FR2983843A1 - Bec de remplissage a clapet et obturateur secondaire avec element d'actionnement amont - Google Patents

Abstract

Bec de remplissage comportant un corps tubulaire (1) dans lequel sont montés un clapet principal (11) s'étendant en regard d'un siège de clapet et un obturateur (21) disposé en aval du clapet principal et en regard dune restriction du corps, le clapet principal et l'obturateur étant tous deux montés mobiles dans le corps entre une position de fermeture et une position d'ouverture. L'obturateur secondaire et le clapet principal sont reliés à un élément d'actionnement monté mobile en amont du clapet principal pour avoir une course d'ouverture du clapet principal et de l'obturateur de telle manière que, sur une première partie de la course d'ouverture, l'obturateur dégage une section de passage de fluide supérieure à celle dégagée par le clapet principal.

Description

La présente invention concerne un bec de remplissage notamment à commande électromagnétique. Des becs de ce type sont destinés à équiper une installation de remplissage de récipients avec un produit liquide comme un produit alimentaire ou autre. On connaît, en particulier du document WO 01/40098, un bec de remplissage comportant un corps tubulaire dans lequel sont montés un clapet s'étendant en regard d'un siège de clapet et un obturateur secondaire qui est relié au clapet et s'étend en regard d'une restriction du corps tubulaire. L'ensemble clapet et obturateur secondaire est relié à un actionneur. Il existe des actionneurs de type vérin qui ont une tige reliée au clapet et qui s'étendent à l'extérieur du corps tubulaire en amont du clapet. L'utilisation de ce type d'actionneur oblige à avoir un corps tubulaire de géométrie complexe pour permettre la liaison du vérin au clapet tout en préservant l'étanchéité du circuit de transport de liquide.

Il est également connu des actionneurs électromagnétiques comportant un élément d'actionnement magnétique qui s'étend en amont du clapet ou entre le clapet et l'obturateur et qui est relié au clapet par un organe d'accouplement axial. L'actionneur à commande électromagnétique comporte une bobine qui s'étend à l'extérieur du corps tubulaire et qui est alimenté de manière à engendrer un champ magnétique susceptible de déplacer l'élément d'actionnement magnétique. Les becs connus posent des problèmes lors de la purge du bec qui doit être réalisée préalablement à la mise en service du bec, à chaque changement du produit de remplissage ou après chaque opération de maintenance. Une telle purge d'air est nécessaire pour obtenir un écoulement régulier du produit et une distribution de quantités précises de produit. L'évacuation de l'air emprisonné dans le bec demande alors plusieurs cycles de purge rallongeant d'autant l'indisponibilité de l'installation.

Un but de l'invention est de proposer un bec de remplissage résolvant les problèmes ci-dessus. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un bec de remplissage comportant un corps tubulaire dans lequel sont montés un clapet principal s'étendant en regard d'un siège de clapet et un obturateur disposé en aval du clapet principal et en regard dune restriction du corps. Le clapet principal et l'obturateur sont tous deux montés mobiles dans le corps entre une position de fermeture et une position d'ouverture. L'obturateur secondaire et le clapet principal sont reliés à un élément d'actionnement monté mobile en amont du clapet principal pour avoir une course d'ouverture du clapet principal et de l'obturateur de telle manière que, sur une première partie de la course d'ouverture, l'obturateur dégage une section de passage de fluide supérieure à celle dégagée par le clapet principal. Ainsi, l'ouverture au moins partielle de l'obturateur précède l'ouverture du clapet et facilite les manoeuvres de purge. Par rapport aux becs de remplissage dont l'élément d'actionnement est monté entre le clapet principal et l'obturateur, cette structure permet de diminuer le volume de la chambre se trouvant en aval du clapet principal et donc de faciliter encore la purge.

Selon un premier mode de réalisation, l'élément d'actionnement est relié au clapet principal et à l'obturateur de manière à amener vers la position d'ouverture l'obturateur puis le clapet principal. Ce mode de réalisation est particulièrement simple lorsque la pression de liquide dans le bec est relativement faible, par exemple inférieure à 1,5 bar. De préférence, le clapet principal comprend un premier tronçon d'extrémité pourvu d'un joint pour assurer un contact étanche avec le siège et un deuxième tronçon d'extrémité ayant une forme tronconique pour assurer une régulation de débit par déplacement en regard du siège, entre les tronçons d'extrémité s'étendant un tronçon intermédiaire cylindrique de diamètre voisin du siège. Le clapet principal interrompt complètement le passage de produit de remplissage lorsque le joint est en contact avec le siège (position d'obturation réelle), bloque sensiblement le passage de liquide lorsque le tronçon intermédiaire est en regard du siège, et permet d'assurer une régulation de débit lorsque le deuxième tronçon d'extrémité est déplacé en regard du siège (correspond à l'ouverture réelle du clapet principal). Le tronçon intermédiaire a une longueur suffisante pour permettre le soulèvement de l'obturateur avant que le clapet principal n'assure sa fonction de régulation de débit et un diamètre tel que la fuite résultant du jeu fonctionnel nécessaire à son coulissement par rapport au siège ne soit pas suffisante pour qu'une pression s'établisse en aval du clapet principal avant l'ouverture de celui-ci. Le bec de remplissage ayant une telle structure est en outre peu coûteux. Avantageusement encore, le joint est monté flottant dans une gorge du clapet principal.

Le jeu entre le joint et sa gorge facilite le nettoyage du joint et de la gorge par les solutions de lavage qui sont introduites dans le bec par exemple avant un changement de produit de remplissage ou avant une interruption du fonctionnement de l'installation.

Selon un deuxième mode de réalisation, l'élément d'actionnement est relié à l'obturateur par une tige de commande traversant le clapet principal et formant un clapet secondaire en coulissant en regard d'un siège secondaire ménagé dans le clapet principal, la tige de commande comportant une butée d'entraînement du clapet principal positionnée de telle manière que la tige d'actionnement puisse, dans la première partie de la course d'ouverture, déplacer l'obturateur de sa position d'obturation vers sa position d'ouverture sans déplacer le clapet principal et, dans une deuxième partie de la course d'ouverture, déplacer l'obturateur et le clapet principal vers leur position d'ouverture. Dans ce mode de réalisation, l'ouverture du 15 clapet secondaire avant celle du clapet principal entraîne une perte de charge qui, même faible, permet de limiter l'effort nécessaire à l'ouverture du clapet principal. Ceci est particulièrement intéressant dans les becs de remplissage destinés à des produits de 20 remplissage à une pression relativement élevée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. 25 Il sera fait référence aux figures ci-jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un bec de remplissage selon un premier mode de réalisation de l'invention, le clapet et l'obturateur 30 étant en position fermée, - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 de ce bec de remplissage, l'obturateur étant partiellement ouvert, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 de ce bec de remplissage dans la position ouverte du clapet et de l'obturateur, - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 1 illustrant un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue analogue à la figure 1 de ce bec de remplissage, l'obturateur étant partiellement ouvert et le clapet principal étant fermé, - la figure 6 est une vue analogue à la figure 1 de ce bec de remplissage dans la position ouverte du clapet et de l'obturateur. En référence aux figures, le bec de remplissage selon l'invention comporte un bâti 100 sur lequel est monté un corps tubulaire 1 comprenant trois éléments de corps 1.1, 1.2 et 1.3. Les éléments de corps 1.1 et 1.2 sont fixés l'un à l'autre par des brides vissées dans le bâti 100. Les éléments de corps 1.2 et 1.3 sont reliés entre eux par des organes d'attache rapide symbolisés en 2. Les éléments de corps 1.1, 1.2 et 1.3 contiennent respectivement les éléments assurant les fonctions de commande, d'obturation, et d'ajutage de sortie ou d'obturation secondaire du bec de remplissage selon l'invention. La fonction de commande est assurée par un élément intérieur d'actionnement magnétique 3 monté pour coulisser dans l'élément de corps 1.1. L'élément d'actionnement magnétique 3 comporte un support 4 tubulaire ayant des parties de guidage voisines de la paroi de l'élément de corps 1.1 et délimitant un passage central permettant l'écoulement d'un produit. Au voisinage des parties de guidage sont logés des aimants permanents 5. L'élément de corps 1.1 est réalisé en matériau amagnétique, et est entouré par un aimant permanent annulaire 6 monté pour coulisser sur l'élément de corps 1.1 et associé à un actionneur 7 qui est monté sur le bâti 100 pour déplacer un coulisseau annulaire 10 qui est monté sur l'élément de corps 1.1 et sur lequel repose l'aimant permanent annulaire 6.

L'élément de corps 1.2 contient un clapet principal 11 qui est monté pour coulisser dans un alésage cylindrique 12 de l'élément de corps 1.2. A sa partie inférieure, l'alésage 12 comporte un redan annulaire 13 chanfreiné formant un siège pour le clapet principal 11.

L'élément de corps 1.3 contient un obturateur 21 qui comporte une partie de guidage 22 reçue à coulissement dans une portion de l'élément de corps 1.3 voisine de l'élément de corps 1.2 et une partie inférieure conique 23 allongée s'étendant en regard d'une restriction conique 24 de l'élément de corps 1.3. Un tel obturateur 21 est particulièrement utile pour le conditionnement de produit ayant tendance à mousser lors d'un écoulement turbulent tel que le lait. L'élément intérieur d'actionnement 3 est monté mobile en amont du clapet principal 11 et est relié au clapet principal 11 et à l'obturateur 21 pour avoir une course d'ouverture du clapet principal 11 et de l'obturateur 21 telle que, sur une première partie de la course d'ouverture, l'obturateur 21 dégage une section de passage de produit supérieure à celle dégagée par le clapet principal 11. Dans le premier mode de réalisation représenté aux figures 1 à 3, l'élément d'actionnement 3 est relié à l'obturateur 21 par une tige de commande 15 traversant le clapet 11 qui est fixé sur ladite tige d'actionnement 15. La tige de commande 15 comprend ici une première extrémité renflée 15.1 engagée latéralement dans un logement 8 pourvu d'une ouverture latérale et ménagé dans le support 4 et, à l'opposé, une deuxième extrémité renflée 15.2 engagée latéralement dans un logement 25 pourvu d'une ouverture latérale et ménagé dans l'obturateur 21. Le clapet principal 11 comprend un premier tronçon d'extrémité 11.1 pourvu d'un joint 16 pour assurer un contact étanche avec le siège et un deuxième tronçon d'extrémité 11.2 ayant une forme tronconique pour assurer une régulation de débit par déplacement en regard du siège. Le joint 16 est monté flottant dans une gorge délimitée par un flanc du tronçon d'extrémité 11.1 et un épaulement de la tige 15. Entre les tronçons d'extrémité 11.1, 11.2 s'étend un tronçon intermédiaire 11.3 de forme cylindrique et de diamètre voisin du siège. Le tronçon intermédiaire 11.3 a une longueur suffisante pour permettre le soulèvement de l'obturateur avant que le clapet principal 11 n'assure sa fonction de régulation de débit et un diamètre tel que la fuite résultant du jeu fonctionnel nécessaire à son coulissement par rapport au siège ne soit pas suffisante pour qu'une pression s'établisse en aval du clapet principal 11 avant l'ouverture de celui-ci. Pour le montage du bec de remplissage, l'élément intérieur d'actionnement 3 est monté dans l'élément de corps 1.1. Le clapet principal 11 pourvu de la tige de commande 15 et l'élément de corps 1.2 sont ensuite montés, puis l'obturateur secondaire 21 et l'élément de corps 1.3. Dans la position fermée du bec de remplissage comme illustré par la figure 1, on notera que les dimensions et le positionnement relatif de la partie conique et de la restriction 24 sont prévues pour que dans la position fermée du clapet comme illustré, la partie conique 23 de l'obturateur secondaire soit espacée de la restriction 24 avec un jeu juste suffisant pour retenir par capillarité le produit contenu dans les éléments de corps 1.2 et 1.3. Sans risquer d'interférer avec l'action de fermeture du clapet principal, on maintient ainsi dans le bec de remplissage une quantité de produit suffisante pour éviter un défaut de formation du jet de produit lors de l'ouverture du clapet. Il est prévu une butée pour la partie 22 dans l'élément de corps 1.3 pour supporter l'obturateur 21. Il peut également être prévu une butée réglable en position le long du corps tubulaire 1 pour définir une position inférieure du coulisseau 10 et donc régler la position inférieure de l'élément intérieur 3 et celle de l'obturateur secondaire 21 par rapport à la restriction 24. L'élément d'actionnement 3 est relié au clapet principal et à l'obturateur de manière à déplacer depuis la position de fermeture vers la position d'ouverture l'obturateur 21 puis le clapet principal 11. En effet, au début du déplacement de l'élément d'actionnement 3 depuis la position de fermeture (première partie de la course d'ouverture), la partie inférieure conique 23 de l'obturateur 21 va être rapidement éloignée de la restriction 24 tandis que le joint 16 est lui décollé du siège et le tronçon intermédiaire 11.3 du clapet principal 11 est déplacé en regard du siège (figure 2). Le clapet principal 11 n'est donc pas encore en position d'ouverture. Le déplacement de l'élément d'actionnement étant poursuivi, le deuxième tronçon d'extrémité 11.2 arrive en regard du siège et permet de réguler le débit de produit, le clapet 11 étant alors en position d'ouverture (figure 3) . En production, l'actionneur 7 est commandé par un moteur pas à pas qui, en liaison avec le système de mesure de l'arrivée du produit dans le récipient à remplir, assure que le flux reçu est conforme à celui programmé. On notera en outre que, lors d'une opération de maintenance, l'opérateur peut ouvrir le clapet en agissant à la main sur l'aimant permanent 6.

Dans ce mode d'actionnement, les aimants permanents permettent de relier l'actionneur extérieur et l'élément intérieur d'actionnement par un couplage magnétique. Le déplacement de l'élément intérieur d'actionnement ne résulte pas directement de la variation d'un champ magnétique auquel il est soumis mais est assuré par le déplacement de l'aimant permanent extérieur couplé magnétiquement à l'aimant permanent solidaire de l'élément intérieur d'actionnement. Dans le deuxième mode de réalisation représenté aux figures 4 à 6, le clapet principal 11 est de forme tronconique classique et est monté sur la tige 15 pour coulisser entre une position rapprochée de l'élément intérieur d'actionnement 3, dans laquelle le clapet principal 11 est en appui étanche contre un épaulement 15.3 de la tige 15, et une position rapprochée de l'obturateur 21, dans laquelle le clapet principal 11 est en appui contre une butée 15.4 solidaire de la tige 15. La tige 15 est reçue dans un perçage du clapet 11 avec un jeu axial autorisant un passage de produit de remplissage lorsque l'épaulement 15.3 n'est pas en appui contre le débouché du perçage du clapet 11 de sorte que la tige 15 forme ainsi un clapet secondaire et le débouché forme un siège secondaire. En position de fermeture de l'ensemble du bec de remplissage (figure 4), l'obturateur 21 et le clapet 11 sont en position de fermeture et l'épaulement 15.3 formant clapet secondaire est en appui étanche contre le clapet principal 11. Au début du déplacement de l'élément d'actionnement 3 depuis la position de fermeture (première partie de la course d'ouverture), l'élément d'actionnement 3 déplace la tige 15 par rapport au corps 1 et au clapet principal 11 entraînant la partie inférieure conique 23 de l'obturateur 21 (figure 5). L'épaulement 15.3 de la tige 15 quitte de ce fait le clapet principal 11 autorisant le passage de produit au travers du clapet principal 11. Le déplacement de l'élément intérieur d'actionnement 3 et donc de la tige 15 étant poursuivi, la butée 15.4 arrive en appui du clapet principal 11 et entraîne celui-ci vers sa position d'ouverture (figure 6) . On notera que dans les modes de réalisation décrits, le clapet principal 11 est relié à l'obturateur 21 par des moyens d'attache amovible et la restriction est rapportée sur le corps tubulaire 1 par des moyens d'attache amovible. Le clapet principal 11 et l'obturateur 21 sont ainsi montés dans des éléments de corps séparés reliés par un organe d'attache amovible permettant de réaliser rapidement différentes combinaisons de clapet principal 11 et d'obturateur 21 pour adapter le bec de remplissage à différents diamètres de goulots des récipients à remplir ou à différentes viscosités de liquide. Le changement d'obturateur et de restriction peut être réalisé sans vidanger le circuit du fait du positionnement du clapet principal en amont de l'obturateur. L'élément intérieur d'actionnement 3 est également relié au clapet principal 11 par des moyens d'attache amovible et le corps tubulaire 1 comporte un tronçon détachable en regard du clapet principal 11. Le clapet principal 11 peut ainsi être désolidarisé de l'élément intérieur d'actionnement 3 dans le cadre d'une opération de maintenance, à des fins de nettoyage ou pour procéder à son remplacement. Le retrait du tronçon de corps tubulaire en regard permet d'accéder au clapet principal 11 et de changer l'ensemble siège/clapet pour le remplacer par des éléments de dimensions différentes par exemple. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, les moyens d'accouplement de l'élément intérieur d'actionnement 3 au clapet principal 11 et / ou les moyens d'accouplement de l'obturateur 21 au clapet principal 11 peuvent être agencés pour permettre un jeu radial par exemple au moyen d'un étrier en forme de C dans lequel est engagé la tête d'un pion. Le jeu radial est tel que le coulissement précis de l'élément intérieur d'actionnement 3 dans l'élément de corps 1.2 et le coulissement précis du clapet 11 dans l'élément de corps 1.1 ne sont pas affectés même si les éléments de corps 1.1 et 1.2 ne sont pas montés de façon rigoureusement coaxiale. Il est ainsi possible de dissocier le clapet 11 et l'élément intérieur d'actionnement 3 par un simple décalage latéral de ceux- ci l'un par rapport à l'autre. On peut utiliser d'autres organes d'accouplement présentant un jeu radial, par exemple un organe d'accouplement à baïonnette. Ceci permet d'augmenter les tolérances de fabrication et de simplifier le montage.

En variante, le clapet 11 peut avoir une forme cylindrique, tronconique ou discoïdale et peut être pourvu d'une jupe dans laquelle sont réalisées des échancrures pour obtenir une évolution plus progressive du débit lors de l'ouverture ou de la fermeture du clapet. Le clapet principal 11 peut être pourvu d'un joint fixe ou mobile axialement. L'élément intérieur d'actionnement peut avoir une forme différente avec une section par exemple polygonale. Le support peut ainsi avoir une section transversale rectangulaire. Ce mode de réalisation possède une structure simple à réaliser. En outre, l'élément intérieur d'actionnement et le corps tubulaire ont des sections transversales permettant de ménager des passages importants pour le produit de remplissage, limitant le risque de turbulences risquant de perturber l'écoulement. On peut également envisager un élément intérieur d'actionnement percé en son centre avec des aimants encapsulés sur sa périphérie, les aimants conjugués étant situés sur toute la partie extérieure du tube ainsi formé. Pour des facilités de construction, on a retenu une chambre de section circulaire, mais on peut envisager une chambre de section polygonale. Bien que l'invention soit particulièrement adaptée à des systèmes de remplissage pondéral à débit programmé, l'invention est utilisable dans d'autres systèmes de remplissage comme des systèmes à cuve tampon à niveau constant. La structure des moyens d'actionnement ici décrits est indépendante de la disposition de l'élément intérieur entre le clapet et l'obturateur secondaire. Même si la structure ici décrite des moyens d'actionnement est particulièrement avantageuse dans l'invention, d'autres moyens d'actionnement, par exemple électromagnétiques, sont utilisables.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Bec de remplissage comportant un corps tubulaire (1) dans lequel sont montés un clapet principal (11) s'étendant en regard d'un siège de clapet et un obturateur (21) disposé en aval du clapet principal et en regard dune restriction du corps, le clapet principal et l'obturateur étant tous deux montés mobiles dans le corps entre une position de fermeture et une position d'ouverture, caractérisé en ce que l'obturateur secondaire et le clapet principal sont reliés à un élément d'actionnement monté mobile en amont du clapet principal pour avoir une course d'ouverture du clapet principal et de l'obturateur de telle manière que, sur une première partie de la course d'ouverture, l'obturateur dégage une section de passage de fluide supérieure à celle dégagée par le clapet principal.
2. 2. Bec selon la revendication 1, dans lequel l'élément intérieur d'actionnement (3) est relié au clapet principal (11) et à l'obturateur (21) de manière à amener vers la position d'ouverture l'obturateur (21) puis le clapet principal.
3. 3. Bec selon la revendication 1, dans lequel le clapet principal (11) comprend un premier tronçon d'extrémité (11.1) pourvu d'un joint (16) pour assurer un contact étanche avec le siège et un deuxième tronçon d'extrémité (11.2) ayant une forme tronconique pour assurer une régulation de débit par déplacement en regard du siège, entre les tronçons d'extrémité s'étendant un tronçon intermédiaire (11.3) cylindrique de diamètre voisin du siège.
4. 4. Bec selon la revendication 3, dans lequel le joint (16) est monté flottant dans une gorge du clapet principal (11).
5. 5. Bec selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'actionnement (3) est relié à l'obturateur (21) par une tige de commande (15) traversant le clapet principal (11) et formant un clapet secondaire en coulissant en regard d'un siège secondaire ménagé dans le clapet principal, la tige de commande comportant une butée d'entraînement (11.4) du clapet principal positionnée de telle manière que la tige d'actionnement puisse, dans la première partie de la course d'ouverture, déplacer l'obturateur de sa position d'obturation vers sa position d'ouverture sans déplacer le clapet principal et, dans une deuxième partie de la course d'ouverture, déplacer l'obturateur et le clapet principal vers leur position d'ouverture.
6. 6. Bec selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'actionnement (3) est magnétique et associé à des moyens extérieurs d'actionnement (6, 7, 10) agencés pour déplacer l'élément d'actionnement le long de la course d'ouverture.
7. 7. Bec selon la revendication 6, dans lequel l'élément intérieur (3) comprend au moins un aimant permanent (5) et les moyens extérieurs d'actionnement comprennent : - au moins un aimant permanent (6) en couplage 25 magnétique avec l'aimant permanent de l'élément intérieur, et - des moyens de déplacement (7) de l'aimant permanent des moyens extérieurs d'actionnement.
8. 8. Bec selon la revendication 1, dans lequel le 30 clapet (11) est relié à l'obturateur (21) par des moyens d'attache amovible et la restriction (24) est rapportée sur le corps tubulaire (1) par des moyens d'attache amovible.
9. 9. Bec selon la revendication 8, dans lequell'élément d'actionnement (3) est relié au clapet (11) par des moyens d'attache amovible et le corps tubulaire (1) comporte un tronçon détachable (1.2) en regard du clapet principal (11).