Brevet FR2717549A1 — publié le 19950922

Vanne à clapet roulant. La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux vannes pour commander l'écoulement d'un fluide, notamment d'un liquide, comportant un clapet mobile apte à obturer ou découvrir un orifice d'écoulement du fluide s'ouvrant dans une surface d'un corps. Les vannes actuellement utilisées pour la commande d'écoulement des fluides, en particulier des liquides, sont des dispositifs qui comportent des organes ajustés et qui à ce titre exigent des usinages. Les vannes à clapet tournant ou à boisseaux exigent un usinage précis aussi bien du clapet que du siège du corps de vanne recevant ce clapet. Les vannes à clapet à mouvement axial ou à tiroir nécessi- tent au moins un usinage au niveau des sièges et en outre, en fonctionnement, se posent le problème de l'effort nécessaire au déplacement du clapet du "gommage" des joints ainsi que le problème de l'effort nécessaire au déplacement du clapet dans le courant de fluide. D'une façon générale, ces vannes sont coûteuses et sont de ce fait réservées à des applications de grande technicité, telles que l'équipement de réseaux de distribu- tion d'eau potable ou non potable, etc. Mais elles ne conviennent pas, en raison de leur prix, pour des applica- tions dites "grand public" pour lesquelles les conditions de fabrication les plus économiques sont recherchées. En outre les vannes classiques, à organes ajustés, sont sensibles aux impuretés, telles que du sable, de la terre, etc. présentes dans le liquide, et il existe alors des risques sérieux de grippage, voire de coincement définitif de l'organe mobile nécessitant le démontage de la vanne pour son nettoyage, voire pour le remplacement de certains organes. L'invention a essentiellement pour but de proposer une structure originale de vanne qui, tout en conférant un fonctionnement efficace et fiable, soit de conception très simple, robuste, aisée à fabriquer, ne nécessitant pas d'entretien même dans le cas du contrôle de l'écoulement d'un liquide contenant des impuretés; en particulier il est recherché un agencement qui ne requière aucun ajustement mécanique précis entre le clapet et son siège et qui par conséquent ne nécessite pas d'usinages coûteux. En conséquence, l'invention a, d'une façon générale, également pour but de proposer une structure de vanne économique qui puisse être utilisée dans du matériel de grande diffusion dit "grand public", tel que par exemple le matériel hydraulique employé pour assurer l'alimentation en eau d'une piscine de jardin. A ces fins, une vanne agencée conformément à l'invention se caractérise essentiellement en ce que: - le clapet est de forme compacte, est élastiquement déformable au moins superficiellement et est monté, a libre rotation autour d'un axe, sur des moyens de support, - le clapet possède une dimension transversale à son axe de rotation, comptée depuis l'axe jusqu'à sa région périphé- rique à l'état non déformé élastiquement, qui est supé- rieure à la distance dudit axe à la surface présentant l'orifice lorsque le clapet est en position d'obturation de l'orifice, - et les moyens de support sont agencés pour, lors de la fermeture de la vanne, approcher le clapet de la surface présentant l'orifice sous une incidence nulle ou relati- vement faible par rapport à celle-ci de manière que, au moins en fin d'approche, le clapet roule sur la surface jusqu'à coiffer l'orifice. Ainsi, grâce à un tel agencement, le clapet, lorsqu'il est amené à coiffer l'orifice, est repoussé contre l'orifice par les moyens de support et est déformé élasti- quement, au moins superficiellement, sur l'orifice qu'il obture alors de façon étanche. Une vanne agencée conformément à l'invention présente l'avantage fondamental que le clapet peut être réalisé, en tout ou en partie, en un matériau élastique peu coûteux tel que du caoutchouc synthétique, voire une mousse à cellules fermées, ou en une combinaison de tels matériaux. En outre, en raison de l'absence de pièces ou de parties à conformation ajustée de façon précise, notamment par usinage, il est possible que la quasi totalité des pièces composantes soit fabriquée par moulage ou par injection en matières synthétiques. C'est donc alors l'ensemble de la vanne (siège, clapet, support mobile du clapet, voire corps de vanne) qui peut être fabriqué en matière(s) synthéti- que(s) dans des conditions de coûts particulièrement intéressantes pour des dispositifs d'application "grand public" destinés à être fabriqués en très grandes séries. Dans un premier mode de réalisation possible, les moyens de support sont agencés pour être déplacés approxima- tivement linéairement, soit sensiblement parallèlement à la surface, soit sous une incidence relativement faible par rapport à celle-ci, pour qu'arrivé au moins au voisinage de l'orifice le clapet roule sur ladite surface. Dans un second mode de réalisation possible, qui en pratique est préféré en raison des facilités qu'il offre pour la commande du mouvement des moyens de support du clapet (commande en rotation, éventuellement à travers un démultiplicateur à engrenages, à partir d'un moteur électri- que), les moyens de support sont montés pivotant et la distance de l'axe de pivotement à la région du clapet obturant l'orifice est élastiquement réductible sous l'action d'un effort axial exercé sur le clapet. Dans ce dernier cas, pour rendre élastiquement réductible la distance de l'axe de pivotement à la région du clapet obturant l'orifice, on peut prévoir que des moyens élastiquement compressibles, fonctionnels selon la direction passant par les axes de rotation du clapet et de pivotement des moyens de support, sont associés aux moyens de support pour autoriser une variation élastique de la distance entre l'axe de pivotement desdits moyens de support et/ou l'axe de rotation du clapet sur lesdits moyens de support ou bien encore, de façon distincte de la disposition qui précède ou en combinaison avec celle-ci, que le clapet soit constitué, au moins périphériquement ou en totalité, en un matériau élastiquement compressible, ledit matériau pouvant être notamment une matière caoutchouteuse ou une mousse à cellules fermées. Le roulement du clapet sur la surface incluant l'orifice sera plus aisé à obtenir si le contour de la section droite du cla- pet est symétrique autour de l'axe de rotation dudit clapet.sur les moyens de support; un fonctionnement optimum sera obtenu si le clapet est choisi parmi un cylindre de révolution, une sphère, un segment sphérique, un tronc de cône, un prisme, et si la surface incluant l'orifice présente une forme propre à provoquer le roulement du clapet, savoir une forme plane, courbe ou incurvée en gouttière. Dans un mode de réalisation qui est préféré en raison de l'obturation particulièrement bien étanche qu'il est possible d'obtenir, l'orifice est situé au fond d'une gouttière creusée dans la surface du corps et de dimension transversale sensiblement inférieure au diamètre du clapet et, en position d'obturation du clapet, le matériau consti- tutif du clapet est localement comprimé et déformé de manière à s'imprimer dans ladite gouttière et à obturer de façon étanche l'orifice. Une vanne agencée conformément à l'invention est susceptible de donner lieu à un très grand nombre de modes de réalisation aptes à satisfaire des besoins techniques très divers avec des coûts très faibles. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains de ses modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1AA, lAB, lB et 1C sont des schémas très simples illustrant respectivement trois étapes du fonctionnement d'une vanne agencée conformément à l'inven- tion; - les figures 2 et 3 montrent schématiquement, en coupe, deux modes de réalisation intéressants de vannes agencées conformément à l'invention; - les figures 4A, 4B et 4C montrent schématiquement, en vue en bout, respectivement trois exemples de constitu- tion d'un clapet pour une vanne conforme à l'invention; - la figure 5 montre schématiquement un exemple de constitution des moyens de support d'un clapet.pour une vanne conforme à l'invention; - la figure 6 montre schématiquement en perspective un mode de réalisation préféré d'une vanne conforme à l'invention; et - les figures 7 et 8 montrent schématiquement, en coupe, deux autres modes de réalisation conformes à l'inven- tion. En se référant aux figures 1A à 1C, il va tout d'abord être expliqué ci-après le principe de constitution et de fonctionnement d'une vanne agencée conformément à l'invention pour commander l'écoulement d'un fluide, notamment d'un liquide, cette vanne comportant un clapet mobile 1 apte à obturer ou découvrir un orifice 2 d'écoule- ment du fluide s'ouvrant dans une surface 3 d'un corps 4. Le clapet 1 est de forme compacte, avantageuse- ment symétrique, et de préférence choisie parmi un cylindre de révolution, une sphère, un segment sphérique, un tronc de cône; une forme prismatique peut également être envisagée comme expliqué plus loin. Il est monté, à libre rotation autour d'un axe 5 coïncidant avec son axe de symétrie, sur des moyens de support 6 qui ne sont pas représentés sur les figures 1A à 1C (des exemples en seront donnés plus loin) et dont la direction d'action sur le clapet 1 est schématisée par une flèche désignée par la même référence numérique 6. Le clapet 1 est élastiquement déformable au moins superficiellement et des exemples concrets de réalisation seront indiqués plus loin. Par ailleurs, le clapet 1 possède une dimension à transversale à son axe de rotation 5, comptée depuis l'axe 5 jusqu'à sa région périphérique à l'état non déformé élastiquement, qui est supérieure à la distance 6 dudit axe à la surface 3 présentant l'orifice 2 lorsque le clapet 1 est en position d'obturation de l'orifice 2. Enfin, les moyens de support sont agencés pour, lors de la fermeture de la vanne, approcher le clapet 1 de la surface 3 présentant l'orifice 2 sous une incidence nulle (fig. 1AA) -le clapet 1 étant alors en permanence en appui contre la surface 2 et roulant sur celle-ci (flèche 7)- ou relativement faible (fig. 1AB) par rapport à ladite surface 3, de manière telle que, au moins en fin d'approche du clapet 1 de l'orifice 2, le clapet 1 vienne au contact de la surface 3 et roule sur celle-ci (flèche 8) -voir fig. 1B- jusqu'à ce qu'il coiffe entièrement l'orifice 2 (fig. 1C); dans cette dernière position, il est repoussé contre l'orifice 2 par les moyens de support (flèche 6) et est déformé élastiquement, au moins superficiellement, sur l'orifice 2 qu'il obture alors de façon étanche. La surface 3 sur laquelle roule le clapet 1 est avantageusement conformée en concordance avec la forme particulière du clapet 1 de manière à provoquer le roulement du clapet 1. En particulier une surface plane ou courbe est à envisager dans le cas o le clapet est de forme cylindrique ou tronconique, ou encore prismatique. Une surface incurvée en gouttière peut être envisagée dans le cas d'un clapet de forme prismatique à petit nombre de côté (section triangulaire ou carrée par exemple), ou encore dans le cas d'une forme quelconque du clapet pour favoriser une bonne étanchéité à la fermeture comme expliqué plus loin. La figure 2 représente, très schématiquement, un exemple de réalisation des moyens de support 6 dans le cas, illustré dans son principe à la figure 1AA, o le clapet 1 est maintenu en permanence en appui contre la surface 3 (incidence d'approche nulle). Dans ce cas, le clapet 1 est monté à libre rotation à l'extrémité d'un bras 9 qui est supporté de manière à être déplaçable longitudinalement (double flèche 10) sous l'action de moyens d'entraînement non montrés. Des moyens d'appui élastique -constitués par exemple par un manchon de guidage 11 traversé sans jeu à libre coulissement par le bras 9 et un ressort 12 agissant sur le manchon 11- repoussent le bras 9 en direction de la surface 3 de manière que le clapet 1 demeure en permanence en appui sur celle-ci et roule sur celle-ci lorsque le bras 9 est déplacé. Le ressort 12 repousse le clapet 1 en appui d'obturation étanche contre l'orifice 2, en position d'obturation. Un montage sensiblement analogue à celui de la figure 2, mais avec le bras 9 légèrement incliné par rapport à la surface 3, conduirait à un fonctionnement avec déplace- ment linéaire avec approche de la surface 3 sous incidence relativement faible illustré dans son principe à la figure l AB. Toutefois, un autre exemple de réalisation corres- pondant également à un fonctionnement avec approche de la surface 3 sous incidence relativement faible tel qu'illustré dans son principe à la figure 1 AB, est, de façon préférée, constitué comme représenté schématiquement à la fig. 3. Le clapet 1 est alors monté à libre rotation à l'extrémité d'un bras 13 qui est pivotant (double flèche 14), à son autre extrémité, sur un axe 15 situé approximativement en regard de l'orifice 2. La distance D de l'axe de pivotement 15 à la région longitudinalement opposée ou région d'obturation du clapet 1 est élastiquement réductible sous l'action d'un effort axial exercé sur le clapet 1. Autrement dit, la longueur totale D du clapet 1 et de son bras de support 13 en dehors de sa position d'obturation est supérieure à la distance d de l'axe de pivotement 15 à la surface 3. A cette fin, il est possible d'agencer le bras 13 avec des moyens élastiquement compressibles 16, fonctionnels selon la direction passant par les axes de rotation 5 du clapet 1 et de pivotement 15 du bras 13, afin d'autoriser une variation élastique de la distance de ces deux axes. A cet effet, l'axe de rotation 5 du clapet et/ou l'axe de pivotement 15 du bras peuvent être montés flottants, avec ressort de rappel, sur le bras 13; et/ou encore le bras 13 peut, comme représenté à la fig. 5, être constitué en deux tronçons 13a et 13b emboîtés l'un dans l'autre à libre coulissement par leur extrémité commune, avec interposition d'un ressort de compression 17. De façon distincte des dispositions précédentes ou en combinaison avec celles-ci, il est également possible sur le clapet 1 soit constitué en tout ou partie en un matériau élastiquement compressible, tel qu'une matière caoutchou- teuse ou une mousse à cellules fermées. Ce matériau peut constituer la totalité du clapet 1 (fig. 4A), une zone périphérique 18 du clapet (fig. 4B), ou bien une zone centrale (moyeu) 19 du clapet (fig. 4C), ou bien encore une zone intermédiaire. Un mode de réalisation intéressant du clapet tournant de la fig. 3 est représenté à la fig. 6. L'orifice 2 est alors situé au fond d'une gouttière ou cuvette 20 creusée dans la surface 3 du corps 4. Dans l'exemple représenté d'un clapet cylindrique de révolution, la gout- tière 20 est allongée parallèlement à l'axe 5 du clapet et l'orifice 2 est lui-même de forme allongée selon la même direction. La largeur de la gouttière 20 est sensiblement inférieure au diamètre du clapet. Dans la position d'obtura- tion représentée, le matériau constitutif du clapet (par exemple une mousse à cellules fermées) est localement comprimé et déformé de manière à s'imprimer dans la gout- tière 20 et à épouser la surface de celle-ci, ce qui accroit l'étanchéité de l'obturation tout en stabilisant le clapet dans sa position de fermeture. Une bonne étanchéité d'obturation pourrait également être obtenue dans un agencement inverse du précédent, l'orifice 2 s'ouvrant dans une saillie 21 de la surface 3, comme représenté à la fig. 7, des moyens de blocage (non montrés) associés aux moyens de support de l'axe 5 du clapet 1 permettant de maintenir de façon stable ledit clapet 1 sur la saillie 21 pour obturer de façon étanche l'orifice 2. Enfin, la figure 8 illustre un mode de réalisation mettant en oeuvre un clapet 1 en forme de prisme de section transversale sensiblement carrée. L'orifice 2 s'ouvre au fond d'une creusure allongée 22 en forme de dièdre à parois sensiblement perpendiculaires (autrement dit l'orifice 2 présente des bords chanfreinés à 45 ), de sorte que, dans la position d'obturation illustrée à la figure 8, le clapet 1 s'emboîte dans la creusure 22 par deux de ses faces adjacen- tes. L'ouverture est obtenue en faisant rouler (ici vers le bas) le clapet 1 sur la surface 3 pour le dégager hors de l'orifice 2. Pour faciliter ce roulement, la surface 3 peut avantageusement présenter, sous la creusure 22 et parallèle- ment à celle-ci, une encoche 23 destinée à recevoir le dièdre, adjacent au dièdre obturateur, du clapet 1 qui porte contre la surface 3 au cours du roulement (flèche 24). Dans les différents exemples qui ont été exposés ci- dessus, le clapet 1 peut avantageusement être constitué, en totalité, ou centralement, ou périphériquement, en une mousse à cellules fermées de nature relativement souple (facilement déformable), avec une dureté Shore d'environ 55 à 60. Un clapet ainsi constitué est approprié pour contrôler un écoulement de liquide sous une pression de l'ordre de quelques 105 Pascals, par exemple une pression pouvant aller jusqu'à 2 ou 3 x 105 Pa qui correspond à l'ordre de grandeur habituel de la pression de pompage pour le recyclage de l'eau d'une piscine individuelle de type grand public. En outre, on notera que les clapets considérés sont fonction- nellement appropriés lorsque la pression du liquide agit dans un sens tendant à appliquer le clapet sur son siège (sens allant de la droite vers la gauche sur les figures annexées), ce qui a pour avantage de confirmer l'étanchéité de l'obturation. Dans le cas o la circulation du liquide s'effectuerait en sens inverse, la pression viendrait agir à l'encontre de l'effort mécanique d'obturation auquel le clapet est soumis et, conjointement avec la souplesse de la mousse envisagée plus haut, l'étanchéité de l'obturation risquerait de ne plus être assurée de façon aussi fiable; le recours à une mousse moins souple, ayant une dureté Shore plus élévée, nécessiterait alors des efforts de fonctionne- ment plus importants et serait moins intéressant sur le plan économique. Par ailleurs, les exemples plus particulièrement envisagés précédemment de clapet associé à des moyens de support pivotants, qui correspondent sans doute aux applica- tions les plus courantes envisageables pour l'invention, mettent en oeuvre des moyens de support qui travaillent en compression; toutefois d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés, toujours en restant dans le cadre de l'invention, qui mettraient en oeuvre des moyens de support du clapet travaillant en traction. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui prcède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'applicaiton et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Vanne pour commander l'écoulement d'un fluide, notamment d'un liquide, comportant un clapet mobile (1) apte à obturer ou découvrir un orifice (2) d'écoulement du fluide s'ouvrant dans une surface (3) d'un corps (4), caractérisée en ce que - le clapet (1) est de forme compacte, est élastiquement déformable au moins superficiellement et est monté, à libre rotation autour d'un axe (5), sur des moyens de support (6), - le clapet (1) possède une dimension (A) transversale à son axe de rotation (5), comptée depuis l'axe jusqu'à sa région périphérique à l'état non déformé élastiquement, qui est supérieure à la distance (6) dudit axe (5) à la surface (3) présentant l'orifice (2) lorsque le clapet (1) est en position d'obturation de l'orifice, - et les moyens de support (6) sont agencés pour, lors de la fermeture de la vanne, approcher le clapet (1) de la surface (3) présentant l'orifice (2) sous une incidence nulle ou relativement faible par rapport à celle-ci de manière que, au moins en fin d'approche, le clapet (1) roule sur la surface (3) jusqu'à coiffer l'orifice (2), ce grâce à quoi, lorsque le clapet (1) coiffe l'orifice, il est repoussé contre l'orifice (2) par les moyens de support (6) et est déformé élastiquement, au moins superficielle- ment, sur l'orifice (2) qu'il obture alors de façon étanche. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de support (6) sont agencés pour être déplacés approximativement linéairement, soit sensiblement parallèlement à la surface, soit sous une incidence relati- vement faible par rapport à celle-ci, pour qu'arrivé au moins au voisinage de l'orifice (2) le clapet (1) roule sur ladite surface (3). 3. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de support (6) sont montés pivotant et en ce que la distance (D) de l'axe de pivotement (15) à la région du clapet obturant l'orifice est élastiquement réductible sous l'action d'un effort axial exercé sur le clapet. 4. Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que, pour rendre élastiquement réductible la distance de l'axe de pivotement à la région du clapet obturant l'orifi- ce, des moyens élastiquement compressibles (16), fonction- nels selon la direction passant par les axes de rotation (5) du clapet et de pivotement (15) des moyens de support, sont associés aux moyens de support pour autoriser une variation élastique de la distance entre l'axe de pivotement desdits moyens de support et/ou l'axe de rotation du clapet sur lesdits moyens de support. 5. Vanne selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que, pour rendre élastiquement réductible la distance entre l'axe de pivotement des moyens de support et la région du clapet obturant l'orifice, le clapet (1) est constitué, au moins périphériquement, en un matériau élastiquement compressible. 6. Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le clapet est constitué par une masse d'un matériau élastiquement compressible. 7. Vanne selon la revendication 5 et 6, caractérisée en ce que le matériau élastiquement compressible est une matière caoutchouteuse ou une mousse à cellules fermées. 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le contour de la section droite du clapet (1) est symétrique autour de l'axe de rotation dudit clapet sur les moyens de support. 9. Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que le clapet (1) est choisi parmi un cylindre de révolution, une sphère, un segment sphérique, un tronc de cône, un prisme, et en ce que la surface (3) incluant l'orifice (2) présente une forme propre à provoquer le roulement du clapet (1), savoir une forme plane, courbe ou incurvée en gouttière. 10. Vanne selon les revendications 1 à 9, caractéri- sée en ce que l'orifice (2) est situé au fond d'une gout- tière (20) creusée dans la surface (3) du corps (4) et de dimension transversale sensiblement inférieure au diamètre du clapet (1) et en ce que, en position d'obturation du clapet, le matériau constitutif du clapet est localement comprimé et déformé de manière à s'imprimer dans ladite gouttière et à obturer de façon étanche l'orifice.