Brevet FR2018364A1 — publié le 19700529

La présente invention concerne une soupape de réglage pour des fluides gazeux ou liquides, notamment pour un régulateur de pression différentiee, dont la section de passage peut Aetre réglée au moyen d'un dispositif de commande, par exemple au moyen d!une tige filetée à commande manuelle, d'un moteur ou d'un diaphragme soumis à la pression d'un fluide des deux ôtés. Des soupapes de ce type sont déjà connues et sot utilisées dans les industries les plus diverses pour le réglage et l'ajustement du débit de fluides gazeux ou liquides ou en phase vapeur Le dispositif de commande est dans ce cas relié à l'obturateur de la soupape qu'il déplace par rapport à son siège de manière à ouvrir une section de passage qui correspond au débit désiré; Les soupapes de réglage connues permettent seulement un réglage continu du débit entre la section de passage maximaie et environ 5 de cette section maximal c, suivant une caractérist-ique déterminée.Lorsque la section de passage est diminuée davantage, l'ajustement précis de la grandeur de la section de passage devient impossible, ce qui exclut une régulation correcte C'est pourquoi on rencontre des difficultés lorsque les réglages doivent être effectués sur une gamme relativement importante Bien que l'on puisse obtenir des réglages de débits relativement faibles en choisissant une soupape qui est en fait trop petite pour le débit maximum, la résistance occasionnée aux débits importants est trop élevée, Une soupape dc réglage trop grande conduit au contraire à des difficultés dans la zone inférieure de la gamme de réglage Des soupapes de réglage de ce tpe peuvent être utilisées, par exemple, dans les régulateurs de pression différentielle pour le maintien d'une différence de pression déterminée entre deux récipients remplis de fluides sous pression La soupape de réglage est dans ce cas commandée le plus souvent par un diaphragme constituant le dispositif de commande La soupape de réglage est fermée, par l'intermédiaire du diaphragme, par la pression la plus élevée, tandis qu'elle est ouverte par la pression la plus faible ainsi que par la force d'un ressort qui détermine la pression différentielle La soupape de réglage commande généralement l'échappement de fluide sous pression d'un des deux récipients, et elle est ouverte et fermée par le diap@rag@@ @@ @@@ch des var@a @@@@ @@ @@ession 5 produisant des deux côtés du diaphragme, de @rte que la dif férence de pression ajustée est maintenue De tels régulateurs de pression différentielle sont employés, par exemple dans les turbomachines comportant des joints à labyrinthe, pour 1 élimination du gaz de fuite pénétrant à travers les joints dans les chambres de lubrifi @ation @@@@@@@@@@ les paliers de l'arbre de la machine.Il est indi@@@@@ @@ @@ @@@@@@@@@@ dans les cham@@es de lubrifi ca@@@@ @@@@@@@@@@ @@@@ @@@@@ l@@@rement inféri@@@e à l@@p@ess@@@ d'en@ @@@ de la tu@bamachine, ceci af@n d'év@@e@ une pénétrati@@ de l@@@@ifiant à l'intérieur de la ma@hine. Une pression trop faib@@ à l'@@@@@@@ur des chambres de l@@rifieation doit cependan@ être @@@@@ @@@ @@@@ pour e@@@ @her l@@ugmentation de la qu@@tité de @@@ @@@@@p@@@ par les @@@@ts les d@@i@@ d@@@nt être régl- @@@ @@@ @@@@@ @@nt relati@@ment f@ibles p@nd@@@ le f@@@t@@@@@@@@@ @@r@al de la turbomachine, lorsqu'il @'agit uniquement d'éliminer le gaz de fuite.Par contre lorsque la turbomachine est brusquement arrêtée, par exemple lors de l'actionnement d'une soupape a fermeture rapide, ce qui provo- que une chute de la pression d'entrée de la t'-rbomachine, la section de passage de la soupape de réglage doit être augmentée au maximum pour éviter une différence de pression négative. Les soupapes de réglage @@@nues jusqu'alors ne pouvaient pas satisfaire aux exigances dans de telles conditions ou dans des conditions anal@@@es. L'@@@@e@ de l'invention est une soupape qui convient d'une part @@@ la régul@tion de faibles débits et qui peut présenter d'autre part, des sections de passage importantes. L'invention part d'une soupape double comportant deux obturateurs dont l'un est relié directement au dispositif de commande et dont l'autre est commandé seulement après une course à vide Selon l'invention, les sièges associés aux deux obturateurs ont une section de passage très différente, le siège ayant la plus petite section de passage étant prévu pour l'obturateur relié directement au disp@sitif ce commande, cet obturateur étant réalisé de préférencé @@ forme d'un cône. Dan r, -- seul l'obturateur relié directement au dispositif de commande est actionné lorsque le débit est faible, de sorte que seule la section de passage réglée par cet obturateur est modifiée dans ce cas, Toutefois, dès qu'une section de passage plus importante devient nécessaire et que le dispositif de commande effectue un mouvement d'une plus grande amplitude, le second obturateur est également soulevé de son siège, après la course à vide mentionnée ci-dessus, de sorte que la section de passage totale de la soupape de réglage est augmentée en conséquence, La gamme de réglage précis du débit est ainsi augmentée de manière considérable, La soupape selon l'invention convient donc particulièrement pour des régulateurs de pression différentielle servant à la régulation de la différence de pression qui est nécessaire entre la pression d'entrée d'une turbomachine et la pression régnant dans les chambres de lubrification, tout en assurant l'ouverture rapide d'une section de passage suffisamment grande, même en cas d'arrêt brusque de Ja machine, pour empêcher une différence de pression négative pouvant entraner la pénétration de lubrifiant à l'intérieur de la turbomachine. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ouverture de l'oburateur qui est seulement commandé par le dispositif de commande après une course à vide, peut être facilitée par le fait que cet obturateur est relié à un piston d'équilibrage agissant dans le sens de l'ouverture, dont le diamètre correspond approximativement à celui du siège associé, et dont la face transversale est soumise par un passage shuntant la soupape de réglage, à la pression du fluide ayant tendance à amener l'obturateur dans la position de fermeture, Cet obturateur est de préférence sollicité dans le sens de la fermeture par un faible ressort, Les forces agissant sur l'obturateur sont à peu près équilibrées, indépendamment des pressions en prdsence, en raison de la présence du piston d'équilibrage, de sorte qu'il suffit de vaincre la force relativement faible du ressort pour obtenir l'ouverture, Cette diminution de l'effet des pressions sur l'obturateur est particulièrement importante lorsque la soupape de réglage selon l'invention est utilisée pour des pressions de service relativement élevées, par exemple dans une turbomachine dont la pression de service peut atteindre 35 à 40 atmosphères. Selon une autre caractéristique de l'inventions le piston d'équilibrage peut présenter un évidement qui est ouvert sur l'un des côtés transversaux, tandis que le passage qui contourne la soupape de réglage et qui sert à l'amenée du fluide sous pression à la face transversale du piston d'équilibrage peut comporter un point d'étranglement.Lors de chaque change- ment rapide de la pression, le volume du piston d'équilibrage creux agit dans ce cas comme un accumuiateur puisque ltéquilin brage de la pression ne peut s'effectuer qu'avec un certain retard en raison de la présence du point d'étranglementO Le piston d'équilibrage exerce par conséquent sur l'obturateur des forces supplémentaires provoquant une accélération des mouvements de l'obturateur dans le sens correct pour améliorer le processus de régulation.L'avantage ainsi obtenu importe surtout lorsqu'il s'agit d'un régulateur de pression différentielle étant donné que les forces supplémentaires agissent dans le sens de l'ouverture dans le cas d'une diminution de la .di- férence de pression réglée, et dans le sens de la fermeture de l'obturateur en cas d'augmentation de cette différence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et du dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe axiale d'un régulateur de pression différentielle comportant une soupape de réglage selon l'invention. Le régulateur de pression différentielle illustré comporte un corps 1 dans lequel sont montés un diaphragme 2 et une soupape de réglage 3. Le corps 1 porte un cylindre 4 entourant un ressort de traction 5 fixé au diaphragme 2 et fermé en haut par un couvercle 6. Ce couvercle porte une chape 7 ayant la forme d'un piston et pouvant être déplacée dans le sens axial au moyen d'une vis de réglage 8. La vis 8 peut tourner dans un écrou à chapeau 9 qui est vissé sur une douille de-guidage ll pour la chape coulissante 7O La douille 11 est fixée sur le couvercle 6 par un écrou 10. Un capuchon taraudé 12 entoure la vis de réglage 8 en haut, Le couvercle 6 présente sur le côté une ouverture de raccordement 13 pour l'entrée du fluide à pression élevée à l'intérieur du cylindre 4; ce fluide agit par conséquent sur la face supérieure du diaphragme 2. Le fluide ayant la pression la plus faible, et dont la valeur doit être régulée en fonction de la différence de pression désirée, pénètre à l'intérieur du corps 1 par une ouverture de raccordement 14 prévue dans ce corps, et agit sur la face inférieure du diaphragme 2. Ce fluide peut sortir par une ouverture d'échappement 15 qui est également prévuedans le corps I. La liaison entré l'ouverture de raccordement 14 et l'ouverture d'échappement 15 est commandée par la soupape de réglage 3. La soupape de réglage 3 est une ~soupape double comportant deux obturateurs 16 et 17 montés en parallèle, disposes @ concentriquement et associés à des sièges 18 et 19 de diamètres notablement différents. Le siège 18 pour l'obtura- teur intérieur 16 est prévu dans 1 l'obturateur extérieur 17. L'obturateur 16 a la forme d'un cône et est relié directement aü diaphragme 2 par une liaison à vis 20,- tandis que l'obtu- rateur 17- peut- seulement être commandé par ce diaphragme après une course à vide.L'obturateur 17 peut à cet effet coulisser axialement sur la tige de 11 obturateur intérieur 16 et il est entratné dans le sens de l'ouverture par un collet 21 prévu sur cette tige à-la fin de la course à vide.L'entraî- nement de l'obturateur 17 dans le sens de la fermeture par l'obturateur 16 est assuré lorsque ce dernier vient s'appliquer sur le siège 18 prévu dans l'obturateur 170 . L'obturateur extérieur 17 se compose d'une partie supérieure 22 et d'une partie inférieure 23 entre lesquelles~ est serré un joint souple 4 qui vient s'appliquer sur le @siège 19. L'extrémité de la partie inférieure 23 forme un piston d'équilibrage 25 coulissant dans le sens axial-dans un évidement cylindrique d'un couvercle 26 et rendu étanche par un joint torique 27.Le diamètre du piston -d'équilibrage 25 est approximativement égal ou seulement de peu inférieur à celui de l'arête du siège 19. Le piston d'équilibrage 25 présente en outre un évidement 28 qui est ouvert du côté transversal inférieur et qui est en communication avec l'espace situé sous le diaphragme 2 par le passage 29 contour- nant-la soupape de réglage 3. Le passage 29 comporte un point d'étranglement 30 et l'obturateur 17 est en outre sollicité dans le sens de la fermeture par un ressort relativement faible 31. Le régulateur de pression différentielle illustré au dessin est utilisé pour le maintien d'une différence de pression déterminée par rapport à une pression de référence appliquée par une conduite raccordée à l'ouverture 13 prévue dans le couvercle 6. Le fluide amené par cette conduite agit sur le dessus du diaphragme P-et a donc tendance à amener le deux obturateurs 16 et 17 de la soupape de réglage 3 dans t-t position de fermeture. -Le-fluide dont la pression doit être réglée en fonction de la pression de référence, en respectant la différence de pression ajustée, est introduit par l'ouverture de raccordement 14 prévue dans le corps 1.Ce fluide agit sur le dessous du diaphragme 2 et a donc tendance à ouvrir la @ou- pape de réglage 3. Ta différence de pression -qu'il agit de maintenir constante est déterminée par. la force du ressort de traction 5 qui-agit également dans le sens de l'ouverture sur la soupape de réglage 3 et dont la force peut- être réglée su vant les désirs à l'aide de la vis 8. Lorsque le fluide sous pression amené par l'ou ouverture 14 dépasse une-pression déterminée, de sorte que la di@ férence de pression effectivé descend au-dessous de la valeur déterminée par la force du ressort 5, le diaphragme 2 se je vers le haut en soulevant l'obturateur 16 du siège 18.Du fluide sous pression peut donc s'écouler de l'espace situé audessous du diaphragme 2 par des @ajutages 32 dans l'obturateur 17, 'le siège 18, un passage 33 raccordé-à celu-i-ci, des ajutages radiaux 34 dans la partie inférieure 23 de l'obtura teur 17 et l'ouverture d'échappement 15, si bien que la pression régnant au-dessous du diaphragme 2 diminue et que l'obturateur 16 s'applique de nouveau sur le siège 18, LeS" ouvertures et-les fermetures alternatives de la section de passage ddfinie par le siège 18 et l'obturate'ur '16, assurent donc-le maintien de la différence de pression ajustée lorsque les variations de pression sont lentes,- -Dans le cas d'une variation importante et brusque de la pression, l'obturateur 16 est tout d'abord dégagé complètement du siège 18 et entraîne ensuite par son collet 21 l'obturateur 17 qui est donc également soulevé de son siège 19. Comme le diamètre de ce dernier est relativement important la section de passage ainsi libéree est grande et la pression régnant sous le diaphragme 2 diminue rapidement, jusqu'à ce que, après le rétablissement de la différence de pression ajustée, le diaphragme 2 soit de nouveau descendu, ce qui provoque l'application des deux obtu- rateurs 16, 17 sur les sièges respectifs 18 et 19. Le piston d'équilibrage 25 est soumis à la pression régnant au-dessous du diaphragme 2 en raison de la communica- tion par le passage 29, de sorte que la pression agissant sur ltobturateur 17 diminue; le soulèvement de l'obturateur 17 du siège, 19- nécessite donc seulement une force réduite qui est indépendante de la pression. Lors de changements rapides de la pression, l'évidement 28 prévu dans le piston d'équilibrage 25 agit comme un accumulateur étant donné qutun équilibrage de la pression ne peut s'effectuer qu'avec un certain retard en raison du point d'étranglement 30 prévu dans le passage 29. L'obturateur 17 est donc sollicité par des forces supplémentaires agissant dans le sens correct pour améliorer le,processus de régulation.En effet, dans le cas d'une augmentation brusque de la pression régnant au-dessous du diaphragme 2, par rapport à la pression de référence agissant sur le dessus du diaphragme, le mouvement d'ouverture de l'obturateur 17 est freiné, tandis que, dans le cas d'une diminution brusque de la pression, le mouvement de fermeture de l'obturateur 17 est au contraire accéléré. En conséquence, le fait que l'écart par rapport à la différence de pression ajustée soit provoqué par une diminution de la pression du fluide amené par l'ouverture 14 ou par un changement de la pression de référence agissant sur le dessus du diaphragme 2, n'a aucune influence sur le mode de fonctionnement du rgula- teur de pression. Dans les deux cas, la soupape de réglage 3 a tendance à rétablir aussi rapidement que possible la différence de pression ajustée. La soupape de réglage selon l'invention peut, non seulement être utilisée dans un régulateur de pression diffEren- tielle comme celui illustré et décrit, mais également pour toute régulation de débits nécessitant un réglage précis de la section de passage sur toute la gamme de régulation REVENDICATIONS 1. Soupape de réglage pour fluides gazeux ou liquides, notamment pour un régulateur de pression différentielle, réalisée sous forme d'une soupape double comportant deux obtura teurs pouvant être commandés au moyen d'un dispositif de commande par exemple une tige filetée à commande manuelle, un moteur au un diaphragme sollicité par une pression des deux- cotés, et "-nt l'un est en liaison directe avec le dispositif de commande tandis que l'autre est seulement commandé après une course a vide, caractérisée en ce que les sièges associés aux deux obtura teurs présentent des sections de passage notablement piffé rentes, et en ce que l'obturateur, réalisé de préférence sous forme d'un cône, qui est relié directement au dispositif de commande, est associé au siège ayant la section de passage la plus faible, 2. Soupape de réglage selon la revendiaation 1, caractérisée en ce que l'obturateur qui est seulement actionné par le dispositif de commande après une course a vide,9 cet obturateur étant de préférence sollicité en outre ~-^rls ie sens de la fermeture par un faible ressort, est relié à un piston d'équilibrage agissant dans le sens de l'ouverture, piston dont le diamètre correspond approximativement à celui du siège associé et dont la face transversale est exposée à la pression du fluide agissant sur ltobturateur dans le sens de sa fermeture à travers un passage de communication contournant la soupape de réglage ayant la plus faible section de passage. 3, Soupape de réglage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le piston d'équilibrage présente un évide ment ouvert sur l'un des côtés transversaux, et en ce que le passage de communication comporte un point d'étranglement.