Brevet FR2727734A1 — publié le 19960607

BREVET D'lVVENTION VANNE DE REGLAGE A DOUBLE DEBIT. La présente invention concerne une vanne de réglage à double débit, notamment pour son utilisation sur des installations industrielles et de chauffage. I1 est en général recherché dans les installations industrielles et de chauffage une bonne précision de réglage à tous les régimes d'écoulement des fluides dans la vanne. Dans l'art antérieur, le réglage du débit est effectué en réduisant la course de la vanne, ce qui a pour conséquence de réduire l'ouverture entre le clapet et son siège. Pour les faibles débits, cette ouverture est d'autant plus faible que la section du siège est plus élevée. Ceci a pour inconvénient de provoquer un effet venturi au niveau de l'écoulement dont la vitesse augmente dans des proportions importantes. Ces vitesses élevées provoquent une érosion rapide du système de détente et, à court terme, un dysfonctionnement de la vanne.Le but de l'invention est donc de proposer une vanne qui puisse être utilisée dans des diamètres nominaux assez importants, tout en permettant des réglages précis du débit, sans avoir les inconvénients d'érosion des systèmes antérieurs. De telles vannes peuvent être utilisées sur tout fluide dans des diamètres nominaux allant de 15 à 250 mm et pour des pressions variant de 10 à 250 bars avec des températures de fonctionnement de - 196-C à + 500 C. Ce but est atteint par le fait que la vanne de réglage à double débit est constituée d'un corps pourvu d'une chambre cylindrique et dans laquelle un système d'obturation est placé, et ceci est caractérisé en ce que le système est un système de détente à double débit. Selon une autre particularité, le système de détente à double débit est constitué d'un clapet principal coulissant, coopérant avec un siège principal de vanne pour constituer un système de détente de régime nominal, le clapet principal étant pourvu en son fond d'un orifice formant un second siège coopérant avec un clapet pilote pour constituer un système de détente de bas régime et de moyens de maintien du système de détente de régime nominal en position de fermeture tant que le système de détente de bas régime n'est pas en position d'ouverture totale. Selon une autre particularité, les moyens de maintien sont constitués d'un chapeau solidaire du clapet principal en forme de douille et dont le fond constitue le second siège pour le clapet pilote, ledit chapeau étant pourvu d'un alésage de coulissement du clapet pilote et d'au moins un orifice de communication avec la chambre interne formée par la douille et le chapeau, et des moyens élastiques maintenant le clapet pilote en butée sur le second siège. Selon une autre particularité, le clapet pilote est relié à la tige d'actionnement de la vanne permettant, par coulissement du clapet pilote dans le corps du clapet principal, de faire venir en butée contre le chapeau un épaulement du clapet pilote pour entraîner le clapet principal par le clapet pilote, lors de déplacements de plus grande amplitude de ce dernier. Selon une autre particularité, l'appui de l'épaulement du clapet pilote sur le chapeau est prévu pour maintenir un passage d'écoulement du fluide entre la partie supérieure du chapeau et ladite chambre interne. Selon une autre particularité, le clapet principal coulisse dans une chemise séparant la chambre de la vanne partiellement en deux volumes interne et externe, ladite chemise coopérant de façon étanche avec le siège principal de vanne et étant pourvue d'un orifice placé à sa partie supérieure et éloigné du siège principal pour mettre en communication les deux volumes et permettre le débit du clapet pilote lorsque le clapet principal est fermé, la dite chemise étant pourvue également d'orifices à proximité du siège principal pour permettre l'écoulement du fluide lorsque le clapet principal est décollé du siège principal. Selon une autre particularité, l'épaulement est une bague maintenue en place sur le corps du clapet pilote par une goupille. Selon une autre particularité, les moyens élastiques sont disposés entre l'épaulement et le fond du clapet principal. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente une vue en coupe de la vanne selon l'invention invention la figure 2 représente une vue de détail de la vanne en coupe dans sa position de fermeture la figure 3 représente une vue de détail en coupe de la vanne dans une position clapet pilote ouvert ; la figure 4 représente une vue en coupe de la vanne en position de plein débit. L'invention représentée aux figures 1 à 3 est constituée d'une vanne comportant un corps principal (1), un couvercle (10) obturant le corps principal (1) et un système à double détente incorporé dans une chambre principale (13) du corps principal (1). Le corps (1) comporte une canalisation d'amenée de fluides (11) et une canalisation d'évacuation des fluides (12). La canalisation (11) d'amenée de fluides communique avec la chambre principale (13).Cette chambre principale (13) est divisée en deux volumes, l'un extérieur (131), l'autre intérieur (17, 18), par une chemise (4) cylindrique qui vient fermer l'extrémité supérieure de la chambre principale cylindrique (13) par un rebord annulaire (43) à la figure 2 et des joints (16) d'étanchéité disposés de part et d'autre de ce rebord annulaire (43) permettent d'assurer l'étanchéité entre le corps (1), le couvercle (10) de la vanne et la chemise cylindrique (4). Ce couvercle (10) est pourvu d'un puits central obturé de façon étanche à son extrémité par un presse étoupe (14). Dans ce puits central, circule une tige (7), laquelle est rendue solidaire à une de ses extrémités d'un clapet pilote (5). L'extrémité de cette tige (7) comporte un filetage (72) qui vient se visser dans un orifice borgne taraudé (51) formé dans le clapet pilote (5).L'extrémité de la partie filetée se prolonge par un téton (71) (figure 4), dans lequel un perçage transversal permet la mise en place d'une goupille (6) (figure 2) qui passe également à travers un perçage transversal effectué sur le clapet pilote (5). Ceci permet d'une part, de bloquer en rotation le clapet pilote (5) sur la tige (7), d'autre part, de maintenir en translation une rondelle annulaire (56) percée également d'un orifice dans lequel passe la goupille (6). Cette rondelle annulaire (56) vient en butée sur un épaulement (52, fig. 2) du clapet pilote (5). L'extrémité inférieure du clapet pilote (5) a une forme adaptée, par exemple ovoide, de façon à assurer une bonne étanchéité avec le siège (31) associé à ce clapet pilote et une loi de débit prédéterminée. Le siège (31) du clapet pilote (5) est constitué par un orifice central percé dans le fond (32) d'un clapet principal (3), dont la section est substantiellement en forme de douille comportant une paroi cylindrique (33). Cette paroi cylindrique (33) du clapet principal (3) coulisse dans l'alésage cylindrique intérieur de la chemise (4). Cette paroi cylindrique (33) est pourvue, à une certaine distance de son extrémité chanfreinée constituant le clapet principal, des gorges circulaires (331), dans lesquelles sont disposés segments d'étanchéité et de guidage (20. La surface extérieure adjacente au fond et à la surface cylindrique (33) forme un clapet qui assure l'étanchéité avec le siège principal (2). Ce siège principal (2) est vissé dans une partie filetée du corps (1) débouchant dans la canalisation d'évacuation (12).Le siège principal (2) assure également l'étanchéité partielle avec la chemise (4) de façon à ce que le volume de la chambre (13) soit divisé en deux volumes, l'un extérieur (131), l'autre intérieur (17, 18). Un ressort (22) est disposé dans le volume intérieur (18) du clapet principal (3) et vient appuyer d'une part sur le fond (32) de celui-ci, et d'autre part sur la rondelle de butée (56). La partie supérieure ouverte du clapet principal (3) en forme de douille est obture par un chapeau (23). Ce chapeau (23) est pourvu d'au moins un orifice (231) permettant de mettre en communication la partie supérieure de la chambre interne (17), délimitée par le volume intérieur de la chemise (4) à proximité du couvercle (10), avec la partie intérieure à la douille et au chapeau (23) qui forme le volume (18). Le siège principal (2) assure son étanchéité partielle avec la chemise (4) par un alésage cylindrique (24) à la dimension exacte de l'alésage intérieur de cette chemise. La chemise (4) est pourvue à proximité du siège principal (2) de perçages transversaux (42) permettant la communication entre la chambre (131) et le volume intérieur au siège (2) constitué par l'alésage (25), de façon à permettre l'évacuation des fluides par la tuyauterie d'évacuation (12). Enfin, la chambre (4) comporte à sa partie supérieure et à proximité du rebord (43) un perçage calibré (41) mettant en communication le volume (17) avec la canalisation (11) d'arrivée des fluides. En fonctionnement, lorsque la tige (7) est dans sa position la plus basse, le clapet pilote (5) est en appui sur le siège (31) du clapet principal (3), et le clapet principal (3) est en appui sur le siège (2) rendant ainsi la circulation des fluides arrivant par la canalisation (11) impossible vers la sortie (12).Dans la position de fermeture, le fluide traverse la vanne par l'orifice calibré (41) et vient au-dessus du clapet principal (3), le clapet pilote (5) étant fermé, la force appliquée sur le clapet principal (3) sera d'autant plus forte que la pression du fluide sera élevée, ceci entraînera une parfaite étanchéité à la fermeture.Lorsque la tige (7) est actionnée vers le haut, dans un premier temps, correspondant au bas régime, c'est-à-dire aux écoulements de faible débit, le débit est déterminé par l'espace séparant le second siège (31) du clapet pilote (5). Ce débit est limite par l'orifice (41) qui est calibre de façon à ce que le débit par cet orifice corresponde au débit maximal admissible par le clapet pilote (5), lorsque celui-ci est en position rétractée maximale, c'est-à-dire lorsque la bague (56) est en butée sur l'épaulement (232) du chapeau (23). L'épaulement (232) est formé de façon que, le clapet pilote étant en position de retrait maximal, les orifices (231) du chapeau (23) ne soient pas obturés par la bague (56) et qutun espace, permettant l'écoulement, soit ménagé entre le chapeau (23) et cette bague (56). Le régime nominal s'obtient lorsque la tige (7) continue à reculer et que la bague (56) du clapet pilote (5) vient en butée sur le chapeau (23) du clapet principal (3).Dans cette position, la pression dans le volume (17) est pratiquement égale à celle régnant en dessous du clapet principal (3) du fait du calibrage de l'orifice (41). Cette pression équilibrée au-dessus et au-dessous du clapet principal (3) facilite son ouverture sans à-coups lors de l'entraînement de ce clapet principal (3) par la bague (56), qui vient en butée sur l'épaulement (232) du chapeau (23), lors de la poursuite du déplacement de la tige (7). Entraîné par la motorisation et par l'action du clapet pilote (5) sur le chapeau (23), le clapet principal (3) s'ouvre et le débit principal est alors réglé par la position du clapet principal (3), qui dégage plus ou moins les ouvertures (42) formées dans la chemise (4). Ce type de vanne présente l'avantage que, pour les bas régimes et les débits faibles, elle fonctionne comme si le diamètre nominal de la vanne était plus faible. Ceci supprime donc l'inconvénient dus à l'érosion des systèmes antérieurs par accroissement important des vitesses d'écoulement des fluides au niveau du clapet. En outre, ce type de vanne étanche à la fermeture est équilibré pendant les deux stades de détente, petit et plein débit, et offre une grande plage de régulation, quelque soit le différentiel de la pression entre l'amont et l'aval. Par suite de l'équilibre réalisé au niveau des pressions, ce type de vanne présente l'avantage de ne nécessiter que des motorisations de faible puissance pour son actionnement. Ceci est très intéressant lors de l'utilisation pour des raisons de sécurité de servomoteurs pneumatiques simplifiés fonctionnant en fermeture par manque d'air. En outre, les motorisations de faible puissance ont pour avantage également de limiter les coûts des installations. Toute modification à la portée de l'homme de métier fait également partie de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Vanne de réglage à double débit, installée dans un corps pourvu d'une chambre cylindrique (13) et dans laquelle un système d'obturation est placé, caractérisée en ce que le système est un système de détente (3-5) à double débit. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de détente à double débit est constitué d'un clapet principal (3) coulissant, cooperant avec un siège principal (25) de vanne pour constituer un système de détente de régime nominal, le clapet principal étant pourvu en son fond (32) d'un orifice (31) formant un second siège coopérant avec un clapet pilote (5) pour constituer un système de détente de bas régime et de moyens (22) de maintien du système de détente de régime nominal en position de fermeture tant que le système de détente de bas régime n'est pas en position d'ouverture totale. 3. Vanne selon la revendication 2 caractérisée en ce que, les moyens de maintien sont constitués d'un chapeau (23) solidaire du clapet principal (3) en forme de douille et dont le fond (32) constitue le second siege (31) pour le clapet pilote (5), ledit chapeau (23) étant pourvu d'un alésage de coulissement du clapet pilote (5) et d'au moins un orifice de communication (231) avec la chambre intérieure(18) formée par la douille et le chapeau (23), et des moyens élastiques (22) maintenant le clapet pilote (5) en butée sur le second siège (31). 4. Vanne selon la revendication 3 caractérisée en ce que, le clapet pilote (5) est relié à une tige d'actionnement (7) de la vanne permettant, par coulissement du clapet pilote (5) dans le chapeau (23), de faire venir en butée contre le chapeau (23) un épaulement (56) du clapet pilote (5) pour entraîner le clapet principal (3) par le clapet pilote (5), lors de déplacements de plus grande amplitude de ce dernier. 5. Vanne selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'appui de l'épaulement (56) du clapet pilote (5) sur le chapeau (23) est prévu pour maintenir un passage d'écoulement du fluide entre la partie supérieure du chapeau (23) et ladite chambre intérieure (18). 6. Vanne selon une des revendications 2 à 5 caractérisée en ce que le clapet principal (3) coulisse dans une chemise (4) séparant la chambre (13) de la vanne en deux volumes interne (17) et externe (131), ladite chemise (4) coopérant de façon partiellement étanche avec le siège principal (2) de vanne et étant pourvue d'un orifice (41) placé à sa partie supérieure et éloigné du siège principal pour mettre en communication les deux volumes (131, 17) lorsque les clapets principal et pilote sont en appui, ladite chemise (4) étant pourvue egalement d'orifices (42) à proximité du siège principal pour permettre l'écoulement du fluide lorsque le clapet principal (3) est décollé du siège principal (25). 7. Vanne selon la revendication 4 ou 5 caractérisée en ce que l'épaulement (56) est une bague maintenue en place sur le corps du clapet pilote par une goupille (6). 8. Vanne selon la revendication 3 caractérisée en ce que les moyens élastiques (22) sont disposés entre l'épaulement (56) et le fond (32) du clapet principal(3).