Brevet FR2787167A1 — publié le 20000616

La présente invention concerne un dispositif permettant de commander avec un couple très faible et pratiquement constant le clapet d'une vanne de régulation de débit ou de pression en utilisant un fluide incompressible placé à 5 l'intérieur d'une enveloppe hermétique et dont le volume peut varier sous l'action de ce celui-ci,elle actionne un clapet dont le rôle est de contrôler la perte de charge de ladite vanne et ainsi la régulation du fluide principal. Les dispositifs traditionnels de régulation d'un fluide font appel: l)soit à des vannes de régulation motorisées 2)soit à des électrovannes dite proportionnelles utilisant un électro-aimant associé à un ressort. Ces dispositifs sont généralement pilotés par une boucle classique de régulation électronique pouvant être analogique ou numérique et qui utilise des informations de débit ou de pression provenant d'un capteur. Dans le cas 1 l'inconvénient majeur du dispositif réside dans le fait qu'il est très difficile de réguler le fluide principal dans la zone de fermeture ou d'ouverture de la vanne et impossible de fermer totalement celle-ci.En effet, l'opérateur de commande qui ferme la vanne a généralement,de part ces caractéristiques techniques un couple constant or le couple de réouverture étant très supérieur au couple de fermeture,le même opérateur de commande du clapet(moteur par exemple) qui a effectué la fermeture n'a pas le couple nécessaire inverse pour effectuer la réouverture,on assiste donc à un phénomène de blocage et à une impossibilité de rappel du clapet. Pour remédier à cela,on peut limiter la course du clapet de la vanne de régulation en utilisant un dispositif mécanique ou électronique, et pour assurer la fermeture totale un dispositif d'isolement annexe dans le circuit du fluide à réguler, par exemple une éléctrovanne tout ou rien qui sera commandée par une électronique qui fermera la vanne lorsque le débit ou la pression atteindra un seuil défini à l'avance (par exemple un pourcentage du débit ou de la pression maximum à réguler). Il en résulte que autour de ce seuil le dispositif de régulation travaille dans une zone d'incertitude ce qui se traduit dans la pratique par des ouvertures et fermetures brusque de la vanne d'isolement entrainant des à-coup intempestifs de pression ou de débit qui peuvent provoquer des dommages,incidents ou accidents dans le reste de l'installation ou le fluide principal circule. Dans le cas 2,les électrovannes sont d'une part très sensibles aux vibrations (clapet en permanence en équilibre en mode régulation) et d'autre part ne permettent pas des régulations dans le cas ou il est nécessaire d'avoir de gros diamètre de passage ou de travailler à des pressions élévées. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il est constitué par une enveloppe hermétique pouvant modifier sa forme géométrique (soufflet,piston par exemple) solidaire d'un clapet de vanne qui en ce déplaçant modifie l'ouverture de passage de la vanne20 permettant ainsi le contrôle du fluide principal. Cette enveloppe est remplie d'un fluide incompressible que nous appelerons fluide de commande, dans lequel se déplace un axe ou une tige indépendant de ladite enveloppe relié à un dispositif,(par exemple,un moteur associé à une électronique de régulation),qui permet son déplacement en rotation ou/et en translation. Le déplacement de l'axe ou de la tige dans l'enveloppe hermétique entraîne une variation du volume interne de celle-ci qui se traduit par une variation de la pression intérieure de l'enveloppe. Celle-ci solidaire du clapet de vanne compense cette pression en modifiant son volume (allongement par exemple) entraînant la modification de la position dudit clapet et donc de la perte de charge de la vanne. Cette caractéristique permet ainsi le contrôle du positionnement du clapet par rapport au siège de la vanne et donc la régulation du fluide principal. 1 I. La forme de l'axe ou de la tige (en particulier son rapport diamètre/longueur) introduite dans le fluide de commande est en relation directe avec la variation du volume interne de l'enveloppe hermétique. A titre d'exemple non limitatif,une introduction de 1 cm3 de la tige dans le fluide incompressible de commande entraînera une modification de la même valeur de son volume interne ce qui pourra se traduire par exemple, par un allongement de celle-ci.Sachant qu'elle est solidaire du clapet, et connaissant la forme géométrique de l'enveloppe hermétique nous pourrons facilement calculer la variation de position dudit clapet. Le dispositif selon l'invention permet aussi, en introduisant dans le fluide de commande incompressible un petit volume d'un fluide compressible (bulle de gaz par exemple) de provoquer un amortissement que l'on peut contrôler et ainsi éviter ou limiter les coups de bélier dans la régulation du débit ou de la pression du fluide principal (en particulier pour les liquides ou les pâtes). Une caractéristique de l'invention est la possibilité d'utiliser un fluide de commande de même nature que le fluide principal à réguler, et ainsi,de suprimer ou réduire les problèmes de contamination venant de l'extérieur ou par une fuite entre le fluide de commande et le fluide principal (rupture d'un soufflet par exemple). Le dispositif selon l'invention permet de mesurer la pression différentielle entre le fluide de commande et le fluide principal à réguler grace à une prise de pression sur le fluide de commande, et ainsi, de connaitre la position du clapet.Cette caractéristique est particulièrement intéressante dans le cas de boucle de régulation piloté par automate ou informatique car c'est un moyen simple de contrôle ou d'alarme, en temps réel, du dispositif de régulation de débit ou de pression dans lequel se trouve plaçée la vanne. L'invention est ausi cactérisée par le fait d'une part, que la pression différentielle entre le fluide de commande et le fluide principal est très faible ce qui permet de j r pouvoir utiliser une envelloppe hermétique de faible épaisseur même pour des pressions de fonctionnement importantes et d'autre part, de pouvoir travailler à de très basses ou très hautes températures. Les dessins annexés illustre l'invention: La figure 1 représente en coupe,le dispositif de l'invention. La figure 2 représente en coupe,une variante de ce dispositif. En référence à ces dessins le dispositif comporte une chambre(l)et un piston(2) qui constituent une enveloppe hermétique qui peut modifier son volume interne grace au déplacement dudit piston.Ce piston est solidaire du clapet de la vanne(3)associé à son siège(4).L'enveloppe est remplie d'un fluide de commande incompressible(5)dans lequel se déplace un axe ou une tige (6) indépendant de la chambre et du piston,et dont l'étanchéité est assuré par un dispositif(7)(joint par exemple). Cet axe ou tige est reliée à un dispositif externe de commande(8) qui assure son déplacement à l'intérieur dudit fluide de commande. L'enveloppe hermétique peut comporter une prise(9) permettant le remplissage et/ou la mesure de la pression du fluide de commande. Dans certain cas un ressort de rappel (10) aide à ramener le piston vers sa position initiale. L'introduction de l'axe ou de la tige à l'intérieur du fluide de commande entraîne une variation du volume et donc de pression à l'intérieur de l'enveloppe qui compense cette pression en adaptant sa forme géométrique et dans notre cas en modifiant la position du piston. Celui-ci déplace le clapet de la vanne, la distance par rapport au siège de la vanne varie, entraînant par conséquent, une modification de la perte de charge de celle-ci. Cette caractéristique est utilisée pour réguler le débit ou la pression du fluide principal. Dans la forme de réalisation de la figure 2,la chambre et le piston sont remplacés par un soufflet élastique(1)dont l'extrémité est reliée au clapet de la vanne(3).Dans certain cas,un ressort(9) assure le rappel du clapet lorsque l'axe ou la tige(6) se retire du fluide de commande. Cette variante permet d'avoir un dispositif complètement soudé et donc de pouvoir réguler le fluide principal,même dans des conditions de températures extrêmes du moment que les matériaux de construction du corps de la vanne et du soufflet sont compatibles avec les conditions de fonctionnement. Ainsi si,l'ensemble est construit en acier inoxydable nous pourrons utiliser la vanne aussi bien à des températures cryogéniques ou très hautes. Selon une variante non illustrée,le soufflet est remplacé par une membrane élastique qui permet une régulation plus fine, en particulier, dans le cas de très faible débit. Dans une autre variante non illustrée,l'axe ou la tige est remplacé par un soufflet élastique soudé au corps de la vanne qui permet d'éliminer les joints d'étanchéité(7)(figure 1 ou 2). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à être intégré dans la fabrication de vannes,qui associées à un système de régulation, permet de contrôler le débit ou la pression d'un fluide quelconque (liquide gazeux,pâteux,agressif...) même si les conditions physiques (Pression,température,débit,vibrations) sont extrêmes. iit -_ REVENDICATIONS 1) Dispositif pour commander le clapet d'une vanne caractérisé en ce qu'il est constitué d'une enveloppe hermétique dont le volume peut varier et qui est remplie d'un fluide incompressible dans lequel se déplace un axe ou 5 une tige qui communique avec l'extérieur par une traversée étanche. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enveloppe hermétique peut changer de volume sous l'action du, fluide se trouvant à l'intérieur. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide situé à l'intérieur de l'enveloppe hermétique doit être incompressible. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide à l'intérieur de l'enveloppe hermétique peut être de n'importe quelle nature physique ou chimique. )Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide incompressible de commande peut-être associé,dans l'enveloppe hermétique à un fluide compressible. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'axe ou la tige peut se déplacer librement dans l'enveloppe hermétique. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'axe ou la tige peut avoir des formes différentes. 8) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est solidaire d'un clapet de vanne. 9) Dispositif selon les revendications 6 et 7 caractérisé en ce que l'axe ou la tige est piloté en translation ou rotation au moyen d'un dispositif de commande externe. )Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il peut être construit en différents matériaux.