LU82137A1 - Vanne de reglage d'un fluide et manchon utilise a cet effet - Google Patents
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Description
37673 2.4279 ow
-8 2 1 5 7ι GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG
Brevet N°...................................................
du J......février.....1980.. (féfa Monsieur le Ministre _ . jyrïeij de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes
Titre delivre : ........................................
Service de la Propriété Industrielle LUXEMBOURG
Demande de Brevet d’invention I. Requête
La société organisée selon les lois de l'Etat de Delaware________ (1) TEXTRONINC.» 40 Westminster Street, Providence, Rhode Island, .Etats-Unis d'Amérique, reprêsentëe par Monsieur Charles Munchei^ a£jssant en qualité ^„inaTLda^ïre ........................"'aëpoII"ce cjnq février 1900.....^tr^7Tlïgts.................."............................................^ à .....I..??.. ·..(?.!?......heures, au Ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : ...........................................................................................A.........................................................................................................................................................................(4) "Vanne.....de.....réglage.....d.'.u.r)......fluide.....et manchon utilisé S cet effet",______ déclare, en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont) :
Monsieur~UWIGHT NEWTON.....JOHNSON. 24656 Shadowfax Place,__________________________________(5)
El.....Tpro,.....California, Etats-Unis d'Amérique .....................................7,'T.....".......~ “ Profidëhcè, ÎRhbd.ë Island,Té 3Ö.T1.7! 2. la délégation de pouvoir, datê^. ^ ^ ----------------------------------------- *e ----------------------------------------------------------------- 3. la <^£ÿji^tïon en langue-----------------------------------------------------------------------------de l’invention en deux exemplaires ; 4--------------------;.— planches de dessin, en deux exemplaires ; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le 5 février 1980 __ revendique pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6) brevet d* invention.............déposée(s) en (7)____________________E.-U.A._______________________________________________________________________________ le 6 février 1979 sous le no 10,141_____________________________________________________________________________________________________________(8) au nom de .....Id.nyente.ur_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________..(9) _ _ élit domicile pour, lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg —...........................
lia, bornwarni Prince-Henri . (10) sollicite la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à ................LL.___________________mois.
Le ........................
Π. Procès-verbal de Dépôt
La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Industrielle à Luxembourg, en date du : 5 février 1980 . r λ λ ..··'..........Pr. le Ministre à * heures / de l’Économie Nationale doublasses Moyennes, Ït pi i- m κ—) A 68007 A i SS: TT I i / t ’ · 3.4i -------------~— ;—------------------------ ' -5·· π C* îa Drio ri té tn —JL-1/ A. ie-^ ¾ ssus ie no AO, A^A" " / « MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l’appui d'une demande de BREVET D'INVENTION au nom de: TEXTRON INC pour ï "Vanne de réglage d'un fluide et manchon utilisé à cet effet" i 3 2
La présente invention est relative, d'une manière générale, à des vannes de réglage de circulation d'un fluide gui sont quelque fois appelées vannes d'étranglement, et elle se rapporte plus particulièrement à des vannes de réglage de circulation d'un fluide dans lesquelles le débit au travers de la vanne est variable de façon continue.
La présente invention est relative, en particulier, à , une vanne de réglage de fluide à manchon roulant destinée à régler le débit de fluides gazeux ou liquides, qui présente des propriétés fonctionnelles améliorées. La vanne de réglage de circulation de fluide comprend un corps de vanne comportant une ouverture d’entrée, une ouverture de sortie sensiblement coaxiale à l'ouverture d'entrée, et une cavité intérieure entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie. Une chicane est prévue, qui s'étend transversalement à travers la partie centrale de la cavité intérieure.
La chicane définit un passage annulaire entre celle-ci et la paroi du corps de vanne pour permettre la circulation d'un fluide.Une série de nervures s'étendent à travers le passage annulaire pour former une grille d'allure générale tronconique comportant une série de fentes ou d'orifices entre les nervures. La vanne comporte de plus un manchon concavo-convexe, élastomère agencé sur le côté amont de la chicane, son bord périphérique étant introduit dans ’ une lèvre s'étendant autour de la périphérie de la chicane pour former un joint ou scellement entre la chicane et le manchon. La combinaison de la chicane et du manchon définit une chambre de réglage entre le manchon et la chicane.
Des moyens de régulation de pression, situés à l'extérieur de la vanne de réglage, sont prévus pour diminuer et augnrénA
* 3 ter la pression du fluide dans la chambre de réglage, utilisant fréquemment le même fluide que celui qui circule à travers la vanne. Lorsque la pression dans la chambre de réglage est supérieure ou égale à la pression à l'ouverture d'entrée en amont de la vanne, le manchon concavo-convexe ouvre la totalité des orifices dans la grille tronconique, en obstruant ainsi la circulation du fluide à travers les orifices et à travers la vanne. Lorsque la pression , dans la chambre de réglage est descendue en dessous de la pression du fluide à l'ouverture d'entrée de la vanne, la différence de pression entre la pression à l'ouverture d'entrée et la pression dans la chambre de réglage provoque 3e renversement du manchon-, en commençant au sommet du manchon, qui est le point le plus en amont du manchon.lEQsqûs le renversement se produit, manchon roule en aval, au-delà du siège de vanne, et vers l'extrémité amont des orifices dans la grille tronconique.
Avant que le manchon ne roule le long de la grüle tronconique en une position oà les orifices sont exposés, le sommet renversé du manchon entre en contact avec une protubérance centrale de la chicane, qui supporte une partie du manchon écrasée et permet un réglage amélioré du renversement par roulement du manchon.
Lorsque le bord roulant du manchon de renversement expose le bord amont des orifices de la grille tronconique, on provoque * la circulation du fluide à travers les fentes, à travers le passage annulaire et à travers la vanne. Lorsque la pression dans la chambre de réglage est à nouveau abaissée, le manchon roule à nouveau le long de la grille tronconique et expose progressivement des zones plus importantes des orifices, en permettant ainsi une circulation de fluide réglée et progressivement accrue à travers la van- / ne. Enfin, à une différence de pression en relation fonctionnei&ê 4 4 avec le diamètre de la vanne et du manchon, l'élasticité de la matière du manchon et la géométrie de la vanne et du manchon, le manchon aura roulé le long de la grille tronconique en une position où la totalité de la superficie des fentes ou orifices est exposée, en permettant ainsi une circulation totale a travers la vanne. A la position tout à fait ouverte, une partie importante de la superficie du manchon renversé est posée contre la chicane.
Une augmentation de la pression dans la chambre de réglage, et par conséquent une diminution de la différence de pression entre celle dans la chambre de réglage et celle à l'ouverture d’entrée de la vanne, provoqueront le roulement du manchon dans la direction opposée le long de la grille tronconique, en diminuant par conséquent la superficie exposée des fentes ou orifices jusqu'à ce que, finalement, lorsque la pression à l'intérieur de la chambre de réglage atteint pratiquement la pression à l'ouverture d'entrée de la vanne, la vanne soit totalement fermée et la circulation arrêtée.
Les vannes de réglage de fluides utilisant des manchons roulants ont une structure simple, caractéristique et permettent un réglage précis et valable dans la plupart des conditions d'utilisation. Toutefois, dans certaines conditions, le manchon a tendance à être instable et à découvrir de façon inégale les fentes, ” en particulier sous des conditions de faible pression différentielle à travers le manchon et la grille. De même, sous des conditions de faible pression différentielle, le manchon a tendance à dépasser jusqu'à la position tout à fait ouverte lorsqu'il n'est que partiellement ouvert. Un autre problème réside dans le fait que lorsque le manchon est utilisé en une position où il est presque ferjKîéi % 5 ce manchon a tendance à être instable et à osciller. Encore un autre problème est que le manchon requiert de temps à autre une période temps prolongée allant jusqu'à plusieurs minutes pour atteindre une position fermée. La présente invention prévoit une vanne de réglage d'un fluide avec un manchon roulant qui présente des propriétés d'utilisation améliorées sous toutes les conditions opératoires.
La circulation d'un fluide à travers des systèmes à fluide te£ qu'une canalisation, est souvent réglée par une vanne d’étranglement qui comporte un ou plusieurs éléments de dilatation élastomères. Dans toutes les vannes de réglage de circulation de fluides connues utilisant un élément de dilatation élas-tomère, l'élément élastomère est rappelé contre un ou plusieurs orifices par une pression de réglage jusqu'à ce que l'on atteigne une position tout à fait ouverte. L'ouverture de la vanne est réalisée en réduisant la pression de réglage à une valeur suffisamment en dessous de la pression d'entrée pour permettre à la pression du fluide à l'entrée en amont d'éloigner l'élément élastomère de l'orifice. Ceci permet d'obtenir une circulation à travers la vanne et l'importance de la circulation est réglée par la proportion suivant laquelle l’-élément élastomère est déplacé par rapport aux orifices. Si la pression de réglage est à nouveau réduite, la * vanne est à nouveau ouverte, en provoquant une circulation accrue à travers celle-ci. La circulation à travers la vanne peut être réduite ou arrêtée en augmentant la pression de réglage pour rappeler à nouveau l'élément élastomère sur les orifices. Une vanne de réglage de circulation d'un fluide caractéristique utilisant un élément élastomère est décrite dans le brevet des Etats-Unis^ f
V
1 ' 6 d'Amérique n° 3.690.344.
Les vannes d'étranglement de la technique antérieure comportent, d'une manière caractéristique, un corps présentant une série d'éléments conduisant à des coûts de fabrication importants, à un modèle volumineux et à un nombre important de chemins de fuite possibles. De plus, les vannes d'étranglement de la technique antérieure comportant un élément de dilatation élastomère, sont utilisées en allongeant ou en dilatant l'élément pour ouvrir la vanne. Par exemple, certaines vannes fonctionnent par un allongement de la circonférence de l'élénent allant jusqu'à 30%, lorsque la vanne est tout à fait ouverte. Un allongement répété de l'élément élastomère provoque une perte des propriétés et une détérioration de la matière élastomère après une période relativement courte. De plus, puisque l'élément est physiquement allongé ou dilaté pour l'ouverture de la vanne,un abaissement important de la pression de réglage est requis pour tenir l'ouverture totale de la vanne et la différence de pression à travers l'élément élastomère doit ordinairement être très élevée.
Un autre élément incorporé ordinairement dans les vannes de réglage de fluide de la technique antérieure utilisant un élément élastomère, est une grille en amont. Dans ces vannes, le fluide circule à travers la grille en amont avant d'entrer dans la zo-* ne de réglage de la vanne contenant l'élément élastomère. Lorsque la vanne est totalement ouverte, une perte de pression du fluide et une augmentation de vitesse résultante se produisent à travers la grille. La vitesse peut être élevée et la circulation du fluide à haute vitesse vient frapper directement l'élément élastomère, , provoquant ainsi une érosion à cause de la pression élevée, de yijé/ 7 vitesse élevée et des sédiments entraînés. Une érosion importante de l'élément conduit à une augmentation de la durée d'inactivité et à une augmentation du coût à cause du remplacement de l'élément élastomère. La perte de pression entraîne en outre une limitation de la pression de chargement en amont afin d'obtenir une ouverture totale de la vanne.
Un autre inconvénient d'un grand nombre de vannes d'étranglement est qu'il y a un jet d'évacuation à haute vitesse dans la conduite en aval. Une conduite en aval importante est requise pour que la circulation d'évacuation vienne de la pression cinétique à une pression statique plus élevée.
Le but principal de la présente invention est de prévoir une nouvelle vanne de réglage d'un fluide améliorée, utilisable dans des applications de réglage de circulation de fluide.
Un autre but de la présente invention est de prévoir une nouvelle vanne de réglage d'étranglement améliorée, comportant seulement deux éléments permettant une économie de fabrication et un modèle compact.
Encore un autre but de la présente invention est de prévoir une nouvelle vanne de réglage d'étranglement améliorée, qui utilise un manchon élastomère déformable pouvant fonctionner par roulement pour étrangler 3a vame^qd. présente des propriétés d'uti-1 lisation améliorées sous des conditions de faible différence de pression à travers le manchon.
En quelques mots, la présente invention est relative à » une nouvelle vanne de réglage d'un fluide, servo-actionnée, améliorée, qui peut être utilisée pour régler la circulation d'un , fluide à travers un système de fluide, tel qu'une canalisation A&j 8 gaz ou de liquide. La vanne comprend un corps définissant une chambre ou cavité intérieure et comportant une entrée et une sortie en communication avec un fluide avec la cavité. Le corps comprend de plus une chicane sur laquelle est monté un manchon de vanne déformable, élastomère. Le manchon dans la position fermée de la vanne se fixe contre un siège défini dans le corps et se fixe également contre une grille qui définit une série de parcours de circulation annulaires à travers le corps. La présente invention comprend, d'un« manière spécifique, une amélioration qui consiste à prévoir une zone dégagée à l'interface entre le manchon et la grille. La présente invention comprend également l'amélioration qui consiste à prévoir une partie abaissée centrale dans le manchon.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue en perspective, explosée d'un segment d'une canalisation de fluide incorporant une vanne de réglage d'étranglement construite suivant la présente invention.
La figure 2 est une vue horizontale, partiellement en coupe, d'une vanne de réglage d'étranglement construite suivant la présente invention.
La figure 3 est une vue en coupe de la vanne de réglage 1 d'étranglement, dans une position fermée de la vanne, prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
La figure 4 eët une vue en coupe de la vanne de réglage d'étranglement dans une position partiellement ouverte, prise suivant la ligne 4-4 de la figure 2. .
La figure 5 est une vue en coupe de la vanne de réglajzj'«^ 7 9 d'étranglement dans une position totalement ouverte, prise suivant la ligne 5-5 de la figure 2.
La figure 6 est une vue en coupe partielle d'une vanne de réglage d'étranglement, dans une position fermée de la vanne, prise suivant la ligne 6-6 de la figure 2, qui met en évidence les caractéristiques améliorées de l'invention.
La figure 7 est une vue agrandie de la zone en pointillé de la figure 6.
La figure 8 est une vue schématique montrant différentes caractéristiques de fonctionnement de la vanne de réglage.
En se référant à présent aux dessins, et d'abord à la figure 1, on y a illustré une partie d'un système de canalisation de fluide désigné d'une manière générale par la référence 10,comprenant des conduits 12 et 14 et une vanne de réglage d'étranglement désignée d'une manière générale par la référence 16, que l'on utilise pour régler la circulation d'un liquide ou d'un gaz à travers le système de canalisation 10. La vanne 16 est montée entre des brides 18 et 20 des conduits 12 et 14. Une fois que la vanne est agencée entre les brides 18 et 20, les conduits 12 et 14 sont reliés à plusieurs éléments de fixation formés de boulons 22.
L'ouverture et la fermeture de la vanne sont réglées ou commandées par application d'une pression de réglage à un orifice * de réglage 28. Dans une installation caractéristique, un régulateur extérieur (non représenté) est couplé à la vanne 16 pour mesurer les pressions du fluide en amont ou en aval de la vanne 16 et pour faire varier la pression de réglage communiquée à la vanne 16. Le régulateur est interconnecté avec la vanne 16 au moyen d'un ori*-fice 24, d'un orifice 26, et de l'orifice de réglage 28 prévxy'yV' dans la vanne 16. vf 10
La vanne 16 utilise un manchon élastomère 30, déformable. Le manchon 30 est commandé par la pression en amont puisque l'on fait varier la pression de réglage ou de chargement introduite dans l'orifice de réglage 28, et se déforme ou roule dans la vanne 16 pour régler la circulation du fluide. Le manchon 30 n'est pas allongé ou dilaté pour amener l'ouverture de la vanne et évite ainsi l'inconvénient de la perte de propriétés de la matière élastomère qui conduit souvent au dérèglement des vannes utilisant un élément de dilatation.
La vanne 16 comprend, d'une manière plus spécifique, un logement 32 et le manchon d'ouverture 30. Le corps 32 comprend une ouverture d'entrée 34 et une ouverture de sortie 36. La vanne 16 est conçue pour être montée entre les brides 18 et 20 des conduits 12 et 14, de sorte que l'entrée 34 et la sortie 36 sont centrées avec les conduits 12 et 14 et alignées avec la circulation du fluide. Pour permettre d'utiliser la vanne 16 entre des brides ayant différents degrés de chargement, chacun d'entre elles comprenant un modèle différent d'éléments de fixation 22, le logement 32 est cannelé de manière à incorporer une série de rainures 38 sur sa périphérie extérieure. De cette manière, chacun des éléments de fixation 22 utilisés, par exemple, dans un conduit de 10,16 cm avec un modèle de brides et de boulons de 68 kilos, s'adaptera dans une rainure 38, en centrant par conséquent la vanne d'une façon précise. Les zones de plus grand diamètre 40 entre les rainures 38 permettent une capacité de circulation accrue comparativement aux vannes de la technique antérieure conçues pour être utilisées avec un cercle de boulons de 68 kg.
La vanne 16 peut également être utilisée dans un système^ 11 comprenant des conduits 12 et 14 requérant un modèle d'éléments de fixation différents, tel qu'un modèle de brides et de boulons de 136 kg. Dans ce modèle, les éléments de fixation 22 sont disposés dans un cercle plus grand que le cercle de boulons de 136 kg, et le logement 32 est centré à l'intérieur de ce modèle plus grand. Par exemple, les élémsnts de fixation indivuduels 22 peuvent engager le logement 32 dans les zones cylindriques circulaires entre les rainures 38 de manière à centrer le logement.(Xi bien, si Je cercle des boulons n'est pas, suffisamment grand que pour enfermer le diamètre majeur du logement, on peut faire tourner le logement 32 de telle sorte que les boulons 32 soient amenés contre les côtés en pente des rainures 38 afin de centrer le logement. Par conséquent, la même vanne 16 peut s'adapter à différents systèmes 10 comportant des brides de différents degrés ou cotations avec différents nombres de boulons 22 et différentes dimensions de cercle de boulons.
La vanne est centrée dans le réseau des éléments de fixation sans la nécessité de centrer des tubes ou des colliers comme on en utilisait jusqu'à présent.
Le fluide circule à travers la vanne 16 suivant une série de parcours de circulation 40 définis entre les rainures 38 du logement cannelé 32. Les parcours de circulation ou d'écoulement 40 définissent, d'une manière générale, un parcours de circulation . annulaire qui s'étend depuis l'ouverture d'entrée 34 jusqu'à l'ouverture de sortie 36. Des nervures de support 44 s'étendent vers l'intérieur à partir des rainures 38 et sort agencées entre les zones 40. Une série de nervures 42 agencées à l'intérieur du logement 32 définissent une grille d'allure générale tronconique corn- y portant une série de fentes ou d'orifices 45 entre les nervure^Ay 12 42. Le logement 32 comprend également un siège de vanne 46 adjacent à l'entrée 34 et adjacent à la grille 43, de sorte que le fluide entrant par l'entrée 34 passe sur le siège de soupape 46, par les orifices 45, par les zones 40 et par la sortie 36.
La circulation à travers la vanne 16 est réglée par l'interaction du manchon 30 avec le siège de soupape 46 et les nervures 42. D'une manière plus spécifique, le manchon 30 présente une configuration d'allure générale parabolique ou concavo-convexe. comprenant un bord périphérique 48 et une partie centrale ou intermediaire 50. Pour assembler la vanne 16, le manchon 30 est introduit dans la vanne 16 par l'entrée 34 jusqu'à ce que le bord 48 se loge dans une lèvre 51 d'une chicane ou paroi de chambre de réglage en forme de cône 52 placée dans le logement 32. Une fois que le manchon est monté dans le logement 32 de la vanne, la partie intermédiaire 50 du manchon 30 est fixée contre le siège 46 et les nervures 42 dans la position fermée de la vanne. Une chambre à pression de réglage 54 est définie entre la chicane 52 et la surface périphérique intérieure du manchon 30.
Une fois que le fluide est introduit dans le système 10, la vanne 16 est ouverte par une action de roulement du manchon 30, découvrant ainsi le siège 46 et les nervures 42, en réponse à la pression amont à l'entrée 34. Le réglage de la position du man-» chon 30 par rapport au siège 46 et les nervures 42 est obtenu en faisant varier une pression de réglage à l'intérieur de la chambre 54. La chambre 54 est accouplée à une source de pression de réglage par l'intermédiaire d'un conduit 56 défini dans un renforcement ou une traverse 57 qui est en communication avec un fluide avec l'orifice de réglage 28. De cette manière, on fait varier l'amplitude/ 13 de la pression du fluide dans la chambre de réglage 54 par une source extérieure, comme le régulateur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 4.083.375.
Dans la position fermée de la vanne (figure 3), la pression de réglage ou de chargement dans la chambre 54 est égale ou supérieure a la pression en amont dans le système de canalisation 10. La pression de chargement comprime la partie intermédiaire 50 du manchon 30 contre la surface de la grdLle 43 et le siège 46. Le siège de la vanne 46 est fabriqué de telle sorte qu’il dépasse légèrement (non représenté) du plan de la grille 43 pour permettre au siège 46 de se prolonger dans la matière du manchon 30 plus loin que les nervures 42, en concentrant ainsi la force de scellement sur le siège 46 et en assurant ainsi une fermeture efficace.
Si les conditions en aval de la vanne 16 requièrent l'ouverture de la vanne à cause d'une demande de fluide, le manchon 30 est déformé et correspond à une position ouverte partielle de la vanne, à la suite de la différence de pression entre la pression amont et la pression de réglage dans le manchon 30 (figure 4). Lorsque cela se produit, la partie centrale 50 du manchon 30 se renverse et s'arrête sur l'extrémité 58 de la paroi 52 de la chambre.
Si, par exemple, d'une manière plus spécifique, la pres- 2 2 * sion amont était de 21 kg/cm et la pression aval de 3,5 kg/cm , 2 la pression de réglage serait de 21 kg/cm ou plus dans la position fermée de la vanne. Pour commencer l'ouverture de la vanne 16, la pression de réglage peut être réduite, par exemple, jusqu'à 2 2 20,3 kg/cm . La différence de pression de 0,7 kg/cm à travers la partie non soutenue du manchon 30 (la partie non fixée contre le / siège 46 et la grille 43) mène à une force de roulement égale/^ 14 la surface de la partie non soutenue multipliée par la différence / 2 de pression de 0,7 kg/cm . Cette force renverse la partie non soutenue en l'amenant sur l'extrémité 58. La partie du manchon qui est en contact avec l'extrémité 58 n'a plus la pression de réglage qui agit contre elle, en réduisant ainsi la surface de la partie non soutenue du manchon 30. Il y a également une force de 2 serrage égale à la différence de pression de 16,8 kg/cm (la pression de réglage moins la pression en aval) multipliée par la surface de la partie soutenue du manchon 30 (la partie fixant le diaphragme contre le siège 46 et la grille 43), qui serre la partie soutenue contre le siège 46 et la grille 43.
La différence entre les forces de roulement et de serrage est que le manchon a tendance à découvrir le siège 46 et les nervures 42 avec un abaissement de la pression de réglage, en effectuant ainsi une ouverture graduelle de la vanne. Le roulement résultant du manchon 30 par rapport à la grille tronconique 43 définie par les nervures 42 permet une ouverture variable de la vanne 16.
Pour ouvrir plus la vanne 16, la pression de réglage ou de chargement est à nouveau réduite. Lorsque cela se passe, une superficie plus grande du manchon 30 est soutenue par la chicane 52, mais la superficie du manchon 30 soutenue par la grille 43 est simultanément réduite et la différence entre les forces de roulement et de serrage provoque un nouveau roulement du manchon 30.
Une relation proportionnelle progressive entre le mouvement du manchon et la pression de réglage est créée par la configuration tronconique de la surface 43 de la grille définie par les nervures 42 et par la configuration conique de la chicane 52. La configuration/ / 15 ί de la chicane 52 définit la superficie du manchon 30 qui reste non soutenue et commandée par la différence de pression des pressions amont et de réglage, et permet de déterminer ainsi l'amplitude de la force qui a tendance à faire rouler le manchon 30. La configuration de cône tronqué de la surface à nervures 43 définit la superficie du manchon 30 qui est soutenue par les nervures 42, ce qui permet de déterminer ainsi l'amplitude de la force de serrage.
L'ouverture totale de la vanne (figure 5) se produit si la chambre 54 est totalement ouverte. Le passage 56 reste en communication avec la chambre 54 dans la position totalement ouverte. Le rétablissement de la pression de réglage à l'intérieur de la chambre 54 à la pression d'entrée remet la vanne 16 en position fermée.
La vanne de réglage de fluide décrite précédemment est une construction de vanne simple, particulière et a été utilisée de manière satisfaisante pour régler la circulation de fluides sous la plupart des conditions d'utilisation. Toutefois, sous certaines conditions d'utilisation, on a constaté que la vanne de réglage de circulation d'un fluide décrite précédemment présentait certaines anomalies de fonctionnement. Sous certaines conditions, le manchon 30 aurait tendance à être instable et découvrirait de façon inégale la surface de la grille 43 lorsqu'il avance de la position totalement ouverte vers la position fermée. Sous certaines conditions, le manchon irait jusqu'à la position totalement ouverte lorsqu'il est ouvert à peu près au deux tiers. De plus, le manchon 30 retourne fréquemment lentement jusqu'à la position totalement fermée à partir d'une position ouverte, en mettant quelque fois plusieurs minutes pour se fermer complètement contre le/ siège de la vanne 46 dans le logement de la vanne. (Jr » 16
On a découvert, suivant la présente invention, que la vanne de réglage de circulation d'un fluide décrite précédemment, peut être modifiée pour obtenir une construction qui présente une stabilité améliorée sous toutes les conditions de fonctionnement.
Les anomalies, en particulier le problème de fermeture lente de la vanne de réglage de circulation d'un fluide décrite précédemment, sont évitées par la construction de vanne de la présente invention.
On a constaté qu'en prévoyant une zone dégagée ou dépouillée 61 (représentée en contre-hacïmre sur la figure 7) entre le manchon 30 et les nervures 42 à la ligne d'intersection 63 entre le manchon 30 et les nervures 42, on obtient une stabilité améliorée et un retour plus rapide à une position totalement fermée. L'expression "ligne d'intersection" se réfère à une ligne formée par un plan imaginaire qui est perpendiculaire à une surface transversale de la vanne s'étendant à travers un axe et qui s'étend à partir de l'intersection du manchon 30 et du siège de la vanne 46 à une extrémité jusqu'à l'intersection du manchon 30 et des nervures 42 au point aval le plus éloigné lorsque le manchon est dans une position fermée de la vanne.
La ligne d'intersection crée une surface tronconique imaginaire qui se trouve entre le manchon 30 et la surface tronconique définie par les nervures 42. Suivant l'invention, le manchon 30 présente une surface tronconique extérieure qui est espacée de la face intérieure en regard de la grille tronconique définie par les nervures 42 suivant la ligne d'intersection, lorsque la pression dans la chambre de réglage 54 est égale à la pression dans les orifices 45 lorsque le manchon est dans une position fermée de la vanne.
Comme on peut mieux le voir sur la figure 6, la constrwz?- 17 tion de la vanne de la présente invention comprend une nouvelle modification du manchon 30 pour améliorer la stabilité au cours des premiers stades d'ouverture de la vanne. Le manchon 30 comprend une partie supérieure 77 qui est abaissée par rapport à un plan qui touche la partie la plus élevée du manchon. L'abaissement de la partie supérieure 77 permet un contact prématuré du manchon avec l'extrémité 58 de la chicane 52 lorsque le manchon 30 se déplace à partir de la position fermée. Le contact précoce du manchon 30 avec l'extrémité 58 de la chicane 52 permet d'obtenir une stabilité accrue du manchon et un mouvement plus uniforme de celui-ci au cours du fonctionnement de la vanne dans la position partiellement ouverte. Puisque la vanne au cours de l'opération de réglage est presque toujours dans une position partiellement ouverte, la stabilité améliorée du manchon obtenue par l'extrémité abaissée est extrêmement importante. L'abaissement de la partie ou de la portion supérieure est, de préférence, suffisant pour permettre de rapprocher la partie la plus basse de la portion supérieure de l'extrémité 58 d'une distance d'environ 1 à environ 5% du diamètre extérieur du manchon.
La zone dégagée ou dépouillée 61 peut être formée en modifiant la forme du manchon 30, ou bien en dépouillant la surface des nervures 42 qui forment la grille. D'une manière générale, la largeur de la région dégagée n'est pas critique et ne doit pas être uniforme sur toute la longueur. D'une manière générale, sa largeur vaut au moins environ 2% de la largeur du manchon et n'excède pas environ 50% de la largeur du manchon en un point quelconque sur la longueur de la zone dégagée. Il n'est pas nécessaire que la zone dégagée 61 s'étende sur toute la longueur de la ligne d'interse^w/ 18 tion 63. Toutefois, il est préférable que la zone dégagée ou dépouillée 61 s'étende jusqu'en un point espacé cle chaque extrémité de la ligne d'intersection dans une mesure qui correspond au moins à 25% de la longueur du- plan d 1 intersection.
Il est préférable de former la région dégagée ou dépouillée 61 en modifiant la forme du manchon 30. Comme on peut le voir plus en détails sur la figure 6, la zone dégagée 61 peut être formée par la construction de manchon suivante. La partie périphérique incurvée supérieure 71 se prolonge au-delà du bord de scellement 46, de sorte que le manchon 30 commence à s'incurver en s'éloignant de la ligne d'intersection 63. Une partie latérale périphérique extérieure, généralement droite, s'étend suivant un certain angle, appelé angle "A", par rapport à l'axe central du manchon 30. L'angle "A" est d'un degré suffisant pour définir une discontinuité brusque 75 entre la partie latérale 73 et la partie incurvée 71. L'angle "A" a de préférence une valeur d'environ 40° à environ 50°, et d'une manière plus préférée d'environ 45°.
Le rapport entre l'angle "A" et la partie périphérique incurvée prolongée 71 dégage la partie latérale 73 par rapport aux nervures 42. La relation entre le manchon 30 et les nervures 42 devient alors une relation du type ayant une zone dégagée en forme de coin à la ligne d'intersection 63.
Cette zone dégagée peut être formée par la construction de manchon indiquée précédemment ou peut être formée en modifiant la forme des nervures 42, ou bien par une combinaison de ces deux méthodes. La région dégagée est de préférence en forme de coin et peut être de n'importe quelle forme appropriée, par exemple rectangulaire, triangulaire, en forme de diamant ou curviligne, 19
La surface périphérique intérieure de la partie latérale 74 du manchon 30 s'étend suivant un second angle, appelé angle "B", par rapport à l'axe central. L'angle "B" est de préférence inférieur à l'angle "A", de sorte que la section transversale du manchon 30 comprise entre l'angle "A" et l'angle "B" est conique, étant réduite à une épaisseur plus grande au voisinage du hord du manchon 30 qu'aux sections intermédiaires du manchon 30. L'angle c "B" a de préférence une valeur d'environ 30° à environ 45°, et d'une manière plus préférée d'environ 35°. On notera qu'une section transversale conique pour le manchon 30 est une forme de réalisation préférée, mais qu'on peut utiliser une section transversale uniforme et que l'angle "A" peut être égal à l'angle "B".
Tout en ne se basant sur aucune théorie, on suppose que le fonctionnement amélioré de la construction de vanne de la présente invention, est lié à la fois à la configuration spatiale du manchon et du corps de vanne et aux propriétés de fonctionnement dynamiques du manchon au cours du réglage de la vanne dans une position partiellement ouverte. D'une manière plus spécifique, on croît que la friction entre le manchon et les nervures formant la grille est réduite au cours du roulement et du non roulement du manchon en créant un effet de support en une zone de différence de pression pratiquement nulle qui apparaît le long de la surface * périphérique du manchon. On croit que lorsque la vanne est partiellement ouverte, il y aura toujours un point sur la surface périphérique du manchon oh la différence de pression a travers le manchon est pratiquement nulle.
A titre d'exemple spécifique, lorsque la pression en amont est de 21 kg/cm2 et la pression en aval qui est réglée, ftù/ 2 20 de 3,5 kg/cm , la pression de réglage dans la chambre 54 doit être intermédiaire entre la pression en amont et la pression en aval en n'importe quel point où la vanne est dans une position partiellement ouverte. La pression de réglage sera ordinairement plus proche de la pression en amont que de la pression en aval. Au fur et à mesure que la pression en amont est amenée à travers Jes orifices 42 et Je· passage annulaire 40 à la pression en aval, la pression 2 2 en amont subit un passage d'une valeur de 21 kg/cm à 3,5 kg/cm .
A cause du corps de vanne sensiblement plus grand prévu par la construction de vanne de la présente invention, on suppose que ce passage est sensiblement plus complet légèrement en aval du bord avant du manchon roulant. Puisque l'on passe d'une valeur de 21 2 2 kg/cm (amont) à une valeur de 3,5 kg/cm (aval), il y a un point légèrement en aval du bord avant du manchon où la pression sur le côté extérieur du manchon est sensiblement la même que la pression de réglage intermédiaire sur le côté intérieur du manchon.
Lorsque l'on utilise la vanne à une différence de pression entre la chambre de réglage 54 et la surface entre les encoches 42, qui excède les limites élastiques du manchnn 30, le manchon est déformé par la différence de pression dans la surface dégagée ou dépouillée et en contact avec les nervures 42, et il n'y a pas de dépouille entre le manchon et les nervures. Toutefois, , on suppose qu'au point de différence de pression nulle et pour une légère augmentation de chaque côté de ce point, les propriétés élastiques du manchon sont suffisantes pour maintenir le manchon hors de contact des nervures 42. Ceci permet de former une poche où le manchon 30 est espacé des nervures 42. Cette poche est rem- > plie avec le fluide à régler, qui agit ensuite comme un support^' / «· 21 pour réduite la friction et pour permettre un mouvement de roulement plus aisé du manchon.
On suppose que la configuration du manchon au bord avant de celui-ci au cours du mouvement de roulement entre la position ouverte et la position fermée, est représentée par la figure 8.
Comme indiqué sur la figure 8, on suppose qu'une poche 67 doit se former par les propriétés élastiques du manchon 30 en un point où la différence de pression est pratiquerasnt nulle. De plus, la formation de la poche modifie la géométrie du bord avant 69 du manchon roulant. La formation de la poche réduit la quantité de force exercée par le manchon qui est perpendiculaire à la surface des nervures 42. La combinaison de la réduction de la force perpendiculaire à la surface des nervures et de la friction réduite provoquée par l'effet de support de la poche, permet un mouvement beaucoup plus aisé du bord avant 69 du manchon roulant.
La construction améliorée de la vanne de réglage d'un fluide de la présente invention permet d'obtenir des avantages importants sous toutes les conditions d'utilisation. Toutefois, la vanne de réglage d'un fluide de la présente invention s'adapte particulièrement bien aux utilisations où la différence de pression entre la chambre de réglage et la pression en aval est relativement faible.
* Il apparaîtra également comme évident que la construc tion améliorée de la vanne de réglage d'un fluide de la présente invention peut faire l'objet de diverses modifications qui sont à considérer comme entrant dans le cadre de la présente invention.
Par exemple, la vanne entière, en dehors du manchon, peut être construite d'une seule pièce. Ou bien, les différents éléments de là/ 7
Claims (8)
1. Vanne pour régler la circulation d'un fluide à travers un conduit, comprenant un logement définissant une ouverture d'entrée, une ouverture de sortie pratiquement coaxiale et une cavité intérieure entre ces ouvertures, une chicane s'étendant transversalement à travers la partie centrale de la cavité pour définir un passage annulaire pour l'écoulement du fluide à partir de l'ouverture d'entrée jusqu'à l'ouverture de sortie, une série de nervures s'étendant à partir de la périphérie de la chicane vers l'ouverture d'entrée du logement de manière à former une grille d'allure générale tronconique comportant une série d'orifices, un manchon concavo-convexe, élastomère, agencé sur le côté amont de la chicane, avec son bord périphérique en relation de scellement avec la périphérie de la chicane, de manière à définir une chambre de réglage entre le manchon et la chicane, la surface intérieure de la grille et la surface extérieure du manchon étant en regard, la chicane comportant une protubérance centrale faisant saillie vers le manchon sur laquelle le manchon est posé au cours du ren-» versement du manchon, ainsi que des moyens pour diminuer et augmenter la pression du fluide dans la chambre de réglage, une diminution de la pression dans la chambre provoquant le renversement du manchon et le roulement de celui-ci le long de la grille tronconique à partir d'une position fermée oà tous les orifices sont recou- . verts par le manchon jusqu'en des positions oà des superficies ôm/ V t- 23 plus en plus grandes des orifices sont exposées, en permettant ainsi de régler et d'augmenter progressivement la circulation du fluide à travers les orifices et à travers le passage annulaire, une augmentation de la pression de la chambre provoquant le mouvement de renversement du manchon, caractérisée en ce que la surface intérieure de la grille et la surface extérieure du manchon sont agencées de telle sorte qu'avec la vanne dans sa position fermée, es surfaces soient espacées l'une de l'autre.
2. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une partie de la surface extérieure en regard du manchon est dégagée ou dépouillée.
3. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une partie de la surface intérieure en regard de la grille est dégagée ou dépouillée.
4. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces en regard sont espacées d'une distance d'environ 2% à environ 50% de l'épaisseur du manchon à la surface extérieure en regard de celui-ci.
5. Manchon destiné à être utilisé dans une vanne de réglage d'un fluide, comprenant un logement définissant une ouverture d'entrée, une ouverture de sortie pratiquement coaxiale et une cavité intérieure entre ces ouvertures, une chicane s'étendant trans- * versalement à travers la partie centrale de la cavité pour définir un passage annulaire pour la circulation du fluide à partir de l'ouverture d'entrée jusqu'à l'ouverture de sortie, une série de nervures s'étendant à partir de la périphérie de la chicane vers l'ouverture d'entrée du logement de manière à former une grille d'allure générale tronconique comportant une série d'orifices, ua#/ // « 24 manchon concavo-convexe, élastomère agencé sur le côté amont de la chicane/ avec son bord périphérique en relation de scellement avec la périphérie de la chicane, de manière à définir une chambre de réglage entre le manchon et la chicane, la surface intérieure de la grille et la surface extérieure du manchon étant en regard, la chicane présentant une protubérance centrale faisant saillie.vers le manchon, sur laquelle le manchon est posé au cours du renversement du manchon, ainsi que des moyens pour diminuer et augmenter la pression du fluide dans la chambre de réglage, une diminution de la pression dans la chambre provoquant le renversement du manchon et le roulement de celui-ci le long de la grille tronconique à partir d'une position fermée où tous les orifices sont recouverts par le manchon, jusqu'à des positions où des superficies de plus en plus grandes des orifices sont exposées, en permettant ainsi le réglage et l'augmentation progressive de la circulation du fluide à travers les orifices et a travers le passage annulaire, une augmentation de la pression de la chambre provoquant un mouvement de renversement du manchon, caractérisé en ce que la surface en regard extérieure du manchon est espacée de la surface en regard intérieure de la grille, la surface en regard extérieure étant conique sur la partie de la zone ou superficie de regard adjacente à la périphérie de la chicane.
6. Manchon suivant la revendication 5, caractérisé en ce , que sa surface extérieure est torique sur la partie restante de la zone ou superficie de regard avec la surface intérieure de la grille.
7. Manchon suivant la revendication 5, caractérisé en ce y * 25 que l'épaisseur du manchon dans sa section conique diminue depuis la périphérie de la chicane vers l'ouverture d'entrée de la chicane.
8. Vanne pour le réglage de la circulation d'un fluide, et manchon utilisé à cet effet, tels que décrits ci-dessus et/ou conformes aux dessins annexés. ; : ; .......£..........pbrr-3 2 5... ,:n-3 dont.....À......... par: Z: gr.vs 4..^.. pages ds description 4......2 pages de re/andicaticnr _______/ü.......abregs descriptif Ghanas München
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