Brevet FR2677426A1 — publié le 19921211

VALVE A MEMBRANE La présente invention se rapporte à une valve à membrane comprenant une partie inférieure de corps munie d'un canal de passage de fluide, une partie supérieure de corps, chacune de ces parties étant réalisée en matière plastique, et une membrane qui est précontrainte entre ces parties de corps à l'aide de liaisons vissées. Dans les valves à membranes connues en matière plastique (voir par exemple CH-PS-532738) les parties de corps en ma- tière plastique sont assemblées à l'aide de vis métalliques en interposant entre elles une membrane en élastomère. Dans les systèmes de canalisation du type à haute pure- té, par exemple pour l'industrie chimique, avec une tempéra- ture de fluide de, par exemple, 200 C, il est assez courant de stériliser périodiquement le système de canalisation avec de la vapeur surchauffée à une température supérieure à 1200 C. Toutes les parties venant en contact avec le fluide sont en conséquence chauffées à cette température élevée Du fait que les coefficients de dilatation thermique du métal et des parties en matière plastique diffèrent d'un facteur supérieur à 10, la totalité de la dilatation thermique doit être absor- bée par la partie la plus souple -en l'occurence, la membrane en élastomère La membrane est pressée de façon supplémen- taire par suite de l'échauffement. Après la fin de la stérilisation, l'installation revient à la température normale La membrane conserve cependant sur le plan du matériau une déformation permanente, c'est-à-dire que la membrane pressée à ses points de fixation n'est plus capable, après le refroidissement, de se dilater pour revenir à son épaisseur d'origine. Ceci a pour conséquence qu'une membrane qui était aupa- ravant étanche à 10 bars peut ne plus être étanche vers l'ex- térieur pour des pressions de fluide très faibles, ce qui peut être corrigé par un serrage supplémentaire des vis de fixation Par suite de la déformation toujours plus impor- tante de la membrane, le joint en élastomère est dégradé et, par conséquent, sa durée de vie est réduite de façon corres- pondante. L'un des buts de la présente invention est de proposer une valve ou un clapet à membrane du genre décrit ci-dessus, dans lequel on assure l'étanchéité même pour des variations de température importantes du fluide, telles que par exemple celles subies pour des cycles de stérilisation par échauffe- ment et dont la membrane présente une longue durée de vie. A cet effet, selon l'invention, à chaque liaison vissée est associé un ressort de compression précontraint, de ma- nière à maintenir les parties de corps assemblées par pré- contrainte sous une force prédéterminée. Le ressort de compression est en général un ressort hélicoïdal de compression Le ressort hélicoïdal de compres- sion réalisé par exemple en un acier au chrome-silicium pré- sente une section de spire rectangulaire et une constante élastique telle qu'au cours de la dilatation des parties de corps, par suite de l'échauffement du fluide, jusqu'à une différence de température de 1000 C, la force élastique pré- réglée soit augmentée au maximum de 20 %. Chaque liaison vissée comporte un boulon fileté qui est vissé fermement à l'une de ses extrémités dans l'une des parties de corps et, à l'autre extrémité, est muni d'un écrou, le ressort de compression étant disposé entre l'autre partie de corps et l'écrou Lorsque la liaison vissée comporte une vis, le ressort de compression est interposé entre l'une des parties de corps et la tête de la vis. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'ef- fort de précontrainte du ressort de compression est réglable par vissage de la liaison vissée à l'aide d'une clé dynamo- métrique. Selon encore un autre mode de réalisation de l'inven- tion, la somme des forces de précontrainte préréglées de tous les ressorts de compression est supérieure à 1,5 fois la force exercée sur le corps par la pression du fluide et par un organe d'actionnement, à la température de service. Selon encore un autre mode de réalisation de l'inven- tion, la membrane est réalisée sous la forme d'une membrane à deux couches, la membrane au contact du fluide en écoulement étant réalisée en polytétrafluoroéthylène et la membrane qui est disposée derrière étant réalisée en élastomère. Grâce aux caractéristiques selon l'invention, les varia- tions de longueur au cours des variations de température des parties en matière plastique n'agiront plus sur la membrane en élastomère mais seront supportées par les ressorts de compression. En utilisant de préférence un ressort de compression hélicoïdal à section de spire rectangulaire, on peut obtenir pour des rapports d'encombrement prédéterminés en diamètre et pour une longueur de ressort acceptable, d'une part les for- ces de précontraintes nécessaires correspondant à la pression de fluide et, d'autre part, on peut éviter une trop forte augmentation des efforts en cas d'élévation de température, de telle façon qu'il ne se produise aucune dégradation perma- nente sur la membrane. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel la figure 1 unique représente une vue en coupe partielle d'une valve à membrane selon l'inven- tion. La valve à membrane comporte une partie inférieure de corps 1 munie d'un canal d'écoulement de fluide 4 et une partie supérieure de corps 2 Les deux parties de corps sont réalisées en une matière plastique, la partie inférieure de corps étant réalisée, en fonction du fluide qui doit la par- courir, par exemple en polypropylène, en fluorure de poly- vinyle, ou en une matière plastique analogue. La partie de corps supérieure 2 contient un organe d'ac- tionnement 14 réalisé sous la forme d'un entraînement de consigne pneumatique et elle est réalisée, de préférence, en polypropylène ou en une matière plastique analogue L'organe d'actionnement 14 peut également être entraîné à l'aide d'une broche de déplacement actionnée à la main ou d'un entraîne- ment de positionnement à moteur électrique. Entre les parties de corps 1, 2, est comprimée ou pres- sée une combinaison de membranes du type à haute pureté ou bien pour des fluides agressifs Cette combinaison de membra- nes se compose de la membrane 13 en polytétrafluoroéthylène qui vient au contact du fluide et de la membrane 3 qui est disposée derrière et qui est réalisée en un élastomère, cette combinaison de membranes étant pressée fermement par des liaisons vissées 5. De façon avantageuse, on peut également utiliser unique- ment une membrane en élastomère, lorsque l'on n'a pas besoin d'assurer la résistance de la membrane à l'égard du fluide. La liaison vissée 5 comporte de préférence quatre bou- lons filetés métalliques 6 qui sont vissés fermement dans une partie métallique de vissage 7 disposée dans la partie de corps supérieur 2 et qui s'étendent à travers un alésage 8 de la partie inférieure de corps 1. A l'autre extrémité du boulon fileté 6 est vissé un écrou 9, un ressort de compression hélicoïdal 10 étant inter- posé entre la partie inférieure de corps 1 et l'écrou 9 avec, dans chaque cas, une rondelle d'appui intercalaire 11. La liaison filetée 5 peut également être constituée d'une vis et à tête de vis, qui est vissée dans la partie supérieure de corps 2, le ressort de compression hélicoïdal étant disposé chaque fois entre la tête de vis et la par- tie inférieure de corps 1. On peut également visser le boulon fileté 6 ou la vis dans la partie inférieure de corps 1, le ressort de compres- sion 10 étant alors chaque fois disposé entre l'écrou 9 ou la tête de vis et la partie inférieure de corps 2 Le ressort de compression hélicoïdal 10 présente une section de spire rec- tangulaire 12 et est réalisé, par exemple, en acier à ressort chromesilicium. Les ressorts de compression 10 sont précontraints à une force prédéterminée au montage de la valve à membrane par rotation de l'écrou 9 ou de la vis à l'aide d'une clé dynamo- métrique, la force des quatre ressorts étant supérieure à 1,5 fois la force qui apparaît sous l'effet de la pression de service du fluide -qui est par exemple de 10 bars et qui correspond de façon supplémentaire à la force exercée par la valve d'actionnement sur la partie inférieure du corps 1. Le ressort de compression hélicoïdal 10 présente pour cela une constante élastique C = AF/AL (N/mm) telle que la force de réaction élastique préréglée augmente au maximum de 20 % lors de l'échauffement du fluide jusqu'à une différence de température de 100 'C (depuis la température ambiante de 'C jusqu'à 1200 C). Pour une valve à membrane présentant une largeur nomi- nale DN = 40 mm et une pression de service de 10 bars pour une température de service de 200 C et une température de vapeur surchauffée pour la stérilisation de la valve de 'C, on a les valeurs caractéristiques de constante élas- tique suivantes pour un ressort de compression hélicoïdal: Diamètre du ressort D/d = 32/16 mm Longueur du ressort détendu Lo = 38 mm -Constante élastique C = 520 N/mm Force de précontrainte du ressort Fl = 4680 N Course élastique de précontrainte Ll = 9 mm Course élastique due à l'échauffement AL = L 2 LI = 1,5 mm Force élastique à L 2 F 2 = 5460 N Différence de force élastique AF = 780 N = 17 % de Fl Les calculs et les recherches ont montré que de façon avantageuse, en utilisant des ressorts de compression héli- coïdaux à section de spire rectangulaire pour des rapports d'encombrement prédéterminés en diamètre et des longueurs de ressort encore admissibles (hauteur d'appareil), on peut atteindre les forces élastiques nécessaires, sans qu'il se produise une déformation permanente inadmissible de la mem- brane pour des élévations de température du fluide d'environ 1001 C 0. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Valve à membrane comprenant une partie inférieure de corps munie d'un canal de passage de fluide, une partie supé- rieure de corps, ces deux parties étant réalisée en matière plastique, et une membrane qui est comprimée entre les deux parties de corps à l'aide de liaisons vissées, caractérisée en ce que, à chaque liaison vissée ( 5) est associé un ressort de compression précontraint ( 10), de manière à maintenir les deux parties de corps ( 1, 2) assemblées par précontrainte sous une force prédéterminée. 2. Valve à membrane selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le ressort de compression ( 10) est un ressort hélicoïdal de compression. 3. Valve à membrane selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le ressort de compression hélicoïdal ( 10) présente une section de spire rectangulaire ( 12) et une cons- tante élastique (C) telle qu'au cours de la dilatation des parties de corps ( 1, 2), par suite de l'échauffement du flui- de jusqu'à une différence de température de 1000 C, la force élastique préréglée augmente au maximum de 20 %. 4. Valve à membrane selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisée en ce que le ressort de compres- sion ( 10) est réalisé en un acier chrome-silicium. 5. Valve à membrane selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisée en ce que chaque liaison vissée ( 5) comporte un boulon fileté ( 6), qui est vissé fermement à l'une de ses extrémités dans l'une des parties de corps ( 1, 2) et qui est muni, à l'autre extrémité, d'un écrou ( 9), le ressort de compression ( 10) étant disposé entre l'autre par- tie de corps ( 1, 2) et l'écrou ( 9). 6. Valve à membrane selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisée en ce que chaque liaison vissée ( 5) comporte une vis, le ressort de compression ( 10) étant disposé entre l'une des parties de corps ( 1, 2) et la tête de la vis. 7. Valve à membrane selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisée en ce que la force de précontrain- te du ressort de compression ( 10) est réglable par vissage de la liaison vissée ( 5) à l'aide d'une clé dynamométrique. 8. Valve à membrane selon la revendication 7, caracté- risée en ce que la somme des forces de précontrainte pré- réglées de tous les ressorts de compression ( 10) est supé- rieure à 1,5 fois la force exercée sur le corps ( 1) par la pression de fluide et par un organe d'actionnement ( 14), à la température de service. 9. Valve à membrane selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisée en ce que la membrane est réali- sée sous la forme d'une membrane à deux couches, la membrane ( 13) tournée du côté du fluide qui traverse la valve étant réalisée en polytétrafluoroéthylène et la membrane ( 3) dispo- sée derrière étant réalisée en élastomère.