Brevet FR2741417A1 — publié le 19970523

VANNE DE REGLAGE ET D'ARRET D'UN FLUIDE GAZEUX OU LIOUIDE. La présente invention concerne une vanne de réglage et d'arrêt d'un fluide gazeux ou liquide, utilisable en vue d'effectuer des dosages de fluide en continu avec de faibles débits. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la réalisation des chloromètres servant au traitement de l'eau, qui exigent une précision relativement importante pour des débits de fluide pouvant, par exemple, descendre jusqu'à 0,6 g/heure de fluide. Les vannes de réglage de débit habituellement utilisées pour les applications de ce genre sont de type à pointeau coulissant. Elles comprennent plus particulièrement un corps muni de deux alésages sécants en communication mutuelle et formant une cavité en forme de T dont la branche verticale constitue un premier conduit de circulation de fluide (par exemple le conduit d'admission), tandis que l'une des demi-branches horizontales constitue l'autre conduit de circulation du fluide (par exemple le conduit d'échappement). La deuxième demi-branche horizontale de la cavité sert alors de réceptacle à une tête de vanne incluant le mécanisme d'actionnement d'un pointeau. Ce pointeau, mobile axialement sous l'effet d'un organe de commande, présente une extrémité en forme d'aiguille apte à venir s'engager coaxialement dans l'orifice de passage de fluide d'un siège séparant les deux conduits de circulation au niveau de leur jonction. En raison de la forme effilée de cette extrémité, un déplacement de la position axiale du pointeau provoque une variation de la section de passage du fluide entre l'aiguille et l'orifice du siège, et donc une variation de débit. Compte tenu de la précision recherchée ainsi que de l'agressivité du fluide véhiculé, le pointeau est réalisé en un matériau noble, conformé avec précision et est particulièrement coûteux. Il comprend habituellement une extrémité présentant la forme d'une fine aiguille dont la partie cylindrique est sensiblement aux cotes de l'orifice de passage du siège, tandis que la partie effilée est sensiblement conique. Les moyens d'actionnement du pointeau sont conçus de manière à déplacer son extrémité en translation coaxialement à l'orifice de passage de manière à ce que sa partie effilée puisse s'introduire progressivement dans cet orifice en provoquant une variation de la section de passage du fluide. L'engagement de la partie cylindrique du pointeau dans ledit orifice provoque ensuite son obturation. Il importe que les déplacements du pointeau s'effectuent sans que son extrémité vienne buter sur le siège : un tel contact pourrait engendrer une usure ou une déformation rendant inutilisable le pointeau, voire même la tête de la vanne. Or, il s'avère que lors des manipulations des tetes de vanne et, en particulier lors de leurs montages ou de leurs démontages dans des corps de vannes, la partie effilée des pointeaux est fréquemment tordue soit accidentellement, soit lors des opérations de montage et de démontage de la tête, en raison de défaut d'alignement se produisant avant que la tête de la vanne ne soit serrée sur le corps. Bien entendu, dans tous les cas, le pointeau ainsi qu'éventuellement la tête complète, doivent être remplacés. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose à cet effet une vanne du type susdit dans laquelle - le pointeau est solidaire d'un fourreau de protection cylindrique qui s'étend coaxialement autour de la sus dite extrémité effilée en délimitant avec cette der nière un volume annulaire, et - le siège comporte une forme cylindrique traversée coaxialement par le susdit orifice de passage et dispo sée de manière à pouvoir s'engager dans ledit volume annulaire en assurant un autocentrage et un maintien de la coaxialité de ladite extrémité effilée par rapport audit orifice de passage. Avantageusement, le fourreau cylindrique pourra comprendre des lumières permettant la circulation du fluide entre l'orifice de passage et le conduit constituant la branche verticale du T. Selon un mode d'exécution avantageux de l'invention, le susdit siège consiste en le fond d'un tronçon tubulaire cylindrique ajouré solidaire de la tête de la vanne et dans lequel coulisse avec étanchéité le pointeau. Dans ce cas, ce tronçon tubulaire délimite avec la forme cylindrique du siège, un volume annulaire dans lequel s'engage et est guidé le fourreau cylindrique. Il est clair que, grâce à ces dispositions, on obtient une vanne de très haute précision dans laquelle l'extrê- mité effilée du pointeau se trouve protégée contre toute possibilité de déformation ou d'usure prématurée. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels Les figures 1 et 2 représentent, en coupe axiale, une vanne de réglage de débit de fluide actionnée manuellement, en position ouverte (fig. 1) et en position fermée (fig. 2) Les figures 3, 4 et 5 sont des coupes à plus grande échelle, respectivement du pointeau (fig. 3), du fourreau (fig. 4) et du tronçon tubulaire porte siège (fig. 5). Dans cet exemple, la vanne de réglage de débit de fluide 1 comprend un corps 2, par exemple en métal, muni de deux alésages en communication mutuelle, formant une cavité en forme de T. La branche verticale 3 de cette cavité, qui présente une section sensiblement constante, constitue un premier conduit de circulation de fluide. La branche horizontale 4 de cette cavité présente au moins quatre niveaux d'alésage, et comprend successivement, en allant de gauche à droite des figures 1 et 2 - un premier alésage 5 de diamètre D1, portant un tarau dage, - un deuxième alésage 6 de diamètre D2 une cavité cylindrique à paroi lisse dans laquelle débouche la branche verticale 3, - un troisième alésage lisse 7 de diamètre D3 le départ d'un deuxième conduit de circulation de fluide. Dans les trois premiers alésages 5, 6, 7, s'engage une tête de vanne 9 comprenant une douille cylindrique 10 munie d'un filetage 11, surmontée d'une partie moletée 12 apte à se visser dans l'alésage taraudé 5, en comprimant un joint torique d'étanchéité 13 disposé entre la face radiale inférieure de la douille cylindrique 10 et le décrochement d'alésage radial situé entre les alésages 5 et 6. La douille 10 est elle-même munie d'un perçage traversant coaxial comprenant deux alésages taraudés successifs 14, 15 dont le deuxième 15, de plus grand diamètre est destiné à recevoir l'extrémité filetée d'un manchon tubulaire cylindrique borgne 16 dont le fond est conformé de manière à constituer le siège de la vanne. En position vissée de la douille 10 dans le corps 2 de la vanne, le manchon tubulaire 16 passe avec jeu dans l'alésage 6 et vient s'engager, avec étanchéité (joint torique 18) dans l'alésage 7 au niveau de son fond 17. A l'intérieur du passage cylindrique formé par la douille 10 et le manchon 16, vient s'engager un pointeau 19 comprenant successivement, de l'extérieur vers l'intérieur, (fig. 3) - une première partie cylindrique sur laquelle vient s'assembler un bouton moleté 21, servant à l'actionne ment de la vanne, - une deuxième partie cylindrique 22, munie d'un filetage 23, destinée à venir se visser dans l'alésage taraudé 14 de la douille 10, - une troisième partie 24 comprenant deux gorges annulai res 25, 26 logeant partiellement deux joints toriques respectifs 27, 28, qui assurent une portée d'étanchéité coulissante sur la paroi interne cylindrique du tronçon 16, et - une extrémité de pointeau cylindrique 27, prolongée par une partie effilée 28, destinée à venir s'engager dans l'orifice 29 du siège, en vue d'obtenir le réglage de débit recherché (ou le passage en position pleinement ouverte ou au contraire obturée de la vanne). Dans cet exemple, le fond 17 du manchon 16, qui constitue le siège de la vanne, comprend une portion annulaire 30 prolongée par une forme tubulaire rentrante coaxiale 31, sensiblement cylindrique se terminant par un fond 32 de forme légèrement tronconique. Le diamètre extérieur de cette forme rentrante 31 est sensiblement égal au diamètre intérieur du fourreau 34, de sorte que cette forme rentrante 31 peut s'engager étroitement dans le volume annulaire v délimité entre le fourreau 34 et la partie effilée 28. Le fond 32 est lui-même traversé par l'orifice de passage de fluide 29, lequel présente un diamètre sensiblement égal à la partie cylindrique, ou base, de la partie effilée 28 du pointeau. I1 est clair que la forme tubulaire rentrante 31 délimite avec l'extrémité du tronçon 16, un volume annulaire 33. Conformément à l'invention, autour de la partie effilée 28 du pointeau, est disposé un fourreau cylindrique coaxial 34 qui vient s'emmancher sur l'extrémité cylindrique 27 du pointeau. Ce fourreau 34, ainsi que le manchon cylindrique 16, sont munis de lumières de passage de fluide, respectivement 35 et 36. Le fonctionnement de la vanne précédemment décrite est alors le suivant En position ouverte de la vanne, le pointeau 19 est en position dévissée par rapport à la douille 10. De ce fait, sa partie effilée 28 située à l'intérieur du manchon 16, se trouve à l'extérieur de l'orifice de passage 29. Le fluide peut donc circuler d'un conduit de passage à l'autre au travers de l'orifice 29 avec un débit maximum. Le vissage du pointeau 19 dans la douille 10, grâce au bouton moleté 21, provoque un déplacement axial en translation de la partie effilée 28 qui vient s'engager dans l'orifice 29 en réduisant progressivement la section de passage du fluide dans cet orifice 29. Le débit du fluide ainsi laminé peut donc être réglé finement à la valeur souhaitée. En fin de vissage, la partie cylindrique 27 portant à sa base le pointeau 19 vient buter sur le fond 32. Dans cette position, la vanne se trouve donc en position fermée. Au cours du passage du pointeau, de la position dévissée à la position vissée, la partie effilée 28 du pointeau 19 subit tout d'abord un éventuel autocentrage par action de la portion tronconique du fond 32 de la forme tubulaire rentrante 31, sur une portion chanfreinée 36 bordant à l'intérieur l'ouverture du fourreau 34. Le fourreau 34 vient ensuite s'engager étroitement dans le volume annulaire 33, en assurant ainsi un guidage précis et un maintien de la coaxialité de la partie effi lée 28 du pointeau 19 par rapport à l'orifice de passage 29. Bien entendu, le fourreau 34 sert également à protéger la partie effilée 28 du pointeau lors des démontages et des manipulations de la vanne. Grâce à ces dispositions, on évite d'avoir à remplacer fréquemment les têtes de vanne. En outre, il devient possible d'utiliser pour la réalisation de la partie effilée 28 du pointeau, un matériau plus approprié tant sur le plan de la précision qu'en ce qui concerne la résistance à l'action corrosive du fluide véhiculé. I1 devient en outre possible de dissocier au niveau de la précision le mécanisme d'actionnement du pointeau 19 et les éléments de réglage de débit (qui seuls exigent une très haute précision). Revendications 1. Vanne de réglage et d'arrêt pour fluide gazeux ou liquide, du type comprenant un corps (2) muni de deux alésages sécants dont l'un (branche verticale (3)) constitue un premier conduit de circulation de fluide et dont l'autre sert de réceptacle à une tête de vanne (9) incluant un mécanisme d'actionnement d'un pointeau (19) axialement mobile et dont une extrémité comprend une partie effilée (28) apte à venir s'engager dans l'orifice de passage de fluide (29) d'un siège séparant le premier conduit de circulation d'un deuxième conduit de circulation, caractérisé en ce que - le pointeau (19) est solidaire d'un fourreau de protec tion cylindrique (34) qui s'étend coaxialement autour de ladite partie effilée (28), en délimitant avec cette dernière un volume annulaire s'ouvrant du côté de la pointe de cette partie effilée (28), - le siège comporte une forme cylindrique (31) traversée coaxialement par le susdit orifice de passage (19) et disposé de manière à pouvoir s'engager dans ledit volume annulaire (v) en assurant un autocentrage et un maintien de la coaxialité de ladite partie effilée (29) par rapport audit orifice de passage. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux susdits alésages forment une cavité en forme de T dans laquelle la branche verticale (3) constitue le premier conduit de circulation de fluide tandis que la branche horizontale (4) comprend deux demi-branches dont l'une constitue le deuxième conduit de circulation de fluide, le susdit siège étant disposé sensiblement au niveau de la jonction entre les susdits alésages. 3. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le susdit siège consiste en le fond d'un tronçon tubulaire (16) cylindrique ajouré solidaire de la tête (9) de la vanne (1) et dans lequel coulisse avec étanchéité le pointeau (19). 4. Vanne selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tronçon tubulaire (16) délimite avec la forme cylindrique (34) du siège, un volume annulaire (33) dans lequel s'engage et est guidé le fourreau cylindrique (34). 5. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie du tronçon tubulaire (16) située au niveau du susdit fond (17) s'engage avec étanchéité dans le deuxième conduit de circulation de fluide. 6. Vanne selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le fond du tronçon tubulaire (16) qui constitue le siège comprend une portion annulaire (30) prolongée par une forme tubulaire rentrante coaxiale (31), se terminant par un fond (32) traversé par le susdit orifice de passage de fluide (29). 7. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le susdit pointeau (19) comprend un filetage (23) venant se visser dans un taraudage (11) d'une douille (10) solidaire dudit tronçon tubulaire (16), vissée avec étanchéité dans un alésage taraudé (5) réalisé dans la branche horizontale (4) de la cavité en forme de T. 8. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un bouton d'actionnement (21) solidaire de l'extrémité du pointeau (19) opposée à la partie effilée (28).