FR2487942A1

FR2487942A1 - THREE-WAY VALVE

Info

Publication number: FR2487942A1
Application number: FR8016743A
Authority: FR
Inventors: Luc Joly
Original assignee: IND MECA POUR FLUIDES
Current assignee: IND MECA POUR FLUIDES
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1982-02-05
Also published as: GB2081848A; FR2487942B1; GB2081848B

Abstract

VANNE A TROIS VOIES. VANNE A TROIS VOIES AVEC UN DOUBLE CLAPET CONSTITUE PAR DEUX BILLES 12, 13 OU 26, 27 ET PAR UNE TIGE INTERMEDIAIRE 16 OU 28 DONT CHAQUE EXTREMITE EST MONTEE AVEC DU JEU RADIAL DANS UN TROU BORGNE AXIAL 14, 15 DE CHAQUE BILLE. L'UNE DES BILLES EST COMMANDEEDANS UN SENS PAR UN POUSSOIR 18 OU 31 ET L'AUTRE BILLE EST SOLLICITEE EN SENS OPPOSE PAR UN RESSORT DE RAPPEL 17 OU 30. APPLICATION A LA COMMANDE DE FLUIDES A TRES HAUTE OU TRES BASSE TEMPERATURE, DE FLUIDES AGRESSIFS ETOU DE FLUIDES DE FAIBLE DENSITE.THREE-WAY VALVE. THREE-WAY VALVE WITH A DOUBLE VALVE CONSTITUTED BY TWO 12, 13 OR 26, 27 BALLS AND BY A 16 OR 28 INTERMEDIATE ROD, EACH END OF WHICH IS MOUNTED WITH RADIAL CLEARANCE IN A 14, 15 AXIAL BALL HOLE OF EACH BALL. ONE OF THE BALLS IS CONTROLLED IN ONE DIRECTION BY A PUSHBUTTON 18 OR 31 AND THE OTHER BALL IS SOLICITED IN THE OPPOSITE DIRECTION BY A RETURN SPRING 17 OR 30. APPLICATION TO THE CONTROL OF VERY HIGH OR VERY LOW TEMPERATURE FLUIDS, OF FLUIDS AGGRESSIVE AND LOW DENSITY FLUIDS.

Description

Vanne à trois voies.Three-way valve.

La présente invention se rapporte à une vanne à trois voies du type comprenant deux clapets accouplés coopérant, sous l'action d'un poussoir agissant dans un sens sur l'un des clapets pour déplacer les deux clapets à l'encontre d'un ressort de rappel agissant dans le sens opposé sur l'autre The present invention relates to a three-way valve of the type comprising two cooperating valves cooperating, under the action of a pusher acting in one direction on one of the valves to move the two valves against a spring booster acting in the opposite direction on the other

clapet, avec deux sièges disposés entre lesdits deux clapets. valve, with two seats arranged between said two valves.

L'une des voies de la vanne débouche entre les deux sièges et les deux autres voies débouchent de part et d'autre des deux sièges. Dans les vannes connues de ce type, les deux clapets sont généralement solidaires l'un de l'autre. De telles vannes qui donnent satisfaction lorsque le fluide à commander se trouve à des températures voisines de la température ambiante posent des problèmes lorsqu'il s'agit de commander des fluides à très hautes ou très basses températures. En effet, à de telles températures extrêmes, les matériaux constitutifs de la vanne One of the channels of the valve opens between the two seats and the other two channels open on both sides of the two seats. In known valves of this type, the two valves are generally integral with each other. Such valves which are satisfactory when the fluid to be controlled is at temperatures close to room temperature pose problems when it comes to controlling fluids at very high or very low temperatures. Indeed, at such extreme temperatures, the constituent materials of the valve

(corps de vanne et clapets) subissent des dilatations thermi- (valve bodies and valves) undergo thermal expansion

ques altérant le fonctionnement correct de la vanne. altering the correct operation of the valve.

Par ailleurs, ces températures extrêmes ne permettent pas d'utiliser des Joints d'étanchéité en matière plastique ou en caoutchouc qui deviennent durs et fragiles aux très basses températures et se ramollissent ou fondent aux très hautes Moreover, these extreme temperatures do not allow the use of plastic or rubber seals that become hard and fragile at very low temperatures and soften or melt at very high temperatures.

températures. La tenue de ces joints d'étanchéité est égale- temperatures. The holding of these seals is also

ment compromise lors de la commande de fluides agressifs. compromised when ordering aggressive fluids.

Enfin, lors de la commande de fluides de faible densité Finally, when ordering low density fluids

tel que l'hélium ou l'hydrogène, l'étanchéité entre les cla- such as helium or hydrogen, the imperviousness between

pets et les sièges des vannes connues est très difficile à réaliser sans l'utilisation de joints souples en matière plastique ou en caoutchouc, ce qui, en raison de la mauvaise tenue de tels joints à des températures extrêmes, s'oppose farts and seats of known valves is very difficult to achieve without the use of flexible seals made of plastic or rubber, which, because of the poor behavior of such joints at extreme temperatures, opposes

également à l'utilisation de ces vannes connues pour la com- also to the use of these valves known for

mande de tels fluides.ask for such fluids.

La présente invention a pour objet une vanne à trois voies du type défini ci-dessus convenant en particulier à la commande de fluides à très haute ou très basse température et remédiant aux problèmes qui se posent dans de tels cas pour les vannes connues. L'invention a également pour objet une vanne du type défini ci-dessus susceptible d'être utilisée pour des fluides à très haute ou très basse température et/ou des fluides agressifs et/ou des fluides de faible densité tels The subject of the present invention is a three-way valve of the type defined above which is particularly suitable for controlling very high or very low temperature fluids and remedying the problems that arise in such cases for known valves. The invention also relates to a valve of the type defined above which can be used for very high or very low temperature fluids and / or aggressive fluids and / or low density fluids such as

que l'hélium ou l'hydrogène.than helium or hydrogen.

La vanne à trois voies conforme à l'invention comprend deux clapets accouplés coopérant, sous l'action d'un poussoir agissant dans un sens sur l'un des clapets pour déplacer les deux clapets à l'encontre d'un ressort de rappel agissant dans le sens opposé sur l'autre clapet, avec deux sièges disposés entre les deux clapets. L'une des voies débouche entre les deux sièges et les deux autres voies débouche de part et d'autre des deux sièges. Les deux clapets sont constitués par deux corps de révolution pourvus chacun d'un trou borgne The three-way valve according to the invention comprises two coupled valves cooperating, under the action of a pusher acting in one direction on one of the valves to move the two valves against a return spring acting in the opposite direction on the other flap, with two seats arranged between the two flaps. One of the tracks opens between the two seats and the other two routes open on both sides of the two seats. The two valves are constituted by two bodies of revolution each provided with a blind hole

axial. Les deux clapets sont accouplés par une tige inter- axial. The two valves are coupled by an internal rod

médiaire dont les deux extrémités sont montées avec du jeu radial dans les trous borgnes des clapets. Cette tige présente medial whose two ends are mounted with radial play in the blind holes of the valves. This rod presents

une longueur telle que les deux clapets soient toujours main- a length such that both flaps are always

tenus écartés l'un de l'autre de manière à ne pas pouvoir kept apart from one another so as not to be able to

s'appliquer simultanément sur leur siège. apply simultaneously on their seat.

Grâce à ce mode d'accouplement et de commande des deux clapets, le fonctionnement de ces derniers n'est pas affecté par les dilatations thermiques différentielles survenant en Thanks to this mode of coupling and control of the two valves, the operation of the latter is not affected by the differential thermal expansions occurring in

cas de commande de fluides à très haute ou très basse tempé- case of control of fluids at very high or very low temperatures

rature. De préférence, les deux clapets sont constitués par deux billes qui coopèrent avec deux sièges dont les portées peuvent être tronconiques ou présenter une autre forme de révolution assurant un contact linéaire des billes avec les portées des sièges. En cas de commande de fluides de faible densité tel que l'hélium ou l'hydrogène, les deux clapets sont avantageusement constitués par des billes rodées en un métal de grande dureté tel que du carbure de tungstène. En effet, il s'est avéré que des billes peuvent subir un rodage d'autant plus précis que le métal constituant les billes est plus dur, ce qui fait qu'une telle bille en métal dur, rodée avec grande précision, est à même d'assurer conjointement avec un siège, de préférence en un métal plus mou tel que le laiton, une étanchéité suffisante pour pouvoir se passer de tout joint d'étanchéité rapporté, par exemple en matière plastique ou en caoutchouc, qui, de toute manière, serait inutilisable pour des fluides à très temperature. Preferably, the two valves are constituted by two balls which cooperate with two seats whose seats may be frustoconical or have another form of revolution ensuring a linear contact of the balls with the seats of the seats. In the case of control of low density fluids such as helium or hydrogen, the two valves are advantageously constituted by ground-in balls made of a metal of great hardness such as tungsten carbide. Indeed, it has been found that the balls can undergo a break-in even more precise that the metal constituting the balls is harder, so that such a hard metal ball, lapped with great precision, is able to together with a seat, preferably made of a softer metal such as brass, it is necessary to provide a sufficient seal to be able to do without any attached seal, for example made of plastic or rubber, which, in any case, would be unusable for fluids to very

haute ou à très basse température ou des fluides agressifs. high or very low temperature or aggressive fluids.

Dans le cas o le corps de la vanne conforme à l'inven- In the case where the body of the valve according to the invention

tion est composé de plusieurs parties, l'étanchéité entre ces différentes parties est assurée avantageusement par des joints métalliques, par exemple des joints toriques comprenant une tion is composed of several parts, the sealing between these different parts is advantageously provided by metal seals, for example O-rings comprising a

ame en métal dur et un revêtement extérieur en métal mou. hard metal core and soft metal outer skin.

En se référant au dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail un mode de réalisation illustratif et non Referring to the accompanying drawing, an illustrative and non-illustrative embodiment will be described in more detail below.

limitatif d'une vanne conforme à l'invention. limiting a valve according to the invention.

La vanne à trois voies illustrée sur la figure unique du dessin est du type à pilotage électrique et comprend un étage The three-way valve shown in the sole figure of the drawing is of the electrically controlled type and comprises a stage

de pilotage 1 et un étage de commande 2. 1 and a control stage 2.

L'étage de commande 2 comprend un corps en trois parties, à savoir une partie centrale 3 et deux parties d'extrémité 4 et 5. La partie centrale 3 est pourvue d'un alésage central 6 contre les deux extrémités duquel deux sièges 7 et 8 sont serrés par les parties d'extrémité 4 et 5. L'une des voies 9 de la vanne débouche dans l'alésage 6 entre les deux sièges 7 et 8, tandis que les deux autres voies 10 et 11 débouchent sur The control stage 2 comprises a body in three parts, namely a central portion 3 and two end portions 4 and 5. The central portion 3 is provided with a central bore 6 against the two ends of which two seats 7 and 8 are clamped by the end portions 4 and 5. One of the channels 9 of the valve opens into the bore 6 between the two seats 7 and 8, while the other two channels 10 and 11 open on

les côtés opposés des deux sièges 7 et 8. the opposite sides of the two seats 7 and 8.

Les deux clapets coopérant avec les deux sièges 7 et 8 sont constitués par deux billes 12, 13 dont chacune présente The two valves cooperating with the two seats 7 and 8 are constituted by two balls 12, 13 each of which has

un trou borgne axial 14, 15. Une tige 16 dont les deux extré- an axial blind hole 14, 15. A rod 16 whose two ends

mités sont montées avec du jeu radial dans les trous borgnes 14, 15 maintient les billes 12 et 13 écartées l'une de l'autre de manière qu'elles ne puissent pas s'appliquer simultanément sur les deux sièges 7, 8. La bille 12 est sollicitée contre son siège 7 par un ressort 17 prenant appui sur la partie terminale 4 du corps. L'autre bille 13 est soumise à l'action d'un poussoir 18 qui, lorsqu'il est actionné, pousse la bille 13 contre son siège 8 en soulevant simultanément, à l'encontre de l'action du ressort de rappel 17, la bille 12 de son siège 7 par l'intermédiaire de la tige 16 par laquelle les deux mites are mounted with radial clearance in the blind holes 14, 15 keeps the balls 12 and 13 spaced apart from each other so that they can not be applied simultaneously on the two seats 7, 8. The ball 12 is urged against its seat 7 by a spring 17 bearing on the end portion 4 of the body. The other ball 13 is subjected to the action of a pusher 18 which, when it is actuated, pushes the ball 13 against its seat 8 while simultaneously lifting, against the action of the return spring 17, the ball 12 of its seat 7 via the rod 16 by which the two

billes 12, 13 sont accouplées.balls 12, 13 are coupled.

Le poussoir 18 est actionné par un soufflet 19 fixé entre la partie d'extrémité 5 du corps de l'étage de commande 2 et une plaque 20 portant le poussoir 18. Le soufflet 19 et la plaque 20 sont entourés d'un chapeau 21 et le poussoir 18 est commandé, par l'intermédiaire de l'étage de pilotage 1, par envoi de fluide dans l'espace 22 entre le chapeau 21# d'une part, et la plaque 20 et le soufflet 19, d'autre part. Ce fluide est le même que celui commandé par le clapet double The pusher 18 is actuated by a bellows 19 fixed between the end portion 5 of the body of the control stage 2 and a plate 20 carrying the pusher 18. The bellows 19 and the plate 20 are surrounded by a cap 21 and the pusher 18 is controlled, via the control stage 1, by sending fluid into the space 22 between the cap 21 # on the one hand, and the plate 20 and the bellows 19, on the other hand . This fluid is the same as that controlled by the double valve

(12, 13, 16) de l'étage de commande 2. (12, 13, 16) of the control stage 2.

L'étage de pilotage 1 présente une structure analogue à celle de l'étage de commande 2 et comprend, à l'intérieur d'un corps en trois parties 23, 24 et 25, un double clapet formé de deux billes 26, 27 accouplées par une tige 28. La bille 27 est sollicitée en direction de son siège 29 par un ressort de rappel 30, tandis que la bille 26 est soumise à l'action d'un The control stage 1 has a structure similar to that of the control stage 2 and comprises, inside a body in three parts 23, 24 and 25, a double valve formed of two balls 26, 27 coupled by a rod 28. The ball 27 is biased towards its seat 29 by a return spring 30, while the ball 26 is subjected to the action of a

poussoir 31 poussant la bille 26 contre son siège 32, à l'en- push 31 pushing the ball 26 against its seat 32, in the

contre du ressort de rappel 30. Le poussoir 31 est commandé de against the return spring 30. The pusher 31 is controlled from

façon usuelle par un électro-aimant 33. usual way by an electromagnet 33.

Un canal 34 ménagé dans les corps des deux étages 1 et 2 mène directement de la voie 10 de l'étage de commande 2 sur le côté du siège 29 de l'étage de pilotage, contre lequel la bille 27 est poussée par le ressort de rappel 30. Un canal 35 ménagé également dans les corps des deux étages 1 et 2 mène de l'espace compris entre les deux sièges 29 et 32 de l'étage de A channel 34 formed in the bodies of the two stages 1 and 2 leads directly from the track 10 of the control stage 2 to the side of the seat 29 of the driving stage, against which the ball 27 is pushed by the spring of 30. A channel 35 also formed in the bodies of the two stages 1 and 2 leads from the space between the two seats 29 and 32 of the floor of

pilotage 1 vers l'espace 22 de l'étage de commande 2. control 1 to the space 22 of the control stage 2.

Il convient de noter que le soufflet 19 est un soufflet It should be noted that the bellows 19 is a bellows

élastique qui, en absence de pression dans l'espace 22, c'est- which, in the absence of pressure in space 22, is

à-dire lorsque l'étage de pilotage 1 n'est pas commandé (bille 27 appliquée contre son siège 29 par le ressort de rappel 30), exerce par le poussoir 18 sur la bille 13 une poussée en direction du siège 8, cette poussée étant inférieure à la that is to say when the control stage 1 is not controlled (ball 27 applied against its seat 29 by the return spring 30), exerted by the pusher 18 on the ball 13 a thrust towards the seat 8, this thrust being less than the

force antagoniste du ressort de rappel 17. counterforce of the return spring 17.

Lorsque l'électro-aimant 33 de l'étage de pilotage 1 n'est pas excité, la bille 27 de l'étage de pilotage 1 est Mab", appliquée contre son siège 29 sous l'action du ressort 30, de sorte que le fluide provenant de la voie 10 de l'étage de commande 10 ne peut pas s'écouler du canal 34 dans le canal 35 et dans l'espace 22. Le ressort de rappel 17 applique donc la bille 12 de l'étage de commande 2 contre son siège 7, ce qui interdit tout passage de fluide de la voie 10 vers la voie 9 ou la voie 11. La bille 13 de l'étage de commande 2 est par contre soulevée de son siège 8, de sorte que les deux voies 9 When the electromagnet 33 of the control stage 1 is not excited, the ball 27 of the control stage 1 is Mab ", applied against its seat 29 under the action of the spring 30, so that the fluid from the channel 10 of the control stage 10 can not flow from the channel 34 in the channel 35 and in the space 22. The return spring 17 therefore applies the ball 12 of the control stage 2 against its seat 7, which prevents any passage of fluid from the channel 10 to the track 9 or the track 11. The ball 13 of the control stage 2 is instead lifted from its seat 8, so that both lanes 9

et 11 communiquent l'une avec l'autre. and 11 communicate with each other.

Lors de l'excitation de l'électro-aimant 33, le poussoir 31 soulève la bille 27 de l'étage de pilotage 1 de son siège 29, ce qui permet au fluide de s'écouler de la voie 10 de l'étage de commande 2 par le canal 34 dans le canal 35 et de là dans l'espace 22. Sous la pression du fluide dans l'espace 22, le poussoir 18 applique la bille 13 contre son siège 8 soulève la bille 12 de son siège 7 à l'encontre de l'action du ressort 17, ce qui permet au fluide de s'écouler de la voie 10 During the excitation of the electromagnet 33, the pusher 31 raises the ball 27 of the control stage 1 of its seat 29, which allows the fluid to flow from the channel 10 of the stage of control 2 through the channel 34 in the channel 35 and from there to the space 22. Under the pressure of the fluid in the space 22, the pusher 18 applies the ball 13 against its seat 8 raises the ball 12 of its seat 7 to against the action of the spring 17, which allows the fluid to flow from the channel 10

dans la voie 9.in lane 9.

A titre d'exemple, la vanne à trois voies telle que décrite ci-dessus peut être utilisée pour commander un vérin à By way of example, the three-way valve as described above can be used to control a jack

simple effet, relié à la voie 9. En cas d'excitation de l'élec- single effect, connected to channel 9. In case of excitation of

tro-aimant 33, le fluide parvient ainsi de la voie d'entrée 10 par la voie 9 dans le vérin et en cas de désexcitation de l'électro-aimant 33, le fluide peut s'échapper du vérin par la 3, the fluid thus reaches the inlet channel 10 by way 9 in the cylinder and in case of de-excitation of the electromagnet 33, the fluid can escape from the cylinder by the

voie 9 dans la voie de sortie 11.lane 9 in the exit lane 11.

L'étanchéité entre les parties 3, 4, 5 du corps et entre la partie 5 et le chapeau 21 de l'étage de commande 2 ainsi qu'entre les deux parties 23 et 24 du corps de l'étage de pilotage 1 est assurée par des joints toriques métalliques comprenant une âme en métal dur et un revêtement extérieur en métal mou. Dans l'exemple représenté, on n'a pas prévu de joint d'étanchéité entre les deux parties 23 et 25 du corps de l'étage de pilotage 1 afin de laisser subsister, entre ces The seal between the parts 3, 4, 5 of the body and between the part 5 and the cap 21 of the control stage 2 and between the two parts 23 and 24 of the body of the control stage 1 is ensured. by metal O-rings comprising a hard metal core and a soft metal outer cover. In the example shown, no seal has been provided between the two parts 23 and 25 of the body of the control stage 1 in order to leave, between these

deux parties, un trajet de fuite évitant l'accumulation d'hu- two parts, a flight path avoiding the accumulation of hu-

midité dans le circuit de pilotage. Bien entendu, les diffé- miquidity in the driving circuit. Of course, the differences

rentes parties fixes des deux étages 1 et 2 sont serrées les fixed parts of both stages 1 and 2 are tightened

unes contre les autres, par exemple à l'aide de vis non repré- against each other, for example by means of screws not shown

sentées.sented.

L'absence de tout joint en matière plastique ou en caout- The absence of any plastic or rubber seals

chouc permet d'utiliser la vanne conforme à l'invention pour des fluides agressifs et/ou des fluides à très haute ou très basse température. En cas d'utilisation de la vanne pour des fluides de faible densité tels que l'hélium et l'hydrogène, les billes 12, 13 et 26, 27 sont constituées par des billes en un métal très dur tel que le carbure de tungstène. En effet, de telles billes en métal très dur peuvent être rodées avec un très grande précision et assurent ainsi, sans joint rapporté, une très bonne étanchéité vis-à-vis des sièges 7, 8, 29, 32 qui sont constitués avantageusement par un métal plus mou, par rubber allows to use the valve according to the invention for aggressive fluids and / or fluids at very high or very low temperature. When using the valve for low density fluids such as helium and hydrogen, the balls 12, 13 and 26, 27 are constituted by balls of a very hard metal such as tungsten carbide. Indeed, such balls of very hard metal can be lapped with a very high precision and thus ensure without seal, a very good seal vis-à-vis the seats 7, 8, 29, 32 which are advantageously constituted by a softer metal, by

exemple le laiton.example brass.

La réalisation conforme à l'invention des doubles cla- The embodiment according to the invention of the double

pets, aussi bien dans l'étage de commande 2 que dans l'étage de pilotage 1, à partir de deux billes (ou autre corps de révolution) accouplés par une tige montée avec du jeu radial dans des trous axiaux borgnes des billes, l'une des deux billes étant soumise à l'action d'un poussoir et l'autre bille étant sollicitée dans le sens opposé par un ressort, assure farts, both in the control stage 2 and in the driving stage 1, from two balls (or other body of revolution) coupled by a rod mounted with radial clearance in blind axial holes of the balls, one of the two balls being subjected to the action of a pusher and the other ball being urged in the opposite direction by a spring, assures

l'insensibilité des doubles clapets aux dilatations thermi- the insensitivity of the double valves to thermal dilatations

ques. La vanne peut ainsi fonctionner indifféremment à très c. The valve can thus function indifferently to very

haute température ou très basse température. high temperature or very low temperature.

Claims

1. Three-way valve comprising two cooperating valves cooperating, under the action of a pusher acting in one direction

on one of the flaps to move the two flaps to the

against one return spring acting in the opposite direction on the other valve, with two seats arranged between the two valves, one of the channels opening between the two seats and the two other channels opening on either side of the two seats, characterized in that the two valves are constituted by two bodies of revolution each provided with an axial blind hole and coupled by a rod whose two ends are mounted with radial clearance in the blind holes of the valves and which presents a length such that the two valves are always kept apart from one another so as not to be able to apply simultaneously on

their seats.

Valve according to Claim 1, characterized by the

fact that the two valves are constituted by two balls.

3. Valve according to claim 1, intended for the com-

low-density fluids, characterized in that the two valves consist of ground balls made of a metal of great hardness such as tungsten carbide and

that the seats are in a soft metal such as brass.

Valve according to any one of the preceding claims

cedeentes, for the control of fluid at very high or very low temperature and / or aggressive fluids, characterized in that the body of the valve is composed of several parts and that the seal between the various parts of the

body is provided by metal O-rings

a hard metal core and a soft metal coating.