Brevet FR2847641A1 — publié le 20040528

Vanne de régulation à tiroir à au moins deux voies d'un nouveau type. La présente invention concerne une vanne de régulation à tiroir à au moins deux voies d'un nouveau type. Les vannes de régulation à tiroir à au moins deux voies, une entrée et une sortie, sont généralement utilisées dans des dispositifs d'alimentation en fluide. Une vanne de ce type est en particulier utilisable dans les dispositifs d'alimentation en eau et en air d'un canon à neige. Ainsi, le document EP-B-0 187 563 décrit un distributeur à tiroir comportant un corps muni de tubulures d'entrée d'eau et d'air, de tubulures de sortie d'eau et d'air vers le canon à neige et d'un orifice de purge ainsi qu'un tiroir cylindrique entraîné par un organe de commande, tel qu'un motoréducteur, entre une position de fermeture des flux d'eau et d'air permettant également une purge et une position d'ouverture. Le tiroir présente un alésage fileté avec lequel coopère une vis fixe en translation mais entraînée en rotation par le motoréducteur. Dans WO-A-0101054, on a également proposé un dispositif constitué d'une vanne comportant un corps pourvu d'un canal d'entrée et d'une sortie, la communication entre le canal d'entrée et la sortie s'effectuant à l'aide d'un forage cylindrique et d'un tiroir mobile dans ledit forage. Une purge est également prévue et permet par l'action du tiroir une purge automatique lorsque la vanne est en position normale de fermeture. Le tiroir se déplace sous l'effet de moyens de commande tels qu'un motoréducteur, le tiroir comportant un alésage interne fileté coopérant avec une vis entraînée par le motoréducteur. Ces systèmes présentent cependant un inconvénient majeur lié à leur alimentation électrique. En effet, l'alimentation électrique permet de faire fonctionner le motoréducteur qui permet, par son action sur le tiroir, de fermer ou d'ouvrir la vanne. Ainsi, lorsqu'il y a une coupure dans l'alimentation électrique alors que la vanne est en position d'ouverture, la vanne ne se referme pas. Il s'ensuit, dans le cas d'un canon à neige par exemple, que celui-ci reste alimenté en eau sans plus aucun moyen de contrôle. Ceci est un réel problème car la conséquence de ce défaut est la formation d'une plaque de glace sur la piste à enneiger mais peut être également un problème important dans d'autres applications. Afin de pallier cet inconvénient, la présente invention a pour but de proposer une vanne de régulation à tiroir fonctionnant sous alimentation électrique pour permettre le passage de fluides ou l'interrompre, et qui, même en cas d'une coupure de courant en utilisation, peut être fermée pour bloquer le passage de fluide. A cet effet, l'invention a pour objet une vanne de régulation à tiroir à au moins deux voies, du type comportant un corps pourvu d'une entrée et d'une sortie de fluide reliées par un canal dans lequel se déplace un tiroir actionné en déplacement par des moyens de commande principaux, ledit tiroir se déplaçant entre une position de fermeture complète de la vanne et un position d'ouverture complète de ladite vanne, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de commande auxiliaires permettant le déplacement du tiroir de la position d'ouverture à la position de fermeture lors de l'impossibilité de fonctionnement des moyens de commande principaux. Ainsi de manière avantageuse, la présence des moyens de commande auxiliaires permet de pallier le non fonctionnement des moyens de commande principaux en cas de panne de courant lorsque la vanne est en position d'ouverture. Les moyens de commande principaux sont constitués par un système vis/écrou dont la vis, solidaire du tiroir, est montée fixe en rotation et mobile axialement par rapport au corps de vanne, l'écrou du système vis/écrou étant entraînable en rotation pour provoquer le déplacement axial de la vis, par un moyen d'entraînement en rotation approprié, tel qu'un écrou creux, monté fixe en translation sur le corps de la vanne mais entraînable en rotation, sous l'action d'un moteur électrique. La vanne comporte également des butées de fin de course correspondant à la position d'ouverture complète et à la position de fermeture complète de la vanne, la première étant constituée par un épaulement du corps de vanne s'étendant au droit du canal d'entrée, l'autre étant constituée par un épaulement du corps de vanne contre lequel vient en butée le tiroir en position de fermeture, cet épaulement étant disposé entre conduit de sortie et système vis/écrou. Les moyens de commande auxiliaires sont constitués par au moins un circuit de dérivation comprenant une chambre de dérivation constituée par un compartiment supplémentaire du tiroir et une électrovanne à trois voies permettant d'amener du fluide depuis l'entrée de la vanne vers ladite chambre de dérivation et comprenant une voie de mise à l'échappement de la chambre de dérivation. Ainsi, lors de la mise en fonctionnement de la vanne pour le passage d'un fluide tel que de l'eau, l'électrovanne est mise sous tension et laisse passer le fluide depuis l'entrée vers la chambre de dérivation. La chambre de dérivation est constituée par un compartiment supplémentaire du tiroir. Le tiroir comporte un premier compartiment délimité par un piston côté entrée du canal et un deuxième piston côté sortie du canal, portés par une tige et se déplaçant dans le canal du corps de vanne. La chambre correspondant au compartiment supplémentaire est délimitée au moyen du deuxième piston côté sortie du canal du corps de vanne et d'un troisième piston, solidaires de la tige, lesdits pistons constituant les parois de la chambre. Ces pistons ou parois de chambre présentent des surfaces différenciées. Cette chambre s'étend au niveau d'une section étagée du corps de vanne. Ainsi, le piston de plus grande dimension est apte à se déplacer à l'intérieur de l'alésage de plus grande dimension ou canal du corps de vanne tandis que le piston de plus petite dimension est apte à se déplacer à l'intérieur de l'alésage de plus petite dimension du corps. De ce fait, lorsque le fluide entre dans la chambre de dérivation, la pression générée par le fluide exerce un effort sur le tiroir et tend à orienter ledit tiroir vers la position d'ouverture. Le déplacement du tiroir dans le sens d'une ouverture s'opère jusqu'à amenée en butée de l'épaulement de l'écrou du système vis/écrou contre une butée solidaire de l'écrou creux. Cette position de butée de l'ensemble vis/écrou dans le sens de l'ouverture du tiroir est détectée par exemple par des contacteurs non représentés. Le moteur sous tension peut alors entraîner l'écrou creux qui actionne le système vis/écrou. En conséquence, lors de l'initialisation de la vanne ou d'une remise en service de celle-ci après une panne, les moyens de commande principaux de la vanne ne peuvent agir que lorsque la chambre de dérivation a été remplie de manière que l'ensemble vis/écrou soit en contact sur la butée, l'écrou creux pouvant ainsi être entraîné en rotation en vue de générer un déplacement axial de la tige. Ainsi, l'écrou creux entraînant en rotation l'écrou du système vis/écrou permet de positionner avec précision le tiroir. Parallèlement, l'ensemble vis/écrou est maintenu en position de butée contre l'écrou sous l'effet de la pression régnant à l'intérieur de la chambre de dérivation. De préférence, un piston supplémentaire du tiroir du côté entrée de la vanne, monté à l'extrémité de la tige côté entrée, est en liaison avec un moyen de rappel élastique monté entre l'extrémité du corps de vanne et ce piston. Lors de la fermeture de la vanne, les moyens de commande principaux déplacent le tiroir dans le sens de la fermeture. La position de recul maximal de la tige d'actionnement, correspondant à la position extrême de fermeture du tiroir obtenue à partir des moyens de commande principaux, correspond à la position de la tige dans laquelle les écrous sont maintenus en butée l'un contre l'autre. Lorsque la vanne est en position d'ouverture et qu'une panne de courant survient, l'électrovanne n'est plus sous tension et le sens de circulation du fluide au travers de cette électrovanne s'effectue de la chambre vers la voie de mise à l'échappement de l'électrovanne. De cette façon, la chambre de dérivation est mise à l'échappement. La pression générée par le fluide dans la chambre de dérivation chute brutalement à la pression atmosphérique et la pression maintenue ou résiduelle à l'entrée de la vanne appliquée aux différentes sections de piston, notamment à celle du côté rappel élastique en opposition à celle côté passage génère un effort de rappel permettant de repousser le tiroir vers sa position fermeture. Lors du déplacement du tiroir sous l'effet du moyen de rappel, la tige se déplace axialement entraînant l'écrou également en déplacement jusqu'à ce que le tiroir soit en butée contre l'épaulement du corps de vanne s'étendant entre sortie et système vis/écrou, c'est-à-dire en position de fermeture de la vanne. Le rappel élastique permet quant à lui la translation du tiroir vers la position fermeture dans le cas d'une utilisation de la vanne dans un procédé de faible inertie dont la conséquence est une chute brutale de pression simultanément à l'entrée et dans la chambre de dérivation. Ainsi, de manière avantageuse, les moyens de commande auxiliaires provoquent, au cours de leur actionnement, un déplacement axial d'au moins une partie des moyens de commande principaux. La vanne selon la présente invention présente donc un avantage certain car elle permet une fermeture de la vanne même lorsqu'il n'y a plus de courant. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens de commande auxiliaire sont constitués par au moins un électro-aimant positionné entre la tige du système vis/écrou et le moyen d'entraînement approprié de l'écrou, l'électroaimant provoquant à l'état sous tension un rapprochement de l'ensemble vis/écrou et du moyen d'entraînement approprié de l'écrou en vue d'une coopération entre ces derniers. On décrira maintenant l'invention plus en détail en référence au dessin dans lequel La figure 1 représente une vue en coupe d'une vanne selon la présente invention en position d'ouverture de la vanne; La figure 2 représente une vue en coupe d'une vanne selon la présente invention en position de fermeture de la vanne; et La figure 3 représente une vue en coupe de la vanne représentée à la figure 1 lors d'une coupure de l'alimentation électrique. Une vanne de régulation à tiroir à au moins deux voies selon l'invention est du type comportant un corps 1 pourvu d'une entrée E et d'une sortie S de fluide. L'entrée E et la sortie S sont reliées par un canal 2 dans lequel se déplace un tiroir 3 actionné en déplacement par des moyens de commande principaux, ledit tiroir 3 se déplaçant entre une position de fermeture de la vanne (figure 2) et une position d'ouverture de ladite vanne (figure 1). Les moyens de commande principaux sont constitués par un système vis/écrou dont la vis 4 est solidaire du tiroir 3 et montée fixe en rotation mais mobile axialement. La vis 4 porte un écrou 5 entraînable en rotation mais immobilisé axialement par rapport à la vis 4 lors de la mise en pression de la chambre 11 de dérivation. L'écrou 5 est entraînable en rotation par l'intermédiaire d'un moyen d'entraînement en rotation, tel qu'un écrou creux 6, monté fixe en translation sur le corps 1 de la vanne mais entraînable en rotation à l'aide d'une poulie 7, elle-même entraînable en rotation par un moteur électrique. Lors de l'ouverture de la vanne pour le passage d'un fluide F tel que de l'eau, le moteur sous tension entraîne l'écrou creux 6 qui actionne le système vis 4/écrou 5. La vanne comporte également des butées de fin de course 15, 9 correspondant à la position d'ouverture complète et à la position de fermeture complète, la première 15 étant constituée par un épaulement du corps de vanne 1 s'étendant au droit du canal d'entrée E, l'autre 9 étant constituée par un épaulement du corps de vanne 1 contre laquelle vient en butée le tiroir 3 en position de fermeture, cet épaulement 9 étant disposé entre conduit de sortie S et système vis/écrou. Les moyens de commande auxiliaires comportent une chambre de dérivation 11 et une électrovanne 13 à trois voies a, b c. La chambre de dérivation 11 est constituée par un compartiment supplémentaire du tiroir 3. Le tiroir 3 comporte un premier compartiment délimité par un piston 3b côté entrée E du canal 2 et un deuxième piston 3a côté sortie S du canal 2, portés par une tige et se déplaçant dans le canal 2 du corps de vanne 1. La chambre de dérivation 11 correspondant au compartiment supplémentaire est délimitée au moyen du deuxième piston 3a côté sortie S du canal 2 du corps de vanne 1 et d'un troisième piston 12, tous deux solidaires de la tige, lesdits pistons 3a, 12 constituant les parois de la chambre 11. Ces pistons 3a, 12 ou parois de chambre présentent des surfaces différenciées. Un piston supplémentaire 16 du tiroir 3 du côté entrée E de la vanne, positionné avant le piston 3b, dans la direction du côté entrée vers le côté sortie, est en liaison avec un moyen de rappel élastique 14 monté entre l'extrémité du corps de vanne 2 et ce piston 16. Cette chambre 11 s'étend au niveau de la section étagée du corps 1 de vanne. Ainsi, le piston 3a de plus grande dimension est apte à se déplacer à l'intérieur de l'alésage de plus grande dimension ou canal 2 du corps de vanne 1 tandis que le piston 12 de plus petite dimension est apte à se déplacer à l'intérieur de l'alésage de plus petite dimension du corps 1 ménagé après l'épaulement formant la butée 9. De ce fait, lorsque le fluide F entre dans la chambre de dérivation 11, selon les voies a, b de l'électrovanne 13, la pression générée par le fluide F exerce un effort sur le tiroir 3 et tend à orienter ledit tiroir 3 vers la position d'ouverture. Le déplacement du tiroir 3 dans le sens d'une ouverture s'opère jusqu'à amenée en butée de l'épaulement de l'écrou 5 contre une butée 8 solidaire de l'écrou creux 6. Cette position de butée de l'ensemble vis/écrou dans le sens de l'ouverture du tiroir 3 est détectée par exemple par des contacteurs non représentés. Le moteur sous tension peut alors entraîner l'écrou creux 6 qui actionne le système vis/écrou. En conséquence, lors de l'initialisation de la vanne ou d'une remise en service de celle-ci après une panne, les moyens de commande principaux de la vanne ne peuvent agir que lorsque la chambre de dérivation 11 a été remplie de manière que l'ensemble vis 4/écrou 5 soit en contact sur la butée 8, l'écrou 5 pouvant ainsi être entraîné en rotation en vue de générer un déplacement axial de la tige 4. Ainsi, l'écrou creux 6 entraînant en rotation l'écrou 5 du système vis/écrou permet de positionner avec précision le tiroir 3. Parallèlement, l'ensemble vis/écrou est maintenu en position de butée contre l'écrou 6 sous l'effet de la pression régnant à l'intérieur de la chambre 11 de dérivation. Lorsque survient une panne de courant, l'électrovanne 13 n'est plus sous alimentation électrique et le passage de l'entrée vers la chambre de dérivation il se transforme en un passage entre la chambre de dérivation 11 et la voie c de mise à l'échappement. La chambre de dérivation il remplie de fluide se vide. La pression générée par le fluide dans la chambre de dérivation 11 chute donc brutalement à la pression atmosphérique et la pression maintenue ou résiduelle à il l'entrée de la vanne appliquée aux différentes sections de piston, notamment à celle du côté rappel élastique en opposition à celle côté passage génère un effort de rappel permettant de repousser le tiroir 3 vers sa position fermeture. Lorsqu'on utilise une vanne selon l'invention sur un canon à neige, il est possible de créer une circulation de fluide dans la chambre de dérivation 11 pour éviter les problèmes de gel. REVENDI CATIONS 1. Vanne de régulation à tiroir à au moins deux voies, du type comportant un corps (1) pourvu d'une entrée (E) et d'une sortie (S) de fluide (F) reliées par un canal (2) dans lequel se déplace un tiroir (3) actionné en déplacement par des moyens de commande principaux, ledit tiroir (3) se déplaçant entre une position de fermeture complète de la vanne et une position d'ouverture complète de ladite vanne, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de commande auxiliaires permettant le déplacement du tiroir de la position d'ouverture à la position de fermeture lors d'une impossibilité de fonctionnement des moyens de commande principaux. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande principaux sont constitués par un système vis (4)/écrou (5) dont la vis (4) solidaire du tiroir (3) est montée fixe en rotation et mobile axialement par rapport au corps (1) de vanne, l'écrou (5) du système vis (4)/écrou (5) étant entraînable en rotation par un moyen d'entraînement en rotation approprié actionné par un moteur électrique. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen d'entraînement en rotation de l'écrou (5) est un écrou creux (6) fixe en translation sur le corps (1) de la vanne mais entraînable en rotation à l'aide d'une poulie (7), elle-même entraînable en rotation par un moteur électrique. 4. Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des butées de fin de course (15, 9) correspondant à la position d'ouverture complète et à la position de fermeture complète de la vanne, la première (15) étant constituée par un épaulement du corps de vanne (1) s'étendant au droit du canal d'entrée (E), l'autre (9) étant constituée par un épaulement du corps de vanne (1) contre laquelle vient en butée le tiroir (3) en position de fermeture, cet épaulement (9) étant disposé entre le conduit de sortie (S) et le système vis/écrou. 5. Vanne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le tiroir (3) comporte un premier compartiment délimité par un piston (3b) côté entrée du canal et un deuxième piston (3a) côté sortie du canal, portés par une tige (4) et se déplaçant dans le canal (2) du corps de vanne. 6. Vanne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de commande auxiliaires sont constitués par au moins un circuit de dérivation comprenant une chambre de dérivation (11) constituée par un compartiment supplémentaire du tiroir (3), une électrovanne (13) à trois voies (a, b, c) permettant d'amener du fluide (F) depuis l'entrée (E) de la vanne vers ladite chambre de dérivation (11) et comprenant une voie de mise à l'échappement (c) de la chambre de dérivation (11). 7. Vanne selon al revendication 6, caractérisée en ce que la chambre de dérivation (11) est délimitée au moyen du deuxième piston (3a) côté sortie (S) du canal du corps de vanne et d'un troisième piston (12) du tiroir (3), solidaires de la tige (4), lesdits pistons (3a, 12) constituant les parois de la chambre (11) et présentant des surfaces différenciées, ladite chambre (11) s'étendant au niveau d'une section étagée du corps de vanne, le piston (3a) de plus grande dimension étant apte à se déplacer à l'intérieur de l'alésage de plus grande dimension ou canal (2) du corps de vanne tandis que le piston (12) de plus petite dimension est apte à se déplacer à l'intérieur de l'alésage de plus petite dimension du corps. 8. Vanne selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de commande auxiliaires provoquent, au cours de leur actionnement, un déplacement axial d'au moins une partie des moyens de commande principaux. 9. Vanne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de commande auxiliaire sont constitués par au moins un électro-aimant positionné entre la tige du système vis/écrou et le moyen d'entraînement approprié de l'écrou, l'électroaimant provoquant à l'état sous tension un rapprochement de l'ensemble vis/écrou et du moyen d'entraînement approprié de l'écrou en vue d'une coopération entre ces derniers. l0.Vanne selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce qu'un piston supplémentaire (16) du côté entrée (E) de la vanne du tiroir (3) est en liaison avec un moyen de rappel élastique (14) monté entre l'extrémité du corps de vanne (2) et ce piston (16).