Brevet FR2702539A1 — publié le 19940916

La présente invention se rapporte à des soupapes qui doivent être reliées à un dispositif d'actionnement pour l'ouverture et la fermeture de la soupape. Dans les cas o des soupapes sont soumises à des pressions élevées au-dessus de 10,34 106 Pa, il y a un problème concernant la mise à disposition d'un dispositif d'actionnement capable d'appliquer une force suffisante pour ouvrir et fermer la soupape tout en étant d'une taille correspondant à l'espace disponible pour la soupape et le dispositif d'actionnement combinés Les dispositifs d'actionnement de soupape connus, qu'ils soient du type hydraulique, pneumatique ou électrique, sont trop grands pour une utilisation o l'espace est limité du fait des exigences de puissance. On trouve dans l'état de la technique des soupapes directionnelles utilisées en liaison avec une soupape pilote qui sert à diriger la pression de fluide vers les extrémités d'un tiroir dans la soupape directionnelle Ces agencements de soupape ne sont pas adaptés à une installation dans des zones o l'espace est limité ou lorsque la soupape doit réguler des écoulements dans des tubes au-dessus de 1,5 cm de diamètre En outre, un tiroir de soupape directionnelle est habituellement déplacé par un circuit hydraulique séparé. La présente invention est mise en oeuvre dans une soupape et un dispositif d'actionnement de soupape combinés afin de permettre à une pression de conduite d'actionner la soupape en grande partie. La présente soupape comprend un piston par l'intermédiaire duquel un fluide de conduite passe dans une chambre pour la mise sous pression de l'extrémité arrière du piston qui est d'une surface supérieure à l'extrémité avant du piston avec pour résultat la mise en appui du piston vers l'avant afin de fermer la soupape Le dispositif d'actionnement de soupape ouvre initialement un clapet dans le piston en permettant un passage de pression de conduite à travers le piston et dans la chambre La mise en pression de la chambre se produit avec la fermeture d'une deuxième soupape sur la tige de soupape La présente soupape est ouverte en déplaçant la tige de soupape afin de fermer le clapet monté sur le piston et afin d'ouvrir simultanément un orifice de purge pour l'évacuation de la pression de fluide à l'arrière du piston La pression de conduite sert ensuite à déplacer le piston vers une position ouverte Un diffuseur dans ledit piston sert à empêcher l'entrée de fluide sous pression de conduite dans ladite chambre afin d'amortir le contact du piston pendant la fermeture de la soupape La présente soupape peut être ouverte et fermée au moyen d'un petit dispositif d'actionnement qui peut être d'une puissance réduite du fait que le dispositif d'actionnement déplace uniquement une tige de soupape équipée d'un clapet afin d'initier le déplacement de piston, au contraire des dispositifs d'actionnement antérieurs qui positionnent une bille, un obturateur ou un tiroir de commande d'écoulement chargé sur le côté par la pression de conduite et nécessitant des forces de séparation élevées. Des buts importants de la présente invention comprennent le fait de prévoir une soupape et un dispositif d'actionnement dans lesquels la pression de conduite est utilisée afin de déplacer partiellement un piston de façon à ouvrir et fermer la soupape; le fait de prévoir une soupape et un dispositif d'actionnement qui peuvent utiliser une variété de dispositifs d'actionnement linéaires tels que des cylindres pneumatiques, des électro-aimants, ou des moteurs qui ont tous des besoins en puissance modestes et peuvent être d'une conception compacte; le fait de prévoir une soupape et un dispositif d'actionnement combinés d'une conception extrêmement compacte afin de permettre leur utilisation dans des installations o l'espace est critique; le fait de prévoir une soupape et un dispositif d'actionnement combinés adaptés à une utilisation dans des environnements de pression de conduite extrêmement élevée; le fait de prévoir une soupape avec peu de pièces qui se déplacent d'une façon linéaire avec moins d'usure et une durée de vie de soupape plus longue; le fait de prévoir une soupape qui est prévue pour une utilisation dans des environnements zéro fuite-zéro émission. Dans les dessins: La figure 1 est une vue en coupe verticale d'une soupape mettant en oeuvre la présente invention; La figure 2 est une vue similaire à la figure 1 et représente la soupape dans une position fermée; La figure 3 est une vue en coupe verticale le long de la ligne 3-3 de la figure 1; La figure 4 est une vue de côté depuis le côté droit de la figure 3; La figure 5 est une vue similaire à la figure 1 mais représentant une forme modifiée de la présente soupape; La figure 6 est une vue similaire à la figure représentant la soupape modifiée dans une position fermée; La figure 7 est une vue en coupe verticale le long de la ligne 7-7 de la figure 5; et La figure 8 est une vue en coupe verticale le long de la ligne 8-8 de la figure 5. Sur les dessins, la référence 1 indique d'une manière générale une soupape mettant en oeuvre la présente invention et ayant un passage d'écoulement angulaire. Un corps de soupape 2 définit une chambre 3 dans laquelle se trouve un piston 4 Une surface frontale de piston 5 est d'une surface inférieure aux surfaces combinées arrière 6 A et 6 B du piston. Dans le corps de soupape 2 se trouve un premier siège de soupape 7 qui reçoit le bord conique avant du piston 4 afin de fermer la soupape en interrompant la communication entre une entrée de soupape 8 et une sortie 9. Un dispositif d'actionnement désigné par la référence 12 est fixé sur un corps de soupape 2 à l'aide de vis 13 et comprend un piston 14 dans un cylindre 15 Des conduites de fluide désignées par les références 16 et 17, en communication avec une soupape de commande directionnelle (non représentée), mettent en pression et évacuent le fluide du cylindre 15 pendant le fonctionnement de la présente soupape. Une tige de soupape 20 est actionnée par le piston 14 et comprend des moyens de soupape avec une surface conique 21 pour un engagement en appui avec un deuxième siège de soupape 22 sur le corps de soupape 2. A l'extrémité avant de la tige 20 se trouve un clapet 23 monté sur un segment fileté 20 b de la tige Le clapet vient en appui dans la surface frontale 5 du piston de commande d'écoulement 4 qui est ouvert afin de recevoir le clapet d'une manière étanche au fluide. Sur la tige 20 se trouve également un diffuseur en forme de disque 24, que l'on voit sur les figures 3 et 4, qui est maintenu en place sur la tige par un épaulement 20 A et par une tige 25 du clapet 23 La tige est taraudée afin de recevoir le segment d'extrémité fileté 20 b de la tige 20 Le diffuseur 24 possède des ouvertures 24 A qui empêchent l'écoulement de fluide dans la chambre 3. Un passage de purge désigné par la référence 27 reçoit du fluide de pression provenant de la chambre 3 afin de le diriger vers la sortie 9 en passant par un clapet anti-retour 28 Un écoulement de fluide à travers le passage de purge 27 se produit lors du décollement des moyens de soupape du siège de soupape 22 pendant l'ouverture de soupape Un alésage 10 dans le piston 4 sert de passage de fluide et a recevoir le clapet 23 Un orifice de purge 26 fournit une indication de toute fuite au-delà du piston 4 Un ressort hélicoïdal 29 pousse la tige 20 vers l'avant. Sur les figures 5 à 8, une soupape modifiée est indiquée par la référence 30 et est prévue pour une installation dans des conduites d'entrée et de sortie 31 et 32 alignées axialement et fixées chacune dans des orifices 33 et 34 Un corps de soupape 35 comprend un logement 36 dans lequel peut passer du fluide de l'orifice d'entrée 33 vers l'orifice de sortie 34 par l'intermédiaire de passages 37, 38, 39 et 40 Le corps de soupape 35 comprend de manière additionnelle une tête 42 qui définit partiellement une chambre 43 Un alésage 44 dans la tête 42 porte de façon coulissante un piston 45 qui a une surface frontale 46 et des surfaces arrière combinées 47 a et 47 b d'une surface totale plus grande que la surface frontale 46. Le corps de soupape 35 possède un premier siège de soupape 50 contre lequel porte un bord extérieur conique du piston 45 afin de fermer la soupape Un dispositif d'actionnement désigné par la référence 52 comprend un bouchon d'extrémité 53 qui constitue une partie du corps de soupape 35 Des vis 54 fixent le bouchon d'extrémité sur une partie restante du corps de soupape 35 Un cylindre 55, de préférence pneumatique, est f ormé dans le bouchon d'extrémité 53 et reçoit un piston 56 équipé de joints Le piston est relié à une tige 57 sur laquelle se trouvent des moyens de soupape comprenant une surface conique 60 qui vient en appui contre un deuxième siège de soupape 61 lorsque la tige se trouve en avant afin de fermer la chambre 43 par rapport à un passage de purge 62 L'extrémité avant de la tige 57 est pourvue d'un segment fileté 57 b sur lequel se trouve un clapet 64 qui est porté dans un alésage 59 et vient en appui dans la surface frontale 46 du piston 45 Sur la tige 57 se trouve également un diffuseur 65 qui est en forme de disque et est fixé sur la tige 57 d'une manière assurant le déplacement du diffuseur avec la tige Un ressort hélicoïdal 49 pousse le piston 45 vers l'avant en direction d'une position fermée La tête 42 du corps de soupape est fixée sur le bouchon 53 et sur un élément de corps de soupape intermédiaire 67 par des vis 68 qui sont espacées de manière circonférentielle autour de la tête 42 avec chaque vis qui passe à travers des alésages définis dans la tête et à travers des alésages alignés dans l'élément de corps de soupape intermédiaire 67 Des logements taraudés sont prévus dans des ailes 70 qui se trouvent à intervalle autour du cylindre 55 afin de recevoir les segments d'extrémité filetés des vis 68. La tête 42 et l'élément de corps de soupape intermédiaire 67 sont par conséquent fixés sur le bouchon d'extrémité 53 avec un écoulement axial de fluide entre les orifices d'entrée et de sortie 33 et 34 qui se fait grâce aux passages 37 à 40 Un clapet anti-retour de purge à bille est représenté en 63. L'arrivée du fluide dans et la sortie du fluide du cylindre 55 se font grâce aux passages 72 et 73 avec chacun des raccords 74 et 75 alimentés par une conduite de fluide. La description suivante du fonctionnement de la soupape s'applique aux deux formes du présent ensemble de soupape représenté, avec la séquence d'actionnement de soupape qui est la même pour les deux formes mais avec les modèles d'écoulement qui sont respectivement angulaire et axial dans les deux formes de réalisation décrites Sur la figure 1, l'admission d'un fluide sous pression dans l'extrémité borgne du cylindre 15 par l'intermédiaire de la conduite 17 sert à déplacer le piston 14 vers l'avant afin de déplacer le clapet 23 et le diffuseur 24 dans la même direction. L'avance du diffuseur 24 le déplace en butée avec la surface arrière 6 B du piston 4 afin de déplacer vers l'avant le piston en direction du siège 7 Le fluide à la pression de conduite passe vers l'arrière au- delà du clapet décollé 23, ce fluide étant freiné dans son passage dans la chambre 3 par le passage à travers les orifices 24 A du diffuseur L'avance poursuivie du piston 4 en direction du siège 7 se fait grâce au dispositif d'actionnement 14 jusqu'à ce que les moyens de soupape 21 butent contre le siège 22 afin d'empêcher le fluide sortir de la chambre Par conséquent, lors de la fermeture des moyens de soupape 21, la chambre 3 est mise sous pression à la pression de conduite entrant par le clapet 23, cette pression agissant sur des surfaces arrière combinées de piston 6 A et 6 B afin d'impartir un déplacement final au piston 4 de façon à mettre en appui sa surface frontale 5, d'une surface moindre, contre le siège 7 La soupape est maintenant fermée et reste fermée jusqu'à un actionnement ultérieur du dispositif d'actionnement 14 L'ouverture de l'ensemble de soupape par le mouvement vers l'arrière du piston 4 est obtenue par l'admission de la pression dans le cylindre de dispositif d'actionnement 15 au moyen de la conduite 16 afin de démarrer le mouvement vers l'arrière du piston 14 de façon à mettre en appui le clapet 23 dans la surface de paroi avant 5 du piston Simultanément, les moyens de soupape 21 se décollent du siège 22 afin de purger la chambre 3 par l'intermédiaire du passage de purge 27 La pression de conduite agit sur la surface frontale de piston 5 du piston alors que la pression de fluide dans la chambre 3 est libérée par le passage de purge 27, le clapet anti-retour 28 et la sortie 9 La pression de conduite agissant sur la surface frontale de piston 5 entraîne un déplacement vers l'arrière du piston et l'ouverture de l'ensemble de soupape. Une forme de réalisation satisfaisante du présent ensemble de soupape utilise des surfaces arrière combinées de piston 6 A et 6 B et 47 A et 47 B d'une surface 46 % plus grande que les surfaces frontales correspondantes 5 et 46 des pistons 4 et 45. REVENDICATIONS 1 Soupape avec un dispositif d'actionnement, caractérisée en ce qu'elle comporte: un corps de soupape ( 2; 35) ayant une entrée ( 8; 33) et une sortie ( 9; 34), un premier siège de soupape ( 7; 50) sur ledit corps de soupape ( 2; 35) à proximité de ladite entrée ( 8; 33); un piston ( 4; 45) pouvant engager ledit siège de soupape ( 7; 50) et mobile dans une chambre ( 3; 43) dans ledit corps de soupape ( 2; 35), ledit piston ( 4; ) ayant une surface frontale ( 5; 46) en communication avec ladite entrée ( 8; 33) et une surface arrière ( 6 A, 6 B; 47 A, 47 B) définissant partiellement ladite chambre ( 3; 43) et d'une surface supérieure à ladite surface frontale ( 5; 46), un passage de purge ( 27; 62) dans ledit corps de soupape ( 2; 35) en communication commandée avec ladite chambre ( 3; 43) et avec ladite sortie ( 9; 34), une tige de soupape ( 20; 57) ayant un clapet ( 23; 64) disposé dans ladite surface frontale ( 5; 46) du piston ( 4; 45), des moyens de soupape ( 21; 61) disposés le long de ladite tige ( 20; 57) pour coopération avec un deuxième siège de soupape ( 22; 60) dans ledit corps de soupape ( 2; 35) afin de commander l'écoulement de fluide depuis ladite chambre ( 3; 43) en passant par ledit passage de purge ( 27; 62), et un dispositif d'actionnement relié à ladite tige de soupape ( 20; 57) afin de déplacer la tige ( 20; 57) dans une direction permettant de décoller ledit clapet ( 23; 64) et fermer lesdits moyens de soupape ( 21; 61) afin d'admettre la pression de fluide de ladite entrée ( 8; 33) dans ladite chambre ( 3; 43) de façon à mettre celle-ci sous pression et rappeler la surface arrière ( 6 A, 6 B; 47 A, 47 B) dudit piston ( 4; 45) afin de déplacer celui-ci en avant de façon à engager ledit premier siège de soupape ( 7; 50) afin de fermer ladite entrée ( 8; 33), ledit dispositif d'actionnement pouvant fonctionner dans une direction opposée afin de rétracter ladite tige ( 20; 57) de façon à fermer ledit clapet ( 23; 64) et ouvrir lesdits moyens de soupape ( 21; 61) afin de purger la pression dans ladite chambre ( 3; 43) de façon à permettre à la pression de fluide dans ladite entrée ( 8; 33) de déplacer vers l'arrière ledit piston ( 4; 45) et faire communiquer l'entrée ( 8; 33) et la sortie ( 9; 34). 2 Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit corps de soupape ( 35) comprend un logement ( 36) définissant ladite entrée ( 33) et ladite sortie ( 34) qui se trouvent aux extrémités opposées dudit logement ( 36). 3 Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit dispositif d'actionnement est d'un type qui répond à la pression. 4 Ensemble de soupape, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps de soupape ( 2; 35) ayant une entrée ( 8; 33) soumise à une pression de conduite et une sortie ( 9; 34) et définissant une chambre ( 3; 43), un élément de commande d'écoulement ( 4; 45) qui répond à la pression de fluide dans ladite chambre ( 3; 43) et ladite entrée ( 8; 33) pour un mouvement rectiligne dans ledit corps de soupape ( 2; 35), un passage de fluide ( 10;59) dans ledit élément de il commande d'écoulement pour l'admission de fluide de ladite entrée ( 8; 33) dans ladite chambre ( 3; 43), un dispositif d'actionnement, une tige ( 20; 57) positionnée axialement par ledit dispositif d'actionnement et comprenant une soupape ( 23; 64) commandant l'écoulement de fluide de ladite entrée ( 8; 33) dans ladite chambre ( 3; 43) en passant par ledit passage ( 10; 59), des moyens de soupape ( 21; 61) sur ladite tige ( 20; 57) bloquant l'évacuation de fluide de ladite chambre ( 3;43) lorsque la tige ( 20; 57) est dans une position avant, des moyens ( 29; 49) sur ladite tige ( 20; 57) qui appliquent un mouvement de fermeture initiale sur ledit élément de commande d'écoulement ( 4; 45), ledit mouvement de fermeture initial de ladite tige ( 20; 57) agissant de façon à décoller ladite soupape ( 23; 64) pour l'admission de pression de fluide par ledit passage ( 10; 59) dans ladite chambre ( 3; 43) et afin de fermer lesdits moyens de soupape ( 21; 61) de façon à bloquer l'évacuation de fluide de ladite chambre ( 3; 43), et ledit élément de commande d'écoulement ayant des surfaces frontale ( 5; 46) et arrière ( 6 A, 6 B; 47 A, 47 B) de taille différente avec la surface arrière ( 6 A, 6 B; 47 A, 47 B) qui est plus grande que la surface frontale ( 5; 46), la pression de fluide dans ladite chambre ( 3; 43) contribuant au mouvement de fermeture terminal dudit élément de commande d'écoulement ( 4; ), la pression de conduite dans ladite entrée ( 8; 33) agissant sur la surface frontale ( 5; 46) de l'élément de commande d'écoulement ( 4; 45) afin d'appliquer un mouvement d'ouverture vers l'arrière sur ledit élément de façon à ouvrir l'ensemble de soupape. Ensemble de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite soupape ( 23; 64) est un clapet, ladite surface frontale ( 5; 46) dudit élément de commande d'écoulement ( 4; 45) ayant un siège pour ledit clapet ( 23; 64). 6 Ensemble de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit corps de soupape ( 35) comprend un logement ( 36), ladite entrée ( 33) et ladite sortie ( 34) étant disposées de manière opposée sur ledit logement ( 36). 7 Ensemble de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit corps de soupape ( 2; 35) définit un passage en communication avec ladite sortie ( 9; 34) afin de diriger le fluide de ladite chambre ( 3; 43) vers ladite sortie ( 9; 34). 8 Ensemble de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 29; 49) sur ladite tige ( 20; 57) comprennent des moyens à ressort ( 29; 49) rappelant ladite tige ( 20; 57) et ledit clapet ( 23; 64) vers une position ouverte. 9 Ensemble de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite tige ( 20; 57) comprend un diffuseur ( 24; 65) limitant l'écoulement de fluide dans ladite chambre ( 3; 43). 10 Soupape, caractérisée en ce qu'elle comporte: un corps de soupape ( 2; 35) ayant une entrée ( 8; 33) et une sortie ( 9; 34) et un siège de soupape ( 7; 50) à proximité de ladite entrée ( 8; 33), une chambre ( 3; 43) dans ledit corps de soupape ( 2; 35), un piston ( 4; 45) destiné à venir en butée avec ledit siège ( 7; 50) afin de fermer la soupape et ayant une surface frontale ( 5; 46) soumise à la pression de fluide dans ladite entrée ( 8; 33), ledit piston ( 4; 45) ayant une surface arrière ( 6 A, 6 B; 47 A, 47 B) d'une surface supérieure à ladite surface frontale ( 5; 46) et soumise à la pression de fluide dans ladite chambre ( 3; 43), un dispositif d'actionnement; une tige de soupape ( 20; 57) positionnée par ledit dispositif d'actionnement et s'étendant à travers ledit piston ( 4; 45), des premiers moyens de soupape ( 23; 64) sur ladite tige ( 20; 57) permettant lorsqu'ils sont ouverts l'entrée dans ladite chambre ( 3; 43) de fluide provenant de ladite entrée ( 8; 33), des seconds moyens de soupape ( 21; 61) sur ladite tige ( 20; 57) destinés à bloquer simultanément l'évacuation de fluide de ladite chambre ( 3; 43) de sorte que ladite chambre ( 3; 43) est mise sous pression et le piston ( 4; 45) est avancé en engagement avec ledit siège ( 7; 50) afin de fermer la soupape, et ledit dispositif d'actionnement agissant de façon à positionner ladite tige ( 20; 57) afin de fermer lesdits premiers moyens de soupape ( 23; 64) et ouvrir lesdits seconds moyens de soupape ( 21; 61) de façon à permettre à la pression de fluide dans ladite entrée ( 8; 33) de décoller ledit piston ( 4; 45) et permettre l'écoulement de fluide de ladite entrée ( 8; 33) vers ladite sortie ( 9; 34). 11 Soupape selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite tige de soupape ( 20; 57) est rappelée vers l'avant par ressort, lesdits premiers moyens de soupape ( 23; 64) sont rappelés par ressort vers une position décollée par rapport audit piston ( 4; ). 12 Soupape selon la revendication 10, caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de soupape ( 21; 61) arrêtent l'évacuation de fluide de ladite chambre ( 3; 43) immédiatement avant la butée du piston ( 4; 45) avec le siège de soupape ( 7; 50) de sorte que la pression de fluide dans ladite chambre ( 3; 43) effectue la mise en appui du piston ( 4; 45) avec le siège de soupape ( 7; 50). 13 Soupape selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite première soupape ( 23; 64) est un clapet logé de façon coulissante dans ledit piston ( 4; 45). 14 Soupape selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit corps de soupape ( 35) comprend un logement ( 36) avec des passages dirigés axialement ( 37 à 40) à travers lesquels passe le fluide lorsque ledit piston ( 4; 45) est décollé.