente invention est de prévoir une vanne du type précité qui soit d'un encombrement réduit, notamment en ce qui concerne ses dimensions radiales, tout en étant adaptée à une pression de gaz de commande similaire et en offrant une excellente étanchéité entre la zone de commande et la zone de travail de la vanne, ainsi qu'un bloc de distribution permettant le regroupement sous un espace réduit de plusieurs vannes. Enfin, un autre but de la présente invention est de réduire, de façon notable, les coûts de fabrication d'une telle vanne en prévoyant des pièces interchangeables pouvant être utilisées aussi bien dans une vanne normalement ouverte que dans une vanne normalement fermée. Ces buts sont atteints en ce que dans la vanne selon l'invention qui est du type précité, l'ensemble mobile comprend au moins un second piston mobile solidaire de la tige de l'obturateur, et en ce qu'il est prévu, à l'intérieur du corps de vanne, au moins un piston fixe, à travers lequel la tige de l'obturateur est apte à se déplacer et qui est apte à coopérer avec le second piston mobile pour délimiter avec celui-ci une seconde chambre de travail. Ces deux pistons supplémentaires fournissent un second étage de compression monté en série avec le premier et permettent donc de diminuer la surface de travail des pistons et donc l'encombrement de la vanne, tout en conservant pour celle-ci une force de commande du déplacement de l'obturateur identique, voire même supérieure, pour une même pression du fluide de commande. Cette disposition permet, en outre, d'accroître la sécurité, puis- qu'en cas de défectuosité de l'un des étages, le ou les autres étages permettent de garantir le fonctionnement de la vanne. Avantageusement, un piston fixe est également associé au premier piston mobile, afin de délimiter avec celui-ci la chambre de travail. Cette disposition est particulièrement intéressante dans le cas d'une vanne nor- malement fermée. Selon une forme de réalisation préférée, un soufflet étanche est fixé, de façon étanche, entre, d'une part, l'obturateur et, d'autre part, le corps de la vanne. Ce soufflet permet d'obtenir une cavité étanche pour le passage des gaz d'utilisation et donc d'assurer une étanchéité parfaite entre le passage pour le gaz d'utilisation et la partie de commande de la vanne, ce qui est particulièrement important, lorsque ces gaz sont dangereux. Selon un autre aspect de l'invention, le siège de l'obturateur de chaque vanne est réalisé directement dans un bloc de distribution commun et les conduits d'arrivée et de sortie du gaz d'utilisation sont constitués par des perçages obliques réalisés depuis une face latérale ou la face inférieure du bloc de distribution et débouchant directement dans chacun des sièges d'obturateur. Cette disposition est particulièrement avantageuse, car elle per- met d'éviter la formation de cavités mortes o il n'y a pas de circulation de gaz et dans lesquelles des dépôts de particules sont susceptibles de se former, et elle permet également d'optimiser le trajet des gaz d'utilisation, et de diminuer les volumes résiduels. De toute façon, l'invention sera bien comprise et d'autres carac- téristiques de celle-ci seront mises en évidence à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé illustrant à titre d'exemples non limitatifs plusieurs formes de réalisation d'une vanne et d'un bloc de distribution selon l'invention: Figure 1 est une vue en coupe d'une vanne selon une première forme de réalisation; Figure 2 est une vue similaire à figure I d'une vanne selon une seconde forme de réalisation; Figure 3 est une vue en perspective d'un bloc de distribution, Figure 4 est une vue en coupe du bloc de distribution de figure 3 monté entre deux caissons; Figure 5 est, à échelle agrandie, une vue en coupe du bloc de distribution de figure 3. La figure I montre une vanne I selon l'invention de type norma- lement fermée. Cette vanne est constituée d'un corps de vanne 2 creux de forme cylindrique qui est fermé à l'une 2a de ses extrémités et qui, à son autre extrémité 2b, est ouvert et muni d'un filetage intérieur pour son raccordement par vissage sur une embase 3 contenant le siège 3a de l'obturateur et deux conduits 4,5 respectivement d'arrivée et de sortie du gaz de travail débouchant chacun dans une cavité 3b de l'embase. Le corps de vanne est, par ailleurs, muni à son extrémité 2a d'un trou taraudé 6 pour la mise en place d'un embout 7 fileté destiné à amener le gaz de commande, en l'occurrence de l'air comprimé. A l'intérieur du corps de vanne 2 sont disposés l'obturateur proprement dit 8 de la vanne et sa tige de commande 9. La tige de commande 9 est munie sur presque toute sa longueur d'un trou central 9a et présente extérieurement sur toute sa longueur un filetage 9b. L'obturateur 8 a, en l'occurrence, la forme d'un pointeau et est destiné à coopérer de façon connue en soi avec le siège 3a de l'embase de la vanne pour mettre en communication les deux conduits 4,5 ou, au contraire, interrompre cette communication. L'oburateur 8 est monté sur un support d'obturateur 10 qui est lui-même fixé de façon amovible par vissage sur la tige 9 de commande de l'obturateur par l'intermédiaire d'une pièce cylindrique Il ayant en section transversale sensiblement la forme d'un H. Cette pièce 11 comporte deux cavités taraudées I la et ilb coaxiales et séparées l'une de l'autre par une cloison Ilc. Le support d'obturateur 10 est vissé dans la cavité 11b, tandis que la pièce 11 est elle-même fixée par vissage à l'extrémité de la tige de commande 9. Sur la tige de commande 9 sont également montés différents pistons à savoir un premier piston 13 dit mobile et un second piston 14 également mobile. Ces deux pistons 13 et 14 sont tous les deux vissés sur la tige de commande 9 et sont donc solidaires de celle-ci. Ils sont dits mobiles, car ils se déplacent avec la tige de commande à l'intérieur du corps de vanne pour assurer la fermeture ou l'ouverture d& celle-ci. Deux autres pistons 15,16 sont également prévus à l'intérieur du corps de vanne. Chacun de ces pistons est monté mobile axialement sur un prolongement axial respectivement 13a,14a d'un piston mobile associé respectivement 13 et 14. Un anneau d'arrêt 17, fixé dans la paroi du corps de vanne, sert à arrêter le déplacement axial du piston 15. Le piston 16 est, quant à lui, en butée axiale contre une pièce cylindrique 20 disposée à l'intérieur du corps de vanne et dont le rôle sera expliqué plus loin. Les pistons 15 et 16 sont, en fait, fixes par rapport au corps de vanne 2 et seront appelés pistons fixes. L'étanchéité de chacun des pistons fixes 15,16 par rapport au corps de vanne 2 et aux pistons mobiles associés respectivement 13,14 est assurée au moyen de joints d'étanchéité respectivement 21 et 22 disposés dans des gorges prévues à la périphérie extérieure et à la périphérie intérieure de ces pistons. Des joints d'étanchéité 21 sont également prévus à la périphérie extérieure des pistons mobiles 13,14 pour assurer l'étanchéité de ceux-ci par rapport au corps de vanne 2. Enfin, un joint d'étanchéité 22 est prévu au niveau du trou 6 de l'extrémité 2a du corps de vanne pour assurer l'étanchéité de la tige de commande 9 par rapport à celui-ci. Les premiers pistons fixe et mobile respectivement 13 et 15 et les seconds pistons fixe et mobile respectivement 14 et 16 délimitent par leurs faces en regard avec la paroi interne du corps de vanne 2 deux cavités annulaires de commande, qui seront appelées respectivement première cavité 23 et seconde cavité 24. Différents trous radiaux 25,26 sont ménagés de part en part dans chacun des premiers et seconds pistons respectivement 13,14 et la tige de commande 9 pour assurer la communication entre le trou 9a de cette tige 9 et les première et seconde cavités respectivement 23,24. Un ressort 28 est prévu entre le fond 2a du corps de vanne 2 et le premier piston mobile 13. Ce ressort sollicite l'ensemble tige de commande et piston vers le bas et applique donc l'obturateur 8 contre son siège de façon à assurer la fermeture de la vanne en positon repos de celle-ci. La pièce 20 est fixée à l'intérieur du corps de vanne 2 et est munie d'une collerette annulaire 20a s'étendant radialement vers l'intérieur et sur laquelle est fixée par soudage une extrémité d'un soufflet 30 métallique. Ce soufflet 30 est, par ailleurs, fixé, également par soudage, à son autre extrémité sur la pièce 11 assurant la liaison entre l'obturateur 8 et la tige de commande 9. Ce soufflet 30 permet d'assurer une étanchéité parfaite entre la cavité 3b de l'embase et la partie du corps de vanne 2 dans laquelle se déplace l'ensemble tige de commande/piston. Cette disposition est particulièrement importante dans le cas o les gaz véhiculés par les conduits 4 et 5 sont des gaz dangereux, puisqu'elle permet une séparation totale de la zone de commande et de travail de la vanne. Le fonctionnement de cette vanne est le suivant Au repos, la vanne est fermée, c'est-à-dire que son obturateur 8 repose contre son siège 3a comme indiqué précédemment. Pour provoquer l'ouverture de cette vanne, le gaz de commande, en l'occurrence du gaz comprimé, sous une pression de 3,5 à 10 kg/cm2, arrive par l'embout 7 à l'intérieur du trou de la tige de commande 9 puis pénètre par les trous radiaux 25 et 26 dans les cavités de commande, respectivement 23 et 24. I1l se crée ainsi à l'intérieur de ces cavités une pression agissant sur les faces en regard des pistons fixes et mobiles respectivement 15,13 16,14. Comme les pistons 15 et 16 sont en butée respectivement contre l'anneau d'arrêt 17 et contre la pièce 20; cette pression a pour effet de provoquer le déplacement vers le haut des pistons mobiles 13,14 et, par consequent, le soulèvement de l'obturateur 8 par l'intermédiaire de la tige de commande, le ressort 28 se trouvant alors comprimé. Ce mouvement de la tige de commande sera arrêté par la venue en butée du piston mobile 14 contre l'anneau d'arrêt 17. Ainsi qu'on le concevra aisément, la disposition selon l'invention permet pratiquement de multiplier par deux la force d'ouverture de la vanne fournie par le gaz comprimé du fait qu'elle multiplie par deux la surface de travail du piston. Cette disposition permet donc de réduire, pour des performances identiques, l'encombrement radial d'une telle vanne en réduisant le diamètre du piston nécessaire à son fonctionnement. On notera que les pistons mobiles et fixes respectivement 13,15 et 14,16 réalisent deux étages de compression disposés en série. Bien entendu, un nombre d'étages de compression plus important pourrait être également prévu, afin de réduire encore plus les dimensions radiales de la vanne pour des performances identiques ou améliorer encore ces performances. On notera que des orifices 31,32 sont prévus dans le corps de vanne 2 afin de mettre en communication avec l'extérieur les chambres 33,34 de la vanne, délimitées, d'une part, entre le premier piston 13 et le fond 2a du corps de vanne et, d'autre part, entre le premier piston fixe 15 et le second piston mobile 14. Cette disposition permet de conserver à l'intérieur de ces chambres 33,34 une pression égale à la pression atmosphérique et donc d'éviter la création dans celle-ci d'une contrepression qui pourrait gêner le fonctionnement de la vanne. Ces orifices 31,32 peuvent également être utilisés pour vérifier le fonctionnement de la vanne. En effet, ils peuvent être raccordés à un tube capillaire, rempli par exemple de mercure, ou à un autre système de mesure de pression, permettant de vérifier que la vanne a bien fonctionné puisque, lors du fonctionnement de celle-ci, de l'air s'échappera par les orifices 31,32, lors de la dilatation des chambres de commande 23,24. Ce fonctionnement de la vanne peut également être vérifié en aimantant l'un des pistons, par exemple le piston 13 et en disposant à l'intérieur du corps de vanne un détecteur magnétique, permettant de vérifier le déplacement de ce piston. Enfin, on notera que la tige de commande présente à son extrémité ouverte une empreinte de tête de vis six-pans creux 9c, destinée à permettre l'immobilisation en rotation de l'ensemble pistons-tige de commande par l'introduction dans celle-ci d'une clé, de façon à permettre le démontage de l'obturateur 8,10 et son remplacement par un autre. La figure 2 montre une vanne selon l'invention de type normalement ouverte, dans laquelle les éléments identiques ou similaires à ceux de la figure I seront désignés par les mêmes références augmentées de 100. Dans ce cas, la vanne est également constituée d'un corps de vanne creux 102 de forme cylindrique muni à une de ses extrémités d'un embout de raccordement 107 et vissé à son autre extrémité sur une embase 103 contenant le siège 103a de l'obturateur 108. Dans ce cas, comme dans le cas précédent, l'obturateur 108 est fixé à une tige de commande creuse 109 par l'intermédiaire d'un support d'obturateur et d'une pièce de liaison 111 identiques au support 10 et à la pièce 11 de la vanne précédemment décrite. Cette vanne comporte également un premier piston mobile 113 et un second piston mobile 114 également exactement semblables aux pistons mobiles 13 et 14 de la vanne précédente. Par contre, elle ne présente qu'un seul piston fixe 115, le second piston fixe étant remplacé dans ce cas par la paroi de fond 102b du corps de vanne, et la cavité de commande 124 est donc formée entre le second piston mobile 114 de cette paroi 102 du corps de vanne. De même que précédemment les orifices radiaux 125,126 mettent en communication l'intérieur de la tige creuse 109 avec les cavités de commande respectivement 123,124, et différents joints d'étanchéité 121, 122, assurent l'étanchéité de l'ensemble. Dans ce cas, comme il s'agit d'une vanne normalement ouverte, le ressort de rappel 128 est disposé entre la pièce 120 de support de soufflet et le premier piston 123, et tend donc à soulever l'obturateur 108 de son siège en position de repos. Le principe de fonctionnement de cette vanne est exactement le même que celui de la vanne expliqué précédemment. Le gaz de commande arrive dans les cavités 124,123 par la tige creuse 109 et les trous radiaux 125,126 et provoque par son action sur les pistons mobiles 123,124 le déplacement de l'obturateur 108 vers le bas, réalisant ainsi la fermeture de la vanne. On notera que les éléments constituant cette seconde vanne sont exactement les mêmes que ceux constituant la première vanne mis à part le support de vanne 102 qui a une forme légèrement différente et dont une paroi fait office de second piston fixe. Cette disposition est particulièrement intéressante car elle permet de réduire les coûts de fabrication pour de telles vannes du fait de l'interchangeabilité des pièces utilisées. Les figures 3,4 et 5 montrent un bloc de distribution 40 permettant de grouper plusieurs vannes selon l'invention. Ainsi que le montre notamment la figure 5 qui est une vue en coupe d'un te bloc, les cavités et sièges 3a de l'embase de chaque vanne sont réalisés directement dans le bloc de distribution, et chacun des conduits d'arrivée 34 et de sortie 35 des gaz d'utilisation est formé par un seul perçage oblique réalisé depuis une face de ce bloc de distribution, et débouchant directement au niveau du siège 3a de l'obturateur. Ainsi dans le cas représenté, chaque conduit d'arrivée de gaz 34 est percé depuis la face inférieure 41 du bloc de distribution par un perçage faisant un angle d'une vingtaine de degrés par rapport à cette face 41. De même, chaque conduit de sortie 35 est constitué par un perçage ménagé à partir d'une face latérale 42 du bloc de distribution 40 et faisant un angle d'environ une dizaine de degrés par rapport à la normale à cette face. Dans le cas présent, deux (ou plusieurs) vannes I disposent d'une arrivée 34 commune dans le bloc de distribution 40 mais ont chacune une sortie indépendante. Il va de soi que l'inverse pourrait être réalisé les vannes disposant de conduits d'arrivée indépendants et de conduits de sortie communs. On notera également que le bloc de distribution 40 présente à sa face supérieure des saillies cylindriques 45 dans lesquelles débouchent les cavités 3b des sièges d'obturateurs et qui sont munies d'un filetage 45a pour le vissage sur chacune de celle-ci d'une vanne associée. Ainsi que le montre notamment la figure 3, les conduits d'arrivée et de sortie 34,35 sont destinés à être raccordés à des embouts de raccordement respectivement 54,55 destinés à amener les gaz ou à les évacuer dans les appareils utilisateurs. Ces embouts 54,55 sont de façon connue en soi soudés à l'extrémité des conduits 34,35, afin d'assurer une liaison avec une bonne étanchéité. Le bloc distributeur est également utilisé pour assurer une liaison parfaitement étanche entre deux caissons 50,51 contenant l'un, 50, les appareils utilisateurs de gaz et l'autre, 51, les récipients de stockage de ces gaz. Dans ce cas, le bloc de distribution 40 est muni sur sa face inférieure 41 d'une gorge circulaire 46 apte à recevoir un joint d'étanchéité 56. De cette façon, le bloc peut être fixé, au moyen de vis 47 sur la paroi 48 séparant les deux caissons 50,51, l'étanchéité entre ces deux caissons étant assurée par le joint 56 serré entre la face inférieure du bloc distributeur 40 et la paroi 48 de séparation. Cette disposition est particulièrement intéressante dans le cas o les gaz devant être distribués sont nocifs, puisqu'elle permet une isolation parfaite de ceux-ci par rapport aux appareils utilisateurs. On notera également que le fait de réaliser les conduits d'arrivée 34 et de sortie 35 du bloc de distribution par des perçages obliques arrivant directement dans le siège des vannes permet de réduire au maximum les trajets des gaz à l'intérieur du bloc de distribution et donc de minimiser au maximum les volumes résiduels. Elle permet également d'éviter la formation de cavités mortes non utilisées et donc d'éviter le dépôt de particules. On notera que ces deux dispositions (trajet plus court et absence de cavité morte) permettent en outre un rinçage plus rapide et efficace de ces blocs de distribution, et donc d'éviter un mélange des gaz lorsque des gaz différents sont utilisés successivement. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette vanne, qui ont été décrites, ci-dessus, à titre d'exemples non limitatifs, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. - REVENDICATIONS - 1- Vanne à commande pneumatique, du type constituée d'un ensemble mobile, comprenant un obturateur fixé à l'extrémité d'une tige de commande munie d'un piston délimitant avec une paroi en bout du corps de vanne une chambre de travail de volume variable, des moyens de rappel élastique étant prévus pour ramener l'ensemble à sa position de repos, caractérisée en ce que l'ensemble mobile comprend au moins un second piston mobile (14,114) solidaire de la tige de commande (9,109) de l'obtu- rateur et en ce qu'il est prévu à l'intérieur du corps de vanne au moins un piston fixe (15,16;l15), à travers lequel la tige de l'obturateur (9, 109) est apte à se déplacer et qui est apte à coopérer avec le second piston mobile (13,14;113) pour délimiter avec celui-ci une seconde chambre de travail. 2- Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un piston fixe (15) est également associé au premier piston mobile (13), afin de délimiter avec celui-ci la première chambre de travail. 3- Vanne selon l'une des revendications I ou 2, caractérisée en ce que chaque piston fixe (15,16;115) est guidé axialement sur un prolongement axial respectivement (13a,14a;113a) du piston mobile associé. 4- Vanne selon l'une quelconque des revendications I à 3, carac- térisée en ce que chacune des chambres de travail (23,24;123,124) est alimentée en gaz comprimé par un trou central (9a,109a) de la tige de commande et des trous radiaux (25,26;125,126) traversant chaque piston mobile (13,14;113,114) et la tige de commande (9,109). - Vanne selon l'une quelconque des revendications I à 4, carac- térisée en ce que des orifices (31,32;131,132) sont ménagés dans la paroi du corps de vanne au niveau des chambres respectivement (33,34; 133,134). 6- Vanne selon l'une quelconque des revendications I à 5, carac- térisée en ce que chaque piston fixe (15,16;115) est muni d'un joint d'étanchéité intérieur respectivement (22,122) apte à assurer l'étanchéité de ce piston par rapport à la tige de commande (9,109). 7- Vanne selon l'une quelconque des revendications I à 6, carac- térisée en ce qu'un soufflet étanche (30,130) est fixé, de façon étanche, entre, d'une part l'obturateur (8,108) et, d'autre part, le corps de vanne (2,102). 8- Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'au moins un orifice (31,32;131,132) est relié à un dispositif de mesure de pression de façon à détecter le fonctionnement de la vanne. 9- Bloc de distribution pour vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le siège (3a) de l'obturateur de chaque vanne est réalisé directement dans ce bloc de distribution (40) et en ce que les conduits d'arrivée (34) et de sortie (35) du gaz d'utilisation sont constitués par des perçages obliques réalisés depuis une face latérale (42) ou la face inférieure (41) du bloc de distribution et débouchant directement dans chacun des sièges d'obturateur. - Bloc de distribution selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque conduit d'arrivée de gaz (34) forme un angle d'environ 20 avec la face inférieure (41) du bloc. 11- Bloc de distribution selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que chaque conduit de sortie de gaz (35) forme un angle d'environ 10 par rapport à la normale d'une face latérale (42). 12- Bloc de distribution selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il est muni sur sa face inférieure (41) d'une gorge circulaire (46) destinée à recevoir uni joint d'étanchéité (51) apte à assurer l'étanchéité entre cette face (41) du bloc et la paroi de séparation (48) de deux caissons (50,51).