Brevet FR2703423A1 — publié le 19941007

VANNE DE REGULATION DU TYPE A BILLE OU A BOISSEAU La présente invention concerne une vanne de régulation du type à bille ou à boisseau ayant un corps définissant un logement pour un élément d'obturation agencé pour définir un passage de communication entre un conduit d'entrée et un conduit de sortie lorsque la vanne est en position ouverte et pour obturer ce passage lorsque la vanne est en position fermée. Il existe actuellement différents dispositifs permettant de réguler ou de couper le passage d'un fluide dans un conduit. Les dispositifs couramment utilisés sont les vannes à passage direct, les vannes du type "papillon" et les robinets à tournant sphérique. Cependant, lorsque les fluides circulant à travers ces dispositif sont des fluides chargés, colmatants, cristallisants ou pulvérulents, différents problèmes apparaissent. Dans le cas du passage d'un fluide chargé de déchets à travers une vanne à passage direct, il arrive fréquemment qu'unie particule solide reste coincée dans l'opercule de la vanne. Il n1 est alors plus possible de placer l'obturateur dans une position adéquate et l'étanchéité de la vanne n est plus assurée. De plus, le mécanisme de la vanne se trouve dans la veine fluide et de ce fait, est particulièrement sollicité et devient donc très vulnérable Dans le cas d'une vanne du type "papillon", un obturateur pivotant ouvre ou ferme le passage entre un conduit d'entrée et un conduit de sortie. Lorsque la vanne est en position ouverte, l'obturateur est situé dans une veine fluide.Il est de ce fait soumis à une abrasion importante si le fluide n' est pas exempt de toutes particules, et n' assure plus l' étanchéité de la vanne après un temps d' utilisation relativement court. De plus, cet obturateur provoque des turbulences, ce qui érode le siège et crée des pertes de charges importantes. Lorsque l'on utilise des robinets à tournant sphérique, lors de la fermeture de la vanne, le fluide s 'insère entre la sphère et le siège. Ceci aboutit rapidement à une perte d' étanchéité. De plus, lorsque 1' on désire utiliser ce type de vanne comme vanne de régulation, des remous et des pertes de charge particulièrement importantes se produisent Il en résulte une fatigue qui peut conduire à la rupture de la vanne, à des vibrations qui en provoquent l'usure prématurée et à un bruit qui peut être désagréable. Tous ces défauts nécessitent un changement fréquent des vannes, ce qui entraîne des pertes de temps et d'argent non négligeables. La vanne idéale pour des applications utilisant des fluides tels que mentionnés ci-dessus, devrait présenter les caractéristiques suivantes: - offrir un passage absolument libre pour éviter l'abrasion et le colmatage; - n' avoir aucune pièce mécanique en mouvement dans le fluide; - comporter un élément d' obturation permettant d' obtenir l' étanchéité sans qu'il se détériore même s'il reste des particules solides à l'intérieur de la vanne; - ne permettre aucun contact entre le fluide et le corps. La présente invention se propose de pallier les inconvénients cités en référence aux vannes conventionnelles en proposant une vanne présentant les caractéristiques décrites ci-dessus. Ce Dut est atteint par une vanne telle que définie en préambule et caractérisée en ce que 1' élément d'obturation est équipé d'au moins une poche gonflable à l'aide d' un fluide sous pression, de façon à obturer pneumatiquement ledit passage de communication. Selon le mode de réalisation préféré, la poche gonflable est réalisée au moyen d' un matériau élastomère étanche à l' air et aux fluides traversés par la vanne. Ledit matériau élastomère étanche est de préférence formé de pIusieurs couches texturées. Selon le mode de réalisation préféré, la poche gonflable est reliée à un conduit d' amenée du fluide de gonflage traversant l'élément d' obturation . obturation. De façon avantageuse, la poche gonflable comporte une partie intérieure de forme sensiblement cylindrique dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre dudit passage de communication et les extrémités de ladite poche sont fixées audit élément d'obturation de part et d'autre de ce passage. Selon une première forme de réalisation, les extrémités de la poche sont fixées audit élément d'obturation au moyen de deux bagues disposées de part et d'autre dudit élément d'obturation. Selon un deuxième mode de réalisation, les extrémités de la poche sont fixées audit élément d'obturation au moyen de deux bagues latérales disposées de part et d'autre d'une partie centrale, lesdites bagues latérales étant fixées au moyen de vis à ladite partie centrale. Selon un troisième mode de réalisation, le matériau élastomère entoure entièrement la bille ou le boisseau, tout en laissant un passage de communication entre le conduit d'entrée et le conduit de sortie, et en définissant une poche gonflable disposée dans ledit passage de communication. Dans cette forme de réalisation la vanne comporte avantageusement deux conduits d'amenée du fluide de gonflage, l'un de ces conduits traversant la bille ou le boisseau et débouchant dans une partie de la poche gonflable située dans le passage de communication, l'autre conduit débouchant dans une partie de la poche gonflable en contact avec le corps de la vanne. Selon un quatrième mode de réalisation, la vanne comporte un insert intérieur engagé dans ie passage de communication et recouvert d'un cylindre de matière élastomère formant ladite poche gonflable. Ledit insert intérieur comporte avantageusement au moins une ouverture reliée au conduit d'amenée du fluide de gonflage, cette ouverture étant agencée pour permettre l'introduction du fluide dans ladite poche gonflable. Ledit insert comporte de préférence un filetage extérieur agencé pour coopérer avec un filetage intérieur de l'élément d'obturation. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description d' exemples de réalisation en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'une vanne à bille selon la présente invention en position ouverte; - la figure 2 est une vue en coupe de la vanne de la figure 1 en position de régulation; - la figure 3 est une vue en coupe de la vanne de la figure 1 en position fermée; - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe d'un deuxième mode de réalisation d' une vanne selon la présente invention respectivement en position ouverte et fermée; - les figures 6 et 7 sont des vues en coupe d'une troisième forme de réalisation d' une vanne selon la présente invention respectivement en position ouverte et fermée; ; - les figures 8 et 9 sont des vues en coupe d'une quatrième forme de réalisation d'une vanne du type à boisseau selon la présente invention respectivement en position ouverte et fermée; - la figure 10 est une vue en coupe d'une cinquième forme de réalisation d'une vanne selon la présente invention en position ouverte avec dépression; - la figure 11 est une vue en coupe de la vanne de la figure 10, en position ouverte, à pression normale; - la figure 12 est une vue en coupe de la vanne de la figure 10, en position fermée, avec surpression; et - la figure 13 est une vue en coupe d'une sixième forme de réalisation d'une vanne selon la présente invention. En référence aux figures 1 à 3, la vanne 10 comporte un corps 11 définissant un logement 12 dans lequel est placé un élément d'obturation 13 comportant un passage de communication 13' entre un conduit d'entrée et un conduit de sortie (non représentés). Cet élément d'obturation 13 est représenté dans cet exemple sous la forme d'une bille sphérique. Il comporte une partie centrale 14 et deux bagues latérales 15 et 15' ainsi qu' une poche gonflable 16. Cette poche 16 est réalisée en un matériau élastomère étanche au fluide introduit pour la gonfler, ainsi qu'au fluide qui traverse la vanne. Elle est de forme cylindrique et son diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre des conduits d entrée et de sortie lorsque la pression à l'intérieur de la poche est approximativement egale à la pression atmosphérique de sorte que, lorsque la vanne 10 est en position ouverte, elle offre un passage sensiblement cylindrique reliant le conduit d' entrée au conduit de sortie. Les extrémités de la poche 16 sont maintenues entre la partie centrale 14 de l' élément d'obturation et les deux bagues latérales 15, 15' au moyen de vis de fixation des bagues latérales sur la partie centrale, de façon que lorsque l'on gonfle la poche 16, le fluide de gonflage ne puisse pas s'échapper de ladite poche.Le corps 11 de la vanne comporte en outre un conduit d' amenée 18 du fluide de gonflage traversant le corps de la vanne et débouchant dans la poche gonflable 16. En introduisant le fluide sous pression par ce conduit d' amenée 18, la poche 16 se gonfie ce qui diminue la section du passage de communication 13' et par conséquent, le débit de la vanne. Le réglage de la pression de la poche gonflable 16 assure une fonction de régulation du débit de la vanne. Pour fermer la vanne, il suffit de faire pivoter la bille de façon à ce que le passage de communication 13' ne soit pas en contact avec le conduit d'entrée ou le conduit de sortie. Les figures 4 et 5 représentent une forme de réalisation dans laquelle la vanne 20 est pourvue d'une bille 21 rotative montée dans le corps 22. Cette bille 21 est évidée et pourvue de deux ouvertures circulaires 23a et 23b agencées pour constituer ledit passage de communication reliant le conduit d' entrée au conduit de sortie. Elle comporte en outre deux gorges annulaires 24, 24' réalisées aux extrémités du passage de communication. Dans cette réalisation, la poche de gonflage se présente sous la forme d'un cylindre 25, en matière élastomère étanche, monté dans le passage de communication et dont les extrémités sont maintenues de manière étanche par deux bagues 26, 26' insérées respectivement dans les gorges annulaires 24, 24'. La bille 21 est équipée d'une poignée 27 pour commander sa rotation.Dans ce mode de réalisation, le conduit d'amenée 28 du fluide de gonflage est disposé selon l'axe de rotation de la bille 21. Dans la forme de réalisation illustrée par les figures 6 et 7, la vanne 30 comporte une bille sphérique 31 munie de deux gorges périphériques 32, 32'. L'axe de ces gorges est sensiblement confondu avec l'axe du passage de communication 33 reliant le conduit d'entrée au conduit de sortie. La poche gonflable 34 est constituée d'un cylindre 35 en matière élastomère. Ce cylindre 35 est introduit dans le passage 33 et ses extrémités sont pliées vers l'extérieur de façon à pouvoir être introduites dans les gorges 32, 32'. Dans une variante de réalisation, les deux gorges cylindriques 32 et 32' peuvent être jointes de manière à ne former qu'une seule gorge diamétrale. Le montage du cylindre de matière élastomère sur la bille est toutefois identique dans les deux cas. Les figures 8 et 9 représentent un mode de réalisation dans lequel la bille sphérique 21 des figures 4 et 5 est remplacée par un boisseau constitué d'un bloc cylindrique 40 associé à deux calottes sphériques. Ce mode de réalisation présente les mêmes caractéristiques de fonctionnement que le mode de réalisation précédent. En particulier, le conduit d'amenée 41 du fluide de gonflage est coaxial avec l'axe de pivotement du boisseau 40 de manière à ce quil reste sensiblement immobile lorsque l'on pivote ce boisseau. Les figures 10 à 12 illustrent un mode de réalisation dans lequel la vanne 50 comporte une bille sphérique 51. Cette bille est entièrement entourée d'une poche gonflable 52 tout en ménageant un passage 53 entre le conduit d'entrée et le conduit de sortie. Elle est en outre solidaire d' une poignée 54 de commande de sa rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe des conduits d'entrée et de sortie. Un conduit d' amenée 55 du fluide de gonflage traverse le corps de la bille 51 et débouche dans le passage 53 de la poche gonflable. Un autre conduit d'amenée 55' du fluide de gonflage traverse le corps de la vanne et la matière élastomère entourant la bille 51 et débouche dans la partie de la poche gonflable 52 qui est en contact avec le corps de la vanne.Ces deux conduits sont coaxiaux avec l'axe de pivotement de la bille. Lorsque l'utilisateur veut fermer la vanne en tournant la bille, il crée une légère dépression dans la partie de la poche gonflable en contact avec le corps de la vanne au moyen du conduit 55' (figure 10). Cette dépression permet la création d'un espace 56 entre ledit corps de la vanne et la bille, ce qui facilite son pivotement. Dans le cas ou la pression dans la poche est normale (figure 11), l'espace entre le corps de la vanne 50 et la poche 52 est inexistant, ce qui assure un maintien en place de la bille 51. Lorsque l'on introduit une pression importante dans la poche gonflable 52 au moyen des conduits 55 et 55' (figure 12), la vanne 50 se ferme et la bille 51 est bloquée en position dans le corps. La figure 13 représente une forme de réalisation d'une vanne 60 dont la bille comporte un alésage fileté 61 constituant un passage de communication 62 entre un conduit d'entrée et un conduit de sortie. Cet alésage 61, comporte par exemple au voisinage du conduit d'entrée, un tronçon 63 d'un diamètre sensiblement égal au diamètre des conduits d'entrée et de sortie, et un tronçon 64 de diamètre légèrement plus grand. Un insert cylindrique creux 65 est logé dans ledit alésage fileté 61. Cet insert comporte un filetage extérieur 66 agencé pour coopérer avec le filetage de l'alésage 61, et un bourrelet d' arrêt annulaire 67. La longueur de l' insert 65 est sensiblement égale à la longueur de l'alésage 61 et le bourrelet d'arrêt 67 est positionné de telle manière que lorsqu'il prend appui contre le tronçon 63 de petit diamètre de l'alésage 61, les extrémités de l'insert 65 concordent sensiblement avec les extrémités de l'alésage 61.Un joint d'étanchéité 68 est en outre prévu entre le bourrelet d'arrêt 67 et le tronçon 63, de façon à empêcher au fluide traversant la vanne, de s'infiltrer entre la bille et l'insert 65. La surface intérieure de cet insert est recouverte d'un cylindre 69 de matériau élastomère étanche dont les extrémités sont collées ou serties sur le diamètre extérieur de l' insert 65. Ce dernier comporte en outre une ouverture 70 disposée dans le prolongement d' un conduit d'amenée 71 du fluide de gonflage, de façon que le cylindre 69 de matériau élastomère constitue une poche gonflable 72 assurant une fonction de régulation de la vanne. Cette réalisation présente l'avantage de permettre un changement facile de la poche gonflable 72 si elle se détériore ou si elle ne convient pas au fluide traversant cette vanne. Les vannes réalisées selon la présente invention et comportant une bille ou un boisseau rotatifs présentent les avantages cités ci-dessus. La vanne peut être fermée par rotation de l'élément d'obturation sans gonfler la poche gonflable, en le tournant d'un quart de tour. Cette possibilité est particulièrement avantageuse lorsque l'on désire nettoyer ou déboucher le passage de communication. La présente invention n' est pas limitée aux exempies de réalisation décrits ci-dessus, mais s'étend à toute modification évidente pour l'homme de l'art. En particulier, le mode de fixation de la poche gonflable peut être de n'importe quel type pour autant qu'il permette de réaliser une fixation étanche et qu'il résiste à la pression dans la poche lorsqu'elle est gonflée. Ce mode de fixation peut comporter le soudage, le collage, le pincement par insert ou par des pièces de fixation. La bille ou le boisseau peuvent être réalisés en n'importe quelle matière adéquate et notamment en acier, en une matière plastique rigide ou en caoutchouc mousse recouvert d'une couche de matière étanche. Dans le cas d'une bille évidée, le gonflement de la poche gonflable peut être produit par d'autres moyens que par l'introduction de fluide sous pression. Ces moyens peuvent etre électriques, chimiques, magnétiques, thermiques, ou mécaniques. Revendications 1. Vanne de régulation du type à bille ou à boisseau ayant un corps définissant un logement pour un élément d'obturation agencé pour définir un passage de communication entre un conduit d' entrée et un conduit de sortie lorsque la vanne est en position ouverte et pour obturer ce passage lorsque la vanne est en position fermée, caractérisé en ce que l'élément d'obturation (13) est équipé d'au moins une poche (16, 34, 52, 72) gonflable à l'aide d'un fluide sous pression, de façon à obturer pneumatiquement ledit passage de communication (13', 62). 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poche gonflable (16, 34, 52, 72) est réalisée au moyen d' un matériau élastomère étanche à l'air et aux fluides traversant la vanne. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau élastomère étanche constituant la poche gonflable (16, 34, 52, 72) est formé de plusieurs couches texturées. 4. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poche gonflable (16, 34, 52, 72) est reliée à un conduit d'amenée (18, 28, 41, 55, 71) du fluide de gonflage traversant 1' élément d'obturation. 5. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poche gonflable (16, 34, 72) comporte une partie intérieure de forme sensiblement cylindrique dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre dudit passage de communication (13'), et en ce que les extrémités de ladite poche (16, 34, 72) sont fixées audit élément d'obturation (13) de part et d'autre de ce passage. 6. Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que les extrémités de la poche sont fixées audit élément d' obturation au moyen de deux bagues (26, 26') disposées de part et d'autre dudit élément d'obturation. 7. Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que les extrémités de la poche (16) sont fixées audit élément d'obturation au moyen de deux bagues latérales (15, 15') disposées de part et d'autre d'une partie centrale (14), lesdites bagues latérales (15, 15') étant fixées au moyen de vis à ladite partie centrale (14). 8. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau élastomère entoure entièrement la bille (51) ou le boisseau, tout en ménageant un passage de communication (53) entre le conduit d'entrée et le conduit de sortie, et en définissant une poche gonflable (52) disposée dans ledit passage de communication. 9. Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte deux conduits d'amenée t55, 55') du fluide de gonflage, l'un de ces conduits (55) traversant la bille ou ie boisseau et débouchant dans une partie de la poche gonflable (52) située dans le passage de communication (53), l'autre conduit (55') débouchant dans une partie de la poche gonflable (52) en contact avec le corps de la vanne. 10. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un insert intérieur (65) engagé dans le passage de communication (62) et recouvert d'un cylindre (69) de matière élastomère formant ladite poche gonflable (72). 11. Vanne selon ia revendication 10, caractérisée en ce que ledit insert intérieur (65! comporte au moins une ouverture (70) reliée au conduit d'amenée (71) du fluide de gonflage, agencée pour permettre l'introduction du fluide dans ladite poche gonflable (72). 12. Vanne selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit insert comporte un filetage extérieur (66) agencé pour coopérer avec un filetage intérieur (61) de l'élément d'obturation (60).