Brevet FR2037292A1 — publié le 19701231

La présente invention concerne des soupapes de réglage, et des soupapes de fermeture ou d'arret, pour régler ou commander le débit de fluide, et a particulièrement pour objet d'y apporter un perfectionnement Selon la présente invention, on réalise une soupape de réglage, ou une soupape de fermeture pour le réglage du débit de fluide, la soupape étant constituée d'un organe de réglage et d'obturation de la soupape sous la forme d'un manchon généralement cylindrique, mont.é de manière à se déplacer à l'intérieur d'un passage d'entrée, une extrémité du manchon précité présentant une surface profilée pour venir en contact avec la surface d'un siège pour fermer la soupape, la surface profilée étant constituée partiellement par une portion de l'alésage du- manchon, eya s vers l'extérieur , si bien que le diamètre pour lequel l'étanchéité est assurée, est sensiblement le même ou même un peu supérieur au diamètre du passage d'entrée, pour compenser la force autrement non équilibrée produite par la pression du.fluidens le-passage d'entrées et s'exerçant contre la totalitéde la surface de section transversale de l'organe d'obturation-de lasopape. La surface profilée du manchon peut comprendre une autre surface constituée sur un évasement annulaire à cette extrémité de l'organe d'obturation de la soupape, llefSt de cette autré surface étant de compenser la chute de pression dans le rétrécissement établi entre l'organe d'obturationde la soupape et la surface du siège, lorsque la soupape est presque fermée , cette chute de pression étant causée par l'effet de "venturi" dans le rétrécissement. L'invention sera mieux comprise et d'autres huits, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative quivasuivre-,- en se- reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une section longitudinale d'une soupape de réglage conforme à l'invention - la figure 2 est une vue fragmentée de la figure 1, et a une échelle un peu plus grande - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1, et illustre plusieurs variantes au mode de réalisation de la soupape, - les figures 4 et 5- sont des autres vues fragmentées de la figure 3, mais à échelle un peu plus grande que la figure 3 Si l'on se reporte maintenant aux figures et plus particu lièrement aux figures 1 et -2-des- dessins.annexés, la soupape de réglage pour le réglage ou la commande.du débit .gazeux comprend un corps 10 et des passages d'entrée et de sortie co-axiaux dési gnés par les chiffres de référence 12 et 14 respectivement. lies extrémités opposées du corps sont constituées de rebords 16 grâce auxquels, ledit corps peut etre raccorde dans une conduite de gaz. L'organe de réglage et d'obturati.on 18 de la soupape est monté mobile dans une chemise de Cylindre 13 formant le passage d'entrée 12, de manière à pouvoir s'approcher ou s'éloigner d'une surface 20 formant le siège, et constituer d'un élément encastré 22 annulaire, en caoutchouc-, dans une plaque annulaire 23. L'organe de réglage et d'obturation de la soupape se présente généralement sous la forme d'un manchon cylindrique dont une extrémité est formée d'un "croisillon" ou "moyeu" 24 auquel est reliée une extrémité d'une tige de réglage 26-, pour régler la position axiale de l'organe d'obturation de la soupape.En cette extrémité, également l'organe d'obturation de -la soupape , est muni d'un joint d'étant chérité à lèvre 28, monté dans une-rainure périphérique , et venant en contact avec la surface du passage d'entrée. L'autre extrémité du manchon cylindrique présente une surface annulaire profilée pour-venir en contact avec la surface 20 de l'élément encastré 22, pour produire une- etanchéité au gaz lors de la fermeture de la soupape. Comme remontre la-figure-S, cette surface amulaire profilée est constituée partiellement d'une portion P4 de l'alésage de l'organe d'obturation de la soupape , évasée vers l'extérieur, et, en fait le diamètre pour lequel l'étanehéité.-est assurée, est un peu supérieur au diamètre-du passage d'entrée 12, bien qu'il y a équilibre de la pression, sensiblement sur l'organe d'obturation de la soupape .En d'autrestèrme; ceci comp-ense:la force autrement non équilibrée, produite par la pression du gaz dans le passage d'entrée, et s'exerçant contre la surface de section transversale de la tige de réglage 26;, et tendant à fermer la soupape. De plus, la surface profilée comprend une autre surface P2 formée sur un évasement annulaire 30 en cette extrémité de l'organe d'obturation de la -soupape. L'effet de cette autre surface , est de compenser la chute de pression dans le rétrécissement établi entre l'organe d'obturation 18 de la soupape, et la surface 20, lorsque la soupape est presque fermée, cette chute de tension étant créée par l'effet de "venturi" dans le rétrécissement. lie corps de la soupape est de diamètre supérieur entre ses extrémités, et est muni d'une partie centrale solidaire 32 espacée d'une paroi extérieure 34 grâce à une pluralité dtailettes radiales 36, si bien qu'on trouve une pluralité de passages. 38, tout autour de la pattie centrale entre le passage d'entrée 12 et le passage de sortie 14.L'extrémité en aval de la partie centrale est formée d'une cavité 40, à l'intérieur de laquelle s'étend l'extrémité de la tige de réglage, à distance par rapport à l'organe d'obturation de la soupape, ladite tige-de soupape étant reliée à un élément de réglage de la soupape constitue dans ce cas, d'un diaphragme flexible 42, dont le rebord périphérique est maintenu fixé,en superposition par rapport à la cavité 40, grâce à une calotte de fermeture 44. On trouve ainsi une première chambre de pression formée par la cavité 40 d'un côté du. diaphrag- me, et une seconde chambre de-pression 46 formée de l'autre côté du diaphragme, dans la calotte de fermeture.Une bobine à ressort travaillant à la compression 48 à l'intérieur de la cavité 40, exerce une action s'opposant à un disque à. rebord d'une paire de disques métalliques 50, de manière à maintenir une partie centrale du diaphragme, rigide, ledit ressort poussant l'organe d'obturation de soupape, vers sa position de fermeture. On a percé des trous respectifs 52 et 54, dans une des ailettes radiales 36, débouchant dans la cavité 40-et la chambre de pression 46, et qufsont prévus dans le but due transmettre-les pressions manométriques d'une soupape pilote (non représentée), pouvant etre montée sur une surface usinée 56 du corps de soupape. Un trou percé. 58 traverse l'ailette radiale et communique avec un taraudage 60 traversant un élément encastré 62, avec une partie avant, de forme appropraee, pour favoriser l'écoulement naturel du fLuide, à partir de l'intérieur de l'organe d & bturation de la soupape. lie taraudage 60 et le trou percé 58,. servent à transmettre la pression d'entrée, jusqu'à une soupape pilote (non représentée). Une paire de joint d'étanchéité à lèvre 64, entoure la tige de réglage, pour éviter les pertes de gaz sous pression, entre le passage d'entrée 12 et la cavité 40. On a prévu un téton de graissage 66 grace auquel on peut pomper de la graisse par un trou percé 68, pour lubrifier les joints d'étanchéité à lèvre 64. Lors du fonctionnement, la soupape est mise en oeuvre pour régler la pression aval du gaz dans un conduit à l'intérieur duquel la soupape a été raccordée, sous B commande de la soupape pilote (non représentée). Par conséquent, si la soupape pilote détecte un besoin d'accroissement.du débit gazeux, on pourra augmenter la pression dans la chambre de pression 46., pour provoquer un déplacement de l'organe d'obturation de la soupape, dansa direction de l'ouverture, én s'opposant à la force du ressort 48. D'autre part, si la soupape pilote relève un besoin de réduire le débit gazeux, on pourra faire décroître la pression dans la chambre de pression 46, pour engendrer un déplacement de l'organe d'obturation de la soupape, dans la direction de fermeture. -On a trouvé qu'une soupape telle que celle qui vient d'etre décrite , présente un minimum de résistance vis à vis du flux, et faible niveau de bruit, et on pense que ceci provient en grande partie de l'excellent éoulement natzel du flux, qui ressortd1afleursde dessins. il convient de remarquer , que le diamètre du passage de sortie est égal à deux fois celui du passage d'entrée, et donc la surface de section transversale est quatre fois celle du passage d'entrée, et l'aire de section traversable despassages 38 s'accrott progressivement en ayant vers le passage de sortie ; et comme résultat pratique, on peut noter que le régulateur présente un coefficient de décharge élevé, et on a trouvé que, dans des conditions de pression donnes, il est possible d'accroltre le débit de 10 à 20 % , par rapport auxrégulateurs connus On a également trouvé que la soupape offre un réglage fin excellent, et on pense que ceci résulte du fait que l'organe d'ob- turation de la soupape n'a pas autant -tendance au collage que les soupapes de réglage connues jusqu' alors, de type quelque peu analogue. On pense que ceci est dû au fait que la soupape de la présente invention ne présente qu'un seul Joint d'étanchéité sèvre annulaire, et deux joints d'étanchéité à lèvre beaucoup plus petits, entourant la tige de réglage 26.La soupape est ainsi par inhérence exempt du collage de la soupape. On pourra également remarquer , que lors d'un fonctionnement normal, le joint d'étanchéité à lèvre 28, n'est pas soumis à une grande pression différentielle si bien qu'il est peu probable qu'il soit expulsé de sa rainure ou gorge. La soupape est capable d'une fermeture étanche, qui représente un but difficile à réaliser avec une construction entièrement équilibrée. Si l'on se reporte maintenant aux figures 3 à.5 des dessins annexés, on y trouve illustrée une soupape dont la base est analogue a' la soupape précédemment décrite, mais comporte un certain nombre de variantes. La première de ces variantes, repose sur le fait que la chemise de cylindre 13 a été allongée, si bien qu'elle vient en butée contre la plaque annulaire 23, et-vient recouvrir une portion de la périphérie externe radiale de l'élément encastré 22, de caoutchouc.Quatre ouvertures 70 équidistantes , traversent la paroi cylindrique de la chemise 13 pour communiquer avec les passages 38, leur conflguration étant celle de la figure 4 c'est à dire, chaque ouverture est de trés faible largeur à une extrémité, par exemple ltextrémité la plus- proche de la surface formant siège de soupape, mais s'élargit considérablement au fur et à mesure qu'on se rapproche de l'autre extrémité. De plus, l'organe 18 d'obturation de la soupape-est dépourvu de ltévasement annulaire 30.Comme le représente la figure 5, l'organe annulaire 18 présente une surface annulaire profilée, pour venir en contact avec la surface 20 de l'élément encastré 22-de caoutchoûc, mais celui-ci ne se fait à présent seulement que par l'extrémité évasée vers l'extérieur de l'alésage de l'organe d'obturation de la soupape. Comme dans le mode de réalisation précédemment décrit, une étanchéité au gaz est assurée lorsque l'extrémité de l'organe d'obturation de la soupape vient en contact avec l'élément encastré de caoutchouc, mais dans ce cas le diamètre auquel l'étanchéité est assurée, est nécessairement un peu inférieure au diamètre du passage d'entrée. Chaque première variante confère à la soupape , ce que l'on appelle une embouchure "caractérisée", c'est à dire , les confi gurations des ouvertures 70 sont elles que les caractéristiques du débit de la soupape lorsque l'organe d'obturation de la soupape t8 se déplace en direction opposée de son siège, sont commandées ou réglées en relation directe avec le degré du mouvement d'ouver turc On a établi une gorge ou rainure 72, là où la chemise de cylindre 13 vient recouvrir l'élément encastré 22 de caoutchouc,si bien que pour de tres faibles ouvertures de la soupape (peut être lorsque les ouvertures 70 sont complétement fermées, mais des pertes lé-gères. se produisent entre la suface de l'organe d'.obturation 18 et L'alésage de la chemise du cylindre) l'écoulement gazeux se répartit également.. tout autour de l'extrémité de l'organe d'obturation de la soupape , si bien que la surface 20 constituant le siège de la soupape, n'est ni raye nui grippé Une autre variante repose sur le fait que le diaphragme flexible 42 et les disques métalliques 50 de la soupape précédemment décrite, ont été remplacés par un pison 74 disposé de manière à pouvoir se déplacer dans un alésage cylindrique 76 qui a été usiné dans la partie centrale 32 solidaire du corps 10.Une étanchéité au gaz zat. - assurée à la périphérie du piston si bien que comme dans le carécédent, on trouve une première chambre de pression,farmee par la cavité 40 d'un côté du-piston, et une seconde chambre de pression 46 formée de l'autre côté du piston, dans la calotte de fermeture 44. Le ressort 48 agit en s'opposant audit piston, pour pousser l'organe d'obturation de la soupape, en direction de sa position de fermeture. Si on effectue cette modification, la soupape est réglée exactement de la meme façon que la soupape précédemment décrite. Encore une. autre variante , repose le fait que l'organe d'obturation de la soupape î8 est munie d'un segment racleur élastique 76. arrangé dans une autre rainure ou gorge périphérique, et vient en contact avec la surface du passage d'entrée, le but de ce dit segment racleur étant de protéger le joint d'étanchéité 28de toute entrée de poussière. -D'une manière analogue, on a placé un segment racleur de poussière 78, flottant, dans un collier 80, venant en contact avec la partie avant de l'élément encastré 62. L'élément racleur 78 entoure la tige de réglage 26, en vue de protéger les joints 64 de toute entrée de poussière. L'invention ne se limite nullement amodesd'exécution représentés, , mais on peut envisager plusieurs autres variantes, sans s'éloigner de l'esprit de la présente invention; par exemple, 7a cavité 40 peut être ouverte à l'air atmosphérique, simien que l'organe d'obturation de la soupape peut être réglé én réponse à une seule et unique pression manométrique agissant dans la chambre 46.De plus, le ressort 48 pourrait être contenu dans la chambre 46, pour agir sur l'organe d'obturation de la soupape , dans la direction opposée ; dans ce cas bien évidemment, la chambre 46 doit être ouverte à l'atmosphère, si bien que l'organe d'obturation de la soupape doit être réglé en réponse à une seule et unique pression manométrique agissante dans la cavité 40..La soupape pourrait en fait etre modifiée pour fonctionner comme une simple soupape de fermeture, mais la cavité 40 ou la chambre 46 étant remplie d'un volume de liquide (et agissant en s'opposant à la force du report 48), une organe de commande externe état prévu pour faire croître ou décroltre le volume du liquide, pour ouvrir ou fermer la soupape. En effet , le ressort doit dans ce cas. etre omis, si à la fois la cavité 40 et la chambre -de- pression 46, sont remplies de liquide, et reli à un organe de commande externe. On doit également comprendre qu'une ou plusieurs de ces -autres modifications , est bien sûr une ou plusieurs des modifications décrites en référence aux figures 3 à 5, peuvent s'incor- porer dans la soupape précédemment décrite en référence- aux figures I et 2. Tandis que la soupape a été construite d'abord pour le réglage des gaz on doit comprendre que par un choix approprié de matériaux parIs dffrems éléments ou composants, -cette soupape pourrait être alternativement utilisée pour le réglage des liquides. Rien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représenté qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier , elle comprend tous les moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDICTI ONS 1. Soupape de réglage, ou soupape de fermeture pour le réglage du débit de fluide, caractérisée en ce que la soupape comprend un organe de réglage et d'obturation de la soupape , sous la forme d'un manchon généralement cylindrique monté de manière à pouvoir se déplacer dans un passage d'entrée, une extrémité du manchon précité présentant une surface profilée pour venir en contact avec une surface formant siègg pour fermer la soupape, la surface profilée étant constituée partiellement par une portion de l'alé a- ge du manchon , évasée vers 11 extérieur, si bien que le diamètre pour lequel l'étanchéité est assurée, est sensiblement le même ou même un peu supérieur au diamètre du passage d'entrée, pour.compen- ser la force non équilibrée autrement produite par la pression du fluide dans le passage d'entrée , s'exerçant contre la totalité de l'aîde de section transversale de l'organe d'obturation de la soupape. 2 Soupape de réglage.ou soupape de fermeture selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit organe d'obturation et de réglage de la soupape est monté de manière à se déplacer dans une chemise de cylindre, formant le passage d'entrée pour se rapprocher ou s'éloigner de la surface formant le siège. 3% Soupape de réglage ou soupape de fermeture selon l'une des revendications précédentes , caractérisée en ce que la surface profilée du manchon comprend une autre surface établie sur un évasement annulaire en cette extrémité d.e l'organe d'obturation de soupape, le but de este autre surface étant de compenser la chute de pression dans le rétrécissement formé entre l'organe d'oburation de la soupape de la surface formant le siège, lorsque la soupape est presque fermée , cette chute de pression étant créée par l'effet de "venturi" dans le rétrécissement. 4. Soupape de réglage ou soupape de fermeture selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chemise de cylindre su étend jusqu'à venir en butée contre la surface formant siège et en ce qu'au moins une ouverture traverse la paroi cylindrique de ladite chemise de cylindre et communique avec un passage de sortie. 5. Soupape de réglage ou soupape de fermeture selon la revendication 4, caractérisée en ce que la forme de chaque ouvertu re traversant la paroi cylindrique de la chemise de piston est telle que les caractéristiques du débit de la soupape, lorsque l'organe de soupape se déplace en direction opposée de son siège, soient réglées en relation directe avec la grandeur du déplacement d'ouverture. 6. Soupape de réglage ou soupape de fermeture selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que- l'organe d'obturation et de réglage de la soupape est relié grâce à une tige de soupape, à un élément de réglage de la soupape, mis en action par un ressort, et disposé entre deux chambres, la pression à l'intérieur au moins d'une entre elles, pouvant être modifiée, pour effectuer le déplacement dudit élément de réglage de la soupape. 7. Soupape de réglage ou soupape de fermeture selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'élément de réglage de la soupape précitée est un diaphragme flexible. 8. Soupape de réglage ou soupape de fermeture selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'élément de réglage de la soupape est un piston mobile à l'intérieur d'un alésage cylindrique. 9. Soupepe de réglage ou soupape de fermeture selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que ledit élément de réglage de la soupape et les deux chambres entre lequelles il est placé, sont disposées à l'intérieur d'une partie centrale drun corps de soupape, ladite partie centrale étant espacée d'une paroi externe dudit corps grâce à une pluralité d'ailettes radiales, 10. Soupape de réglage ou soupape de fermeture, caractérisée en ce qu'elle est montée et prévue pour fenctionner conformément à l'une des revendications précédentes.