Brevet FR2680853A1 — publié le 19930305

Valve à ouverture progressive et chalumeau de coupe comportant une telle valve La présente invention concerne les valves à ouverture progressive, du type comportant un moyen de siège de clapet disposé dans un circuit de fluide formé dans un corps de valve, et un élément de clapet, déplaçable sélectivement sous l'action d'une force extérieure, à l'encontre d'une force élastique, par rapport au moyen de siège de clapet pour établir un passage de fluide à section évolutive dans le circuit. Une valve de ce type, intégrée dans une torche de coupage, est décrite dans le document US-A-4.915.360. Dans de nombreux domaines, et en particulier dans les torches ou chalumeaux de coupe à jet d'oxygène, il est utile de disposer de valves à ouverture progressive, limitant les phénomènes de collage à l'ouverture et assurant une progressivité sensiblement linéaire. Le document précité offre une certaine progressivité mais met en oeuvre un élément de clapet flottant, de type suiveur, délicat à réaliser et ne garantissant pas contre des risques de grippage. La présente invention a pour objet de proposer une nouvelle structure de valve à ouverture progressive, de structure simple et fiable, de faibles coûts de revient et offrant une grande souplesse de détermination de la loi de variation de passage de fluide, la rendant particulièrement apte à l'utilisation dans le contrôle de l'oxygène de coupe dans des chalumeaux de coupe afin d'améliorer grandement la progressivité de l'amorçage en oxycoupage. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le moyen de siège de clapet comprend une partie de siège et une structure de passage de fluide aval comportant au moins un passage de fluide allongé, l'élément de clapet comportant des premiers moyens d'étanchéité adaptés pour coopérer en contact étanche avec la partie de siège et avec la structure de passage de fluide de façon à progressivement découvrir le passage de fluide lorsque l'élément de clapet est déplacé à partir de sa position de fermeture, en contact étanche sur la partie de siège. Selon une caractéristique plus particulière de l'invention, le moyen de siège est formé par un corps de clapet tubulaire monté de façon étanche dans un logement du corps de valve et définissant un espace interne, formant une portion du circuit de fluide, dans lequel est disposé coaxialement l'élément de clapet, la partie de siège étant typiquement formée dans une première zone d'extrémité de l'espace interne délimitée périphériquement par une jupe d'extrémité comportant au moins une fente longitudinale formant ledit passage de fluide et le long de laquelle se déplacent les premiers moyens d'étanchéité qui sont avantageusement constitués par un joint torique disposé dans une gorge périphérique dissymétrique de l'élément de clapet. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe, d'un corps de chalumeau incorporant une valve selon l'invention - la figure 2 est une demi-coupe longitudinale de la valve de la figure 1 ; et - la figure 3 est un graphe montrant la variation d'un débit d'oxygène de coupe en fonction de l'ouverture progressive d'une valve selon les figures 1 et 2. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, on reconnaît un corps de chalumeau manuel 1 définissant, entre une tubulure de sortie d'oxygène de coupe 2 et une entrée 3 de raccordement à une source d'oxygène sous pression, un circuit interne d'oxygène 4 dont une partie est définie par une portion de fond d'un logement 5 formé transversalement dans le corps 1 et débouchant vers l'extérieur. Le corps de chalumeau l comporte également une entrée 6 de raccordement à une source de gaz combustible et au moins une tubulure de sortie 7 de gaz combustible ou de mélange oxycombustible destiné à former des flammes de chauffe au voisinage de l'extrémité de la tubulure de sortie d'oxygène de coupe 2. Comme on le voit mieux sur la figure 2, le logement 5 est formé par une succession d'alésages étagés de diamètres croissant, successivement un alésage de fond de petit diamètre 8, un alésage principal 9, un alésage intermédiaire 10 et un alésage d'extrémité 11 de plus grand diamètre, qui est taraudé pour recevoir une extrémité filetée 12 de montage, dans le logement 5, d'un corps de valve tubulaire 13 définissant un espace intérieur axial 14. Le corps de valve 13 comporte une partie intermédiaire de diamètre extérieur réduit et, à l'opposé de l'extrémité de montage 12, une portion de diamètre extérieur intermédiaire 15 reçue dans l'alésage principal 9 et formée avec une gorge périphérique 16 recevant un joint torique 17 coopérant à étanchéité avec la paroi de l'alésage 9.L'extrémité filetée de montage 12 du corps de valve 13 comporte une arête antérieure 120 portant en appui contre une zone de raccordement conique entre les alésages 10 et 11 et assurant l'étanchéité du logement 9 vers l'extérieur. Le conduit d'amenée d'oxygène 4 débouche dans le logement 5 au niveau de l'alésage intermédiaire 10 qui définit, avec la partie intermédiaire de diamètre réduit du corps de valve 13, une chambre annulaire communiquant avec l'espace interne 14 du corps de valve 13 par des ouvertures radiales 18 formées dans la paroi de la portion intermédiaire de ce dernier. L'espace interne 14 comporte, au voisinage de son extrémité inférieure (sur la figure 2) un épaulement radial interne 19 et, au voisinage de son extrémité opposée, un épaulement conique 20, formant siège de clapet, s'évasant vers l'extérieur et se raccordant à une portion d'extrémité en forme de jupe 21 comportant au moins une, typiquement deux ou trois fentes longitudinales 22 débouchant axialement vers l'extérieur et se terminant, vers l'intérieur, au niveau de l'extrémité extérieure de l'épaulement conique 20. Selon un aspect de l'invention, dans l'espace intérieur 14 est disposé un élément de clapet allongé 23 comportant une partie centrale de diamètre réduit et une première tête d'extrémité 24 montée à coulissement dans l'espace intérieur 14 et formée avec une gorge périphérique 25 pour un joint torique 26 coopérant en étanchéité avec la paroi 27 de la zone inférieure de l'espace intérieur 14. A son extrémité opposée, l'élément de clapet 23 comporte une seconde tête d'extrémité 28 se raccordant à la partie principale de diamètre réduit de l'élément de clapet 23 par une portion conique 29 et formée périphériquement avec une gorge dissymétrique 30 pour recevoir un joint torique 31. La face annulaire extérieure de la tête d'extrémité 28 forme un épaulement d'appui pour ressort 32 de sollicitation de l'élément de clapet 23, dont l'autre extrémité est reçue dans l'alésage d'extrémité 8 du logement 5 en prenant appui sur le fond de ce dernier. Le ressort 32 plaque normalement la première tête d'extrémité 24 en butée contre l'épaulement radial 19 dans une position où le joint torique 31 est partiellement écrasé contre le siège conique 20, ce qui garantit ainsi contre un écrasement et une usure excessifs du joint. Avec un tel agencement, dans la configuration de fermeture représentée sur la figure 2, du fait du diamètre extérieur réduit, côté intérieur, de la gorge 30 de la tête 28, le joint 31 porte en appui étanche, sous l'action du ressort 32, contre l'épaulement conique 20 formant siège du corps de valve 13 et, périphériquement, contre la base de la paroi interne de la jupe d'extrémité 22, en occultant ainsi le passage formé par les fentes 22. En déplaçant l'élément de clapet 23 à l'encontre de la sollicitation du ressort 32, le joint 31 se détache du siège conique 20 en restant en contact avec la face interne de la jupe 22. En continuant le déplacement d'ouverture de l'élément de clapet 23, le joint 31 dégage progressivement les fentes 22 en augmentant ainsi progressivement le passage de fluide au travers de ces dernières.Lorsque l'élément de clapet 23 est déplacé à fond à l'encontre du ressort 32, le joint 31 passe au-delà de l'extrémité, évasée intérieurement, de la jupe 21 en ouvrant totalement le passage entre l'espace intérieur 14 et l'alésage principal 9 du logement 5 pour la délivrance d'un débit maximum de fluide vers la sortie 2. On constatera donc que le joint 31 assure une double étanchéité : une première, avec le siège de clapet 20, dans la configuration de fermeture, et une seconde, avec la jupe 22 pour la variation de section offerte aux passages de fluide. Ces deux étanchéités ne sont pas assurées par les mêmes parties géométriques du joint 30, de sorte que, si ce dernier venait à être détérioré extérieurement par une des fentes 22, l'étanchéité sur le siège 20, pour la fermeture du circuit, ne serait pas altérée. Du fait que l'élément de clapet se trouve en opposition par rapport à la pression amont du fluide dans l'espace interne 14, son ouverture est facilitée et plus progressive car il n'y a pas d'effet de collage du joint 31 sur le siège 20 sous l'effet de la pression du fluide.La progressivité du passage est facilement réalisable en jouant sur le nombre de fentes 22, leur largeur (typiquement entre 0,2 et 1 mm), et leur disposition par rapport au siège 20. Cette souplesse de réalisation permet ainsi, pour des chalumeaux de coupe, d'adapter une courbe de progressivité de l'amorçage commune pour des têtes de coupe dont le diamètre de la tubulure de sortie d'oxygène 2 varie dans une large mesure, typiquement entre 0,7 et 3 mm. Dans l'application aux chalumeaux de coupe, représentée sur les figures 1 et 2, l'actionnement de l'élément de clapet 23, à l'encontre du ressort de rappel 5, est assuré par une poignée 33 montée articulée sur le corps de chalumeau 1 et coopérant avec une extrémité 34 de l'élément de clapet 23 faisant saillie hors du corps 1. La figure 3 montre, pour une torche d'oxycoupage 10/10, la variation de débit, en litres/heure, d'oxygène de coupe en fonction de la course d'ouverture x (en mm) de l'élément de clapet 23, la pression P étant la pression amont d'alimentation d'oxygène, en MPa. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, elle peut trouver son application dans tous les circuits de gaz ou de liquides nécessitant une ouverture et une fermeture progressives d'un circuit d'alimentation ou de distribution. REVENDICATIONS 1. Valve à ouverture progressive, comprenant un moyen de siège de clapet (20) disposé dans un circuit de fluide (4) formé dans un corps de vanne (1), et un élément de clapet (13), déplaçable sélectivement sous l'action d'une force extérieure (33) à l'encontre d'une force élastique (32) par rapport au moyen de siège de clapet pour établir un passage de fluide à section évolutive dans le circuit, caractérisée en ce que le moyen de siège de clapet comprend une partie de siège (20) et une structure de passage de fluide aval (21, 22) comportant au moins un passage de fluide allongé (22), l'élément de clapet (23) comportant des premiers moyens d'étanchéité (31) adaptés pour coopérer en contact étanche avec la partie de siège (20) et avec la structure de passage de fluide (21) de façon à progressivement découvrir le passage de fluide (22) lorsque l'élément de clapet est déplacé à partir de sa position de fermeture. 2. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de siège est formé par un corps de clapet tubulaire (13) monté de façon étanche dans un logement (5) du corps de vanne (1) et définissant un espace interne (14), formant une portion du circuit de fluide, et dans lequel est disposé coaxialement l'élément de clapet (23). 3. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie de siège est formée dans une première zone d'extrémité de l'espace interne (14) délimitée périphériquement par une jupe d'extrémité (21) comportant au moins une fente longitudinale (22) formant ledit passage de fluide. 4. Valve selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie de siège (20) est conique et s'évase vers la jupe d'extrémité (21). 5. Valve selon la revendication 4, caractérisée en ce que les premiers moyens d'étanchéité sont constitués par un joint torique (31) disposé dans une gorge périphérique dissymétrique (30) de l'élément de clapet (23). 6. Valve selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que l'élément de clapet (23) comporte des seconds moyens d'étanchéité (26) coopérant avec une deuxième zone d'extrémité (27) de l'espace interne (14). 7. Valve selon la revendication 6, caractérisée en ce que la deuxième zone d'extrémité forme butée (19) pour l'élément de clapet (23). 8. Valve selon la revendication 7, caractérisée en ce que la force élastique est fournie par un ressort (32) disposé dans le logement (5) du corps de vanne (1). 9. Valve selon la revendication 8, caractérisée en ce que la force extérieure est fournie par un levier (33) monté articulé sur le corps de valve (1). 10. Chalumeau de coupe, caractérisé en ce qu'il comporte une valve selon l'une des revendications précédentes, interposée dans un circuit (4) d'oxygène de coupe.