Brevet FR2666916A1 — publié le 19920320

Vanne régulatrice de débit L'invention a pour objet une vanne, qui, montée sur une conduite véhiculant un fluide, maintient automatiquement un débit constant, indépendamment des pressions qui s'établissent à l'amont et à Paval, et ce sans nécessiter d'énergie extérieure autre que l'énergie mécanique du fluide. L'invention a des applications en particulier dans les réseaux d'irrigation o l'alimentation des parcelles à irriguer s'effectue par des conduites en charge Dans ce cas en effet, la pression d'eau au niveau de la parcelle varie dans le temps suivant la consommation d'eau des autres irrigants, car les pertes de charge dans les conduites varient très sensiblement suivant les débits qui y transitent Or il est important pour une bonne utilisation de l'eau d'irrigation que le débit délivré à la parcelle ne varie pas de manière incontrôlée. Des vannes connues de ce genre comportent un obturateur dont un mouvement ascendant tend à fermer un passage de régulation commandant le débit à réguler, ce mouvement étant entraîné par un piston sous l'effet d'une chute de pression motrice qui croît avec ce débit. Ces vannes connues présentent au moins l'un des inconvénients suivants: Les mouvements de l'obturateur sont parfois bloqués par des éléments solides contenus dans l'eau qui a traversé la vanne, ce qui empêche le fonctionnement de cette dernière. La régulation du débit est insuffisamment précise. Le coût de construction ou de maintenance de la vanne est trop élevé. La présente invention a pour objet une vanne comportant un obturateur entraîné par un piston comme indiqué ci-dessus Dans le but de remédier aux inconvénients des vannes connues, cet obturateur est constitué par un tube dont un bord limite ce passage de régulation, la chute de pression motrice apparaissant au passage de ce débit autour de ce piston. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs Lorsqu'un même élément est 2- représenté sur plusieurs figures, il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue d'une première vanne selon la présente invention en coupe par un plan vertical axial I-I de la figure 2. La figure 2 représente une vue de cette même première vanne en coupe par un plan horizontal II-II de la figure 1. La figure 3 représente une vue d'une deuxième vanne selon la présente invention en coupe par un plan vertical axial. On va tout d'abord donner une description générale d'une vanne selon la présente invention dans le cas o le fluide dont le débit est à réguler est un liquide, étant entendu que ce fluide pourrait aussi être un gaz Les première et deuxième vannes précédemment mentionnées et représentées seront décrites ensuite de manière plus particulière Selon cette description générale la vanne comporte certains éléments qui vont être indiqués à l'aide des figures 1 et 2 et qui sont connus quant à leurs fonctions mentionnées: Un corps de vanne 2 constituant une enceinte. Un orifice d'entrée 5 pour faire entrer dans ce corps un liquide dont le débit est à réguler et qui a à cet endroit une pression d'entrée. Un orifice de sortie 8 pour faire sortir ce liquide de ce corps La pression de ce liquide dans cet orifice constitue une pression de sortie et présente, par rapport à ladite pression d'entrée, une chute de pression de traversée de vanne. Un obturateur de régulation 12 mobile verticalement dans le corps de vanne 2 entre une position basse 15 A et une position haute 15 B. Un passage régulateur 13 qui est emprunté par le liquide et qui est obturé par l'obturateur 12 dans une proportion variable d'autant plus grande que cet obturateur est plus proche de sa position haute Le liquide subit donc à la traversée de ce passage une chute de pression régulatrice variable qui constitue une première fraction de ladite chute de pression de traversée de vanne. Un piston 15 lié à l'obturateur 12 de manière à constituer avec celui-ci un équipage mobile 12, 15 Ce piston présente des surfaces inférieure 15 C et supérieure 15 D respectivement soumises aux pressions -3- qui régnent dans le liquide dans des zones situées au-dessous et au-dessus de ce piston. Et un passage moteur 16 emprunté par le liquide Ce passage sépare une zone d'amont et une zone d'aval de passage moteur qui communiquent respectivement avec les zones au-dessous et au-dessus du piston 15 Le liquide subit à la traversée de ce passage une chute de pression motrice qui est une deuxième fraction de ladite chute de pression de traversée de vanne et qui applique au piston 15 une force ascensionnelle d'autant plus grande que le débit du liquide est plus grand. Conformément à la présente invention, le corps de vanne 2 comporte une cloison intermédiaire transversale le séparant en une chambre inférieure 4 et une chambre supérieure 7 et présentant un orifice de communication 10 L'obturateur mobile présente la forme d'un tube obturateur vertical 12 coulissant dans l'orifice de communication 10 Ce tube présente un bord inférieur 12 A situé dans la chambre inférieure 4 et un bord supérieur situé dans ladite chambre supérieure 7 Le passage régulateur 13 est formé entre le bord supérieur 12 B et un siège de régulation 9 porté par le corps de vanne 2 Le passage moteur 16 est un passage annulaire formé entre d'une part une lèvre interne 15 E constituée par une partie périphérique du piston 15 et d'autre part une lèvre externe constituée par une surface interne 6 du corps de vanne 2 en regard de cette lèvre interne L'une de ces lèvres interne et externe constitue une chemise cylindrique 6 à génératrices verticales. On adopte de plus, de préférence, les dispositions suivantes qui apparaissent aussi sur les figures: L'équipage mobile 12, 15 est guidé dans le corps de vanne 2 par des doigts 18 qui traversent au moins une partie d'intervalles formés entre cet équipage et ce corps et qui sont répartis angulairement autour de cet équipage.30 Le piston 15 est situé dans la chambre inférieure 4 au-dessus de l'orifice d'entrée 5, la chambre supérieure 7 comportant le siège de régulation 9 et l'orifice de sortie 8. On va maintenant décrire, plus particulièrement la première vanne représentée aux figures 1 et 2. Cette vanne ne fonctionne correctement que si elle est montée -4- suivant un axe de référence vertical 1. Le corps de vanne 2 est séparé en deux chambres par une cloison intermédiaire 3 La chambre inférieure 4 comporte l'orifice d'entrée 5 qui est placé préférentiellement à sa base Elle comporte également la chemise 6 présentant une symétrie par rapport à l'axe 1 Cette chemise est de préférence cylindrique Elle peut être constituée par la paroi de la chambre ou par une pièce rapportée. La chambre supérieure 7 comporte l'orifice de sortie 8 qui est placé de préférence sur le c 8 té Cette chambre supporte sur sa paroi supérieure le siège de régulation fixe 9 qui est de préférence centré sur l'axe 1 Ce siège peut être constitué par la paroi de la chambre ou par une pièce rapportée. La cloison intermédiaire 3 est percée au niveau de l'intersection avec l'axe vertical de référence 1 de l'orifice de communication 10 qui est de préférence cylindrique Un équipage mobile est contenu dans le corps de vanne Il se compose notamment du tube obturateur 12 disposé suivant l'axe 1 Ce dernier peut présenter par exemple un diamètre constant sur toute sa longueur Il s'étend de la chambre inférieure 4 à la chambre supérieure 7 en passant par l'orifice 10 La translation de ce tube suivant l'axe 1 fait varier la section du passage de régulation 13 qui est formé entre le bord supérieur 12 B de ce tube et le siège 9. Le tube 12 est rendu solidaire, par des pièces de liaison 14, du piston situé dans la chambre inférieure 4 Au niveau de la chemise 6 ce piston forme le passage moteur 16 qui présente une section réduite pour le liquide De préférence, il comporte, au niveau de la chemise 6, une plaque circulaire horizontale 17 d'axe confondu avec l'axe 1. Des doigts de guidage 18 représentés à titre d'exemple non limitatif par des segments de tige solidaires de la plaque 17 maintiennent l'équipage mobile centré sur l'axe 1, de telle manière que son seul déplacement possible soit une translation suivant cet axe. A titre d'exemple non limitatif, une butée basse 19 de l'équipage mobile est représentée sous la forme de segments de tige solidaires du corps de vanne 2. Suivant un mode de réalisation préférentiel, le corps de vanne est réalisé en deux parties 2 a et 2 b permettant le montage de l'équipage -5- mobile. Le fonctionnement de cette vanne est le suivant Le fluide qui pénètre dans la vanne par l'orifice d'entrée 5, est contraint de traverser le passage moteur 16, ce qui provoque au niveau du piston 15 une première chute de pression qui crée une force hydrodynamique motrice dirigée vers le haut Cette force augmente de manière régulière lorsque le débit de fluide augmente Le fluide s'écoule ensuite vers la chambre supérieure principalement à l'intérieur du tube 12, une faible partie du fluide s'écoulant par le jeu 20 ménagé entre le tube et la cloison 3, sans exercer sur le tube d'effort sensible suivant la direction verticale. A la sortie du tube 12, une deuxième chute de pression se produit à la traversée du passage 13 Elle augmente lorsque le tube 12 se rapproche du siège 9. L'équipage mobile est par ailleurs soumis suivant l'axe 1 à la force de gravité, dirigée vers le baset à la poussée d'Archimède, dirigée vers le haut Il trouve son équilibre lorsque la force hydrodynamique est égale à la force de gravité diminuée de la poussée d'Archimède, c'est-à-dire pour une force hydrodynamique donnée correspondant à un débit d'équilibre. Si le débit actuel devient supérieur à ce débit d'équilibre, la force hydrodynamique augmente, l'équipage mobile se soulève, la section de passage 13 se réduit, la chute de pression de traversée de la vanne augmente et provoque une diminution de débit jusqu'à la valeur d'équilibre Inversement, si le débit actuel devient inférieur à ce débit d'équilibre, la force hydrodynamique diminue, et provoque une augmentation de débit jusqu'à la valeur d'équilibre. Ainsi, la vanne régule-t-elle automatiquement le débit à une valeur constante indépendamment des pressions d'entrée et de sortie, tant que la différence entre ces deux pressions reste comprise dans un intervalle prédéterminé correspondant à une course complète de l'équipage mobile 12, 15 entre ses deux positions basse et haute Ces dernières sont représentées sur les figures par les positions correspondantes 15 A et B de la partie périphérique du piston 15. La deuxième vanne donnée en exemple est généralement analogue à la -6- La deuxième vanne donnée en exemple est généralement analogue à la première, sauf sur certains points qui vont être indiqués ci-après Chacun des éléments de cette deuxième vanne qui est analogue à un élément de la première porte le même numéro de référence augmenté de 100. La différence entre ces deux vannes est la suivante Alors que dans la première vanne la chemise cylindrique 6 du passage moteur est constituée par la paroi du corps 2, dans la deuxième vanne, cette chemise est formée par une paroi latérale 121 du piston 115 Quant à la lèvre externe de ce passage, elle est formée, dans cette deuxième vanne, par une plaque 122 percée d'un orifice 123 selon l'axe 101 de la vanne Cette plaque est fixée à la paroi de la chambre inférieure 104 de manière à limiter un passage moteur 126 Les doigts de guidage 118 sont portés par cette lèvre externe. -7- REVENDICATIONS 1/ Vanne régulatrice de débit comportant un obturateur ( 12) dont un mouvement ascendant tend à fermer un passage de régulation ( 13) commandant le débit à réguler, ce mouvement étant entraîné par un piston ( 15) sous l'effet d'une chute de pression motrice qui croît avec ce débit, cette vanne étant caractérisée par le fait que cet obturateur est constitué par un tube ( 12) dont un bord ( 12 B) limite ce passage de régulation ( 13), la chute de pression motrice apparaissant au passage de ce débit autour de ce piston ( 15). 2/ Vanne régulatrice de débit selon la revendication 1 comportant un corps de vanne ( 2) constituant une enceinte, un orifice d'entrée ( 5) pour faire entrer un liquide dans ledit corps de vanne avec une pression d'entrée, un orifice de sortie ( 8) pour faire sortir ledit liquide dudit corps de vanne avec une pression de sortie qui présente, par rapport à ladite pression d'entrée une chute de pression de traversée de vanne, un obturateur de régulation ( 12) faisant partie d'un équipage ( 12, 15) mobile verticalement dans ledit corps de vanne entre une position basse ( 15 A) et une position haute ( 15 B), un passage régulateur ( 13) qui est emprunté par ledit liquide et qui est obturé par ledit obturateur de régulation dans une proportion variable d'autant plus grande que cet obturateur est plus proche de sa dite position haute, de sorte que ledit liquide subit à la traversée de ce passage régulateur une chute de pression régulatrice variable qui constitue une première fraction de ladite chute de pression de traversée de vanne, un piston ( 15) faisant partie dudit équipage mobile ( 12, 15) et présentant des surfaces inférieure ( 15 C) et supérieure ( 15 D) respectivement soumises à des pressions dudit liquide dans des zones au-dessous et au-dessus dudit piston, et un passage moteur ( 16) emprunté par le liquide entre une zone d'amont de passage moteur et une zone d'aval de passage moteur qui communiquent respectivement avec lesdites zones au-dessous et au-dessus dudit piston, grâce à quoi ledit liquide subit à la traversée de ce passage une chute de pression motrice qui est une deuxième fraction de -8ladite chute de pression de traversée de vanne et qui applique audit piston une force ascensionnelle d'autant plus grande que le débit dudit liquide est plus grand, ladite vanne étant caractérisée par le fait que ledit corps de vanne ( 2) comporte une cloison intermédiaire ( 3) transversale le séparant en une chambre inférieure ( 4) et une chambre supérieure ( 7) et présentant un orifice de communication ( 10), ledit obturateur mobile présentant la forme d'un tube obturateur vertical ( 12) coulissant dans ledit orifice de communication ( 10) et présentant un bord inférieur ( 12 A) qui est situé dans ladite chambre inférieure ( 4) et un bord supérieur ( 12 B) qui est situé dans ladite chambre supérieure ( 7), ledit passage régulateur ( 13) étant formé entre ledit bord supérieur ( 12 B) et un siège de régulation ( 9) porté par ledit corps de vanne ( 2), ledit passage moteur ( 16) étant un passage annulaire formé entre d'une part une lèvre interne ( 15 E) constituée par une partie périphérique dudit piston ( 15) et d'autre part une lèvre externe constituée par une surface interne ( 6) dudit corps de vanne ( 2) en regard de ladite lèvre interne, l'une desdites lèvres interne et externe constituant une20 chemise cylindrique ( 6) à génératrices verticales. 3/ Vanne régulatrice de débit selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit équipage mobile ( 12, 15) est guidé dans ledit corps de vanne ( 2) par des doigts ( 18) qui traversent au moins une partie d'intervalles formés entre cet équipage et ce corps et qui sont répartis25 angulairement autour de cet équipage. 4/ Vanne régulatrice de débit selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ledit piston ( 15) est situé dans ladite chambre inférieure ( 4) au-dessus dudit orifice d'entrée ( 5), ladite chambre supérieure ( 7) comportant ledit siège de régulation ( 9) et ledit orifice de sortie ( 8).