FR2636709A1 - Vanne thermocommandee notamment purgeur a condensat - Google Patents
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Abstract
Vanne thermocommandée, notamment purgeur à condensat, caractérisée en ce que : - le ressort est un ressort Belleville 14, - le ressort Belleville 14 s'appuie contre la face frontale de l'élément de membrane 7 opposée à la partie de paroi 6, - la zone périphérique du ressort Belleville 14 venant contre un appui 16 et la zone du bord intérieur du ressort Belleville 14 agissant sur la pièce d'obturation 9 ou un support de pièce d'obturation relié à cette pièce. L'invention concerne une vanne thermocommandée notamment purgeur à condensat.
Description
"Vanne thermocomande notamment purgeur à condensat" La présente invention
concerne une vanne thermocommandée notamment purgeur à condensat comprenant: - un siège de soupape, - un organe d'obturation coopérant avec ce siège, - une capsule à membrane composée d'une partie de paroi rigide et d'un élément de membrane actionnant l'organe d'obturation, la partie de paroi et l'élément de membrane formant une chambre pour un fluide à évaporer, ces deux éléments étant reliés l'un à l'autre dans leur zone périphérique, - un ressort agissant sur l'organe d'obturation dans le sens de l'ouverture,
- un appui pour le ressort.
Dans de telles vannes avec des ressorts agissant sur la pièce d'obturation dans le sens de l'ouverture, on a l'avantage pour la vanne qu'en cas de fuite de la capsule à membrane - c'est-à-dire en cas de défaillance de celle-ci - elle prenne la position d'ouverture. Ce comportement est à développer pour certaines applications, pour des raisons de procédé. Pour que ce comportement soit assuré dans toute la plage des pressions utiles de la vanne, il faut que le ressort soit dimensionné pour qu'en cas de fuite, cette force de ressort puisse vaincre la force de fermeture importante engendrée par la pression
d'utilisation maximale de la pièce d'obturation.
Lorsqu'une telle vanne doit se fermer à la pression d'utilisation maximale, la capsule à membrane étant intacte, il suffit d'une force de fermeture relativement faible pour la capsule à membrane. Cette force de fermeture ou d'obturation est transmise à la pièce d'obturation par l'organe à membrane. Lorsque la vanne est utilisée aux faibles pressions, la force de
fermeture de la pièce obturation est également faible.
L'amplitude de la force à ressort est toutefois inchangée. Dans ce cas pour fermer la vanne, il faut transmettre par l'élément à membrane, une force
relativement importante.
Or, une force importante engendre des contraintes importantes dans l'élément à membrane. La plage des pressions d'utilisation ou encore la durée de vie d'une membrane selon les modes de réalisation connus (DE-23 513) pour une telle vanne, sont
toutefois limitées.
La présente invention a pour but de créer une vanne thermocommandée, du type ci-dessus, utilisable dans une plage de pressions utiles importantes et se distinguant par une très fiabilité
de la membrane.
A cet effet, l'invention concerne une vanne thermocommandée du type cidessus, caractérisée en ce que: - le ressort est un ressort Belleville, le ressort Belleville s'appuie contre la face frontale de l'élément de membrane opposée à la partie de paroi, - la zone périphérique du ressort Belleville venant contre un appui et la zone du bord intérieur du ressort Belleville agissant sur la pièce d'obturation ou un support de pièce d'obturation
relié à cette pièce.
Dans chaque position de déplacement, l'élément de membrane est soutenu sur toute sa dimension radiale par le ressort Belleville qui ne présente qu'un faible encombrement en hauteur. La force d'obturation qui résulte de la différence des pressions régnant entre la chambre de réception de la capsule à membrane et le côté haute pression, est transmise directement au ressort Belleville et à la pièce d'obturation. De cette manière, les contraintes relativement élevées qui sont engendrées par la transmission de cette force par l'élément à membrane,
lui-même, n'existent pas dans, le cas présent.
L'élément à membrane est soumis principalement, uniquement à la partie relativement faible des contraintes engendrées par la course. La vanne selon l'invention convient ainsi pour des plages d'application très étendues et se distingue par une
fiabilité (durée de vie) très grande de la membrane.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'appui est formé d'une rondelle dont le bord extérieur est relié solidairement à la capsule à membrane et dont le côté tourné vers la capsule à membrane comporte une cavité recevant le ressort Belleville. En d'autres thermes, la capsule à membrane, la pièce d'obturation, le ressort Belleville et l'appui forment un ensemble qui se préfabrique complètement. En outre, l'appui limite la course du ressort Belleville et ainsi la course de l'élément de membrane dans le sens de l'obturation. De cette manière, la capsule à membrane peut résister à une pression interne très élevée qui peut être engendrée
par exemple par une forte surchauffe.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'élément de membrane est muni en position centrale d'une cavité de palier en forme de calotte et la pièce d'obturation ou un support de pièce d'obturation relié à cette pièce comporte un bossage logé dans la cavité formant palier et qui comporte au bord de la cavité de palier, une surface
d'attaque, axiale pour le ressort Belleville.
Cette caractéristique permet un excellent centrage de la pièce d'obturation dans la position de montage prévue. Cette forme est particulièrement intéressante pour le matriçage, si bien que l'élément en forme de membrane ne présente pas de contrainte
propre, gênante.
Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention: - la partie de paroi de la capsule à membrane est en forme de coupelle et comporte une déformation centrale en forme de pot dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur de la pièce d'obturation ou d'un support de pièce d'obturation relié à cette pièce d'obturation et, - une pièce de butée pour l'élément à membrane étant
prévue de manière fixe dans la cavité.
On arrive ainsi à une capsule à membrane d'une construction particulièrement aplatie, résistant à une pression externe très élevée. Ainsi pour une faible hauteur, la déformation ou cavité de la partie de paroi forme un logement suffisant pour le fluide vaporisé. Grâce à la partie de paroi et la partie de butée, l'élément de membrane est soutenu en position d'ouverture dans sa zone de flexion et au niveau de sa pièce d'obturation. La capsule à membrane résiste ainsi à des pressions externes très élevées comme
celles engendrées par exemple par un coup de bélier.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la pièce de butée est une rondelle dont le bord extérieur est maintenu fixe au niveau du bord
de la cavité sur la partie de paroi.
Cette caractéristique constitue un mode de réalisation particulièrement avantageux de la pièce de
butée pour la fabrication.
Suivant une autre caractéristique, l'invention est caractérisée en ce que: - le ressort Belleville est un ressort à déclic, -le ressort à déclic est monté pour qu'en position de fermeture de la vanne, il présente une position de déplacement située dans la plage de déplacement entre le maximum et le minimum de la force pour la
courbe caractéristique force/course.
Ainsi, le ressort Belleville est de préférence un ressort à déclic notamment un ressort monostable. Dans le cas d'un état monostable, la direction de la force du ressort reste la même pour toute la course. Ainsi, il ne se produit, par exemple,
pas d'inversion de pression en une force de traction.
La force d'ouverture exercée par le ressort à déclic sur la pièce d'obturation tombe d'une position très ouverte jusqu'à une position d'obturation de la pièce d'obturation au cours de la course de la fermeture ou d'obturation. Pendant la course d'ouverture, cette force augmente de la position de fermeture jusqu'à une position très ouverte. En atteignant la température d'ouverture, la pièce d'obturation passe rapidement dans sa position très ouverte. Il s'agit d'une position d'ouverture qui, dans le cas de faibles quantités, dépasse la valeur vers laquelle se rapproche la capsule à membrane, élastique à ressort
et qui est nécessaire pour une évacuation permanente.
Cela permet de transférer une faible quantité de fluide en un temps très court. Puis, la vanne se ferme
brusquement à partir de sa position très ouverte.
Grâce à un ressort à déclic à la place d'un ressort classique - appelé encore ressort à fonctionnement rampant - on évite des positions d'étranglement pour
la pièce d'obturation favorisant l'usure.
La différence de pression acceptable pour l'élément de membrane, dans une certaine mesure également la plage des pressions d'utilisation de la vanne, pourrait être augmentée en théorie jusqu'à des valeurs très élevées, puisque l'on utilise un ressort Belleville ayant une force de ressort d'ouverture correspondante très importante. Pour fermer la vanne, il faut que cette force de ressort soit dépassée par
la force engendrée par la pression du fluide vaporisé.
Dans la zone inférieure de la plage des pressions d'utilisation, cela doit se faire à des températures faibles correspondantes. L'absence de tout fluide de vaporisation convenant à cet effet limite la plage des
pressions utiles.
Suivant une autre caractéristique de l'invention: - un second ressort Belleville s'applique contre la Y --face frontale de l'élément de membrane tourné vers la partie de paroi, et - un appui pour la zone périphérique du second
ressort Belleville.
Cela permet d'augmenter la plage des
pressions utiles au-delà des limites ci-dessus.
Le second ressort Belleville ou ressort Belleville supplémentaire permet à l'élément de membrane de s'appuyer dans toute sa direction radiale c'est-à-dire du bord extérieur jusqu'au bord intérieur, dans le sens de l'ouverture. Une force d'ouverture qui résulte de la différence des pressions appliquées à l'élément en forme de membrane est transmise directement au second ressort Belleville et à la pièce d'obturation. Ainsi, l'élément à membrane n'est soumis à aucune contrainte importante et gênante. Cela permet d'étendre considérablement la plage des pressions utiles de la vanne au-delà de la zone que peuvent atteindre les fluides vaporisables, disponibles dans le cas d'un montage à un seul ressort Belleville. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le second ressort Belleville est en forme de ressort d'ouverture et la pièce d'obturation comporte un organe d'entraînement qui vient derrière la zone du bord intérieur du second ressort Belleville, sur la surface frontale non tournée vers l'élément de membrane. Ainsi dans ce mode de réalisation, la force de ressort exercée par chacun des deux ressorts Belleville est dirigée dans le sens de l'ouverture de la pièce d'obturation. En position d'ouverture de la vanne, le second ressort Belleville peut être soit détendu, soit présenté déjà une précontrainte. La force de ressort engendrée par le second ressort Belleville et une force de pression transmise éventuellement par l'appui de I-'élément de membrane sur le second ressort Belleville s'exercent sur la pièce d'obturation par l'intermédiaire de
l'organe d'entraînement.
Du fait de la répartition de la force de ressort d'ouverture sur deux ressorts Belleville, les contraintes régnant dans chaque ressort Belleville sont particulièrement faibles, ce qui se traduit par
une durée de vie très importante de ces ressorts.
Il est possible de choisir une force de
ressort très faible pour le second ressort Belleville.
Toutefois, cette force doit être au moins suffisante pour assurer la fonction d'appui du ressort Belleville dans la plage partielle supérieure de la plage des pressions utiles de la vanne. Un second ressort Belleville ainsi dimensionné peut s'appuyer directement sur l'élément de membrane par son bord extérieur sans limiter ainsi la durée de vie de cet élément. Dans ce cas, il est inutile de prévoir un appui pour la membrane au niveau du bord extérieur du second ressort Belleville. Par contre, un tel appui est prévu lorsque le second ressort Belleville
présente une force de ressort d'ouverture importante.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le second ressort Belleville est en forme
de ressort de fermeture.
Ainsi, les forces des deux ressorts Belleville sont opposées. De cette manière, on peut utiliser des ressorts Belleville ayant une force particulièrement importante et ainsi une possibilité
d'appui particulièrement grande.
Cela permet une plage de pressions utiles extrêmement grande. Grâce à la compensation réciproque des forces de ressort, la force de ressort résultante exercée par les ressorts Belleville sur la pièce d'obturation peut être très petite. Elle peut malgré l'action d'appui particulièrement importante, se situer dans la plage des grandeurs définies les
fluides vaporisables, disponibles.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la pièce d'obturation comporte un organe d'entraînement qui vient prendre derrière la zone du bord intérieur du second ressort Belleville au niveau de sa face frontale non tournée vers l'élément de membrane. Il en résulte une réalisation très simple de l'organe d'entraînement. Elle s'utilise de préférence si la force d'obturation du second ressort Belleville est choisie extrêmement faible, par exemple si elle est juste suffisante pour que la possibilité d'appui permette d'appuyer l'élément de membrane dans toute la plage supérieure des pressions. La force d'ouverture à transmettre ainsi par le second ressort Belleville est induite dans la pièce d'obturation par l'intermédiaire de l'organe d'entraînement. Grâce à sa faible force d'obturation ou de fermeture, le second ressort Belleville peut s'appuyer dans la plage inférieure des pressions, par son bord intérieur, directement sur l'élément de membrane pour fermer la vanne, sans mettre en danger la durée de vie de cet élément de membrane. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'organe d'obturation comporte un organe d'entraînement qui vient prendre derrière la zone du bord intérieur du second ressort Belleville au niveau de sa face frontale non tournée vers l'élément de membrane. Cet organe d'entraînement évite que le second ressort Belleville s'appuie directement sur l'élément de membrane par la zone de son bord intérieur. Cela est avantageux notamment Si le second ressort Belleville présente une force de fermeture très grande. Si pour ce mode de réalisation de
l'organe d'entraînement, dans la plage supérieure des-
pressions, le second ressort Belleville effectue un mouvement dans le sens de l'ouverture de la pièce d'obturation sous l'effet de la différence des pressions appliquées à l'élément de membrane, la pièce d'obturation suit immédiatement le second ressort Belleville sous l'action d'ouverture du premier ressort Belleville. Bien que cette réalisation de l'organe d'entraînement ne puisse permettre au second ressort Belleville d'exercer une force d'ouverture sur la pièce d'obturation, cela garantit néanmoins une
ouverture de la vanne.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la pièce d'obturation comporte des organes d'entraînement qui viennent prendre derrière la zone du bord intérieur du second ressort Belleville
au niveau de ses deux surfaces frontales.
Suivant une autre caractéristique de l'invention: - le premier ressort Belleville présente une caractéristique force/course ayant une plage aplatie, - le second ressort Belleville présente une caractéristique force/course avec une plage aplatie et, - les deux ressorts Belleville sont disposés pour que tant en position de fermeture qu'en position d'ouverture de la vanne, ils présentent chaque fois des positions de déplacement dans la plage aplatie
de leur courbe caractéristique.
La force des ressorts exercées par les deux -- ressorts Belleville sur la pièce d'obturation est pratiquement compensée globalement par l'ensemble de la course de la pièce d'obturation. Cela est particulièrement avantageux pour le choix du fluide à vaporiser. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la partie de paroi de la capsule à membrane comporte l'appui pour le second ressort Belleville. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la partie de paroi est en forme de coupelle et présente au niveau de son côté tourné vers l'élément de membrane, une seconde cavité recevant le
second ressort Belleville.
Ces caractéristiques constituent un mode de réalisation préférentiel de l'appui pour le second ressort Belleville. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la partie de paroi comporte un moyen de butée coopérant avec la pièce d'obturation et limitant
sa course d'ouverture.
La butée reçoit la force d'ouverture exercée
en position d'ouverture par la pièce d'obturation.
Cela est particulièrement avantageux si la course des ressorts doit être plus faible que ne le permettrait la forme de la partie de paroi, et cela pour des
raisons de résistance.
Des exemples de réalisation d'une vanne selon l'invention seront décrits ci-après à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un détail d'un premier mode de
réalisation de la vanne en position d'ouverture.
- la figure 2 montre un détail d'un second mode de
réalisation de la vanne en position de fermeture.
- la figure 3 montre un détail d'un troisième mode de
réalisation de la vanne en position d'ouverture...
- la figure 4 montre un détail de la capsule à membrane de la figure 3 correspondant à un autre mode de réalisation, cette figure montrant la capsule en
position d'ouverture partielle.
- la figure 5 montre un détail de la capsule à membrane de la figure 3 correspondant à un autre mode
de réalisation.
- la figure 6 montre un détail de la capsule à membrane selon les figures 1 et 2 en position
d'ouverture partielle.
Selon la figure 1, une cloison 2 prévue entre le côté haute pression 1 et le côté basse pression 3 dans un boîtier de vanne, non représenté, porte un élément formant un siège 4. Du côté de la haute pression 1, c'est-àdire en amont de l'élément du siège 4 se trouve une capsule à membrane 5 qui comporte une partie de paroi rigide 6 et un élément de membrane 7. Les deux constituent une chambre 8 pour un fluide à vaporiser. L'élément de membrane 7 actionne une pièce d'obturation 9 qui se trouve en amont de l'élément formant un siège 4. Un siège de vanne 10 pour la pièce d'obturation 9 est prévu dans l'élément
formant le siège 4.
L'élément de membrane 7 présente dans sa partie centrale, une cavité de palier 11 en forme de calotte venant en saillie dans la chambre 8. Une tête 12 en forme de calotte appartenant à la pièce d'obturation 9 vient se loger dans cette cavité; cette tête est reliée solidairement à l'élément de membrane 7 ou comme dans le cas présent s'applique simplement sur cet élément. Au niveau du bord de la cavité 11, la tête 12 présente une surface d'attaque 13 axiale. Un ressort Belleville 14 agit sur cette surface dans le sens de l'ouverture par son bord interne. En même temps, le ressort Belleville 14 s'applique contre la face frontale de l'élément de membrane 7, face qui n'est pas tournée vers la partie de paroi 6. Son bord extérieur non tourné vers la membrane s'appuie dans une cavité 15 d'une rondelle annulaire 16, bombée de manière convexe et jouant le rôle d'appui. Au niveau de son bord interne, la rondelle annulaire 16 est munie de moyens de fixation 17 qui reposent sur l'élément formant le siège 4. Le bord extérieur de la rondelle annulaire 16 est relié solidairement et de manière étanche à l'élément de membrane 7 et à la partie de paroi 6; cette liaison
est de préférence une soudure.
La partie de paroi 6 a une forme de coupelle et présente une partie bombée 18, centrale, en forme de pot. Son diamètre intérieur est beaucoup plus grand que le diamètre extérieur de la pièce d'obturation 9. De cette manière, la partie bombée 18 offre une chambre 8 suffisante pour une hauteur faible, pour le fluide à vaporiser. La partie bombée 18 reçoit une rondelle trouée 19. Celle-ci est fixée contre la partie de paroi 6 au niveau du bord de la partie
bombée 18, par exemple par une soudure par points.
A froid, le fluide à vaporiser est condensé dans la chambre 8 et sa pression de vapeur est pratiquement égale à zéro. L'élément de membrane 7 et la pièce d'obturation 9 sont maintenus en position d'ouverture par le ressort Belleville 14 et la pression régnant sur le côté haute pression 1. Dans cette position, l'élément de membrane 7 s'appuie par une grande surface sur la partie de paroi 6 et la rondelle 19. Comme la rondelle 19 offre à l'élément de membrane 7 une surface d'appui dans sa zone passant par-dessus la tête 12 de la pièce d'obturation, la pièce d'obturation 9 est également soutenue par
l'élément de membrane 7.
Lorsque la capsule à membrane 5 est par exemple chauffée par le condensat ambiant, il se produit une vaporisation dans sa chambre 8. Dans cette chambre s'établit une pression de vapeur du fluide vaporisé, qui correspond à chaque température. Lorsque la température et ainsi la pression interne dans la chambre 8 sont suffisantes, l'élément de membrane 7 se soulève par rapport à la partie de paroi 6 et à la rondelle 19. L'élément de membrane 7 s'applique ainsi contre le ressort Belleville 14 et la tête 12 de la pièce d'obturation. Pour une montée correspondante de la température et ainsi de la pression interne, la pièce d'obturation 9 est déplacée dans le sens de la fermeture par l'élément de membrane 7 agissant contre le ressort Belleville 14, de manière que cette pièce d'obturation s'applique de façon étanche sur le siège de vanne 10. Pendant toute la course de fermeture, l'élément de membrane 7 est soutenu sur une grande surface par le ressort Belleville 14 et la tête 12 de la pièce d'obturation. La force d'obturation qui résulte de la différence des pressions régnant dans la chambre 8 et sur le côté haute pression 1 est compensée par le ressort Belleville 14. De ce fait, l'élément de membrane 7 n'est pas sollicité, mais est uniquement soumis à des contraintes de flexion relativement faibles qui sont engendrées par le mouvement. L'élément de membrane 7 peut ainsi s'utiliser pour des différences de pression importantes et cet élément présente une durée de vie
très grande.
Lorsque la capsule à membrane 5 est soumise à la température d'ouverture, la pression interne à la chambre 8 chute, si bien que la force d'ouverture du ressort Belleville 14 dépasse la force d'obturation existant à ce moment et l'élément de membrane 7 ainsi que la pièce d'obturation 9 passent en position d'ouverture. Dans ce cas, l'élément de membrane 7 n'a aucune force d'ouverture à exercer sur la pièce d'obturation 9; d'ailleurs, elle ne le peut pas puisque la pièce d'obturation 9 n'a pas été fixée à
l'élément de membrane 7.
Par contre, si la tête 12 de la pièce d'obturation et l'élément de membrane 7 sont solidarisés, l'élément 7 est en mesure d'exercer une force d'ouverture sur la pièce d'obturation 9. Dans ces conditions, la vanne peut s'ouvrir même si le ressort Belleville 14 est défectueux, c'est-à-dire
s'il est cassé ou fatigué.
Si la capsule à membrane 5 est prévue pour être exposée à une surchauffe très importante se traduisant par une pression interne extrême, la rondelle annulaire 16 soutient le ressort Belleville 14 et ainsi l'élément de membrane 7. Dans un tel cas,
l'élément de membrane 7 n'est pas surchargé.
Le mode de réalisation de la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 par deux pièces d'obturation et deux sièges de vannes. En aval du siège de vanne 10, il est prévu d'autres sièges de vanne 20 entre lesquels se trouve une chambre 21. Une première pièce d'obturation 22, annulaire coopère avec le premier siège de vanne 10; une seconde pièce obturation 23 prévue dans la chambre 21 coopère avec le second siège de vanne 20; cette seconde pièce 23 est couplée de manière limitée dans le sens d'une course relative avec la première pièce. La première pièce d'obturation 22 est fixée de manière étanche dans un support de pièce d'obturation 24. Le support 24 comporte une tête 12 au centre de la cavité de palier 11 et une surface d'attaque 13 pour le ressort
Belleville 14.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, les deux pièces d'obturation 22, 23 s'ouvrent et se ferment de manière temporisée, successivement à cause de leur course relative. Ainsi même pour des quantités très faibles, on a un fonctionnement intermittent évitant l'usure par érosion des zones d'obturations
, 22; 20, 23.
Selon la figure 3, la pièce d'obturation 9 et un support d'organe d'entraînement 25 sont fixés solidairement et de manière étanche au milieu de l'élément de membrane 7, de préférence par soudage des trois pièces. Le support de l'organe d'entraînement 25 se trouve dans la chambre 8 c'est-à-dire du côté de la membrane tourné vers la partie de paroi 6. A la place de la pièce d'obturation 9, on peut prévoir de manière analogue à la figure 2, un support de pièce d'obturation sur l'élément de membrane 7, et qui porte une ou deux pièces d'obturation ainsi que la surface d'attaque 13. Entre l'élément de membrane 7 et la partie de paroi 6, il y a un second ressort Belleville 26 dans la chambre 8. La partie de paroi 6 présente une cavité 27 qui sert d'appui pour le bord extérieur du second ressort Belleville 26, bord non tourné vers la membrane. Pour le bord extérieur tourné vers la membrane, il est prévu un appui 28. Le support de l'organe d'entraînement 25 comporte un organe d'entraînement 29 qui vient prendre derrière la zone du bord intérieur du ressort Belleville 26 au niveau de sa face non tournée vers la membrane. La force exercée par le second ressort Belleville 26 est dirigée dans le sens de l'ouverture de la pièce d'obturation. A froid, l'élément de membrane 7 et la pièce d'obturation 9 sont maintenus en position de fin d'ouverture par les deux ressorts Belleville 14 et 26 ainsi que par la pression régnant du côté haute pression 1. Cette position est déterminée par les
moyens de butée 30 prévus sur la partie de paroi 6.
Les moyens de butée 30 agissent sur la pièce d'obturation 9. En variante ou de manière complémentaire, ces moyens peuvent agir sur le support d'entraînement 25 relié rigidement à la pièce
d'obturation 9.
En position de fin d'ouverture, l'élément de membrane 7 est soutenu par le second ressort Belleville 26, sur une grande surface, contre une différence de pression agissant éventuellement dans le
sens de l'ouverture.
Si la capsule à membrane 5 est soumise à une température croissante, il s'établit dans la chambre 8 une pression de vapeur pour le fluide vaporisé qui correspond à la température qui y règne.- Cette pression de vapeur engendre une force d'obturation exercée sur la pièce d'obturation 9. A cette force s'oppose la force de ressort résultant des deux ressorts Belleville 14 et 26 ainsi que de la pression dans le sens de l'ouverture lors de l'application de l'élément de membrane 7 contre le second ressort Belleville 26. Dès que la pression de vapeur régnant dans la chambre 8 dépasse la pression du côté haute pression 1, l'élément de membrane 7 se soulève légèrement par rapport au second ressort Belleville 26 et s'applique le contre le premier ressort Belleville 14. Lorsqu'on atteint la température de fermeture, la pression de vapeur régnant dans la chambre 8 est suffisamment pour que la pièce d'obturation 9 soit déplacée dans le sens de la fermeture contre la résultante des forces des deux ressorts Belleville 14 et 26 et vient de manière étanche en appui sur le siège devanne 10. Pendant toute la course de fermetute, l'élément de membrane 7 est soutenu sur une
grande surface par le ressort Belleville 14.
Lorsque la capsule à membrane 25 est sollicitée par une température d'ouverture, la pression de vapeur chute dans la chambre 8. La résultante des forces des ressorts Belleville 14 et 26 agissant dans le sens de l'ouverture dépasse alors la force de fermeture engendrée par la différence des pressions. L'élément de membrane 7 ainsi que la pièce d'obturation 9 sont ainsi déplacés en position d'ouverture. L'élément de membrane 7 est alors soutenu sur une grande surface par le premier ressort
Belleville 14.
On décrira ci-après la fonction d'ouverture et de fermeture dans la plage partielle inférieure des pressions d'utilisation de la vanne. La plage partielle inférieure des pressions englobe les pression d'utilisation pour lesquelles à la température de fermeture, la résultante agissant dans la direction d'ouverture de la force engendrée par les deux ressorts Belleville 14 et 26 dépasse la force de fermeture engendrée par la pression appliquée sur la pièce d'obturation 7. La zone partielle supérieure des pressions englobe les pressions d'utilisation pour lesquelles, à la température de fermeture, la résultante agissant dans le sens de l'ouverture, des forces exercées par les deux ressorts Belleville 14 et 26 est inférieure à la force de fermeture engendrée par la pression au niveau de la
pièce d'obturation 9.
Le fonctionnement dans la plage partielle supérieure des pressions se distingue de celui dans la plage partielle inférieure des pressions en ce que l'élément de membrane 7 est appliqué contre le second ressort Belleville 26 tant pendant la course d'ouverture que pendant la course de fermeture sous la
différence de pression qui règne en permanence.
Si en position de fermeture, il devait se présenter une forte montée en pression dans la chambre 8, par exemple par suite d'une surchauffe importante, l'élément de membrane 7 s's'appuierait alors dans la plage supérieure des pressions contre le premier
ressort Belleville 14.
Dans toute la plage des pressions utiles, l'élément de membrane 7 est soutenu tant pendant la course d'ouverture que pendant la course de fermeture, toujours sur une grande surface et n'est soumis qu'aux faibles contraintes de flexion engendrées par la course. Le second ressort Belleville 26 permet ainsi, en utilisant les fluides vaporisables, disponibles, d'étendre considérablement la plage des pression
utiles de la vanne.
Dans l'exemple de réalisation selon la figure 3, le second ressort Belleville 26 peut être réalisé, en variante comme ressort de fermeture. Cela réduit la résultante de la force des ressorts agissant sur la pièce d'obturation 9 dans le sens de l'ouverture. Cela se répercute avantageusement sur le choix du fluide à vaporiser ou sur l'amplitude de la plage des pressions d'utilisation. Si le second ressort Belleville 26 est constitué par un ressort de fermeture, l'appui 26 du côté de la membrane devient inutile pour le bord extérieur du second ressort Belleville 26. Le fonctionnement correspond pour le reste à ce qui a déjà été décrit en relation avec la
figure 3.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, le second ressort Belleville 26 est en forme de ressort de fermeture. Le support 25 pour l'organe d'entraînement comporte un organe d'entraînement 23 qui vient prendre au niveau de la plage du bord inférieur du ressort Belleville 26 sur sa face tournée vers la membrane. Ainsi, la zone du bord intérieur du ressort Belleville 26 ne vient pas en appui sur l'élément de membrane 7. Cela est avantageux en particulier pour des forces de ressort importantes. Si le second ressort Belleville 26 exécute une course dans le sens de l'ouverture sous l'effet de la différence de pression, la pièce d'obturation 9 suit directement le second ressort Belleville 26 du fait de l'action du premier ressort Belleville 14. Les avantages cités ci- dessus concernant la plage des pression utiles et le soutien de l'élément de membrane
7 existent également ce mode de réalisation.
Du fait que les forces des deux ressorts Belleville 14 et 26 soient opposées, les ressorts Belleville 14 et 26 peuvent s'utiliser pour des forces de ressort très importantes, forces qui soutiennent en sécurité l'élément de membrane 7 même pour des différences de pression extrêmement importantes. La résultante des forces agissant sur la pièce d'obturation 9 dans le sens de l'ouverture est néanmoins relativement faible. Il s'est avéré comme très intéressant d'utiliser dans ce cas des ressorts Belleville 14 et 26 dont les caractéristiques sont horizontales ou plates dans la plage des courses utiles; de ce fait, la force résultante des ressorts
reste pratiquement constante pour toute la course.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, le second ressort Belleville 26 est également réalisé comme ressort de fermeture. Le support 25 de l'organe d'obturation comporte néanmoins un organe d'entraînement respectif 29, 31 de chaque côté de l'élément de membrane 7. Les forces tant que fermeture que d'ouverture peuvent ainsi être exercées par le ressort Belleville 26 directement sur le support de l'organe d'entraînement 25 et ainsi sur la pièce
d'obturation 9.
Dans les vannes selon l'invention, l'élément de membrane peut être constitué par une seule membrane
ou par plusieurs membranes en lamelles, superposées.
Les membranes en lamelles donnent une souplesse toute particulière à l'élément de membrane. La membrane ou les membranes en lamelles peuvent du reste être réalisées planes ou avec des ondes concentriques. Les ondes absorbent les variations de mesure radiales engendrées au cours des mouvements sans déformer
l'élément de membrahe.
De manière préférentielle, un élément de membrane 7 se compose de deux lamelles de membrane 32, 33 superposées ayant des ondes concentriques (voir par exemple la- figure 3). A l'état bombé de manière préalable, et cela en position de fin d'ouverture, l'élément de membrane 7) est serré entre la partie de paroi 6 et la rondelle annulaire 16; il peut être soudé avec ses deux parties. On évite ainsi les
contraintes de traction dans l'élément de membrane 7.
Les ressorts Belleville 14 et 26 peuvent être réalisés sans interruption ou sans cavité radiale. Liste des références: 1 Côté haute pression 2 Côté basse pression 3 Cloison 4 Elément formant siège Capsule à membrane 6 Partie de paroi 7 Elément de membrane 8 Chambre 9 Pièce d'obturation Siège de vanne ou soupape il Cavité de palier 12 Tête 13 Surface d'attaque 14 Ressort Belleville Cavité 16 Rondelle annulaire 17 Moyen de fixation 18 Cavité 19 Rondelle Siège de vanne 21 Chambre 22, 23 Pièce d'obturation 24 Support de pièce d'obturation 25 Support d'organe d'entraînement 26 Ressort Belleville 27 Cavité 28 Appui 29 Organe d'entraînement 30 Moyen de butée 31 Organe d'entraînement
32, 33 Membrane en lamelles.
Claims (4)
- 3-) Vanne thermocommandée selon l'unequelconque des revendications 1 et 2, caractérisée ence que l'élément de membrane (7) est muni en position centrale d'une cavité de palier (11) en forme de calotte et la pièce d'obturation (9) ou un support de pièce d'obturation (24) relié à cette pièce comporte un bossage (12) logé dans la cavité formant palier (11) et qui comporte au bord de la cavité de palier (11), une surface d'attaque (13), axiale pour leressort Belleville (14).4') Vanne thermocommandée selon l'unequelconque des revendications 1 à 3, caractérisée ence que: - la partie de paroi (6) de la capsule à membrane (5) est en forme de coupelle et comporte une déformation centrale (18) en forme de pot dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur de la pièce d'obturation (9) ou d'un support de pièce d'obturation (24) relié à cette pièce d'obturation et, - une pièce de butée (19) pour l'élément à membrane (7) étant prévue de manière fixe dans la cavité (18). 5') Vanne thermocommandée selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pièce de butée est une rondelle (19) dont le bord extérieur est maintenu fixe au niveau du bord de la cavité (18) surla partie de paroi (6).6') Vanne thermocommandée selon l'unequelconque des revendications 1 à 5, caractérisée ence que: - le ressort Belleville (14) est un ressort à déclic et, - le ressort à déclic est monté pour qu'en position de fermeture de la vanne, il présente une position de déplacement située dans la plage de déplacement entre le maximum et le minimum de la force pour lacourbe caractéristique force/course.7') Vanne thermocommandée selon la revendication 1, caractérisée par: - un second ressort Belleville (26) s'appliquant contre la face frontale de l'élément de membrane tourné (7) vers la partie de paroi (6), et - un appui (6) pour la zone périphérique du secondressort Belleville (6).8') Vanne thermocommandée selon la revendication 7, caractérisée en ce que le second ressort Belleville (26) est en forme de ressort d'ouverture et la pièce d'obturation (9) comporte un organe d'entraînement (29) qui vient derrière la zone du bord intérieur du second ressort Belleville (26) , sur la surface frontale non tournée vers l'élément demembrane (7).
- 9-) Vanne thermocommandée selon la revendication 7, caractérisée en ce que le second ressort Belleville (26) est en forme de ressort de fermeture. ') Vanne thermocommandée selon la revendication 9, caractérisée en ce que la pièce d'obturation (9) comporte un organe d'entraînement (29) qui vient prendre derrière la zone du bord intérieur du second ressort Belleville (26) au niveau de sa face frontale non tournée vers l'élément demembrane (7).11') Vanne thermocommandée selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'organe d'obturation (9) comporte un organe d'entraînement (31) qui vient prendre derrière la zone du bord intérieur du second ressort Belleville (26) au niveau de sa face frontale non tournée vers l'élément demembrane (7).
- 12-) Vanne thermocommandée selon la revendication 9, caractérisée en ce que la pièce d'obturation (9) comporte des organes d'entraînement (29, 31) qui viennent prendre derrière la zone du bord intérieur du second ressort Belleville (26) au niveaude ses deux surfaces frontales.13') Vanne thermocommandée selon l'unequelconque des revendications 9 à 12, caractérisée ence que: - le premier ressort Belleville (14) présente une caractéristique force/course ayant une plage aplatie, - le second ressort Belleville (26) présente une caractéristique force/course avec une plage aplatie et, - les deux ressorts Belleville (14, 26) sont disposés pour que tant en position de fermeture qu'en position d'ouverture de la vanne, ils présentent chaque fois des positions de déplacement dans laplage aplatie de leur courbe caractéristique.14') Vanne thermocommandée selon l'unequelconque des revendications 7 à 13, caractérisée ence que la partie de paroi (6) de la capsule à membrane (5) comporte l'appui (27, 28) pour le second ressortBelleville (26).-) Vanne thermocommandée selon la revendication 14, caractérisée en ce que la partie de paroi (6) est en forme de coupelle et présente au niveau de son côté tourné vers l'élément de membrane (7), une seconde cavité (27) recevant le secondressort Belleville (26).
- 16-) Vanne thermoconmandée selon l'unequelconque des revendications 7 à 15, caractérisée ence que la partie de paroi (6) comporte un moyen de butée (30) coopérant avec la pièce d'obturation (9) etlimitant sa course d'ouverture.
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