Brevet FR2135660A1 — publié le 19721222

1' 2135660 La présente invention concerne un régulateur de débit. On a déjà utilisé un régulateur de débit décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2.9Î?»269, dans lequel un bouchon de caoutchouc disposé à l'intérieur d'une chambre peut être de manière 5 réglable, écrasé et, par conséquent,_soumis à une expansion pour ■s ' ' • ' 1 régler le débit traversant l'appareil. Le dispositif selon ce brevet a été bien accueilli et; sous de ^multiples .aspects il a rendu d'excellents services. Il s'est montré particulièrèment efficace pour des pressions différentielles faibles ou moyennes. A titre d'-ÎO exemple, une pression différentielle moyenne peut être de 35 kg/cm . Dans le cas d'une pression nettement plus élevée, atteignant r 2 par exemple jusqu'à 70 kg/cm dans des conduites qui traversent tin territoire sur de grandes distances, des problèmes graves se sont posés. Lorsque le bouchon du brevet mentionné est comprimé, et que, 15 par suite, il subit une expansion pour diminuer le volume offert à l'écoulement entre le bouchon et la chambre qui l'entoure, la perte de charge de l'amont à l'aval du bouchon provoque le fluage du matériau élastique. Le bouchon devrait se déformer d'une manière symétrique quand il est soumis à une force d'expansion. Toutefois, la 20 perte de charge, au droit du bouchon, repousse le matériau en expansion vers l'arrière du bouchon. Le bouchon se déforme néanmoins, mais son expansion se manifeste dans la partie arrière du bouchon. Lorsque le bouchon est ensuite déformé davantage et mis au contact de la chambre qui l'entoure, le bouchon est soumis à des contrain-25 tes indésirables et mal réparties. Ces contraintes provoquent des dégradations par déchirure de grands morceaux de matériau élastique, qui sont arrachés du bouchon. Ces morceaux se déchirent au droit de la partie déformée par expansion, nettement vers l'arrière du bouchon. Il en résulte une défaillance du bouchon. Même s'il ne subit 30 pas la dégradation décrite ci-dessus, le bouchon ne fonctionne pas de la manière souhaitée à de telles pressions. L'expansion du matériau, dans la partie arrière du bouchon, modifie la posi fion de la ligne de contact du bouchon avec la chambre qui l'entoure. Ceci modifie donc le mode de fonctionnement du bouchon et augmente la pos-35 sibilité d'une turbulence aérodynamique dans la zone aval du régulateur, par suite de la variation de forme brutale dans la région de régulation. Cette turbulence est une source de bruit, et elle réduit l'efficacité du dispositif. La présente invention a pour objet d'éviter ou d'atténuer ces ko inc onv éni en t s. 72 16182 2. 2135660 L'invention propose un dispositif destiné à être utilisé dans un régulateur de débit, adapté pour être monté dans une conduite de circulation, et comprenant un bouchon élastique expansible qui présente une forme générale cylindrique et comporte une face découver-5 te, de manière à pouvoir se déformer à partir d'une position de repos en prenant une position d'expansion, et des moyens situés au droit: de la face découverte du bouchon pour remodeler la face exter-ne déformée du bouchon en astreignant la zone déformée par expansion, à se maintenir dans la partie centrale du bouchon. 10 Un mode de réalisation particulier de l'invention est décrit ci-après, à.titre d'exemple seulement, en faisant référence aux •dessins annexés, dans lesquels : - la Fig. 1 est une vue en coupe d'un régulateur de débit selon l'invention, représentant la bague et les ailettes qui entou— 15 rent le bouchon élastique du régulateur de débit et règlent son expansion; - la Fig. 2 est une vue en coupe, selon la ligne 2-2 de la Fig. 1,représentant des détails de construction de la bague et des ailettes, qui contiennent et limitent l'expansion du bouchon élas- 20 tique. Le régulateur VO (Fig. l) est adapté pour être installé dans un pipeline, ou une conduite analogue, pour véhiculer uri grand volume de fluide• Il est utilisé par exemple, dans un gazoduc où il assure la régulation de débit. Il est normalement utilisé pour ré-25 gler le débit de gaz naturel ou de produits analogues. Le régulateur est pourvu de moyens pour le relier à la conduite, qui comportent une première bride 11 et une seconde bride 12, adaptées toutes deux pour être reliées par boulons à la conduite. La conduite peut avoir un diamètre nominal quelconque, et, par suite, le dispositif 30 selon 1'invention peut être relativement petit ou assez grand, selon les exigences de chaque application particulière. Le régulateur de débit 10 comporte un corps externe qui comprend un premier élément 13 et tin second élément 14. Les éléments 13 et -14 du porps sont disposés bout à bout et assemblés par des 35 boulons 15 et écrous 16. Les boulons passent par des ouvertures prévues à cet effet dans des brides qui se trouvent sur les deux éléments du corps 13 et 14. Les éléments du corps définissent une enceinte comportant des ouvertures à travers les brides 11 et 12 pour assurer la communication avec la source de circulation de 40 fluide. L'ensemble définit un passage cylindrique interne. 72 16182 3' 2135660 L'élément de corps 13 comprend des entretoises 1?» orientées vers l'intérieur, qui assurent le centrage et le positionnement d'une plaque terminale carénée 18 qui est reliée au bouchon expansible 25» comme il sera décrit ci-après. Quant à l'élément de corps 14, 5 il comprend des entretoises 19, orientées radialemënt vers l'intérieur, qui supportent un embout conique caréné 20, disposé du côté aval de l'écoulement. Le nez 18 et 11 embout conique 20, considérés dans leur ensemble sur la Fig. 1, définissent approximativement un profil hydrodynamique à double ogive qui réduit au minimum la tur— 10 bulence provoquée par l'insertion du dispositif selon l'invention, dans la conduite. XI est à noter que par leur forme, les parties constitutives du dispositif selon l'invention ont une action qui complète celle du profilâge qui vient d'être défini. Un manchon 22 est inséré dans le passage cylindrique et ce man-15 chon est disposé à proximité immédiate du bouchon élastique expansible, comme il sera maintenant décrit. Le manchon 22 joue le rôle d'un siège, vis-à-vis du bouchon qui subit une expansion et une contraction d'une manière contrôlée, pour étrangler le passage annulaire et régler ainsi le débit de la conduite. Le corps 14 com— 20 porte un orifice externe 23, qui communique avec un canal 2k traversant 1'entretoise 19 pour amener un fluide hydraulique sous une pression extrêmement élevée, qui permet de commander et de faire fonctionner le régulateur de débit selon l'invention. Le bouchon élastique est désigné par la référence 25. Le bou-25 chon 25 est pris en sandwich entre deux faces extrêmes qui comprennent une première plaque d'extrémité 26 et line seconde plaque d'extrémité 27. La plaque 27 est disposée à l'intérieur du bouchon 25 et elle est intégrée au moulage dans ce bouchon. Le matériau élastique du bouchon entoure à peu près complètement la plaque 27. La 30 plaque 27, ainsi enveloppée, présente néanmoins une surface relativement étroite à l'extrémité avant du bouchon élastique, et un trou fileté y est ménagé pour recevoir un boulon 28. Le boulon 28 unit le nez 18 au bouchon élastique 25. Le boulon est vissé à travers le nez 18, et il est serré pour fixer en position le bouchon élastique 35 expansible. .. L'extrémité arrière du bouchon est solidaire d'une plaque 26, comme on l'a déjà mentionné. La plaque 26 présente toutefois vers l'arrière toute sa surface découverte. Elle comporte un trou 29, destiné à recevoir un élément de guidage, commé il sera décrit dans ko la suite. 72 16182 2135660 Le canal 24 communique avec une chambre 32 ménagée à l'intérieur de l'embout 20 et qui débouche dans un conduit 33 ménagé dans un piston prisonnier 34. Le piston 34 est vissé dans l'embout 20, grâce aux filetages conjugués 35• Le piston jk comporte une face 5 avant 37, qui forme une surface de butée à l'égard du fond d'un cylindre 40 qui l'entoure. Le cylindre ko est représenté sur les dessins comme entourant complètement le piston 34. Toutefois, le cylindre n'est pas fixé à l'embout 20, mais il va simplement en s'a-mincissant vers l'épaulement défini en kl. La course vers la gauche 10 du cylindre 40 est limitée par 1'épaulement 41 de l'embout 20. Le cylindre peut se déplacer vers la droite de la figure, par rapport au piston. La. position du piston est fixe, tandis que le cylindre se déplace par rapport au piston et au reste du dispositif. Le déplacement du cylindre kO est communiqué à la plaque 26 pour compri-15 mer le bouchon élastique expansible 25. Le cylindre 40 est relié à la plaque 26 par l'intermédiaire d'un prolongement 42, qui est engagé dans le trou central 29 de la plaque 26. La liaison est positive du fait de la disposition des pièces constitutives. Ainsi, lorsqu'un fluide sous pression est in-20 troduit dans la chambre 32, il s'écoule par le conduit 33 et agit sur la face avant 37 du piston pour repousser le cylindre vers la droite de la Fig. 1, assurant ainsi l'expansion du bouchon élastique. La référence 44 désigne un joint torique qui, en liaison avec 25 un joint racleur 45, évite les fuites le long de la surface de contact définie par le piston et le cylindre. En variante, les joints toriques peuvent être remplacés par des joints commercialisés sous là dénomination POLYPAK et bien connus dans l'industrie. On peut déduire de ce qui précède que le fluide introduit sous 30 pression contre la face 37 du piston 34, repousse le cylindre 40 vers la droite de la Fig. 1. Ceci imprime une force d'expansion au bouchon 25. Le bouchon 25 présente une surface extérieure qui se déforme vers le manchon 22 déjà mentionné. L'expansion modifie les dimensions de l'espace annulaire, entre le bouchon 25 et le manchon 35 qui l'entoure. Ceci règle donc le débit à travers le dispositif, comme on l'a déjà indiqué. Le problème auquel s'attaque la présente invention concerne les modalités d'expansion du bouchon élastique 25. Celui-ci doit se déformer d'une manière à peu près uniforme, avec la zone la plus 40 bombée située approximativement au centre. Toutefois des pertes de 72 16182 5. 2135660 charge assez élevées à travers le dispositif tendent à déplacer le bombement vers l'arrière du bouchon 25- La zone bombée peut être déplacée jusqu'au tiers ou même au quart arrière du bouchon. Ceci soumet le bouchon à des contraintes indésirables et peut provoquer 5 la déchirure de grands morceaux de bouchon, ou une- comprèssion permanente du bouchon en caoutchouc ou autre élastomère-, si la perte de charge est suffisamment élevée. La présente invention permet de résoudre ce problème en incorporant au dispositif des moyens pour limiter l'expansion vers l'ar-10 rière du bouchon, ces moyens étant désignés dans leur ensemble par la référence 50 sur la Fig. 2. Au moins deux ailettes 51, mais de préférence tin plus grand nombre, orientées radialement vers l'extérieur sont disposées tout autour du bouchon élastique 25 • Les ailettes rejoignent vers l'extérieur une bague 52 qui les relie les 15 unes aux autres. La bague 52 assure le support mécanique des ailettes. On peut constater sur la"Fig. 2 quril subsiste des intervalles importants entre ces ailettes. La bague 52 enjambe ces intervalles. Ces intervalles sont prévus pour réduire la perte de capacité de débit, lors de l'insertion du dispositif selon l'invention, dans 20 l'espace annulaire. Les ailettes et les bagues réduisent légèrement cet espace annulaire, mais insuffisamment pour créer des difficultés notables. D'une manière générale, le régulateur de débit suivant l'invention a un débit légèrement réduit, peut-être inférieur de 5 à 15 à celui du régulateur de débit décrit dans le brevet 25 des Etats-Unis d'Amérique N° 2.917-269, pour des dimensions courantes. On se référera maintenant à nouveau à la Fig. 1 pour une description complémentaire des différentes ailettes 5^• Chaque ailette 51 présente un bord avant profilé. Ce bord avant est tel qu'il 30 vient en contact avec la surface extérieure du bouchon 25, quand celui-ci subit une expansion et qu'il détermine sa forme. En pratique, le bord peut être droit, mais théoriquement un bord courbe est préférable. Il n'en reste pas moins que la présence d'un certain nombre d'ailettes 51, entourant complètement le bouchon et présen-35 tant chacune un bord profilé comme représenté sur la Fig. 1, limitent la déformation du bouchon lorsqu'il subit une expansion. Ces ailettes repoussent la zone bombée vers le centre du bouchon. Ainsi, la zone bombée n'a pas la possibilité de se déplacer vers l'arrière du bouchon lorsque les pressions différentielles augmentent. La 40 zone bombée est repoussée obligatoirement vers l'avant dans la 72 16182 6 2135660 position illustrée en traits mixtes et désignée par la référence 55» La zone bombée 55 est complètement différente de celle qui serait obtenue si l'essentiel de l'expansion se situait à l'arrière du bouchon. 5 Ainsi, dans l'ensemble, les ailettes 51 ne touchent pas le bou chon 25 lorsqu'il est dans sa position non déformée, représentée en traits pleins sur la Fig. 1, mais elles contiennent et limitent son expansion de la manière illustrée en 55 en traits mixtes, par la position de la surface extérieure. Les ailettes permettent ainsi 10 d'utiliser le régulateur de débit selon l'invention avec des pressions différentielles extrêmement élevées. Non seulement elles repoussent la zone bombée vers l'avant, mais en outre elles assurent un soutien mécanique du bouchon d'une manière qui évite la déchirure du bouchon pour des pressions différentielles très élevées. 15 Les ail ettes sont maintenues en place par la bague circulaire 52 et par une seconde bague circulaire 56. La bague 56 est de préférence en butée sur la plaque arrière 26, et elle est disposée à l'intérieur d'une gorge découpée dans la surface extérieure du bouchon 25. Ainsi, la bague 56 est en retrait et elle n'apporte aucune 20 limitation au débit passant par le régulateur de débit. La bague 56 maintient les ailettes à une de leurs extrémités, tandis que la bague 52 les supporte à l'autre extrémité, ce qui donne une structure de bonne tenue mécanique. La bague extérieure peut être supprimée si sa résistance n'est pas nécessaire. Sa présence permet l'emploi 25 d'ailettes plus fines. Il est à noter que les moyens 50 sont fixes en position. La bague 56, qui est reçue dans un évidement ou une gorge circulaire, ne peut pas bouger, dans la mesure où elle est retenue par le cylindre kO, et bloquée par la gorge dans le bouchon 25. Le bouchon de 30 caoutchouc est ainsi appuyé sur la bague 56 et comporte une face qui affleure la bague, ce qui maintient celle-ci en place. En ce qui concerne le fonctionnement, on supposera pour faciliter la description, que le dispositif selon l'invention est installé dans une conduite où la pression différentielle est assez 2 35 élevée, par exemple 35 kg/cm ou davantage. Dans ce cas, le bouchon non déformé n'est pas notablement affecté par la très haute pression. Toutefois, lorsque le fluide est introduit dans le canal 2k et dans la chambre 32 et qu'il augmente le volume en regard de la face 37> ie cylindre ko est poussé vers la droite. Le déplacement 40 du cylindre ko vers la droite crée une poussée sur la plaque d'ex 72 16182 7. 2135660 trémité 26 et provoque l'expansion du bouchon 25. Le bouchon 25 devrait normalement se déformer en présentant une zone bombée à peu près symétrique de l'avant à l'arrière et située approximativement au centre du bouchon. Toutefois, les différences de pression extrê-5 mes, agissant sur le bouchon déformé, tendent normalement à repousser la zone déformée du bouchon vers l'arrière, c'est-à-dire vers l'aval. Ceci tend à repousser la zone bombée vers la zone où se trouvent les moyens 50. Les moyens 50, qui comprënnent les ailettes 51 entourant le bouchon 25, forment des appuis pour la surface ex-10 térieure du bouchon déformé et bombé, d'une manière propre à repous ser l'expansion du bouchon vers le centre de celui—ci. Comme illustré en traits mixtes en 55, sur la Fig. 1, la zone bombée est ainsi remodelée par les moyens 50» Ce remodelage de la zone bombée réduit les contraintes indésirables qui apparaissent juste au-dessous de 15 la surface du bouchon 25, et permet ainsi d'augmenter considérablement la durée de service du bouchon. Le soutien, assuré par les moyens 50, évite de manière sensible la déchirure ou l'arrachage de morceaux du matériau du bouchon. En conséquence, on peut dire que les moyens 50 assurent un remodelage du bouchon, de sorte que celui 20 ci fonctionne de la manière souhaitée, même si la pression s'élève largement au-dessus de la pression nominale de la conduite. Par suite de la mise en oeuvre de la présente invention, le bouchon peut être utilisé dans des circonstances, qui, autrement, seraient insupportables. La durée de service du bouchon est considé 25 rablement allongée, et elle se révèle presque égale à celle du dispositif selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2.917-269 lorsque celui—ci est utilisé à faible pression. La position de la zone bombée représentée en traits mixtes et désignée par la référence 55 sur la Fig. 1, correspond à une posi-30 tion où la zone bombée peut venir contre le manchon 22. Cette position permet un contact suivant une ligne, ou permet même une zone de contact large si l'expansion du régulateur de débit est suffisamment complète pour fermer le passage à tout écoulement. Le contact est réalisé dans la zone souhaitée, par rapport au manchon 22, 35 et non en un point situé à l'aval, variable en fonction de la pression régnant dans la conduite. 72 16182 8. 2135660 - REVENDICATIONS. - 1 - Dispositif destiné à être utilisé dans un régulateur de débit adapté pour être monté dans une conduite de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un bouchon élastique expansible, présen- 5 tant une forme générale cylindrique et comportant une surface libre capable de se déformer en passant d'une position de repos à une position d'expansion, et des moyens agissant sur la surface libre du bouchon pour conformer de telle sorte la surface extérieure lors de 3'expansion, que la zone déformée par expansion soit repoussée vers 10 la partie centrale du bouchon. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent au moins deux éléments-support, adaptés pour être disposés à proximité immédiate de la surface extérieure du bouchon, chacun étant conformé de manière à définir une ligne de 15 contact avec celui-ci lors de l'expansion. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bouchon élastique est entouré par une bague circulaire qui porte un certain nombre d'ailettes carénées, qui comportent un bord avant orienté vers la surface extérieure du bouchon 20 élastique pour limiter l'expansion du bouchon dans la région adjacente aux ailettes. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une bague-support concentrique à la bague circulaire, et reliant lesdites ailettes les unes aux autres. 25 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague-support est reçue dans une gorge ménagée dans le bouchon. 6 - Dispositif selon, l'une des revendications 4 et 5» caractérisé en ce que la bague circulaire est disposée à une certaine distance du bouchon, près de l'extrémité extérieure des ailettes. 30 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le bouchon comporte des zones avant, arrière et centrale, et en ce que les ailettes limitent l'expansion du bouchon dans la zone arrière et repoussent l'expansion vers la zone centrale. 35 8 - Dispositif selon la revendication 7» caractérisé en ce que les ailettes limitent l'expansion du bouchon dans la zone arrière, mais n'imposent aucune limite à l'expansion dans la zone centrale.