Brevet FR2695184A1 — publié le 19940304

Vanne du type à siège cylindrique, à siège conique ou à tiroir. La présente invention concerne une vanne du type à siège cylindrique, à siège conique ou à tiroir comportant une tige de commande et un corps dans lequel sont ménagés une cavité centrale constituant ledit siège pour un élément mobile cylindrique, conique ou à faces parallèles, un premier embout de raccordement pour coupler ce siège à un conduit d entrée, et au moins un deuxième embout de raccordement pour coupler ce siège à un conduit de sortie, cet élément mobile étant agencé pour se déplacer entre une première position d'obturation dudit siège pour fermer le passage entre les deux embouts de raccordement et une deuxième position d'ouverture de ce siège pour mettre les deux embouts de raccordement en communication. Les vannes connues de ce type subissent de fortes contraintes provenant des pressions différentielles existant au début de la phase d ouverture. Ces contraintes génèrent de fortes turbulences et sont à 1' origine d'une usure rapide du siège. Les pressions différentielles sont également la source de vibrations à l'intérieur de la vanne, ce qui en augmente le niveau sonore lors du fonctionnement et la fatigue mécanique. Dès que le siège est endommagé, l'étanchéité n'est plus assurée. Différentes dispositions ont été prises pour remédier à ces inconvénients, notamment l' introduction d1 un conduit de dérivation à travers le corps de la vanne permettant de réduire la pression différentielle.Ceci nécessite un usinage difficile à réaliser, oblige à remplacer toute la vanne en cas de défectuosité ou de changement de système et n'assure pas l' étanchéité de manière absolue. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en fournissant une vanne du type précisé ci-dessus et permettant de réduire la pression différentielle avant l'ouverture ou la fermeture complète de la vanne. Cette pression étant réduite, les turbulences et les vibrations deviennent très faibles et les risques d1 endommagement sont réduits en conséquence. Ce but est atteint par une vanne telle que définie en préambule caractérisée en ce que ledit élément mobile comporte une chambre intérieure, un canal d' entrée agencé pour mettre en communication ledit premier embout de raccordement avec la chambre intérieure, au moins un canal de sortie de section réduite pour mettre en communication ladite chambre intérieure avec ledit deuxième embout de raccordement et un obturateur mobile solidaire de ladite tige de commande pour assurer successivement l'ouverture entre le canal d' entrée et le canal de sortie à travers la chambre intérieure, puis le déplacement dudit élément mobile à l'ouverture ou inversement à la fermeture de la vanne. Selon une forme de réalisation préférée, l'obturateur mobile a une section supérieure à celle de la tige de commande et l'élément mobile est pourvu d'au moins une butée d'arrêt qui limite la course de l'obturateur mobile dans la chambre intérieure entre une position de fermeture du passage entre le canal- d'entrée et le canal de sortie et une position d'ouverture progressive de ce passage. Ladite butée est avantageusement constituée par une pièce annulaire montée à une extrémité de l' élément mobile, cette pièce annulaire étant pourvue d'une ouverture centrale correspondant à la section de la tige de commande. Selon une forme de réalisation préférée, l'élément mobile est pourvu d' une série de canaux de sortie. Lesdits canaux de sortie sont de préférence parallèles entre eux. Selon une forme de réalisation préférée d'une vanne à siège cylindrique ou conique, la chambre intérieure est cylindrique et l'obturateur mobile est un cylindre, sa section étant sensiblement égale à celle de la chambre intérieure. Selon une forme de réalisation préférée d'une vanne à tiroir, l'élément mobile comporte deux parois parallèles pourvues de fentes transversales parallèles régulièrement espacées et l'obturateur mobile est constitué par une plaque coulissante disposée dans la chambre intérieure définie par les deux parois parallèles, et comportant une série de fentes transversales parallèles régulièrement espacées. Selon cette forme de réalisation préférée, la tige de commande comporte une rondelle d'arrêt solidaire de cette dernière et un ressort placé autour de la tige de commande, entre la butée d'arrêt et la rondelle d'arrêt, est agencé pour assurer une contrainte sur l'élément mobile. La présente invention et ses principaux avantages ressortiront mieux de la description de diverses réalisations décrites à titre d' exemples non limitatifs et représentés par les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une vanne à siège conique selon l'invention, en position fermée, - la figure 2 est une vue de la vanne de la figure 1 dans une position correspondant au début de 1' ouverture intermédiaire, - la figure 3 est une vue de la vanne des figures précédentes, en position ouverte, - la figure 4 est une vue schématique d' une vanne à tiroir selon l'invention, en position fermée, - la figure 5 est une vue de la vanne de la figure 4 dans une position correspondant au début de l'ouverture, - la figure 6 est une vue de la vanne des figures 4 et 5 en position ouverte, et - la figure 7 est une représentation graphique de la pression différentielle et de la capacité de la vanne pendant toute la phase d'ouverture. En référence aux figures 1 à 3, la vanne 10 comporte un corps 11 dans lequel est ménagée une cavité centrale constituant un siège 12 pour un élément mobile 13 conique, un premier embout de raccordement 14 pour coupler ce siège à un conduit d' entrée et un deuxième embout de raccordement 15 pour coupler ce siège à un conduit de sortie. Le siège 12 peut également être cylindrique. Dans ce cas, l'élément mobile a la même géométrie. L'élément mobile 13 comporte une chambre intérieure 16, au moins un canal d'entrée 17 agencé pour mettre en communication ledit premier embout de raccordement 14 avec la chambre intérieure 16 et au moins un canal de sortie 18 de section réduite agencé pour mettre en communication ladite chambre intérieure 16 avec ledit deuxième embout de raccordement 15.Dans l'exemple représenté, l' élément mobile 13 comporte plusieurs canaux de sortie 18, parallèles entre eux. La chambre intérieure 16 contient un obturateur mobile 19 solidaire d' une tige de commande 20 pour assurer successivement l'ouverture entre le canal d' entrée et les canaux de sortie à travers la chambre intérieure. L'élément mobile 13 comporte en outre une butée d'arrêt 21 constituée par exemple par une bague fixée par des vis 21a à son extrémité supérieure et dont le rôle sera expliqué plus en détail cl-après. Selon le mode de réalisation illustré par les figures 1 à 3, lorsque la vanne 10 est fermée, l'obturateur mobile 19 se trouve en position basse de sorte qu'il n'existe pas de liaison entre le canal d'entrée 17 et les canaux de sortie 18. Par ailleurs, l'élément mobile 13 est engagé à fond dans son siège. Pour ouvrir la vanne 10, l'utilisateur manoeuvre manuellement, ou par des moyens mécaniques, la tige de commande 20, ce qui a pour effet d'amener l'obturateur mobile 19 progressivement en position haute. Il se crée alors une communication entre le canal d' entrée 17 et les canaux de sortie 18 au travers de la chambre intérieure 16. En raison de leur section réduite, les canaux de sortie engendrent une forte perte de charge qui a pour effet de réduire la pression différentielle entre le conduit d'entrée de la vanne et le conduit de sortie, réduisant par là même les turbulences et autres contraintes à l'origine de l'érosion et du bruit de la vanne. Lorsque l'utilisateur continue à manoeuvrer la tige de commande, la partie supérieure de l'obturateur mobile 19 prend appui contre la butée d'arrêt 21. Cette butée d' arrêt 21 étant solidaire de l' élément mobile 13, ce dernier est entraîné vers une position haute, pour libérer le siège 12 et permettre le libre passage du fluide à travers la vanne, dans le sens de la flèche A sur la figure 3. La forme de réalisation représentée par les figures 4 à 6 correspond à une vanne 10' du type à tiroir. Comme précédemment, cette vanne comporte un corps 11' pourvu d'une cavité centrale définissant un siège 12', un élément mobile 13', un premier embout de raccordement 14' et un deuxième embout de raccordement 15'. L' élément mobile 13' comporte deux parois parallèles qui définissent une chambre intérieure 16' et qui sont pourvues de fentes transversales parallèles 17' et 18' régulièrement agencées. Les fentes 17' constituent ensemble ledit canal d'entrée et les fentes 18' constituent ensemble ledit canal de sortie. La chambre intérieure 16' contient un obturateur mobile 19' solidaire d'une tige de commande 20'. Une butée d' arrêt 21' peut être constituée par la partie supérieure du corps même de 1' élément mobile 13'. La tige de commande 20' porte une rondelle d'arrêt 22 solidaire de la tige de commande, ainsi qu'un ressort 23 placé coaxialement sur cette tige entre la butée d'arrêt 21' et la rondelle d'arrêt 22. L' obturateur 19' est constitué par une plaque coulissante disposée entre les deux parois parallèles définissant la chambre intérieure 16' de 1' élément mobile 13' qui comporte une série de fentes transversales 19' a parallèles entre elles et régulièrement espacées. Ces fentes sont disposées de telle manière que dans la position de fermeture, elles sont obturées par les parois parallèles de l'élément mobile 13' et que dans la position d'ouverture, elles sont disposées en regard des fentes de ces parois. Selon cette réalisation, lorsque la vanne 10' est fermée, l'obturateur mobile 19' se trouve en position basse de sorte qu'il n'existe pas de liaison entre les canaux d' entrée 17' et les canaux de sortie 18' ce qui assure l'étanchéité de la vanne 10' (voir figure 4). Pour ouvrir la vanne 10', l'utilisateur manoeuvre la tige de commande 20' qui a pour effet d' amener 1' obturateur mobile 19' en position haute en armant le ressort 23 qui a pour fonction de bloquer 1' élément mobile 13'en position basse. Il existe alors une liaison entre les canaux d'entrée 17' et les canaux de sortie 18' au travers de la chambre intérieure 16' par l'entrée médiane des fentes 19' a de l'obturateur mobile. Cette liaison assure une forte perte de charge qui a pour effet de réduire la pression différentielle entre le conduit d'entrée de la vanne et le conduit de sortie. Lorsque l'utilisateur continue à manoeuvrer la tige de commande, la partie supérieure de l'obturateur mobile 19' s' appuie contre la butée d'arrêt 21'. Cette butée d'arrêt 21' étant solidaire de l'élément mobile 13', ce dernier est entraîné dans une position haute, ce qui a pour effet de libérer la cavité centrale et de permettre le libre passage du fluide à travers la vanne. La figure 7 représente les courbes illustrant la capacité CV et la pression différentielle P dans la vanne durant un cycle d'ouverture. Dans la zone M, la vanne peut remplir une fonction de "dosage". La présente invention n' est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus, mais s' étend à toute modification ou variante évidente pour l'homme de l'art. Revendications 1. Vanne du type à siège cylindrique, à siège conique ou a tiroir comportant une tige de commande (20, 20') et un corps (11, 11') dans lequel sont ménagés une cavité centrale constituant ledit siège (12, 12') pour un élément mobile (13, 13') cylindrique, conique ou à faces parallèles, un premier embout de raccordement (14, 14') pour coupler ce siège à un conduit d' entrée, et au moins un deuxième embout de raccordement (15, 15') pour coupler ce siège à un conduit de sortie, cet élément mobile (13, 13') étant agencé pour se déplacer entre une première position d'obturation dudit siège (12, 12') pour fermer le passage entre les deux embouts de raccordement (14, 14'; 15, 15') et une deuxième position d'ouverture de ce siège (12, 12') pour mettre les deux embouts de raccordement en communication, caractérisé en ce que ledit élément mobile (13, 13' ) comporte une chambre intérieure (16, 16'), un canal d' entrée (17, 17' ) agencé pour mettre en communication ledit premier embout de raccordement (14, 14') avec la chambre intérieure (16, 16'), au moins un canal de sortie (18, 18') de section réduite, pour mettre en communication ladite chambre intérieure (16, 16') avec ledit deuxième embout de raccordement (15, 15') et un obturateur mobile (19, 19')) solidaire de la tige de commande (20, 20') pour assurer successivement l'ouverture entre le canal d'entrée (17, 17') et le canal de sortie (18, 18') à travers la chambre intérieure (16, 16'), puis le déplacement dudit élément mobile (13, 13') à l'ouverture ou inversement à la fermeture de la vanne (10, 10'). 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'obturateur mobile (19) a une section supérieure à celle de la tige de commande (20) et en ce que l'élément mobile (13) est pourvu au moins d'une butée d'arrêt (21) qui limite la course de l'obturateur mobile (19) dans la chambre intérieure (16) entre une position de fermeture du passage entre le canal d'entrée (17) et le canal de sortie (18) et une position d'ouverture progressive de ce passage. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite butée (21) est constituée par une pièce annulaire montée à une extrémité de 1' élément mobile (13), cette pièce annulaire étant pourvue d' une ouverture centrale correspondant à la section de la tige de commande (20). 4. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l' élément mobile (13) est pourvu d'une série de canaux de sortie (18). 5. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que ces canaux (18) sont parallèles entre eux. 6. Vanne selon la revendication 1 ayant un siège cylindrique ou conique, caractérisée en ce que la chambre intérieure (16) est cylindrique et en ce que l' obturateur mobile (19) est un cylindre dont la section est sensiblement égale à celle de la chambre intérieure (16). 7. Vanne du type à tiroir selon la revendication 1, caractérisée en ce que 1' élément mobile (13') comporte deux parois parallèles pourvues de fentes transversales parallèles (17', 18') régulièrement espacées et en ce que l'obturateur mobile (19') est constitué par une plaque coulissante disposée dans la chambre intérieure (16') définier par les deux parois parallèles, et comportant une série de fentes transversales parallèles ( 19' a) régulièrement espacées. 8. Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une rondelle d'arrêt (22) solidaire de la tige de commande (20') et un ressort (23) placé autour de la tige de commande (20'), entre la butée d'arrêt (21') et la rondelle d'arrêt (22), et agencé pour assurer une contrainte sur l'élément mobile.