Brevet FR2015920A1 — publié le 19700430

La présente invention a pour objet un perfectionnement apporté aux dispositifs de réduction de pression destinés, en particulier, à être montés à l'entrée des circuits de distribution d'eau à l'usage des bâtiments, maisons d'habitation, installations industrielles et analogues, dans le but de maintenir à des valeurs de sécurité et de service adéquates la pression d'eau dans ces circuits, tout en permettant au. réseau local de distribution d'eau de travailler à des pressions considérablement plus élevées. Ces dispositifs de réduction de pression, bien connus et d'un usage très courant, sont, de ce fait, entre autres choses, fabriqués en série et selon des critères économiques compatibles avec les exigences de durée et de performance qu'ils sont appelés à satisfaire. En principe, les dispositifs de réduction de pression connus comportent, dans un corps constituant une structure pourvue de tubulures d'entrée et de sortie de raccordement au réseau "haute pression" et, respectivement, au circuit d'agit mentation "basse pression, un système fonctionnant en soupape qui comprend un obturateur apte à occuper une position fermée d'appui contre un siège annulaire étanche qui définit l'orifice d'entrée, la direction du mouvement de fermeture étant en général contraire à la direction du courant d'eau.Cet obturateur est associé à un piston ou, éventuellement, à une membrane opérant dans une chambre communiquant avec la sortie et soumise, de ce fait, à la basse pression, et dont la surface est plus grande que celle circonscrite par ledit siège de soupape dans un rapport excédant largement le rapport entre pressions d'entrée et de sortie, de façon que, sous la seule action de la basse pression que l'on désire maintenir dans le circuit, alimenté "via" le dispositif de réduction de pression précité, ledit orifice serait fermé en permanence. De plus, les éléments constitutifs mobiles du système fonctionnant en soupape sont soumis à l'action d'un organe élastique, en général un ressort spiral travaillant en compression, qui agit sur lesdits éléments dans la direction d'ouverture dudit orifice.Cet organe élastique est préréglé de telle manière que la force qu'il exerce sur le piston, ou la membrane, ajoutée à la haute pression venant s'exercer sur l'obturateur, dans la zone circonscrite par le siège de soupape, équilibre la force exercée par la basse pres sion sur toute la zone dudit piston ou de ladite membrane. Par conséquent, l'orifice d'amenée du dispositif de réduction de pression s'ouvre lorsque la basse pression d'aval descend audessous d'une valeur prédéterminée, et se ferme, tout au moins théoriquement, lorsque ladite valeur, en aval, est-dépassée. La valeur de la pression d'aval, qui détermine l'ouverture de l'orifice d'amenée, étant définie, en partie, par la force (que l'on peut considérer comme constante) de l'organe élastique préréglé, mais en partie aussi par le rapport existant entre les zones des surfaces sur lesquelles la haute pression et, respectivement, la basse pression viennent s'appliquer, cette valeur est influencée par les variations, inévitables et incontrôlables, de la pression d'entrée, c'est-à-dire la pression de réseau. Cependant, cet inconvénient ne constitue pas un inconvénient très sérieux. En sachant, par exemple, que la pression de réseau peut, tout au plus, varier entre 10 kg/cm2 et 15 kg/cm2, le fait que la pression d'aval peut elle meme varier entre 2 et 2,5 kg/cm2 par exemple, n'a pratiquement pas dtim- portance.Bien entendu, pour des valeurs différentes, probables en amont et désirées en aval, on peut prérégler en conséquence l'organe élastique et prévoir, s'il y a lieu, des dispositifs de réduction de pression dont le rapport entre les surfaces sur lesquelles agissent la haute et la basse pression, respectivement, est différent. Un inconvénient bien plus grave que présentent les dispositifs de réduction de pression d'usage-le plus courant, en particulier ceux de type économique, réside, par contre, dans leur sensibilité défectueuse, c'est-à-dire dans l'écart important qu'ils marquent entre la valeur de la pressiond'aval, qui détermine l'ouverture du système fonctionnant en soupape, et la valeur qui doit réellement être atteinte pour faire refermer celui-ci. Cet écart est, en plus, variable suivant l'importance instantanée du débit, qui est elle-meme influencée, bien entendu, dans une mesure ample et imprévisible, par l'importance de la prise d'eau du circuit de distribution de la part des usagers. A ces inconvénients connus on n'a jusqu'ici remédié qu'en partie par certains expédients de construction et de solutions techniques qui ont cependant, comme contrepartie, l'inconvénient de rendre le dispositif bien plus compliqué, coûteux et susceptible d'avaries fréquentes. Un autre inconvénient des dispositifs de réduction de pression connus dérive du fait, semblant inévitable, d'être de construction assez onéreuse, par suite du prix élevé des matériaux employés pour leur fabrication et des opérations dtusi- nage multiples auxquelles leurs différents éléments constitutifs, pièces et passages, très diversement orientés dans le corps dudit dispositif, doivent entre soumis. le Demandeur a découvert et a pu constater que la cause, tout au moins la plus importante, du grave inconvénient cidessus est dû à des phénomènes parasites et perturbateurs qui se manifestent dans le courant d'eau passant à travers le dispositif de réduction de pression, à système de soupape ouvert. Probablement, la cause de ces phénomènes est imputable à la forte turbulence et aux effets de cavitation qui se produisent dans ledit courant à l'endroit des déviations, étran- glements et, de toute façon, changements du mode d'écoulement des filets liquides, qui sont nombreux dans les dispositifs en question.Cette hypothèse est appuyée par la constatation connue selon laquelle l'écart entre les pressions d'ouverture et de fermeture augmente avec l'importance du débit, étant évident que la grandeur des perturbations dans les filets liquides est, en principe, proportionnelle à la quantité et à la vitesse du liquide débité. Cela posé, le but de l'invention est de réaliser des dispositifs de réduction de pression pour les applications indiquées, ou équivalentes, perfectionnés de manière à éliminer, ou tout au moins à réduire à un minimum, les inconvénients susmentionnés et d'autres encore. En particulier, l'invention a pour but de réaliser un dispositif de réduction de pression qui est perfectionné de manière à assurer une plus grande sensibilité et rapidité de réponse aux variations de la pression d'aval, en permettant d'amener à des valeurs très faibles l'écart de la basse pression déterminant l'ouverture et, respectivement, la fermeture de l'orifice d'amenée. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de réduction de pression perfectionné, non influencé, ou peu influencé, par la variation de la quantité débitée en relation à la valeur de la basse pression déterminant la fermeture de l'orifice. D'une manière complémentaire, l'invention a pour but de réaliser un dispositif de réduction de pression perfectionné qui, en plus des caractéristiques de performance avantageuses ci-dessus mentionnées, offre l'avantage, qui en assure la supériorité, d'être réalisable, d'un point de vue industriel, à un prix de beaucoup plus bas que celui des dispositifs actuels, et cela sans préjudice desdites caractéristiques avantageuses. D'une manière essentielle, le principe résultant de la constatation ci-dessus mentionnée a été appliqué, selon la présente invention, en formant dans le dispositif de réduction de pression perfectionné, entre ses tubulures d'entrée et de sortie, des passages caractérisés en ce qu'ils sont substantiellement coaxiaux et symétriques par rapport à la direction moyenne, elle-meme substantiellement rectiligne, du courant d'eau. Tout particulièrement, lesdits passages sont réalisés de manière à réduire à un minimum les perturbations des filets liquides par rapport à la direction moyenne précitée.De plus, ces passages sont réalisés de manière à obtenir que la basse pression staptllque sur la surface associée i lément constitutif mobile (de préférence un piston annulaire) du dispositif de réduction de pression, dans un milieu non atteint par les perturbations qui, obligatoirement, se manifestent immédiatement en aval de l'ouverture contrôlée par l'obturateur. Suivant un mode d'exécution semblant devoir être préféré, pour l'application du perfectionnement selon l'invention, le corps du dispositif de réduction de pression compote une structure comprenant deux chambres cylindriques coaxiales, mais de diamètre différent, qui communiquent entre elles par la voie d'un passage également coaxial, la chambre cylindrique de petit diamètre comportant, à son entrée, le siège de soupape, tandis que, dans la chambre cylindrique de plus grand diamètre, qui porte coaxialement la tubulure de sortie, est logé le piston qui agit sous le contrôle de la pression d'aval, et qui contrôle lui-même les mouvements des éléments mobiles du dispositif réducteur de pression.De préférence, ce piston constitue une extrémité d'un élément mobile unique dont l'autre extrémité porte l'obturateur destiné à s'appliquer sur ledit siège de soupape en réalisant un contact étanche avec celui-ci. De plus, le passage coaxial qui permet l'écoulement est réalisé dans l'axe de l'unique élément mobile précité. D'une manière avantageuse, ce passage présente un étranglement coaxial et un second étranglement, également coaxial, est prévu entre la chambre cylindrique de plus grand diamètre de la tubulure de sortie ; ces étranglements permettant, à la fois, de contrôler et de régler - sous conditions de symétrie parfaite par rapport à l'axe du dispositif, qui coïncide avec la direction moyenne du courant - le mode d'écoulement des filets liquides, et d'assurer que, dans ladite chambre de plus grand diamètre, où agit le piston précité, la pression d'aval soit pratiquement non influencée par les perturbations de très faible importance qui se manifestent immédiatement en aval de l'ouverture contrôlée par l'obturateur, perturbations qui n'at- teignent pas la zone en aval du premier dit étranglement. les caractéristiques ci-dessus, et d'autres psrticulatités et avantages de l'invention, seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, et à l'examen du dessin annexé qui montre, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention. Dans ce dessin Fig. 1 représente en coupe diamétrale, le dispositif de réduction de pression selon l'invention en position de fermeture ; Pig. 2 est une vue éclatée de ce dispositif, dont les différents éléments constitutifs sont représentés partiellement en vue de côté et partiellement en coupe diamétrale et Fige. 3, 4 et 5 représentent quelques détails des éléments ci-dessus en vues axiales et en coupe suivant les lignes III-III IV-IV et V-V, respectivement, de la fig. 2. Comme le montre le dessin, le corps du dispositif de réduction de pression selon l'invention comporte une structure réalisée par l'assemblage, coaxialement l'un par rapport à l'autre, de deux éléments constitutifs 10 et 11, dont la réunion donne lieu à la formation de la chambre où se loge et agit l'élément constitutif mobile 12. les deux éléments fixes 10 et 11 sont solidaires des tubulures filetées d'entrée et de sortie 13 et 14 respectivement, tubulures qui sont elles-mêmes coaxiales aux autres parties. l'élément 10, qui est sensiblement tubaire, comporte à son extrémité opposée au raccord d'entrée 13, un élargissement en forme de bride 15 dont le filetage périphérique peut se visser dans le taraudage 16 de l'élément 11 dont la forme est sensiblement celle d'une calotte. les deux éléments fixes 10 et 11 présentent intérieurement des surfaces cylindriques coaxiales, 17 et 18 respectivement, au contact étanche desquelles peuvent glisser les parties cylindriques 19 et 21, pourvues de bagues de garniture, 20 et 22 respectivement, de l'élément mobile 12, dont ladite partie 21 constitue le piston sur lequel s'exerce la basse pression d'aval. Cet élément mobile 12 est soumis à l'action, dans le sens d'écoulement du liquide indiqué par les flèches de la fig. 1, d'un ressort à boudin cylindrique 23 qui appuie sur une bague ou virole 24 dont le taraudage intérieur peut se visser sur le filetage extérieur 25 prévu sur au moins une portion de la partie cylindrique de l'élément fixe 10. le ressort 23 agit sur une bague 26 qui est susceptible de glisser autour de ladite partie cylindrique et qui porte au moins deux, préférablement trois ou davantage, chevilles 27. Ces chevilles sont destinées à s'engager librement dans des trous correspondants 28, percés dans la bride 15, et à agir comme des poussoirs en venant buter contre le dos de la partie 21 formant piston. L'orifice contrôlé par l'élément mobile 12 est circonscrit par un siège annulaire 30 interposé entre la surface cylindrique 17 et la tubulure d'entrée 13. La soupape proprement dite est constituée par un disque 31, de préférence en caoutchouc naturel ou synthétique, dont le contour convenablement façonné (fig. 3) assure son centrage par rapport à la surface cylindrique 17 tout en permettant à l'eau de passer librement autour de son bord. Ce disque 31 est poussé contre le siège annulaire 30 par le fond 32 de l'élément mobile 12. Ce fond, qui est incomplet, présente sur ces cotés deux ou plusieurs entailles 33, à travers lesquelles l'eau-peut librement s'écouler dans le passage axial formé à l'intérieur de l'élément mobile 12. les passages réalisés par les entailles 33 sont, de toute façon, symétriques par rapport à l'axe du dispositif réducteur de pression. le préréglage du dispositif réducteur de pression est effectué en faisant varier la charge élastique du ressort 23, ce qui est obtenu par une rotation appropriée de la bague ou virole filetée 24. D'une manière avantageuse, le ressort 23 peut être abrité dans des éléments en forme de calottes 34 et 35 qui s'emboîtent de façon télescopique l'une dans l'autre et dont la calotte 34 est solidaire de la bague 24 tandis que la calotte 35 est solidaire de la bague 26. Ces calottes peuvent servir à compléter le dispositif de réduction de pression par une graduation qui permette d'indiquer la valeur du préréglage. A cet effet, par exemple, on peut prévoir à l'extérieur de la calotte 34 un repère ou index 36 susceptible d1tre référé aux divisions d'une graduation 37 dont est pourvu le pourtour de la calotte opposée 35. Bien entendu, tous les détails constructifs sus-décrits peuvent être modifiés selon les différentes exigences spécifiques de fabrication, d'installation et de service qui doivent tre satisfaites dans chaque cas particulier. De même, les rapports entre les diamètres de la chambre définie par la surface cylindrique 18 et, respectivement, du passage défini par le siège annulaire 30, ctest-à-dire les rapports entre les zones sur lesquelles viennent s'appliquer la basse pression et la haute pression, respectivement, pourront titre changés suivant le rapport que l'on désire établir entre lesdites pressions. De toute façon, comme il a été décrit et représenté à titre d'exemple, le dispositif de réduction de pression selon l'invention se caractérise en ce que tous les passages formés dans ce dispositif sont substantiellement et, de -préférence, rigoureusement coaxiaux, ou plus précisément, symétriques par rapport à la direction moyenne du courant, direction qui est elle-meme substantiellement et, de préférence, rigoureusement rectiligne. Ces conditions géométriques des parties matérialisant lesdits passages permettt; de réduire à un minimum les perturbations dans les filets liquides et, surtout, d'empêcher des déviations dans ladite direction moyenne, déviations qui, comme il est bien connu, conduisent à des effets de turbulence asymétriques et des phénomènes de cavitation se manifestant dans les parties de petit rayon des conduites déviées, en particulier à angle droit, qui existent dans les dispositifs de réduction de pression connus. Plus particulièrement, le courant se présentant à l'orifice circonscrit par le siège de soupape 30 s'écoule symétriquement autour de la périphérie de l'obturateur 31, lorsque celui-ci est écarté dudit siège, puis converge de nouveau, sous conditions de symétrie par rapport à sa propre direction moyenne, sur le passage prévu à l'intérieur de l'élément mobile 12, atteint sous les mêmes conditions d'écoulement régulier et de symétrie la tubulure de sortie 14 et envahit sous des conditions essentiel lemerft non turbulentes, l'espace vis-à-vis du piston 21, lesdites conditions non turbulentes étant conservées quelle que soit la quantité de liquide écoulée.Par conséquent, la pression s'exerçant sur le piston 21 est constamment proportionnelle à la réelle pression d'aval, dans le circuit de distribution hydrique ; la sensibilité du dispositif de réduction de pression restant inchangée quelle que soit l'importance de la prise d'eau de la part des usagers. Moyennant un choix judicieux des valeurs des sections de passage, particulièrement des étranglements axiaux en amont et en aval de la chambre où le piston agit, on peut déterminer à l'avance l'écart entre les pressions d'aval qui provoquent l'ouverture et la fermeture du dispositif de réduction de pression, écart qui, bien que maintenu préférablement à de petites valeurs, est cependant nécessaire en vue d'éviter des mises au point ou réparations trop fréquentes, des phénomènes de pulsation et de vibration ou résonance. Si l'on devait désirer obtenir un degré de sensibilité maximum, on pourrait prévoir, à cet effet, des rétrécissements ou, de toute façon, des "formes d'écoulement" dans les parties qui matérialisent les passages précités. Ainsi, par exemple, l'obturateur 31, rendu, ou non, solidaire de l'élément mobile 12, peut être réalisé avec une partie conique ou, de toute fa çon, rétrécie stemboftant coaxialement dans le siège de soupape 30, ce qui permettra de mieux assurer la symétrie et l'uniformité de la divergence des filets liquides traversant ledit passage. I1 est bien entendu que toutes les variantes ci-dessus, de même que toutes autres modifications susceptibles d'être apportées lors de la mise en oeuvre du dispositif perfectionné selon l'invention, doivent être considérées comme entrant dans le cadre de la présente invention. REVENI CATI ONS 1. Perfectionnement aux dispositifs ou soupapes de réduction de pression d'eau, en particulier du type destiné à réduire la pression existant entre un réseau de distribution d'eau et un circuit local de distribution aux usagers, et comprenant un système fonctionnant en soupape qui comporte un obturateur susceptible d'ouvrir un orifice d'amenée dès qu'une pression minima préfixée est atteinte en aval, ledit système de soupape étant soumis aux effets opposés de la haute pression d'amont et de la basse pression d'aval, ainsi qu'à la force exercée par un organe élastique préréé51, lequel agit sur ledit système de soupape dans le sens qui tend à le faire ouvrir à l'encontre de ladite pression d'aval, ledit perfectionnement étant caractérisé en ce qu'il consiste à former, dans les éléments constitutifs fixes et mobiles du dispositif de réduction de pression, des passages pour l'eau-orientés de telle façon que la direction moyenne des filets liquides en phase d'écoulement soit définie essentiellement par une droite. 2. Dispositif de réduction de pression perfectionné selon la revendication 1, caractérisé en cequ'il comprend des éléments fixes et mobiles définissant, à leur partie intérieure, des passages qui sont essentiellement Coaxiaux les uEs par rapport aux autres et à l'espace dans lequel la basse pression d'aval s'exerce sur la surface mobile associée à l'obturateur. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte une tubulure d'entrée, une tubulure de sortie, un orifice contrôlé par l'obturateur précité, un piston associé audit obturateur et opérant dans une chambre interposée entre ledit orifice et ladite tubulure de sortie ; lesdits tubulures, orifices et chambre étant coaxiaux entre eux. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, immédiatement en aval de l'orifice contrôlé par l'obturateur, des passages par où l'eau s'écoule lorsque le dispositif est en position d'ouverture, lesdits passages étant orientés et façonnés symétriquement par rapport à l'axe desdits tubulures, orifice et chambre coaxiaux. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, carae- térisé en ce qu'il comprend un élément mobile coaxial à ladite droite ou axe commun aux différents axes précités, et dont une extrémité forme un piston annulaire sur lequel vient s'appliquer la pression d'aval, tandis que l'autre extrémité porte ledit obturateur, la partie intérieure dudit élément mobile étant formée avec des passages qui sont orientes symétriquement par rapport à ladite droite ou axe commun. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un étranglement dans son passage en aval de la partie comportant l'obturateur et en amont de la partie comportant le piston annulaire, ledit étranglement étant coaxial à ladite droite. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un étranglement entre la chambre dans laquelle opère ledit piston, et le raccord de sortie, ledit étranglement étant coaxial à ladite droite. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que son corps consiste en une structure formée par l'assemblage d'éléments constitutifs fixes coaxiaux comportant la.hi.bnlure tubulure amenée et l'orifice ou ouverture contrôlée par l'obturateur et, respectivement, la tubulure de sortie et une chambre cylindrique dont le diamètre est plus grand que celui dudit orifice dans lequel ledit piston agit, la réunion desdits éléments constitutifs réalisant l'espace où travaille un élément constitutif mobile comportant ledit piston et l'obturateur précité. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément fixe comportant la tubulure d'amenée est constitué par un corps sensiblement cylindrique dont une extrémité porte ladite tubulure, tandis que son autre extrémité est pourvue d'un élargissement formant bride ; et que l'élément fixe comportant la tubulure de sortie, et dont la forme est sensiblement celle d'une calotte, présente intérieurement une chambre cylindrique où est logé et peut se déplacer d'une façon étanche le piston précité, lesdits éléments étant amoviblement reliés l'un à l'autre à l'endroit dudit élargissement en bride, notamment le long du pourtour de celui-ci. 10. Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il comprend un organe élastique constitué par un ressort spiral placé coaxialement autour de la partie cylindrique de l'élément constitutif comportant la tubulure d'amenée ; ledit ressort, dont une extrémité appuie sur un élément annu laire relié à ladite partie cylindrique de manière à pouvoir se déplacer axialement, venant agir sur le piston porté par ledit élément mobile, par l'entremise de chevilles, formant poussoirs, lesquelles traversent à coulissement libre ledit élargissement en forme de bride. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des parties en forme de manchons ou douilles qui s'emboîtent télescopiquement l'une dans l'autre en formant enveloppe de protection dudit ressort, lesdits manchons ou douilles étant reliés à l'élément annulaire de réaction dudit ressort et, respectivement, à un élément annulaire d'action de ce ressort qui est relié à son tour auxdites chevilles formant poussoirs, lesdits manchons ou douilles comportant un repère, ou index, et des divisions, ou graduation, permettant la détermination de la valeur de préréglage dudit ressort, ledit préréglage pouvant être modifié par rotation du premier dit élément annulaire, lequel est monté par vissage sur la partie cylindrique de l'élément fixe comportant la tubulure d'amenée.