Brevet FR2800434A1 — publié le 20010504

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE VANNE A PAPILLON La présente invention concerne un dispositif de commande d'une vanne à papillon, la vanne comportant un corps traversé par un conduit pour le passage d'un fluide ainsi qu'un papillon disposé dans le conduit et monté pivotant autour d'un axe de rotation fixe de sorte que le papillon obture plus ou moins complètement le conduit selon sa position angulaire, le dispositif de commande comportant un organe d'actionnement traversant un trou ménagé dans une paroi latérale du corps, cet organe d'actionnement étant couplé audit papillon 1o pour le faire pivoter autour de son axe de rotation. Divers dispositifs de commande d'une vanne à papillon sont connus. Typiquement, un dispositif de commande comporte un axe d'actionnement rotatif lié rigidement et coaxialement au papillon. La rotation de l'axe d'actionnement provoque la rotation du papillon et donc l'ouverture ou la fermeture du conduit, selon le sens de la rotation. Cet axe d'actionnement rotatif traverse la paroi du corps de la vanne et est couplé à un organe de commande de sa rotation. Pour éviter une fuite de fluide, des moyens d'étanchéité dynamique, tels qu'un joint torique frottant, sont nécessaires entre I'axe d'actionnement rotatif et la paroi perforée du corps. L'organe de commande peut être constitué par une poignée, du type robinet, actionnée en rotation manuellement. Il peut également comporter un servomoteur rotatif, tel qu'un moteur électrique rotatif asservi, dans le cas o le débit de fluide dans le conduit de la vanne doit être réglé précisément, en continu et de manière prédéfinie en fonction de paramètres déterminés. Le but de la présente invention est de proposer une alternative aux dispositifs de commande connus en fournissant un dispositif de commande perfectionné d'une vanne à papillon. Ce but est atteint par un dispositif de commande tel que défini en préambule, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement comporte un axe d'actionnement mobile de façon linéaire dans le trou de la paroi latérale, et en ce que cet axe d'actionnement est couplé audit papillon et agencé de sorte que, quand l'axe d'actionnement est déplacé linéairement, il entraîne en rotation le papillon autour de son axe de rotation. Dans une forme de réalisation préférée, le papillon comporte un filetage en 1o prise avec un filetage ménagé sur ledit axe d'actionnement. De préférence, le papillon comporte un alésage central fileté, dont l'axe est confondu avec l'axe de rotation, et l'axe d'actionnement comporte un tronçon extérieur fileté logé dans l'alésage central fileté du papillon, les filetages de lI'alésage central et du tronçon extérieur comportant chacun plusieurs filets de vis identiques. Le déplacement linéaire de l'axe d'actionnement est, avantageusement, limité entre deux positions extrêmes, et la course de l'axe d'actionnement entre ces o20 deux positions extrêmes correspond à une rotation de 90 degrés du papillon respectivement entre une position fermée, dans laquelle il obture complètement le conduit, et une position ouverte, dans laquelle il ouvre au maximum le conduit. Dans la forme de réalisation préférée, le trou de la paroi latérale a une section carrée et guide en déplacement linéaire l'axe d'actionnement qui comporte un tronçon de section carrée en regard dudit trou, cet axe d'actionnement étant couplé à un organe de commande de son déplacement linéaire. Cet organe de commande peut comporter une enceinte dans laquelle est disposé un élément radial mobile, cet élément radial divisant hermétiquement l'enceinte en deux chambres définies de part et d'autre dudit élément radial, étant lié rigidement à l'axe d'actionnement, adoptant une position à l'intérieur de l'enceinte en fonction de la différence de pression entre les deux chambres et commandant en déplacement linéaire ledit axe d'actionnement du papillon. De préférence, la paroi latérale dudit corps est plane et le dispositif de commande comporte un boîtier de forme générale cylindrique, fermé d'un côté 1o par un fond et ouvert de l'autre côté par une ouverture, ce boîtier étant fixé au corps de la vanne avec l'ouverture en correspondance de la paroi latérale plane de sorte que le boîtier définit avec cette paroi latérale ladite enceinte. Selon la forme de réalisation préférée, le trou est ménagé au centre de la paroi latérale plane, l'élément radial est constitué par une membrane étanche en forme approximativement de disque, la zone centrale de la membrane étanche est fixée à une extrémité de l'axe d'actionnement et le pourtour circulaire de la membrane étanche est pris en sandwich entre la paroi latérale plane du corps et l'extrémité du boîtier correspondant à l'ouverture. Ainsi, la membrane combine les fonctions de commande de l'axe d'actionnement et d'étanchéité de la vanne. L'une des chambres peut communiquer avec le conduit par un passage ménagé dans la paroi latérale et constitue une chambre de référence, et l'autre chambre peut communiquer avec une source de fluide de commande par un passage ménagé dans le fond du boîtier et constitue une chambre de commande. L'organe de commande peut également comporter un ressort de rappel disposé dans l'une des deux chambres, ce ressort de rappel étant agencé pour solliciter axialement ledit axe d'actionnement. s La présente invention et ses avantages seront mieux compris dans la description suivante d'une forme de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, d'un dispositif de commande et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: 1o - la figure 1 est une vue éclatée en perspective d'une vanne à papillon et du dispositif de commande selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'ensemble de la figure 1 formé par le dispositif de commande monté sur la vanne à papillon, - la figure 3 est une vue en coupe transversale agrandie du papillon de la vanne et de l'organe d'actionnement du papillon, et - les figures 4a et 4b sont des demi vues en perspective de l'ensemble de la figure 2 représentant respectivement la position fermée et la position ouverte de la vanne. En référence aux figures 1 à 3, le dispositif de commande 10 est monté sur une vanne à papillon 11. Cette vanne 11 comporte un corps 12 de forme généralement cylindrique. Un conduit 13 cylindrique est ménagé coaxialement à travers le corps 12 de sorte qu'il débouche de part et d'autre de celui-ci. Ce conduit 13 forme un passage pour guider l'écoulement d'un fluide. Un papillon 14 ayant généralement la forme d'un disque est disposé dans le conduit 13, sensiblement au milieu de celui-ci. Le papillon 14 est monté pivotant autour d'un axe de rotation 15 fixe par rapport au corps 12 et disposé sensiblement diamétralement dans le conduit 13. Le papillon 14 obture plus ou moins complètement le conduit 13 selon sa position angulaire. Il est agencé pour pivoter sur 90 degrés entre une position fermée, représentée par les figures 1, s 2 et 4a, dans laquelle il obture complètement le conduit 13 de sorte que le débit de fluide est nul, et une position ouverte, représentée par la figure 4b, dans laquelle il ouvre complètement le conduit 13 de sorte que le débit de fluide est maximum. Le corps 12 de la vanne 11 comporte en outre une bride de fixation latérale 16, approximativement annulaire, pour fixer le dispositif de commande 10. Cette bride 16 est disposée autour d'une paroi latérale plane 17 du corps 12 en regard du papillon 14, sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation 15 du papillon 14. Le dispositif de commande 10 comporte un boîtier 18 de forme sensiblement cylindrique, fermé du côté opposé à la vanne 11 par un fond 19 et ouvert de l'autre côté, correspondant à la paroi latérale 17, par une ouverture 20. Le boîtier 18 comporte un élément de fixation tel qu'une collerette annulaire 21 disposée autour du boîtier 18 dans une zone proche de l'ouverture 20. Cette collerette 21 est fixée au moyen de vis de fixation 22 par exemple à la bride de fixation 16 du corps 12. Le diamètre extérieur du boîtier 18 est sensiblement égal au diamètre intérieur de la bride annulaire 16 de sorte que le tronçon d'extrémité côté ouverture du boîtier 18 est positionné dans la bride 16. Le dispositif de commande 10 comporte un organe d'actionnement du papillon 14 sous la forme d'un axe d'actionnement 23. Celui-ci est monté coulissant à travers un trou 24 traversant, de section carrée, ménagé au centre de la paroi latérale plane 17. Ce trou carré 24 guide en déplacement linéaire l'axe 23 qui comporte à cet effet un tronçon de section carrée 25. Le papillon 14 et cet axe d'actionnement 23 sont mieux représentés par la figure 3. Le papillon 14 comporte un alésage central fileté 26, dont l'axe est confondu avec son axe de rotation 15. Le filetage de cet alésage central 26 comporte trois filets de vis intérieurs par exemple dont le pas est relativement grand. L'axe d'actionnement 23 comporte un tronçon fileté d'extrémité 27 complémentaire, comportant trois filets de vis extérieurs dont le pas est identique à celui des trois filets de vis intérieurs de l'alésage 26 du papillon 14. Ce tronçon fileté 27 est en prise avec l'alésage fileté 26 du papillon 14 de sorte que quand l'axe d'actionnement 23 est déplacé de façon linéaire, il entraîne en rotation le papillon 14 autour de son axe 15. Le déplacement linéaire de l'axe d'actionnement 23 est limité entre io deux positions extrêmes rentrée et sortie de sorte que la course de l'axe 23 correspond à une rotation de 90 degrés du papillon 14 respectivement entre sa position fermée, figure 4a, et sa position ouverte, figure 4b. Le papillon 14 comporte un logement cylindrique 28 adapté pour recevoir librement le tronçon de section carrée 25 de l'axe d'actionnement 23. Cet axe d'actionnement 23 comporte en outre un trou cylindrique traversant 29 dans lequel est disposé l'axe de rotation 15 du papillon 14 et dont le diamètre intérieur est légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'axe de rotation 15 afin de ménager un jeu de fonctionnement autorisant un déplacement relatif linéaire entre eux. L'axe d'actionnement 23 est couplé à un organe de commande 30 de son déplacement linéaire entre ses deux positions extrêmes rentrée et sortie. A cet effet, cet axe 23 comporte une tête cylindrique 31, à son extrémité opposée au tronçon d'extrémité fileté 27, et un bourrelet annulaire 32 disposé à sa périphérie entre le tronçon carré 25 et la tête 31. L'extrémité du trou cylindrique 29 de l'axe 23 est filetée dans une zone approximativement en correspondance de la tête 31 et du bourrelet 32. L'organe de commande 30 comporte un élément radial sous la forme d'une membrane 33 ayant sensiblement la forme d'un disque légèrement bombé dont le diamètre extérieur naturel est sensiblement égal au diamètre de la paroi latérale plane 17 du corps 12. Cette membrane 33 comporte un orifice central cylindrique 34 traversé par la tête 31 de l'axe d'actionnement 23 dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur de cet orifice 34. La zone centrale de la membrane 33 autour de l'orifice 34 est fixée contre le bourrelet 32 de l'axe 23 par un capuchon 35. Ce capuchon 35 est engagé autour de la tête d'axe 31 et est fixé à celleci au moyen d'une vis de fixation 36 vissée dans l'extrémité filetée du trou 29. Le pourtour circulaire de la membrane 33 est fixe et est pris en sandwich entre la 1o paroi latérale plane 17 du corps 12 et l'extrémité du boîtier 18 correspondant à l'ouverture 20. Cette membrane 33 assure ainsi l'étanchéité entre le trou carré 24 et l'axe d'actionnement 23. Le boîtier 18 du dispositif de commande 10 et la paroi latérale plane 17 du corps 12 définissent ensemble une enceinte 37. La membrane 33 sépare hermétiquement cette enceinte 37 en une chambre de référence 38 et une chambre de commande 39 qui sont disposées de part et d'autre de la membrane 33. La chambre de référence 38 communique avec le conduit 13 par un passage 40 ménagé dans la paroi latérale 17. La chambre de commande 39 communique avec un embout de commande 41 comportant un passage dans le fond 19 du boîtier 18. Le passage 40 permet de dévier une petite partie du fluide contenu dans le conduit 13 vers la chambre de référence 38 et de fixer la pression de cette chambre 38 à la pression du fluide du conduit 13. L'embout de commande 41 est relié à une source externe de fluide de commande, non représentée, et permet de fixer la pression de la chambre de commande 39 à la pression du fluide de commande. La pression de ce fluide de commande détermine la différence de pression autour de la membrane 33 ou pression transmembranaire, laquelle détermine la position ou l'état de déformation de la membrane 33. Quand la pression de la chambre de référence 38 est inférieure à la pression de la chambre de commande 39, la membrane 33 tend à se déformer vers un état dans lequel elle est approximativement plane, ce qui correspond à un volume minimum de la chambre de référence 38 et à un volume maximum de la chambre de commande 39. Cet état du dispositif de commande 10, dans lequel l'axe d'actionnement 23 est dans la position rentrée délimitée par la paroi io latérale 17 du corps 12 sur laquelle vient buter le bourrelet 32, correspond à la position fermée du papillon 14 représentée par la figure 4a. Quand la pression de la chambre de référence 38 est supérieure à la pression de la chambre de commande 39, la membrane 33 tend à se déformer vers un état dans lequel elle est sensiblement bombée, sous l'effet par exemple d'une dépression générée par le fluide de commande à travers le passage de l'embout de commande 41, ce qui correspond à un volume maximum de la chambre de référence 38 et à un volume minimum de la chambre de commande 39. Cet état du dispositif de commande 10, dans lequel l'axe d'actionnement 23 est dans la position sortie délimitée par le fond 19 du boîtier 18 sur lequel vient buter la vis de fixation 36 du capuchon 35, correspond à la position ouverte du papillon 14 représentée par la figure 4b. En cas d'équilibre des pressions de part et d'autre de la membrane 33, celle-ci tend à s'immobiliser dans un état de déformation intermédiaire quelconque entre son état plat et son état bombé, de manière à immobiliser l'axe de commande 23 entre sa position rentrée et sa position sortie pour régler plus ou moins fort le débit de fluide dans le conduit 13. Un ressort de rappel 42, de forme sensiblement tronconique, monté entre le capuchon 35 et le fond 19 du boîtier 18 sollicite l'axe de commande 23 en rappel vers sa position rentrée, correspondant à la position fermée du papillon 14 et donc à un débit nul dans le conduit 13 de la vanne 11. D'une part, cela évite d'utiliser la source de fluide de commande en cas de fermeture volontaire et prolongée de la vanne 11 et d'autre part de fermer la vanne 11 en cas de défaillance de la source de fluide de commande pour des raisons de sécurité. Le dispositif de commande 10 de la présente invention propose une solution technique originale. Une simple translation de l'axe d'actionnement 23 suffit à faire tourner le papillon 14 par l'intermédiaire du couplage à filetages 26, 27, à io la différence des dispositifs de l'art antérieur qui nécessitent un entraînement rotatif de l'axe d'actionnement et donc une étanchéité dynamique relativement difficile et coûteuse sur l'axe tournant. L'étanchéité de la vanne 11 au niveau du dispositif de commande 10 est désormais statique et est améliorée car elle est assurée directement par la membrane étanche 33. Ainsi, cette membrane 33 cumule les fonctions de commande et d'étanchéité, permettant de réduire le coût global du dispositif de commande. En outre, dans le cas de circuit de fluide complexe, o le débit de fluide dans le conduit de la vanne doit être réglé précisément, en continu et de manière prédéfinie directement en fonction de la pression d'un fluide circulant dans une autre branche du circuit, par exemple dans un circuit de régulation thermique d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, la vanne peut directement être commandée par la pression de ce fluide existant qui constitue une source de commande particulièrement économique. Dans une autre application, la commande de la vanne peut provenir de n'importe quel circuit de fluide parallèle générant par exemple une dépression, cette dépression étant utilisée comme énergie de commande. Ainsi, le coût de cette énergie est nul, ce qui avantage économiquement ce dispositif de commande. Finalement, le dispositif de commande 10 de la présente invention est très simple, parfaitement étanche, performant, fiable et économique. La présente invention n'est bien entendu pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidente pour l'homme du métier. Notamment, I'accouplement par filetage entre l'axe d'actionnement et le papillon peut être remplacé par tout autre accouplement équivalent permettant la transformation d'un mouvement linéaire en un mouvement rotatif. De même, la commande en déplacement linéaire de l'axe d'actionnement peut être obtenue par tout autre moyen équivalent avec ou sans énergie de commande existante. Il Revendications 1. Dispositif de commande (10) d'une vanne à papillon (11), la vanne comportant un corps (12) traversé par un conduit (13) pour le passage d'un s fluide ainsi qu'un papillon (14) disposé dans le conduit et monté pivotant autour d'un axe de rotation fixe (15) de sorte que le papillon (14) obture plus ou moins complètement le conduit (13) selon sa position angulaire, le dispositif de commande comportant un organe d'actionnement traversant un trou (24) ménagé dans une paroi latérale (17) du corps (12), cet organe d'actionnement 1o étant couplé audit papillon (14) de manière à le faire pivoter autour de son axe de rotation (15), caractérisé en ce que l'organe d'actionnement comporte un axe d'actionnement (23) mobile de façon linéaire dans le trou (24) de la paroi latérale (17), et en ce que cet axe d'actionnement (23) est couplé audit papillon (14) et agencé de sorte que, quand l'axe d'actionnement (23) est déplacé linéairement, il entraîne en rotation le papillon (14) autour de son axe de rotation (15). 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le papillon (14) comporte un filetage (26) en prise avec un filetage (27) ménagé sur ledit axe d'actionnement (23). 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le papillon (14) comporte un alésage central fileté (26), dont l'axe est confondu avec l'axe de rotation (15), et en ce que l'axe d'actionnement (23) comporte un tronçon extérieur fileté (27) logé dans l'alésage central fileté (26) du papillon (14). 4. Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que les filetages de l'alésage central (26) et du tronçon extérieur (27) comportent chacun plusieurs filets de vis identiques. 5. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement linéaire de l'axe d'actionnement (23) est limité entre deux positions extrêmes, et en ce que la course de l'axe d'actionnement (23) entre ces deux positions extrêmes correspond à une rotation de 90 degrés du papillon (14) respectivement entre une position fermée, dans laquelle il obture 1o complètement le conduit (13), et une position ouverte, dans laquelle il ouvre au maximum le conduit (13). 6. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou (24) a une section carrée et guide en déplacement linéaire l'axe d'actionnement (23) qui comporte un tronçon de section carrée (25) en regard du trou (24). 7. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe d'actionnement (23) est couplé à un organe de commande (30) de son déplacement linéaire. 8. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe de commande (30) comporte une enceinte (37) dans laquelle est disposé un élément radial (33) mobile, cet élément radial (33) divisant hermétiquement l'enceinte (37) en deux chambres (38, 39) définies de part et d'autre dudit élément radial (33), en ce que ledit élément radial (33) est lié rigidement à l'axe d'actionnement (23), et en ce que ledit élément radial (33) adopte une position à l'intérieur de l'enceinte (37) en fonction de la différence de pression entre les deux chambres (38, 39) et commande en déplacement linéaire ledit axe d'actionnement (23) du papillon (14). 9. Dispositif de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite paroi latérale (17) du corps (12) est plane, en ce que le dispositif de commande (10) comporte un boîtier (18) de forme générale cylindrique, fermé d'un côté par un fond (19) et ouvert de l'autre côté par une ouverture (20), et en ce que ledit boîtier (18) est fixé au corps (12) de la vanne (11) avec l'ouverture (20) en correspondance de la paroi latérale plane (17) de sorte que le boîtier (18) définit avec cette paroi latérale (17) ladite enceinte (37). 10. Dispositif de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que le trou (24) est ménagé au centre de la paroi latérale plane (17), en ce que ledit élément radial est constitué par une membrane étanche (33) en forme approximativement de disque, en ce que la zone centrale de la membrane étanche (33) est fixée à une extrémité (31) de l'axe d'actionnement (23), et en ce que le pourtour circulaire de la membrane étanche (33) est pris en sandwich entre la paroi latérale plane (17) du corps (12) et l'extrémité du boîtier (18) correspondant à l'ouverture (20). 11. Dispositif de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'une des chambres (38) communique avec le conduit (13) par un passage (40) ménagé dans la paroi latérale (17) et est une chambre de référence, et en ce que l'autre chambre (39) communique avec une source de fluide de commande par un passage (41) ménagé dans le fond (19) du boîtier (18) et est une chambre de commande. 12. Dispositif de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe de commande (30) comporte un ressort de rappel (42) disposé dans l'une des deux chambres (38, 39), ce ressort de rappel (42) étant agencé pour solliciter axialement ledit axe d'actionnement (23).