Brevet FR2792056A1 — publié le 20001013

La présente invention concerne une vanne de réglage à double débit, du même genre que celle décrite par le brevet français n 94 14623, dont la demande a été publiée sous le numéro 2 727 734. Ce brevet n 94 14623 décrit une vanne à double débit, c'est- à-dire comprenant un clapet principal permettant un écoulement nominal du fluide et un clapet secondaire, dit "clapet pilote", permettant un écoulement du fluide selon un faible débit. Le clapet principal est formé par une douille coulissant dans une chemise et par un siège contre lequel cette douille vient en appui pour la fermeture du clapet. La douille est creuse intérieurement et est percée d'un orifice central au niveau de son fond, cet orifice et ce fond constituant le siège du clapet pilote; la douille reçoit intérieurement un organe creux, mobile en coulissement dans cette douille et rappelé par un ressort, qui constitue, avec ledit siège, le clapet pilote. La chemise s'étend entre la paroi du corps qui contient la vanne et la pièce dans laquelle est aménagé le siège du clapet principal; au niveau de sa partie supérieure, la chemise est percée d'un orifice calibré mettant en communication le volume qui lui est extérieur et le volume qu'elle délimite intérieurement avec la douille. La chemise est également percée d'orifices inférieurs permettant l'écoulement nominal du fluide lorsque le clapet principal est ouvert. La vanne décrite par ce brevet n 94 14623 donne satisfaction en pratique mais est susceptible de diverses améliorations quant à son fonctionnement ou à ses possibilités d'utilisation. Ces améliorations visent principalement à augmenter les capacités de la vanne à supporter des chocs thermiques importants, et à permettre d'assurer un parfait maintien du clapet principal en position fermée tant que le clapet pilote n'est pas en position de totale ouverture. Ces améliorations visent également à permettre un parfait contrôle des vibrations et autres contraintes dynamiques générées par l'écoulement du fluide au travers du clapet principal. La présente invention a précisément pour objectif de fournir une vanne incluant ces améliorations. La vanne concernée est logée dans un corps de vanne délimitant un conduit amont et un conduit aval et comprend, de manière connue en soi: - un clapet principal constitué par un siège et par une douille mobile, cette douille étant guidée en coulissement à l'intérieur d'une chemise qui est solidaire du corps de vanne; - un clapet secondaire, dit "clapet pilote", aménagé axialement dans ladite douille, une paroi de cette dernière constituant le siège de ce clapet; - des moyens permettant d'actionner le clapet pilote indépendamment du clapet principal, pour ouvrir le clapet pilote puis le clapet principal. Selon l'invention - la chemise s'interrompt à distance du siège du clapet principal, de sorte qu'elle délimite un large espace avec celui- ci, et en amont du clapet principal, et au niveau dudit espace, la douille est percée d'au moins un orifice transversal mettant le clapet pilote en communication avec ledit conduit amont, cet ou ces orifices ayant une section supérieure à celle du passage d'écoulement que délimite le clapet pilote lorsqu'il est en position de pleine ouverture. Ainsi, dans la vanne selon l'invention, et à la différence de la vanne décrite dans le brevet antérieur précité, la chemise ne repose pas contre la pièce dans laquelle est aménagé le siège du clapet principal mais s'interrompt à distance de ce siège; de plus, la chemise ne comprend pas d'orifices supérieurs et inférieurs aménagés au travers d'elle mais au moins un orifice est aménagé dans la douille pour mettre le conduit amont en communication avec le clapet pilote. L'espace existant entre la chemise et le siège du clapet principal, permet, en cas de choc thermique, une libre dilatation de la chemise et de la pièce dans laquelle ce siège est aménagé. Il n'existe donc pas d'interactions entre cette chemise et cette pièce résultant de dilatations différenciées, qui pourraient affecter le fonctionnement de la vanne. Cet espace permet de plus un écoulement non perturbé du fluide lorsque le clapet principal est en position d'ouverture. En outre, le ou les orifices aménagés dans la douille, par leur section supérieure à celle du passage d'écoulement que délimite le clapet pilote en position de pleine ouverture, permettent d'exercer une pression sur la douille, qui maintient cette dernière contre le siège du clapet principal, et ce même lorsque le clapet pilote est ouvert. La force engendrée par cette pression vient assurer un maintien efficace du clapet principal en position de fermeture tant que le clapet pilote n'a pas atteint sa position de totale ouverture, à partir de laquelle la douille est déplacée dans le sens de l'ouverture de ce clapet principal. De préférence, - la pièce dans laquelle le siège du clapet principal est aménagé comprend, en aval de ce siège, des moyens de guidage, et - la douille se prolonge en aval de sa surface destinée à coopérer avec le siège du clapet principal et comprend, au niveau de sa partie située en aval de cette surface, des moyens de guidage propres à coopérer avec ceux de ladite pièce dans laquelle le siège du clapet principal est aménagé, et des lumières longitudinales d'écoulement nominal du fluide. Ces moyens de guidage aval permettent d'assurer le parfait guidage de la douille nonobstant l'interruption de la chemise à distance du siège du clapet principal. Grâce à ces moyens de guidage, il est possible de parfaitement contrôler les vibrations et autres contraintes dynamiques pouvant être subies par cette douille lors de l'écoulement du fluide, particulièrement lorsque ce dernier est sous une pression élevée. Les lumières longitudinales permettent une mise en communication progressive des conduits amont et aval lors du recul de la douille, et donc de contrôler l'écoulement du fluide, particulièrement au début de cet écoulement. Pour sa bonne compréhension, I'invention est à nouveau décrite ci- dessous en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférée de la vanne dite "à double débit" qu'elle concerne. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale de cette vanne, cette figure montrant également le corps qui contient la vanne et la tige qui permet l'actionnement de celle-ci; la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, à échelle agrandie, dans la même position de la vanne que sur la figure 1, et les figures 3 et 4 sont des vues de la vanne similaires à la figure 2, dans deux autres positions de cette vanne. La figure 1 représente un corps de vanne 1 logeant la vanne 2, celle- ci étant placée dans une chambre centrale 3 du corps 1. Cette chambre 3 communique avec un conduit amont 4 directement et avec un conduit aval 5 par l'intermédiaire de la vanne 2. Le corps 1 comporte une pièce tubulaire supérieure 6, assurant sa fermeture et permettant le guidage de la tige de commande 7 qui permet I'actionnement de la vanne 2. Ainsi que le montrent plus particulièrement les figures 2 à 4, la vanne 2 comprend un clapet principal 10, constitué par un siège 11 et par une douille 12, et un clapet secondaire 15, dit "clapet pilote", constitué par un siège 16 et un organe obturateur 17. Le siège 11 est aménagé dans une pièce tubulaire 20. Cette pièce 20 est fixée au corps 1 par son vissage dans un alésage taraudé que comprend ce corps 1 au niveau de sa paroi 21 qui délimite le fond de la chambre 3. La pièce 20 présente une certaine hauteur axiale, de sorte que sa paroi interne 22 a une hauteur supérieure à la course de la douille 12 entre les positions d'ouverture et de fermeture du clapet 10. La douille 12 est mobile en coulissement dans une chemise 25, en étant guidée par celle-ci. La chemise 25 comprend une bride supérieure 26 serrée entre le corps 1 et la pièce 6, ce serrage assurant le montage de cette chemise 25 par rapport au corps 1. La chemise 25 présente une hauteur telle que, lorsqu'elle est montée dans ce corps 1, elle s'interrompt à distance du siège 11, délimitant ainsi avec ce siège 11 un large espace annulaire 27. La douille 12 présente une surface 30 propre à coopérer avec le siège 11. Au-dessus de cette surface 30, elle comprend un alésage axial recevant à coulissement l'organe 17 et une paroi transversale 31 délimitant le fond dudit alésage, qui est percée d'un trou axial 32. Ce trou 32 permet l'écoulement du fluide lorsque le clapet 15 est ouvert. La douille 12 comprend, au-dessus de la surface 30 et dans une zone située au niveau de l'espace 27, deux orifices transversaux 35, diamétralement opposés, mettant le clapet 15 en communication avec la chambre 3 donc avec le conduit amont 4. La section de ces orifices 35 est largement supérieure à celle du passage d'écoulement que délimite le clapet 15 dans sa position de pleine ouverture montrée à la figure 4. Au-dessous de la surface 30, la douille 12 présente une jupe tubulaire 40 dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre interne de la pièce 20, de sorte que cette jupe 40 permet le guidage en coulissement de la douille 12 dans cette pièce 20. La jupe 40 comprend des lumières longitudinales 41 qui permettent l'écoulement nominal du fluide lorsque le clapet 10 est ouvert. L'organe 17 comprend, outre une surface propre à coopérer avec le siège 16, une collerette supérieure 45 assurant le guidage en coulissement de cet organe 17 dans l'alésage de la douille 12, et un alésage axial taraudé permettant le montage de cet organe 17 sur l'extrémité filetée de la tige 7. Un ressort 46 est interposé entre la paroi 31 et la collerette 45, ce ressort tendant à écarter l'organe 17 du siège 16. Une bague 50 filetée extérieurement est vissée dans un alésage supérieur taraudé aménagé dans la douille 12, cette bague 50 permettant, en plus du guidage de la tige 7 et de l'organe 17, de constituer une butée de fin de course d'ouverture du clapet 15, ainsi que le montre la figure 4. La tige 7 est, quant à elle, associée à des moyens (non représentés), notamment à vissage, permettant son déplacement axial entre la position de la vanne 2 montrée à la figure 2 et la position de cette vanne montrée à la figure 4, et permettant l'immobilisation de cette tige 7 dans une position axiale déterminée, en particulier dans la position montrée à la figure 2, dans laquelle cette tige 7 maintient l'organe 17 en appui contre le siège 16, à l'encontre de la force élastique du ressort 46. En pratique, dans la position de la vanne 2 montrée aux figures 1 et 2, les clapets 10 et 15 sont fermés, ce qui empêche tout écoulement du fluide. Une action peut être exercée sur la tige 7 pour ouvrir le clapet , ainsi que le montre la figure 3, ce qui permet d'opérer un écoulement marginal du fluide. Dans cette position, la douille 12 reste efficacement maintenue contre la pièce 20 par la pression exercée sur elle par le fluide, compte tenu des sections précitées des orifices 35. Ces sections restent en effet en tout état de cause, même dans la position de pleine ouverture du clapet , largement supérieures à la section du passage d'écoulement du fluide délimitée par ce clapet 15. Le recul de la tige 7 au-delà de la position dans laquelle l'organe 17 vient en butée contre la bague 50 permet d'éloigner la douille 12 du siège 11 pour réaliser l'ouverture du clapet 10. Lors de cette ouverture, la douille 12 est parfaitement guidée par le coulissement de la jupe 40 dans la pièce 20. Les lumières 41 permettent une mise en communication progressive et contrôlée des conduits 4 et 5, et l'espace 27 ainsi que ces lumières 41 permettent un écoulement non perturbé du fluide. En outre, I'espace 27 permet une libre dilatation de la chemise 25 par rapport à la pièce 20 en cas de chocs thermiques importants. L'invention fournit ainsi une vanne de réglage à double débit permettant de remédier aux inconvénients des vannes homologues de la technique antérieure, la vanne selon l'invention ayant des capacités augmentées à supporter des chocs thermiques importants, et ayant un clapet principal parfaitement maintenu en position fermée tant que le clapet pilote n'est pas en position de totale ouverture. Cette vanne permet également un parfait contrôle des vibrations et autres contraintes dynamiques générées par l'écoulement du fluide au travers du clapet principal. REVENDICATIONS 1 - Vanne de réglage à double débit, logée dans un corps de vanne (1) délimitant un conduit amont (4) et un conduit aval (5), et comprenant: un clapet principal (10) constitué par un siège (11) et par une douille mobile (12), cette douille (12) étant guidée en coulissement à l'intérieur d'une chemise (25) qui est solidaire du corps (1) logeant la vanne (2); un clapet secondaire (15), dit "clapet pilote", aménagé axialement dans ladite douille (12), une paroi (31) de cette dernière constituant le siège (16) de ce clapet (15); - des moyens (7, 46) permettant d'actionner le clapet pilote (15) indépendamment du clapet principal (10), pour ouvrir le clapet pilote (15) puis le clapet principal (10); vanne (2) caractérisée en ce que - la chemise (25) s'interrompt à distance du siège (11) du clapet principal (10), de sorte qu'elle délimite un large espace (27) avec celui-ci, et en ce que - en amont du clapet principal (10), et au niveau dudit espace (27), la douille (12) est percée d'au moins un orifice transversal (35) mettant le clapet pilote (15) en communication avec ledit conduit amont (4), cet ou ces orifices (35) ayant une section supérieure à celle du passage d'écoulement que délimite le clapet pilote (15) lorsqu'il est en position de pleine ouverture. 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que - la pièce (20) dans laquelle le siège (11) du clapet principal (10) est aménagé comprend, en aval de ce siège (11), des moyens de guidage (22), et en ce que - la douille (12) se prolonge en aval de sa surface (30) destinée à coopérer avec le siège (11) du clapet principal (10) et comprend, au niveau de sa partie située en aval de cette surface (30), des moyens de guidage (40) propres à coopérer avec ceux de ladite pièce (20) dans laquelle le siège (11) du clapet principal (10) est aménagé, et des lumières longitudinales (41) d'écoulement nominal du fluide.