Brevet FR2186611A1 — publié le 19740111

La présente invention concerne la petite et grosse robinetterie pour liquides et gaz, l'asservissement des débits fluides et l'amplification des signaux fluidiques. Dans le secteur considéré, le réglage du débit du fluide se fait par soupape rodé-e ou munie d'un joint, ou soupape à disques solidaire d'une vis de commande de forte section par rapport à l'appareil, ou par boisseau rectifié, agissant sur la section totale de la conduite du fluide. Cette commande directe assez aisée pour les robinets d'usage courant, est associée pour les très grosses vannes, à un volant important ou asservie par un moteur électrique démultiplié, de plus ces vannes sont munies de presse-étoupe volumineux destiné à renforcer leur étanchéité. Avec l'usure, les fuites prennent de l'importance de même que le jeu des vis de commande. I1 s'en suit la nécessité de rectifier les boisseaux, les sièges de soupapes rodées, changer périodiquement les joints écrasés par les nombreuses compressions sur leur siège, ou même remplacer les vis de commandes détériorées. L'entretien est donc très important, d'autre part, pour la grosse robinetterie, les pièces tournées, filetées, ou rodées sont d'un coût très élevé. Le dispositif objet de l'invention permet d'éviter ces inconvénients en effet, l'énergie de commande est prise en presque totalité au fluide à controler, quelle que soit sa pression. I1 n'y a plus de soupape, plus de presse étoupe, le réglage "indirect" de l'écoulement et l'arrêt "étanche" du fluide s'effectuant seulement à l'aide d'une membrane élastique, lisse, très mince et plane, assurant par sa seule élasticité l'arrêt du fluide et, par la pression agissant à sa face inférieure, en la plaquant sur l'orifice de sortie du fluide, l'étanchéité absolue.Plus de vis ni de volant de commande important la commande "directe" de l'appareil étant réalisée soit par une vis pointeau dont la section, dans le cas le plus défavorable, petit robinet par exemple; est au moins 80 fois plus petite que la section du conduit du fluide, soit par une prise de modulation ce qui supprime toute manoeuvre mécanique et constitue un amplificateur fluidique. En employant deux ou trois appareils de dimensions décroissantes montés en "cascade" sur une canalisation de grand diamètre dont le débit doit être réglé, la commande ou l'asservissement de ce débit fluide devient très aisé. Un montage avec plusieurs appareils de section décroissante relié entre eux par capacités et résistances fluidiques permet de réaliser un amplicateur fluidique. Usure nulle commandes aisées et originales, microcommande à distance facilitée, une seule pièce mécanique mobile constitutive de petite dimension, entretient inexistant, réalisation d'un coût très bas, tels sont les critères plaidants en la faveur de cet appareil. Le dispositif objet de l'invention, est réalisable en toutes dimensions en fonction du diamètre de la conduite sur lequel il doit être branché. L'appareil comporte le flasque et le corps avec interposition d'une membrane. Selon une réalisation de l'appareil le flasque métallique ou plastique, rectangulaire, plat sur une face, reçoit sur cette face, deux tubes de diamètre identique et de même matière que le flasque, symétriques par rapport à cette face du flasque, soudés ou moulés avec lui, sur un même plan, s'ouvrant sur sa face opposée et formant entre eux un angle de 900. Le tube d'arrivée du fluide se nomme le "collecteur", le tube de sortie du fluide se nomme "l'émetteur". La face inférieure du flasque comporte l'orifice du tube d'arrivée du fluide "collecteur" et un chambrage rectangulaire s' élevant en forme de tronc de pyramide jusqu'à mi-épaisseur du flasque dans lequel debouche l'orifice du tube de sortie du fluide "émetteur".Ce chambrage est destiné à augmenter la surface d'une grille support placée à sa partie inférieure et affleurant avec la face du flasque. Les perforations de cette grille sont inclinées parallèlement au tube de sortie du fluide "émetteur". Selon une autre réalisation le tube d'arrivée du fluide "collecteur" et le tube de sortie du fluide émetteuré font entre eux un angle de 900 mais arrivent sur le flasque avec des angles différents : 6706 environ pour le tube d'arrivée du fluide "collecteur" et 2204 environ pour le tube de sortie du fluide "émetteur". La face inférieure du flasque comporte l'orifice du tube d'arrivée du fluide "collecteur" et l'orifice du tube de sortie du fluide "émetteur" qui lui est de surface plus grande par suite de la forte inclinaison de ce tube sur le flasque. Cet orifice est obturé par la grille de plus grande surface affleurant avec cette face du flasque et évitant ainsi la fabrication du chambrage de la 1ère réalisation. Selon les deux réalisations le flasque, sur sa face inférieure, est très légèrement convexe de manière à améliorer son contact avec une membrane élastique mince, plane, légère- ment tendue, située tout contre cette face et en couvrant la totalité de la surface. Cette membrane dans le cas présent obture donc l'orifice d'arrivée et de sortie du fluide. Le corps de même matière et dimensions quelle flasque, à sa face supérieure très légèrement concave et comporte sur cette face une chambre la "base" à bords légèrement arrondis de manière à éviter la coupure de la membrane, incurvée en forme de coude, provoquant un bossage sur l'autre face du corps et de dimensions telles que sa largeur soit égale au diamètre intérieur du tube d'arrivée ou de sortie du fluide, sa longueur à l'écartement extérieur de l'orifice entrée du fluide et de la grille de sortie du fluide à la partie inférieure du flasque. Cette chambre la "base" forme en quelque sorte le coude que réalise le prolongement géométrique des tubes entrée et sortie du fluide vers la partie inférieure du flasque, la membrane traversant ce coude tangentiellement à son arrondi intérieur.Le flasque et le corps sont assemblés par vis et écrous avec interposition de la membrane. Un canal de petit diamètre percé dans le flasque et le corps de l'appareil ou un tube de petit diamètre extérieur à l'appareil (pour les appareils importants) relie le tube d'arrivée du fluide "collecteur" et la chambre base. Un canal ou tube identique relie la "base" et le tube de sortie du fluide "émetteur". La continuité des canaux du flasque au corps est améliorée par deux petits manchons évitant l'obstruction de ces canaux par la membrane. Sur le canal ou tube reliant "base" et "émetteur" se situe l'organe manuel de commande. Cet organe est une petite vis pointeau pouvant être commandé soit directement, soit par micro-moteur électrique alimenté à distance. Le corps de l'appareil comporte sur sa face inférieure une prise de modulation, tube mince, d'un diamètre identique à celui des canaux, soudé ou moulé avec lui, débouchant dans la chambre "bas"" et comportant un bouchon fileté à sa partie extérieure. L'appareil étant branché sur une conduite, le fluide arrive d'une part au "collecteur" de l'appareil et entre en contact avec la membrane. I1 arrive d'autre part par le fin canal ou tube extérieur à l'appareil, à la partie inférieure de la membrane dans la chambre "base". La vis pointeau du canal de sortie étant vissée, la pression de la chambre base est égale à la pression de la face supérieure de la membrane cbté orifice d'arrivée du fluide "collecteur". Ces pressions s'annulent, la-membrane par son élas ticité reste en position horizontale. Elle coupe la communication "collecteur" "émetteur". Le fluide ne s'écoule pas. La pression agissant sous la membrane plaque celle-ci sur la grille de l'orifice de sortie du fluide, du fait de la pression plus basse ou nulle régnant dans ce conduit.Cette grille empoche son gonflement dans cet orifice sous l'effet de la pression. Les perforations de cette grille, parallèles au tube de sortie du fluide "émetteur" de façon à favoriser l'écoulement du fluide, doivent avoir un diamètre au plus égal à une fois et demi l'épaisseur de la membrane et la surface de ces perforations doit être égale à la section intérieure du tube d'arrivée ou sortie du fluide de manière à ne pas freiner l'écoulement du fluide. La possibilité d'une grille de grande surface est donc favorisée par la forte inclinaison du tube de sortie "émetteur" et évite la fabrication d'un chambrage comme dans la première réalisation. L'appareil employé comme robinet ou vanne, la manoeuvre de la vis pointeau, ouverture ou fermeture, va déterminer la pression de la chambre "base" en mettant plus ou moins en communication cette chambre "base", avec l'orifice de sortie du fluide "émetteur". Cette manoeuvre va créer un déséquilibre entre les pressions agissant à la face supérieure et inférieure de la membrane. La membrane se déplace dans la zone de basse pression jusqu'à ce que la pression supérieure égale la pression inférieure déterminée par la manoeuvre de la vis pointeau augmentée de la force élastique de cette membrane, cette force élastique variant avec son fléchissement.Plus cette membrane sera mince, plus son déplacement sera grand pour une baisse ou une augmentation très faible de la pression "base", sa force élastique étant plus faible. C'est donc elle qui conditionne par son épaisseur la sensibilité, l'amplification de l'appareil et par là, le degré d'ouverture ou de fermeture de la vis pointeau. La rapidité de réponse de l'appareil- est fonction du volume de la chambre "base" qui doit donc être minimun de la section du canal d'arrivée et de sortie de la chambre "base" et de la rapidité avec laquelle le fluide rempli ou vide cette chambre.Pour garder le bénéfice de la petite vis pointeau et par suite des fins canaux de commande ces canaux, de même" résistance" ne comportent qu'une petite partie de leur longueur de diamètre très réduit de manière à réduire au minimum leur résistance au passage du fluide ; la vis pointeau de commande se trouvant sur cette partie de petit diamètre est donc plus peti te ; de plus la surpression crée en avant de la membrane par sa force 6-) astique détermine une surpression à l'origine du canal reliant "collecteur base" et par suite, une vitesse plus grande du fluide dans ce canal. Le mouvement de la membrane est donc rapide, quasiment en phase avec la manoeuvre de la vis pointeau. L'appareil employé comme amplificateur fluidique d'un signal fluidique, ou le débit du fluide "émetteur" devant être asservi par un système dépendant de la même alimentation, le signal de commande sera appliqué à la prise de modulation dont le bouchon fileté sera enlevé. La vis pointeau sera fermé ou ouverte d'une quantité déterminée, la modulation de "base" faisant varier par ses pressions et dépressions le débit "émetteur", et ce débit variant en temps et en amplitude avec le signal fluidique mais amplifié plusieurs dizaines de fois, d'ou avantage d'une membrane très mince pour obtenir une très grande sensibilité. Le principe de fonctionnement de l'appareil est tel, que son branchement doit être respecté : arrivée du fluide - > "Collecteur", sortie du fluide - > "émetteur". Le fonctionnement de cet appareil est donc analogue vis-à-vis du fluide au fonctionnement du transistor utilisé en électronique. La planche annexée illustre à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. Tel qu'il est représenté sur la planche. annexée le dispositif comporte le flasque 1 recevant à sa partie supérieure le tube d'arrivée du fluide "collecteur" 2 et de sortie du fluide "émetteur " 3 faisant entre eux un angle voisin de 900, le tube émetteur arrivant sur cette face avec un angle voisin de 22,40. Le tube d'entrée "collecteur" et de sortie émetteur" débouche à la partie inférieure du flasque, légèrement convexe sur cette face. Le tube "émetteur", a sa partie inférieure, comporte une grille support 4 obturant son orifice située au même niveau que la face inférieure du flasque. La surface totale des perforations de la grille est au moins égale à la section intérieure du tube de sortie du fluide émetteur, le diamètre de ces perforations étant au plus égal à une fois et demie l'épaisseur de la membrane élastique 5, lisse, mince, plane en position repos couvrant la surface convexe du flasque ; la grille empêche le gonflement de la membrane dans l'orifice de sortie du fluide sous l'effet de la pression agissant à sa partie inférieure.Le corps 6 très légèrement concave sur sa face supérieure comporte sur cette face une chambre 7 à bords légèrement arrondis, incurvée en forme de coude : la "base" en liaison par des canaux 8 et 9 de même résistance, dont une partie est de petit diamètre, d'une part avec le tube d'arrivée "collecteur", d'autre part avec les tube de sortie "émetteur". La continuité de ces canaux du flasque au corps est améliorée par deux petits manchons 10 évitant l'obstruction de ces canaux par la membrane. Un moyen de commande, une vis pointeau 11 pénétrant dans le corps par l'intermédiaire d'une petite bague d'étanchéité en caoutchouc 13, est située sur le canal 9 reliant "base" et "émetteur".Cette vis pointeau règle la pression de la chambre "base" 7 alimentée par le canal 8, en mettant plus ou moins en communication cette chambre avec l'orifice de sortie du fluide "émetteur", créant ainsi une différence de pression entre les deux faces de la membrane vers la zone de basse pression se traduit par une baisse ou une augmentation de débit à "l'émetteur" variant avec le réglage de la vis 11. Un tube fin 14, débouchant dans la chambre "base" 7, muni d'un bouchon fileté 15 à sa partie extérieure constitue la prise de modulation de la "base" dans le cas d'utilisation de l'appareil en amplificateur fluidique, ou d'asservissement du débit fluide "émetteur" par un système dépendant de la même alimentation fluide. Les orifices 16 reçoivent les vis et écrous d'assemblage.Pour ne pas surcharger les dessins, ceux-ci n'ont pas été représenté. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé, suivant ses dimensions, comme robinet, vanne ou amplificateur fluidique dans tous les cas où un débit fluide liquide ou gazeux, peu ou très important, sous une pression quelconque, doit avoir son débit réglé par microcommande, telecommande, ou être asservi par un système dEpendant de la même alimentation fluide, soit être le résultat de l'amplification d'un signal fluidique. La commande est fiable, aisée, sans accesscires compliqués et onéreux ; de plus, l'énergie de commande, fournie en presque tota- lité par le fluide lui-même, et infiniment faible comme le prouve la section de la vis pointeau ou de la prise de modulation par rapport à la section intérieure des conduits du fluide. Les fuites sont inexistantes, et l'entretien pratiquement nul. I1 peut donc être utilisé comme vanne dans les usines hydro-lectrîque, l'ad- duction d'eau dans les villes, dans les usines, l'industrie hydraulique, conduites par carburants dans les raffineries, moyenne et petite robinetterie à usage courant. Canalisation de fluide gazeux. Utilisation comme amplificateur fluidique dans l'industrie fluidique, asservissement des débits fluides, l'amplification des signaux fluidiques, le fonctionnement de certains appareils fluidiques. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif permettant par micro-commande de régler à volonté, ou d'asservir un débit quelconque de fluide quelque soit sa pression, ou d'amplifier un signal fluidique. Caractérisé par le fait qu'il utilise pour son fonctionnement, par une petite dérivation du conduit principal, la pression du fluide agissant sous un moyen de commande "indirecte" interne, destiné à doser le débit du fluide ; deux moyens extérieurs incorporés au corps de l'appareil permettant, l'un de régler cette pression de commande une valeur quelconque stable de manière à doser le débit fluide l'autre d'asservir ce débit fluide ou d'amplifier un signal fluidique appliqué à ce moyen 2 - Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé par le fait que le moyen de commande "indirecte" interne destiné à doser le débit du fluide est une membrane élastique, lisse et mince, plane en position de repos ; sa seule force élastique conditionne le débit du fluide à sa partie supérieure en fonction de la pression "antagoniste" de commande réglable, agissant dans une chambre à sa partie inférieure. 3 - Dospositif selon la revendication 2, Caractérisé par le fait que pour les appareils de dimensions moyennes, la chambre de commande est en liaison, par des canaux de même résistance percés dans l'appareil, comportant une petite partie de leur longueur de faible diamètre, d'une part avec le conduit d'arrivée du fluide, d'autre part avec le conduit de sortie du fluide. 4 - Dispositif selon la revendication 2, Caractérisé par le fait que pour les appareils de grandes dimensions la chambre est en liaison par des tubes de diamètre réduit extérieurs à l'appareil, d'une part avec le conduit d'arrivée du fluide, d'autre part avec le conduit-de sortie du fluide. 5 - Dispositif selon la revendication 2, Caractérisé par le fait qu'un moyen de commande extérieur, incorporé à l'appareil, destiné à régler la pression dans la chambre est une vis pointeau située sur la partie de petit diamètre du canal ou tube de diamètre réduit extérieur à l'appareil reliant la chambre et le conduit de sortie du fluide. 6 - Dispositif selon la revendication 2, Caractérisé par le fait que l'autre moyen de commande incorporé à l'appareil destiné à transmettre des variations de pression dans la chambre est un tube fin dont le bouchon fileté est enlevé, débouchant dans la chambre, mis en liaison à sa partie extérieure avec le signal de modulation. 7 - Dispositif selon la revendication 2, Caractérisé par le fait que le gonflement de la membrane dans l'orifice de sortie du fluide est empêché par la présence d'une grille support ; sa grande surface est obtenue par la forte incidence du tube de sortie du fluide sur le flasque. 8 - Dispositif selon la revendication 2, Caractérisé par le fait que le gonflement de la membrane dans l'orifice de sortie du fluide est empêché par la présence d'une grille support ; sa grande surface est obtenue par la réalisation d'un chambrage rectangulaire s'élevant jusqu'à mi-épaisseur du flasque, l'orifice de sortie du fluide de faible inclinaison débouchant dans ce chambrage.