Brevet FR2009182A1 — publié le 19700130

i 2009182 La présente invention concerne une soupape à manchon expansible et, plus particulièrement, une soupape â manchon expansible du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique H9 2.353.143. 5 Généralement, la soupape décrite dans ce brevet antérieur com prend un carter avec des passages d'écoulement d'entrée et de sortie. Les extrémités d'un tube ou manchon expansible élastique sont fixées de façon étanche autour des passages d'écoulement, de sorte que l'écoulement d'un fluide à travers la soupape s lieu 10 dans Je tube. Le tube expansible est supporté sur un manefeon cylindrique qui a deux séries de fentes longitudinales sur son pourtour . avec un barrage non perforé dans le laaaelîon entre les deux séries de fentes. La surface cylindrique extérieure du barrage est normalement en contact précis avec 1© tube expansible 15 pour étancher l'écoulement de fluide dans le manchon. Toutefois, l'écoulement dans le dispositif de soupape & lieu quand la pression de fluide en amont est suffisante pour surmonter la tension du tube expansible plus la pression du fluide de eoœanande qui l'entoure, ou inversement, quand la pression de fluide d® cosmand® 20 est réduite à un degré tel que la pression en asaont peut la surmonter pour distendre le tube en l'écartant de la surface d'é-tanchéité. Quand il en est ainsi, le fluide s'écoule à travers les fentes en amont, autour du barrage intermédiaire, puis â travers les fentes en aval jusqu'au passage de sortie du fluide. 25 Dans ces dispositifs de soupape, le fluide de command© est normalement introduit en provenance d'une source■sxfcern® â travers une conduite débouchant dans 1s carter. Cette particularité est satisfaisante pour la plupart des installations, mais certains problèmes se posent quand le dispositif de soupape doit s'ouvrir 30 ou se fermer très rapidement. L'opération d'ouverture peut être empêchée en raison du fait que le fluide de commande dans les régions du carter déplacées de la conduite à travers laquelle il doit sortir, doit être refoulé vers la conduite par l'expansion du tube, et ensuite refoulé à l'extérieur par voie lumière de ca-35 pacité relativement faible, même quand une expansion rapide a été réalisée, il est possible que le tube soit endommagé dm fait qu'il bat contre la surface qui 1'entoure. De plus, l'écoulement à grande vitesse du fluide de comaiande à travers la lumière crée une région de basse pression qui tend à aspirer le tube dans la eA» ORIGINAL 69 16543 2 2009182 lumière. Ensuite? quand le t-Bbe est la _sas.face juste dans la région de la lumière et 1s flaiâ© de eqmaanâe doit agir progressivement autour de la circonférence du tube, avant que celui-ci puisse faire de nouveau fanKstiare ëtanche, En outre, les ouvertures rapides répétées de la sosspape du type ouvert et fermé 10 tendent à endommager le tube - autour d«?. la lv®ière, mime qaa*id la lumière s'ouvre dans me gorge longitudinal® pour ecr?êcher l'emprisonnement du flsids. Compte terni des remarques qui précèdent„ l'invention se propose de fournir ; 15 - une soupape du type I tube expansible établie pour un fonc tionnement rapide % - une soupape à tube.expansib?e et à fonctionnement rapide avec des moyens pour éviter 1 'endommageaient du tube résultant de l'impact sur une lumière de grande ouverture ; 20 - une soupape du type â tube expaasiole qui s'ouvre et se ferme par expansion et contraction circonférenciellement uniformes du tube. En mettant l'invention en oeuvre, on fournit, dans une soupape ayant un tube expansible élastique qui s'applique de façon étanche 25 autour d'un barrage gui s'étend en travers du passage du fluide, une lumière annulaire qui s'étend complètement autour de la paroi intérieure du carter pour l'entrée ci rconJférencielle du fluide de commande dans la chambre., autour du tube. La surface intérieure du carter limite l'expansion dn tube et un conduit annulaire est 30 formé autour de cette surface prévue autour de sa circonférence interne„ avec une lumière étroite s'ouvraat dans la chambre. Par suite, la pression de commande est appliquée eonire le tube et -complètement aetour de lui pour obtenir une ouverture et une fermeture plus uniformes, et le jour ou jeu annulaire est suffisam-35 aent étroit pour que le danger d ' endosEuagement du .tube résultant de l'impact sur les ouvertures répétées soit grandement dizainué. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront Cle la description ci^apr-S^ et en ss x&gùjLSAUt. aux dessins annexés se-ar& jjàtaâc ii t.ic.ïa iliasiXiifc.'if awl .liaifc&feif plusieurs BAD ORIGINAL 69 16543 3 2009182 formes de réalisation de l'invention. Sur les dessins, la figure 1 est une coupe verticale d'une soupape à tube expansible comportant les caractéristiques de l'invention ; 5 la figure 2 est, à plus grande échelle, une coupe partielle d1une forme de réalisation d'une bague rapportée collectrice et ëvidêe comprenant une caractéristique de l'invention ; la figure 3 est une vue en bout partielle montrant les bagues collectrices rapportées ; 10 et les figures 4, 5, 6 et 7 sont des coupes partielles de sou papes à tube expansible avec d'autres formes de réalisation de bagues collectrices. La soupape 10 à tube expansible de l'invention peut comprendre un corps principal 12, de forme générale cylindrique, qui peut 15 être coulé ou formé d'une autre manière avec un passage d'entrée de fluide 14, avec sa surface intérieure 15 évidée entre ses extrémités pour fournir une chambre élargie centrale 16. Dans le cylindre 12 du corps principal est placé concentrlquement une cage centrale ou manchon 18 ayant des bagues de montage 20 et 22 à 20 l'entrée et à la sortie, et un barrage central 24 qui empêche l'écoulement de fluide directement à travers, le manchon. Une série de fentes d'amont 26 formées entre des languettes 27, permet à 11écoulement d1accéder à 1'intérieur du manchon 18 et autour du barrage 24, et une seconde série de fentes 28 formées entre des 25 languettes 29 constitue des moyens de rentrée dans le manchon au côté d'aval du barrage. Par suite, l'écoulement du fluide dans le dispositif de soupape s'effectue du passage d'entrée 14 dans le manchon 18, et à l'extérieur à travers les fentes 26 d'amont, autour du barrage 24, puis à travers les fentes d'aval 28 et par le 30 passage d'écoulement d'aval 30 qui est pratiqué dans une pièce de fermeture 32 fixée sur le carter 12 au moyen de boulons 34. Porté par le manchon support, de préférence sous une légère tension de frettage et en contact étanche avec la surface extérieure 36 du barrage 29, est un tube élastique expansible ou 35 manchon 38. Ce tube présente un bord ou bride 38a rabattu vers l'intérieur, à l'extrémité d'entrée et comprimé entre un épaule-ment 20a sur la bague 20 de montage à l'entrée et un épaulement interne 12a sur le carter pour assurer l'étanchéité au fluide autour du manchon 18, et un rebord ou bride est rabattu à 69 16543 4 2009182 l'extérieur à l'extrémité d'aval et assure l'étanchéité entre un épaulement 12b, dans le cylindre de corps principal 12, et une saillie annulaire 32a sur la fermeture 32 du corps. Au montage, le tube expansible 38 peut être placé sur le man-5 chon 18 avec le rebord d'amont 38a rabattu vers l'intérieur placé sur 1*épaulement 20a. Puis, le manchon est inséré dans le corps cylindrique 12 par l'ouverture d'aval dans la position montrés sur la figure 1. Finalement, la fermeture d'aval 32 est boulonnée sur le corps 12 avec la saillie annulaire 38b pressant le rebord 10 annulaire 38b rabattu vers l'extérieur du tube expansible 38 pour assurer l'étanchéité du corps 12 à son extrémité d'aval. Un raccord approprié 40 ménagé dans un bossage 42 qui peut être d'une seule pièce avec le corps 12, est destiné à être relié à une source de fluide sous pression (non montrée) de fa x>n qu'une 15 pression de commande puisse être introduite dans la chambre 16 autour du tube flexible 38. Le dispositif de soupape 10 peut ainsi être actionné commè un régulateur en introduisant un fluide de commande à une pression fixée qui détermine le niveau de pression désiré au passage d'écoulement d'aval= Si- peut être par suite 20 d'un coup de bélier soudain dans la conduite, la pression d'écoulement en amont atteint un niveau suffisant pour surmonter la tension dans le tube expansible 38 plus la pression du fluide de commande dans la chambre 16 s'opposant à l'expansion du tube, le tube est gonflé vers l'extérieur en s'écartant de la surface 25 d'étanchéité 36 sur le barrage intermédiaire 24 pour permettre l'écoulement de fluide à travers les fentes 26, autour du barrage . 24 et à travers les fentes d'aval 28. Actionnée de cette manière, la soupape à tube expansible convient particulièrement pour la régulation de la contre-pression pour atténuer un coup de bélier 30 soudain dans la conduite, ou pour l'étranglement. Le dispositif de soupape 10 peut aussi être actionné manuellement simplement en appliquant une pression de commande dans la chambre 16 à un niveau suffisant pour empêcher le tube de se gonfler aux pressions normalement rencontrées dans la conduite. Puis, quand 35 l'opérateur désire ouvrir la soupape pour l'écoulement, il réduit simplement la pression de commande dans la chambre 16, de sorte que le tube 38 est gonflé et écarté de la surface d'étanchéité 36. Des soupapes à tube expansible du type décrit se sont jusqu'ici montrées satisfaisantes dans la plupart des services. 69 16543 5 2009182 Toutefois, avec la 1 rapière d'entrée 43 pour 1'admission du fluide de commande dans la chambre en un point isolé surla circonférence du tube 38, on a rencontré certaines difficultés, en particulier quand un fonctionnement rapide est exigé. Plus précisément, le 5 tube ne peut pas se dilater tout à fait inst an t anéioent sur sa circonférence, mais il doit se dilater progressivement jusqu'à ce qu'il puisse refouler tout autour Te fluide de commande vers la lumière de fluide de commande 43. Quand le tube est alors *î±lat£ jusqu'à la surface 15, qui limite l'expansion dans le caràer, potu.' 10 fermer la lumière 43, l'action de fermeture est retardée jusqu'à ce que la pression de commande commence à suraaonter la pression dans la conduite, dans la zone du conduit d'entrés, et agit ensuite progressivement tout autour de la circonférence du tube 38» La difficulté qu'on vient de décrire est fortement ansjiâidrie 15 dans la forme de réalisation représentée dans laquelle la conduite d'entrée de fluide de commande 43 débouche dans un évidement ou une gorge annulaire 44 qui s'étend complètement, autour de la sur face intérieure 15 du carter de soupape 12. Une bague collectrice 46 est alors soudée ou fixée autrement dans la gorge et cette ha.gv.3 20 présente une surface intérieure 48, en principe cylindrique, formant un prolongement de la surface 15 qui lirait© l'expansion dans le carter de soupape, et une surface extérieure conique 49 laisse une surface appréciable, en section transversale daas la gorge 44, pour former un conduit d'écoulement libre tout autour du teaSs© ex-25 pansible 38. La bague collectrice a une longueiar axiale gui laisse un jeu ou espace annulaire étroit 50 adjacent au bord opposé de la gorge qui s'étend complètement autour du tube. La bague collectrice 46 est ainsi appelée parce qu'elle "collecte* ou inversement répartit le fluide de commande coîaplêtemeBt. auteur éhs tube 30 expansible, même quand le tube est dilaté et appliqué feriasasent contre la surface qui limite l'expansion dans la position montrés à la figure 2. Par suite, quand la pression de eoiasaade est augmentée pour dépasser la pression dans la conduite ion si la pression dans la conduite tombe au-dessous d'un niveai» cjui est celui 35 de la pression de commande),1a pression de eoBBas&d© est appliquée contre le tube expansible tout autour de sa périphérie peur rétracter le tube progressivement, d'usa aianiêrs siresaféraalbielle-ment uniforme, à partir de l'extrémité d'aval du maachon jusqu'à la surface d'étanchéité infc-snasdiairso ImKssssssBfc, quajaâ le tube bad original 69 16543 6 2009182 38 se dilate, il se gonfle uniformèrent à partir de la surface d'étanchéité 36 vers l'extrémité d'rml lorsque la pression de commande est admise dans le conduit annulaire autour de la bague collectrice» sans poche de résistance localisée autour de la 5 périphérie. Coîiune montré à la figure 3, la b»gue collectrice 46 est de préférence établie sn segments pour facilifcâr son insertion dans 1*ouverture du carter et dans la gorge 44 oft elle est soudée en place en 51. 10 La figure 4 montre une autre forme de bague collectrice 46a gui est pourvue d'une lèvre amnlaira extérieure 52 qui s'ajuste dans une gorge complémentaire d© la surface intérieure de la gorge 44 de la bague collectrice, pour assurer que cette der-aière ne se roule pas dans sa section transversale lorsqu'elle 15 est soudée en place» C'est-à-dire que, dans la forme de réalisation de la figure 2S la bagne collectrice peut tendre à tourner autour de son angle ou coin supérieur de droite et fermer partiellement le conduit annulaire 44 pour l'alimentation en fluide de commande. De plus, la rotation de la bague coi.lectrice peut 20 réduire son diamètre intérieur minimum, ce qui exige un usinage pour permettre l'insertion du manchon 18 et du tube 38. La figure 5 montre une autre forme de réalisation de 1'invention. Cette forme peut simplement comprendre un mince manchon 56 qui est inséré dans l'extrémité ouverte du carter pour s'étendre 25 à l'intérieur adjacent et opposé à la surface latérale d'amont 58a de la gorge annulaire 58. Un tel manchon n'a, bien entendu, pas besoin d'être construit en segments. La surface d'aval 58b de la gorge 58 est faite plus courte que la surface d3amont 58a de la gorge, de sorte que le mince laaachon forme un prolon-30 gement de la surface 15 qui limite l'expansion. De manière similaire, sur la figure b, le manchon Sû petit stre inséré par l'extrémité d'aval du corps 12 efe fixé en places par exemple au moyen de vis â tête 62, ou autres, ou sisapleaient par contact de serrage au moyen de la feziaeture 32 d * aval qui 35 s'étend dans une bride radiale S4 portée par le rsanchoîi. Dans cette forme de réalisation, des moyens â'ëtaacâSitë appropries coœme5 par exemple» la bague tonique 66» soat pséiia pour ©aipêcher les fuites do fluide de cags&feali* autour •£& aaaeài©a efc. à l°©2£té«= riÊiiix eatra le corps et la fêSi.iài.y.S'S â'nvâl» !îS333 ce cas essore» BAD ORIGINAU 69 16543 7 2009185 l'extrémité du manchon 60a se termine au voisinage de la surface 68a de la gorge, pour ménager une lumière annulaire étroite 70. Comme dans les autres formes de réalisation, la lumière annu-laire a, de préférence, une largeur qui n'est pas plus grande que 5 celle des fentes 26 et 28 du manchon 18. Sur la figure 7, le conduit collecteur annulaire 72 est formé dans la bague 74 elle-même, le diamètre extérieur de la bague étant légèrement réduit à l'extrémité d'amont 76 pour ménager une lumière annulaire 78 pour le fluide de commande. Comme dans les autres formes de réa-10 lisation, la bague collectrice a sa surface intérieure finie pour fournir un prolongement 80 de la surface 15a qui limite l'expansion. Par conséquent, dans cette forme de réalisation, la surface intérieure est évasée en cône vers l'extérieur pour se conformer en principe à la configuration désirée de la surface de limitation 15 de l'expansion qui peut être celle qui est montrée dans les formes de réalisation des figures 1 à 6. Toutefois, dans la soupape particulière montrée, la bague collectrice 80 est placée plus en amont et elle a une forme conique plus prononcée que dans les autres formes de réalisation. On obtient ainsi un profil qui em-20 pêche les vibrations à haute fréquence, en fonctionnement avec un gaz, comme montré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.306.569. Afin de faciliter sa mise en place, la bague 74 est établie en plusieurs segments. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation prëfé-25 rées précisément décrites et représentées. Ces formes doivent être considérées comme des exemples et on peut leur apporter des modifications diverses sans s'écarter des caractéristiqes essentielles de l'invention et sans sortir de son cadre. 69 16543 8 2009182 REVENDICATIONS 1. Soupape pour écoulement de fluide, avec un tube expansible, comprenant un carter ayant des passages d'écoulement-de fluide à l'entrée et à la sortie, un barrage fixé dans ce carter entre les 5 dits passages et transversal par rapport auxdits passages d'écoulement , une surface d'étanchéité autour du barrage, un tube expansible élastique ayant une partie intermédiaire d'étanchéité épousant normalement, et exactement en l'embrassant, ladite surface d'étanchéité, et des parties d'extrémités étanches autour des 10 passages d'écoulement respectivement en amont et en aval du barrage, une surface de limitation de l'expansion totale du tube dans le carter, déplacée radialement vers l'extérieur de la partie d'étanchéité pour former une chambre autour du tube, et un conduit pour introduire un fluide de commande dans ladite cham-15 bre, autour du tube expansible, caractérisée par le fait qu'elle comprend un conduit annulaire dans le carter autour de la surface de limitation de l'expansion, ce conduit débouchant dans le conduit annulaire, et des moyens formant une lumière annulaire étroite dans la surface de conduit annulaire et autour de cette surface, 20 à travers la surface de limitation de l'expansion. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit conduit annulaire comprend des moyens formant un évide-ment ou une gorge annulaire dans la surface de limitation de l'expansion, et autour de cette surface et embrassant le tube expan- 25 sible, ledit conduit débouchant dans cette gorge, et qu'une bague est fixée dans ladite gorge, la surface intérieure de ladite bague formant une partie de la surface de limitation de l'expansion, ladite bague étant conformée et dimensionnée en coupe transversale par rapport à ladite gorge de façon à former un conduit d"écoule 30 ment communiquant avec ledit conduit et s'étendant autour de ladite bague, et un espace ou jeu étroit entre la bague et des parties de la surface de limitation de l'expansion adjacentes à la bague. 3. Soupape selon la revendication 2, caractérisée par le fait 35 qu'elle comprend une surface extérieure conique sur la bague, dans la gorge, pour former ledit conduit d'écoulement avec le fond de la gorge, et de forme conique radialement vers l'intérieur pour se terminer par un bord ménageant un espace ou jeu au voisinage immédiat d'une surface de la gorge. 69 16543 9 2009182 4. Soupape selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'une première partie de la surface extérieure de ladite bague, en section transversale, a un siège sur le fond de la gorge ; qu'une seconde partie de œfcfee surface extérieure est 5 déplacée du fond de la gorge pour former avec elle le conduit d'écoulement, et qu'un b©Kd annulaire de ladites bague est immédiatement adjacent à me paroi de la gorge pour former une lumière annulaire étroite du conduit d'écoulement à la chambre. 5. Soupape selon la revendication JL, caractérisée par le 10 fait qu'elle comprend des moyens formant un joint d'étanchéité annulaire entre la bague et une surface de la gorge. 6. Soupape selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend des parties de grand et de petit diamètre de la surface de limitation de l'expansion formant un épaulement entre 15 elles, ladite bague étant fixé® dans le carter contre ledit épaulement, de façon que sa surface intérieure soit une partie de la surface de limitation de 1'expansion, la surface extérieure de la bague éloignée de 1 ' êpauleavent étant déplacée légèrement et écartée de la partie de grand diamètre pour former 1'espace 20 étroit d'accès. 7. Soupape selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la surface intérieure d© la bague est de forme conique sur au moins une partie de sa largeur pour former une surface lisse de transition entre les parties de grand et de petit diamètre. 25 8. Soupape selon la revendication 6, caractérisée par le fait qu'elle comprend une gorge autour de la surface extérieure de l'anneau. 9. Soupape selon la revendication 2g caractérisée par le fait que la gorge est formée par un contre-alêsage partant de l'ex-30 trémité d'aval du carter et formant nan épaulement avec la surface de limitation de l'expansion, et qufun manchon est fixé dans ce contre-alésage et a son extrémité d'amont iiacêdiatement adjacente à 1 *épaulement pour for&er l'espace étroit d'accès. 3 10. Soupape selon la revendication/,caractérisée par le fait 35 qu'elle comprend un collet radial sur la bague â la partie de grand diamètre de ladite surface conique, et une gorge complémentaire autour de la gorge recevant ledit collet. BAD ORIGINAL