Brevet FR2014189A1 — publié le 19700417

L'invention est relative au secteur de la technique, rangé dans la classe de la classification internationale de Strasbourg et concerne plus particulièrement une soupape de réglage comportant un boîtier muni d'une tubulure d'alimentation et d'une tubulure d'évacuation entre lesquelles est disposé un siège de soupape alors que dans le boîtier se trouve au moins un corps de soupape qui est relié à un lSr.ent de manoeuvre par l'inter mediaire d'une tige de soupape et qui peut coopérer avec le siège en obturant entièrement ou partiellement l'ouverture de passage qu'entoure ce dernier. Les soupapes de réglage du genre spécifié ci-dessus peuvent être utilisées par exemple pour le réglage de ltécoulement de fluide dans des conduites entre une enceinte contenant un fluide sous pression élevée, et un réservoir d'évacuation à l'intérieur duquel règne une pression plus faible. Dans certaines conditions, il peut alors être souhaitable que ces soupapes, fermées, soient à même d'empêcher parfaitement, fût-ce pour une longue durée. l'écoulement de fluide dans la conduite. Il en résulte qu'à cet effet, il n'est pas possible d'utiliser des corps de soupape réalisés en métal ou en un autre matériau rigide, étant donné que de tels corps, associés à des sièges de soupape rigides, autorisent toujours au moins une faible fuite de fluide.Pour obtenir l'herméticité requise, le corps de soupape peut être muni d'un joint élastique, susceptible d'obturer parfaitement l'ouverture qu'entoure le siège de soupape. On est alors confronté avec la difficulté qu'en premier lieu, la soupape étant ouverte, le fluide en écoulement exerce un effet d'érosion sur le joint élastique qui se trouve ainsi soumis à une forte usure, alors qu'en deuxième lieu, lors de la fermeture et de l'ouverture de la soupape, c'est à-dire les instants auxquels le joint vient encore tout juste en contact avec le siège sur lequel il n'est donc pas appliqué convenablement, il se rroåuit e part et d'autre de ce joint une très forte différence de pression, pouvant facilement donner lieu à la déformation, la fissuration ou la destruction lente de ce joint. L'invention fournit une soupape de réglage qui élimine les inconvierts nrcii4s. a cet effet, la soupape de réglage conforme à l'invension est remarquable en ce que la soupape comporte deux corps de soupape dont le premier est en matériau relativement rigide et est à même d'obturer un siège central, et dont le secona porte un joint élastique pouvant coopérer avec un oie go situé autour du sie central précité, le second corps de siège tant par ailleurs1 par l'intermédiaire d'une tige, solidaire de l'élément -e ranocuvre alors que lo premier corps de sou pape comporte une tige portant un arrêt dont la face, située du côté du siège, coopère avec la face d'un arrêt, située du côté opposé au siège que porte la tige du second corps de soupape, tandis que, la soupape étant ouverte, la distance entre le premier corps de soupape et le siège central est inférieure à celle entre le second corps de soupape et le siège qui lui est associé, et qu'il existe par ailleurs un éler.ent élastique qui, sur l'ensemble formé par le premier corps de soupape et sa tige, exerce une force dirigée vers le siège. On obtient ainsi que, lors de l'obturation de l'ouverture qu'entoure le siège de soupape, le premier corps de soupape rigide vient en tout premier lieu reposer sur le siège central, alors qu'ensuite le second corps de soupape se pose sur le siège situé autour du siège central précité. Le fluide en écoulement dans le voisinage du siège de soupape est maintenant pratiquement arrêté lorsque le joint élastique du second corps vient dans le voisinage de son siège. Il en résulte que le joint élastique est maintenant seulement soumis à une pression s'exerçant de toutes parts, de sorte qu'il ne subit pratiquement aucune déformation et/ou fissuration, et ne sera donc pas soumis à une destruction lente. Les avantages précités sont maintenus lors de l'ouverture de la soupape, le joint élastique se trouvant alors dans la même situation que lors de sa fermeture. En effet, tandis que le second corps de soupape sWéloigne du siège qui lui est associé, le premier corps de soupape maintient temporairement obturée l'ouverture qu'entoure le siège central, par suite de la pression exercée par le joint sur ce siège. Ensuite, le siège central également est libéré à l'instant où les arrêts sur la première et la deuxième tige de soupape viennent en contact, le premier corps sléloignant de ce fait également du siège qui lui est associé.Par suite de lgécoulement du fluide se produisant maintenant vers la tubulure d'va- cuation, il s'est établi entretemps une certaine distance entre le joint élastique et le fluide en roulement, suffisante pour que ce joint n'k- prouve aucunegêne de la part des forces de friction en présence. Le ddbit du fluide en écoulement est déterminé par la section du passage entre le premier corps de soupape et le siège central, de sorte que le fluide sera seulement animé d'une grande vitesse entre ce siège et le corps de soupape correspondant, tandis que dans le voisinage du joint la vitesse caractéri- sant l'dcoulement sera beaucoup plus petite. Suivant un mode de réalisation favorable de la soupape de réglage conforme à l'invention, le joint élastique est un anneau de type dit en ô. L'invention concerne également une soupape de réglage convenant particulièrement pour être utilise dans un dispositif - par exemple un moteur à gaz chaud ou un compresseur - comportant deux enceintes que pare une membrane roulante et dont au moins une enceinte contient un liquide, alors outil zeste des moyens permettant de pomper du liquide vers l'enceinte ad hoc à laquelle se raccorde la tubulure d'alimentation de la soupape de réglage, l'élément de manoeuvre étant un organe mobile dont un côté limite le boîtier de soupape et dont l'autre côté limite un espace communiquant directement avec l'autre enceinte du dispositif.Cette soupape de réglage est remarquable en ce que le second corps de soupape est fixé audit organe mobile par l'intermédiaire d'une tige de soupape tubulaire et que le premier corps de soupape et sa tige peuvent se mouvoir coaxialement dans la tige tubulaire, la tige du premier corps de soupape étant munie d'une joue, alors qu'nitre celle-ci et l'organe mobile est placé un ressort de pression, ladite tige tubulaire présentant par ailleurs un épaulement qui est situé entre la joue et le siège de soupape et contre lequel repose la joue lorsque la soupape est ouverte. Dans les dispositifs du genre précité pouvant être par exemple un moteur à gaz chaud, les engins de pompage sont normalement couplés à la mécanique de commande du dispositif. Or, lorsque le dispositif ne fonctionne pas, aucun liquide n'est amené à l'enceinte ad hoc, la soupape devant donc assurer l'étanchéité. En l'absence de cette étanchéité, du liquide s'écoulerait en permanence de l'enceinte sous la membrane roulante qui, sous l'effet de la pression dans l'autre enceinte du dispositif, est déformée et pourrait, dans un cas extrême, être détériorée. Une autre difficulté, dans le cas où le liquide s'est échappé de l'enceinte sous la membrane roulante, est que le démarrage du dispositif peut avoir lieu seulement après que de nouveau une quantité suffisante de liquide ait été amenée sous la membrane. La soupape de réglage conforme à l'invention ion assure une très bonne étanchéité résultant de l'emploi d'un joint élastique qui ne subit pas d'influence défavorable ce la part du liquide à grande vitesse décou- iement, alors que l'on n'trouve pas de difficultés non plus lors de l'ouverture et de la fermeture de la soupape, du fait que le joint n'est pas soumis > la iff4reyic des pressions existant de part et d'autre de la soupape, de sorte que l'on peut garantir une longue durée de vie de celle-ci. La d'escription suivante, en reard du dessin annexé, le tout donné A titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut outre rgalisée, les particularitds qui ressortent tant du texte que des figures du dessin faisant, bien entendu, partie de l'inventai. La fig. la est une coupe schématique d'une soupape de ré- glage ouverte, non représentée à l'échelle. La fig. lb est une coupe schdmatique analogue de cette soupape, fermez La fig. 2 est une coupe schématique d'un moteur à gaz chaud, non représenté à ltéchelle, comportant un joint formé par une membrane roulante soutenue par du liquide, ainsi qu une soupape de réglage afin de maintenir constante la différence des pressions régnant de part et d'autre de la membrane. Sur les fig. la et lb, la soupape de réglage comporte un boîtier (1), une tubulure d'alimentation (2) et une tubulure d'évacuation (3). Entre ces tubulures, on a placé un siège central (4) qu'entoure un siège (5). Un premier corps de spupape (6) est relié à une tige (7) portant un arrêt (8) par l'intermédiaire duquel le ressort (9) exerce (vers le siège (4)) une pression sur l'ensemble formé par le premier corps de soupape (6) et sa tige (7). Par l'intermédiaire de sa tige tubulaire(13), un second corps de soupape (10) à arrêt (il) et à joint élastique (12) est relié à un élément de manoeuvre (14) qui n1 est pas décrit plus en tail. La soupape de réglage fonctionne comme suit.La soupape étant ouverte, les arrêts (8) et (11) entrent en contact par suite de la tension exercée par le ressort (9). Lors de la fermeture de la soupape, les corps de soupape (6) et (10) se déplacent ensemble vers le bas, jusqu'à ce que le corps (6) obture l'ouverture entourée par le siège central (4).Ensuite, le contact entre les deux arrêts (s) et (11) est rompu, et seul le corps (10) continue à se déplacer vers le siège (5), sur lequel ledit corps vient ensuite reposer. Etant donné que le fluide, alimenté à travers la tubulure (2) et évacué à travers la tubulure (3), est pratiquement à l'arrêt lorsque le joint élastique (12) du second corps de soupape (10) parvient dans le voisinage du siège qui lui est associé, il n'y aura pra tiquement aucun effet dlérosion sur le joint par suite du fluide en écoule- ment; ce joint ne sera donc pas déformé, fissuré ou soumis à une destFuc- tion lente, grâce au fait que la différence de pression agit maintenant sur le corps de soupape (6).Lors de l'ouverure de la soupape, le Corps (10) en premier lieu s'éloigne du siège qui lui est associé, jusqu'à ce que l'arrêt (11) dudit corps vient en contact avec l'arrêt (8). Dès lors, le premier corps de soupape (6) se déplace également vers le haut, de sorte que le siège central (4) est libéré. Lors de l'écoulement de fluide, se produisant maintenant vers la tubulure d'évacuation, la distance entre le joint élastique et le fluide en voie dlécoulement est devenue suffi- samment grande pour- que le joint ne subisse aucun effet de la part des forces de friction se produisant par suite dudit écoulement. Sur la fig. 2, le chiffre (1) indique un cylindre d'un moteur à gaz chaud, cylindre dans lequel sont montés un balayeur (2) et un piston (3). Une tige de balayeur (4) et une tige de piston (5) relient respectivement le bala--eur (2) et le piston (3) à un mécanisme de commande non représenté. nitre le balayeur et le piston se trouve une chambre de compression (6) par l'intermgdiaire de laquelle un réfrigérant (7), un récupérateur de chaleur (8) et un réchauffeur (9) communiquent avec la chambre de détente (10) pouvant être chauffée à l'aide du brûleur (11). Le joint entre le piston (3) et la paroi du cylindre (1) est formé par une membrane roulante (31) constituant la séparation entre la chambre ae compression (6) et une enceinte (12) contenant un liquide qui est une huile de graissage, amenée à cette enceinte à travers un anneau de pompage (13). La soupape de réglage (15) communique avec cette enceinte (12) par lin- termédiaire de la conduite d'alimentation (14), L'élément permettant de manoeuvrer la soupape de réglage est formé par un corps en forme de piston (16) dont le caté inférieur limite le boîtier de soupape (17) et dont le côté supérieur limite un espace communiquant directement avec la chambre de compression (6) à travers la conduite (18). Le joint entre le piston (16) et le boîtier de soupape est formé par une autre membrane roulante (30). Le second corps de soupape (19) est solidaire du piston (16) par l'intermédiaire d'une tige de soupape tubulaire (20), le premier corps de soupape (21) et sa tige (22) pouvant se mouvoir coaxialement dans ladite tige (20).La tige (22) est munie d'une joue (23), un ressort de pression (24) étant agencé entre cette noue et le piston: (16). Le dispositif de réglage fonctionne comme suit. La pression régnant dans la chambre de compression (6) est supérieure à celle régnant dans l'enceinte (12) contenant l'huile de graissage. La membrane roulante (31) est construite de manière à absorber, dans des circonstances normales, convenablement la différence entre la pression dans la chambre (6) et celle dans l'enceinte (12). Or, il est d'une importance capitale que dans ce -Jlspositif, la membrane roulante (31) ait une longue durée de vie. kfin dt- parvenir, il est indispensable que la membrane (31) présente une longueur qui reste constante pondant son fonctionnement, ce qui implique que la différence Je pression sur cette embrane roulante (31), ctest-à- aire la différence nre la pression dans la chambre (6) et celle dans lsenceirte (12), doit être maintenue constante dans la mesure du possible. Four maintenir eetge constante l'enceinte (12) communique avec l'espace sous e piston (16) par l'intermédiaire de le conduite (14), l'espace nu-cesas tu piston communiquant avec la chambre e compression (6), alors que par ailleurs,le ressort (27) exerce sur le piston (16) une force dirigée vers le haut. En cas d'équilibre, la différence entre les pressions dans la chambre (6) et l'enceinte (12) correspondra à la tension exercée par le ressort (27). A travers l'anneau de pompage (13) du liquide est fourni continuellement à l'enceinte (12), du liquide pouvant être évacué à travers la conduite (14) et la soupape de réglage (15). La quantité du liquide évacué est déterminée en fonction de la différence de pression. Lorsqu'à un instant déterminé, pour une raison quelconque, il se trouve une trop faible quantité de liquide dans l'enceinte ad hoc, et que la différence de pression sur la membrane roulante est supérieure à la valeur pour laquelle elle a dté réglée, la variation de ladite différence de pression amène le piston (16) à se déplacer vers le bas. Etant donné que la soupape est ouverte, la joue (23) repose contre 7'épaulement (25), le corps de soupape (21) obturera maintenant en premier lieu l'ouverture qu'entoure le siège central (26). Ensuite, le second corps de soupape (19), muni du joint élastique (28), se posera sur le siège (29) se trouvant autour du siège central.De la sorte, on obtient de nouveau que dès que le joint élastique parvient dans le voisinage du siège qui lui est associé, le fluide s'est pratiquement mis à ltarret, et la différence de pression sur la soupape est absorbée par le corps de soupape (6), de sorte que le joint élastique ne sera pratiquement pas soumis à un effetd'érosion, ae ddformation, de fissuration ou de destruction lente. Lorsque, à un certain instant, la pression dans l'enceinte du liquide devient trop haute par. suite de l'effet de pompage - ce qui amènerait un réduction de la différence de pression sur la membrane - la soupape de réglage s'ouvre et ltéquilibre peut être rétabli par lécoulement d'une certaine quantité de liquide.Eh premier lieu le piston (16) se ddplace à cet effet vers le haut, de sorte que le corps (19) libère le siège (29). A un certain moment, lorsque la joue (23) vient en contact avec ltépaulement (25), le corps de soupape (21) libère le siège central (26), du liquide pouvant ainsi s'dcou- ler vers la conduite d'évacuation. Toutefois entretemps la distance entre le joint plastique (28) et le liquide en voie d'écoulement est devenue suffisamment grande pour que le fluide soit sans action sur le joint (28), de sorte que ce joint ne subit pas d'effet d'érosion et ne risque pas d'être déformé, fissuré, ou menacé de destruction lente. De ce qui précède, il apparaît clairement que l'invention fournit une construction particulièrement simple et efficace d'une soupape de réglage susceptible de couper complètement ou de produire le débit d'un courant de fluide entre une enceinte dans laquelle règne une pression levée et une enceinte dans laquelle règne une pression plus réduite, le joint élastique indispensable pour assurer éventuellement l'étanchéité étant mis à l'abri d'une érosion, d'une déformation, d'une fissuration ou de destruction lente et prdsentant de ce fait une longue durée de vie. RiVENDICATIONS- 1. Soupape de réglage comportant un boîtier muni d'une tubulure d'alimentation et d'une tubulure dlévacuation entre lesquelles est disposé un siège de soupape alors que dans le boîtier se trouve au moins un corps de soupape qui est relié à un élément de manoeuvre par l'intermédiaire d'une tige de soupape et qui peut coopérer avec le siège en obturant entièrement ou partiellement l'ouverture de passage qu'entoure ce dernier, caractérisée en ce que cette soupape comporte deux corps de soupape dont le premier est en matériau relativement rigide et est à même d'obturer un siège central, et dont le second porte un joint élastique pouvant coopérer avec un siège situé autour du siège central précité, le second corps de siège dtanb par ailleurs, par ltintermédiaire d'une tige, solidaire de ltélement de manoeuvre alors que le premier corps de soupape comporte une tige portant un arrêt dont la face, situe du coté du siège, coopère avec la face d'un arrêt, située du côté opposé au siège que porte la tige du second corps de soupape, tandis que, la soupape 4tant ouverte, la distance entre le premier corps de soupape et le siège central est inférieure à celle entre le second corps de soupape et le siège qui lui est associé, et qu'il existe par ailleurs un élément élastique qui, sur len- semble formé par le premier corps de soupape et sa tige, exerce une force dirigée vers le siège. 2. Soupape de réglage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint élastique est un anneau de type dit 'en 0. 3. Soupape de réglage selon la revendication 1 ou 2, convenant pour être utilisée dans un dispositif - par exemple un moteur à gaz chaud ou un compresseur - comportant deux enceintes qué sépare une membrane roulante et dont au moins une enceinte contient un liquide, alors qu'il existe des moyens permettant de pomper du liquide vers l'enceinte ad hoc à laquelle se raccorde la tubulure d'alimentation de la soupape de réglage, ltélément de manoeuvre 4tant un organe mobile dont un côté limite le boîtier de soupape et dont ltsutre côté limite un espace communiquant directement avec l'autre enceinte du dispositif, soupape caractérisée en ce ue le second corps de soupape est fixé audit organe mobile par l'intermddiaire d'une tige de soupape tubulaire et que le premier corps de soupape et sa tige peuvent se mouvoir coaxiaiement dans la tige tubulaire) la tige du premier corps de soupape 4tant munie d'une joue, alors qu'entre celle-ci et l'organe mobile est place un ressort de pression, ladite tige tubulaire pré- sentant-par ailleurs un épaulement qui est situé entre la joue et le siège de soupape et contre lequel repose la joue lorsque la soupape est ouverte.