Brevet FR2664670A1 — publié le 19920117

Vanne de régulation de débits de fluides. La présente invention concerne une vanne de régulation de débits de fluides. Elle concerne plus particulièrement une vanne de petites dimensions, destinée à la régulation de très faibles débits, inférieurs à i0 cm3/h, sous des pressions de service très élevées, de l'ordre de i 000 bars. De telles conditions sont rencontrées habituellement dans des circuits secondaires de fluides, où l'on prélève dans un circuit primaire un très faible débit de fluide, avec une très faible différence de pression. Les fluides visés sont aussi bien des liquides (huiles minérales, eau ou autres) que des gaz (azote, air etc...), et les vannes utilisées ont pour but de régler et de maintenir avec une grande précision les débits de fluide désirés. On emploie habituellement des vannes à pointeau, mais leur précision est médiocre, voir franchement mauvaise. Plus précisément, il est possible de régler ces vannes à pointeau avec précision à un instant déterminé, mais elles ne sont pas fiables dans le temps et l'on constate fréquemment un arrêt complet de débit, lorsqu'on les utilise avec une forte différence de pression et sous de très faibles débits. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant une vanne de régulation de débits de fluides qui soit fiable dans le temps, dans les conditions extrêmes de pression et de débit rencontrées dans les circuits secondaires, que l'on a évoquées cidessus. L'invention a également pour but de proposer une vanne de ce type qui soit aisément ajustable. Un autre but de l'invention est de proposer une vanne de ce type qui soit de dimensions réduites, de l'ordre de quelques centimètres. L'invention a aussi pour but de proposer une telle vanne de régulation qui puisse être asservie aisément à une channe de régulation de pression, de débit ou de gradient de pression. Enfin, l'invention vise à proposer une vanne de ce type qui se prête à une pressurisation d'un circuit primaire en y créant une perte de charge. A cet effet, l'invention a pour objet une vanne de régulation d'un débit de fluide de très faible amplitude, sous une pression élevée, caractérisée en ce qu'elle comprend, à l'intérieur d'un corps de vanne : une tige rectiligne cylindrique montée coulissante dans un évidement de profil correspondant du corps de vanne et présentant une gorge à sa périphérie, sur une partie de sa longueur ; un conduit d'amenée du fluide sous pression qui débouche dans ledit évidement et dont l'orifice de refoulement est obturé par la surface externe de ladite tige, en position de fermeture de la vanne ; un conduit d'évacuation de fluide sous pression qui débouche dans ledit évidement et dont l'orifice d'admission est obturé par la surface externe de ladite tige, en position de fermeture de la vanne, les orifices respectifs desdits conduits étant disposés en regard d'un même secteur cylindrique de la surface externe de la tige ; et un moyen moteur apte à déplacer longitudinalement ladite tige pour amener lesdits orifices en regard d'au moins une partie de ladite gorge, en position d'ouverture de la vanne, pour mettre ainsi en communication contrôlée le conduit d'amenée et le conduit d'évacuation. On conçoit qu'en mettant lesdits orifices en communication avec une partie plus ou moins longue de la gorge, il sera possible de régler avec précision le débit d'écoulement du fluide entre les conduits d'amenée et d'évacuation de ce fluide. Avantageusement, le conduit d'amenée et le conduit d'évacuation du fluide seront disposés transversalement à l'axe de la tige, avec leurs propres axes situés dans un même plan perpendiculaire à celui de la tige. Les orifices des extrémités de ces conduits obturés par la surface externe de la tige seront constitués de préférence par une fente de petites dimensions, par exemple de 2 mm de long et de 0,14 mm de large, assurant une perte de charge contrôlée et permettant de régler avec précision des débits très faibles. De préférence, les conduits d'amenée et d'évacuation du fluide seront sensiblement identiques, de manière à être interchangeables, afin de faciliter le montage et l'entretien de la vanne. On pourra utiliser comme moyen moteur des moteurs de différents types, par exemple des moteurs électriques à courant continu ou des moteurs pneumatiques. Les moteurs pas à pas équipés d'un réducteur sont préférés, en raison de leur grande précision. La tige mobile de la vanne aura un profil cylindrique à section transversale, de préférence circulaire, mais suivant les effets recherchés, sa section transversale pourrait être différente. Un dimensionnement approprié des différentes parties de la vanne permet d'utiliser la vanne conforme à l'invention pour des gammes variées de pressions et de débits. Les dessins annexés, qui n' ont pas de caractère limitatif, illustrent une forme de mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins La figure i est une coupe longitudinale partielle d'une vanne de régulation conforme à l'invention et du réducteur associé, suivant la ligne I-I de la figure 2 La figure 2 est une coupe longitudinale partielle suivant la ligne II-II de la figure l ; et La figure 3 est un graphique montrant la variation du coefficient de débit de la vanne en fonction du degré d'ouverture de celle-ci. La vanne de cette forme de réalisation comprend un corps de vanne massif i, dans un évidement cylindrique duquel est monté coulissante une tige rectiligne 2, de profil correspondant, qui présente à sa périphérie, sur une partie de sa longueur, une gorge 3. Cette tige 2 peut être animée d'un mouvement longitudinal dans un sens ou dans l'autre sous la sollicitation d'un moteur pas à pas 4, et d'un réducteur 5, dont les pistons, respectivement 4a et 5a sont accouplés. Des détecteurs inductifs de fin de course, 6 et 7, contrôlent le mouvement des pistons. Dans des évidements du corps de vanne l, disposés dans un même plan transversal par rapport à l'axe de la tige 3, sont logés deux conduits, l'un, 8, d'amenée du fluide sous pression, l'autre 9, d'évacuation de ce fluide. Dans le cas présent, ces conduits sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre et sont identiques, mais ils pourraient naturellement être différents et être décalés l'un par rapport à l'autre. L'orifice d'évacuation du conduit 8 et d'alimentation du conduit 9 sont des fentes telles que 10 (voir figure 2) de petites dimensions, qui, en position fermée de la vanne, sont obturées par la surface externe de la tige 2, avec interposition de moyens d'étanchéité 11. Lorsque la tige 2 est sollicitée par le moteur pas à pas 4, il est possible de mettre en communication les conduits 8 et 9 par l'intermédiaire de la gorge 3 et de régler avec une grande précision le débit du fluide admis dans le conduit 9, en ajustant de façon correspondante la position de la gorge 3. Le réglage de cette position est réalisé avec une grande précision et une grande rapidité par le moteur pas à pas 4. On pourrait utiliser avec le même avantage un moteur à courant continu ou autre. L'invention apporte donc un moyen simple et facile à mettre en oeuvre pour contrôler rapidement et avec précision un très faible débit d'une valeur prédéterminée, d'un fluide sous pression très élevée. On notera que, du fait de sa simplicité, la vanne proprement dite peut être de dimensions très réduites, la plus grande dimension du corps de vanne pouvant être de l'ordre de 3 cm ou moins. La figure 3 montre que le coefficient de débit de la vanne représentée sur les figures 1. et 2 varie de façon pratiquement proportionnelle au degré d'ouverture de la vanne, exprimé en % de la longueur de la gorge 3 disposée en regard des fentes 10. Le coefficient de débit k v est défini par la relation où Q désigne le débit exprimé en l/h, lX P représente la différence entre les pressions en amont et en aval de la gorge 3 et d représente la masse spécifique du fluide. Le fait que k v varie linéairement en fonction du degré d'ouverture de la vanne permet de régler avec une très grande précision le débit de la vanne conforme à I'invention. Comme il a été indiqué ci-dessus, une telle vanne permet de réguler avec une très grande précision de très faibles débits de fluides tels que ceux rencontrés dans des circuits secondaires de fluides. Cette vanne peut également être utilisée dans des circuits primaires, non plus pour réguler les débits, mais pour assurer la pressurisation du circuit en créant une perte de charge. Les débits correspondants sont relativement très élevés, pour atteindre un régime d'écoulement turbulent, ce qui permet de prélever un très faible débit de fluide vers un circuit secondaire sans modifier la pression du circuit primaire. Dans une telle utilisation sur un circuit primaire, le débit du fluide peut ainsi être supérieur à 15 I/h avec seulement 10% d'ouverture de la vanne. REVENDICATIONS 1. Vanne de régulation d'un débit de fluide de très faible amplitude, sous une pression élevée, caractérisée en ce quelle comprend, à l'intérieur d'un corps de vanne (l) : une tige rectiligne cylindrique (2) montée coulissante dans un évidement de profil correspondant du corps de vanne (l) et présentant une gorge (3) à sa périphérie, sur une partie de sa longueur ; un conduit d'amenée (8) du fluide sous pression qui débouche dans ledit évidement et dont l'orifice (10) de refoulement est obturé par la surface externe de ladite tige (2), en position de fermeture de la vanne ; un conduit d'évacuation (9) de fluide sous pression qui débouche dans ledit évidement et dont l'orifice (io) d'admission est obturé par la surface externe de ladite tige (2), en position de fermeture de la vanne, les orifices respectifs desdits conduits (8, 9) étant disposés en regard d'un même secteur cylindrique de la surface externe de la tige ; et un moyen moteur (4) apte à déplacer longitudinalement ladite tige (2) pour amener lesdits orifices (10) en regard d'au moins une partie de ladite gorge (3), en position d'ouverture de la vanne, et mettre ainsi en communication contrôlée le conduit d'amenée (8) et le conduit d'évacuation (9). 2. Vanne selon la revendication l, caractérisée en ce que le conduit d'amenée (8) du fluide sous pression et le conduit d'évacuation (9) sont disposés dans un même plan perpendiculaire à l'axe de la tige (2). 3. Vanne selon l'une des revendications l et 2, caractérisée en ce que le conduit d'amenée (8) du fluide sous pression et le conduit d'évacuation (9) sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre. 4. Vanne selon l'une des revendications l à 3, caractérisée en ce que les orifices (lO) des conduits (8, 9) obturés par la surface externe de la tige 2 sont constitués par des fentes de petites dimensions. 5. Vanne selon l'une des revendications l à 4, caractérisée en ce que le conduit d'amenée (8) du fluide sous pression et le conduit d'évacuation (9) sont sensiblement identiques 6. Vanne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le moyen moteur d'entraînement de la tige (2) est un moteur équipé d'un réducteur. 7. Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyen moteur d'entratnement de la tige (2) est un moteur pas à pas, un moteur électrique à courant continu ou un moteur hydraulique.