Brevet FR3022317A1 — publié le 20151218

La présente invention concerne une vanne à trois voies avec un noyau mobile en translation. La Fig. 1 montre une vanne 100 à trois voies 104a-c de l'état de la technique qui comporte: - un carter 102 présentant trois canalisations 104a-c disposées en T dont les sorties vers l'extérieur du carter 102 constituent les trois voies et - un boisseau 106 sphérique et mobile en rotation et présentant un conduit 108 également en T qui débouche par ses trois extrémités. Selon la position du boisseau dans le carter, certaines voies 104a-c sont reliées de manière fluidique. Par exemple, dans le cas de la Fig. 1, la première voie 104a est reliée de manière fluidique avec la deuxième voie 104b, ainsi un fluide qui arriverait par l'une de ces voies 104a-b peut traverser la vanne 100 jusqu'à l'autre voie 104b-a. L'étanchéité autour du boisseau 106 est difficile à réaliser, en particulier à des hautes pressions pouvant aller de 50 à 100 bars. Un objet de la présente invention est de proposer une vanne à trois voies qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, est proposée une vanne à trois voies comportant : - un carter à l'intérieur duquel sont réalisées une première canalisation et une deuxième canalisation, - un noyau, et - un système d'actionnement, la deuxième canalisation débouchant à l'extérieur du carter à l'une de ses extrémités au niveau de la deuxième voie et à l'autre de ses extrémités au niveau de la troisième voie, la première canalisation débouchant à une première extrémité à l'extérieur du carter au niveau de la première voie et à une deuxième extrémité dans la deuxième canalisation, le noyau étant traversé par un conduit débouchant par l'une de ses extrémités en regard de la deuxième voie, et par l'autre de ses extrémités en regard de la troisième voie, le noyau étant, sous l'action du système d'actionnement, mobile en translation dans la deuxième canalisation entre: - une première position dans laquelle le noyau obture la deuxième canalisation entre la deuxième extrémité et la troisième voie et laisse libre la deuxième canalisation entre la deuxième extrémité et la deuxième voie, - une deuxième position dans laquelle le noyau obture la deuxième canalisation entre la deuxième extrémité et la deuxième voie et laisse libre la deuxième canalisation entre la deuxième extrémité et la troisième voie, et - une troisième position dans laquelle le noyau obture la deuxième extrémité. Une telle vanne présente ainsi un noyau mobile en translation qui permet d'assurer une meilleure étanchéité. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 est une représentation schématique d'une vanne à trois voies de l'état de la technique, et les Figs. 2a-c montrent une vanne trois voies selon un premier mode de réalisation de l'invention dans différentes position de fonctionnement la Fig. 3 montre une vanne trois voies selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et la Fig. 4 montre une vanne trois voies selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Les Figs. 2a-c montrent une vanne 200 à trois voies 208a-c, qui sont dénommées ci-après "première voie 208a", "deuxième voie 208b" et "troisième voie 208c". La vanne 200 comporte un carter 202 à l'intérieur duquel sont réalisées une première canalisation 204 et une deuxième canalisation 206. La vanne 200 comporte également un noyau 210. La deuxième canalisation 206 débouche à l'extérieur du carter 202 à l'une de ses extrémités au niveau de la deuxième voie 208b et à l'autre de ses extrémités au niveau de la troisième voie 208c. La première canalisation 204 débouche à une première extrémité à l'extérieur du carter 202 au niveau de la première voie 208a et à une deuxième extrémité dans la deuxième canalisation 206. Le noyau 210 est traversé de part en part par un conduit 212 qui débouche par l'une de ses extrémités en regard de la deuxième voie 208b, et par l'autre de ses extrémités en regard de la troisième voie 208c. Le noyau 210 est mobile en translation dans la deuxième canalisation 206 entre une première position (Fig. 2a), une deuxième position (Fig. 2b) et une troisième position (Fig. 2c). Le déplacement du noyau 210 est assuré par un système d'actionnement 250. Dans la première position (Fig. 2a), le noyau 210 est déplacé vers la troisième voie 208c de manière à obturer la deuxième canalisation 206 entre la deuxième extrémité et la troisième voie 208c et à laisser libre la deuxième canalisation 206 entre la deuxième extrémité et la deuxième voie 208b. La première canalisation 204, c'est-à-dire la première voie 208a, est ainsi reliée de manière fluidique à la deuxième voie 208b, tandis que la troisième voie 208c reste obturée par le noyau 210. Un fluide provenant de la première voie 208a peut alors s'écouler jusqu'à la deuxième voie 208b selon la flèche 214. Dans la deuxième position (Fig. 2b), le noyau 210 est déplacé vers la deuxième voie 208b de manière à obturer la deuxième canalisation 206 entre la deuxième extrémité et la deuxième voie 208b et à laisser libre la deuxième canalisation 206 entre la deuxième extrémité et la troisième voie 208c. La première canalisation 204, c'est-à-dire la première voie 208a, est reliée de manière fluidique à la troisième voie 208c, tandis que la deuxième voie 208b reste obturée par le noyau 210. Un fluide provenant de la première voie 208a peut alors s'écouler jusqu'à la troisième voie 208c selon la flèche 216. Dans la troisième position (Fig. 2c), le noyau 210 est déplacé en regard de la deuxième extrémité de la première canalisation 204 afin de l'obturer. La deuxième voie 208b est alors reliée de manière fluidique à la troisième voie 208c à travers le conduit 212, tandis que la première voie 208a reste obturée par le noyau 210. Un fluide provenant de la troisième voie 208c peut alors s'écouler jusqu'à la deuxième voie 208b selon la flèche 218. Le déplacement en translation du noyau 210 empêche les coincements en rotation du noyau 210 et surtout permet d'avoir une meilleure étanchéité. La deuxième canalisation 206 est rectiligne au niveau de la zone dans laquelle se déplace le noyau 210. Ici la deuxième canalisation 206 est rectiligne et le conduit 212 est parallèle à la deuxième canalisation 206 et se déplace parallèlement à celle-ci. Le système d'actionnement 250 peut être manuel et être constitué par exemple d'un levier solidaire du noyau 210 et sortant du carter 202. Mais de préférence, le système d'actionnement 250 est automatique et commandé à distance. La Fig. 3 montre une vanne 300 qui présente les mêmes éléments que la vanne des Figs. 2a-c mais avec un système d'actionnement 350 différent. Le système d'actionnement 250, 350 comporte au moins un solénoïde 252a-b, 352 et un moyen d'alimentation adapté à alimenter en courant ledit ou chaque solénoïde 252a-b, 352 pour lui faire générer un champ magnétique. Ledit ou chaque solénoïde 252a-b, 352 présente un axe parallèle à la direction de translation du noyau 210. Pour le ou chaque solénoïde 252a-b, 352, le noyau 210 comporte une extension 254a-b, 354 réalisée dans un matériau ferromagnétique et logée dans ledit solénoïde 252a-b, 352. Dans le cas de la Fig. 3, le système d'actionnement 350 comporte un seul solénoïde 352 et selon la direction du courant dans les spires dudit solénoïde 352, celui-ci va créer un champ magnétique dans un sens ou dans le sens opposé et ainsi forcer le déplacement de l'extension 354 et donc du noyau 210 dans un sens ou dans le sens opposé. Dans le cas des Figs. 2a-c, le système d'actionnement 250 comporte deux solénoïdes 252a-b et selon la direction du courant dans les spires de chaque solénoïde 252a-b, un champ magnétique va être créé dans un sens ou dans le sens opposé et ainsi forcer le déplacement des extensions 254a-b et donc du noyau 210 dans un sens ou dans le sens opposé. Un des solénoïdes 252a est disposé du côté de la deuxième voie 208b par rapport à la deuxième extrémité et l'autre solénoïde 252b est disposé du côté de la troisième voie 208c par rapport à la deuxième extrémité. Dans ce dernier cas, pour chaque sens de déplacement du noyau 210, soit un seul des solénoïdes 252a-b est alimenté, soit les deux et selon les sens d'enroulement des spires, avec des courants de sens adaptés. Pour assurer le retour du noyau 210 dans sa troisième position, le système d'actionnement 250, 350 comporte des moyens de rappel 256a-b, typiquement des ressorts de compression, qui contraignent le noyau 210 dans sa troisième position. Dans les modes de réalisation présentés sur les Figs. 2a-c et 3, il y a un moyen de rappel 256a-b pour chaque sens de déplacement du noyau 210. La Fig. 4 montre une vanne 400 qui présente les mêmes éléments que la vanne des Figs. 2a-c mais avec un noyau 410 de forme différente. Dans les Figs. 2a-c, le noyau 210 présente une forme ogivale. Dans la Fig. 4, le noyau 410 présente une forme cylindrique et le carter 202 présente deux épaulements 402. Dans la première position, le noyau 410 vient en butée contre l'un des épaulements 402 et dans la deuxième position, le noyau 410 vient en butée contre l'autre épaulement 402. Dans la troisième position, le noyau 410 n'est en butée contre aucun des épaulements comme représenté sur la Fig. 4. De telles mises en butée permettent d'assurer une meilleure étanchéité par augmentation des surfaces en contact. Le système d'actionnement 250 du troisième mode de réalisation est identique à celui du premier mode de réalisation, mais il pourrait être identique à celui du deuxième mode de réalisation. Pour limiter la possibilité d'écoulement de fluide à travers la troisième voie 208c, respectivement la deuxième voie 208b, lorsque le noyau 210, 410 est dans la première position, respectivement la deuxième position, une vanne de blocage 260a est disposée à la sortie de la deuxième voie 208b et une vanne de blocage 260b est disposée à la sortie de la troisième voie 208c. Chaque vanne de blocage 260a-b peut être commandée indépendamment l'une de l'autre en ouverture pour autoriser le passage du fluide ou en fermeture pour empêcher le passage du fluide. Ainsi en première position, la vanne de blocage 260b en sortie de la troisième voie 208c est commandée en fermeture, tandis que la vanne de blocage 260a en sortie de la deuxième voie 208b est commandée en ouverture, et en deuxième position, la vanne de blocage 260a en sortie de la deuxième voie 208b est commandée en fermeture, tandis que la vanne de blocage 260b en sortie de la troisième voie 208c est commandée en ouverture. La commande des vannes de blocage 260a-b est avantageusement associée à la commande du système d'actionnement 250.35 REVENDICATIONS1) Vanne (200, 300, 400) à trois voies (208a-c) comportant : - un carter (202) à l'intérieur duquel sont réalisées une première canalisation (204) et une deuxième canalisation (206), - un noyau (210, 410), et - un système d'actionnement (250, 350), la deuxième canalisation (206) débouchant à l'extérieur du carter (202) à l'une de ses extrémités au niveau de la deuxième voie (208b) et à l'autre de ses extrémités au niveau de la troisième voie (208c), la première canalisation (204) débouchant à une première extrémité à l'extérieur du carter (202) au niveau de la première voie (208a) et à une deuxième extrémité dans la deuxième canalisation (206), le noyau (210, 410) étant traversé par un conduit (212) débouchant par l'une de ses extrémités en regard de la deuxième voie (208b), et par l'autre de ses extrémités en regard de la troisième voie (208c), le noyau (210, 410) étant, sous l'action du système d'actionnement (250, 350), mobile en translation dans la deuxième canalisation (206) entre: - une première position dans laquelle le noyau (210, 410) obture la deuxième canalisation (206) entre la deuxième extrémité et la troisième voie (208c) et laisse libre la deuxième canalisation (206) entre la deuxième extrémité et la deuxième voie (208b), - une deuxième position dans laquelle le noyau (210, 410) obture la deuxième canalisation (206) entre la deuxième extrémité et la deuxième voie (208b) et laisse libre la deuxième canalisation (206) entre la deuxième extrémité et la troisième voie (208c), et - une troisième position dans laquelle le noyau (210, 410) obture la deuxième extrémité. 2) Vanne (200, 300, 400) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième canalisation (206) est rectiligne et en ce que le conduit (212) est parallèle à la deuxième canalisation (206) et se déplace parallèlement à celle-ci. 3) Vanne (200, 300, 400) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit système d'actionnement (250, 350) comporte au moins un solénoïde (252a-b, 352) et un moyen d'alimentation adapté à alimenter en courant ledit ou chaque solénoïde (252a-b, 352), en ce que ledit ou chaque solénoïde (252a-b, 352) présente un axe parallèle à la direction de translation du noyau (210, 410), et en ce que, pour le ou chaque solénoïde (252a-b, 352), le noyau (210, 410) comporte une extension (254a-b, 354) réalisée dans un matériau ferromagnétique et logée dans ledit solénoïde (252a-b, 352). 4) Vanne (200, 400) selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit système d'actionnement (250, 350) comporte deux solénoïdes (252a-b), en ce que l'un des solénoïdes (252a) est disposé du côté de la deuxième voie (208b) par rapport à la deuxième extrémité et l'autre solénoïde (252b) est disposé du côté de la troisième voie (208c) par rapport à la deuxième extrémité. 5) Vanne (200, 300, 400) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit système d'actionnement (250, 350) comporte en outre des moyens de rappel (256a-b) qui contraignent le noyau (210, 410) dans sa troisième position. 6) Vanne (200, 300) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le noyau (210) présente une forme ogivale. 7) Vanne (400) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le noyau (410) présente une forme cylindrique et en ce que le carter (202) présente deux épaulements (402), le noyau (410) venant en butée contre l'un des épaulements (402) dans la première position, et le noyau (410) venant en butée contre l'autre épaulement (402) dans la deuxième position. 8) Vanne (200, 300, 400) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une vanne de blocage (260a) disposée à la sortie de la deuxième voie (208b) et une vanne de blocage (260b) disposée à la sortie de la troisième voie (208c), lesdites vannes (260a-b) pouvant être commandées indépendamment l'une de l'autre en ouverture pour autoriser le passage du fluide ou en fermeture pour empêcher le passage du fluide.30