WO2015170042A1 - Insert de decompression pour vanne rotative et vanne rotative equipee d'un tel insert - Google Patents

Insert de decompression pour vanne rotative et vanne rotative equipee d'un tel insert Download PDF

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WO2015170042A1
WO2015170042A1 PCT/FR2015/051168 FR2015051168W WO2015170042A1 WO 2015170042 A1 WO2015170042 A1 WO 2015170042A1 FR 2015051168 W FR2015051168 W FR 2015051168W WO 2015170042 A1 WO2015170042 A1 WO 2015170042A1
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rotary valve
fluid
decompression
insert
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Roger Bey
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Roger Bey
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    • F16K5/08—Details
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    • F16K5/08—Details
    • F16K5/14—Special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together
    • F16K5/20—Special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together for plugs with spherical surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a decompression insert for a rotary valve, this decompression insert being arranged to diffuse a portion of a fluid flowing in a conduit, during a partial opening phase of said rotary valve, said rotary valve comprising a body provided with an upstream segment with an inlet opening and connected to a fluid inlet section in said conduit and a downstream segment provided with a discharge opening and connected to a fluid outlet section in the conduit, the body of said rotary valve having a central recess constituting a seat in which is housed a rotary shutter member, said rotary shutter member having a through channel for passage of fluid through said rotary valve when is at least partially open.
  • the invention also relates to a rotary valve of a fluid flowing in a conduit, comprising a body provided with an upstream segment with an inlet opening and connected to a fluid arrival section in said conduit and a segment downstream end provided with a discharge opening and connected to a fluid outlet section in the conduit, said body having a central recess constituting a seat in which is housed a rotary sealing member, said rotary sealing member having a through channel for passage of fluid through said rotary valve when at least partially open.
  • Prior art A rotary valve of this type is for example illustrated by the publication FR 2 697 888 A1 which describes a ball or ball valve having channels in the ball or plug in order to minimize turbulence during the flow of water. a fluid through the rotary valve. This turbulence is more particularly due to the pressures that are exerted by the fluid passing through the valve at the time of its opening, and in particular in the initial phase of its opening.
  • This type of valve effectively reduces the pressure upstream of the valve seat to allow a conversion of energy due to pressure constraints during the opening phase to a certain opening angle of the valve.
  • the problem of wear of the valves due to these constraints is particularly crucial for valves mounted on ducts which carry very heavy liquids, especially in mineral fillers, such as very erosive sand grains or the like. Indeed, during this opening, the potential energy is suddenly transformed into kinetic energy, thus releasing a fluid moving at high speed, which is a source of erosion and turbulence. This phenomenon also generates vibrations in the valve and further increases the sound level and the mechanical fatigue of this valve.
  • No. 4,276,906 A discloses a ball valve fitted with a substantially cylindrical shutter housed in an outlet duct, axially movable between a closed position and an open position relative to a seat housed in an inlet duct and separate of the outlet duct by a wall.
  • the shutter has orifices for the passage of fluid to the outlet duct which are located in the peripheral wall of the chamber, namely in the wall of the cylindrical section of larger diameter.
  • the shape of this shutter creates a zone of accumulation of impurities in the part high of the chamber, without allowing their evacuation during the total opening of the valve, since the flow does not scan this upper part.
  • this shutter is not a decompression insert in the sense of the invention and does not solve the problems mentioned above related to turbulence in the opening phase of the valve.
  • the publication WO 2009/076228 A2 describes a rotary ball valve provided, downstream of the shutter, in its outlet duct, with a decompression insert that can be mounted in the seat of the valve.
  • This insert is provided with several fluid passages and is formed of a plurality of perforated plates superimposed and oriented perpendicular to the flow.
  • this decompression insert disturbs the flow even at full opening of the shutter.
  • the present invention proposes to overcome the drawbacks of known ball or sphere segment valves by providing a rotary valve in which it is possible to significantly, simply and economically reduce the generation of harmful turbulence during the phase of operation. opening, and accordingly reduce both the wear, especially when the valve is mounted on a conduit that conveys fluids charged, and noise, without impairing the operation of the valve, nor disrupt its flow full aperture.
  • the improvement made to this type of valve can be transposed on almost all valves of this type in the form of a complementary additive element that can be adapted to existing valves.
  • a decompression insert as defined in the preamble, characterized in that said decompression insert comprises at least a first cylindrical section, at least a second cylindrical section whose section is narrowed relative to that of said first section. cylindrical, and at least a third section, said frustoconical shaped connection section for connecting said first section to said second section, and in that said decompression insert comprises means for diffusing said fluid, from the beginning of the opening phase of the rotary valve, said means for diffusing said fluid comprising a plurality of radial openings formed in at least a portion of the walls of the second section and / or the third section, this decompression insert being intended to be disposed at least in the section upstream of the body of said rotary valve.
  • said third section of frustoconical shape has a base whose section is substantially equal to the section of said first cylindrical section and an apex whose section is substantially equal to that of said second cylindrical section.
  • said plurality of radial openings is formed in at least a portion of said second cylindrical section.
  • said plurality of radial openings is formed in at least a portion of said third section called connection section.
  • said plurality of radial openings is provided both in at least a portion of said second cylindrical section and in at least a portion of said connection section.
  • Said decompression insert is advantageously made in the form of a removable element arranged to be put in place and held in position when it is disposed in the body of said rotary valve.
  • said decompression insert is provided with fastening means arranged to hold it in position when it is disposed in the body of said rotary valve.
  • a rotary valve as defined in the preamble, characterized in that it comprises at least one decompression insert, as defined above, disposed at least in said upstream segment of the body of said rotary valve.
  • it comprises two decompression inserts respectively disposed in the upstream segment and the downstream segment of the body of said rotary valve.
  • said decompression insert comprises a first cylindrical section whose outer section is equal to the section of said upstream segment of said rotary valve body, a second cylindrical section whose section is narrowed relative to that of said first section.
  • FIG. 1 is a view in longitudinal section of a first embodiment of a rotary valve of the "ball valve” type, according to the invention, in a partially open position,
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of a rotary valve similar to a ball valve, according to the invention, in a partially open position,
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a third embodiment of a rotary valve similar to a ball valve, according to the invention, in a partially open position,
  • FIG. 4 is a view in longitudinal section of a fourth embodiment of a rotary valve similar to a ball valve, according to the invention, in a partially open position,
  • FIG. 5 is a view in longitudinal section of an embodiment of a rotary valve identical to that of FIG. 1, in fully open position,
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a rotary valve in fully open position, with two identical decompression inserts arranged on either side of the sealing sphere,
  • FIG. 7 is a view in longitudinal section of another embodiment of a rotary valve according to the invention in a fully open position
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a fifth embodiment of a rotary valve similar to a ball valve, according to the invention, in a partially open position
  • Figure 9 is a view similar to Figure 8 showing the valve in fully open position.
  • FIG. 1 represents a so-called rotary valve 10 constituted by a sphere valve or a sphere-segment valve, this rotary valve being mounted on a pipe 11 of a fluid circulating in said pipe 11 and comprising a body 12 provided with an upstream segment 12a with an inlet opening 13a of the fluid conveyed in the duct 1 1 and a downstream segment 12b with a discharge opening 13b of this fluid.
  • the upstream segment 12a is connected to a fluid supply section 11a and the downstream segment 12b is connected to a discharge section 11b of the fluid.
  • the body 12 of the rotary valve 10 comprises a spherical central recess 14 constituting a seat in which is housed a sealing sphere 15, rotatable about an axis perpendicular to the axis of the body 12 of the rotary valve 10.
  • the sphere shutter 15 comprises a through channel 16 whose section is substantially equal to the section of the upstream segment 12a and the downstream segment 12b of the body 12 of the rotary valve 10, so that at full opening the fluid conveyed by the conduit 1 1 can pass freely through the valve 10, without being braked or disturbed by obstacles likely to generate turbulence.
  • valves in particular when they are placed on conduits 1 1 which convey charged fluids, degrade rapidly due to the erosion suffered following the turbulence induced by the fluid passing through the rotary valve 10. It is essential to reduce this turbulence in particular by lowering the pressure at the passage through the valve.
  • the present invention provides a simple and effective solution to reduce these pressures and therefore the erosion experienced by the inner walls of the valve body and the sealing sphere.
  • valve 10 is equipped with at least one decompression insert
  • said decompression insert 20 is composed of a first cylindrical section 21 whose external section is equal to the internal section of said upstream segment 12a of the body 1 2 of the rotary valve 1 0, to less a second cylindrical section 22, whose section is reduced relative to that of said first cylindrical section 21, and a connection section 23, of frustoconical shape, arranged to couple together said first cylindrical section
  • the wall of said connecting section 23 at least and possibly that of said second cylindrical section 22 comprise openings or radial perforations 24 through forming a network of peripheral diffusion orifices.
  • the wall of the first cylindrical section 21 has no radial opening 24 since it is arranged to fit at least the wall of the upstream segment 1 2a of the body 1 2 into which said insert 20 is inserted.
  • This insert 20 is an independent part intended for equipping any type of valves 1 2 and to be held in position by any known fastening means.
  • This insert 20 may be removably mounted inside the valve body 1 2 by a tight fitting, blocked or not by a set screw, by a screwed mounting blocked or not by a locknut, or the like. It can also be permanently mounted inside the valve body 12 by welding or the like.
  • the insert 20 may also comprise a flange forming a fixing flange disposed between the valve body 12 and the duct 11. These examples are of course not limiting.
  • FIG. 1 represents the rotary valve 10 during the opening or closing phase.
  • the closing sphere 15 is rotated in such a way that it closes off the decompression insert 20, while putting the through channel 16 into communication with the space located between the inside of the upstream segment 12a of the body 12 of the valve. 10 and the sections 22 and 23 of the decompression insert 20.
  • This communication is effected through the radial openings 24 in order to reduce the pressure in the upstream sector 12a of the rotary valve 10 during this preliminary phase. opening or closing of the through channel 16.
  • FIG. 2 represents a view similar to that of FIG. 1, showing a rotary ball valve 1, of which practically all the components are identical to those of the rotary valve 10 of FIG. 1, in particular the body 1 12, to the the exception of the sealing sphere 1 15, which is housed in a spherical cavity 1 14 and which is of the type with perforated internal partitions 130 formed inside the through channel 1 16.
  • the Ball valve 1 10 is said to be silent, this characteristic being due to the fact that passages 131 or perforations in partitions 130 allow fluid flow with a reduction in turbulence and therefore noise and wear.
  • It also comprises a decompression insert 20, identical to that of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 1 and shows a rotary valve 210 of which practically all the components are identical to those of the rotary valve 10 of FIG. 1, with the exception of the closing sphere 15 which is replaced by a rotating sphere segment 215, which can rotate between two extreme positions, one corresponding to the full opening of the valve and the other to the total closure of this valve.
  • the sphere segment 215 is housed in a central spherical recess 214 of the body 212 of the rotary valve 210.
  • the partial opening or closing phase, represented in FIG. 3, makes it possible to release part of the pressure upstream of the valve, through the openings or radial perforations 24 formed in the wall of the decompression insert 20 which is similar to the decompression inserts 20 described above.
  • FIG. 4 shows another embodiment of a rotary valve 310 whose body 312 is composed of a central element 312c of cylindrical outer shape, an upstream element 312a and a downstream element 312b mounted on the side and side. other of the central element 312c which are mechanically assembled together.
  • a rotating valve body 310 is easier to manufacture than the valve bodies 12, 12, 212 shown in FIGS. 1 to 3 described above.
  • the shutter element 315 consists of two spherical caps 315a and 315b which delimit between them a through channel 316 and which are disposed inside a central cavity 314 of the body 312.
  • the central cavity 314 formed in the Inside the central element 312c is cylindrical and provided with seats 317 with spherical bearing which are reported in the upstream elements 312a and downstream 312b of the body 312.
  • the operating mode of the rotary valve 310 is identical to that of the rotary valves 10, 1 10, 210 previous and its purpose is also to reduce the pressure upstream.
  • a decompression insert 20 is disposed on each side of the rotary valve 310.
  • the rotary valve 310 can operate in both directions, that is to say that the upstream inlet can become the downstream outlet and reciprocally depending on the direction of flow of the fluid in the conduit 31 1.
  • the two decompression inserts 20 are intended to exert alternately the same functions of reducing the pressure and reducing erosion due to the turbulence of charged waters.
  • FIG. 5 shows the rotary valve 10 of FIG. 1 with full opening.
  • the through channel 16 of the sealing sphere 15, of cylindrical shape has exactly the same section as the upstream segment 12a of the valve and the downstream segment 12b respectively connected to the supply section 11a and the evacuation section 1 1 b of the fluid conveyed in the duct 1 1.
  • This configuration makes the self-cleaning rotary valve 10 fully open, in the sense that there is no accumulation zone inside the valve 10.
  • a single decompression insert 20 is provided on the upstream side of the rotary valve 10, this valve being provided for unidirectional use, from left to right in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows a rotary valve 10 'substantially identical to the rotary valve 10 of Figure 1, fully open, but having the characteristic of being bidirectional.
  • the rotary valve 10 ' comprises two identical decompression inserts respectively located on both sides of the through channel 16, of cylindrical shape, and having strictly the same functions in the direction of circulation of the fluid in the conduit January 1.
  • the upstream side will be rinsed by the incoming flow and the automatic cleaning function will be performed on the side of the inlet of the rotary valve. This side changes depending on the flow direction of the fluid in the conduit 1 1.
  • FIG. 7 shows a rotary valve 10 "derived from the rotary valve 10 'of FIG.
  • This through-channel 16 is in fact spherical in its central part 16c and cylindrical in its end sectors 16a and 16b. At full opening, the passage of the fluid in the body 12 of the rotary valve 10 "is limited to the cross-section. the narrow part of the decompression inserts 20 at the level of the second cylindrical sections 22.
  • FIGS. 8 and 9 show a view similar to that of FIG. 1, showing a rotary ball valve 410, of which practically all the components are identical to those of the rotary valve 10 of FIG. 1, in particular the body 412 represented schematically and the closing sphere 415 housed in a spherical cavity 414 of the body 412. It also comprises a decompression insert 20, substantially identical to that of the embodiment shown in FIG. 1, and disposed in the upstream segment 412a of the body 412 of the rotary valve 410.
  • the through channel 416 comprises a cylindrical upstream section 416a of identical section to that of the second cylindrical section 22 of the insert 20, followed by a frustoconical downstream section 416b flaring from the cylindrical upstream section 416a towards the downstream segment 412b of the body 412 and ending with a section identical to that of said downstream segment 412b of the valve 410.
  • the expanding form of the through channel 416 creates a minimal pressure drop in the fluid carried.
  • the rotary valve 410 equipped with its insert 20 allows, in the opening phase as shown in FIG. Fluid flow with reduced turbulence and therefore noise and wear.
  • shutter element as well as to allow self-cleaning of the valve, thanks to the presence, on the upstream side, in the direction of the circulation of the fluid, of a decompression insert which begins to allow the fluid to pass through. beginning of the opening of the valve, allows the maximum flow rate when the valve is fully open and reduces this flow again at the end of the closing of the valve, without generating an accumulation zone.
  • the present invention is not limited to the examples described above but extends to any modifications or variations obvious to those skilled in the art.
  • the various through channels can be adapted in any type of closure elements, such as spheres or the like, depending on the objectives to be achieved and depending on the parameters of the fluids to be regulated.

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Abstract

L'invention concerne une vanne rotative (10) d'un fluide circulant dans un conduit (11), comportant un corps (12) pourvu d'un segment amont (12a) et d'un segment aval (12b) situés de part et d'autre d'un évidement central (14) constituant un siège dans lequel est logé un élément d'obturation (15) rotatif comportant un canal traversant (16). Elle comporte un insert de décompression (20) disposé dans ledit segment amont (12a) et pourvu d'un premier tronçon cylindrique (21) dont la section extérieure est égale à la section dudit segment amont (12a), d'un second tronçon cylindrique (22) dont la section est rétrécie par rapport à celle dudit premier tronçon cylindrique (21) et d'un troisième tronçon (23), dit tronçon de raccordement de forme tronconique pour relier lesdits premier et second tronçons (21, 22). Cet insert de décompression (20) comporte une pluralité d'ouvertures radiales (24) ménagées dans au moins une de ses parois dudit second et/ou dudit troisième tronçons (22, 23) pour diffuser le fluide vers ledit canal traversant (16) de l'élément d'obturation (15) pendant une phase d'ouverture partielle de ladite vanne rotative (10).

Description

INSERT DE DECOMPRESSION POUR VANNE ROTATIVE ET VANNE
ROTATIVE EQUIPEE D'UN TEL INSERT
Domaine technique
La présente invention concerne un insert de décompression pour une vanne rotative, cet insert de décompression étant agencé pour diffuser une partie d'un fluide circulant dans un conduit, pendant une phase d'ouverture partielle de ladite vanne rotative, ladite vanne rotative comportant un corps pourvu d'un segment amont avec une ouverture d'arrivée et raccordé à un tronçon d'arrivée du fluide dans ledit conduit et d'un segment aval pourvu d'une ouverture d'évacuation et raccordé à un tronçon de sortie du fluide dans le conduit, le corps de ladite vanne rotative ayant un évidement central constituant un siège dans lequel est logé un élément d'obturation rotatif, ledit élément d'obturation rotatif comportant un canal traversant pour assurer le passage du fluide à travers ladite vanne rotative lorsqu'elle est au moins partiellement ouverte.
L'invention concerne également une vanne rotative d'un fluide circulant dans un conduit, comportant un corps pourvu d'un segment amont avec une ouverture d'arrivée et raccordé à un tronçon d'arrivée du fluide dans ledit conduit et d'un segment aval pourvu d'une ouverture d'évacuation et raccordé à un tronçon de sortie du fluide dans le conduit, ledit corps ayant un évidement central constituant un siège dans lequel est logé un élément d'obturation rotatif, ledit élément d'obturation rotatif comportant un canal traversant pour assurer le passage du fluide à travers ladite vanne rotative lorsqu'elle est au moins partiellement ouverte.
Technique antérieure Une vanne rotative de ce type est par exemple illustrée par la publication FR 2 697 888 A1 qui décrit une vanne à bille ou à boisseau comportant des canaux ménagés dans la bille ou le boisseau en vue de minimiser les turbulences lors de l'écoulement d'un fluide à travers la vanne rotative. Ces turbulences sont plus particulièrement dues aux pressions qui sont exercées par le fluide traversant la vanne au moment de son ouverture, et notamment dans la phase initiale de son ouverture.
Ce type de vannes, actuellement très connues et largement utilisées, permet effectivement de réduire la pression en amont du siège de la vanne en vue de permettre une conversion de l'énergie due aux contraintes de pression pendant la phase d'ouverture jusqu'à un certain angle d'ouverture de la vanne. Le problème de l'usure des vannes en raison de ces contraintes est particulièrement crucial pour les vannes montées sur des conduits qui véhiculent des liquides très chargés, notamment en charges minérales, comme des grains de sable très érosifs ou similaires. En effet, lors de cette ouverture, l'énergie potentielle se transforme brusquement en énergie cinétique, libérant ainsi un fluide se déplaçant à grande vitesse, ce qui est source d'érosion et de turbulences. Ce phénomène engendre également des vibrations dans la vanne et augmente en outre le niveau sonore et la fatigue mécanique de cette vanne.
La publication US 4,276,906 A décrit une vanne de régulation à boisseau pourvue d'un obturateur sensiblement cylindrique logé dans un conduit de sortie, mobile axialement entre une position fermée et une position ouverte par rapport à un siège logé dans un conduit d'entrée et séparé du conduit de sortie par une paroi. L'obturateur comporte des orifices pour le passage du fluide vers le conduit de sortie qui sont localisés dans la paroi périphérique de la chambre, à savoir dans la paroi du tronçon cylindrique de plus grand diamètre. D'une part, la forme de cet obturateur crée une zone d'accumulation des impuretés dans la partie haute de la chambre, sans permettre leur évacuation lors de l'ouverture totale de la vanne, puisque le flux ne balaye pas cette partie haute. D'autre part, cet obturateur ne constitue pas un insert de décompression au sens de l'invention et ne permet pas de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus liés aux turbulences en phase d'ouverture de la vanne.
La publication WO 2009/076228 A2 décrit une vanne rotative à bille pourvue, en aval de l'obturateur, dans son conduit de sortie, d'un insert de décompression qui peut être monté dans le siège de la vanne. Cet insert est pourvu de plusieurs passages de fluide et est formé d'une pluralité de plaques trouées, superposées, et orientées perpendiculairement au flux. Ainsi, cet insert de décompression perturbe le flux même à pleine ouverture de l'obturateur.
Enfin la publication US 5,480,123 A appartenant au demandeur décrit une vanne rotative à papillon pourvue de deux inserts de décompression prévus respectivement en amont et en aval de l'obturateur. Les inserts illustrés sont partiels, perturbent le flux même à pleine ouverture de l'obturateur et ne sont pas adaptés à une vanne à sphère. Exposé de l'invention
La présente invention se propose de pallier les inconvénients des vannes à sphère ou à segment de sphère connues en fournissant une vanne rotative dans laquelle on parvient à réduire de façon importante, simple et économique, la génération de turbulences néfastes au cours de la phase d'ouverture, et de réduire en conséquence à la fois l'usure, notamment lorsque la vanne est montée sur un conduit qui véhicule des fluides chargés, et le bruit, sans nuire au fonctionnement de la vanne, ni perturber son flux à pleine ouverture. De surcroît, l'amélioration apportée à ce type de vanne peut être transposée sur quasiment toutes les vannes de ce type sous la forme d'un élément additif complémentaire pouvant être adapté sur les vannes existantes.
Ce but est atteint par un insert de décompression tel que défini en préambule, caractérisé en ce que ledit insert de décompression comporte au moins un premier tronçon cylindrique, au moins un second tronçon cylindrique, dont la section est rétrécie par rapport à celle dudit premier tronçon cylindrique, et au moins un troisième tronçon, dit tronçon de raccordement de forme tronconique pour relier ledit premier tronçon audit second tronçon, et en ce que ledit insert de décompression comporte des moyens pour diffuser ledit fluide, dès le début de la phase d'ouverture de la vanne rotative, lesdits moyens pour diffuser ledit fluide comportant une pluralité d'ouvertures radiales ménagées dans au moins une partie des parois du second tronçon et/ou du troisième tronçon, cet insert de décompression étant destiné à être disposé au moins dans le tronçon amont du corps de ladite vanne rotative.
De manière avantageuse, ledit troisième tronçon de forme tronconique a une base dont la section est sensiblement égale à la section dudit premier tronçon cylindrique et un sommet dont la section est sensiblement égale à celle dudit second tronçon cylindrique.
Selon un premier mode de réalisation, ladite pluralité d'ouvertures radiales est ménagée dans au moins une partie dudit second tronçon cylindrique. Selon un autre mode de réalisation, ladite pluralité d'ouvertures radiales est ménagée dans au moins une partie dudit troisième tronçon appelé tronçon de raccordement. Selon encore un autre mode de réalisation, ladite pluralité d'ouvertures radiales est ménagée à la fois dans au moins une partie dudit second tronçon cylindrique et dans au moins une partie dudit tronçon de raccordement. Ledit insert de décompression est avantageusement réalisé sous la forme d'un élément amovible agencé pour être mis en place et maintenu en position lorsqu'il est disposé dans le corps de ladite vanne rotative.
De manière avantageuse, ledit insert de décompression est pourvu de moyens de fixation agencés pour le maintenir en position lorsqu'il est disposé dans le corps de ladite vanne rotative.
Ce but est également atteint par une vanne rotative telle que définie en préambule, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un insert de décompression, tel que défini ci-dessus, disposé au moins dans ledit segment amont du corps de ladite vanne rotative.
D'une manière avantageuse, elle comporte deux inserts de décompression respectivement disposés dans le segment amont et le segment aval du corps de ladite vanne rotative.
Dans la forme de réalisation préférée, ledit insert de décompression comporte un premier tronçon cylindrique dont la section extérieure est égale à la section dudit segment amont dudit corps de vanne rotative, un second tronçon cylindrique dont la section est rétrécie par rapport à celle dudit premier tronçon cylindrique et un troisième tronçon, dit tronçon de raccordement de forme tronconique pour relier lesdits premier et second tronçons, et en ce que ledit insert de décompression comporte des moyens pour diffuser ledit fluide, dès le début de la phase d'ouverture de la vanne rotative, lesdits moyens pour diffuser ledit fluide comportant une pluralité d'ouvertures radiales ménagées dans au moins une partie du second tronçon et/ou du troisième tronçon.
Description sommaire des dessins
La présente invention et ses avantages ressortiront mieux de la description de plusieurs formes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation d'une vanne rotative du type « vanne à bille », selon l'invention, en position partiellement ouverte,
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une deuxième forme de réalisation d'une vanne rotative similaire à une vanne à sphère, selon l'invention, en position partiellement ouverte,
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une troisième forme de réalisation d'une vanne rotative similaire à une vanne à sphère, selon l'invention, en position partiellement ouverte,
- la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une quatrième forme de réalisation d'une vanne rotative similaire à une vanne à sphère, selon l'invention, en position partiellement ouverte,
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une forme de réalisation d'une vanne rotative identique à celle de la figure 1 , en position entièrement ouverte,
- la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une forme de réalisation d'une vanne rotative en position entièrement ouverte, comportant deux inserts de décompression identiques disposés de part et d'autre de la sphère d'obturation,
- la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation d'une vanne rotative selon l'invention en position entièrement ouverte, - la figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'une cinquième forme de réalisation d'une vanne rotative similaire à une vanne à sphère, selon l'invention, en position partiellement ouverte, et
- la figure 9 est une vue similaire à la figure 8 montrant la vanne en position entièrement ouverte.
Différentes manières de réaliser l'invention
La figure 1 représente une vanne dite rotative 10, constituée d'une vanne à sphère ou d'une vanne à segment de sphère, cette vanne rotative étant montée sur un conduit 1 1 d'un fluide circulant dans ledit conduit 1 1 et comportant un corps 12 pourvu d'un segment amont 12a avec une ouverture d'arrivée 13a du fluide véhiculé dans le conduit 1 1 et d'un segment aval 12b avec une ouverture d'évacuation 13b de ce fluide. Le segment amont 12a est raccordé à un tronçon d'amenée 1 1 a du fluide et le segment aval 12b est raccordé à un tronçon d'évacuation 1 1 b du fluide. Le corps 12 de la vanne rotative 10 comporte un évidement central sphérique 14 constituant un siège dans lequel est logée une sphère d'obturation 15, rotative autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du corps 12 de la vanne rotative 10. La sphère d'obturation 15 comporte un canal traversant 16, dont la section est sensiblement égale à la section du segment amont 12a et du segment aval 12b du corps 12 de la vanne rotative 10, de telle manière qu'à pleine ouverture le fluide véhiculé par le conduit 1 1 puisse passer librement à travers la vanne 10, sans être freiné ou perturbé par des obstacles susceptibles de générer des turbulences.
On a constaté que ce type de vannes, en particulier lorsqu'elles sont placées sur des conduits 1 1 qui véhiculent des fluides chargés, se dégrade rapidement en raison de l'érosion subie suite aux turbulences induites par le fluide traversant la vanne rotative 10. Il est essentiel de réduire ces turbulences notamment en abaissant la pression au niveau du passage au travers de la vanne. La présente invention apporte une solution simple et efficace permettant de réduire ces pressions et par conséquent l'érosion subie par les parois intérieures du corps de vanne et de la sphère d'obturation.
A cet effet, la vanne 10 est équipée d'au moins un insert de décompression
20 agencé pour diffuser une partie du fluide circulant dans un conduit 1 1 , lors d'une phase initiale d'ouverture de la vanne rotative 1 0, cette phase initiale correspondant à l'ouverture partielle illustrée à la figure 1 . En effet, c'est dans cette phase initiale d'ouverture que la pression dans le segment amont 1 2a est la plus élevée et que les turbulences sont fortes à cause notamment de la dépression générée par la partie aval du conduit 1 1 . Bien évidemment, ces mêmes phénomènes se retrouvent lorsque la vanne de rotative 10 est en phase finale de fermeture. Pour permettre de diffuser une partie du fluide, ledit insert de décompression 20 se compose d'un premier tronçon cylindrique 21 , dont la section extérieure est égale à la section intérieure dudit segment amont 12a du corps 1 2 de la vanne rotative 1 0, au moins un second tronçon cylindrique 22, dont la section est réduite par rapport à celle dudit premier tronçon cylindrique 21 , et un tronçon de raccordement 23, de forme tronconique, agencé pour coupler entre eux ledit premier tronçon cylindrique
21 et ledit second tronçon cylindrique 22. La paroi dudit tronçon de raccordement 23 au moins et éventuellement celle dudit second tronçon cylindrique 22 comportent des ouvertures ou perforations radiales 24 traversantes constituant un réseau d'orifices périphériques de diffusion. La paroi du premier tronçon cylindrique 21 ne comporte aucune ouverture radiale 24 puisqu'elle est agencée pour épouser au moins la paroi du segment amont 1 2a du corps 1 2 dans lequel est introduit ledit insert 20. Cet insert 20 est une pièce indépendante prévue pour équiper tout type de vannes 1 2 et pour être maintenue en position par tout moyen de fixation connu. Cet insert 20 peut être monté de manière amovible à l'intérieur du corps 1 2 de vanne par un montage serré, bloqué ou non par une vis pointeau, par un montage vissé bloqué ou non par un contre-écrou, ou similaire. Il peut également être monté de manière définitive à l'intérieur du corps 12 de vanne par soudage ou similaire. L'insert 20 peut également comporter une collerette formant une bride de fixation disposée entre le corps 12 de vanne et le conduit 1 1 . Ces exemples ne sont bien entendu pas limitatifs.
La figure 1 représente la vanne rotative 10 en phase d'ouverture ou de fermeture. La sphère d'obturation 15 est tournée de telle manière qu'elle obture l'insert de décompression 20, tout en mettant en communication le canal traversant 16 avec l'espace localisé entre l'intérieur du segment amont 12a du corps 12 de la vanne rotative 10 et les tronçons 22 et 23 de l'insert de décompression 20. Cette mise en communication s'effectue à travers les ouvertures radiales 24 dans le but de réduire la pression dans le secteur amont 12a de la vanne rotative 10 pendant cette phase préliminaire d'ouverture ou de fermeture du canal traversant 16.
La figure 2 représente une vue similaire à celle de la figure 1 , représentant une vanne rotative 1 10 à sphère, dont pratiquement tous les composants sont identiques à ceux de la vanne rotative 10 de la figure 1 , notamment le corps 1 12, à l'exception de la sphère d'obturation 1 15, qui est logée dans une cavité sphérique 1 14 et qui est du type à cloisons intérieures 130 perforées, ménagées à l'intérieur du canal traversant 1 16. Dans ce système connu en soi, la vanne à sphère 1 10 est dite silencieuse, cette caractéristique étant due au fait que des passages 131 ou perforations dans les cloisons 130 permettent un écoulement du fluide avec une réduction des turbulences et par conséquent du bruit et de l'usure. Elle comporte par ailleurs un insert de décompression 20, identique à celui de la réalisation représentée par la figure 1 , et disposé dans le segment amont 1 12a du corps 1 12 de la vanne rotative 1 10. La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 et représente une vanne rotative 210 dont pratiquement tous les composants sont identiques à ceux de la vanne rotative 10 de la figure 1 , à l'exception de la sphère d'obturation 15 qui est remplacée par un segment de sphère 215 rotatif, qui peut tourner entre deux positions extrêmes, l'une correspondant à la pleine ouverture de la vanne et l'autre à la fermeture totale de cette vanne. Le segment de sphère 215 est logé dans un évidement sphérique central 214 du corps 212 de la vanne rotative 210. La phase d'ouverture ou de fermeture partielle, représentée par la figure 3, permet de libérer une partie de la pression en amont de la vanne, à travers les ouvertures ou perforations radiales 24 ménagées dans la paroi de l'insert de décompression 20 qui est similaire aux inserts de décompression 20 décrits précédemment.
La figure 4 représente une autre forme de réalisation d'une vanne rotative 310 dont le corps 312 est composé d'un élément central 312c de forme extérieure cylindrique, d'un élément amont 312a et d'un élément aval 312b montés de part et d'autre de l'élément central 312c qui sont assemblés mécaniquement entre eux. Un tel corps 312 de vanne rotative 310 est plus facile à fabriquer que les corps 12, 1 12, 212 de vanne représentés par les figures 1 à 3 décrites ci-dessus. L'élément d'obturation 315 se compose de deux calottes sphériques 315a et 315b qui délimitent entre elles un canal traversant 316 et qui sont disposées à l'intérieur d'une cavité centrale 314 du corps 312. La cavité centrale 314 ménagée à l'intérieur de l'élément central 312c est cylindrique et pourvue de sièges 317 à portée sphérique qui sont rapportés dans les éléments amont 312a et aval 312b du corps 312. Le mode de fonctionnement de la vanne rotative 310 est identique à celui des vannes rotatives 10, 1 10, 210 précédentes et son but est également de réduire la pression en amont. On notera qu'un insert de décompression 20 est disposé de chaque côté de la vanne rotative 310. La vanne rotative 310 peut fonctionner dans les deux sens, c'est-à-dire que l'entrée amont peut devenir la sortie aval et réciproquement en fonction du sens de circulation du fluide dans le conduit 31 1 . Les deux inserts de décompression 20 sont destinés à exercer alternativement les mêmes fonctions de réduction de la pression et de diminution de l'érosion due aux turbulences d'eaux chargées.
La figure 5 représente la vanne rotative 10 de la figure 1 à pleine ouverture. On notera que le canal traversant 16 de la sphère d'obturation 15, de forme cylindrique, a exactement la même section que le segment amont 12a de la vanne et que le segment aval 12b respectivement raccordés au tronçon d'amenée 1 1 a et au tronçon d'évacuation 1 1 b du fluide véhiculé dans le conduit 1 1 . Cette configuration rend la vanne rotative 10 autonettoyante à pleine ouverture, en ce sens qu'il n'existe à l'intérieur de la vanne 10 aucune zone d'accumulation. Un seul insert de décompression 20 est prévu du côté amont de la vanne rotative 10, cette vanne étant prévue pour une utilisation unidirectionnelle, de gauche à droite sur la figure 5. A pleine ouverture, le passage d'un dispositif de raclage est possible, même si la section d'une partie de l'insert de décompression 20 est inférieure à la section du conduit 1 1 et à celle des segments amont 12a et aval 12b du corps 12 de ladite vanne rotative 10.
La figure 6 représente une vanne rotative 10' sensiblement identique à la vanne rotative 10 de la figure 1 , à pleine ouverture, mais ayant la caractéristique d'être bidirectionnelle. A cet effet, la vanne rotative 10' comporte deux inserts de décompression 20 identiques respectivement situés des deux côtés du canal traversant 16, de forme cylindrique, et ayant strictement les mêmes fonctions selon le sens de circulation du fluide dans le conduit 1 1 . A pleine ouverture de la vanne rotative 10', le coté amont sera rincé par le flux arrivant et la fonction de nettoyage automatique s'effectuera du côté de l'entrée de la vanne rotative. Ce côté change en fonction du sens de circulation du fluide dans le conduit 1 1 . La figure 7 représente une vanne rotative 10" qui dérive de la vanne rotative 10' de la figure 6, du fait qu'elle est bidirectionnelle et comporte deux inserts de décompression 20 identiques respectivement situés des deux côtés du canal traversant 16 ayant une forme complexe. Ce canal traversant 16 est en effet sphérique dans sa partie centrale 16c et cylindrique dans ses secteurs d'extrémité 16a et 16b. A pleine ouverture, le passage du fluide dans le corps 12 de la vanne rotative 10" est limité à la section de la partie étroite des inserts de décompression 20 au niveau des seconds tronçons cylindriques 22.
Les figures 8 et 9 représentent une vue similaire à celle de la figure 1 , représentant une vanne rotative 410 à sphère, dont pratiquement tous les composants sont identiques à ceux de la vanne rotative 10 de la figure 1 , notamment le corps 412 représenté schématiquement et la sphère d'obturation 415 logée dans une cavité sphérique 414 du corps 412. Elle comporte également un insert de décompression 20, sensiblement identique à celui de la réalisation représentée par la figure 1 , et disposé dans le segment amont 412a du corps 412 de la vanne rotative 410. Les différences résident dans le canal traversant 416 de la sphère d'obturation 415 qui présente une forme complexe de type « Venturi », et dans l'insert 20 dont les ouvertures radiales 24 sont ménagées uniquement dans le second tronçon cylindrique 22. Le canal traversant 416 comporte un tronçon amont cylindrique 416a de section identique à celle du second tronçon cylindrique 22 de l'insert 20, suivi d'un tronçon aval tronconique 416b s'évasant du tronçon amont cylindrique 416a vers le segment aval 412b du corps 412 pour se terminer par une section identique à celle dudit segment aval 412b de la vanne 410. En pleine ouverture telle que représentée à la figure 9, la forme en expansion du canal traversant 416 permet de créer une perte de charge minimale dans le fluide véhiculé. Dans cette réalisation également, la vanne rotative 410 équipée de son insert 20 permet, en phase d'ouverture telle que représentée à la figure 8, un écoulement du fluide avec une réduction des turbulences et par conséquent du bruit et de l'usure.
Possibilités d'application industrielle
Ces différents modes de réalisation ont des fonctionnements similaires et permettent tous d'atteindre les buts fixés par l'invention, à savoir réduire la pression du côté amont, diminuer le bruit, les turbulences et l'érosion du corps de la vanne et de l'élément d'obturation, ainsi que de permettre un auto- nettoyage de la vanne, grâce à la présence, du côté amont, dans le sens de la circulation du fluide, d'un insert de décompression qui commence à laisser passer le fluide au début de l'ouverture de la vanne, autorise le débit maximum à pleine ouverture de la vanne et réduit à nouveau ce débit en fin de fermeture de la vanne, sans générer de zone d'accumulation.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus mais s'étend à toutes modifications ou variantes évidentes pour l'homme de l'art. Les différents canaux traversants peuvent être adaptés dans tout type d'éléments d'obturation, tels que des sphères ou similaires, selon les objectifs à atteindre et en fonction des paramètres des fluides à réguler.

Claims

Revendications
1. Insert de décompression (20) pour une vanne rotative (10, 10', 10" 110, 210, 310, 410), cet insert de décompression étant agencé pour diffuser une partie d'un fluide circulant dans un conduit (11, 111, 211, 311, 411) pendant une phase d'ouverture partielle de ladite vanne rotative, ladite vanne rotative comportant un corps (12, 112, 212, 312, 412) pourvu d'un segment amont (12a, 112a, 212a, 312a, 412a) avec une ouverture d'arrivée (13a) et raccordé à un tronçon d'arrivée (11a, 111a, 211a, 311a, 411a) du fluide dans ledit conduit et d'un segment aval (12b, 112b, 212b, 312b, 412b) pourvu d'une ouverture d'évacuation (13b) et raccordé à un tronçon de sortie (11b, 111b, 211b, 311b, 411b) du fluide dans le conduit, ledit corps (12, 112, 212, 312, 412) ayant un évidement central (14, 114,214, 314, 414) constituant un siège dans lequel est logé un élément d'obturation (15, 115, 215, 315, 415) rotatif, ledit élément d'obturation (15, 115, 215, 315, 415) comportant un canal traversant (16, 116, 216, 316, 416) pour assurer le passage du fluide à travers ladite vanne rotative (10, 10', 10", 110,210, 310, 410) lorsqu'elle est au moins partiellement ouverte, caractérisé en ce que ledit insert (20) de décompression comporte au moins un premier tronçon cylindrique (21), au moins un second tronçon cylindrique (22), dont la section est rétrécie par rapport à celle dudit premier tronçon cylindrique (21 ), et au moins un troisième tronçon (23), dit tronçon de raccordement de forme tronconique pour relier ledit premier tronçon audit second tronçon, et en ce que ledit insert de décompression (20) comporte des moyens pour diffuser ledit fluide, dès le début de la phase d'ouverture de la vanne rotative, lesdits moyens pour diffuser ledit fluide comportant une pluralité d'ouvertures radiales (24) ménagées dans au moins une partie des parois dudit second tronçon (22) et/ou du troisième tronçon (23) dit tronçon de raccordement, cet insert de décompression étant destiné à être disposé au moins dans le segment amont (12a, 1 12a, 212a, 312a, 412a) du corps (12, 1 12, 212, 312) de la vanne rotative (10, 1 10, 210, 310).
2. Insert de décompression selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit troisième tronçon (23) de forme tronconique a une base dont la section est sensiblement égale à la section dudit premier tronçon cylindrique (21 ) et un sommet dont la section est sensiblement égale à celle dudit second tronçon cylindrique (22).
3. Insert de décompression selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures radiales (24) est ménagée dans au moins une partie dudit second tronçon cylindrique (22).
4. Insert de décompression selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures radiales (24) est ménagée dans au moins une partie dudit troisième tronçon (23) appelé tronçon de raccordement.
5. Insert de décompression selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures radiales (24) est ménagée à la fois dans au moins une partie dudit second tronçon cylindrique (22) et dans au moins une partie dudit troisième tronçon (23) dit tronçon de raccordement.
6. Insert de décompression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un élément amovible agencé pour être mis en place et maintenu en position lorsqu'il est disposé dans le corps de ladite vanne rotative.
7. Insert de décompression selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est pourvu de moyens de fixation agencés pour le maintenir en position lorsqu'il est disposé dans le corps de ladite vanne rotative.
8. Vanne rotative (10, 10', 10", 1 10, 210, 310, 41 0) d'un fluide circulant dans un conduit (1 1 , 1 1 1 , 21 1 , 31 1 , 41 1 ), comportant un corps (12, 1 12, 212, 312, 412) pourvu d'un segment amont (12a, 1 12a, 212a, 312a, 412a) avec une ouverture d'arrivée (13a) et raccordé à un tronçon d'arrivée (1 1 a, 1 1 1 a, 21 1 a, 31 1 a, 41 1 a) du fluide dans ledit conduit (1 1 , 1 1 1 , 21 1 , 31 1 , 41 1 ) et d'un segment aval (12b, 1 12b, 212b, 312b, 412b) pourvu d'une ouverture d'évacuation (13b) et raccordé à un tronçon de sortie (1 1 b, 1 1 1 b, 21 1 b, 31 1 b, 41 1 b) du fluide dans le conduit (1 1 , 1 1 1 , 21 1 , 31 1 , 41 1 ), ledit corps ayant un évidement central (14, 1 14, 214, 314, 414) constituant un siège dans lequel est logé un élément d'obturation (15, 1 15, 215, 315, 415) rotatif, ledit élément d'obturation comportant un canal traversant (16, 1 16, 216, 316, 416) pour assurer le passage du fluide à travers ladite vanne rotative lorsqu'elle est au moins partiellement ouverte, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un insert de décompression (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, disposé au moins dans ledit segment amont (12a, 1 12a, 212a, 312a, 412a) du corps (12, 1 12, 212, 312, 412) de ladite vanne rotative (10, 10', 10", 1 10, 210, 310, 410).
9. Vanne rotative selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte deux inserts de décompression (20) respectivement disposés dans le segment amont (12a, 1 12a, 212a, 312a, 412a) et le segment aval (12b, 1 12b, 212b, 312b, 412b) du corps (12, 1 12, 212, 312, 412) de ladite vanne rotative (10, 10', 10", 1 10, 210, 310, 410).
10. Vanne rotative selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que ledit insert de décompression (20) comporte un premier tronçon cylindrique (21 ) dont la section extérieure est égale à la section dudit segment amont (12a), un second tronçon cylindrique (22) dont la section est rétrécie par rapport à celle dudit premier tronçon cylindrique (21 ) et un troisième tronçon (23), dit tronçon de raccordement de forme tronconique pour relier lesdits premier et second tronçons (21 , 22), et en ce que ledit insert de décompression (20) comporte des moyens pour diffuser ledit fluide, dès le début de la phase d'ouverture de la vanne rotative, lesdits moyens pour diffuser ledit fluide comportant une pluralité d'ouvertures radiales (24) ménagées dans au moins une partie des parois dudit second tronçon (22) et/ou dudit troisième tronçon (23) dit tronçon de raccordement de l'insert de décompression (20).
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