Vanne électromagnétique La présente invention a pour objet une vanne électromagnétique comprenant une chambre d'entrée du fluide, une chambre de sortie du fluide, un orifice principal mettant en communication sous le contrôle d'une sou pape principale la chambre d'entrée avec la chambre de sortie, une chambre intermédiaire dans laquelle se déplace un piston différentiel solidaire de la soupape principale, et sur les deux faces duquel agissent respectivement les pressions régnant dans la chambre d'entrée et dans la chambre intermédiaire, un orifice de fuite mettant en communication la chambre d'entrée avec la chambre intermédiaire,
une canalisation de fuite passant au travers de l'ensemble soupape principale - piston différen tiel et mettant en communication, sous le con trôle d'une soupape pilote, la chambre de sortie avec la chambre intermédiaire en provoquant une chute de pression dans cette dernière et le déplacement de la soupape.
Dans les vannes connues de ce genre, la canalisation de fuite passant au travers de l'en semble soupape principale - piston différentiel, est réalisée sous la forme d'un trou axial pra tiqué dans cet ensemble- et la soupape pilote prévue pour obturer ce trou, suit les déplace ments de la soupape principale. Il en résulte que la course de la soupape pilote se trouve très importante, et qu'il y a lieu de prévoir un électro-aimant, relativement volumineux et coûteux, pour commander le mouvement de la soupape pilote.
La vanne selon la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un tube central autour duquel coulisse de façon étan che l'ensemble soupape principale - piston dif férentiel, sur lequel est prévu le siège de la soupape pilote, et dont l'intérieur constitue au moins une partie de ladite canalisation de fuite, le contrôle du passage du fluide au travers de cette dernière étant assuré par des moyens comprenant un électro-aimant.
Grâce à cette disposition, le déplacement relatif de la soupape pilote par rapport à son siège devient indépendant de la course de la soupape principale, et peut, par conséquent, être très réduit ; d'où la possibilité d'avoir un électro-aimant de faible puissance pour com mander ce déplacement.
Des formes d'exécution de la vanne objet de l'invention sont représentées, à titre d'exem ple, au dessin annexé La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une vanne à ouverture commandée par l'excitation d'un électro-aimant disposé au-dessus de la vanne.
La fig. 2 est une coupe transversale suivant II-11 de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe longitudinale d'une vanne à ouverture commandée par l'excitation d'un électro-aimant disposé au-dessous de la vanne.
La fig. 4 est une coupe longitudinale d'une vanne à fermeture commandée par l'excitation d'un électro-aimant disposé au-dessus de la de la vanne ; et la fig. 5 est une coupe longitudinale d'une vanne à trois voies, à ouverture commandée par l'excitation d'un électro-aimant disposé au-dessus de la vanne.
La vanne électromagnétique représentée aux fig. 1 et 2, comprend un corps 1 présen tant une paroi intermédiaire 2 qui délimite deux chambres : une chambre d'entrée 3 et une chambre de sortie 4. Un orifice principal 6, prévu dans la paroi 2, permet de faire com muniquer les deux chambres 3 et 4 ; cet ori fice est obturable par une soupape principale 7 solidaire d'un piston différentiel 8. Celui-ci coulisse dans une chambre intermédiaire 9 mé nagée dans un chapeau 11 fixé à la partie su périeure du corps 1. Un orifice de fuite, cons titué par un trou 12 pratiqué dans le piston différentiel, met en communication la chambre d'entrée 3 avec la chambre intermédiaire 9.
L'étanchéité, entre le piston 8 et la paroi de la chambre intermédiaire dans laquelle il coulisse, est assurée par un joint 13 en matière plastique élastique, à section circulaire, engagé dans une rainure rectangulaire prévue sur le piston 8 ; d'autres types de joints peuvent être utilisés, mais il importe que l'étanchéité soit obtenue pour les deux sens de déplacement du piston.
L'ensemble formé par la soupape princi pale 7 et le piston différentiel 8 coulisse, de façon étanche, sur un tube central 14 fixe par rapport au corps 1 de la vanne. La partie supé rieure du tube 14 est aménagée pour servir de siège à une soupape pilote 15, tandis que sa partie inférieure communique par des trous 16 avec la chambre de sortie 4. Des trous 17 et un dégagement 18 sont d'autre part prévus pour assurer la communication, quand la sou pape pilote 15 est ouverte, de la chambre in termédiaire 9 avec l'intérieur du tube 14. Un ressort conique de compression 19 intercalé en tre le fond du chapeau 11 et la face supérieure du piston 8, tend à ramener ce dernier vers le bas, et par suite à fermer la soupape princi pale 7.
L'étanchéité, entre le tube central 14 et la paroi du trou de l'ensemble soupape prin cipale - piston différentiel, est assurée par un joint 21' de préférence en matière plastique élastique, à section circulaire, logé dans une rainure rectangulaire prévue dans ledit ensem ble.
La soupape pilote 15 est prolongée, vers le haut, par une tige 22 pourvue de méplats 23, puis, par une masselotte 24 qui constitue le noyau plongeur d'un électro-aimant 26. L'ar mature fixe 27 de ce dernier est solidaire du chapeau 11 de la vanne, et comprend une bu tée 28 séparée de la face supérieure de la mas- selotte 24 par un petit entrefer 29 dont la lar geur est égale à la course de la soupape pilote 15. Un ressort de compression 31 est en outre prévu, pour écarter la masselotte 24 de la butée 28, et ajoute son action au poids de la masselotte pour appliquer la soupape pi lote 15 sur son siège. Le fluide pénètre jusque dans l'espace compris entre le noyau plongeur 24 et l'armature 27, de sorte que le noyau 24 se meut dans le fluide.
L'excitation de l'électro aimant est obtenue par l'amenée de courant électrique par les conducteurs 32, à la bo bine 33 ; quand cette excitation a lieu, la mas- selotte 24, sous l'action du champ magnétique, vient s'appliquer contre la butée 28, et la sou pape pilote 15 est ouverte.
Le fonctionnement de la vanne est le sui vant : tant que l'électro-aimant 26 n'est pas excité, la vanne se trouve dans la position re présentée sur la fig. 1 ; d'une part, la soupape pilote 15 est appliquée sur son siège, par le poids de la masselotte 24 et l'action du res sort 31 ; d'autre part, la soupape principale 7 est appliquée sur son siège, par l'action du res sort conique 19, et celle du piston différentiel 8 soumis aux pressions sensiblement égales ré gnant dans la chambre d'entrée 3 et dans la chambre intermédiaire 9 ; la vanne se trouve donc fermée.
L'excitation de l'électro-aimant 26 provoque l'ouverture de la soupape pilote 15, et met en communication la chambre inter médiaire 9 avec la chambre de sortie 4 ; la pression baisse alors dans la chambre inter médiaire 9 tandis qu'elle reste sensiblement constante dans la chambre 3 ; il en résulte que l'ensemble du piston 8 et de la soupape prin cipale 7 se soulève ; d'où l'ouverture de la vanne.
Lorsque l'excitation de l'électro-aimant cesse, la soupape pilote 15 retombe sur son siège, sous l'action de la pesanteur et du res sort 31, et interrompt la communication entre la chambre intermédiaire 9 et la chambre de sortie 4 ; la pression monte alors dans la cham bre intermédiaire .9, puisque celle-ci reste en communication par l'orifice 12 avec la chambre d'entrée 3 ; il en résulte que la force agissant sur la face supérieure du piston 8, s'accroit, et, ajoutant son action à celle du ressort conique 19, fait redescendre la soupape principale 7 ;
la succion vers le bas, due au passage du fluide au travers de l'orifice limité entre la soupape 7 et son siège, tend à accélérer la fermeture de cette soupape, et l'orifice 12 intervient pour limiter la vitesse de cette fermeture, en s'op posant à un remplissage trop rapide de la chambre intermédiaire 9.
La vanne électromagnétique qu'on vient de décrire se distingue des vannes connues par la présence du tube central 14 autour duquel cou lisse de façon étanche l'ensemble soupape prin cipale - piston différentiel, sur lequel est prévu le siège de la soupape pilote 15, et dont l'inté rieur sert à assurer la communication entre la chambre intermédiaire 9 et la chambre de sor tie 4.
Grâce à cette disposition, la course de la soupape pilote est très réduite ; ce qui per met de commander le mouvement de cette sou pape par un électro-aimant à petit entrefer, donc bien moins important, toutes choses éga les d'ailleurs, que l'électro-aimant à grand en- trefer qu'on devrait utiliser pour obtenir le même résultat avec une vanne de type connu, dans laquelle le siège de la soupape pilote est prévu sur l'ensemble soupape principale - pis ton différentiel, et se déplace avec cet ensem ble.
La vanne représentée sur la fig. 1 se dis tingue, d'autre part, par la présence simultanée d'un orifice de fuite constitué par le petit trou 12 traversant le piston 8, et d'un joint d'étan chéité 13 entre la périphérie de ce piston et la paroi de la chambre intermédiaire 9 dans la quelle il coulisse. En effet, le trou 12 pouvant être très petit, on pourra prévoir une très pe tite soupape pilote pour contrôler le fonction nement de la vanne, et il deviendra possible de réaliser pratiquement des vannes électromagné tiques peu encombrantes, fonctionnant sous des pressions très élevées.
Dans la vanne représentée sur la figure 3, on retrouve la chambre d'entrée 3, la chambre de sortie 4, la chambre intermédiaire 9, la sou pape principale 7, le piston différentiel 8 et le tube central 14. Ici, l'orifice de fuite, qui fait communiquer la chambre d'entrée 3 avec la chambre intermédiaire 9, est constitué par un certain jeu 12' prévu entre le piston 8 et la paroi de la chambre dans laquelle il cou lisse ; la soupape pilote 15 se trouve au bas du tube central 14, tandis que des trous 36, en haut de ce tube, et un trou 37, en bas sur le corps de la vanne, complètent la canalisation de fuite qui met en communication la chambre intermédiaire 9 avec la chambre de sortie 4 ;
la soupape pilote 15 est portée par une tige 38 qui coulisse de façon étanche dans le corps de la vanne ; un ressort de compression 39 tend à faire remonter la tige 38 ; et un électro aimant 41,à petit entrefer 42, est agencé de manière que son excitation provoque la des cente de la tige 38.
Quand l'électro-aimant n'est pas excité, le ressort 39 applique la sou pape pilote 15 sur son siège, ce qui détermine la fermeture de la vanne ; l'excitatioln de l'électro-aimant fait descendre l'armature mo bile 43 sur l'armature fixe 44 ; d'où la des cente de la tige 38, et par suite, l'ouverture de la soupape pilote 15 ; et cette ouverture en- traine celle de la soupape principale 7, pour les raisons exposées à propos de la fig. 1.
La vanne représentée sur la fig. 4 diffère de celle représentée sur la fig. 1, surtout en ce que l'électro-aimant 46 de commande de la soupape pilote 15 est agencé de manière que son excitation provoque la fermeture de la vanne. Dans la position illustrée à .la fig. 4, l'électro-aimant est excité, et son armature mo bile 47 se trouve appliquée sur l'armature fixe 48 ; une vis de réglage 49, solidaire de l'arma ture mobile 47, appuie, par l'intermédiaire d'une rondelle de caoutchouc dur 51, sur l'ex trémité de la tige 52 qui porte la soupape pi lote 15 ; le réglage de la vis 49 est tel, que cette soupape se trouve alors fermée.
Lorsque cesse l'excitation de l'électro-aimant, un ressort de compression 53 rappelle la tige 52 vers le haut; d'où l'ouverture de la soupape pilote 15, et par suite celle de la vanne. Sur la fig. 4, 54 désigne des trous et 56 une cavité qui permet tent la communication entre la chambre inter médiaire 9 et l'intérieur du tube central 14 ; 57 désigne un joint d'étanchéité du passage de la tige 52 dans le chapeau 11 ; en outre, on y a porté des chiffres de référence qui sont les mêmes que certains portés sur la figure 1 ; ces mêmes chiffres désignent des pièces analogues sur les deux figures.
Dans la vanne représentée à la fig. 5, on retrouve aussi des pièces décrites à propos de la fig. 1. Cette vanne comprend, en outre, un orifice de décharge 61 mettant en communi cation,. sous le contrôle d'une soupape de dé charge 62, la chambre de sortie 4, avec une chambre de décharge 63 ; un second piston différentiel 64 est solidaire de cette soupape, et coulisse de façon étanche dans une seconde chambre intermédiaire 66, un joint 67 assurant l'étanchéité ; un manchon 68 solidarise l'en semble soupape principale 7 - piston 8, de l'ensemble soupape de décharge 62 - piston 64 ; ce dernier ensemble coulisse de façon étanche autour du tube central 14, un joint 69 assurant l'étanchéité ;
des trous 71 font com muniquer l'intérieur du tube central 14 avec la seconde chambre intermédiaire 66, laquelle communique avec la chambre de sortie 4, par une canalisation formée des trous 72 et 73, une vis-pointeau 74 permettant de régler le débit du fluide dans cette canalisation. L'orifice de fuite, qui fait communiquer les chambres 3 et 9, est constitué par deux trous 12" et 12"' ; tandis que des trous 76 permettent d'assurer la communication entre la chambre 9 et la cavité 77 située au-dessus de la soupape 15 ainsi qu'avec l'espace compris entre le noyau 24 et l'armature 27.
Le fonctionnement de la vanne représentée à la fig. 5 est le suivant : tant que l'électro aimant 26 n'est pas excité, le poids de la mas- selotte 24 et la force élastique du ressort 31 maintiennent la soupape pilote 15 fermée, et la vanne se trouve dans la position représentée à la fig. 5, c'est-à-dire que la soupape princi pale 7 obture l'orifice 6, tandis que la soupape de décharge 62 n'obture pas l'orifice 61 ;
un appareil récepteur, qui serait relié à la chambre de sortie 4, se trouverait donc isolé de l'appa reil d'alimentation relié à la chambre d'entrée 3, et pourrait évacuer, par l'orifice 61, le fluide qu'il contiendrait, ce fluide passant dans la chambre 63 et, de là, par exemple, dans un réservoir relié à cette chambre.
L'excitation de l'électro-aimant 26 provoque le soulèvement de la soupape pilote 15, ce qui permet, au fluide de la chambre 9, de s'écouler, par le tube central 14, dans la chambre 66 et, de là, par les trous 72 et 73, dans la chambre de sortie 4 ; cet écoulement du fluide entraîne l'ouverture de la soupape principale 7, et la fermeture de la soupape de décharge 62 ; le piston différentiel 64, sur la face inférieure duquel s'exerce la pression régnant dans la chambre 66, maintiendra la soupape 62 fer mée, tandis que le fluide de la chambre 3 pas sera, par l'orifice principal 6, dans la chambre 4, et de là, sera amené dans l'appareil récep teur relié à cette dernière chambre.
Lorsque l'excitation de l'électro-aimant 26 cessera, la soupape pilote 15 se refermera, ce qui entraî nera la montée de la pression dans la chambre 9, et par suite, la descente du piston 8 ; en même temps, le fluide contenu dans la chambre 66 s'écoulera par les trous 72 et 73, et finale ment, la vanne sera de nouveau fermée.
Pour modifier la vitesse de fermeture ou d'ouverture de la vanne, on agira sur la vis- pointeau 74. Si l'on veut, par exemple, réduire la vitesse de fermeture, on vissera la vis- pointeau 74 ; la section de passage du trou 72 s'en trouvera diminuée, et il faudra plus de temps, au fluide contenu dans la chambre 66, pour s'écouler dans la chambre 4 ; d'où, une descente plus lente du piston 64 et de la sou pape principale 7 qui lui est solidaire, et par suite, une fermeture plus lente de la vanne.
En variante, on peut imaginer une vanne du genre de celle représentée à la fig. 5, dans laquelle la soupape pilote 15 serait commandée comme dans la vanne de la fig. 4 ; on réaliserait ainsi une vanne électromagnétique à trois voies, dont la fermeture serait assurée par l'excitation de l'électro-aimant.
D'autre part, au lieu de contrôler le passage du fluide, dans la canalisa tion de fuite, par une soupape pilote 15 mobile par rapport au tube central 14, on pourrait effectuer le même contrôle, avec une soupape pilote fixe, et un tube central mobile dont le mouvement serait contrôlé par l'électro-aimant;
ainsi, il est facile d'imaginer une vanne dans laquelle la tige de la soupape pilote serait fixe par rapport au corps 1, l'électro-aimant étant monté au-dessus de la vanne, de manière qu'il commande le mouvement du tube central 14, celui-ci étant, à cette fin, prolongé, vers le haut, au travers du chapeau 11, et rendu axia- lement mobile ; le joint d'étanchéité 40 (voir fig. 3) n'aurait plus de raison d'être, par contre un joint d'étanchéité devrait être prévu au passage du tube central 14 dans le chapeau 11.