Brevet FR2720134A1 — publié le 19951124

La présente invention est relative à un organe disposant d'orifices, éventuellement de dimensions variables permettant le réglage du débit ou de la pression d'un fluide liquide ou gazeux, véhiculé au travers d'une conduite. Ces organes sont plus communément appelés vannes et constituent l'un des actionneurs principaux dans les procédés de transformation et d'élaboration des secteurs industriels classiques, notamment dans le domaine de l'agro-alimentaire, ou de la chimie lourde ou fine Elle vise plus particulièrement la transformation de vannes "Tout ou Rien" en vannes adaptées au réglage de débit ou de pression. Les vannes "Tout ou Rien" actuelles sont utilisées comme organes de fermeture de circuit hydraulique, et elles ne présentent que des caractéristiques très médiocres pour la régulation de débit ou de pression. En effet, une bonne vanne de réglage de débit doit permettre de lier le débit de fluide que l'on veut faire circuler à la perte de charge engendrée par la vanne en fonction de la position de son obturateur. Pour avoir la meilleure caractéristique, on recherche une évolution de la perte de charge générée et étalée sur la plage de course maximum (la plus proche de 900 pour une vanne tournante). La perte de charge générée devra autant que possible permettre un débit peu supérieur au débit maxi demandé en position d"'ouverture" et peu inférieur à celui mini demandé en position proche de la position de fermeture. De même, pour obtenir une bonne progressivité et une bonne régulation exempte de pompage, il est en général souhaitable d'obtenir une progression de la section de passage proportionnelle à la course (courbe linéaire). Les constructeurs de vannes de réglage de débit sont amenés à proposer aux utilisateurs des abaques déterminant les caractéristiques de leurs vannes et le Kv (Cv), coefficient exprimant le débit d'eau que laisse passer la vanne grande ouverte sous une pression de 1 bar (ou 1 PSI). Malgré les calculs, il arrive parfois que la vanne travaille de façon anormale et que les conditions de fonctionnement prévues ne puissent être obtenues ou que le fonctionnement soit instable. Dans ce cas, I1 est en général nécessaire de changer la vanne et de prendre le modèle supérieur ou inférieur (problème de délai d'échange) et une modification de tuyautage de l'installation. Les vannes de réglage de débit sont souvent des vannes dites "à clapet" en raison de la facilité de réalisation de la forme la mieux adaptée du siège et du clapet. Dans ce type de vanne, la poussée du fluide s'exerce directement sur le clapet et si elle est (dans certains cas non prévus) trop importante pour la puissance du vérin, elle peut conduire à des mouvements parasites de la vanne qui nuiront à la bonne qualité de la régulation. Dans la majorité des cas, les vannes de réglage de débit ne sont pas étanches en position de fermeture, ce qui conduit à les juxtaposer à des vannes "Tout ou Rien" et en augmente le court et l'encombrement. La présente invention vise donc à pallier ces inconvénients en proposant d'utiliser des vannes "Tout ou Rien", en les équipant de sièges à placer de part et d'autre de l'obturateur pour augmenter la sensibilité de réglage desdites vannes. A cet effet, la vanne comprenant un corps pourvu d'un organe d'obturation, notamment à papillon ou à boisseau sphérique, placé entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'un fluide en circulation, se caractérise en ce qu'elle est munie d'au moins un siège, ce siège possédant, dans la zone en regard dudit organe d'obturation, une zone de profil concave, ledit siège étant en outre éventuellement traversé par au moins une ouverture de dimensions et de formes appropriées, afin de modifier les caractéristiques de fonctionnement de ladite vanne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures - la figure 1 est une vue en coupe, en élévation plane, d'une vanne selon l'invention pourvue de sièges - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1, de la vanne selon l'invention - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 1, de la vanne selon l'invention - la figure 4 est une vue en perspective d'un siège équipant une vanne selon l'invention. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, conçu pour une application aux vannes "Tout ou Rien" comportant un organe d'obturation 1 en forme de papillon, on dispose au plus près de l'obturateur, éventuellement sur chaque face du corps 2 de la vanne, un siège 3 se présentant préférentiellement sous forme d'une bride ou d'une rondelle. La face 4 montée vers l'obturateur 1 papillon est usinée selon un profil concave 5 pour que le disque du papillon puisse évoluer librement pendant sa course (sur 900). Lorsque le papillon évolue sur sa course de 900 (ou plus) son diamètre extérieur définit sur la face concave 5 une zone particulière appelée zone de régulation (elle représente sensiblement la moitié (ou plus) de la surface concave moins l'épaisseur du papillon). L'autre zone (50% du diamètre de passage) demeure ouverte pour laisser passer le liquide provenant de la zone de régulation du siège opposé. La variation de section nécessaire dans la "zone de régulation" peut être obtenue de deux façons différentes. Dans un mode de réalisation ne comportant qu'un seul siège, la zone de régulation demeure, tandis que l'autre zone représentant 50% du diamètre de passage est fermée. Selon une caractéristique avantageuse, l'usinage concave est sphérique et présente un rayon très légèrement supérieur à celui du papillon 1, pour que ce dernier puisse évoluer librement dans la cavité ainsi créée. Le jeu entre papillon et siège 3 est aussi faible que possible car il y a "fuite de liquide" entre les deux, risquant d'altérer les caractéristiques souhaitées. Par ailleurs, la zone de régulation de profil concave sphérique dispose d'au moins une ouverture 6, de géométrie appropriée pour obtenir les caractéristiques voulues, notamment réalisée sous la forme d'une fente rectangulaire, triangulaire à coins rayonnés, circulaire etc.. ; cette ouverture 6 traverse le siège 3 de part en part et est découverte progressivement en fonction de la course de l'organe d'obturation 1. Selon une caractéristique avantageuse, l'usinage concave est ellipsoidal (ou sphérique avec un décalage du centre), le petit axe étant légèrement supérieur au diamètre du papillon, le grand axe étant défini pour offrir en position d'ouverture du papillon la section maxi nécessaire entre le papillon 1 et le siège 3 pour obtenir le Kv souhaité et dans ce cas, il n'existe pas d'ouverture 6. En fonction du Kv souhaité, la vanne est pourvue de deux sièges symétriques ou différents ou d'un seul siège de section de passage adaptée. L'ensemble de la vanne papillon, des (ou du) sièges 3 est pré-assemblé par une pluralité de vis, pour être monté entre deux brides soudées sur la canalisation. Les sièges sont perçés de trous 7 d'assemblage de même diamètre et sur un même diamètre de perçages que ceux du corps de vanne permettant le passage des tirants 8 d'assemblage au travers de l'ensemble. Des joints d'étanchéité sont également prévus entre les différentes pièces assemblées. Selon un autre mode préféré de réalisation de l'invention, conçu pour une application aux vannes "Tout ou Rien" comportant un organe d'obturation en forme de boisseau sphérique, on dispose sur ces vannes d'au moins un siège 3 au plus près du boisseau sphérique, dont le diamètre extérieur est identique à celui du siège 3 standard de la vanne à équiper. Le siège 3 présente une partie sphérique concave 5, de forme identique à celle décrite ci-dessus dans le cas des vannes papillon. La partie extérieure au diamètre du boisseau permet une zone d'étanchéité, le centre ayant un diamètre égal ou très légèrement supérieur à celui dudit boisseau. En fonction des vannes à équiper, l'épaisseur du siège est adaptée aux conditions de service de la vanne (pression, débit). La partie concave 5, quasiment borgne sur tout son diamètre, comporte au moins une ouverture 6 de forme appropriée, notamment une fente rectangulaire, triangulaire à coins rayonnés, circulaire etc.., pour obtenir les caractéristiques souhaitées de fonctionnement, cette ouverture 6 traversant de part en part le siège 3. Dans sa course, la lumière du boisseau découvre progressivement la surface de l'ouverture du siège. L'invention telle que décrite ci-dessus offre de nombreux avantages tels que notamment - utilisation de vannes standard construites en grandes séries, donc d'un coût de revient faible compte tenu des quantités produites - possibilité d'emploi de vannes au diamètre nominal de la canalisation, le Kv de la vanne étant fonction des sièges. La vanne reste donc inchangée, quelles que soient les caractéristiques demandées - possibilité d'adaptation aisée du Kv de la vanne en cas de mauvaise connaissance ou de modification des conditions de fonctionnement, par simple échange des sièges très facilement interchangeables sans modification de l'installation. - utilisation de vannes quart de tour, donc pas de poussée parasite sur le clapet due à la circulation du fluide. - les vannes construites à partir de ce principe ont une position de fermeture étanche comme les vannes "Tout ou Rien" dont elles sont issues. Une fois transformées, ces vannes pourront être utilisées en tant que - Vannes manuelles de réglage fin du débit en les équipant d'une tête de commande manuelle à réglage micrométrique - Vannes modulantes automatiques en les équipant d'un actionneur électrique ou pneumatique rotatif avec positionneur permettant de manoeuvrer l'axe d'entrainement de l'obturateur (papillon ou boisseau sphérique). On prendra la précaution pour les vannes automatiques de les équiper de coussinets auto-lubrifiants sur les axes. I1 demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Vanne comprenant un corps (2) pourvu d'un organe d'obturation (1), notamment à papillon ou à boisseau sphérique, placé entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'un fluide en circulation, caractérisée en ce qu'elle est munie d'au moins un siège (3), ce siège possédant dans la zone en regard dudit organe d'obturation (1), une zone de profil concave (5), ledit siège étant en outre éventuellement traversé par au moins une ouverture (6) de dimensions et de formes appropriées, afin de modifier les caractéristiques de fonctionnement de ladite vanne. 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone du siège (3) en regard dudit organe d'obturation (1) présente un profil concave sphérique. 3 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone du siège (3) en regard dudit organe d'obturation (1) présente un profil concave ellipsoïdal. 4 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone du siège (3) en regard dudit organe d'obturation (1) présente un profil concave sphérique avec un décalage du centre. 5 - Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ouverture (6) réalisée de part dudit siège (3) possède une géométrie appropriée pour obtenir les caractéristiques voulues, notamment réalisée sous la forme d'une fente rectangulaire, triangulaire à coins rayonnés, circulaire. 6 - Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le siège (3) présentant un profil concave (5) comporte une partie ouverte. 7 - Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le siège (3) présentant un profil concave (5) comporte une partie borgne. 8 - Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les sièges (3) sont perçés de trous d'assemblage (7) de même diamètre et sur un même diamètre de perçages que ceux du corps de vanne permettant le passage des tirants (8) d'assemblage au travers de l'ensemble, des joints d'étanchéité étant également prévus entre les différentes pièces assemblées.