FR2486189A1 - Vanne actionnee par fluide - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE VANNE FERMEE DE MANIERE ETANCHE PAR UNE MEMBRANE, COMPORTANT DE MULTIPLES ORIFICES, QUI PEUT ETRE UTILISEE A DES TEMPERATURES ELEVEES; LA VANNE COMPREND DES PISTONS D'ACTIONNEMENT 101, 111 QUI COMPORTENT DES JOINTS 116, 126 A RESSORT EN MATERIAU RESISTANT A LA CHALEUR.

Description

1.

La présente invention concerne une vanne à plu-

sieurs orifices fermée de manière étanche par une membrane.

Selon l'un de ses autres aspects, la présente invention con-

cerne une vanne actionnée par fluide, comportant plusieurs pistons, qui sert comme vanne d'échantillonnage dans la chromatographie liquide et dans la chromatographie gazeuse,

même dans le cas o les températures sont élevées.

Il est de pratique courante d'analyser des mélan-

ges de fluides par chromatographie. Dans un analyseur chro-

lO matographique classique, un échantillon du matériau à ana-

lyser est introduit dans une colonne chromatographique et un gaz porteur est introduit dans la colonne pour séparer

en séquence les composants de l'échantillon. De façon à ob-

tenir des résultats reproductibles, il est important que le volume des échantillons introduits dans la colonne reste

constant. Cela peut être réalisé au moyen de vannes d'échan-

tillonnage qui emprisonnent un volume prédéterminé de

l'échantillon dans une boucle et fournissent ce volume em-

prisonné à la colonne lorsque la vanne est actionnée. Cer-

tain nombre de vannes à membrane actionnées pneumatiquement ont été conçues qui sont particulièrement efficaces dans ce genre d'application. Des exemples de telles vannes sont 2. décrits dans les brevets des EtatsUnis d'Amérique n0 3.140.615, n0 3.376.894, n0 3.387.496 et n0 3.545.491 qui

sont ici supposés connus.

Alors que les vannes décrites dans ces brevets fonctionnent avec satisfaction en vannes d'échantillonnage dans de nombreux procédés de chromatographie, l'arrivée de

la chromatographie gazeuse à haute pression et de la chro-

matographie liquide a été à l'origine d'une demande de van-

nes pouvant fonctionner avec davantage de fiabilité et de précision aux hautes pressions de fluide rencontrées dans ce

type de chromatographie.

Une vanne qui a été mise au point pour satisfai-

re ces conditions est décrite dans le brevet des Etats-Unis

d'Amérique n0 4.112.766 qui est également supposée ici con-

nue. La vanne d écrite dans ce brevet comprend des pistons supérieur et inférieur d'actionnement engagés de manière étanche dans un corps, un fond fermant le corps de façon étanche, un logement de plongeurs à la partie supérieure du corps contenant une pluralité de canaux à travers lesquels les plongeurs peuvent se déplacer, et un couvercle comportant une pluralité d'orifices le traversant et une pluralité

d'évidements dans sa partie inférieure. Les pistons supé-

rieur et inférieur ont une configuration telle que, lors-

qu'ils sont dans une première position, une première moitié de plongeurs comprime une membrane supportée par un coussin contre la face inférieure du couvercle de façon à empêcher la circulation de fluide entre les deux orifices contigus à la première moitié de plongeurs. L'autre moitié de plongeurs

est maintenue dans une position située à une certaine dis-

tance de la surface inférieure du couvercle de façon à créer un trajet de circulation du fluide sous pression entre les

deux orifices contigus à la seconde moitié de plongeurs.

Lorsque les pistons passent à la seconde position,la premiè-

re moitié de plongeurs s'éloigne de la surface inférieure du couvercle et la seconde moitié s'élève pour venir comprimer la membrane contre la face inférieure du couvercle de façon à procéder à l'inversion des orifices à travers lesquels le 3. fluide peut s'écouler. Les pistons sont maintenus dans l'une des deux positions possibles à la suite de l'action élastique exercée par une pluralité de rondelles élastiques Belleville empilées les unes sur les autres et positionnées derrière le piston le plus bas. Une variante perfectionnée des vannes du type décrit dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n0 4.112.766 fait l'objet de la demande de brevet américain n0 06/096.716

du 21 novembre 1979 au nom de la demanderesse. Cette deman-

de est supposée ici connue.

Dans le fonctionnement de ces vannes, fermées de façon étanche par une membrane, à plusieurs orifices, on a

noté que les joints toriques utilisés sur les pistons d'ac-

tionnement résistaient mal à l'effet des hautes températu-

res. La défaillance des joints toriques peut conduire à cel-

le de la vanne.

Dans la mesure o il existe des cas o il est

souhaitable de faire fonctionner la vanne à des températu-

res élevées, c'est-à-dire à des températures de 900C ou plus, il est nécessaire de disposer de moyens d'étanchéité

qui résistent à des températures de cette valeur.

Un objet de la présente invention est une vanne

fermée de manière étanche par une membrane, à plusieurs ori-

fices qui convienne aux utilisations o règnent des tempéra-

tures élevées.

La présente invention sera bien comprise lors

de la description suivante faite en liaison avec les des-

sins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique

d'un système d'analyse chromatographique dans lequel la van-

ne de la présente invention peut être utilisée;

La figure 2 est une vue en élévation d'une van-

ne de fluide actionnée par plusieurs pistons selon la pré-

sente invention; Les figures 3 et 3a sont des vues éclatées des composants de la vanne représentée en figure 2, disposés dans l'ordre de montage; 4.

La figure 4 est une vue en plan d'une vanne par-

tiellement montée du type représenté dans les figures 2, 3 et 3a;

La figure 5 est une vue de dessous de l'élément su-

périeur de la vanne de la figure 2; La figure 6 est une vue en coupe de la vanne de la figure 2 prise le long de la ligne 6-6 de la figure 2; La figure 7 est une vue partielle en coupe prise le long de la ligne 7-7 de la figure 4; La figure 8 est une vue partielle en coupe prise le long de la ligne 8-8 de la figure 4; et La figure 9 est une vue de dessous d'un autre type d'élément supérieur pouvant être utilisé dans la vanne de la

présente invention.

En liaison avec les figures o des parties identiques

ont été désignées par les mêmes références, et avec la figu-

re 1 en particulier, un gaz d'actionnement, tel que de l'air, est acheminé par une conduite 20 vers une vanne pilote 21,

le courant gazeux étant dirigé par l'intermédiaire d'une con-

2( duite 23, pendant une première période vers une première cham-

bre (non représentée) d'une vanne d'échantillonnage 22 fermée par une membrane et actionnée pneumatiquement. De plus, une seconde chambre (non représentée) est mise à l'atmosphère

par une conduite 24, la vanne 21et une conduite 26. Une pom-

pe à vide 40a crée un vide dans la conduite 26 ainsi que

dans une conduite 40 pour provoquer un vide dans une troisiè-

me chambre (non représentée), chambre qui communique avec le côté inférieur de la membrane d'étanchéité de façon à créer

un vide continu sur celle-ci comme cela sera décrit ci-après.

Dans une seconde période, la vanne d'échantillonnage 22 est mise à l'atmosphère par l'intermédiaire de la conduite 23,

de la vanne pilote 21, et de la conduite d'échappement pilo-

te 26. Pendant cette seconde période, le gaz d'actionnement traverse la conduite 20,la vanne pilote 21, et la conduite 24, pour fournir une certaine pression à la seconde chambre. La

vanne 21 peut être une vanne à quatre voies ou une combinai-

sons de deux ou plusieurs vannes à trois voies comme cela se-

5. ra décrit ci-après en liaison avec les figures 5 et 6. Un gaz porteur tel que l'hélium ou l'hydrogène est acheminé par

une conduite 27,la vanne d'échantillonnage 22, et une con-

duite 28 jusqu'à une colonne 29. Une source d'échantillons (non représentée), par exemple un courant provenant d'un procédé, communique avec la vanne d'échantillonnage 22 par

une conduite 31, l'échantillon étant acheminé par une bou-

cle d'échantillon 32 de la vanne 22, et mis à l'atmosphère

à partir de celle-ci par une conduite d'échappement 33. Pé-

riodiquement, l'échantillon de la boucle 32 est transmis

avec le gaz porteur par la conduite 28 à la colonne d'absorp-

tion ou d'adsorption 29, o les composants de l'échantillon sont absorbés ou adsorbés,selon la nature du matériau de contact; il y a ensuite une désorption sélective par un flux continu de gaz porteur de façon qu'il y ait identification

et mesure.

L'effluent sortant de la colonne 29 traverse un

analyseur, représenté par un ensemble à conductivité thermi-

que 34,en passant par une conduite 36. Le signal de sortie du détecteur 34 est transmis à un appareil d'enregistrement (non représnté) qui peut être un enregistreur classique à diagramme. Un courant de gaz porteur est transmis par une

conduite 37 à partir de la conduite 27 directement à la cel-

lule de référence du détecteur 34 de façon à équilibrer l'ef-

fet du gaz porteur dans l'effluent de la colonne 29. Le gaz échantillon à analyser est généralement introduit dans le système de façon continue par la conduite 31. Il est évacué

par la conduite 33,même lorsqu'une charge de ce gaz est sé-

lectionnée pour être analysée. La vanne pilote 21 est ac-

tionnée par un programmeur 38 qui peut être mis en oeuvre par

un moyen de cyclage ou autre.

Lorsque la vanne pilote 21 quitte sa première po-

sition, le gaz est évacué de la vanne d'échantillonnage 22 par la conduite 23. Le gaz porteur traverse maintenant la boucle 32,recueillant l'échantillon qui y est enfermé et

l'acheminant jusqu'à la colonne 29, en passant par la condui-

te 28.Ainsi, chaque fois que le gaz d'actionnement est four-

6. ni à la conduite 24 et évacué de la conduite 23 par la vanne 21 et laconduite 26, un échantillon de mesure est transmis par la conduite 28 à la colonne 29 pour adsorption ou absorption et désorption. Le gaz porteur entraîne l'échantillon, tel qu'il est déterminé par les dimensions de

la boucle dans la colonne.

En figure 2, on a représenté une vue en élévation

d'une vanne selon la présente invention, représentée géné-

ralement par la référence 22. La vanne 22 comprend un cou-

vercle supérieur 41 comportant six conduites de petit dia-

mètre 27, 28, 31, 33, 42 et 43, qui communiquent directement

avec la surface inférieure du couvercle 41 suivant des ca-

naux verticaux distants les uns des autres 48 à 52, dont on peut en voir plus clairement une partie en figure 6. Les

conduites 42 et 43 peuvent être reliées de façon à consti-

tuer la boucle d'échantillon 32. Contigu au couvercle supé-

rieur se trouve un logement de plongeurs 55 qui sera décrit ultérieurement avec davantage de détail. Des vis à tête creuse 56 fixent le couvercle 41 au logement 55. Au-dessous du logement 55 se trouve un logement de pistons 60. Des vis

à tête creuse 97 fixent le logement 55 au logement 60. Plu-

sieurs rondelles Belleville, telles que 59, sont placées sur la tige de chacune des vis à tête creuse. Les rondelles 59 permettent de procéder à un serrage uniforme de toutes

les parties. On y parvient en augmentant lentement le cou-

ple pendant l'aplatissement des rondelles, ce qui permet de

déceler le moment o la poursuite du serrage pourrait endom-

mager une partie des composants de la vanne. Alors qu'il n'est pas absolument nécessaire d'utiliser des rondelles

Belleville 59 en combinaison avec les vis, cela est néan-

moins préférable.

Le logement de pistons 60 comporte des canaux fi-

letés 61, 62 et 64. Des raccords classiques conduite-canali-

sation 106,107 et 108 sont montés dans chaque canal fileté.

Une représentation plus détaillée de la vanne est donnée dans les figures 3, 3a et 6. Placée entre le couvercle 41 et le logement des plongeurs 55 se trouve une membrane 7.

flexible d'étanchéité 76 et un coussin 83.

La membrane 76 est de préférence constituée d'un matériau plastique thermodurcissable qui est chimiquement inerte et résiste à la chaleur tel que le matériau dit Teflon (polymère de tétrafluoroéthylène). Cette membrane peut avoir n'importe quelle épaisseur appropriée. Une

épaisseur d'environ 0,10 mm a la préférence.

Le c oussin 83 sert à éviter que la membrane ne flotte à froid et sert également de support à celle-ci pour

éviter son balonnement lorsqu'elle est soumise aux pres-

sions alternées du gaz porteur et du gaz d'actionnement, ce qui se traduit par un accroissement de la durée de vie de la vanne. Le coussin 83 sert également à répartir la pression sur la membrane flexible et à l'appliquer contre la face inférieure du couvercle,ce qui permet de tenir

compte des variations d'épaisseur de la membrane. Le cous-

sin peut être constitué de n'importe quel métal approprié

et avoir n'importe quelle épaisseur convenable. Actuelle-

ment, un tissu de 0,05 mm d'épaisseur en matériau dit Nomex (tissu en polyimide) a la préférence. Le coussin 83

a au moins un diamètre aussi grand que celui de la membra-

ne 76. De préférence, la membrane et le coussin 83 ont le

même diamètre.

Le logement de plongeurs 55 contient des canaux cylindriques verticaux 77 à 82. La surface supérieure du logement comprend des axes 72 qui permettent d'aligner le chapeau 41 par rapport au logement 55 en les introduisant dans des canaux verticaux 71 s'étendant dans le couvercle 41. Lorsque le logement et le couvercle sont correctement montés, chaque orifice des conduites 27, 28, 31, 33, 42 et 43 se trouvera placé directement au-dessus et entre des

paires respectives des canaux verficaux 77 à 82. De préfé-

rence, les axes 72 sont placés, comme cela est représenté, sur un cercle ayant un diamètre tel qu'ils puissent être en

contact avec le bord supérieur du coussin 83 et de la membra-

ne 76 de façon à assurer le centrage de ces composants.

Le logement de plongeurs comprend en outre des 8. évidements incurvés 91 à 96, ayant une profondeur d'environ 0,2 à 0,3 mm, qui s'étendent d'un canal vertical à un autre à l'intérieur du cercle inscrit par les parties les plus a l'extérieur et les plus à l'intérieur' des canaux verticaux

77 à 82.

Un jeu de tiges de plongeur métalliques 84 à 89 est positionné dans les canaux respectifs 77 à 82. Les tiges sont usinées de façon à comporter une dépouille centrale à leur extrémité supérieure qui forme une surface de contact annulaire permettant une meilleure étanchéité par unité de surface vis-à-vis des surfaces adjacentes du coussin 83

en fonctionnement, comme cela sera décrit ultérieurement.

L'extrémité inférieure de chaque tige est arrondie de façon à éliminer son martelage lors d'un fonctionnement prolongé de la vanne. Un tel martelage se traduirait sans cela par

un mauvais fonctionnement des tiges et ce mauvais fonction-

nement se traduirait lui-même par un raccourcissement de la

durée de vie de la vanne. Les tiges ont toutes la même lon-

gueur. Il est possible, bien que cela soit moins souhaitable, de remplacer les tiges par une série de sphères surmontées par une hémisphère comportant une surface plate en regard de la surface inférieure du couvercle 41, comme cela est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.376.894 au nom

de Broerman, ou par tout autre moyen de plongeur approprié.

La membrane 76 a un diamètre suffisamment impor-

tant pour recouvrir complètement les canaux 77 à 82 et les évidements 91 à 96. De préférencele diamètre de la membrane est d'environ deux fois plus grand que le diamètre du cercle

défini par la surface extérieure des canaux et des évide-

ments. Ce diamètre de plus grande valeur permet une réparti-

tion plus égale des forces lorsque le couvercle est serré contre le corps. La répartition des forces sur une surface plus grande permet également de diminuer le risque d'avoir une extrusion sous l'effet de la pression de la membrane dans

les orifices des conduites 27, 28, 31, 33, 42 et 43.

Un ressort de rappel 102 en métal ondulé, usiné

dans de l'acier à ressort, est disposé entre la surface infe-

9. rieure du logement de plongeurs 55 et la surface supérieure du piston 101. Des parties découpées,telles que 103, sont

alignées de façon à permettre le passage d'un axe d'aligne-

ment 99 et son ancrage dans l'un de trois évidements 104 pratiqués dans la surface inférieure du logement 55. Les évidements 104 sont placés directement au-dessous des axes d'alignement 72. Les alignements 104 ont une profondeur

telle qu'elle permet à l'axe 99 de se déplacer longitudina-

lement lorsque la vanne passe d'une position à une autre.

La surface la plus en haut du piston 101 comporte un épaulement annulaire 112 et un élément de poussée pour les tiges 85, 87 et 89. L'épaulement 112 comporte trois

évidements 113 à 115 qui sont destinés à recevoir les ex-

trémités inférieures des tiges de plongeur 84, 86 et 88. Les évidements 113-115 ont une profondeur telle que, lorsque le

piston 101 se déplace vers le haut pour pousser les plon-

geurs 85, 87 et 89 afin de les amener en contact étanche avec la membrane 76, les plongeurs 84, 86 et 88 tomberont suffisamment de façon à ne pas être en contact étanche avec cette membrane. Dans un mode de réalisation particulier

de la présente invention, les évidements 113-115 ont une pro-

fondeur d'environ 0,2 mm. Un joint 116 à ressort est prévu dans une gorge 118 pratiquée dans la périphérie du piston

101, ce qui permet d'obtenir un contact étanche avec la pa-

roi intérieure du logement 60.

Le joint à ressort comprend un anneau en matériau polymère ayant en coupe la forme générale d'un U avec un ressort en spirale placé dans le U. Le diamètre intérieur de l'anneau est légèrement inférieur au diamètre extérieur du piston dans la gorge 118. Le matériau polymère peut être

tout matériau approprié qui résiste sensiblement aux tempé-

ratures élevées, c'est-à-dire des températures comprises entre 200 et 3151C. Grâce à sa résistance à la chaleur et à ses caractéristiques de friction,le polytétrafluoroéthylène a la préférence. De tels joints-à ressort sont connus dans l'art. Un exemple est le joint dit Bal-Seals vendu par la société dite Bal Seal Engineering Company, 17592 Sherbrook 10.

Drive, Tustin, Californie.

Le bord inférieur du piston 101 au-dessous de la gorge 118 est chanfreins de façon à permettre l'installation du joint sans avoir à appliquer une contrainte excessive qui pourrait se traduire par un affaiblissement du joint. La périphérie extérieure de l'épaulement cylindrique

112 a un diamètre lui permettant d'agir en élément de rete-

nue du ressort 102. L'axe de guidage 99 s'étend totalement dans le piston 101. Un canal 108 s'étend au centre du piston 101. Un piston 111 a une partie centrale en saillie 109 sur sa surface supérieure qui peut s'étendre vers le haut dans le canal 108 du piston ll.La partie 109 comprend une

partie séparable 200 qui peut être enlevée de façon à permet-

tre le montage d'un joint 105 à ressort dans une gorge 110, sans exposer ce joint à une contrainte excessive. Le joint est du type décrit précédemment et prévu pour assurer un contact étanche avec la paroi intérieure du canal 108. La partie séparable 200 s'étend dans le piston 111. La partie

centrale en saillie est fixée au piston par une vis 201, vis-

sée dans des filets 202 et 203 de la partie séparable et du

piston 111. Bien que d'autres techniques permettent évidem-

ment la fixation de la partie séparable au piston, la pré-

sente technique a la préférence. Une autre technique impli-

querait l'existence d'une ouverture filetée dans le bas de la partie séparable qui pourrait se visser dans des filets

correspondants d'une partie s'étendant vers le haut du pis-

ton. Un autre joint à ressort 126 du type précédemment décrit est prévu dans une gorge 127 de la périphérie la plus à l'intérieur du piston 111 permettant un contact étanche avec la paroi intérieure du logement 60. Le bord supérieur du piston 111 au-dessus de la gorge 127 est chanfreiné de façon à permettre le montage du joint sans le soumettre à

une contrainte excessive.

La surface supérieure de la saillie 109 comprend trois évidements distants les uns des autres 119 à 121 et 11.

un évidement fileté central 123. L'évidement 123 sert au vis-

sage d'une vis ou analogue pour permettre l'extraction des pistons hors de leur logement pendant un démôntage. Les évidements 119 à 121 ont une profondeur suffisante pour que, lorsque le piston 111 amène les plongeurs 84, 86 et 88 en contact étanche avec la membrane,les Plongeurs 85, 87 et 89 tombent de façon à ne pas être en contact étanche avec cette membrane. De préférence, les évidements 119 à 121

ont une profondeur de 0,2 mm.

La surface supérieure du piston 111 comprend en outre un évidement 98. L'évidement 98 du piston 111 et l'axe 99 du piston 101 sont positionnés de façon que, lorsque les pistoins 101 et 111 sont montés avec l'axe 99 dans l'évidement 98, les évidements 119 à 121 du piston 111

soient placés entre les évidements 113 à 115 du piston 101.

Cela peut être vu très clairement dans la figure 4.

La surface inférieure du piston 111 comporte une

partie centrale en saillie vers le bas 129, qui peut s'éten-

dre dans des rondelles Belleville telles que les rondelles

131, lesquelles sont groupées en regard les unes des au-

tres de façon à créer la sollicitation, dirigée vers le haut, souhaitée comme cela sera décrit ultérieurement.La partie en saillie 129 s'étend vers le bas sur une distance suffisante pour éviter qu'aucune rondelle Belleville ne

"saute" lorsque la pression de fluide est appliquée au-des-

sus du piston 111. La saillie 129 sert en outre à limiter le mouvement descendant du piston 111. Ainsi, cette saillie sert de butée contre une course excessive, réduisant le

temps de réponse nécessaire à la commutation de la vanne.

On préfère généralement que les rondelles Belle-

ville 131 soient plus raides que le ressort 102. D'autres agencements sont possibles mais nécessitent un contrôle

plus compliqué des fluides d'actionnement de la vanne.

Dans la figure 6, on a représenté en coupe, à l'ex-

ception des vis d'assemblage, la vanne à l'état "de repos"

c'est-à-dire qu'aucune fluide d'actionnement n'est appliqué.

Dans cet état, la membrane 76 et le coussin 83 sont serrés 12. entre le couvercle 41 et le logement 55 des plongeurs par les vis 56 à 58. Le logement 55 est à son tour immobilisé par contact métal sur métal étanche avec le logement 60 des pistons. Bien que cela ne soit pas actuellement considéré comme nécessaire, on pourrait, si les circonstances l'y autorisent, utiliser des joints toriques entre le couvercle

et le logement des plongeurs et entre le logement de plon-

geurs et le logement des pistons.

Le ressort 102 est placé dans une chambre 138 dé-

finie par la partie inférieure du logement 55 des plon-

geurs et le piston 101. Le canal 61 assure la communica-

tion entre la chambre 138 et le raccord 106. Voir figure 8.

Une chambre 132 est défiià,e par la partie inférieure du pis-

ton 101 et la partie supérieure du piston 111. Le canal 62 assure la communication entre la chambre 132 et le raccord 107. Une troisième chambre 139 est définie par la partie inférieure du piston 111 et la surface intérieure supérieure de la base du logement 60 des pistons.Le passage 63 assure la communication entre la chambre 139 et le raccord 108. Voir figure 7. Dans la paroi latérale interne du logement 60 des

pistons, il y a une gorge 133 dans la chambre 139 s'éten-

dant depuis la partie inférieure jusqu'à un point au-dessus duquel la rondelle Belleville la plus haute est en contact avec la paroi latérale intérieure du logement 60. Le canal 63 débouche dans la gorge 133. Une autre gorge 134 s'étend

depuis la base de la gorge 133 le long de la surface inté-

rieure supérieure de la base pour le logement 60 des pistons

jusqu'à un point situé au-dessous de la saillie 109 du pis-

ton 111.

' Dans la position "de repos", les rondelles Belle-

ville sollicitent les pistons 111 et 101 vers le haut de façon à comprimer le ressort 102. Les pistons étant ainsi dans cette position,la partie supérieure de la saillie 109 - pousse les plongeurs 84, 86 et 88 vers le haut de façon à appliquer les parties surplombantes de la membrane contre le fond du couvercle 41. La pression des fluides échantillon et porteur fait descendre les tiges 85,87 et 89 dans les 13.

évidements 119 à 121, de façon à ne pas provoquer un bloca-

ge du débit à partir de deux conduites adjacentes respecti-

ves des conduites 27, 28,31, 33, 42 et 43.

Dans le mode de fonctionnement'décrit en liaison avec la figure 1 à l'état de repos, la pression dans la chambre 132 est évacuée par la conduite 23 qui est branchée

au raccord 107. La pression est également évacuée de la cham-

bre 138 par la conduite 40 qui est branchée au raccord 106.

Un fluide d'actionnement, par exemple de l'air, est transmis par la conduite 20, la vanne 21, la conduite 24,le raccord 108 à la chambre 139 de façon à aider les rondelles dans le maintien des plongeurs vers le haut pour contrebalancer la

pression des fluides échantillon et porteur.

A ce moment là, le gaz porteur circulant continuel-

lement dans la conduite 27, sous une pression supérieure à la pression ambiante, entre dans la vanne 22 par le canal 48, passant sur la face inférieure du couvercle 41. Comme les plongeurs 84 et 88 sont en haut et que le plongeur 89 est en bas, le fluide porteur fraye un passage entre l'évidement 96 et

l'évidement 95 en passant sur le plongeur 89, atteint le ca-

nal 53 et sort de la vanne 22 en passant par la conduite 28

pour atteindre la colonne 29. Simultanément, le fluide échan-

* tillon circulant continuellement à partir de la conduite 31 sous une pression supérieure à la pression ambiante, entre dans la vanne 22 par le canal 50. Comme les plongeurs 86 et 84 sont en haut et que le plongeur 85 est en bas, le fluide

échantillon fraye un passage à partir de l'évidement 92 jus-

qu'à l'évidement 91 en passant sur le plongeur 85 et atteint le canal 49, et sort de la vanne 22 par la conduite 42 pour entrer dans la boucle 32. Le fluide échantillon entre de nouveau dans la vanne 22 à partir de la boucle 32 en passant par la conduite 43 et le canal 52. Comme les plongeurs 88

et 86 sont en haut et le plongeur 87 en bas, le fluide échan-

tillon suit un trajet s'étendant depuis l'évidement 94 jus-

3. qu'à l'évidement 93 en passant sur le plongeur 87, entre dans le canal 51 et sort de la vanne 22 par la conduite 33

pour être évacué.

14. A la suite d'un signal donné par le programmeur,

la vanne passe de sa position de repos à sa position "ac- tionnée". La commutation est effectuée en acheminant un gaz d'actionnement

dans la conduite 20, la vanne 21, la conduite 23, jusqu'à la chambre 132. La pression est égale-

ment évacuée de la chambre 139 par la conduite 24, la van-

ne 21, la conduite 26, et la pompe à vide 40a, et la pres-

sion est évacuée de la chambre 138,par la conduite 40 et

la pompe à vide 40a.

Pendant l'établissement de la pression du gaz d'actionnement dans la chambre 132,celle-ci surmonte d'abord l'action de sollicitation du ressort 102 sur le piston 101 de façon à entraîner les plongeurs 85, 87 et 89 vers le

haut et les mettre en contact étanche avec les parties con-

tiguës du coussin 83 et de la membrane 76, ce qui provoque

l'application étanche de celle-ci contre la face inférieu-

re du couvercle 41, coupant ainsi la circulation du gaz

échantillon et du gaz porteur dans la vanne 22. Cette sé-

quence est caractérisée par un mode de fonctionnement "réa-

lisation d'un joint avant rupture d'un joint", et évite les fuites de fluide d'un trajet à l'autre pendant le passage

de l'un à l'autre de ces trajets.

Après l'établissement d'une pression suffisante dans la chambre 132, le piston 111 tombera aussi. La chute du piston 111 permet aux plongeurs 84, 86 et 88 de revenir en arrière alors que les plongeurs 85, 87 et 89 restent dans la position d'élévation. Le gaz porteur provenant de

la conduite 27 et entrant dans la vanne 22 par l'intermédiai-

re du canal 48 passe sur la surface inférieure du couver-

cle 21. Comme les plongeurs 87 et 88 sont en contact étan-

che avec la membrane, le gaz porteur circule à partir de

l'évidement 96 sur la partie supérieure du plongeur 88 jus-

qu'à l'évidement 94 et dans le passage 52,puis vers la bou-

cle d'échantillon entraînant l'échantillon qui y est empri-

sonné. Le gaz porteur, avec le fluide échantillon entraîné, entre de nouveau dans la vanne 22 à partir de la boucle

32 par l'intermédiaire de la conduite 42 et du canal 49.

15. Comme les plongeurs 85 et 89 sont en contact étanche avec la membrane, le fluide de la conduite 43 s'écoule depuis l'évidement 94 sur la partie supérieure du plongeur 84 jusque dans l'évidement 95 et dans le canal 53, et sort, par l'intermédiaire de la conduite 28, pour atteindre la colonne 29 o il y aura séparation des composants de l'échantillon. Simultanément, le fluide échantillon entre encore dans la vanne 22 par l'intermédiaire du canal 50. Comme les plongeurs 85 et 87 sont en contact étanche avec la membrane, le fluide échantillon va depuis l'évidement 92, en passant sur le plongeur 86, jusqu'à l'évidement 93 et

dans le canal 51, et sort de la vanne 22 par l'intermé-

diaire de la conduite 33, pour être évacué.

Lorsque la vanne pilote 21 revient à la position de non-actionnement, le gaz d'actionnement est évacué de la chambre médiane 132 par la conduite 23, la vanne 21 et la conduite 26. En même temps, le gaz est fourni à la

chambre inférieure 139 et les pistons reviennent à leur po-

sition "de repos" suivant une séquence inverse.

Les gorges 133 et 134 constituent un canal de pas-

sage de fluide jusqu'au canal 63 de façon à minimiser la tendance qu'ont les rondelles Belleville 131 à former un joint entre elles et les autres surfaces avec lesquelles

elles sont en contact. Ainsi, les gorges 133 et 134 permet-

tent de disposer d'une vanne ayant une réponse plus rapi-

de que si elles n'existaient pas.

En figure 9, on a représenté la partie inférieure

d'un couvercle 200 qui peut remplacer le couvercle 41 uti-

3U lisé dans la vanne représentée dans les figures 2 à 8.

Dans le couvercle 200, il n'y a que quatre canaux, les ca-

naux correspondant aux canaux 52 et 49 du couvercle 41 étant

supprimés. Une gorge incurvée 201 s'étend dans la face in-

férieure du couvercle 200. La gorge 201 constitue une bou-

cle interne pour échantillon. La méthode de fonctionnement et les avantages d'un tel couvercle sont bien connus de

l'homme de l'art et sont décrits dans le brevet des Etats-

a?6 1 89 16.

Unis d'Amérique n0 3.140.615 cité ci-dessus.

On notera que la description précédente de la

façon avec laquelle la vanne de la présente invention peut

être utilisée constitue l'un des modes d'emploi satisfai-

sants. Lorsque les pressions du fluide échantillon sont as-

sez basses, les canaux 61 et 64 peuvent être simplement uti-

lisés pour la mise à l'atmosphère au lieu d'être reliés aux conduites de vide ou de gaz d'actionnement. La vanne peut

ainsi fonctionner soit à de hautes pressions soit à de bas-

ses pressions quelle que soit la pression du courant de gaz

échantillon ou de gaz porteur.

L'homme de l'art remarquera que la vanne peut être utilisée en vanne de commutation de colonne au lieu de

l'être en vanne d'échantillonnage.

L'appréciation de certaines des valeurs de mesures

indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles pro-

viennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques.

La présente invention n'est pas limitée aux exem-

ples de réalisation qui viennent d'être décrites, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. Bien que la présente invention ait été décrite en utilisant comme exemple une vanne du type décrit dans la demande de brevet n0 06/096.716, elle s'applique clairement à l'un des types précédents de vannes comparables à plusieurs orifices, fermées de manière

étanche par une membrane.

17.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1 - Vanne à plusieurs orifices fermée de manière étan-

che par une membrane, capable de fonctionner à des températu-

res élevées, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un couvercle d'extrémité (41) comportant des faces supérieure et inférieure et une pluralité de canaux distants

les uns des autres (48 à 52) s'étendant dans les faces supé-

rieure et inférieure de façon à constituer des orifices pour la vanne; un logement de plongeur (55) fixé au couvercle d'extrémité, ce logement comportant des faces supérieure et

inférieure et étant positionné de façon que chacun des ca-

naux. de couvercle d'extrémité (41) soit positionné entre une

paire différente des canaux (77 à 82) du logement de plon-

geurs; - une membrane (76) placée entre la face inférieure du couvercle d'extrémité et la face supérieure du logement de

plongeurs et s'étendant sur les extrémités ouvertes des ca-

naux du couvercle d'extrémité et du logement de plongeurs;

- une pluralité de moyens de plongeur (84 à 89),cha-

cun positionné dans un canal respectif des canaux du logement

de plongeurs et s'y étendant de façon qu'un moyen d'action-

nement (101, 112) sur la face inférieure du logement de plon-

geurs puisse entraîner chaque moyen de plongeur vers le haut

de façon à provoquer le blocage par la membrane de la commu-

nication entre la paire environnante respective de canaux du couvercle d'extrémité;

- des moyens (91 à 96) pour permettre la communica-

tion entre paires contiguës de canaux du couvercle d'extré-

mité lorsque les moyens de plongeur respectifs ne forcent pas la membrane à bloquer la communication entre les paires de canaux; - un logement de pistons (60) en contact étanche avec la face inférieure du logement de plongeurs, ce logement de pistons comprenant une paroi latérale tubulaire;

- un premier moyen de piston (101) ayant une ouver-

ture (108) s'étendant axialement à travers lui, ce premier moyen de piston étant positionné dans le logement de pistons

(60) au voisinage de la face inférieure du logement de plon-

geurs (55) pour être animé d'un mouvement de va-et-vient sui-

vant l'axe central du logement de pistons en contact étan-

che avec la surface intérieure de la paroi latérale tubu- laire,ce contact étanche étant assuré par un joint à ressort (116) comprenant un anneau en matériau polymère qui n'est pas sensiblement affecté par des températures élevées, ce joint à ressort engageant par accrochage la périphérie du

piston dans un canal (118) s'étendant autour de la périphé-

rie du premier pistonlun bord du canal s'étendant vers l'extérieur plus loin que son autre bord, et le bord qui

s'étend le moins vers l'extérieur étant chanfreiné vers l'in-

térieur de manière à permettre une introduction instantanée du joint à ressort dans le canal, la surface supérieure du

premier piston ayant une configuration telle qu'une premiè-

re chambre (138) est formée entre ses parties extérieures et la surface inférieure du logement de plongeurs (55),et

telle que, lorsque le premier piston (101) est dans sa posi-

tion la plus haute, il amène un premier jeu de moyens de plongeurs (85, 87, 89) à appliquer la membrane (76) contre

le couvercle d'extrémité (41) de façon à bloquer la commu-

nication entre la paire de canaux du couvercle d'extrémité entourant chaque moyen de plongeur de ce premier jeu; - un second moyen de piston (111) positionné dans le logement de pistons (60) au-dessous du premier moyen de piston (101) pour être animé d'un mouvement de va-et-vient suivant l'axe central du logement de pistons en contact

étanche avec la surface intérieure de la paroi latérale tu-

bulaire, le contact étanche étant assuré par un joint à res-

sort (126) comprenant un anneau en matériau polymère qui n'est pas sensiblement affecté par des températures élevées, le joint à ressort èngaẻant par accrochage la périphérie du second piston (111) dans un canal (127) s'étendant autour de la périphérie de ce piston, un bord du canal s'étendant vers l'extérieur au-delà de son autre bord, et le bord qui

s'étend le moins vers l'extérieur étant chanfreins vers l'in-

19. térieur de manière à permettre l'introduction facile du joint dans le canal ce second moyen de piston contenant une partie en saillie (109) s'étendant vers le haut depuis la surface supérieure du second piston dans l'ouverture (108) du premier piston (101) pour s'y déplacer suivant un mouvement de va-et-vient en contact étanche avec le premier piston,ce contact étanche étant assuré par un joint à ressort (105) comprenant un anneau en matériau polymère qui n'est pas sensiblement affecté par des températures élevées, ce joint

à ressort engageant par accrochage la périphérie de la par-

tie en saillie dans un canal (110) s'étendant autour de cet-

te partie en saillieau moins le sommet (200) de la partie en

saillie (109) pouvant être séparé pour permettre le place-

ment facile de l'anneau d'étanchéité dans le canal de la par-

tie en saillie, et la partie en saillie ayant une longueur

et sa surface supérieure une configuration telles que, lors-

que le second piston se trouve dans sa position la plus hau-

te, il amène un second jeu de moyens de plongeurs ((84, 86,

88) à appliquer la membrane (76) contre le couvercle d'extré-

mité (41) pour bloquer la communication entre la paire de canaux du couvercle entourant chaque plongeur de ce second jeu, la surface inférieure du premier piston et la surface supérieure du second piston étant déterminées de façon que, même lorsque le second piston se trouve dans sa position la plus haute, il y aitfentre leurs parties extérieuresun jeu définissant une seconde chambre (132), et le second moyen de piston comprenant un moyen de fixation (201, 202, 203) pour fixer la partie séparable de la partie en saillie au second piston; - un premier moyen de ressort (102) placé entre la face inférieure du logement de plongeurs et le premier moyen de piston pour solliciter ce premier moyen de piston afin de l'éloigner du logement de plongeurs (55);

- un second moyen de ressort (131) positionné au-

dessous de la face inférieure du second moyen de piston pour solliciter ce second moyen de piston vers le logement de plongeurs (55); 20.

- un moyen de fixation de ressort (129) pour fi-

xer le second moyen de ressort de façon qu'il sollicite le second moyen de piston vers le logement de plongeurs; et - un canal de fluide (62), s"étendant à travers le logement de pistons (60) jusque dans la seconde chambre (132)

à travers lequel un fluide peut être acheminé pour provo-

quer un déplacement relatif des premier et second pistons l'un par rapport à lautre, 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le couvercle dtextrémité (41) contient six canaux

(48 à 52) distants les uns des autres suivant un lieu géné-

ralement circulaire,et en ce que le logement de plongeurs

(55) contient six canaux (77 à 82) distants les uns des au-

tres suivant un lieu également généralement circulaire.

3 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen permettant la communication entre paires contiguës de canaux (48 à 52) du couvercle d'extrémité (41)

comprend une pluralité d'évidements (91 à 96) sur la surfa-

ce supérieure du logement de plongeurs (55) s'étendant cha-

cun depuis l'un des canaux (77 à 82) du logement de plon-

geurs. 4 - Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un coussin en tissu (83) disposé entre

la membrane (76) et le logement de plongeurs (55), ce cous-

sin ayant au moins la même étendue que la membrane et étant

constitué de filaments qui ne sont pas affectés par des tem-

pératures élevées.

- Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le matériau polymère des joints à ressort (116, 126, 105) comprend du polytétrafluoroéthylène ou un autre

matériau polymère ayant des propriétés sensiblement identi-

ques à celles du polytétrafluoroéthylène.

6 - Vanne selon la revendication 5, caractérisée

en ce que le coussin en tissu (83) est constitué de fila-

ments comprenant une polyimide.

7 - Vanne selon la revendication 6,caractérisée en ce que la partie séparable (200) de la partie en saillie 21. (109) du second piston (111) s'étend dans le second piston, le moyen de fixation de la partie séparable au second piston comprenant une vis (201) prévue pour être vissée dans les

filets (202, 203) formés dans la partie séparable et le pis-

ton, sur la face inférieure de celui-ci. 8 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie séparable (200) de la partie en saillie

(109) du second piston (111) s'étend à travers le second pis-

ton, le moyen pour fixer la partie séparable au second pis-

ton comprenant une vis (201) prévue pour être fixée dans des filets (202, 203) formés dans la partie séparable et dans

le second piston, sur la face inférieure de celui-ci.

9 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau polymère des joints à ressort (116, 126,

105) comprend du polytétrafluoroéthylène ou un autre maté-

riau polymère ayant des propriétés sensiblement similaires

à celles du polytétrafluoroéthylène.

- Vanne selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un coussin qn tissu(83) disposé entre la membrane et le logement de plongeurs, ce coussin ayant au moins la même étendue que la membrane et étant constitué de filaments qui ne sont pas affectés par les températures élevées.