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SOUPAPE A VANNE ANNULAIRE; A COMMANDE PAR SERVO-SOUPAPE.
L'invention concerne un perfectionnement aux soupapes à vanne annulaire dont la vanne, soulagée de la pression, coulisse dans un cylindre de distribution dans lequel elle est commandée ou actionnée par une servosoupape, et dans lesquelles le diamètre de l'arête extérieure d'obturation de soupape de la vanne annulaire est plus petit que son diamètre dans le cylindre.
Les soupapes à vanne annulaire de ce type sont connues en soi et elles sont utilisées de préférence dans les conduites sous pression pour des gaz ou des liquideso Jusqu'à présent, toutefois, on les commandait en actionnant la vanne annulaire par l'intermédiaire d'une servo-soupape à plusieurs voies disposées à l'extérieur de la boite à soupape. La servo-soupape était alors reliée au côté sous pression de la conduite par l'intermédiaire d'un tuyau d'arrivée, tandis qu'une deuxième conduite débouchait dans le cylindre de distribution et qu'une troisième conduite aboutissait à l'air libre.
Pour fermer la vanne annulaire on manoeuvrait la servo-soupape de manière qu'elle relie le cylindre de distribution au côté sous pression de la conduite, de sorte que la pression de la conduite appliquait le piston de la vanne annulaire sur son siège de soupape. Pour ouvrir la vanne annulaireon mettait la servo-soupape sur l'écoulement libre, ce qui libérait le cylindre de distribution en le soulageant de la pression de la conduite; la vanne annulaire s'ouvrait alors d'elle-même.
Suivant l'invention le cylindre de distribution du piston de la vanne annulaire est relié au côté refoulement de la conduite par l'intermédiaire d'un étranglement d'écoulement constamment ouvert et dont la section transversale est sensiblement plus petite que celle de la servo-soupape grande ouverte servant à soulager le cylindre de distribution, et de ses conduites
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d'arrivée. La position de la vanne annulaire est alors déterminée par la valeur de la pression partielle qui est donnée par l'écoulement et qui s'établit dans le cylindre de distribution sous l'action de l'arrivée par l'intermédiaire de l'étranglement d'écoulement et de l'écoulement simultané par l'intermédiaire de la servo-soupape.
Cette disposition assure des simplifications essentielles et a l'avantage que l'on n'a plus besoin de rôder le piston de la vanne annulaire de façon étanche dans le cylindre de distribu- tion, car les défauts d'étanchéité de ses surfaces de glissement sont, en ce qui concerne l'écoulement, parallèles à l'étranglement mentionné et peuvent par conséquent être négligés. On peut donc faire en sorte que le cylindre de distribution, ainsi que la boîte de soupape qui l'entoure et les nervures d'assemblage soient constitués par une pièce de fonte cohérente terminée par les brides de raccordement d'arrivée et de départ et sur laquelle seules les surfaces de glissement des parois du cylindre et les surfaces des brides sont retouchées au tour.
La servo-soupape peut être montée à demeure comme d'habitude.
Le mieux est alors de la monter dans la boite de soupape, de préférence dans la bride reliée au côté d'écoulement de la conduite, et de reporter sa conduite de communication avec le cylindre de distribution dans l'une des nervures qui relient ce cylindre à la boite de soupape. On obtient toutefois des avantages tout particuliers lorsque l'on dispose la servo-soupape directement sur le piston de la vanne annulaire et que l'on fixe son organe de commande à la boîte de soupape, de sorte que ce piston est obligé de suivre les mouvements de cet organe de commande.
Dans ce dernier cas, le mieux est de relier l'organe de commande positivement au piston de la vanne annulaire par des butées qui limitent le jeu de la servo-soupape, de sorte que la position de l'organe de commande permet en même temps de reconnaître de l'extérieur la position que la vanne annulaire occupe au moment considéré. L'organe de commande utilisé pour la servo-soupape peut être par exemple une broche, une manivelle ou, ce qui convient particulièrement bien, un câble de traction, ce qui permet aussi de déplacer le piston de la vanne annulaire au moyen de cet organe de commande, sans force auxiliaire, lorsque la conduite n'est pas sous pression.
L'utilisation, suivant l'invention, de l'étranglement d'écoulement mentionné permet d'ailleurs aussi d'obtenir une servo-action supplémentaire supprimant le "coupe de bélier" si redouté, lorsque l'on relie l'intérieur du cylindre de distribution à un réservoir d'air. Ce réservoir forme alors un matelas-élastique qui, sous l'action de l'étranglement d'écoulement, retarde l'augmentation de la pression dans le cylindre de distribution lors d'une fermeture rapide de la servo-soupape.
L'onde de pression qui agit de l'extérieur est alors freinée par le mouvement de fermeture ralenti de la vanne annulaire, Au cours de la dernière phase de l'opération de fermeture, phase par laquelle on sait que le "coup de bélier" proprement dit est déclenché, l'onde de pression qui se produit agit latéralement sur la vanne annu- laire et ouvre la soupape encore une fois pendant peu de temps, jusqu'à ce que cette onde de pression ait cessé. En conséquence, l'énergie de l'écoulement freiné peut se décharger directement par l'intermédiaire de la soupape et il ne peut plus se produire de pointes de pression dangereuses. Pour une telle servo-action il suffit d'un réservoir d'air relativement petit, qui peut être logé par exemple dans le dôme d'arrivée du cylindre de distribution et dans la cavité du piston de la vanne annulaire.
Le dessin ci-joint représente deux exemples de réalisation de l'invention. Dans ce dessin :
Fig. 1 est une coupe axiale, et
Fig. 2, une coupe horizontale d'une soupape construite suivant l'invention et dont la servo-soupape (10) est montée dans la bride (5), et
Fig. 3, une coupe axiale d'une soupape construite suivant l'invention et dont la servo-soupape (10a) est montée sur le piston (6) de la vanne annulaire et commandée par une poignée (20) fixée à la boite de soupape (1).
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Dans la fig. 1, la boite de soupape 1 est reliée par l'intermé- diaire de la bride 4 à l'arrivée (côté sous pression) et par l'intermédiaire de la bride 5 à l'écoulement de la conduite. Elle entoure le cylindre de dis- tribution 2, dans lequel coulisse le piston 6,en forme de pot, de la vanne annulaire. Le cylindre 2 est porté par des nervures 3,qui servent en même temps de guides pour le piston 6 de la vanne annulaire à l'intérieur de l'in- tervalle cylindrique 7 de la soupape. L'ensemble des pièces 1 à 5 est consti- tué par une pièce de fonte cohérente unique, qui n'est usinée que sur-les surfaces des brides et sur les surfaces de glissement du cylindre de distri- bution 2.
L'anneau de retenue 8 monté dans la bride 5 sert en même temps de siège pour la soupape. Le diamètre "d" de l'arête annulaire d'obturation de la soupape est un peu plus petit que le diamètre "D" du piston de la van- ne annulaire dans le cylindre de distribution 2.
Dans la nervure de gauche 3 se trouve le canal 9 qui conduit à la servo-soupape 10. Celle-ci est montée dans la bride 5 et elle relie le ca- nal 9 à l'embouchure d'écoulement 11. La servo-soupape 10 est constituée par une simple clef de robinet et elle est actionnée à la main au moyen du le- vier de soupape 12. Cette soupape peut aussi être, au lieu de ce type, une soupape à aimant, en vue de la commande à distance.
Maintenant, suivant l'invention, le cylindre de distribution 2 est relié, par l'intermédiaire d'un étranglement d'écoulement à ouverture . étroite 13, au côté sous pression de la conduite, qui est reliée à la bride
4. La section transversale de l'étranglement d'écoulement 13 est sensible- ment plus petite que celle de la conduite 9 et de la servo-soupape grande ouverte 10. Lorsque la servo-soupape 10 est fermée, toute la pression de la conduite se transmet par l'intermédiaire de l'étranglement 13 au cylindre de distribution 2 et elle repousse le piston 6 de la vanne annulaire sur le siège de soupape 8.
Au contraire, si l'on ouvre lentement la servo-soupape 10, il se produit un écoulement par l'intermédiaire de l'étranglement 13, de la cavité intérieure du cylindre de distribution 2 et de la servo-soupape 10; cet écoulement a pour résultat qu'il se produit,.dans l'étranglement 13, la chute de pression p1 et, dans la servo-soupape 10, la chute de pression p2, chutes de pression dont la somme correspond à la pression P de la conduite. Il ne règne donc plus à l'intérieur du cylindre de distribution 2 que la pression partielle p2. Dès que la force de fermeture de cette pression partielle p2, qui s'exerce sur le piston 6 de la vanne annulaire, devient plus petite que la force d'ouverture exercée par la pression P de la conduite sur la zone annulaire D-d, le piston 6 de la vanne annulaire se soulève et ouvre l'intervalle 7 de la soupape.
Ce mouvement est secondé, dans les positions intermédiaires du piston 6 de la vanne annulaire, par la pression d'arrivée, à laquelle est soumis le fond, de forme correspondante, du piston 6 de la vanne annulaire.
Dans ces conditions il est facile d'obtenir ce résultat qu'au fur et à mesure que l'ouverture de la servo-soupape 10 progresse, le piston 6 de la vanne annulaire s'ouvre suivant une fonction continue et s'arrête aussi dans des positions intermédiaires, de sorte que la soupape à vanne annulaire peut donc être immobilisée dans toute position désirée, au moyen de la servo-soupape 10.
Pour que l'on puisse reconnaître de l'extérieur la position momentanée du piston 6 de la vanne annulaireon peut monter un dispositif indicateur mécanique. Celui-ci peut être constitué par exemple par un indicateur à aiguille à ressort comme celui qui est représenté en 18 dans la fig.
1 et qui est relié au piston 6 de la vanne annulaire par un bowden 17.
Dans la fig. 3 les pièces de même nature sont désignées par les mêmes numéros de référence que dans la fig. 1 et la fig. 2. Contrairement à la fig. 1, la servo-soupape 10a est disposée toutefois, dans la fig. 3, au fond du piston 6 de la vanne annulaire. Elle est reliée, par l'intermédiaire d'un câble d'acier robuste 15 guidé dans le tuyau 24, au piston étanche 19,
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qui peut être actionné de l'extérieur au moyen de la poignée 20. La section transversale du piston 19 est à peu près égale à la section transversale d'obturation de la servo-soupape 10a, de sorte qu'il se produit un soulagement de pression correspondant pour l'organe de commande 20. Le corps de soupape 25 est guidé dans une bride 26 vissée sur la vanne annulaire 6, des butées lui laissant un jeu d'ouverture limité.
L'organe de commande 20 est ainsi relié positivement au piston 6 de la vanne annulaire.
Si l'on presse sur le piston 19 au moyen de la poignée 20, le câble d'acier 15 repousse le corps de soupape 25 vers le bas et ferme la servo-soupape 10a. Le fluide sous pression qui entre par l'intermédiaire de l'étranglement 13 applique alors le piston 6 de la vanne annulaire sur le siège de soupape 8 et ferme ainsi l'intervalle 7 de la soupape. Par contre, si l'on retire la poignée 20, la servo-soupape 10a s'ouvre et le fluide sous pression qui s'écoule soulage le piston 6 de la vanne annulaire, de sorte que celuici est soulevé par la pression de la conduite, de la manière décrite plus haut.
Toutefois, si l'on maintient la poignée 20 dans une position intermé- diaire, le piston 6 de la vanne annulaire joue dans les limites du jeu de soupape ménagé par les butées du corps de soupape 25 et vient occuper une position moyenne dans laquelle il se produit à l'intérieur du cylindre 2, par la coopération de l'étranglement d'écoulement 13 avec la résistance variable opposée à l'écoulement par la servo-soupape 10a, une pression moyenne qui immobilise le piston 6 de la vanne annulaire dans la position correspondante, en surmontant la composante de pression qui agit de bas en haut sur ce piston.
La poignée 20 peut être maintenue dans toute position par un dispositif d'arrêt (non représenté); comme sa position correspond toujours à celle du piston 6 de la vanne annulaire,elle permet en même temps de lire à l'extérieur la position de la soupape. Si la conduite n'est pas sous pression, de sorte que la "force auxiliaire" manque, on peut amener le piston 6 de la vanne annulaire directement à toute position désirée, au moyen de la poignée 20 et du "dispositif à bowden" robuste 15, 19, 20.
Le tuyau de prolongation 14 qui fait suite à l'étranglement d'écoulement 13 a pour effet que la partie supérieure 23 de la cavité 2 du cylindre joue le rôle de réservoir d'air. La signification de cette disposition est la suivante :
Si l'on ferme la soupape très rapidement en repoussant la poignée 20, il .se produit sur le piston 6 de la vanne annulaire, un peu avant que ce piston ne vienne s'appliquer sur le siège de soupape 8, une pression dynamique qui tend à soulever ce piston 6.
Par suite de la coopération de l'étranglement d'écoulement 13 avec la chambre 23 qui joue le rôle de réservoir d'air, la transmission de cette pression dynamique à la cavité intérieure du cylindre 2 est toutefois fortement retardée, En conséquence le mouvement de fermeture du piston 6 de la vanne annulaire se ralentit automatiquement et le piston se meut momentanément en arrière un peu avant la fermeture complète, de sorte que l'énergie d'écoulement qui s'est accumulée peut se décharger par l'intermédiaire de l'intervalle 7 de la soupape, intervalle qui est encore maintenu un peu ouvert, et que la pression dynamique mentionnée ne peut plus augmenter jusqu'à la pointe de pression abrupte d'un "coup de bélier".
Si la soupape est utilisée dans la position inverse (retournée de 180 ), la cavité du piston 6 de la vanne annulaire peut être utilisée, dans le cas représenté dans la fig. l, pour servir de réservoir d'air; dans la fig. 2 il faut, à cet effet monter sur la bride annulaire 26 un tuyau de prolongation entourant le câble métallique 15 à peu près jusqu'à l'extrémité de son enveloppe 24 avec un écartement libre de 1 à 2 cm et agissent comme un obturateur à liquide dans le genre du tuyau 14. Lorsque la soupape est montée de manière que son axe soit horizontal,'le couvercle rentré 16 (fig. 1) et respectivement 21 (figo 3) sert d'obturateur à liquide.