FR2699640A1 - Corps de clapet pour valve de retenue à grand débit. - Google Patents

Abstract

Un corps de clapet (10) monobloc tubulaire (13) coulisse dans une portion cylindrique de conduit interne (51) d'une valve de retenue (50) sous l'action d'un moyen de rappel (60) vers une position fermée dans laquelle sa tête de clapet est pressée contre un siège de valve (65). L'extrémité de la partie cylindrique du corps de clapet (13) constitue une butée (11) en vis-à-vis d'un décrochement (53) ménagé dans la portion cylindrique de conduit interne (51) proche du siège de valve (65), la distance (a) entre cette butée et le milieu du siège du joint d'étanchéité étant supérieure à la distance (a') entre le décrochement et le milieu du siège de valve. De plus, chaque fenêtre latérale (14) est mise en communication avec l'arrière de la tête de clapet (19) par un passage longitudinal (16) ménagé dans la périphérie d'une partie pleine (13) intermédiaire du corps de clapet de diamètre identique à celui de la partie tubulaire.

Description

CORPS DE CLAPET POUR VALVE DE RETENUE
A GRAND DEBIT
La présente invention est relative à un corps de clapet prévu pour couper, dans une valve de retenue, le courant fluidique lorsque sollicité par des moyens de rappel en une position de fermeture contre un siège de valve.

La forme et les dimensions externes d'une valve de retenue sont généralement dictées soit par les conditions drutilisation, soit par des normes établies en fonction de l'application à tel ou tel autre fluide traversant. Pour chacune de ces dimensions externes, on cherche alors à optimiser le mécanisme interne de retenue d'une part pour améliorer son efficacité tant d'un point de vue de l'étanchéité que de celui des pertes de charge, et d'autre part pour diminuer autant que possible les coûts de réalisation des pièces individuelles, puis de leur assemblage. C'est ainsi que la définition de dimensions normalisées plus importantes qu'usuellement pour des valves de retenue employées pour le transport d'un nouveau gaz frigorifique a incité les fabricants à revoir leur mécanisme intégré de valve pour augmenter autant que possible le débit maximum traversant.

Dans une valve développée par la Société
BRIDGEPORT, la tige de clapet entourée de son ressort présentent un diamètre nettement inférieur au diamètre du canal interne et sont alors maintenus centrés par une pièce de retenue arrière en étoile dont chaque branche est engagée élastiquement dans une rainure transversale du conduit. Le clapet à l'extrémité de la tige est en forme de calotte sphérique enrobée d'un élastomère. En effet, quand bien même la tige de clapet coulisse dans une partie tubulaire de l'étoile, il existe un risque important que ce clapet se mette légèrement de travers lors de la fermeture de par l'absence de guidage à son niveau. De plus, la réalisation de la pièce de support en étoile est particulièrement onéreuse.

Dans une autre valve de retenue réalisée par la
Société AEROQUIP, la tige de clapet entourée de son ressort présentent encore un diamètre inférieur au diamètre du canal interne, et la pièce de support se présente sous la forme également d'une étoile à trois branches dont chaque branche remonte partiellement le long du ressort avant de se crocheter dans une rainure transversale du canal interne. Un certain guidage longitudinal du clapet est alors assuré que si le ressort présente une raideur suffisante. Surtout, la réalisation de cette pièce de support complexe devient particulièrement onéreuse.

Au vu de ce qui précède, on se rend compte que si l'on veut tirer avantage d'un canal interne de valve de retenue plus large autorisant un grand débit, tout en s'affranchissant du risque de travers dans le mouvement d'ouverture du clapet, il serait souhaitable d'envisager un corps de clapet de diamètre proche de celui du canal interne et de même pour le ressort de compression sous-jacent. Mais alors, il convient de prévoir des moyens pour permettre au fluide de passer du dessus du clapet à l'intérieur du canal de la valve.

Le document FR 2 517 409 décrit un dispositif de désaccouplement d'urgence d'une canalisation de déchargement de gaz naturel liquéfié d'un méthanier à un réservoir de stockage. Dans ce dispositif, des tiroirs en forme de douilles présentent des garnitures amovibles d'étanchéité sur le pourtour du fond de la douille, un ressort logé à l'intérieur sollicitant ces garnitures contre un siège de valve. Une pluralité d'orifices de passage de gaz sont ménagés dans la périphérie latérale de la douille proche de son fond. Afin d'assurer une section de circulation du fluide pratiquement constante, le corps de valve présente un élargissement important peu après le siège, c'est-à-dire au niveau des orifices.

Toutefois, compte-tenu de cet élargissement important du corps de valve immédiatement derrière le siège de valve, ces tiroirs ne sont plus rigoureusement tenus latéralement peu avant de se fermer contre le siège, et on ne peut exclure un mouvement de travers en coincement lors de la réouverture. De plus, si le ressort de fermeture est trop fort, ou si la pression en aval est particulièrement importante, les garnitures d'étanchéité sont trop écrasées et peuvent, à la longue, fluer et perdre de leur efficacité lors d'une fermeture suivante. Enfin, une réalisation à échelle réduite pour une application de transport de gaz frigorifique s'avérerait également particulièrement onéreuse de part la complexité de la forme interne du corps de valve, et de par la réalisation du clapet en deux parties pour réaliser la forme de douille : une partie tubulaire et un fond rapporté.

Dans le document FR 2 578 950 est décrit un connecteur fluidique miniature s'adaptant dans un connecteur électrique plus particulièrement utilisé avec des cartes imprimées à échangeurs thermiques incorporés. Dans ce connecteur, le clapet est constitué par une jupe cylindrique dont le contour externe coulisse dans le canal interne sous l'action d'un ressort de compression arrière. Cette jupe cylindrique se prolonge par une partie de diamètre inférieure munie sur sa périphérie d'orifices pour permettre le passage du fluide entre le canal interne de la jupe et le conduit du connecteur. Cette partie de diamètre inférieure se termine par un cône de fermeture se prolongeant par une tige de commandes. Un joint d'étanchéité est placé dans une gorge prévue dans le siège de valve et non sur le clapet.

Toutefois, l'installation de ce joint d'étanchéité dans le siège de valve peut s'avérer très difficile lors de l'assemblage de la valve. De plus, ce joint ne peut pas être aussi bien maintenu en place que lorsque monté dans une gorge de la tête de clapet, ce qui est préjudiciable pour des valves de retenue à fort débit de gaz.

Ce joint n'est également pas protégé contre un écrasement excessif en cas de pression importante. Enfin, la forme complexe du clapet présentant trois diamètres différents laisse penser que les coûts de réalisation de cette pièce sont également onéreux.

La présente invention concerne donc un corps de clapet monobloc tubulaire, que ferme une tête de clapet portant un joint d'étanchéité, susceptible de coulisser dans une portion cylindrique de conduit interne d'une valve de retenue contre l'action d'un moyen de rappel entre une position fermée dans laquelle le joint d'étanchéité pressé contre ou dans un siège de valve établit une étanchéité, et une position ouverte dans laquelle le fluide peut contourner la tête de clapet, puis traverser une ou plusieurs fenêtres latérales de communication ménagées dans la partie tubulaire du corps de clapet, pour continuer dans son canal interne.Le but de la présente invention est un corps de clapet de ce type qui soit particulièrement efficace, c'est-à-dire qui assure une étanchéité fiable et répétitive dès son retour dans le siège de valve, et ce sans aucune possibilité de déviation latérale ni d'écrasement préjudiciable de son joint d'étanchéité, et qui assure également un débit de passage de fluide important avec des pertes de charge minimes et ce même avec un faible coulissement en arrière.

Ce but est atteint grâce à un corps de clapet décrit précédemment du fait que l'extrémité de la partie cylindrique du corps de clapet constitue une butée en vis-àvis d'un décrochement ménagé dans la portion cylindrique de conduit interne proche du siège de valve, la distance (a) entre cette butée et le milieu du siège du joint d'étanchéité dans la tête de clapet étant inférieure à la distance (a') entre le décrochement et le milieu du siège de valve, et ce d'une valeur prédéterminée.

Grâce à cette butée venant s'arrêter contre le décrochement, il est possible de contrôler, par construction, l'intensité de l'écrasement du joint d'étanchéité à une valeur largement suffisante pour assurer l'arrêt du fluide, mais bien inférieure à celle à partir de laquelle le matériau du joint peut évoluer. On peut alors installer, à l'arrière de ce corps de clapet, un moyen de rappel particulièrement puissant capable de s'opposer à des dépressions momentanément présentes dans le conduit interne lors d'opérations de tirage au vide.

Avantageusement, chaque fenêtre latérale est mise en communication avec l'arrière de la tête de clapet par un passage longitudinal ménagé dans la périphérie d'une partie pleine intermédiaire de diamètre identique à celui de la partie tubulaire.

Grâce à ces couloirs longitudinaux ménagés dans le clapet, le conduit interne du corps de valve peut rester entièrement cylindrique, ce qui est aisé à réaliser, tout en maintenant un débit important. De plus, la présence de cette partie cylindrique intermédiaire juste derrière la tête de clapet assure bien un excellent guidage sur toute la longueur du clapet lors du coulissement. De plus, cette partie intermédiaire pleine facilite un dimensionnement important pour les fenêtres tout en conservant une solidité pour la liaison entre la tête de clapet et sa partie tubulaire.

Un autre but de la présente invention est un procédé de réalisation qui soit particulièrement économique, notamment en impliquant que de simples opérations de perçage ou de fraisage dans une barre standard pouvant être acquise à prix raisonnable dans le commerce.

Ce but est atteint en moulant le corps de valve précédemment décrit par injection de matière synthétique thermoplastique ou d'un alliage de zinc tel que le zamac.

Ce but est également atteint grâce à un procédé de réalisation d'un corps de clapet monobloc prévu pour coulisser dans une portion cylindrique de conduit interne de coulisser dans une portion cylindrique de conduit interne de corps de valve du fait qu'il consiste - à réaliser un perçage dans l'extrémité avant d'une barre pleine de diamètre égal au diamètre du conduit interne, et ce coaxialement pour réaliser un canal interne, - à fraiser, simultanément ou successivement, dans la surface cylindrique externe située sensiblement au niveau de l'extrémité de ce perçage, au moins une fenêtre de communication avec ce perçage ;; ainsi qu'un conduit longitudinal débouchant dans cette fenêtre, et ce dans la partie pleine suivante de la barre, - à décolleter, à la suite du conduit, une tête de corps de clapet de diamètre inférieur au diamètre de la barre, et - à tronçonner le corps de clapet de la barre pleine au niveau de l'extrémité de la tête.

Alors, selon un premier mode de réalisation avantageux, une fenêtre et son conduit longitudinal associés sont simultanément réalisés par fraisage selon un plan parallèle à l'axe longitudinal de la barre. De préférence alors, une paire de fenêtres et conduits associés sont réalisés symétriquement de part et d'autre de la barre.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, une fenêtre et son conduit longitudinal sont simultanément réalisés par entaille au moyen d'une fraise circulaire étagée.

Avantageusement encore, on décollete un siège de joint annulaire dans la tête de corps de clapet.

Avantageusement encore, le perçage interne est réalisé au moyen d'un foret étagé afin de ménager simultanément un logement pour un ressort dans la sortie du canal interne.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail à laide d'exemples d'exécution sans caractère limitatif et illustrés aux figures suivantes, dans lesquelles
- les figures la, b et c sont respectivement une vue en coupe longitudinale partielle, une vue du dessus et une vue assemblée d'un premier mode de réalisation d'un corps de clapet selon l'invention et,
- les figures 2a, b et c sont des vues identiques aux figures 1 pour un second mode de réalisation de l'invention.

Sur les figures la et lb est illustré un corps de clapet 10 prévu pour une valve de retenue haute ou basse pression de transfert de fluide frigorifique, notamment celui commercialisé entre autres sous la référence R134A, qui est appelé à remplacer celui commercialisé sous la référence R12 pour utilisation dans les climatisations automobiles. Selon l'invention, ce corps de clapet 10 est avantageusement réalisé directement à l'extrémité d'une barre cylindrique de métal dont le diamètre externe "de", par exemple 8 mm, correspond à celui du conduit interne dans lequel ce clapet sera amené à coulisser.

La première opération consiste en un perçage dans l'axe de la barre de l'ordre de 9 mm de profondeur pour réaliser un conduit interne 12 à l'intérieur d'une partie inférieure tubulaire 13. La seconde opération consiste en un double fraisage dans deux plans parallèles et symétriques par rapport à l'axe du clapet et ce à cheval au niveau de l'extrémité du perçage et de la partie pleine suivante. La profondeur de ce fraisage correspond sensiblement au tiers du diamètre de la barre. Ce fraisage ouvre, au niveau de l'extrémité du conduit interne 12, deux fenêtres 14 en vis-àvis fermées en haut par un pont de matière 15.

Une troisième opération consiste en un décolletage, dans la partie pleine de la barre suivant le fraisage précédent, d'un siège de joint d'étanchéité 18 laissant une partie cylindrique 17 sous-jacente, et d'une tête d'extrémité conique 19. Le diamètre "dt" de cette tête conique 19 est de l'ordre de 5 mm soit de l'ordre des deux tiers seulement du diamètre externe de la partie tubulaire 13.

Par ailleurs, la cote "a" entre l'extrémité 11 de la partie cylindrique du corps de clapet 10 et le milieu du siège 18 de joint torique est établie à une valeur précise en fonction des cotes de l'usinage du conduit cylindrique interne 51 et du siège de valve 65 à l'intérieur de la valve 50. Plus précisément, et comme mieux illustré sur la figure lc, cette cote "a" est supérieure de l'ordre de 0,5 mm à la cote "a'" mesurée entre un décrochement 53 marquant la fin du conduit cylindrique interne 51 et le milieu du siège de valve 65. Le diamètre au milieu du siège en forme de cône à 50 degrés correspond approximativement au diamètre extérieur du joint 62.Comme on peut aisément le comprendre, ce décrochement 53 forme un arrêt contre lequel vient s'asseoir cette extrémité 11 faisant alors office de butée pour le corps de clapet 10 lors de son déplacement en direction du siège de valve 65. Dans ce mode de réalisation décrit, la côte "a" a, par exemple, une valeur de 2,50 mm alors que la côte "a'" n'a qu'une valeur de 2,00 mm.

Pour assembler la valve 50 tel qu'illustré sur la figure lc, on commence par monter un joint d'étanchéité 62 dans le siège 18 de la tête de clapet, par exemple un joint dont le diamètre du tore est de l'ordre de 1,9 mm. Le corps de clapet 10 peut alors être introduit dans le conduit interne 51 de la valve 50, la tête 19 étant orientée en direction du siège de valve 65. On insère alors à la suite un ressort 60 de diamètre sensiblement identique à celui du conduit interne 51, puis une bague de butée 61, c'est-à-dire une rondelle percée au milieu et dont les bords viennent s'encliqueter dans une gorge interne 52.

En position fermée, le ressort 60, pousse le corps de clapet 10 en direction du siège de valve 65 tout au plus jusqu'à ce que la butée 11 vienne prendre appui contre le décrochement 53. Lors de sollicitations particulièrement importantes, le joint d'étanchéité 62 de la tête 19 est donc comprimé contre ce siège de valve 65 d'une quantité bien déterminée par construction, en l'occurrence la différence entre les côtes "a" et "a"' soit de l'ordre de 0,5 mm. Cette construction permet alors l'emploi d'un ressort 60 puissant assurant un fonctionnement fiable de la valve.

Lorsque ce corps de clapet 10 est repoussé en arrière, comme illustré sur la figure lc, par une tige de commandes externe non illustrée, le fluide peut alors traverser le siège de la valve 65, contourner le joint d'étanchéité 62 ainsi que sa base d'assise 17 pour descendre le long d'un passage longitudinal 16 et atteindre ainsi la fenêtre latérale 14 permettant de continuer au travers du conduit interne 12 du corps de clapet 10 puis dans le conduit interne 51 de la valve 50 au travers de l'orifice central de la bague de butée 61.

On constate donc que le passage longitudinal 16 autorise un débit suffisant du fluide en direction des fenêtres latérales 14 tout en ménageant un pont de matière 15 suffisant pour tenir la tête de clapet 19 avec son joint d'étanchéité. Ce corps de clapet 10 coulissant dans le conduit 51, celui-ci ne peut absolument plus se mettre de travers lorsqu'il revient en position fermée.

Sur les figures 2 est illustré un corps de clapet plus compact que le précédent. Comme illustré sur les figures 2a et 2b, le clapet 20 est toujours réalisé à partir d'une barre pleine, de diamètre de l'ordre de 8 mm, en commençant par un perçage réalisé cette fois-ci à l'aide d'un foret étagé de telle sorte que le conduit interne 22 constitue également un siège 23 pour le ressort de compression. La réalisation des fenêtres 24 et des conduits longitudinaux 26 s'effectue ensuite par trois fraisages à laide d'une fraise circulaire étagée, et ce successivement à 120 degrés de décalage. La fraise inférieure de diamètre plus important, de l'ordre de 7 mm, ouvre trois fenêtres 24 en préservant trois larges ponts 25.Le second plateau de la fraise, de diamètre plus faible de l'ordre de 6,4 mm, effectue, dans le prolongement longitudinal de chaque fenêtre 24, un passage longitudinal 26 dans l'épaisseur de la partie pleine 27 qui constitue la base d'assise pour un anneau d'étanchéité installé dans un siège 28 décolleté ensuite avec la tête conique 29.

Dans ce mode de réalisation, l'extrémité 21 de la partie pleine 27 constitue la butée en relation avec le décrochement 53 sous-jacent au siège de valve 65, comme mieux illustré sur la figure 2c. Par exemple, la côte "a" a ici une valeur de l'ordre de 1,00 mm alors que la côte "a"' n'a qu'une valeur de 0,50 mm.

L'assemblage de la valve se fait de manière analogue que pour la valve précédente si ce n'est que, dans ce cas, le ressort de compression se retrouve partiellement dans le canal interne 22 diminuant d'autant la longueur totale du mécanisme intégré d'étanchéité. Le passage du fluide lorsque le clapet est ouvert se fait de manière analogue à la valve précédente.

Bien évidemment, la configuration du conduit interne 22 constituant également un siège 23 pour le ressort de compression du mode de réalisation de la figure 2 peut être également appliquée sans autre au mode de réalisation de la figure 1, tout en conservant les structures des têtes de clapet respectives.

Comme on a pu le constater à la lecture de cet exposé, l'invention propose un procédé de réalisation et d'assemblage particulièrement simple pour une valve de retenue autorisant un grand débit et dont l'étanchéité est fiable du fait que le clapet ne peut, en aucun cas, se mettre de travers. Si on a illustré ici une étanchéité contre un siège de valve conique, il est bien entendu que cette étanchéité peut également s'effectuer par tiroir, c'est-àdire avec un joint d'étanchéité pénétrant dans un siège cylindrique de diamètre légèrement inférieur à celui du joint annulaire monté.

D'autre part, on a illustré ici une butée mécanique entre les extrémités 11 ou 21 et le décrochement 53 afin de maîtriser la compression du joint d'étanchéité. Il est bien entendu que cette butée mécanique peut également être réalisée par un contact cône contre cône.

Avantageusement encore, la réalisation du corps de clapet ou/ou du corps de valve peut être obtenue par moulage. Le corps de clapet et/ou le corps de valve peut être en matière thermoplastique ou en alliage de zinc.

Avantageusement enfin, l'utilisation d'un joint torique permet d'avoir un grand choix de matières pour la fabrication de cette bague d'étanchéité.

De nombreuses améliorations peuvent être apportées à cette valve de retenue dans le cadre de cette invention.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Corps de clapet (10) monobloc tubulaire (13), que ferme une tête de clapet (19), susceptible de coulisser dans une portion cylindrique de conduit interne (51) d'une valve de retenue (50) contre l'action d'un moyen de rappel (60) entre une position fermée dans laquelle la tête de clapet pressée contre un siège de valve (65) établit une étanchéité, et une position ouverte dans laquelle le fluide peut contourner la tête de clapet, puis traverser une ou plusieurs fenêtres latérales (14) de communication ménagées dans la partie tubulaire du corps de clapet, pour continuer dans son canal interne (12), caractérisé en ce que l'extrémité de la partie cylindrique du corps de clapet (13) constitue une butée (11) en vis-à-vis d'un décrochement (53) ménagé dans la portion cylindrique de conduit interne (51) proche du siège de valve (19), la distance (a) entre cette butée et le milieu du siège du joint d'étanchéité dans la tête de clapet étant supérieure à la distance (a) entre le décrochement et le milieu du siège de valve, et ce d'une valeur prédéterminée.

2. Corps de clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque fenêtre latérale (14) est mise en communication avec l'arrière de la tête de clapet (19) par un passage longitudinal (16) ménagé dans la périphérie d'une partie pleine (13) intermédiaire du corps de clapet de diamètre identique à celui de la partie tubulaire.

3. Corps de clapet selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est moulé par injection de matière synthétique thermoplastique ou d'un alliage de zinc.

4. Procédé de réalisation d'un corps de clapet (10) monobloc prévu pour coulisser dans une portion cylindrique de conduit interne (51) de corps de valve (50) caractérisé en ce qu'il consiste - à réaliser un perçage (12) dans l'extrémité avant d'une barre pleine de diamètre égal au diamètre du conduit interne, et ce coaxialement pour réaliser un canal interne, - à fraiser, simultanément ou successivement, dans la surface cylindrique externe située sensiblement au niveau de l'extrémité de ce perçage, au moins une fenêtre de communication (14,24) avec ce perçage (12) ;; ainsi qu'un conduit longitudinal (16,26) débouchant dans cette fenêtre, et ce dans la partie pleine suivante de la barre, - à décolleter, à la suite du conduit, une tête de corps de clapet (19) de diamètre inférieur au diamètre de la barre, et - à tronçonner le corps de clapet (10) de la barre pleine au niveau de l'extrémité de la tête (19).

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une fenêtre (14) et son conduit longitudinal associés (16) sont simultanément réalisés par fraisage selon un plan parallèle à l'axe longitudinal de la barre.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une paire de fenêtres (14) et conduits associés (16) sont réalisés symétriquement de part et d'autre de la barre.

7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une fenêtre (24) et son conduit longitudinal (26) sont simultanément réalisés par entaille au moyen d'une fraise circulaire étagée.

8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on décollete un siège (18) de joint annulaire dans la tête de corps de clapet (19).

9. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le perçage interne est réalisé au moyen d'un foret étagé ménageant un logement (23) pour un ressort à la sortie du canal interne (22).