Brevet FR2004941A1 — publié le 19691205

La pressente invention a pour objet un transformateur de pression intercalé dans un élément d'une tuyauterie servent au passage d'un fluide, ce transformateur comportant une section droite donnée pour l'écoulement de ce fluide. Les transformateurs de pression sont utilisés pour la production d' 'ne pression déterminée en fonction du débit Il s'agit ici de la différence entre la pression statique de ltécou- liement en amont et en aval du transformateur.Comme transformateur de pression à intercaler dans le flux en écoulement pour assurer une réduction de pression,on peut utiliser des disques réducteurs de pression, des diaphragmes perforés, des ajutages venturi ou encore des chambres annulaires c'est-à-dire des éléments de construction produisant une modification de la section droite de l'écoulement de telle sorte que l'on obtient une pression statique différente en amont et en aval de ltempla- cement de l'organe modifiant la section droite. De tels transformateurs de pression servant par exemple à mesurer le débit ou la vitesse d'écoulement à l'aide d'un manomètre différentiel cotnrne instrument indicateur ou encore on peut utiliser ces transformateurs pour le dosage et l'incorporation de solutions d'apport dans des canalisations d'eau douce.Dans ce cas, le réservoir contenant la solution rapport ou encore le manomètre différentiel est raccordé par deux conduits auxiliaires à la canalisation d'eau douce en amont et en aval respectivement du point de modification de la section droite L'inconvénient des transformateurs de pression connus consiste en ce que la pression différentielle croRt avec le carré du débit ou de la vitesse d'écoulement.Ceci entraîne un inconvénient correspondant pour les instruments de mesure, cet inconvénient consistant en ce qu'il est nécessaire d'avoir recours à une machine d'extraction des racines ou encore à une échelle logarithmique rendant difficile et imprécise la lecture des valeurs intermédiaires, tandis que l'interpolation devient également plus difficile et que le domaine de l'échelle est plusramassé et donc d'une utilisation mal--commode. Dans le cas de dosages dans des canalisations en dérivation.le fait que la pression dépend du carré du débit a pour résultat que l'on ne peut obtenir un dosage å peu près proportionnel dans une gamme très étroite de fonctionnement que si la caractéristique quadratique peut y être remplacée approximativement par une ligne droite. L'invention a pour objet d'écarter de tels inconvénients et d'établir un transformateur de pression ou la pression diffe- rentielle est une fonction linéaire ou autre du débit. Ce problème est résolu conformément à L'invention par le fait que les di- mensions dela section droite d'écoulement dans le transformateur peuvent être modifiées et qu'une telle modification de la section droite est assurée par la vitesse même d'écoulement du fluide de telle sorte que l'accroissement de vitesse d'écoulement fait croître les dimensions de la section droite d'écoulement. Ltavan- tage particulier du transformateur de pression conforme àLginven- tion consiste en ce que l'on peut, sans utiliser une machine a extraire les racines ou un genérateur de fonctions, obtenir une fonction linéaire ou autre déterminée à l'avance telle que la fonction logarithmique ou bien une dilatation de l'échelle pour certaines parties plus intéresaantes de la gamme dTutilisa- tion dans les instruments de mesure, I1 est également possible dans le cas de transformateurs de pression conformes à l'invention d'obtenir, dans le cas d'instruments de dosage montés en dérivation un mélange proportionnel de la solution d'apport avec l'eau douce pour une gamme étendue de réglage. Suivant une forme d'exécution de l'invention, il est prévu qu'un disque réducteur de pression peut être déplacé par la pression dynamique à l'encontre de la force exercée par un ressort à l'intérieur d'une chambre dont la section droite augmenté dans la direction de l'écoulement, au moins dans La zone dans laquelle ce disque se déplace. En déterminant la caractéristique du ressort et la forme de l'élargissement de la section droite dans la zone de déplacement du disque, il est possible d'obtenir très simplement toute fonction désirée de l'accroissement de la pression en fonction du débit ; par exemple on peut obtenir un dosage du Liquide d'apport dans l'eau douce proportionnel à la quantité d'eau douce passant dans la canalisation d'eau douce. Cet avantage est obtenu sans grande dépense constructive. Suivant une forme d'exécution de l'invention convenant particuLièrement à des instruments de dosage montés en dérivation, le disque réducteur de pression ferme en position de repos au moins un des deux conduits de départ et de retour de la dérivation. Ceci empeAche, au cas d'un pompage produit par des coups de bélier dans la canalisation d'eau douce ou encore dans le cas de période de repos prolongé, la solution d'apport de se diffuser ou de s'infiltrer par la dérivation qui est généralement ouverte, ce qui occasionnerait au moment du premier prélevement d'eau après un repos prolongé un enrichissement trop important de l'eau par la solution d'apport. Suivant une forme d'exécution de l'invention il est prévu de former le disque réducteur de pression sous forme de soupape de retenue pour l'élément de canalisation dans lequel s'écoule l'eau douce. Il est donc possible sans accroissement sensible de la dépense d'assurer une fermeture automatique -de la canalisation d'eau douce grâce å quoi on tient compte des exigences et prescriptions des services de distribution d'eau sans que des frais supplémentaires sensibles apparaissent à la suite du montage d'une soupape de retenue spéciale. L'avantage consiste en ce que le courant d'eau n'est plus dévié, mais peut continuer à s'écouler suivant un trajet rectiligne. En particulier pour des applications où les arrêts de fonctionnement ne peuvent être que brefs ou encore lorsque de grandes quantités d'eau sont prélevées à chaque fois on peut renoncer à la fermeture des conduits de la dérivation. Dans ce cas, le disque réducteur de pression formant soupape de retenue peut coulisser dans une chambre présentant une section droite croissante. Suivant une forme d'exécution particuliere de l'inventionD Le corps de la soupape est constitué en deux parties ce qui écarte l'inconvénient suivant lequel une pièce rigide ne peut venir s'appliquer simultanément en deux endroits. Dans ce cas, les deux parties peuvent se déplacer l'une vis-à-vis de l'autre à l'encontre de la force exercée par un ressort de telle sorte que chacune de ces deux parties vient fermer en position de repos l'un des conduits de la dérivation. En même temps, la partie amont du corps de la soupape peut former le transformateur de pression tandis que la partie aval de ce corps de la soupape forme la soupape de retenue proprement dite dans la canalisation d'eau. Cette disposition tres simple satisfait d'une manière optima à toutes les exigences réglant les dispositifs de dosage pour les conduites d'eau. Le transformateur de pression conforme à l'invention assure un mélange proportionnel d'un liquide d'apport avec l'eau fraîche et la partie du corps dela soupape formant soupape de retenue empoche tout reflux de l'eau conformément aux prescriptions des services de distr-ibution d'eau tandis que la fermeture des deux conduits de la dérivation an repos empêce L'eau de s'enrichir pendant les longues durées de repos en solution d'apport, afin qu'à la suite de ces périodes de repos l'eau ne puisse être prélevée avec une ten eurtrop élevée en solution d'apport.En meme temps la partie du corps de la soupape formant le transformateur de pression présente avantageusement un diamètre plus faible que La partie qui se trouve dispos en aval et L' accroissement de la section droite d'écouLement et La pression du ressort agissant sur le disque réducteur de pression sont déterminés en fonction l'un de l'autre de telle manière que la pression effective soit proportionnelle ou tout au moins à peu près proportionnelle au débit d'eau. La partie amont du corps de la soupape peut également être maintenue par un support spécial indépendamment de la partie disposée en aval. Pour obtenir une pression qui soit une fonction proportion nielle ou à peu près proportionnelle du débit d'eau, on on peut égale- ment, suivant une autre forme d'exécution de l'invention, utiliser un diaphragme annulaire élastique dont le bord définissant l'étranglement de l'écoulement se déplace dans le sens de l'écoulement lorsque la vitesse d'écoulement croît de manière à élargir ainsi l'ouverture d'étranglement. On obtient ainsi une construction aussi simple et économique que possible pour le transformateur de pression sans organe qui se place ou se déplace mécaniquement. Pour-obtenir un bon mélange rapide de liteau douce avec la solution d'apport on peut, suivant un cas particulier de l'invention, prévoir en aval du point de refoulement un dispositif de guidage hélicoSdal produisant un tourbillonnement qui accélère Le mélange des deu. fluides. Le support du disque réducteur de pression au du corps de soupape peut être alors tel qu'il forme le dispositif de guidage hélicoîdal grâce à quoi il n'est pas nécessaire d'utiliser à cet effet un organe supplémentaire. Des détails et des formes d'exécution de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivant présentant plusieurs exemples de mise en oeuvre de cette invention comme représenté aux dessins ci-joints sur lesquels La fig. 1 est une coupe longitudinale schématique d'un élément de canalisation contenant un transformateur de pression conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe longitudinale schématique d'un autre transformateur de pression conforme à l'invention, celui-ci fermant au repos un conduit formant artie d'une dérivation. La fig. 3 est une coupe lonOitudinaLe schématique d'un autre transforrlateur de pression conforme à l'invention rerrrnt en position de repos les deux conduits formant l'entrée et la sortie d'u- ne dérivation. La fig. 4 est une coupe longitud@nale schématique d'un transformateur de pression comportant un diaphragme élastique. Sur les dessins, on voit la canalisation 1 amenant le flu-- de dont on veut mesurer le débit ou la vitesse ou auquel on veut incorporer une solution d'apport, ce fluide étant évacué par la canalisation 2, Entre les canalisations 1 et 2 est monté le transformateur de pression qui comprend une enveloppe 3 présentant en dehors des raccords pour les canalisations 1 et 2 des conduits auxiliaires 4 et 5 servant à raccorder une dérivation.Entre les raccords des canalisations 1 et 2 est ménagée dans l'enveloppe 3 une chambre 6 parcourue par un fluide tel que l'eau. Un support ou traverse 7 traversant cette chambre et agissant sur le débit du fluide d'une manière négli- geable porte une tige ss s'étendant dans une direction opposée à la direction de l'écoulement suivant la ligne centrale axiale de la chambre vers l'entrée de cette dernière. Cette tige S porte un disque réducteurde pression 9 dont la surface s'étend transversalement par rapport à l'écoulement de l'eau et qui peut se déplacer suivant la direction de cet écoulement.Un ressort à boudin 10 entourant la tige 8 stappuiesur le support ou traverse 7 et repousse le disque réducteur de pression 9 vers l'amont et vers une butée ll à l'extrémité de cette tige 8 et limitant le déplacement du disque 9 vers l'amont. La chambre 6 présente de plus dans la zone de déplacement du disque réducteur de pression 9 des sections droites s'élargissant à mesure qu'on les considère plus en avant dans La direction de l'écoulement. La surface intérieure de la chambre forme avec le disque réducteur de pression 9 une fente annulaire 12 dont la section droite varie avec le déplacement du disque réducteur de pression.Tant que le liquide ne s'écoule pas dans la chambre 5, le disque réducteur de pression 9 est repoussé par le ressort 10 au contact de la butée 1L, la fente annulaire 12 présentant alors sa section droite maxima Aussi t que le liquide passe de la canalisation 3 dans la canalisation 2 son écoulement est tel qu 2 il exerce une certaine force sur le disque réducteur de pression 9. Cette force assure alors un déplacement du disque dans la direction de l'écoulement à l'encontre de l'action du ressort 10.La force exercée sur le disque Ç est déterminée par la surface de ce disque et par La différence de pression entre les deux faces de celui-ci.Cette différence de pression en amont et en aval dépend elle-même du débit momentané et de la section droite de la fente annulaire 12. Lorsque le débit augmente cette force croît pour une section droite constante de la fente annulaire, à peu près suivant le carré du débit. En déterminant d'une manière appropriée la caractéristique du ressort 10 et de la génératrice de la paroi de la chambre 9 dans la zone de déplacement du disque réducteur de pression on peut faire en sorte que la différence entre les pressions statiques de part et d'autre du disque réducteur soit une fonction désirée,7inéaire par exemple. Les pressions statiques en amont et en aval du disque réducteur 9 sont prélevées par les conduits 4 et 5 de la dérivation.Le débouché du conduit dérivé 4 se trouve ainsi en amont du disque réducteur 9 tandis que le débouché du conduit dérivé 5 se trouve en aval. Ces deux débouchés se trouvent en dehors de la zone de déplacement en cours de fonctionnement du disque réducteur. Ces conduits 4 et 5 de la dérivation peuvent aboutir à un manomètre différentiel indiquant le débit. Ils pourraient aussi bien aboutir à un doseur dans le courant fluide dérivé ; on amène ainsi de l'eau par le conduit 4 à ce doseur non représenté tandis que la solution d'apport provenant du doseur pénètre dans le conduit 5 dans le courant d'eau de la canalisation. Au lieu de la butée 11 limitant le déplacement du disque réducteur 9 dans le sens contraire de l'écoulement et monté sur la tige 8,on peut utiliser la paroi même de la chambre pour limiter ce déplacement. En ce cas, le disque réducteur de pression forme en même temps soupape de remenue. Le disque réducteur de pression 9 présente alors un bord tronconique 13 qui est repoussé par le ressort 10,lorsque le liquide ne s'écoule plus, au contact de la surface tronconique 14 de l'entrée de la chambre 6 .Ainsi , le caté amont du transformateur de pression est séparé d'une manière étanche du coté aval grâce à quoi aucun reflux vers la canalisation 1 ne peut se produire pour l'eau additionnée d'une solution d'apport.Pour une surpression faible dans la canalisation 1 par rapport à celle régnant dans la canalisation 2 la soupape de retenue s'ouvre. Le débouche du conduit 4 est décalé et se trouve dans la surface tronconique 14 de telLe sorte que ce conduit est égaLement ferlé lorsque la soupape de retenue est fermée et aucune fraction de la solution d'apport ne peut pénétrer dans la canalisation d'amenée 1 au cours d'une période d'arrêt prolongé en passant par le conduit 4. Dans la forme d'exécution représentée en fig .---3,les deux conduits dérivés sont fermés en période de repos par la soupape de retenue de telle sorte que l'eau se trouvant aussi bien dans la chambre du transformateur que dans la canaLisation 2 ne peut recevoir par ce conduit 5 de solution d'apport pendant des arrets prclongés du fonctionnement. Une telle introduction de solution d'apport aboutirait,au moment du premier prélèvement à la suite d'un arrêt prolongé6 à une concentration indésirable de cette solution dans l'eau ainsi prélevée.La soupape de retenue fermant les conduits dérivés 4 et 5 est constituée par deux parties mobiles l'une par rapport à L'autre et par rapport à la traverse 7 qui les porte. La partie amont 15 fermant le débouché du conduit dérivé 4 en période de repos est disposée de manière à pouvoir se déplacer le long de l'alésage 16 de la partie aval 17 dans La direction de l'écoulement.Cette partie L5 de la soupape8applique sur la partie 17 par l'intermédiaire d'un ressort 18.La partie 15 agit comme disque réducteur de pression et présente un bord tronconique servant d'obstacle à l'écoulement et il comporte une garniture élastique assurant son application élastique au contact de la surface tronconique 14 dans laquelle débouche le conduit dérivé 4. Une garniture analogue L9 est prévue sur la partie 17 de la soupape pour fermer en période de repos le débouché du conduit dérivé 5, débouché ménagé dans la surface tronconique 20 de la chambre 6.Entre 's surfaces tronconiques 14 et 20 de La chambre 6 s'étend une surface périphérique 21 tronconique ou incurvée qui forme avec le bord 22 de diamètre maximum de la partie 15 de la soupape une fente annulaire analogue à celle représentée en 12 en fig. 1. La partie 17 de la soupape s'appuie par l'intermédiaire d'un ressort 23 sur la traverse 7 qui présente des surfaces disposes obliquement par rapport à la direction de l'écoulement de manière à appliquer à cet écoulement une composante de torsion et à assurer ainsi ur excellent mélange entre l'eau franche et la solution d'apport à y incorporer. En période de repos, les conduits dérivés 4 et 5 sont fermés et il ne peut se produire aucun reflux d'eau provenant de la canalisation 2 vers la canalisation 1 c'est-à-dire dans une direction opposée à la direction normale de l'écoulement. Aussitot qu'une certaine surpression apparat dans la canalisation 1 par rapport à la canalisation 2, la partie 15 de la soupape se déplace dans le sens de l'écoulement à l'encontre de l'action du ressort 18 de manière à ouvrir la fente d'écoulement annulaire Ceci produit un accroissement de pression dans la chambre dans laquelle se trouve le ressort 18 et la force exercée sur la partie 17 de la soupape déplace cette dernière dans la direction de l'écoulement à l'encontre de L'action du ressort 23. La partie 17 agissant comme soupape de retenue découvre alors rapidement une section droite de passage relativement importante de telle sorte qu'il ne se produit ici qu'une faible chute de pression.La différence de pression apparaissant entre les conduits dérivés 4 et 5- correspond à une chute de pression dans la fente annulaire 12 comme cela est le cas pour les autres formes d' exécution. A la place d'un disque réducteur de pression se déplaçant dans la directinn de l'écoulement à l'encontre de la force exercée par un ressort, on peut monter dans la chambre- un diaphragme annulaire 25 en ratière élastique. Pour une différence de pression croissante entre les côtés de l'amenée et de la sor t ie de ce diaphragme 25, son bord intérieur 26 se déplace dans la direction de l'écoulement de telle sorte que la section droite de l'écoulement augmente et que l'on obtient la relation désirée entre La différence de pression et le débit.La diaphragme annulaire élastique peut être constitué par des éléments en forme de secteurs se recouvrant l'un l'autre et s'ouvrant à la manière des lames d'un éventaiL lorsque la pression due à ltécoulement croit, D'ailleurs Les secteurs peuvent former aussi bien une surface annulaire interrompue même pour le débit maximum. Le recouvrement des secteurs pourrait être également assez faible ou encore ces secteurs peu; vent buter l'un contre l'autre en l'absence de tout écoulement de telle soit que l'augmentation du débit ouvre à la suite de la flexion du bord intérieur du diaphragme annulaire des fentes entre les secteurs successifs qui augmentent d'une manière supplémentaire la section droite de l'écoulement.On comprendra aisément que l'invention n'est pas limitée à l'exemple représenté et que de nombreuses modifications sont possibles sans que l'on sorte pour cela du domaine de l'invention.De telles modifications peuvent être obtenues par le fait que dans les formes d'exécution de l'invention, on utilise une ou plusieurs caractéristiques de cet te derniere en toute combinaison désirée @es transformateurs de pression conformes à L'invention peu vent être utilisés non seulement pour des liquides tels que l'eau ou l'huile, entre autres, mais encore dans le cas des gaz. Un avantage essentiel du transformateur conforme à l'invention comportant une soupape de retenue consiste en ce qu'il ne se produit aucune déviation du courant d'eau franche et par suite aucune perte de pression complémentaire ne peut apparaître.L'encombrement du transformateur de pression n' est pas accru sensiblement par la présence de la soupape de retenue. En particulier, l'invention supprime tous les éléments de construction faisant saillie latéralement & à 'extérieur de la section droite des canalisations. Par suite, même dans le cas oû l'on ne dispose que d'une place réduite on peut monter et remplacer facilement les pièces. Les conduits derivés peuvent être fermés directement par les disques de la soupape de retenue de telle sorte qu' aucun élément de construction complémentaire n'est nécessaire. Chaque disque de la soupape ne présente qu'une surface d'appui grâce à quoi il n'y a plus de problème d'étanchéité à résoudre comme dans le cas d'une pièce rigide à appliquer sur plusieurs surfaces d'appui.Le siège tronconique de la soupape assure toujours une étanchéité parfaite sans quDil puisse se pro- duire de déformation entraînant un manque d'étanchéité REVENDICATIONS 1.Transformateur de pression intercalé dans un élément de canalisation servant a la circulation d'un fluide et dont la section drcite définit le débit de ce fluide, ce transforma tueur étant caractérisé par le fait que les dimensions de la section droite du transformateur peuvent être modifiées et cela sous l'action de la vitesse d'écoulement du fluide ce qui fait rostre rapidement cette section droite en meme temps que la vitesse d'écoulement 2 Transformateur de pression suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un disque réducteur de pression repoussé par la pression statique du fluide à l'encontre de la force exercée par un ressort peut se déplacer dans une chambre dont la section droite s'élargit dans la direction de l'écoulement, tout au moins dans la zone des déplacements de ce disque réducteur. 3 Transformateur de pression particulièrement destiné à alimenter des dispositifs de dosage ou de mesure suivant La revendication 2 caractérisé par le fait que le disque réducteur de pression ferme lorsqu'il est au repos au moins l'un des conduits formant la dérivation. Trans formateur de pressionn suivant la revendication 2 ou 3 caractérisé par le fait que le disque réducteur forme en meme temps soupape de retenue pour l'élément de canalisation considéré 5 Transformateur de pression suivant la revendication 3 ou k caractérisé par le fait que le corps de soupape de retenue est en deu: parties indépendantes. 6 Transformateur de pression suivant la revendication 5 caractérisé par le fait que les dezx parties du corps de soupape se déplacent l'une par rapport à l'autre à l'encontre de l'action d'un ressort, chacune de ces deux parties ferment en position de repos Le conduit correspondant d'une dérivation passant par un dispositif de dosage ou de mesure 7 Transformateur de pression suivant la revendication 5 ou 6 caractérisé par le fait que la partie amont du corps de soupape forme le transformateur de pression proprement dit tandis que la partie aval forme une soupape de retenue dans la canalisation d'eau frERche. 8 Transformateur de pression suivant la revendication 7 caractérisé par le fait que la partie du corps de soupape forment le transformateur de pression présente un diamètre inférieur à celui de la partie aval du corps de soupape 9 Transformateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on détermine en fonction l'un de l'autre l'accroissement de la section droite de l'écoulement et la force du ressort agissant sur le disque réducteur de pression de telle manière que la pression effective obtenue soit proportionnelle ou à peu près au débit d'eau franche LO Transformateur de pression suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on utilise un diaphragme élastique annulaire dont le bord intérieur étranglant L'écouLement de fluide s'ouvre dans la direction de l'écoulement lorsque la vitesse -d'écoulement du fluide croit, ce qui augmente l'ouver- ture du passage étranglant l'écaiement de fluide 11 Transformateur de pression suivant l'une quelconque des revendications caractérisé par le fait qu'il est prévu un dispositif produisant une torsion de l'écoulement en aval de la section droite d'étranglement 12 Transformateur de pression suivant la revendication 11 caractérisé par le fait que le support du disque réducteur de pression ou encore le corps de la soupape forme l@ dispositif de torsion