Brevet FR2693248A1 — publié le 19940107

VANNE DU TYPE A BILLE OU A BOISSEAU EQUIPE D'UN INSERT La présente invention concerne une vanne du type à bille ou à boisseau comportant un corps définissant un logement pour un élément mobile constitué par une bille ou un boisseau, cet élément mobile étant pourvu d un passage sensiblement cylindrique agencé pour être amené dans le prolongement d'un conduit d' entrée et d'un conduit de sortie lorsque la vanne est ouverte, et dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe des conduits d' entrée et de sortie lorsque la vanne est fermée. Actuellement, les vannes à bille, également nommées vannes à sphère, du type connu subissent de fortes contraintes provenant des pressions différentielles existant au moment de l'ouverture ou à la fin de la fermeture de la vanne. En raison de ces pressions différentielles, 1' énergie potentielle se transforme en énergie cinétique qui est génératrice de l'augmentation de la vitesse de passage du fluide à faible ouverture, source essentielle d'érosion et de turbulences. Ces pressions différentielles sont également la source de vibrations à l' intérieur de la vanne, qui en augmentent le niveau sonore et la fatigue mécanique. Dès que le logement est endommagé, l'étanchéité de ladite vanne n'est plus assurée. La présente invention propose de pallier ces inconvénients en fournissant une vanne à bille ou à boisseau permettant de diviser la pression différentielle en plusieurs étages au moment de son ouverture et de sa fermeture. Cette pression étant divisée, sa détente se fait graduellement et évite ainsi la récupération de pression et de ce fait l'augmentation de vitesse. Ce but est atteint par une vanne telle que définie en préambule, caractérisée en ce qu'elle comporte un insert tubulaire sensiblement cylindrique logé dans ledit passage et définissant au moins une chambre d'entrée et au moins une chambre de sortie, ces chambres étant diamétralement opposées et formées par deux évidements longitudinaux ménagés dans l'épaisseur de la paroi de l'insert parallèlement à l'axe longitudinal du passage, et en ce que ces chambres communiquent entre elles par au moins deux canaux à chicanes ménagés à la périphérie de l'insert respectivement sur deux secteurs cylindriques limités par lesdites chambres. Lesdits canaux à chicanes sont, de préférence, constitués par plusieurs rainures longitudinales reliées entre elles, soit par des orifices transversaux ménagés à travers des nervures séparant ces rainures, soit par des gorges transversales ménagées à la périphérie desdits secteurs cylindriques. Selon une forme préférée de réalisation, la chambre d'entrée est ouverte du côté de l'entrée de l' insert et obturée ou partiellement obturée du côté de la sortie dudit insert, et la chambre de sortie est obturée ou partiellement obturée du côté de l'entrée de l'insert et ouverte du côté de la sortie dudit insert. Dans la forme de réalisation préférée, l'évidement est ouvert et chaque chambre est délimitée vers l'extérieur par un secteur de la paroi interne du passage ménagé à travers la bille ou le boisseau et un épaulement d'extrémité. Cet évidement ouvert peut être délimité par un méplat longitudinal ou une surface cylindrique, ménagé à la périphérie de l'insert. Selon une variante de réalisation, l'évidement est fermé vers l' extérieur et la chambre est constituée par une cavité borgne ménagée dans l'épaisseur de la paroi de l'insert. L'épaulement d'extrémité peut comporter avantageusement des conduits ménagés axialement à travers cet épaulement et agencés pour évacuer les impuretés éventuellement accumulées, quand la vanne est en position d'ouverture. Dans la forme de réalisation préférée, l'insert possède un passage central sensiblement cylindrique, le diamètre de ce passage pouvant être inférieur ou égal au diamètre des conduits d'entrée et de sortie. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une vanne à bille selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'une vanne à boisseau selon 1' invention, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation d'une vanne à bille selon l'invention en position d'ouverture, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une seconde forme de réalisation d'une vanne à bille selon l'invention en position d'ouverture, - la figure 5 est une vue en perspective d'une forme de réalisation préférée de l'insert équipant la vanne selon l'invention, - la figure 6 est une vue partiellement coupée d'une vanne à bille selon l'invention, illustrant le cheminement du fluide, - les figures 7 et 8 représentent des vues schématiques en perspective d'autres formes de réalisation de l'insert, et - la figure 9 est une vue en plan d' une bille équipant une vanne selon l'invention, illustrant le cheminement du fluide. En référence aux figures, la vanne 1 comporte un corps 2 définissant un logement 2' pour un élément mobile 3 constitué par une bille 4 ou un boisseau 5. Ce logement 2' est pourvu de deux sièges 25 assurant l' étanchéité avec l' élément mobile 3. Cet élément mobile 3 est pourvu d'un passage 6 sensiblement cylindrique agencé pour être amené dans le prolongement d' un conduit d'entrée 7 et d' un conduit de sortie 8 lorsque la vanne est ouverte, et dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe 9 des conduits d'entrée et de sortie lorsque la vanne est fermée.L'ouverture et la fermeture de la vanne représentée par les figures 1 et 2, sont par exemple commandées par un volant de commande manuelle 23 qui peut être remplacé par un système mécanique commandé électriquement ou par un vérin hydraulique ou pneumatique, selon l'utilisation de cette vanne ou l'installation dans laquelle elle est montée. La vanne 1 comporte un insert tubulaire 10 sensiblement cylindrique engagé à force ou fixé par des moyens appropriés dans ledit passage 6. Cet insert définit avec la paroi interne du passage 6 au moins une chambre d'entrée 11 et au moins une chambre de sortie 12 qui sont diamétralement opposées et formées par deux évidements 13 longitudinaux ménagés dans l'épaisseur de la paroi de l'insert 10 parallèlement à l'axe longitudinal 14 du passage 6. Ces chambres 11 et 12 communiquent entre elles par au moins deux canaux à chicanes 15 ménagés à la périphérie de l'insert 10 respectivement sur deux secteurs cylindriques limités par lesdites chambres 11 et 12. Ces canaux à chicanes ont pour but de créer une perte de charge relativement importante sur le fluide en circulation et peuvent de ce fait être réalisés selon diverses constructions. La figure 5 montre une réalisation où lesdits canaux à chicanes 15 sont constitués par plusieurs rainures 16 longitudinales reliées entre elles par des gorges transversales 18 ménagées dans les nervures 17 définies à la périphérie desdits secteurs cylindriques par les rainures 16. Selon une autre forme de réalisation, les gorges transversales 18 peuvent être remplacées par des orifices transversaux ménagés à travers ces nervures 17. Toutefois cette réalisation (non représentée) présente des difficultés d' usinage . La chambre d'entrée 11 est ouverte du côté de l'entrée 21 de l'insert 10 et partiellement obturée du côté de sa sortie 22. La chambre de sortie 12 est partiellement obturée du côté de 1' entrée 21 de l'insert 10 et ouverte du côté de sa sortie 22. Ces chambres peuvent être définies de différentes façons selon la forme de réalisation de l'insert 10. Dans le cas de la figure 5, les deux évidements longitudinaux 13 sont ouverts et délimités par un méplat longitudinal 26 usiné à la périphérie de l'insert 10. Chaque chambre 11, 12 est alors délimitée vers l'extérieur par un secteur de la paroi interne du passage 6 ménagé à travers la bille 4 ou le boisseau 5 et un épaulement d'extrémité 19 obturant partiellement la chambre du côté opposé à son ouverture. Cet épaulement d' extrémité 19 comporte des conduits 29 axiaux permettant un auto-nettoyage de la vanne lorsqu' elle se trouve en position d'ouverture et que le fluide est chargé d'impuretés. Cette réalisation n est pas obligatoire si le fluide utilisé est pur. Dans la forme de réalisation illustrée par la figure 7, les chambres 11, 12 sont délimitées vers l'intérieur par une surface cylindrique 27 coaxiale à l'axe de l'insert. Dans l'exemple représenté, cette surface cylindrique est concave mais pourrait bien entendu être convexe. Dans la forme de réalisation illustrée par la figure 8, l' évidement 13 est fermé vers l'extérieur et chaque chambre 11, 12 est alors constituée par une cavité borgne 28 ménagée dans l'épaisseur de la paroi de l'insert 10. Cette forme d'insert permet une réalisation en deux pièces complémentaires qui sont ensuite assemblées. Dans toutes les formes de réalisation décrites, l' insert possède un passage central 20 sensiblement cylindrique. Le diamètre de ce passage peut être inférieur au diamètre des conduits d'entrée 7 et de sortie 8, comme le montre la figure 4 ou égal à ce diamètre comme représenté par la figure 5. Quand la vanne 1 est en position fermée, l'axe 14 du passage 6 est perpendiculaire à l'axe 9 des conduits d'entrée 7 et de sortie 8. L'élément mobile 3 de la vanne, constitué par la bille 4 ou le boisseau 5, est en contact avec les sièges 25 prévus dans le logement 2' du corps 2, assurant ainsi l'étanchéité de la vanne. Pour ouvrir la vanne 1, l'utilisateur manoeuvre le volant de commande 23. L'élément mobile 3 tourne dans son logement 2'. A partir d'un angle de rotation DC illustré par la figure 6, qui est un angle aigu dont la valeur dépend du diamètre du passage 6, le fluide circulant dans le conduit d' entrée peut pénétrer dans la chambre d'entrée 11. Sous l'effet de la pression d'entrée, ce fluide est forcé jusqu'à la chambre de sortie 12, à travers les canaux à chicanes 15 qui créent un cheminement radial extrêmement perturbé, induisant une forte perte de charge.Cette perte de charge a pour effet de réduire la pression différentielle entre l'entrée et la sortie de la vanne, et ainsi de diminuer considérablement les vitesses locales sur les sièges de la vanne et par conséquent l'érosion et le bruit de cette vanne. Lorsque la vanne est complètement ouverte, l'insert 10 ne crée plus aucun obstacle au passage du fluide, et la vanne est auto-nettoyante. Ce phénomène se répète lors de la fermeture de la vanne. L'insert 10 tel que décrit ci-dessus peut équiper toutes sortes de vannes à bille ou à boisseau destinées à être montées sur des conduits d'alimentation de fluide d'un diamètre constant ou réduit. La conception symétrique de cet insert 10 permet également l' utilisation d'un fluide en mouvement bidirectionnel et sa présence, qui a pour rôle de faire chuter la pression instantanée du fluide dans une certaine phase d'ouverture de la vanne, rend possible l'utilisation des vannes à bille sur des circuits à forte pression de fluide. En effet, les vannes à bille classiques étaient en général utilisées sur des circuits à faibles pressions différentielles pour les raisons exposées en préambule. La présente invention n' est pas limitée à l'exemple décrit ci-dessus mais s'étend à toute modification ou variante évidente pour l'homme de l'art. Revendications 1. Vanne du type à bille ou à boisseau comportant un corps définissant un logement pour un élément mobile constitué par une bille ou un boisseau, cet élément mobile étant pourvu d'un passage sensiblement cylindrique agencé pour être amené dans le prolongement d'un conduit d'entrée et d'un conduit de sortie lorsque la vanne est ouverte, et dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe des conduits d'entrée et de sortie lorsque la vanne est fermée, caractérisée en ce qu'elle comporte un insert tubulaire (10) sensiblement cylindrique logé dans ledit passage (6) et définissant au moins une chambre d'entrée (11) et au moins une chambre de sortie (12), ces chambres étant diamétralement opposées et formées par deux évidements longitudinaux (13) ménagés dans l'épaisseur de la paroi de l'insert (10) parallèlement à l'axe longitudinal (14) du passage (6), et en ce que ces chambres communiquent entre elles par au moins deux canaux à chicanes (15) ménagés à la périphérie de l'insert (10) respectivement sur deux secteurs cylindriques limités par lesdites chambres latérales (11, 12). 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits canaux à chicanes (15) sont constitués par plusieurs rainures longitudinales (16) reliées entre elles par des alésages transversaux ménagés à travers des nervures (17) séparant ces rainures. 3. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits canaux à chicanes (15) sont constitués par plusieurs rainures longitudinales (16) reliées entre elles par des gorges transversales (18) ménagées à la périphérie desdits secteurs cylindriques. 4. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre d'entrée (11) est ouverte du côté de l'entrée (21) de l'insert (10) et obturée du côté de la sortie (22) dudit insert, et en ce que la chambre de sortie (12) est obturée du côté de l'entrée (21) de l'insert (10) et ouverte du côté de la sortie (22) dudit insert. 5. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre d'entrée (11) est ouverte du côté de l'entrée (21) de l'insert (10) et partiellement obturée du côté de la sortie (22) dudit insert, et en ce que la chambre de sortie (12) est partiellement obturée du côté de l'entrée (21) de l'insert (10) et ouverte du côté de la sortie (22) dudit insert. 6. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l' évidement (13) est ouvert et en ce que chaque chambre (11, 12) est délimitée vers l'extérieur par un secteur de la paroi interne du passage (6) ménagé à travers la bille (4) ou le boisseau (5) et un épaulement d'extrémité (19). 7. Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que l' évidement (13) ouvert est délimité par un méplat longitudinal ménagé à la périphérie de l'insert (10). 8. Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'évidement ouvert est délimité par une surface cylindrique ménagée à la périphérie de l'insert. 9. Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'évidement (13) est fermé vers l'extérieur et en ce que la chambre est constituée par une cavité borgne ménagée dans l'épaisseur de la paroi de l'insert. 10. Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que 1' épaulement d'extrémité (19) comporte des conduits (29) ménagés axialement à travers cet épaulement et agencés pour évacuer les impuretés éventuellement accumulées, quand la vanne est en position d'ouverture. 11. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'insert (10) possède un passage central (20) sensiblement cylindrique, le diamètre de ce passage étant inférieur au diamètre des conduits d'entrée (7) et de sortie (8). 12. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'insert (10) possède un passage central (20) sensiblement cylindrique, le diamètre de ce passage étant égal au diamètre des conduits d'entrée (7) et de sortie (8).