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La présente invention concerne des soupapes pour la commande de l'écoulement de fluides. Elle con- cerne plus particulièrement les soupapes (qualifiées plus loin comme étant "du type décrit") comportant des obtura- teurs (ce terme désignant le bouchon ou boisseau de la soupape) capables d'être déplacés axialement par rapport à un orifice muni d'un siège, entre une position entière- ment fermée (dans laquelle une partie de forme correspon- dante de l'obturateur vient en contact avec le siège de l'orifice) et une position ouverte permettant un écoule- ment maximum de fluide à travers l'orifice, l'obturateur étant sensiblement de forme paraboloide,
@ manière à donner théoriquement des augmentations équivalentes de la section d'écoulement pour des fractions égales de soulè- vement de l'obturateur (ce phénomène sera qualifié ci- après de "écoulement proportionnel". Pour assurer ce mouvement de l'obturateur, il est d'usage de prévoir une tige de soupape attachée coaxialement à l'obturateur, dont une partie est filetée et coopère avec un écrou et qui porte un volant ou une poignée extérieure. De telles apapes se sont avérées satisfaisantes pour certains usages,.maïs pour d'autres usages elles ont subi une li- mitation.
Un tel autre usage important est celui des ra- diateurs ou panneaux de chauffage à l'eau chaude faisant partie d'une installation de chauffage central, dans la- quelle les soupapes sont utilisées pour commander l'écou- lement d'eau chaude dans les radiateurs ou,panneaux. Il est souvent souhaitable d'être à même de restreindre l'écoulement d'eau chauffée dans la soupape jusqu'à un pourcentage très petit par rapport à celui qui se présente lorsque la soupape est complètement ouverte et, pour ob- tenir ce résultat avec une soupape du type uvoqué plus
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haut, cette soupape doit être pratiquement fermée, parce que la résistance offerte par l'ouverture ne commence à être efficace que lorsque cette résistance est grande en comparaison de la résistance de l'entièreté du tuyau formant le circuit.
Ainsi, le réglage efficace devient affaire de réduction de la section d'une ouverture annu- laire en la rendant progressivement plus étroite, mais en laissant salongueur, par exemple son périmètre, in- changé. A ce stade, une petite ampleur de moùvement pro- duit un changement très grand dans la résistance. Par ailleurs, un revêtement même très mince de matières étran- gères déposées par l'eau accroît grandement la résistance d'une ouverture extrêmement étroite. Ainsi, une réduction de largeur d'une ouverture de 1/32è de pouce à 1/64è de pouce par un dépôt d'une épaisseur de 1/128è de pouce sur les deux faces diminue de moitié la section et quadruple la résistance. Pour ces raisons, un écoulement propor- tionnel n'est pas obtenu aux pourcentages inférieurs de l'écoulement maximum.
Un revêtement similaire sur les côtés de l'ouverture de 1/8è de pouce-carré (qui est déjà bien plus petite en section) réduira cependant la section dans le rapport de 72 ,82 et accroît la résistance de 70%.
La présente invention est basée sur une appréciation de ce principe et à son application aux soupapes, en vue d'éviter sensiblement la limitation en question, ceci constituant un des objets de l'invention.
Conformément à l'invention,une soupape du type décrit destinée à être utilisée pour commander l'écoule- ment d'un fluide comporte un obturateur présentant un pas- sage auxiliaire, lequel passage est disposé de façon à être progressivement découvert lorsque l'obturateur est éloigné de son siège et présente des dimensions telles que la soupape présente sensiblement une caractéristique
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d'écoulement proportionnel, spécialement aux faibles pourcentages de l'écoulement maximum, par exemple entre
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0% e' F.4%Û é .' 'L'invention sera.décrite davantage-à titre d'exemple, en référence aux dessins ci-annexés, dans les- quels : - la figure 1 est, après coupe partielle, une vue en élévation d'une soupape en Y construite suivant l'invention;
- la figure 2 est une vue de détail de l'obtu- rateur en regardant dans la direction de là flèche A à la figure 1;.
- la figure 3 est un graphique illustrant le . fonctionnement d'une soupape du type illustré aux figures
1 et 2, en comparaison.du. fonctionnement d'une soupape à angle ordinaire; - les figures 4 et.5 sont des vues correspon- dant respectivement aux figures 1 et 2, des vues montrant un type différent de soupape.
On se référera d'abord.aux figures 1, 2 et 3.
La soupape comporte un boîtier 11 en métal avec une en- trée 12, une sortie 13 et une partie 14 destinée à sup- porter un obturateur. L'entrée 12 et la -sortie 13 sont en alignement, sont taraudées et présentent des bossages 15, 16 pour la fixation d'un bouchon ou d'un robinet de vidange, selon les besoins. Entre l'entrée 12 et la partie 14 est prévue un orifice 17 usiné dans une cloison coulée d'une pièce dans le boîtier.
La sortie 13 est en communication non restreinte avec l'intérieur de la par- tie 14 de support de l'obturateur. L'obturateur 18 lui- même est.de section circulaire et de forme sensiblement paraboloïde et se termine par une face tronconique 18a qui, lorsque la soupape est fermée,, est en contât, de
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manière étanche, avec un sièr1-ra 19 de la clo0n 0r[ure.
Dans la partie paraboloïde est rnénagée une soule fente longitudinale 18d. La partie 14 est scellée par une fermeture vissée 20 qui présente un sieste interne pré- sentant un filetage à deux départs du type Acmé pour re- cevoir la tige 18b munie d'un filet correspondant. Pour assurer une étanchéité parfaite pour la tige de soupape
18b un dispositif d'étanchéité comportant un bourrage 21 et un écrou de serrage est prévu. L'écrou 22 présente d'égouttage/ avantageusement un collier age 22a. L'extrémité intérieure de la fermeture 20 présente un contre-appui 20b pour une face 18c prévue sur la tige 18b, ce qui constitue un moyen pour serrer le dispositif d'étanchéité, lorsque la soupape est sous pression.
En service, une telle soupape est souvent pré- vue sur la connexion d'entrée ainsi que sur la connexion de retour de chaque radiateur d'un certain nombre de ra- diateurs d'une installation de chauffage ou sur les con. nexions d'entrée et de retour desservant deux ou trois petits radiateurs reliés en série.
A la figure 3, la forme de l'obturateur 18 est montrée en traits interrompus à l'échelle des dimensions du graphique et la forme de la fente est montrée en traits mixtes. Le graphique indique par la courbe X la relation entre le pourcentage de levée de l'obturateur (en abscisse) et le pourcentage d'écoulement de fluide (en ordonnée) dans la soupape, dans le cas où celle-ci présente Un orifice d'un diamètre d'un demi pouce commandé par un obturateur présentant un contour extérieur en forme de tronc de cône à angle de 90 . La difficulté de réglage entre 0% et 20% d'ouverture dans les soupapes à angle ordinaires est clairement illustrée par la pente raide de la courbe dans cette région.
Cette difficulté
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existe tout au moins pour les soupapes présentait un ori- fice de ce diamètre et équipées d'un obturateur parabo- loide plein. La courbe Z illustre la manière dont la limitation de ces soupapes résultant de ce phénomène est évitée dans la soupape à 1/2 pouce montrée aux figures 1 et 2, dans laquelle la fente a été découpée à l'aide d'u- ne scie d'un diamètre de 3/4 de pouce et d'une épaisseur de 5/32è de pouce. Les courbes sont basées sur des ré- sultats réels.
Il est possible grâce à l'emploi d'une telle soupape de réduire le court-circuitage et de permettre ainsi une réduction des dimensions des tuyaux et de la capacité de la pompe. La soupape à 1/2 pouce peut, lors de son utilisation pratique, être étranglée sans diffi- culté, de façon à donner l'équivalent d'un orifice pré- sentant un diamètre de 1/8è de pouce. Normalement, un intervalle de 1/32è de pouce est considéré comme la limi- te pratique d'étranglement et l'avantage de la soupape soumise aux essais est illustré par la comparaison des valeurs de pourcentages d'écoulement à l'ordonnée P, qui correspond à une levée de 1/32è de pouce.
4 et
Aux figures , on a illustré un type quelque peu différent de soupape convenant pour être utilisé sur des radiateurs.
Cette soupape comporte un boltier 31 avec une entrée 32 et une sortie 33 perpendiculaires entre eu et une partie 34 de support d'un obturateur, cette partie . étant en alignement avec l'entrée 32. Un orifice 37 est usiné au voisinage de l'entrée 32 et cet orifice est ré- glé, de la même manière que l'orifice 17 de la soupape illustrée aux figures 1 et 2, par un obturateur 38 de forme sensiblement paraboloïde. Comme précédemment, on a prévu une face tronconique 38a qui., lorsque la soupape
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est fermée, coopère avec un siège 39. Le montage de la tige de soupape 38b se fait de manière similaire à celle dont la partie 34 de support de l'obturateur est scellée, des contre-appuis étant également prévus.
Entre la partie paraboloide de l'obturateur 38 et la face 38a on prévoit cependant une courte partie cylindrique 38e, qui s'aaapte étroitement dans l'orifice 37 et qui s'étena sur environ
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lleè de la longueur de ltobpurateur. Une extréaité de la fente 38d est formée dans cette partie 38e.
Cette variante de construction peut être adop- tée et peut simplifier le modèle de la fente 38d, qui doit donner la caractéristique de réglage désirée sur la première partie de la levée de l'obturateur.
L'invention n'est évidemment pas Imitée aux détails spécifiques des soupapes particulières décrites plus haut.
Un ou plusieurs passages peuvent être prévus dans ces soupapes pour donner la caractéristique de ré- glage désirée, ces passages ou fentes pouvant être dif- férents de la fente décrite plus haut. Un passage pour- rait, par exemple, affecter la forme alun trou ménagé dans l'obturateur ou d'un plat usiné pur sa surface. On a cependant constaté que les soupapes particulières décri- tes plus haut réalisent l'objet de l'invention d'une ma- nière très satisfaisante.
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The present invention relates to valves for controlling the flow of fluids. It relates more particularly to valves (described below as being "of the type described") comprising shutters (this term designating the plug or plug of the valve) capable of being displaced axially with respect to an orifice provided with 'a seat, between a fully closed position (in which a correspondingly shaped portion of the shutter contacts the orifice seat) and an open position allowing maximum flow of fluid through the orifice, the shutter being substantially paraboloid-shaped,
@ so as to give theoretically equivalent increases in the flow section for equal fractions of shutter lift (this phenomenon will be referred to hereinafter as "proportional flow". To ensure this movement of the shutter, it is It is customary to provide a valve stem attached coaxially to the shutter, a part of which is threaded and cooperates with a nut and which carries a handwheel or an external handle. Such valves have been found to be satisfactory for certain uses,. for other uses they have undergone a limitation.
Another such important use is that of radiators or hot water heating panels forming part of a central heating installation, in which the valves are used to control the flow of hot water into the central heating system. radiators or, panels. It is often desirable to be able to restrict the flow of heated water through the valve to a very small percentage compared to that which occurs when the valve is fully open, and to achieve this with a valve of the uvoqué plus type
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high, this valve must be practically closed, because the resistance offered by the opening begins to be effective only when this resistance is large compared to the resistance of the entire pipe forming the circuit.
Thus, effective adjustment becomes a matter of reducing the cross section of an annular opening by making it progressively narrower, but leaving its length, for example its perimeter, unchanged. At this stage, a small magnitude of movement produces a very large change in resistance. On the other hand, even a very thin coating of foreign matter deposited by water greatly increases the strength of an extremely narrow opening. Thus, reducing the width of an opening from 1/32 of an inch to 1/64 of an inch by depositing a thickness of 1/128 of an inch on both faces halves the section and quadruples the resistance. For these reasons, proportional flow is not obtained at the lower percentages of maximum flow.
A similar coating on the sides of the 1 / 8th square inch opening (which is already much smaller in section) will, however, reduce the section in the 72, 82 ratio and increase the strength by 70%.
The present invention is based on an appreciation of this principle and on its application to valves, with a view to substantially avoiding the limitation in question, this constituting one of the objects of the invention.
In accordance with the invention, a valve of the type described for use in controlling the flow of a fluid comprises a shutter having an auxiliary passage, which passage is arranged so as to be progressively uncovered when the shutter is remote from its seat and has dimensions such that the valve has substantially a characteristic
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proportional flow, especially at low percentages of maximum flow, for example between
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0% e 'F.4% Û é.' The invention will be described further by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is, after partial section, an elevational view of a Y-valve constructed according to invention;
FIG. 2 is a detailed view of the shutter looking in the direction of the arrow A in FIG. 1 ;.
- Figure 3 is a graph illustrating. operation of a valve of the type illustrated in the figures
1 and 2, in comparison. operation of an ordinary angle valve; - Figures 4 and 5 are views corresponding respectively to Figures 1 and 2, views showing a different type of valve.
We will first refer to Figures 1, 2 and 3.
The valve has a metal housing 11 with an inlet 12, an outlet 13 and a portion 14 for supporting a shutter. The inlet 12 and the outlet 13 are aligned, are threaded and have bosses 15, 16 for fixing a plug or a drain valve, as required. Between the inlet 12 and the part 14 is provided an orifice 17 machined in a partition cast integrally in the housing.
The outlet 13 is in unrestricted communication with the interior of the shutter support portion 14. The shutter 18 itself est.de circular section and substantially paraboloid in shape and ends in a frustoconical face 18a which, when the valve is closed, is in contast, of
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sealed manner, with a siir1-ra 19 of the clo0n 0r [ure.
In the paraboloid part is rnénivé a longitudinal slot 18d. Part 14 is sealed by a screwed closure 20 which has an internal nap having a two-way thread of the Acmé type to receive the rod 18b provided with a corresponding thread. To ensure a perfect seal for the valve stem
18b a sealing device comprising a packing 21 and a clamping nut is provided. The nut 22 has dewatering / advantageously a collar 22a. The inner end of the closure 20 has a counter-bearing 20b for a face 18c provided on the rod 18b, which constitutes a means for tightening the sealing device, when the valve is under pressure.
In use, such a valve is often provided on the inlet connection as well as on the return connection of each radiator of a number of radiators of a heating installation or on the cones. inlet and return connections serving two or three small radiators connected in series.
In Figure 3, the shape of the shutter 18 is shown in broken lines on the scale of the dimensions of the graph and the shape of the slit is shown in phantom. The graph indicates by the curve X the relationship between the percentage of valve lift (on the abscissa) and the percentage of fluid flow (on the ordinate) in the valve, in the case where the latter has an orifice of a half inch diameter controlled by a shutter having an outer contour in the shape of a frustum at an angle of 90. The difficulty of adjusting between 0% and 20% opening in ordinary angle valves is clearly illustrated by the steep slope of the curve in this region.
This difficulty
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exists at least for valves with an orifice of this diameter and fitted with a solid paraboloid shutter. Curve Z illustrates how the limitation of these valves resulting from this phenomenon is avoided in the 1/2 inch valve shown in Figures 1 and 2, in which the slot has been cut with a saw. 3/4 inch in diameter and 5/32 inch thick. The curves are based on actual results.
It is possible through the use of such a valve to reduce the shorting and thus allow a reduction in the dimensions of the pipes and the capacity of the pump. The 1/2 inch valve can, in practical use, be throttled without difficulty, to give the equivalent of an orifice having a diameter of 1/8 inch. Normally an interval of 1 / 32nd of an inch is considered the practical throttling limit and the benefit of the valve under test is illustrated by comparing the values of flow percentages to the ordinate P, which corresponds to a lift of 1/32 of an inch.
4 and
The figures illustrate a somewhat different type of valve suitable for use on radiators.
This valve comprises a boltier 31 with an inlet 32 and an outlet 33 perpendicular between had and a part 34 of supporting a shutter, this part. being in alignment with the inlet 32. A port 37 is machined in the vicinity of the inlet 32 and this port is set, in the same manner as the port 17 of the valve illustrated in Figures 1 and 2, by a shutter 38 of substantially paraboloid shape. As previously, a frustoconical face 38a is provided which., When the valve
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is closed, cooperates with a seat 39. The valve stem 38b is mounted in a manner similar to that in which the shutter support part 34 is sealed, with counter-supports also being provided.
Between the paraboloid part of the shutter 38 and the face 38a, however, a short cylindrical part 38e is provided, which fits tightly into the orifice 37 and which extends over approximately
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The length of the purifier. One end of the slot 38d is formed in this part 38e.
This alternative construction can be adopted and can simplify the design of the slit 38d, which should give the desired adjustment characteristic on the first part of the shutter lift.
The invention is obviously not imitated from the specific details of the particular valves described above.
One or more passages may be provided in these valves to give the desired adjustment characteristic, which passages or slots may be different from the slot described above. A passage could, for example, affect the form of alum hole in the shutter or a flat machined on its surface. It has however been found that the particular valves described above achieve the object of the invention in a very satisfactory manner.
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