Brevet FR2882127A1 — publié le 20060818

DESCRIPTION Domaine de l'invention La présente invention décrit un dispositif de fermeture et d'étanchéité à opercules multiples pouvant être utilisé sur des circuits véhiculant des fluides gazeux et liquides. Son but est de diminuer la puissance nécessaire à sa manoeuvre. Le dispositif s'applique à toutes les fonctions pouvant être remplies par tous 10 les types de vannes ou de robinets existants. Le dispositif a pour but de remplacer les vannes ou robinets existants actuellement, en diminuant les puissances nécessaires à leur manoeuvre. 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 (figure 10) présentent l'avantage de pouvoir étanché ifier des pressions très hautes et des températures élevées. Par contre, dan, ce type de vanne, le fluide doit passer au travers du corps (9). La tige (10) qui tient l'opercule (11) 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 importante. De plus., les efforts encaissés par l'opercule (11) sont importants puisque la pression s'exerce sur une surface équivalente au diamètre de la conduite. Les vannes à sièges parallèles (figure 12) permettent une circulation du fluide moins perturbée. Mais leur temps de manoeuvre est important, l'écoulement est très perturbé pendant la fermeture, leur mécanisme est compliqué et elle enferme une quantité de fluide entre les deux opercules (13) 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 (figure 11) sont généralement des robinets à tournant sphérique ou cylindrique (12). 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. Les vannes à papillons, n'étant pas étanches, ne peuvent être utilisées comme organe de fermeture. Le problème posé par toutes ces technologies de vannes est le suivant: lors de leur manoeuvre, la force exercée par la différence de pression entre l'amont et l'aval est importante car elle s'exerce sur une surface équivalente à la section de la conduite. 25 30 2882127 3 Résumé de l'invention Le dispositif objet de l'invention consiste à réaliser une vanne à siège ayant 5 plusieurs opercules dont au moins un de petite taille permettant une chute de la différence de pression entre l'amont et l'aval du dispositif. Etant de petite taille, cet opercule est facile à ouvrir. En l'absence de différence de pression entre l'amont et l'aval, le ou les opercules de plus grande taille sont faciles à ouvrir. La manoeuvre est donc rendu beaucoup plus aisée et les puissances nécessaires à sa manoeuvre dans les phases d'ouverture et de fermeture sont ainsi diminuées. Dans le texte, l'opercule ou les opercules primaires désignent le ou les organes de fermeture s'appuyant sur le siège (3) du dispositif. L'opercule ou les opercules secondaires désignent le ou les organes de fermeture s'appuyant sur le ou les organes de fermetures primaires, sur le ou les organes de fermeture secondaire, ou encore obturant les canaux secondaires du dispositif qui ont pour fonction de faire chuter la différence de pression entre l'amont et l'aval du dispositif. Avantages Le dispositif permet de réaliser des vannes avec de faibles motorisations. Ce qui est intéressant dans tous les cas puisqu'on obtient une diminution du poids total de la vanne et une diminution de sa consommation énergétique. L'utilisation du dispositif est particulièrement avantageux dans les zones où l'espace est limité et où l'approvisionnement en énergie est difficile. De plus, suivant l'état d'ouverture des différents opercules, le dispositif peut jouer un rôle de régulation en faisant varier les pertes de charge que le fluide subit lors de son passage. Liste des figures Le dispositif objet de l'invention sera mieux compris à la lecture ci-après, suivie de plusieurs figures représentant respectivement: La figure 1 décrit l'application du dispositif préféré selon l'inveni:ion, représenté en coupe, en position dite fermée , c'est-à-dire bloquant le passage du fluide contenu dans la conduite. La figure 2 représente le dispositif selon l'invention en position dite ouverte , c'est-à-dire laissant libre passage au fluide. La figure 3 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant plusieurs opercules secondaires de tailles différentes, colinéaires et actionnés par un même mouvement. La figure 4 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant plusieurs opercules secondaires de tailles différentes, colinéaire, et 15 actionnés par plusieurs mouvements indépendants. La figure 5 représente un grossissement de la zone de fermeture du dispositif avec un opercule secondaire (5) ayant une surface en prise à la pression statique du fluide non continue sur sa circonférence. La figure 6 représente une vue de gauche de l'opercule secondaire (5) 20 représenté sur la figure 5. La figure 7 représente une variante du dispositif selon l'invention, utilisant plusieurs opercules secondaires de tailles différentes, non colinéaires et actionnés par plusieurs mouvements indépendants. La figure 8 représente une vue de gauche de l'opercule primaire (4) , percé 25 de plusieurs ouvertures de tailles différentes. La figure 9 représente une variante du dispositif selon l'invention, adapté sur une vanne dites en Z . La figure 10 montre une vanne à siège dites vanne en Z , représentant une technologie utilisée actuellement. La figure 11 montre une vanne à tournant sphérique, représentant une technologie utilisée actuellement. La figure 12 montre une vanne à sièges parallèles, représentant une technologie utilisée actuellement. La figure 13 représente une variante du dispositif selon l'invention, adapté 35 sur une vanne à sièges parallèles. 2882127 5 Exposé détaillé de l'utilisation du procédé selon l'invention La figure 1 décrit l'application préférée selon l'invention. L'invention est constituée par un dispositif permettant de réaliser la fermeture et l'étanchéité entre deux parties d'un circuit fluide. L'invention s'installe sur une conduite entre une bride amont et une bride aval. Elle est constituée d'un corps (1) dans lequel est inséré un noyau profilé (2) contenant les éléments de fermeture. Ce noyau n'est pas obligatoirement placé dans le fluide et peut être placé en dehors. Les éléments de fermeture sont constitués par un opercule primaire (4), un opercule secondaire (5), et un siège d'appui (3). Le nombre d'opercules primaires et secondaires peut être variable. Cette figure représente le système dans la position dite fermée , c'est-à-dire bloquant le passage du fluide. L'opercule primaire (4), une fois en contact avec le siège (3) crée une première étanchéité. La pression du fluide amont appliquée sur les surfaces de l'opercule primaire (4) perpendiculaires à l'axe de mouvement aide cette étanchéité par un effet autoclave. L'opercule secondaire (5) crée une seconde étanchéité avec l'opercule 20 primaire (4). La force créée par la pression du fluide aide ici aussi l'étanchéité par un effet autoclave. Les canaux creusés dans l'opercule primaire (4) sont ainsi obturés et aucun fluide ne circule. La manoeuvre de l'opercule secondaire (5) est réalisée par une crémaillère 25 solidaire de cet opercule secondaire (5) et sur laquelle est accouplé un pignon d'entraînement sur un axe (6). La figure 2 décrit l'application selon l'invention dans la position dite ouverte , c'est-à-dire laissant le passage libre au fluide. Pour passer de l'état fermé à celui d'ouvert, la crémaillère est actionnée pour tirer l'opercule secondaire (5). La force qui s'oppose au mouvement d'ouverture de cet opercule (5) est celle appliquée par le fluide sur les surfaces perpendiculaires à l'axe du mouvement. L'opercule secondaire (5) étant de diamètre faible, la force s'appliquant sur la couronne perpendiculaire au mouvement est très faible. Une fois l'opercule secondaire (5) très légèrement déplacé, la différence de pression entre l'amont et l'aval du dispositif chute fortement puisqu'un ou plusieurs canaux sont ouverts. L'opercule primaire (4), entraîné par l'opercule secondaire, (5) devient très facile à manoeuvrer. La figure 3 représente une variante dans laquelle on interpose un second opercule secondaire (7) entre l'opercule primaire (4) et l'opercule secondaire (5) de dépressurisation. Cet opercule (7) est percé de canaux obturés en position fermée. Les deux opercules secondaires ont, pour l'exemple, le même axe. Cette configuration rajoute une étanchéité mais diminue encore la force nécessaire à l'ouverture puisque les surfaces perpendiculaires à l'axe du mouvement des autres opercules diminuent. Le nombre d'opercules peut être encore augmenté suivant les différents paramètres de l'écoulement comme la pression du fluide ou le diamètre de la conduite. Les différents opercules ne sont pas forcement concentriques. Dans cette configuration, un seul et même mouvement entraîne l'ouverture de tous les opercules. La figure 4 représente une variante de la configuration présentée par la figure 3, c'est-à-dire avec l'interposition d'un ou plusieurs opercules secondaires (7). Cependant, sur cette figure, l'entraînement de l'opercule secondaire de dépressurisation (5) est indépendant de l'entraînement des deux autres opercules (4) et (7). Ces derniers sont entraînés par un fluide amené sous pression dans la conduite (8). Chaque opercule peut ainsi être actionné par un mouvement indépendant de 25 nature diverse, par exemple pneumatique, mécanique, hydraulique, électromagnétique ou thermique. La figure 5 représente une variante du système de fermeture. L'opercule secondaire (5), sur lequel s'exerce la différence de pression statique entre l'amont et l'aval la plus importante lors de son ouverture, possède une surface perpendiculaire au mouvement d'ouverture réduite par la diminution du diamètre de sa collerette et par sa discontinuité sur sa circonférence. La figure 6 représente une vue de gauche de l'opercule secondaire (5) décrit dans la figure 5, c'est-à-dire avec une collerette de surface faible et discontinue. 2882127 7 La figure 7 représente une variante dans laquelle l'opercule primaire (4) et l'opercule secondaire (5) ne sont pas colinéaires. Deux mouvements indépendants les actionnent. Pour faire diminuer la différence de pression entre l'amont et l'aval du dispositif, on actionne la commande (14), qui ouvre un canal interne au corps (2). Ce canal est, en position fermée, accouplé à un canal intente à l'opercule (4). L'ouverture met en relation l'amont et l'aval du dispositif, ce qui a pour conséquence de faire chuter la différence de pression. La figure 8 représente une variante, en vue de gauche, de l'opercule primaire (4). Ce dernier est percé de plusieurs ouvertures de tailles différentes. L'ouverture de l'une ou l'autre permet d'une part de faire cruter la différence de pression entre l'amont et l'aval du dispositif et d'autre part de faire varier la perte de charge subit par le fluide à la traversée du dispositif. Le dispositif peut ainsi réguler un écoulement. La figure 9 représente une variante du dispositif adapté sur une vanne dite en Z . L'opercule secondaire (5) permet de faire chuter la différence de pression entre l'amont et l'aval. Il est à noter que le sens de fonctionnement de la vanne a été inversé et que le fluide s'écoule ici de droite à gauche dans le corps (9) . La figure 10 représente une vanne dite en Z . Cette technologie est actuellement utilisée. Le corps (9) de la vanne présente une forme en Z et entraîne, lorsque la vanne est ouverte, des pertes importantes. L'axe (10) pousse l'opercule (11) sur le siège pour fermer la vanne. L'opercule (11) subit alors la force exercée par la pression du fluide sur toute la section de la conduite. Le fluide s'écoule de gauche à droite dans le corps (9). La figure 11 représente une vanne à boisseau. Cette technologie est actuellement utilisée. La boule percée (12) pivote sur son siège pour obturer la conduite. Le siège s'en trouve ainsi rayé et l'étanchéité à haute pression est mauvaise. De plus, le couple nécessaire à la manoeuvre est important. La figure 12 représente une vanne à siège parallèle. La force exercée par la différence de pression entre l'amont et l'aval est très importante puisque l'opercule (13) encaisse cette pression sur toute la section de l'écoulement. 2882127 8 La figure 13 représente une variante du dispositif adapté sur une vanne à sièges parallèles. Un canal percé dans le corps de vanne est obturé par un opercule secondaire (5), en position fermé. Lorsque la vanne est actionnée, cet opercule (5) s'ouvre dans un premier temps pour équilibrer la pression entre l'amont et l'aval du dispositif. Les sièges (13) s'ouvrent donc plus facilement. 15 20 25 REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'assurer l'étanchéité sur une conduite, caractérisé en ce que une ou plusieurs ouvertures secondaires, autres que l'ouverture principale qui permet l'écoulement du fluide, mettent en relation l'amont et l'aval du dispositif et peuvent être obturées par un ou des organes de fermeture secondaires. 2. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les 10 ouvertures mettant en relation l'amont et l'aval du dispositif sont pratiquées sur le ou les organes de fermeture primaires. 3. Dispositif, selon la revendication 1, et éventuellement 2, caractérisé en ce que le ou les organes de fermeture primaires et secondaires sont 15 colinéaires. 4. Dispositif, selon la revendication 1, et éventuellement 2, caractérisé en ce que le ou les organes de fermeture primaires et secondaires ne sont pas colinéaires. 5. Dispositif, selon la revendication 1, et éventuellement 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le ou les organes de fermeture primaires et secondaires sont liés mécaniquement et sont actionnés par un seul mouvement. 6. Dispositif, selon la revendication 1, et éventuellement 2, 3 e. 4, caractérisé en ce que le ou les organes de fermeture primaires et secondaires sont actionnés par des mouvements indépendants. 7. Dispositif, selon la revendication 1, et éventuellement 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que la perte de charge engendrée par le franchissement du dispositif soit réglable par le nombre d'opercules secondaires ouverts ou par leur section de passage. 8. Dispositif, selon la revendication 1, et éventuellement 2, 3, 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que les différents organes de fermetures primaires et secondaires sont dans le sens du fluide ou dans le sens inverse du fluide. 9. Dispositif, selon la revendication 1, et éventuellement 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que le ou les organes de fermeture primaires et secondaires sont constitués d'opercules sur lesquels s'exerce la pression statique du fluide amont, créant ainsi un effet autoclave. 1O.Dispositif, selon les revendications 1 et 9, et éventuellement 2, 3, 4, 5, 6, 7, et 8, caractérisé en ce que l'effet autoclave engendré par le fluide sur le ou les organes de fermeture primaires et secondaires est variable par la variation de la surface ou de la forme d'un épaulement qui peut être continu sur la circonférence de l'opercule ou fractionné en secteurs. 20 25 30