L'objet de l'invention concerne la technologie des vannes ayant un obturateur en rotation comme les vannes papillon, donné à titre d'exemple. L'invention vise à réduire les temps d'ouverture et de fermeture des papillons, à améliorer leur étanchéité en utilisant un minimum de puissance et à pouvoir effectuer ces opérations dans n'importe quelles conditions de fonctionnement.

Les vannes ayant un obturateur comme les vannes papillon sont utilisées dans de nombreux secteurs de l'industrie pour gérer la distribution des fluides gazeux, liquides ou multiphasique (mélange liquide vapeur gaz). Plus récemment, on voit apparaître l'utilisation de ces vannes pour le contrôle des phases de remplissage, de détente des gaz ou de renouvellement d'air des tubes à détonation ou des chambres de combustion à volume constant de certains moteurs aérobies utilisés dans l'aéronautique. Ces nouveaux moteurs nécessitent des vannes à ouverture rapide (par exemple dans une turbine à gaz, pour contrôler la ligne de fonctionnement afin d'éviter le pompage du compresseur). Mais cette rapidité d'ouverture et de fermeture est également requise pour augmenter les fréquences de cycles de chaque tube afin d'améliorer les performances du moteur. Pour donner un ordre d'idée ces vannes peuvent fonctionner de quelques dizaines d'Hertz à mille Hertz voire plus. Ainsi une durée de l'ordre de 1 à 2 millisecondes (voire moins) est recherchée pour ouvrir ou fermer ce type de vanne. Le brevet WO 2003/023206 (20.03.2003) donne un exemple d'application de cette technologie des moteurs aérobies. Pour améliorer l'étanchéité de la vanne papillon, ce brevet propose d'utiliser une vanne papillon à axe excentré créant ainsi 2 secteurs de surfaces inégales situées de part et d'autre de cet axe. Cependant l'invention présentée dans le brevet WO 2003/023206 (Macarez 20.03.2003) ne permet pas d'ouvrir ou fermer la vanne continûment au cours de fonctionnement normal de la vanne. C'est soit : accroître l'étanchéité de la vanne, soit : réduire le temps d'ouverture, car la position de l'axe est fixe par rapport au carter de la vanne, seule la rotation de l'axe est possible. Cela dépendait donc du choix initial de décentrage de l'axe du papillon, lors de l'assemblage initial de la vanne au cours de sa fabrication. Selon que l'axe était placé d'un côté ou de l'autre côté de l'axe théorique on favorisait une bonne étanchéité ou une ouverture rapide.

L'utilisation d'un axe excentré n'est pas nouvelle et de nombreux brevets proposent déjà ce type de conception. Cependant la plupart de ces brevets recherchaient à améliorer l'étanchéité du papillon (EP 0 020239 ou FR7913175) ou améliorer l'étanchéité du papillon dans les deux sens d 'écoulement,! Application 2013261464 du 18.12.2013 AMANO FUMIAKI) ou minimiser l'obstruction au passage du fluide et améliorer la protection thermique (WO2012038353). D'autres vannes comme le brevet (WO2014175886) sont des vannes à double compensation utilisant ^également un décentrage de l'axe. Bien que la conception du brevet présenté ici peut-être utilisé dans tous les domaines d'application des vannes ayant un axe de rotation et une pièce obturant le passage du fluide comme les vannes papillon donné à titre d'exemple, le dispositif selon l'invention a pour objectif de diminuer les durées d'ouverture, diminuer les durées de fermeture , améliorer l'étanchéité de la vanne et diminuer la puissance requise pour ouvrir et fermer l'obturateur ou le papillon.

Ceci est obtenu grâce au décentrage latéral continûment variable de l'axe du papillon par rapport à son centre théorique qui peut s'effectuer à tout moment, même lors du fonctionnement normal de la vanne installée sur le tube ou la conduite de gaz. Ainsi les temps d'ouverture et de fermeture deviennent quasiment instantanés même sous très forte pression. La seule condition requise est qu'il existe une différence de pression entre ¹ l'amont et l'aval du papillon ou de l'obturateur. Il devient également possible de contrôler à distance le fonctionnement des vannes papillons, soit à l'aide de câbles électriques ou par des systèmes de communication numérique telle que le wifi.

Lorsque les différences de pressions situées en amont et en aval du papillon sont importantes et qu'elles sont appliquées sur des surfaces inégales du papillon, elles créent un couple de forces sur l'axe du papillon. C'est ce couple qui permet d'accroître l'étanchéité, ou d'obtenir une ouverture rapide. Ce couple est d'autant plus important que le décentrage est grand. L'un des intérêts de cette invention est qu'il devient possible de mouvoir continûment le papillon avec un minimum d'énergie même sous-forte différence de pression.

Description de l'invention Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures représentant des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple et non limitatifs.

L'objet de l'invention concerne la technologie des vannes 1 qui régulent le fluide grâce à la rotation d'un obturateur ou d'un papillon 7. Cette invention vise à réduire les temps d'ouverture et de fermeture des papillons 7, à améliorer leur étanchéité en utilisant un minimum de puissance et à effectuer ces opérations dans n'importe quelles conditions de fonctionnement.

Lorsque les différences de pression situées en amont et aval du papillon 7 sont importantes, il est nécessaire de fournir une puissance significative pour ouvrir ou fermer le papillon 7. L'objet de cette invention est d'utiliser le désaxage continûment variable comme un moyen utile de limiter la puissance requise pour réguler l'ouverture ou fermeture rapide du papillon 7. Ceci est rendu possible en contrôlant le déplacement de la position 5 représentant le lieu d'application des forces sur l'axe 16 afin d'accentuer le couple d'ouverture (ou de fermeture) selon qu'on souhaite ouvrir ou fermer le papillon 7. Nomenclature

1 - Ensemble vanne papillon

2 - Levier de commande

3 - Axe de rotation du levier 4

4 - Bras de levier transmission de mouvement

5 - Position occupée par une ou les deux extrémités de l 'axe 16

6 - Carter de la vanne 1

6A - Lèvre de forme particulière du carter 6 situé du côté de la surface 7A

6B - Lèvre de forme particulière du carter 6 situé côté de la surface 7B

7 - Obturateur ou Papillon

7 A - surface 7 A du papillon 7

7B - surface 7B du papillon 7

8 - Axe d'assemblage du bras de levier 4 et du levier 2

9 - rotule ou ensemble rotule de rotation

10A - Gorge supérieure dans le papillon 7

10B - Gorge supérieure dans le carter 6

1 1 - Came

12 - Levier de commande de la came d'appui 12

13 - Axe de la came 1 1

14 - Vérin ou moteur électromagnétique ou système piézoélectrique ou moteur à déplacement linéaire, ou vérin hydraulique.

15 - Pivot 15

16 - Axe théorique (si le papillon 7 et l'axe 16 sont une même pièce) ou axe physique traversant le papillon 7 (si le papillon 7 et l'axe 16 sont des pièces distinctes) .

17 - Levier de commande

18 - Axe de raccordement du levier 17 avec l'axe 16

19 - Ressort ou vérin ou dispositif élastique

20 - Dispositif de commande de changement de position 5 de l'axe 16

21 - Câble électrique d 'alimentation en puissance et de contrôle de la motorisation du papillon 7

22 - Dispositif destiné à guider en rotation l'une ou les deux extrémités de l'axe 16 (par exemple roulement, palier, coussinet ...)

23A - Gorge inférieure dans le papillon 7

23B - Gorge inférieure dans le carter 6

24 - Limite de séparation des zones de pression d 'un fluide diphasique ou de 2 fluides de différente phase (liquide, gaz)

25 - Flasque avant du papillon 7

26 - Flasque arrière du papillon 7

27 - Cavité à l'intérieur du papillon 7 28 - Pile ou batterie d 'alimentation

29 - Glissière

30A - Sortie du carter 6

30B - pièce rapportée à la sortie du carter 6

31 - Diamètre augmenté du carter 6 ou diamètre intérieur de la pièce 30

32 - Alvéole

33 - Languette d'étanchéité de passage de l'axe 16

34 - Illustration d' un point de contact entre le papillon 7 et le diamètre 31

35 - Extrémités, face d'appuLsurfaces ou flanc des lèvres 6A ou 6B

36 - Trajectoire Μ,Μ' lieu des positions 5 pour un système de commande 20

DESCRIPTION DES FIGURES

Dans cette description lorsque l'axe 16 et le papillon 7 forment une même pièce ou sont plusieurs pièces assemblées pour former une seule et même pièce, l'axe 16 signifie l'axe « théorique » qui passe au moins par une position 5 de l'axe 16.

Lorsque l'axe 16 et le papillon 7 ne sont pas la même pièce, l'axe 16 signifie qu'il s'agit d'un axe de rotation « physique » du papillon 7. L'axe 16 est une pièce distincte du papillon 7.

Les positions S de l'axe 1 se situent sur une trajectoire allant de M à M' et de M' à M comme indiqué à titre d'exemple sur la figure 1 .Cette trajectoire latérale représente le déplacement de l'axe 16 sur ses 2 côtés même lorsqu'il est en rotation avec le papillon 7. Cette trajectoire peut être une courbe MM' mais elle peut également être une ligne droite ou tout autre forme de trajectoire . Par exemple la trajectoire 36 montrée sur la figure 10 se fait autour de l'axe 3 avec le levier 4 , alors que sur la figure 14 elle se fait en arc de cercle autour de l'axe 13 avec la came 11 . Par exemple sur la figure 30 le roulement 22 représentant la position 5 de l'axe 16, se déplace sur une trajectoire latérale qui est la ligne droite MM' . La forme de la trajectoire MM' dépend du dispositif de commande 20 choisi. Un autre exemple, si l'obturateur 7 n'est plus un papillon mais présente une forme carrée ou rectangulaire, la trajectoire MM' pourra également être une droite.

Les positions M et M' sont donc variables et elles dépendent du type d 'application pratique. Par exemple pour les applications montrant de grande différence de pression amont/aval (comme dans les combustions isochores ou dans les moteurs à détonation) il sera possible d 'avoir des déplacements de M à M' de quelques millimètres (par exemple) afin d'ouvrir quasi instantanément le papillon 7. Dans ce type d'application la fermeture peut durer plus longtemps que l'ouverture. Pour d'autres applications, par exemple avec des fluides de grande viscosité, cela nécessitera des déplacements de M à M' beaucoup plus grand (plusieurs centimètres) avec des durées de déplacements de la position 5 plus lent car la viscosité du fluide exigera plus de puissance pour mettre en rotation le papillon 7. L'axe XX' montré sur la figure 1 , est celui où le couple de rotation est nul. C'est-à-dire la position 5 de l'axe 16 où les surfaces 7 A et 7B sont égales.

Les figures 1 à 8 décrivent le fonctionnement du dispositif, objet de l'invention.

Les figures 9 à 35 sont les descriptions d'applications pratiques de l'invention données comme exemple.

Le fonctionnement de la vanne 1 est présenté page 9 au paragraphe « Description du fonctionnement ».

Les points M , M' ou Ν,Ν' indiquées sur les figures suivantes sont des exemples de positions 5 de l'axe 16 au cours de son déplacement latéral d'un côté ou de l' autre de la position d'équilibre représenté par l'axe théorique XX' . D'autres positions intermédiaires sont possibles entre ces valeurs Μ,Μ',Ν,Ν ' .

La longueur des gorges 10A,10B,23A et 23B dépend de l'application pratique choisie. Remarque : Pour faciliter la lecture des figures 9 à 35, les moteurs ou vérins 14 sont présentés sans être reliés au carter 6 . Il est cependant entendu que dans la pratique ces moteurs 14 seront installés soit à l'extérieur du papillon 7 directement sur le carter 6 ou sur un bâti extérieur (bâti moteur par exemple) , soit installés à l'intérieur du papillon 7. · La figure 1 est un schéma de fonctionnement de la vanne 1 vue de face qui montre:

o deux déplacements X'M ef X'M' de l'axe 16 représentés par 2 positions 5 , M et' M' de l'axe 16 . L'axe 1 peut se déplacer latéralement entre ces 2 positions 5 selon le besoin.

o Un exemple de déplacement latéral de l'axe 16 à partir du point d'articulation situé en X' (comme exemple). Ce point d'articulation peut être une rotule 9.

o la différence des surfaces 7A et 7B du papillon 7 résultant de ce changement de position 5 de M à M' . L'exemple donné figure 1 montre la surface du secteur 7A (grisée) supérieure à la surface du secteur 7B (couleur blanche). La position 5 de l'axe 16 peut occuper,selon le besoin, n'importe quelle position sur la trajectoire M et M' .

• La figure 2 est un schéma de fonctionnement de la vanne 1 vue de dessus qui montre:

o le changement de position 5 de M à M' (ou de M'à M)

o deux exemples de fonctionnement selon que la position 5 est en M ou en M' . o les forces FA et FB résultant de l'application des pressions amont et avale sur les surfaces 7A et 7B . Dans cet exemple, la pression amont est supérieure à la pression avale et la force FA résultante (grisée) , est supérieure à la force FB (blanche) car la surface 7A (grisée) est supérieure à la surface 7B. Dans ces conditions la position 5 est M ' (ouverture) . Si la position 5 bascule vers M, on a

FB > FA car la surface 7B deviendra supérieure la surface 7A.

o les formes particulières des lèvres 6A et 6B du carter 6 de la vanne papillon 1 .

Les surfaces 35 des lèvres 6A et 6B arrêtent la rotation du papillon 7 et permettent d 'accroître son étanchéité. En déplaçant la position 5 de l ' axe 16 vers une position M' plus éloignée de l ' axe d' équilibre XX' , on accroît le couple de fermeture et donc l'étanchéité du papillon 7.

La figure 3 donne un schéma de fonctionnement de la vanne 1 en position fermée vue de dessus avec des pressions amonf (P+) supérieures aux pressions avale (P- à titre d'exemple) .

• La figure 4 donne un schéma de fonctionnement de la vanne 1 en cours d ' ouverture vue de dessus. Cette figure 4 montre des exemples de position du papillon 7 variables en fonction de la position 5 de l' axe 16, dont la trajectoire latérale varie de M à M' (ou M' à M) jusqu ' à obtenir la pleine ouverture (ou pleine fermeture) et l 'égalisation des pressions (P=) à pleine ouverture. Sur cette figure 4 on note également que le papillon

7 peut basculer vers le côté aval, en sortie de la vanne 1 . Nous reviendrons sur ce sujet plus loin dans la description du fonctionnement.

• La Figure 4.1 est une vue de détail du changement de position 5 de M' vers M. La force Fl est la force initiale de déplacement latéral de fermeture du papillon 7. Cette force Fl est fournie par le moteur 14 de l 'un des dispositifs 20 décrits dans les figures 9 à

35.

• La figure 5 est une vue de ¾ d' un exemple de vanne 1 qui montre:

o un exemple de trajectoire du déplacement latéral de la position 5 de M à M ' o le papillon 7 avec les deux surfaces variables 7 A ef 7B

o le carter 6 avec les lèvres 6A et 6B ainsi que des coupes hachurées montrant les surfaces des extrémités 35 et les formes du carter 6 à différents endroits, o Un exemple de forces FB et FA qui sont coloriées grise lorsque FA > FB (ouverture) et de couleur noire lorsque FB > FA (fermeture)

• La figure 6 est une vue de face d' un exemple de vanne 1 qui montre:

o l'axe central XX' ef les axes X' M et X 'M ' que peut occuper l' axe 16 de rotation du papillon 7 articulé à partir de sa base X' ,

o un exemple de trajectoire (ici trajectoire courbe) ,entre les points M et M' définissant les positions 5 de l 'axe 16,

o le papillon 7, et son périmètre extérieur

o les lèvres 6A et 6B du carter 6 ,

o les extrémités 35 des lèvres 6A et 6B situées en haut et en bas du carter 6 o la gorge 10A du papillon 7 et la gorge 10B située dans le carter 6. Ces gorges

10A et 10B sont destinées au passage de l 'axe 1 6, lorsqu 'il est connecté à un des dispositifs 20 de commande des positions 5 situé à l'extérieur du papillon 7, comme montré sur les figures 9 à 28 et 34 à 35.

o la gorge 23B au bas du carter 6 qui permet le passage de la partie basse de l'axe 16 lors du basculement du papillon 7.

La figure 7 est une vue de ¾ du carter 6 qui montre:

o le carter 6 comprenant deux alvéoles 32 localisées sur le diamètre intérieur 31 de la sortie 30A du carter 6 . Ces alvéoles 32 se situent aux niveaux haut et bas

(selon le besoin) du papillon 7 et évitent que la périphérie du papillon 7 vienne en contact avec le diamètre intérieur 31 lors de son ouverture,

o l'emplacement des gorges 10B et 23B permettant le passage de l'axe 16 lors d'un changement de position 5.

• La figure 8 est une vue de ¾ du carter 6 et de la pièce 30B qui montre le carter 6 avec une pièce 30B ajoutée à sa sortie et dont le diamètre intérieur 31 est plus grand que le diamètre intérieur du carter 6. Le carter 6 et la pièce 30B peuvent être une même pièce ou 2 pièces distinctes. Ce dispositif à diamètre 31 augmenté, évite la fabrication des deux alvéoles 32.

• La figure 8.1 montre un exemple de contact 34 entre le papillon 7 et le diamètre intérieur 31 de la pièce 30 ou du carter 6 lorsqu'on ouvre le papillon 7.

Les figures 9,10 et 1 1 sont les vues en coupe suivant AA, vue de face et vue de dessus d'un premier exemple de vanne 1 montrant un dispositif 20 de commande de position 5 de l'axe 1 6 dont le déplacement latéral et le basculement s'effectuent à partir d'une rotule 9 située à la base X' . Ce dispositif utilise un moteur 14 qui actionne le levier 4 pour changer la position 5 de l'axe 16.

• Les figures 12, 13 et 14 sont respectivement les vues en coupe suivant AA, vue de face et vue de dessus d 'un autre exemple de vanne 1 montrant un dispositif 20 de commande de position 5 de l' axe 16 articulé à partir d' une rotule 9 située à la base X' . Ce dispositif utilise un moteur 14 qui actionne la came 11 . Ces figures 12, 13 et 14 montrent également le ressort 1 9.

• Les figures 15,1 6 et 17 sont respectivement les vues en coupe suivant AA, vue de face et vue de dessus d 'un autre exemple de vanne 1 montrant un dispositif 20 de commande de position 5 de l' axe 16 articulé à partir d'une rotule 9 située à la base X' . Ce dispositif utilise plusieurs moteurs ou vérins 14 dans lesquels les pivots 15 peuvent se rétracter ou sortir. Elle montre également le ressort 19.

Les figures 18 et 19 montrent les formes particulières des surfaces (35) des lèvres 6A et 6B du carter 6 dont les formes peuvent être :

o carrée

o chanfreinée

o ou arrondie. o On note figure 1 que les lèvres intérieures 6A et 6B peuvent être arrondies des 2 côtés , amont et aval, du carter 6 afin de réduire les pertes de charges par turbulence lorsque le fluide s'écoule. Ces formes adoucies sont bien connues dans la fabrication des vannes papillon.

· Les figures 20 ,21 et 22 sont respectivement les vues en coupe suivant AA, vue de face et vue de dessus d'un autre exemple de vanne 1 montrant un dispositif 20 de commande de position 5 de l'axe 16 articulé à partir d'une rotule 9 située à la base X'. Ce dispositif utilise un moteur ou un vérin 14, qui déplace linéairement le pivot 15 représentatif du changement de la position 5 de l'axe 16. Elle montre également le ressort 19.

• Les figures 23 ,24 et 25 sont respectivement les vues en coupe suivant AA, vue de face et vue de dessus montrant :

o un autre exemple de vanne 1 comportant un dispositif 20 de commande de position 5 de l'axe 16 articulé à partir d'une rotule 9 située à la base X' .

o un axe 16 physique, articulé à partir d'une rotule 9 située à la base X' et mobile au sein de la gorge 10. L'axe 16 et le papillon 7 ne sont pas la même pièce. o la languette d'étanchéité 33 situé à la sortie de la gorge 10B où passe l'axe 1 6. o Le roulement ou coussinet 22

• Les figures 26 ,27 et 28 sont respectivement les vues en coupe suivant AA, vue de face et vue de dessus montrant :

o Un autre exemple de dispositif 20 de commande de position 5 de l'axe 16 non articulé à partir d'une rotule. Ce dispositif change les positions 5 de l'axe 16 suivant 2 trajectoires latérales M à M' et N à ' .

o Ici, l'axe 16 qui est une pièce distincte du papillon 7, se déplace latéralement de droite à gauche (et de gauche à droite) dans les gorge 10 A,10B et 23A,

23B. Cette gorge 10 se prolonge de bas en haut sur tout le diamètre du papillon 7.

o Les roulements ou coussinets 22 - situés aux deux positions S (haut et bas) de l'axe 16 . Ces roulements 22 réduisent les forces de frottements lorsqu'ils roulent dans cet exemple, dans les gorges 10A et 23A

o La gorge Ί 0Β qui permet de connecter l'axe 16 avec son système de commande 20 en utilisant l'axe 17A et l'articulation 18A

o La gorge 23B qui permet de connecter l'axe 16 avec son système de commande 20 en utilisant l'axe 17B et l'articulation 18B

o La limite 24 du mélange de 2 fluides à viscosité très différente (donné comme exemple) . Le fluide en bas est plus dense et plus visqueux (par exemple un liquide), alors que le fluide au-dessus peut être un gaz.

o les languettes d'étanchéité 33 haut et bas de passage de l'axe 16. • Les figures 29,30 ef 31 sont respectivement les vues en coupe suivant AA, vue de face et vue de dessus montrant :

o un autre exemple de vanne 1 comportant un dispositif 20 de commande de position 5 de l' axe 16 articulé à partir d'une rotule 9 située à la base X' .

o avec un moteur électromagnétique ou un moteur piézoélectrique 14 de commande de déplacement linéaire le pivot 15 situé à l'intérieur dans la cavité 27 du papillon 7

o l'arrivée de puissance électrique et du contrôle du moteur 14 qui se font grâce au câble 21 traversant l'ensemble rotule d' articulation 9.

o Une batterie ou un accumulateur 28 également situé à l'intérieur de la cavité

27 du papillon 7.

o Les flasques 25 ef 26 formant la cavité 27 du papillon 7

o Le ressort 19 sur la figure 31 permet d'aider à la fermeture du papillon 7.

Les figures 32 ef 33 sont une autre variante déjà présentée dans les figures 29,30 et 31 et montre :

o Un autre exemple de dispositif 20 de commande de position 5 de l'axe 16 non articulé à partir d 'une rotule et dont le dispositif 20 de commande se situe à l'inférieur su papillon 7. Ce dispositif change les positions 5 de l'axe 16 suivant 2 trajectoires latérales M à M' et N à N' qui utilisent ici au moins un moteur 14 de commande de déplacement linéaire des pivots 15 . On obtient ainsi les mêmes fonctionnalités que le système de commande 20 présenté dans les figures 26,27 et 28. Mais ici le système de commande 20 se situe à l'intérieur du papillon 7 dans la cavité 27.

o Les gorges 10B et 23B de passage des pivots 15

o Les roulements ou coussinets 22 - situés aux deux positions 5 (haut et bas) des pivots 15. Ces roulements 22 réduisent les forces de frottements lorsqu 'ils roulent dans les gorges 10B et 23B

o Les gorges 10A et 23A permettant le passage et le déplacement latéral des pivots 15 commandé par les moteurs 14

o Les flasques 25 ef 26 du papillon 7, qui en plus de former une cavité protectrice, peuvent être utilisés comme antenne de transfert d'information télémétrique ou wifi.

Les figures 34 et 35 montrent une autre variante similaire à celle, montrée dans les figures 20,21 et 22 mais ici le pivot 15 est guidé sur la glissière 29 pour des déplacements plus précis.

DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT

Pour créer le couple de rotation nécessaire à l'ouverture ou à la fermeture du papillon 7, on déplace latéralement l'une (ou les deux) positions 5 (haut et bas) de l' axe 16 de rotation du papillon 7 . En déplaçant la position 5 de l'axe 1 6 de rotation du papillon 7 , de la position M à la position M' (donné comme exemple), on augmente la surface 7 A (grisé sur la figure 1 ) et on diminue la surface 7B (blanche sur la figure 1 ) .

Supposons dans un premier temps, que la position 5 de l'axe 1 6 soit initialement sur la position M, le papillon 7 sera donc fermé car la surface 7B (blanche) sera plus grande que la surface 7 A (grisée Figure 1 ) . On suppose également dans cet exemple, que la pression amont est supérieure à la pression avale du papillon 7 (comme montré figure 3) . Les forces FA et FB [couleur noire sur la figure 2) résultantes des pressions amont et aval appliquées sur ces surfaces 7 A ef 7B créeront un couple de rotation de fermeture du papillon 7. Le papillon 7 restera en position fermée tant que ces conditions existeront.

Position 5 de l'axe 1 au point M - Surface 7B > surface 7 A - FB > FA - fermeture

On notera qu'augmenter le déplacement de M vers une position encore plus éloignée de l'axe XX' augmentera le couple de fermeture et donc améliorera

l'étanchéité du papillon 7.

On souhaite maintenant ouvrir le papillon 7. On déplace latéralement la position 5 de l' axe 1 6 du point M vers M' comme indiqué sur la Figure 4 . Ce déplacement s'effectue à l'aide d 'un dispositif 20 décrit dans. les figures 9 à 35. Comme le montre l'exemple de la figure 4, le point M se déplace vers M' en passant par une position intermédiaire ou les forces opposées FA et FB résultantes des pressions amont et aval vont s'équilibrer car les . surfaces 7 A et 7B vont s'égaliser. On a atteint le moment de basculement, si en effet on continue de déplacer la position 5 de l'axe 1 6 vers M ' plus éloignée et de l'autre de côté de l'axe XX', la surface 7A (grisée) deviendra alors plus grande que la surface 7B

(blanche)comme indiqué figure 1 . Dans ces conditions les forces opposées FA et FB

(montrées couleur grise figure 2) résultantes des pressions amont et aval appliquées sur ces surfaces 7 A ef 7B créeront un couple de rotation d'ouverture du papillon 7.Dans la pratique l'accélération de l'ouverture sera d 'autant plus élevée que le temps mis pour se déplacer de M vers M' sera court.

Position 5 de l'axe 1 6 au point M' - Surface 7A > surface 7B - FA > FB -> ouverture

Pour terminer le cycle complet de fermeture/ouverture/fermeture, vient ensuite la phase suivante de fermeture du papillon 7. Lorsque le papillon 7 est pleinement ouvert, les pressions amont et avales s'équilibrent comme montré sur la figure 4 (P=) . Dans ces conditions la force Fl (montré figure 4) requise pour initier la fermeture en déplaçant la position 5 de l'axe 1 6 de M' vers M, sera relativement faible car les forces FA et FB seront quasiment égales lors de la pleine ouverture. Seules quelques forces aérodynamiques s'opposeront à la fermeture. La force Fl initié à l 'aide d'un dispositif 20 (décrit dans les figures 9 à 35) engendra en réaction la force F2 au niveau de la position 5 de l'axe 16 sur la paroi intérieure de la gorge 10A ou 10B comme montré figure 4 et 4.1 . Ensuite au cours du déplacement de M' vers M , la position S atteindra la position d'équilibre situé sur l'axe XX' où les surfaces 7 A et 7B sont égales. Après avoir dépassée cette position d'équilibre, la puissance requise pour la fermeture du papillon 7 proviendra de la montée en pression du fluide en amont du papillon 7 au cours de sa fermeture et le fait que la force FB résultante, deviendra supérieure à la force FA car la surface du secteur 7B sera supérieure à la surface 7A. Et ainsi de suite pour chaque cycle de fermeture/ouverture /fermeture. Ainsi en utilisant la différence de pression et les différences de surfaces 7A ef 7B le besoin de puissance des moteurs 14 pour déplacer le papillon 7 est réduit.

Si l'écoulement du fluide est inversé, les pressions amont et avale seront inversées. Le déplacement latéral des positions 5 de l'axe 16 se fera également dans l'autre sens .Ce qui signifie que le fonctionnement est réversible. Toutes les combinaisons d'ouverture ou de fermeture sont possibles selon les positions 5 de l'axe 16 et selon le sens des niveaux de pression P+ et P- par rapport à la conduite de gaz ou le tube. La seule différence est que l'ouverture du papillon 7 dans ce sens de l'écoulement réclamera plus de puissance au niveau du dispositif 20 de commande et donc plus de puissance des moteurs 14. En effet, lors de son ouverture, le papillon 7 basculera dans la direction où les pressions sont les plus élevées.

La figure 5 est une vue de ¾ montrant les surfaces 7A et 7B du papillon ainsi que les formes particulières des lèvres 6A et 6B du carter 6 . On note que pour limiter le

déplacement en rotation du papillon 7 à la fermeture, le carter 6 présente 2 lèvres de forme particulière 6A et 6B. Ces lèvres 6A ef 6B et ont pour fonction d 'arrêter le

déplacement du papillon 7 à la fermeture, lorsque le papillon 7 vient en appui sur les extrémités 35 de ces faces 6A ou 6B. Ceci permet d'accroître l'étanchéité lorsque le couple exercé sur l'axe 1 et le papillon 7, augmente grâce au déplacement de position 5 de l'axe 16 qui se déplace vers M. Ces lèvres 6A et 6B ne sont pas obligatoires et on peut utiliser les systèmes déjà connus de fermeture de vanne papillon 1 , tel qu'en appui direct à l'intérieur du conduit de passage des gaz, cependant ces systèmes simples à fabriquer peuvent conduire à des coincements ou blocage du papillon 7 dans ce conduit. D'autre part le fonctionnement réversible de la vanne ne sera plus possible. De même il est possible d'ajouter des traitements de surface appropriés ou ajouter des matériaux amortisseur sur ces surfaces A ef 6B, pour réduire les chocs lorsqu'à la fermeture ces surfaces viennent en contact avec les surfaces du papillon 7.

La figure 6 montre un exemple de carter 6 avec le papillon 7 et les formes particulières des lèvres 6A et 6B. Cette figure 6 montre en trait pointillé les limites de ces lèvres 6A et 6B lorsqu 'elles sont situées derrière le papillon 7 et en trait plein lorsqu 'elles sont situées devant le papillon 7. On note sur cette figure 6 l'axe central XX' d'équilibre des forces ef le changement de position 5 de l'axe 16 lorsque M se déplace vers M' ou de M' vers M. Cette figure 6 montre également les gorges supérieures 10A et 10B usinées dans le carter 6 et dans le papillon 7 afin de pouvoir introduire un pivot 15 (non présenté sur la figure 6) matérialisant la position 5 de l'axe 16. La gorge 23B permet le passage de l'axe 16 au bas du papillon 7 lors de son déplacement.

La figure 7 est une vue de ¾ montrant le carter 6. En aval du carter 6 à l'endroit où le papillon 7 atteint sa pleine ouverture, il est nécessaire de creuser une (ou deux) alvéoles 32 (en haut et/ou en bas) afin que le périmètre extérieur du papillon 7 ne vienne pas toucher la paroi intérieure 31 du conduit 30 . Comme cela est montré sur les figures 4 et 8.1 , au cours de son ouverture l'axe 16 et le papillon 7 se couchent en arrière et l'alvéole 32 permet le passage du papillon 7 sans que le périmètre extérieur du papillon 7 vienne toucher le diamètre intérieur 31 du carter 6.

Une autre solution est présentée figure 8 ou le carter 6 est prolongé par une pièce 30 dont le diamètre intérieur 31 est supérieur au diamètre intérieur 31 du carter 6. Le carter 6 et la pièce 30 peuvent être des pièces distinctes ou former une seule et même pièce, le carter 6.

Sur la figure 8.1 le déplacement latéral MM' a été augmenté, pour montrer le point de contact 34 entre le papillon 7 et le diamètre intérieur 31 de la pièce 30 ou du carter 6.

Les figures 9, 10 ef 1 1 montrent que le déplacement de la position 5 de l'axe 16, est matérialisé par le déplacement d'un levier 4 en rotation autour de l'axe 3 et dont l'action se fait par le déplacement du levier 2 lui même en rotation sur l'axe 8. Ce levier 2 peut être commandé par un moteur ou un vérin 14 tel qu'un vérin électrique,

électromagnétique , hydraulique ou par des systèmes fonctionnant avec des cristaux tels que les systèmes piézo-électriques. L'extrémité inférieure de l'axe 16 est solidaire en rotation avec le boîtier rotule 9 contenant une rotule 9. Ce boîtier rotule 9, qui peut être lubrifié, permet la rotation de l'axe 16 selon X'M ou X'M' . C'est ce basculement de l'axe 16 autour de la rotule 9 qui permet de créer les différences de surfaces 7A et 7B du papillon 7. On note également que le papillon 7 et le carter 6, présentent des gorges 10A et 10B de passage du levier 4. La gorge 10A du papillon 7 dans le cas présent a une forme d'usinage concave (par rapport à l'axe 3) afin de permettre le passage en rotation du levier 4 autour de son axe 3. Il existe également au bas du carter 6 une gorge 23B pour permettre le déplacement de l'axe 16 et du papillon 7 à partir du mouvement de la rotule 9.

Sur les figures 1 2,13 et 14 le déplacement latéral de la position 5 de l'axe 16 de M en M' (comme exemple) se fait grâce au déplacement d'un pivot 15 situé au bout de la came 1 1 qui tourne en rotation autour de son axe 13 grâce aux efforts exercés sur le levier de commande 12. Ce levier de commande 12 est commandé par un vérin ou un moteur 14 . Si ces moteurs 14 ^' ont des couples suffisants, ils peuvent être installés directement sur l'axe 13 et entraîner directement en rotation cet axe 13. Ces figures 12,13 et 14 montrent également le ressort 19 d 'aide à la fermeture du papillon 7. Ce ressort 19 est attaché par une de ses extrémités au carter 6. Le ressort 19 exerce un effort initial de fermeture grâce à son autre extrémité qui est attaché au papillon 7. Le dispositif avec le ressort 19 est montré ici à titre d'exemple et l'invention proposée dans cette demande de brevet souhaite couvrir l'ensemble des solutions qui découlent des connaissances de l 'homme de métier pour ce genre de dispositif. Par exemple il est possible d 'utiliser un ressort 19 qui fonctionne non plus en rotation mais longitudinalement et qui serait attaché à un point fixe à une de ses extrémités (sur le carter 6 par exemple ou sur un bâti fixe) et dont l'autre extrémité pourrait exercer un effort sur le papillon 7 afin d 'aider à la fermeture. L'objet de ce ressort 1 est d'aider au début de la fermeture du papillon 7. Si en effet le papillon 7 est ouvert et que les pressions amont et aval sont parfaitement égales, il devient alors difficile de commander la fermeture. Ce ressort 1 9 permet de créer ce déséquilibre initialjl s'ajoute à la force Fl afin de créer le couple initial car les surfaces 7A et 7B deviendront alors inégales dès le premier mouvement du ressort 19. Ce ressort 19 permet également de diminuer les vibrations du papillon 7 lorsqu' il est ouvert. Il évite le blocage du papillon 7 en position ouverte.

Sur les figures 15, 16 et 1 7 le déplacement latéral de la position 5 de l'axe 16 de M en M' se fait grâce au déplacement des pivots 15 qui sont mis en mouvement à partir de plusieurs vérins 14 qui permettent à ces pivots 15 de s'extraire ou de se rétracter selon l'ordre donné au système de commande 20. Ainsi on déplace la position 5 à un endroit prédéterminé par le système de contrôle. Bien entendu plus le nombre de vérin 14 (et donc le nombre de pivot 15) est grand , plus la commande est précise. Cependant plus petit sera le diamètre du pivot 15 et plus faible sera la différence de pression amont - aval que pourra supporter ce pivot 15.

Les figures 18 et 19 montrent d 'autres exemples de formes de contact du papillon 7 avec les lèvres 6A et 6B du carter 6. Les formes des lèvres 6A ou 6B par exemple arrondies (figure.19) ont pour but d'améliorer l'étanchéifé ou d 'adoucir le premier contact en réduisant les efforts de contact. Ceci est obtenu en augmentant les surfaces de contact 6A ef 6B. Ces formes arrondies permettent également de réduire les pertes de pression dues aux pertes de charges aérodynamique ou hydraulique du fluide et sont déjà décrites dans de nombreuses publications. La figure 18 montre des formes coniques des lèvres 6A et 6B qui peuvent être composées de nombreuses petites stries (non-montrées sur la figure.18) afin d 'augmenter la surface de contact et réduire les efforts de contact afin de réduire l'usure des pièces. Ces technologies sont bien connues et déjà décrites dans de nombreuses publications.

Sur les figures 20,21 et 22 le déplacement latéral de la position 5 de l'axe 16 de M en

M' (donné comme exemple) se fait grâce au déplacement linéaire du pivot 15 effectué à l'aide du vérin 14.

Sur les figures 23,24 et 25, l'axe 1 et le papillon 7 ne sont pas la même pièce. L'axe 16 est donc une pièce physique distincte du papillon 7. Le déplacement de la position 5 de l' axe 16 de M en M' s'effectue grâce au déplacement du levier 17 qui s'articule sur l'axe 18. L'axe 16 est libre de se mouvoir angulairement dans le papillon 7 au sein de la gorge 10A usinée à cet effet. Dans cet exemple la gorge 10A de forme conique, est plus large à son niveau supérieur. La gorge 23B permet le déplacement de l'axe 16 dans le bas du carter 6 et autour de son point de rotation représenté par la rotule 9. La figure 24 montre la languette d'étanchéité 33 de passage de l' axe 16 qui minimise les fuites de fluide par la gorge 10B.II est possible d'installer des roulements (ou coussinet) 22 au niveau des positions 5 afin de faciliter les mouvements de l'axe 16. Le déplacement du levier 17 peut être effectué grâce au vérin 1 .

Sur les figures 26,27 et 28, l'axe 16 et le papillon 7 ne sont pas la même pièce. L'axe

16 est donc une pièce physique distincte du papillon 7. Les déplacements des positions 5 de l' axe 16 de M à M' et de N à N ' (donnés comme exemple), s'effectuent grâce au déplacement des levier 17A et 17B qui s'articulent sur les axes de rotation 18A et 18B. L'axe 16 est libre de se mouvoir transversalement sur toute la longueur de la gorge 10 usinée dans le papillon 7. Dans cet exemple (figure 27) la gorge 10 est d 'égale largeur sur toute sa hauteur. En fonction du besoin il est possible de déplacer les positions 5 M, M' et Ν,Ν' de telle sorte que l'axe physique 16 s'incline dans la gorge 10 , pour former des surfaces 7A et 7B qui génèrent des forces FB > FA qui ne soient pas de même intensité sur toutes les surfaces 7A ef 7B . Par exemple si on suppose des mélanges multiphasique comme un mélange métal liquide (exemple mercure) + liquide ou gaz , dont la surface de séparation des 2 fluides est représentée par la limite 24 (figure 26 et 27), les forces à effet de champ comme la gravité peuvent générer une pression hydraulique au bas du papillon 7 supérieure à celle exercée par le gaz situé au dessus de cette limite 24 même si les pressions statiques locales sont égales. Dans ces conditions les forces appliquées vers le haut du papillon 7 devraient être plus faibles que celles appliquées en bas. On

recherchera donc un déplacement du levier 17B supérieur à celui du levier 17A pour exercer un couple de rotation approprié. Il est également possible d 'installer des roulements (ou coussinet) 22 matérialisant les deux points d 'appuis 5 (haut et bas)de l'axe 16, afin de faciliter les mouvements de cet axe 16. Le déplacement des levier 17A et 17B peut être effectué grâce à des vérins ou des moteurs 14. On note sur la figure 27 les languettes d'étanchéité 33 de passage de l'axe 16 qui minimisent les fuites de fluide par les gorges Ι ΟΑ,Ι ΟΒ et 23A,23B.

Sur les figures 29,30 et 31 , le système de commande 20 est situé à l'intérieur du papillon 7. Le déplacement latéral des positions 5 de l' axe 16 de M en M' (donné comme exemple) s'effectue grâce au déplacement du pivot 15 qui est mu à l'aide d'un vérin ou moteur 14 situé à l'intérieur du papillon 7 . Le pivot 15 se déplace dans la gorge 10A du papillon 7 . Le roulement 22 du pivot 15 se déplace dans la gorge 10B du carter 6.

Comme indiqué figure 31 , au cours de l'ouverture le-papillon 7 basculera également du côté aval de la vanne 1 en suivant le déplacement de la gorge 10A et le roulement 22 situé au bout du pivot 15, se déplacera latéralement dans la gorge 10B. Dans cet exemple le papillon 7 peut-être l 'assemblage de 2 flasques 25 et 26, formant ainsi une cavité 27 au sein de laquelle logent le vérin 14 et le câble 21 de commande et de fourniture de puissance comme montré sur les figures 29 et 30. Le ressort 19 sera

également placé avec une extrémité solidaire de la gorge Ί 0Β et l'autre extrémité du ressort 19 en appui sur la gorge 10A comme montré figures 30 et 31 . Il est possible d'installer des roulements (ou coussinet) 22 au niveau des pivots 15 afin de faciliter les mouvements de l'axe 16. Il est également possible d'installer une pile (ou une batterie) 28 à l'intérieur de la cavité 27 du papillon 7. Une antenne extérieure pourra alors être utiliser les parois des flasques 25 et 26 du papillon 7 comme antenne afin d'effectuer une commande du vérin 14 par télémétrie pour contrôler les déplacements du pivot 15. On recherchera évidemment à obtenir une épaisseur de papillon 7 la plus petite ainsi qu'un profil le plus dynamique possible, afin minimiser les pertes de pression aérodynamique ou hydraulique.

Sur les figures 32 et 33, la commande de positions 5 de l 'axe 16 est également situé à l'intérieur du papillon 7. Le déplacement des positions 5 de l'axe 16 de M en M' et de N en N' (donné comme exemple) s'effectuent grâce aux déplacements des pivots 15 qui sont mus à l'aide d'un ou plusieurs vérins 14 situés également à l'intérieur du papillon 7. Le fonctionnement ici est similaire à celui qui est décrit pour les figures 26,27 et 28, pour 2 fluides de viscosité très différente dont les forces gravitationnelles joueraient un rôle primordial. C'est-à-dire que la position M' du pivot 15 situé à l'extrémité supérieure de l'axe 16 peut être différente de la position N' du pivot 15 situé à l'extrémité inférieure de l'axe 1 . On peut ainsi créer des surfaces 7 A et 7B variable selon la hauteur du papillon 7.11 est également possible d 'installer une pile (ou une batterie) 28 à l'intérieur de la cavité 27 du papillon 7. Il sera alors possible de contrôler le ou les vérins 14 par télémétrie ou en utilisant les réseaux de communications numériques fonctionnant à l'aide des ondes électromagnétiques comme tel que les réseaux Wifi ou Bluetooth ou similaire.

Les figures 34 et 35 sont les vues de face et de côté, d' un autre exemple de vanne 1 déjà présentée dans les figures 20,21 et 22 mais dans cet exemple on dispose une glissière 29 au niveau du carter 6, ce qui permet de mieux guider le déplacement du pivot (ou des pivots) 15.Ce type d'application peut être utilisé lorsqu'il est demandé une grande précision de contact entre le point 5 d 'application des forces et la gorge 10A du papillon 7 . La rigidité de la glissière 29 améliore la précision du déplacement du pivot 15. On notera enfin que le dispositif 20 qui commande les déplacements des positions 5 de l'axe 16 du papillon 7 (ou obturateur) peut également être utilisé pour réguler l'ouverture et la fermeture du papillon sur des positions intermédiaires. C'est-à-dire sur des positions du papillon 7 qui ne sont ni pleinement ouvert , ni pleinement fermer mais sur des positions où les surfaces de passage du fluide sont intermédiaires. Cela nécessiterait un dispositif 20 tel que celui décrit dans les figures 34 et 35 et permettrait ainsi d'utiliser la vanne 1 dans un processus de régulation en boucle fermé tel que les PID (Proportionnel , Intégrale, Dérivé) .