FR2665505A1

FR2665505A1 - Valve operating rapidly in all-or-nothing mode and device for controlling the flow rate of a pressurised fluid grouping together several valves of this type

Info

Publication number: FR2665505A1
Application number: FR9009986A
Authority: FR
Inventors: Morelle Roger
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 1992-02-07
Anticipated expiration: 2010-08-03
Also published as: FR2665505B1

Abstract

The valve comprises control means consisting of: first control means exhibiting an active surface secured to stopper means (13) and subjected to the pressure of the fluid to be controlled in order to bring about a displacement of the stopper means in the direction for opening; second control means exhibiting an active surface secured to the stopper means (13) and capable of being subjected selectively to the pressure of a control fluid in order to bring about the displacement of the stopper means in the direction for closing; and first and second sealing means interposed respectively between the valve body (A) and the first control means and between the valve body (A) and the second control means.

Description

Vanne à fonctionnement rapide en tout ou rien et disPo- sitif de commande du débit d'un fluide sous pression qrouPant plusieurs vannes de ce tvPe.All-in-one quick-acting valve and device for controlling the flow of pressurized fluid through several valves on this tvPe.

La présente invention concerne une vanne à fonctionnement rapide en tout ou rien pour commander le débit d'un fluide sous pression, laquelle vanne comporte un corps de vanne définissant une chambre intérieure présentant un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour le fluide et des moyens obturateurs associés à cet orifice de sortie et actionnables par des moyens de commande. The present invention relates to an all-or-nothing fast-operating valve for controlling the flow of a pressurized fluid, which valve comprises a valve body defining an interior chamber having an inlet port and an outlet port for the fluid and shutter means associated with this outlet orifice and actuable by control means.

L'invention concerne également un dispositif de commande numérique du débit d'un fluide sous pression, notamment d'un fluide cryogénique en phase liquide, avec évacuation de la phase gazeuse située en amont dudit dispositif, qui groupe plusieurs vannes du type ci-dessus. The invention also relates to a device for numerically controlling the flow of a pressurized fluid, in particular a cryogenic fluid in the liquid phase, with evacuation of the gas phase located upstream of said device, which groups together several valves of the above type .

Certaines installations nécessitent l'établisse- ment rapide de basses températures en mettant en oeuvre un écoulement d'un fluide cryogénique en phase liquide (azote liquide par exemple) dont la régulation du débit permet d'obtenir la température souhaitée. Ce peut être le cas par exemple dans des souffleries équipées pour obtenir des conditions d'essais dites "cryogéniques", c est-à-dire une basse température de l'écoulement sur les maquettes (par exemple voisine de T = 80'K), l'écoulement s'effectuant sous pression (par exemple la pression maximale de l'écoulement pouvant atteindre 5 bar). Certain installations require the rapid establishment of low temperatures by implementing a flow of a cryogenic fluid in the liquid phase (liquid nitrogen for example) the regulation of the flow of which makes it possible to obtain the desired temperature. This can be the case for example in wind tunnels equipped to obtain so-called "cryogenic" test conditions, that is to say a low temperature of the flow on the models (for example close to T = 80'K) , the flow taking place under pressure (for example the maximum pressure of the flow which can reach 5 bar).

Le mode de fonctionnement d'une telle soufflerie à induction peut être intermittent (par exemple par rafales de 15 secondes, dont environ 10 secondes sont réservées aux mesures). Ces conditions imposent d'établir en un temps bref (par exemple en 5 secondes) des conditions stables de l'écoulement sur la maquette en la refroidissant d'une température voisine de l'ambiance à la température de l'essai (par exemple T = 80"K minimale). Pour réaliser ce type de fonctionnement, on est conduit à injecter un gros débit de fluide cryogénique en phase liquide (par exemple 30 kg/s) qui, en se vaporisant, abaisse la température du gaz du circuit ; la stabilisation des conditions "pression" et "température", préalablement fixées, est obtenue en régulant le débit d'azote.Compte tenu de la dynamique exigée du système de régulation, il est nécessaire d'utiliser un dispositif numérique répartissant le débit demandé sur plusieurs voies (par exemple 10) de distribution incluant chacune une vanne à fonctionnement en "tout ou rien", le débit de chaque vanne étant défini suivant une progression géométrique de raison 2. The operating mode of such an induction wind tunnel may be intermittent (for example in 15-second bursts, of which approximately 10 seconds are reserved for measurements). These conditions make it necessary to establish in a short time (for example in 5 seconds) stable conditions of the flow on the model by cooling it from a temperature close to the ambient to the temperature of the test (for example T = 80 "K minimum). To achieve this type of operation, one is led to inject a large flow of cryogenic fluid in the liquid phase (for example 30 kg / s) which, by vaporizing, lowers the temperature of the gas in the circuit; stabilization of the "pressure" and "temperature" conditions, previously fixed, is obtained by regulating the nitrogen flow rate. Taking into account the dynamics required of the regulation system, it is necessary to use a digital device distributing the requested flow rate over several distribution channels (for example 10) each including an all-or-nothing valve, the flow rate of each valve being defined according to a geometric progression of reason 2.

Les dispositifs existant sur le marché pour contrôler les débits de fluide cryogénique en phase liquide sont - soit des vannes à fonctionnement tout ou rien dont les
temps de manoeuvre sont relativement longs et non
égaux à l'ouverture et à la fermeture ; ces vannes
connues ont un temps d'ouverture court (favorisé par
la pression) et un temps de fermeture long (par
exemple dix fois plus long, nécessité par une remise
en pression du volume interne du corps de vanne) - soit des vannes de réglages analogiques ayant des
temps de manoeuvre élevés et une faible résolution, du
fait de l'inertie des opérateurs utilisés et de la
puissance mise en jeu sur ceux-ci ; les temps de
manoeuvre de ces vannes sont de l'ordre de la dizaine
de secondes.The devices existing on the market for controlling the flow rates of cryogenic fluid in the liquid phase are - either all-or-nothing valves whose
maneuver times are relatively long and not
equal to opening and closing; these valves
known have a short opening time (favored by
pressure) and a long closing time (for
example ten times longer, required by discount
pressure of the internal volume of the valve body) - either analog control valves with
high operating times and low resolution,
made of the inertia of the operators used and the
power brought into play on them; times of
operation of these valves are of the order of ten
seconds.

Ces deux types de vannes connues ne comportent pas d'évent de dégazage et ne permettent pas d'installer facilement un orifice d'injection sans laisser subsister un volume mort important en aval du clapet d'obturation. These two known types of valve do not have a venting vent and do not allow an easy installation of an injection orifice without leaving a significant dead volume downstream of the shutter valve.

L'adaptation de ces vannes à un processus de commande numérique est incertain, car leur conception ne permet pas de leur imposer une fréquence de fonctionnement très élevée (limités en général à 2 Hz environ).The adaptation of these valves to a digital control process is uncertain, because their design does not allow them to impose a very high operating frequency (generally limited to about 2 Hz).

Par ailleurs, ces vannes sont équipées d'un opérateur pneumatique, hydraulique ou électrique non intégré conduisant à des encombrements relativement importants pour le diamètre de passage utile de la vanne. Une vanne pneumatique de ce type comporte un clapet relié par une tige relativement longue à une membrane ; la pression de commande est envoyée par un régulateur et s élève à 1 ou 2 bar : cette faible pression de fonctionnement correspond à une grande surface active et/ou un grand volume, d'où un temps de réponse long. Furthermore, these valves are equipped with a pneumatic, hydraulic or electrical operator that is not integrated, leading to relatively large dimensions for the useful passage diameter of the valve. A pneumatic valve of this type comprises a valve connected by a relatively long rod to a membrane; the control pressure is sent by a regulator and rises to 1 or 2 bar: this low operating pressure corresponds to a large active surface and / or a large volume, resulting in a long response time.

L'invention a donc essentiellement pour but de proposer une vanne de conception perfectionnée qui écarte les inconvénients présentés par les vannes actuellement disponibles et qui plus spécifiquement - soit étanche et d'encombrement réduit, - soit manoeuvrable à distance dans les conditions
d'utilisation cryogénique et sous une pression de
service élevée (par exemple 15 bar en ligne), - débite un fluide (notamment cryogénique) uniquement
sous forme liquide, ce qui exige la présence d'un
évent automatique permettant d'évacuer la phase
gazeuse qui se forme à la mise en froid ou pendant une
période d'inactivation de la vanne, - présente des temps d'ouverture et de fermeture brefs
et sensiblement égaux (t S 25 ms par exemple), - soit fiable, c'est-à-dire apte à subir sans dommage un
nombre élevé de manoeuvres (supérieur à 100 000 par
exemple), - présente un volume mort négligeable en aval du clapet, - puisse être fabriquées en des matériaux adaptés au
fluide en ligne.The object of the invention is therefore essentially to propose a valve of improved design which eliminates the drawbacks presented by the valves currently available and which more specifically - either sealed and of reduced bulk, - or maneuverable remotely under the conditions
cryogenic use and under a pressure of
high service (for example 15 bar online), - delivers a fluid (especially cryogenic) only
in liquid form, which requires the presence of a
automatic vent allowing the phase to be evacuated
gaseous which forms on cooling or during a
valve inactivation period, - has short opening and closing times
and substantially equal (t S 25 ms for example), - is reliable, that is to say able to undergo without damage a
high number of operations (more than 100,000 per
example), - has a negligible dead volume downstream of the valve, - can be made of materials suitable for
fluid online.

L'invention a également pour but de proposer un dispositif de commande numérique du débit d'un liquide sous pression, notamment d'un fluide cryogénique en phase liquide, qui puisse être constitué par un assemblage de vannes conformes à l'invention, avec possibilité éventuelle d'intégration de plusieurs de ces vannes sous forme d'unités modulaires. The invention also aims to provide a device for digital control of the flow of a pressurized liquid, in particular a cryogenic fluid in the liquid phase, which can be constituted by an assembly of valves in accordance with the invention, with the possibility of possible integration of several of these valves in the form of modular units.

A ces fins, selon un premier de ses aspects, l'invention propose une vanne du type mentionné au préambule qui se caractérise essentiellement en ce que les moyens de commande comprennent - des premiers moyens de commande présentant une surface
active solidaire des moyens obturateurs et soumise à
la pression du fluide à contrôler pour provoquer un
déplacement des moyens obturateurs dans le sens de
l'ouverture, - des seconds moyens de commande présentant une surface
active solidaire des moyens obturateurs et apte à être
soumise sélectivement à la pression d'un fluide de
commande pour provoquer le déplacement des moyens
obturateurs dans le sens de la fermeture, - et des premiers et seconds moyens d'étanchéité
interposés respectivement entre le corps de vanne et
les premiers moyens de commande et entre le corps de
vanne et les seconds moyens de commande.For these purposes, according to a first of its aspects, the invention proposes a valve of the type mentioned in the preamble which is essentially characterized in that the control means comprise - first control means having a surface
active in solidarity with the shutter means and subject to
the pressure of the fluid to be controlled to cause a
displacement of the shutter means in the direction of
opening, - second control means having a surface
active in solidarity with the shutter means and capable of being
selectively subjected to the pressure of a
command to cause the displacement of the means
shutters in the closing direction, - and first and second sealing means
interposed respectively between the valve body and
the first means of control and between the body of
valve and the second control means.

Avantageusement, les premiers moyens d'étanchéité sont constitués par un soufflet déformable axialement, qui procure l'étanchéité requise entre le corps de vanne et les premiers moyens de commande tout en laissant les moyens obturateurs libres de se déplacer. Advantageously, the first sealing means consist of an axially deformable bellows, which provides the required seal between the valve body and the first control means while leaving the shutter means free to move.

Dans la perspective d'obtenir une structure compacte et simple, les moyens de commande comprennent un organe allongé en forme de tige ou analogue s'étendant dans le corps de vanne et dont une extrémité est solidaire desdits moyens obturateurs, et en ce que les susdites surfaces actives respectivement des premiers et des seconds moyens de commande sont solidaires dudit organe allongé. With a view to obtaining a compact and simple structure, the control means comprise an elongated rod-shaped member or the like extending in the valve body and one end of which is integral with said obturating means, and in that the above active surfaces respectively of the first and second control means are integral with said elongated member.

Dans un premier mode de réalisation, les premiers moyens de commande comprennent une partie de la chambre intérieure au corps de vanne formant cylindre et un élément annulaire solidaire de l'organe allongé, comportant un épaulement de guidage dans ledit cylindre et un soufflet interposé entre l'élément annulaire et le corps de vanne, la surface externe dudit soufflet étant en contact avec le fluide sous pression et constituant la susdite première surface, et les seconds moyens de commande comprennent une chambre formant cylindre de commande et un piston de commande solidaire de l'autre extrémité de l'organe allongé, la surface du piston opposée aux moyens obturateurs constituant la susdite seconde surface, les seconds moyens d'étanchéité comprenant un joint d'étanchéité interposé entre le piston de commande et le cylindre de commande. In a first embodiment, the first control means comprise a part of the chamber internal to the valve body forming a cylinder and an annular element integral with the elongate member, comprising a guide shoulder in said cylinder and a bellows interposed between the annular element and the valve body, the external surface of said bellows being in contact with the pressurized fluid and constituting the said first surface, and the second control means comprise a chamber forming a control cylinder and a control piston integral with the the other end of the elongated member, the surface of the piston opposite the shutter means constituting the said second surface, the second sealing means comprising a seal interposed between the control piston and the control cylinder.

Dans un second mode de réalisation intéressant en raison du moins grand nombre de pièces à réaliser, les seconds moyens d'étanchéité comprennent un second soufflet entourant le premier soufflet et coaxial à celui-ci, les deux soufflets sont interposés entre le corps de vanne et une bague de support solidaire de l'organe allongé, la surface externe du second soufflet est soumise sélectivement à l'action du fluide de commande, le volume annulaire défini entre les deux soufflets est relié à l'atmosphère, le volume intérieur du premier soufflet est en communication avec le fluide sous pression, et la surface interne du premier soufflet est soumise à l'action du fluide sous pression. In a second advantageous embodiment due to the fewer number of parts to be produced, the second sealing means comprise a second bellows surrounding the first bellows and coaxial with it, the two bellows are interposed between the valve body and a support ring secured to the elongated member, the external surface of the second bellows is selectively subjected to the action of the control fluid, the annular volume defined between the two bellows is connected to the atmosphere, the internal volume of the first bellows is in communication with the fluid under pressure, and the internal surface of the first bellows is subjected to the action of the fluid under pressure.

Dans le but de parvenir à des temps de réponse rapide, il est souhaitable que l'organe allongé ait une faible course. De même il est préférable que les seconds moyens de commande soient agencés pour faire communiquer la seconde surface avec l'atmosphère en l'absence d'alimentation en fluide de commande. In order to achieve rapid response times, it is desirable that the elongate member has a short stroke. Likewise, it is preferable for the second control means to be arranged to make the second surface communicate with the atmosphere in the absence of a supply of control fluid.

En particulier, dans le cas où la vanne doit assurer le règlage du débit de la seule phase liquide d'un fluide pouvant présenter également une phase gazeuse tel que, par exemple, un fluide cryogénique en phase liquide, on prévoit que la chambre du corps de vanne comporte en outre un orifice de raccordement avec des moyens de dégazage automatique. In particular, in the case where the valve must regulate the flow rate of the single liquid phase of a fluid which may also have a gaseous phase such as, for example, a cryogenic fluid in the liquid phase, provision is made for the chamber of the body the valve further comprises a connection orifice with automatic degassing means.

Il est ainsi aisé de regrouper un ensemble de vannes agencées conformément à l'invention pour constituer un dispositif de commande numérique rapide du débit d'un liquide sous pression, notamment d'un fluide cryogénique en phase liquide, avec évacuation de la phase gazeuse située en amont dudit dispositif ; les vannes sont alors connectées en parallèle et équipées de moyens respectifs indépendants pour l'injection du gaz de commande. La résolution de la commande dépend du nombre de vannes utilisées : sept vannes (ou groupes de vannes) donnent une résolution de 100 ; onze vannes (ou groupes de vannes) permettent une résolution de 1000 avec une variation possible du débit allant de zéro au maximum en un temps qui dépend du temps de réponse de l'organe d'actionnement (opérateur) du clapet indépendemment du débit maximal exigé.Le niveau de la pression en ligne est également un paramètre de règlage indépendant du dispositif. It is thus easy to group together a set of valves arranged in accordance with the invention to constitute a device for rapid digital control of the flow of a pressurized liquid, in particular of a cryogenic fluid in the liquid phase, with evacuation of the gaseous phase located upstream of said device; the valves are then connected in parallel and equipped with respective independent means for injecting the control gas. The resolution of the control depends on the number of valves used: seven valves (or groups of valves) give a resolution of 100; eleven valves (or groups of valves) allow a resolution of 1000 with a possible variation of the flow going from zero to the maximum in a time which depends on the response time of the actuator (operator) of the valve independently of the maximum flow required The level of the line pressure is also an adjustment parameter independent of the device.

Dans un agencement particulier d'un tel dispositif conférant une structure plus simple et plus compacte, l'ensemble des vannes possèdent une chambre commune. In a particular arrangement of such a device conferring a simpler and more compact structure, all of the valves have a common chamber.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemple non limitatifs ; dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe diamétrale d'un premier mode de réalisation d'une vanne agencée conformément à l'invention, la demi-vue inférieure montrant, en coupe totale, la vanne en position fermée et la demi-vue supérieure montrant, en coupe partielle avec la structure fixe montrée en coupe et l'équipage mobile montré en vue extérieure, la vanne en position ouverte
- la figure 2 est une vue en coupe partielle diamétrale d'un autre mode de réalisation conforme à l'invention ; et
- la figure 3 est une vue schématique simplifiée en perspective montrant un agencement à plusieurs vannes conforme à l'invention.The invention will be better understood on reading the following detailed description of certain preferred embodiments given solely by way of nonlimiting example; in this description, reference is made to the appended drawings in which
- Figure 1 is a diametrical sectional view of a first embodiment of a valve arranged in accordance with the invention, the lower half-view showing, in full section, the valve in the closed position and the upper half-view showing, in partial section with the fixed structure shown in section and the moving assembly shown in external view, the valve in the open position
- Figure 2 is a partial diametral sectional view of another embodiment according to the invention; and
- Figure 3 is a simplified schematic perspective view showing an arrangement with several valves according to the invention.

En se référant tout d'abord à la figure 1, la vanne est constituée essentiellement par - un corps tubulaire A, - un obturateur B, et - un bloc de commande pneumatique C. Referring first to FIG. 1, the valve consists essentially of - a tubular body A, - a shutter B, and - a pneumatic control unit C.

Le corps tubulaire A délimitant un cylindre 1 est conformé pour supporter sans déformation importante les contraintes de pression du fluide à réguler. Une des extrémités du corps est munie d'une bride de fixation 2 et comporte un alésage fileté 3 coaxial au cylindre 1 et destiné à recevoir un injecteur calibré 4 ayant un diamètre approprié à l'application envisagée et au fluide utilisé. L'injecteur 4 débouche dans une chambre interne 5 qui présente deux orifices latéraux diamétralement opposés, l'un 6 pour l'arrivée du liquide à contrôler (flèche 7), l'autre 8 pour le raccordement d'un dispositif de dégazage automatique de la chambre 5. The tubular body A delimiting a cylinder 1 is shaped to withstand without significant deformation the pressure constraints of the fluid to be regulated. One of the ends of the body is provided with a fixing flange 2 and has a threaded bore 3 coaxial with the cylinder 1 and intended to receive a calibrated injector 4 having a diameter suitable for the envisaged application and for the fluid used. The injector 4 opens into an internal chamber 5 which has two diametrically opposite lateral orifices, one 6 for the arrival of the liquid to be checked (arrow 7), the other 8 for the connection of an automatic degassing device of room 5.

Le fond de la chambre situé du côté de 1 'injec- teur 4 comporte un siège de soupape Il disposé à proximité immédiate de l'injecteur 4. L'extrémité opposée du corps A est ouverte et porte un filetage destiné au montage du bloc de commande pneumatique C ou opérateur dont il sera question plus loin. The bottom of the chamber situated on the side of the injector 4 comprises a valve seat II disposed in the immediate vicinity of the injector 4. The opposite end of the body A is open and carries a thread intended for mounting the block of the pneumatic control C or operator which will be discussed later.

Le dispositif de dégazage automatique, nécessaire pour tous les systèmes biphasiques comportant un liquide et un gaz mélangés alors qu'il s'agit d'injecter uniquement la phase liquide (par exemple azote liquide), comprend, de manière connue, une électrovanne 9 et un détecteur 10. te détecteur peut être, par exemple, une résistance placée dans la canalisation et parcourue par un faible courant électrique. La détection de phase liquide est assurée par observation de la variation de valeur de la résistance ; l'électrovanne est alors commandée pour fermer la canalisation de la purge 10a. The automatic degassing device, necessary for all two-phase systems comprising a liquid and a mixed gas when it is a question of injecting only the liquid phase (for example liquid nitrogen), comprises, in known manner, a solenoid valve 9 and a detector 10. The detector can be, for example, a resistor placed in the pipeline and traversed by a weak electric current. Liquid phase detection is ensured by observing the variation in resistance value; the solenoid valve is then controlled to close the drain pipe 10a.

L'obturateur B est un ensemble coulissant axialement et de façon étanche dans la chambre interne 5 du corps A de la vanne. Un ou plusieurs segments 12 en polytétrafluoréthylène (PTFE) graphité assurent le guidage de l'obturateur B dans le corps A. L'extrémité de l'obturateur tournée du côté du siège 11 précité porte un clapet 13, de préférence autocentreur, coopérant avec le siège de soupape 11. The shutter B is an assembly sliding axially and sealingly in the internal chamber 5 of the body A of the valve. One or more graphite polytetrafluoroethylene (PTFE) segments 12 guide the shutter B in the body A. The end of the shutter turned towards the seat side 11 above carries a valve 13, preferably self-centering, cooperating with the valve seat 11.

L'étanchéité de la chambre est assurée par un soufflet métallique 14 (par exemple en acier inoxydable) interposé entre le cylindre 1 et l'obturateur mobile B. The chamber is sealed by a metal bellows 14 (for example made of stainless steel) interposed between the cylinder 1 and the movable shutter B.

Un épaulement annulaire 15 solidaire de l'obturateur B, supporte le ou les segments 12 ; à cet épaulement annulaire est raccordé de façon étanche l'extrémité mobile du soufflet 14. La surface externe du soufflet 14 est chargée de recevoir l'effort dû à la pression du liquide présent dans la chambre 5 grâce à des passages 15a ménagés dans l'épaulement 15 et de provoquer l'ouverture automatique de la vanne comme cela sera indiqué plus loin. L'obturateur B peut être avantageusement réalisé en acier inoxydable de manière à faciliter l'assemblage étanche (par soudure) du soufflet 14.An annular shoulder 15 integral with the shutter B, supports the segment or segments 12; to this annular shoulder is sealingly connected the movable end of the bellows 14. The external surface of the bellows 14 is responsible for receiving the force due to the pressure of the liquid present in the chamber 5 thanks to passages 15a made in the shoulder 15 and cause the automatic opening of the valve as will be indicated below. The shutter B can advantageously be made of stainless steel so as to facilitate the tight assembly (by welding) of the bellows 14.

Le bloc de commande pneumatique C comporte un corps 16 vissé sur la susdite extrémité opposée du corps
A de la vanne. Le corps 16 est évidé intérieurement pour constituer un cylindre 17 dans lequel coulisse un piston 18 dont la tige 19, passant coaxialement à travers le soufflet 14 est en butée au fond de l'obturateur mobile
B. Le piston de commande 18 est guidé par un segment 20 en PTFE. Côté extérieur, le corps 16 est fermé par un flasque étanche 21 maintenu par un circlips 22 et comportant un orifice 23 pour l'arrivée d'un gaz de commande. Le volume libre 24 entre la surface d'extrémité du piston 18 et le flasque 21 est réduit au minimum, ce qui conduit à une diminution du temps de réponse. De même une électro-vanne de commande EV à trois voies (dont une de mise à l'air libre) est fixée directement sur le flasque 21 de façon à réduire les volumes morts.L'étanchéité entre le piston 18 et la chambre 5 est assurée par un joint à lèvre 25 en forme de U. La masse du piston 18 et de sa tige 19 est rendue aussi faible que possible afin de diminuer l'inertie de cet ensemble, toujours dans le but de réduire le temps de réponse de l'équipage mobile constitué par l'obturateur B et le piston 18 solidarisés l'un à l'autre par la tige 19, de préférence réalisée creuse.The pneumatic control unit C comprises a body 16 screwed onto the said opposite end of the body
A from the valve. The body 16 is hollowed out internally to form a cylinder 17 in which slides a piston 18 whose rod 19, passing coaxially through the bellows 14 is in abutment at the bottom of the movable shutter
B. The control piston 18 is guided by a segment 20 made of PTFE. On the outside, the body 16 is closed by a sealed flange 21 held by a circlip 22 and comprising an orifice 23 for the arrival of a control gas. The free volume 24 between the end surface of the piston 18 and the flange 21 is reduced to a minimum, which leads to a reduction in the response time. Likewise, a three-way EV control valve (one of which is vented) is fixed directly to the flange 21 so as to reduce dead volumes. The seal between the piston 18 and the chamber 5 is provided by a U-shaped lip seal 25. The mass of the piston 18 and of its rod 19 is made as low as possible in order to reduce the inertia of this assembly, always with the aim of reducing the response time of l mobile assembly constituted by the shutter B and the piston 18 secured to one another by the rod 19, preferably made hollow.

On va maintenant expliquer le fonctionnement de la vanne qui vient d'être décrite. We will now explain the operation of the valve which has just been described.

Pour ce qui est tout d'abord de la vanne en position fermée (demi-vue inférieure sur la fig. 1), l'électrovanne EV n'est pas excitée et est en position ouverte : le gaz de servitude est alimenté dans le cylindre 17 et établit une pression de commande qui agit sur le piston de commande 18 en repoussant celui-ci. First of all with the valve in the closed position (lower half-view in fig. 1), the EV solenoid valve is not energized and is in the open position: the service gas is supplied to the cylinder 17 and establishes a control pressure which acts on the control piston 18 by pushing the latter.

L'obturateur B étant ainsi entraîné, le clapet 13 est en appui sur son siège Il et la vanne est fermée. La section du piston de commande 18 et la pression du gaz de commande sont déterminées pour obtenir un effort initial à la fermeture égal à l'effort d'ouverture résultant de la pression du fluide principal qui agit en sens inverse dans la chambre 5 et par conséquent sur le soufflet 14.The shutter B is thus driven, the valve 13 is supported on its seat II and the valve is closed. The section of the control piston 18 and the pressure of the control gas are determined to obtain an initial force on closing equal to the opening force resulting from the pressure of the main fluid which acts in the opposite direction in the chamber 5 and by consequently on the bellows 14.

Pour ce qui est maintenant de la vanne en position ouverte (demi-vue supérieure sur la fig. 1), l'électrovanne EV est excitée, l'alimentation du gaz de servitude est coupée et la face de travail du piston est mise à l'atmosphère. La pression du fluide principal agit sur la surface externe du soufflet 14 diminuée de la section du clapet 13 : la force résultante repousse l'obturateur B dont la course se trouve limitée par la venue en butée du piston 18 contre le flasque 21 du bloc de commande pneumatique C. Now for the valve in the open position (upper half-view in fig. 1), the EV solenoid valve is energized, the supply of service gas is cut off and the working face of the piston is set to l 'atmosphere. The pressure of the main fluid acts on the external surface of the bellows 14 reduced by the cross section of the valve 13: the resulting force pushes the shutter B, the stroke of which is limited by the abutment of the piston 18 against the flange 21 of the block of pneumatic control C.

La figure 2 représente un autre mode de réalisation d'une vanne conforme à l'invention, comportant deux soufflets coaxiaux, l'un étant intérieur à l'autre. FIG. 2 shows another embodiment of a valve according to the invention, comprising two coaxial bellows, one being inside the other.

Le montage montré à la fig. 2 (sur laquelle les éléments identiques à ceux correspondants de la fig. 1 sont désignés par les mêmes références numériques) présente par ailleurs quelques différences de structure par rapport à la vanne de la figure 1.The assembly shown in fig. 2 (on which the elements identical to those corresponding to FIG. 1 are designated by the same reference numerals) also presents some structural differences with respect to the valve of FIG. 1.

Le corps de vanne A possède une chambre intérieure 5 qui peut être de section circulaire pour une raison qui apparaîtra plus loin en référence à la figure 3. A l'une de ses extrémités (à droite sur la fig. 2) le corps A présente une ouverture 26 coaxiale à un passage 27 d'un flasque adjacent 28 ; le bord interne du passage 27 constitue le siège de clapet 11. Le passage 27 communique avec un injecteur (non représenté). The valve body A has an interior chamber 5 which may be of circular section for a reason which will appear later with reference to FIG. 3. At one of its ends (on the right in FIG. 2) the body A has an opening 26 coaxial with a passage 27 of an adjacent flange 28; the internal edge of the passage 27 constitutes the valve seat 11. The passage 27 communicates with an injector (not shown).

L'obturateur B comprend un clapet 13 monté à l'extrémité libre d'un support coulissant constitué sous forme d'une tige creuse 29. Le clapet 13 est autocentreur et, à cette fin, est constitué par une bague à surface arrière en forme de calotte sphérique engagée dans une cuvette conique, comme représenté sur la figure 2. The shutter B comprises a valve 13 mounted at the free end of a sliding support constituted in the form of a hollow rod 29. The valve 13 is self-centering and, for this purpose, consists of a ring with a shaped rear surface spherical cap engaged in a conical cup, as shown in Figure 2.

La tige creuse 29 est supportée à coulissement, de l'autre côté du corps de vanne A, par un palier 30, puis traverse la chambre intérieure 31 d'un corps 32 du bloc de commande C. A son autre extrémité, la tige 29 est guidée en étant engagée à coulissement sur un pion 33 solidaire de la paroi du corps 32. The hollow rod 29 is slidably supported, on the other side of the valve body A, by a bearing 30, then passes through the internal chamber 31 of a body 32 of the control unit C. At its other end, the rod 29 is guided by being slidably engaged on a pin 33 secured to the wall of the body 32.

Le flasque 28, le corps de vanne A et le corps 32 du bloc de commande C sont assemblés par compression axiale, au moyen de tiges filetées 34 vissées dans le flasque 28 et prenant appui sur un flasque de compression 35 situé du côté du bloc de commande B. Pour permettre un ajustement de l'effort de compression s'exerçant sur l'assemblage, on peut prévoir un ressort de compression 36 interposé entre le corps 32 du bloc de commande C et l'extrémité d'un boulon de réglage 37 traversant le flasque 35. The flange 28, the valve body A and the body 32 of the control block C are assembled by axial compression, by means of threaded rods 34 screwed into the flange 28 and bearing on a compression flange 35 located on the side of the block of control B. To allow adjustment of the compression force exerted on the assembly, a compression spring 36 may be provided interposed between the body 32 of the control block C and the end of an adjustment bolt 37 crossing the flange 35.

Pour assurer l'étanchéité du système et la commande du clapet, on prévoit deux soufflets coaxiaux, l'un 38 étant intérieur à l'autre 39, situés dans la chambre 31 ; les soufflets sont tous deux fixés d'un côté, à la paroi 40 séparant le corps de vanne A et le corps 32 du bloc de commande B (parois supportant le palier 30 précité) et, de l'autre côté, à une bague de support 41 solidaire de l'extrémité de la tige creuse 29. To seal the system and control the valve, two coaxial bellows are provided, one 38 being inside the other 39, located in the chamber 31; the bellows are both fixed on one side, to the wall 40 separating the valve body A and the body 32 of the control unit B (walls supporting the abovementioned bearing 30) and, on the other side, to a ring of support 41 secured to the end of the hollow rod 29.

Un passage 23 d'admission de gaz de servitude ou de commande, prévu dans la paroi du corps 32, permet de relier la chambre 31 à la source de gaz de servitude ou de commande (l'électrovanne EV n'a pas été représentée); un passage 42 relie en permanence à l'atmosphère le volume 43 compris entre les deux soufflets 38 et 39 enfin des passages 44 (prévu par exemple à travers le palier 30) relient en permanence la chambre 5 au volume intérieur 45 du soufflet intérieur 38. A passage 23 for the supply of service or control gas, provided in the wall of the body 32, makes it possible to connect the chamber 31 to the source of service or control gas (the EV solenoid valve has not been shown) ; a passage 42 permanently connects to the atmosphere the volume 43 included between the two bellows 38 and 39 finally passages 44 (provided for example through the bearing 30) permanently connect the chamber 5 to the internal volume 45 of the internal bellows 38.

Un tel agencement conduit à l'élimination du joint à lèvre 25 du premier mode de réalisation de la fig. 1 et permet donc d'écarter les problèmes d'étanchéité posés par la présence de ce joint. Such an arrangement results in the elimination of the lip seal 25 of the first embodiment of FIG. 1 and therefore eliminates the sealing problems posed by the presence of this seal.

En l'absence d'excitation, l'électrovanne EV est ouverte et le gaz de servitude sous pression parvient dans la chambre 31 où il agit sur la surface externe du soufflet 39. La tige tubulaire 29 est repoussée (vers la droite sur la fig. 2) et le clapet 13 est mis en appui contre son siège 11. In the absence of excitation, the EV solenoid valve is open and the pressurized service gas reaches the chamber 31 where it acts on the external surface of the bellows 39. The tubular rod 29 is pushed back (to the right in FIG 2) and the valve 13 is pressed against its seat 11.

Par excitation de l'électrovanne EV, l'alimentation en gaz de servitude sous pression est arrêtée et la chambre 31 mise à l'atmosphère. Le liquide sous pression, qui est présent dans la chambre 5 et qui remplit également le volume intérieur 45 du soufflet 38 via le passage 44, agit alors sur la surface interne 38a du soufflet 38 et provoque le déplacement de la tige tubulaire 29 en sens inverse (vers la gauche sur la fig. By energizing the solenoid valve EV, the supply of pressurized service gas is stopped and the chamber 31 is vented. The pressurized liquid, which is present in the chamber 5 and which also fills the interior volume 45 of the bellows 38 via the passage 44, then acts on the internal surface 38a of the bellows 38 and causes the displacement of the tubular rod 29 in the opposite direction. (to the left in fig.

2) : le clapet 13 s'écarte du siège Il et la vanne est ouverte.2): the valve 13 moves away from the seat II and the valve is open.

Comme dans le cas de la fig. 1, la vanne comporte un orifice 8 pour le raccordement d'un dispositif de dégazage automatique tel que décrit précédemment. As in the case of fig. 1, the valve has an orifice 8 for the connection of an automatic degassing device as described above.

On pourra noter qu'une vanne agencée conformément à l'invention, tout en conservant ses principales attributions, peut être équipée pour correspondre aux variantes suivantes - commande pneumatique ou hydraulique par le fluide à
contrôler lui-même - présence d'un ou plusieurs orifices d'injection ou
ajutages quelconques - éventuellement dimensions plus réduites si l'on
accepte de réduire le débit - pression en ligne variable, - utilisation en coopération avec un système électro
nique lui permettant d'avoir une certaine autonomie de
décision sur son fonctionnement (utilisation dans un
processus automatisé) - constitution d'un groupe de vannes identiques
utilisable comme dispositif de régulation de débit
dans une enceinte : dans ce cas le groupe de vannes
peut être conditionné dans un carter adapté à
l'application ; un tel agencement est représenté très
schématiquement à la fig. 3 : plusieurs vannes V sont
montées sur un corps tubulaire 46 qui définit la
chambre interne 5 de chaque vanne (voir fig. 2) et qui
constitue simultanément l'élément d'alimentation en
fluide (flèche 47) ; autrement dit, la chambre interne
5, qui était individuelle dans une vanne isolée telle
que représentée à la fig. 1, devient une chambre
commune à un ensemble de vannes - par extension constitution, à partir d'un ensemble de
vannes, d'une commande numérique de réglage du débit
de n'importe quel type de fluide, notamment lorsqu'est
nécessaire une dynamique de régulation élevée connue
c'est le cas par exemple pour le contrôle de la
pression en sortie d'une pompe hydraulique.It may be noted that a valve arranged in accordance with the invention, while retaining its main functions, can be equipped to correspond to the following variants - pneumatic or hydraulic control by the fluid to
check itself - presence of one or more injection ports or
any nozzles - possibly smaller dimensions if one
agrees to reduce the flow - variable line pressure, - use in cooperation with an electro system
allows him to have a certain autonomy from
decision on its operation (use in a
automated process) - constitution of a group of identical valves
can be used as a flow control device
in an enclosure: in this case the group of valves
can be packaged in a housing suitable for
the application; such an arrangement is shown very
schematically in fig. 3: several V valves are
mounted on a tubular body 46 which defines the
internal chamber 5 of each valve (see fig. 2) and which
simultaneously constitutes the supply element in
fluid (arrow 47); in other words, the internal chamber
5, which was individual in an insulated valve such
as shown in fig. 1, becomes a room
common to a set of valves - by extension constitution, from a set of
valves, a digital flow control
any type of fluid, especially when
necessary a known high regulation dynamic
this is the case for example for the control of the
pressure at the outlet of a hydraulic pump.

Bien que n'étant pas limitée à ce seul domaine d'application, une vanne ou un groupe de vannes conformes à l'invention trouve cependant une application particulièrement intéressante dans la régulation de température d'une enceinte cryogénique, par exemple dans une soufflerie aérodynamique cryogénique, par injection d'azote gazeux. Il faut alors adapter le débit de l'azote au type de refroidissement à obtenir (vitesse et niveau) en fonction des variations de températures décelées dans l'enceinte. Le dispositif comprend un groupe de vannes identiques pour obtenir des débits étagés, de raison géométrique 2, permettant des combinaisons, par exemple I à 128 (système à 7 bits) ou 1 à 1024 (système à Il bits). Le clapet restant toujours identique, c'est le diamètre de l'injecteur qui est changé en fonction des utilisations.On peut commander 1 % à 50 % du débit total par simple choix du diamètre des injecteurs. Un ensemble de régulation peut comporter par exemple 300 vannes fonctionnant à la pression de 5 bar, réparties individuellement sur le pourtour de l'enceinte à réguler ou montées par groupes sur des chambres tubulaires communes. Although not limited to this single field of application, a valve or a group of valves in accordance with the invention nevertheless finds a particularly advantageous application in the temperature regulation of a cryogenic enclosure, for example in an aerodynamic wind tunnel cryogenic, by injection of nitrogen gas. It is then necessary to adapt the nitrogen flow rate to the type of cooling to be obtained (speed and level) as a function of the temperature variations detected in the enclosure. The device comprises a group of identical valves for obtaining stepped flows, of geometric reason 2, allowing combinations, for example I to 128 (7-bit system) or 1 to 1024 (II-bit system). The valve remains always identical, it is the diameter of the injector which is changed according to the uses. You can control 1% to 50% of the total flow by simple choice of the diameter of the injectors. A regulation assembly can comprise for example 300 valves operating at a pressure of 5 bar, distributed individually around the periphery of the enclosure to be regulated or mounted in groups on common tubular chambers.

Dans un exemple typique de réalisation, on a pu obtenir des temps d'ouverture et de fermeture 30 ms pour une pression d'azote liquide de 15 bars, avec une pression du gaz de servitude de 7 bars ; 400 000 manoeuvres ont été assurées. In a typical embodiment, it was possible to obtain opening and closing times 30 ms for a liquid nitrogen pressure of 15 bars, with a service gas pressure of 7 bars; 400,000 operations were carried out.

A titre de comparaison, pour assurer la commande d'un débit de 250 kg de fluide par seconde, une régulation de type analogique requiert une vanne d'un diamètre de 300 mm, tandis qu'une régulation de type numérique requiert 300 vannes de diamètre de passage de 25 mm réparties sur l'enceinte à réguler. For comparison, to control a flow rate of 250 kg of fluid per second, an analog type regulation requires a valve with a diameter of 300 mm, while a digital type regulation requires 300 valves in diameter 25 mm passage distributed over the enclosure to be regulated.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As goes without saying and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more particularly envisaged, it embraces, on the contrary, all variants.

Claims

1. All-or-nothing fast-operating valve for controlling the flow of a pressurized fluid, which valve comprises a valve body (A) defining an interior chamber (5) having an inlet port (6) and an orifice outlet (3) for the fluid and shutter means (13) associated with this outlet orifice and actuable by control means, characterized in that the control means comprise - first control means having a surface

active (14a, 38a) integral with the shutter means

(13) and subjected to the pressure of the fluid to be checked

to cause displacement of the shutter means

in the opening direction, - second control means having a surface

active (18a, 39a) integral with the shutter means

(13) and capable of being selectively subjected to the

pressure of a control fluid to cause the

displacement of the shutter means in the direction of the

closing, - and first (14, 38) and second (25; 39) means

sealing interposed respectively between the body

valve (A) and the first control means and

between the valve body (A) and the second means of

ordered.

2. Valve according to claim 1, characterized in that the first sealing means comprise a bellows (14, 38) axially deformable.

3. Valve according to claim 1 or 2, characterized in that the control means comprise an elongated rod-shaped member or the like (19, 29) extending in the valve body and one end of which is integral with said shutter means (13), and in that the above active surfaces respectively of the first and second control means are integral with said elongated member.

4. Valve according to claim 3, characterized in that the first control means comprise a part of the chamber inside the valve body forming a cylinder and an annular element (15) integral with the elongate member comprising a shoulder (15) of guide in said cylinder and a bellows (14, 38) interposed between the element 15 and the valve body and the external surface of which is in contact with the pressurized fluid and constituting the said first surface (14a, 38a), and that the second control means comprise a chamber (17) forming a control cylinder and a control piston (18) integral with the other end of the elongated member, the surface of the piston opposite the shutter means constituting the said second surface (18a), the second sealing means comprising a seal (25) interposed between the control piston and the control cylinder.

5. Valve according to claim 3, characterized - in that the second sealing means comprise

a second bellows (39) surrounding the first bellows

(38) and coaxial with it, - in that the two bellows (39, 38) are interposed

between the valve body and a support ring (41)

integral with the elongated member, - in that the external surface (39a) of the second bellows

is selectively subjected to the action of the

control, - in that the annular volume (43) defined between the

two bellows is connected to the atmosphere, and - in that the internal volume (45) of the first bellows

(38) is in communication with the fluid under

pressure.

6. Valve according to claim 4 or 5, characterized in that the elongate member (19, 29) has a short stroke.

7. Valve according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the second control means are arranged to communicate the second surface with the atmosphere in the absence of supply of control fluid.

8. Valve according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the chamber (5) of the valve body further comprises an orifice (8) for connection with means (9, 10, 1osa) for automatic degassing .

9. Device for numerically controlling the flow of a pressurized liquid, in particular a cryogenic fluid in the liquid phase with evacuation of the gaseous phase situated upstream of this device, characterized in that it comprises several valves according to any one of claims 1 to 8, connected in parallel and equipped with respective independent means for injecting control fluid.

10. Device according to claim 9, characterized in that a common chamber (46) is provided for all of the valves.