Brevet FR2858840A1 — publié le 20050218

DISPOSITIFS DE FERMETURE ET D'ÉTANCHÉITÉ A PARALLÉLOGRAMME DÉFORMABLE ET PROFIL D'ÉCOULEMENT OPTIMISÉ DESCRIPTION Domaine de l'invention La présente invention décrit un dispositif de fermeture et d'étanchéité 10 pouvant être utilisé sur des circuits véhiculant des fluides gazeux, liquides à très hautes ou très basses températures. Les liquides peuvent avoir éventuellement une très grande viscosité. Le dispositif peut être aussi utilisé comme dispositif de fermeture d'une 15 capacité et plus généralement il s'applique à toutes les fonctions pouvant être remplies par tous les types de vannes ou de robinets existants. Le dispositif a pour but de remplacer les vannes ou robinets existants actuellement, partout où des très hautes ou très basses températures de fonctionnement sont requises, partout où des fluides à très hautes ou très basses températures sont utilisés, partout où des fluides très visqueux sont véhiculés, partout où un fonctionnement très silencieux des organes de sectionnement est requis, partout où une simplicité de démontage et une rapidité de manoeuvre sont nécessaires. Dans une application, le dispositif est utilisé comme dispositif de sectionnement sur un circuit véhiculant un fluide. L'invention est applicable à tous les diamètres. Le dispositif pouvant être utilisé, éventuellement pour tous types de procédés. Le dispositif objet de l'invention, présente l'avantage d'être compact, il peut être mis en place sans orientation particulière, ce qui présente un avantage pour l'installation et pour la maintenance. Le dispositif objet de l'invention peut s'appliquer de la même façon à d'autres dispositifs tels des clapets anti-retour ou des clapets de ventilation, des dispositifs de réglage sur tous types de fluide, y compris les circuits de ventilation. On appelle dans la suite du texte, par le terme de vanne, tous les dispositifs servant de fermeture d'étanchéité ou de réglage de débit ou de perte de charge. Dans le texte, ce terme couvre bien entendu les robinets, les clapets. Etat de la technique antérieure et problème posé Les vannes, ou les robinets, et plus généralement les organes de sectionnement et les organes d'étanchéité sont réalisés selon quatre grands principes technologiques. Les vannes à siège constituées par l'avancée d'un opercule contre un siège, les vannes à sièges parallèles constituées par deux opercules glissant perpendiculairement à la veine fluide pour s'appuyer sur les sièges en fin de course, les robinets à tournant sphérique ou cylindrique où la fermeture est constituée par la rotation du noyau percé, les vannes à papillon. Les vannes à siège présente l'avantage de pouvoir étanchéifier des pressions très hautes et des température élevées. Par contre, dans ce type de vanne, le fluide doit passer au travers du siège. La tige repérée 21 qui tient l'opercule repéré 18 vient s'appuyer sur le siège, l'écoulement du fluide suit soit un parcours en forme de Z, soit un angle à 90 . Ceci induit une perturbation de l'écoulement et une perte de charge. Les vannes à sièges parallèles permettent une circulation du fluide moins perturbé. Mais leur temps de manoeuvre est important, l'écoulement est très perturbé pendant la fermeture, leur mécanisme est compliqué et elles enferment une quantité de fluide entre les deux opercules qui, en cas de dépressurisation, peut au mieux empêcher la vanne de s'ouvrir. De plus, le frottement des opercules sur les sièges pendant les manoeuvres raye les sièges et détériore la vanne. Les robinets à passage intégral sont généralement des robinets à tournant sphérique ou cylindrique. Ces robinets reconstituent la veine fluide de façon intégrale mais présentent deux inconvénients. Le premier de ces inconvénients est la difficulté de pouvoir étanchéifier parfaitement le robinet entre l'amont et l'aval, ce qui rend la réalisation de ces robinets en haute pression et haute température impossible; le deuxième inconvénient est constitué par le couple élevé nécessaire à la manoeuvre du robinet. Ils possèdent généralement une zone de rétention. Résumé de l'invention Le dispositif objet de l'invention consiste à réaliser une vanne à siège permettant une bonne étanchéité en haute pression et en haute température et possédant des caractéristiques d'écoulement proche d'une vanne à passage intégrale idéale et une perte de charge interne très faible. On arrive à ce résultat, comme on peut le voir sur les figures 1, 2 et 3 en basculant l'opercule (5) contre le siège (6). Le dispositif de manoeuvre de cet opercule 5 est constitué par un parallélogramme. En position vanne ouverte l'opercule se positionne dans une zone de replis, l'écoulement est peu perturbé. En position vanne fermée l'opercule vient en contact avec le siège de vanne. La vanne réalisée permet donc une bonne étanchéité à l'identique d'une vanne à siège classique, et possède des caractéristique d'écoulement identique à une vanne à passage intégrale sans en avoir les inconvénients précédemment énoncés. Les figures 1, 2 et 3 représentent les applications préférées de l'invention. 30 35 Ref: Br8892-02a-MP98 01/06/03 Liste des figures Le dispositif objet de l'invention sera mieux compris à la lecture de la 5 description ci-après, suivie de plusieurs figures représentant respectivement: La figure 1 décrit l'application du dispositif préféré selon l'invention, représenté en coupe. Les figures 2 et 3 permettent de comprendre le fonctionnement de la vanne avec le dispositif en vue de dessus La figure 4 représente un clapet réalisé selon une variante du dispositif objet 15 de l'invention. La figure 8 représente une vanne à siège actuelle dite en z . La figure 9 représente un robinet vanne actuel à tournant sphérique ou cylindrique. La figure 10 représente une vanne à siège parallèle actuelle. 25 30 Exposé détaillé de l'utilisation du procédé selon l'invention L'invention est constituée par un dispositif permettant de réaliser la fermeture et l'étanchéité parfaite entre deux parties d'un circuit fluide. Elle utilise pour cela un organe de fermeture venant en appui sur une portée d'étanchéité. Pour ce faire, on utilise un parallélogramme qui manoeuvre un clapet 5. Dans l'application préférée selon l'invention, représentée sur la figure 1, le clapet 5 bascule autour de l'axe 8. Le parallélogramme est constitué par la pièce 4, le clapet 5, le noyau 3 et l'axe 1. Le clapet 5 dans la position vanne fermée vient en appui sur le siège 6. Sur cet axe 1, une pièce 2 munie de joint ou d'un presse étoupe joint réalise l'étanchéité. Comme sur les vannes classiques, cette pièce 2 peut être complétée par un soufflet. On peut se rendre compte que la rotation de l'axe 1 permet l'avancée avec une grande précision de l'opercule 5 sur le siège 6. Dans ce dispositif, le mouvement de la tige 1 est démultiplié par le parallélogramme; ceci permet d'obtenir des forces d'appuis très importantes, aptes à fermer de très hautes pressions et à sectionner des forts débits ou des fluide visqueux. Il permet aussi de réaliser, des vannes dont toutes les parties mobiles et celles susceptibles de s'user peuvent être séparées du corps aisément pour faciliter la maintenance. Dans le fonctionnement normal de la vanne, on peut faire varier la position de l'opercule pour faire varier le débit. Le dispositif objet de l'invention peut donc remplir les fonctions d'une vanne apte à régler le débit d'un fluide ou la perte de charge générée. Une variante selon l'invention est représentée par les figures 5, 6, 7. Dans cette variante, le fonctionnement est identique mais l'encombrement du corps de vanne est optimisé. Pour ce faire, dans les zones de déplacement, le corps de vanne a des flans aplatis. Cette imposition est due au volume nécessaire au déplacement de l'opercule. On a ainsi réalisé un dispositif permettant de faire varier la perte de charge ou le débit et en fin de course d'assurer une étanchéité en fin de course. 2858840 6 Dans la figure 4, on montre une variante selon l'invention qui permet de réaliser un clapet dont la force d'appui est réglable. En effet dans cette application, l'axe 1 est repoussé par le ressort 10. En réglant la force d'appui du ressort 10, on calibre le débit à partir duquel le clapet s'ouvre. La figure 10 représente une variante de l'invention comportant un corps 7 agrandi et muni d'un dispositif permettant de grand déplacement. On peut aussi remarquer que dans toutes variantes, l'ensemble du noyau 3 et les pièces qu'il contient, et l'opercule constituent un ensemble qui peut être démonté pour permettre une maintenance aisée sans démonter le corps du dispositif 7. Ce corps 7 peut, pendant ces phases de maintenance ou de réparation, rester soudé sur le circuit fluide ou sur l'installation. A l'identique, le siège 6 peut être, éventuellement démontable. L'ensemble de ces dispositions permet de faire une maintenance rapide en changeant les éléments mobiles, les pièces d'usures et le noyau par des dispositifs identiques neufs ou reconditionnés. Par ailleurs, la configuration du dispositif sans rétention permet d'installer 20 l'ensemble quelle que soit l'orientation, sans dégradation du fonctionnement du dispositif Le dispositif est aussi particulièrement adapté à la circulation de plusieurs fluides mélangés, de fluides bi phasiques et de fluides à haute viscosité. 30 7 REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'assurer l'étanchéité à la fois en haute pression et en haute température et le passage du fluide entre l'amont et l'aval du dispositif avec une très faible perte de charge, caractérisé en ce que le l'organe servant à la fermeture et à l'étanchéité se replie dans une zone de repli permettant un passage optimisé du fluide. 2. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'aucun des dispositifs utilisés, ne procède de zone de rétention susceptible d'accumuler du fluide. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que 15 l'adjonction d'un dispositif de rappel permet la réalisation d'un clapet dont la force d'appui peut être réglable, calibrant ainsi le débit direct. 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parties mobiles du dispositif, les pièces pouvant présenter une usure, ainsi que le noyau, peuvent être retirés sans démonter la totalité du dispositif, et ce pour faciliter la maintenance. 5. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments nécessaires à la démultiplication du mouvement de la tige de commande peuvent être intégrés dans le noyau interne du dispositif, rendant ainsi l'ensemble adaptable et compact.