Brevet FR2237100A1 — publié le 19750207

La présente invention est- relative à un clapet à fermeture automatique, plus particulièrement destiné à être monté sur des canalisations assurant la circulation d'un produit fluide quelconque. Dans de nombreuses applications les conditions de circulation d'un produit fluide, en particulier le débit, sont utilisées en tant que paramètres de contrle car elles représentent, soit les conditions optimales de fonctionnement d'une unité d'utilisation alimentée en produit fluide, soit les conséquences dtune opération quelconque devant être contrôlée dans le temps. Il est alors utile et souvent nécessaire de pouvoir disposer d'un appareil capable d'interrompre le débit de produit fluide d'une installation de circulation lorsque les conditions initiales de débit ne sont plus respectées. Pour résoudre le problème ci-dessus, on a proposé des clapets à fermeture automatique par chute de débit comprenant unobturateur du type papillon axé et centré sur un axe de rotation disposé à l'intérieur d'un corps-supportant un organe sensible c1iargéd'-assurer,- sous l'action du débit du produit fluide, le maintien en position ouverte du papillon qui est sollicité en permanence vers--sa position de fermeture par un ressort. Dans-les clapets du genre ci-dessus, 'étanchéfté en position de fermeture du papillon ne peut entre obtenue qu'en utili sant-un ressort-de rappel pùissant créant un couple de rotation important qui doit être obligatoirement combattu par organe sensible-dans la position d'ouverture du clapet.L'effort perma- nent imposé à l'organe sensible réduit notablement la sensibilité dè déclenchement à moins de prévoir l'adåonction drun ressort compensateur agissant en permanence sur l'organe sensible contrô lant-la position de l'obturateur. 'existence d'un tel ressort compensateur pose toutefois un problème secondaire car alors le maintien de l'organe sensible dans la position correspondant à l'état d'ouverture de l'obturateur ne peut être assuré que par un fluide circulant à grande vitesse. La présente invention vise à résoudre le problème ci-dessus en créant un clapet à fermeture automatique comportant un obturateur dutype papillon présentant une grande sensibilite aux variations de débit même pour des produits circulant à faible vitesse et dont la conception permet de réaliser des produits finis, fiables, d'un prix de revient interessant. Conformémént à l'invention, le clapet à fermeture automatique par chute de débit, comprend un corps délimitant, pour la circulation d'un produit fluide, un passage axial traversé par un axe de rotation excentré par rapport à l'axe géométrique du passage et supportant un obturateur du type papillon monté libre de tourner sur l'axe de rotation-pour que, dans sa position d'ouverture, il soit, d'une part, décentré en amont de l'axe de rotation par rapport au sens d'écoulement du produit fluide et, -d'autre part, situé, par rapport à l'axe de rotation, entièrement ou en partie du même côté que l'aYe géométrique du corps qui supporte un organe sensible chargé rassurer, sous l'action du produit fluide traversant le clapet et agissant sur ledit organe sensible, le maintien de l'obturateur en position d'ouverture stabilisée. Diverses autres caractérist-iques de l t invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de'l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une vue tranversale, en partie arrachée, du clapet conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe-élévation prise sensiblement selon la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe-élévation prise selon la ligne 111-111 de la fi 1. Les fig 4 et 5 sont des coupes partielles prises respectivement selon les lignes IV-IV et V-V de la fig, 2. La fig. 6 est une élévation latérale partielle en partie arrachée montrant un détail de réalisation. La fig. 7 est une coupe-élévation analogue à la-figure 2 mais illustrant une autre forme d'exécution du clapet. Selon l'exemple de réalisation représenté aux fig. I et 2, le clapet comprend un corps 1 comportant, par exemple, de part et d'autre d'une portée médiane polygonale 2, deux abouts 3 et 4 filetés pour le raccordement avec deux tronçons de canalisations ou conduits 5 et 6 représentés en traits mixtes à la fig. 2 et faisant partie d'une installation de circulation d'un produit fluide quelconque. Le corps 1 délimite un alésage 7 qui est traversé, dans un plan médian transversal P passant par la portée 2, par un axe de rotation 8 dont les parties terminales 9 sont montées, avec interposition de joint d'étanchéité toriques 10, dans les paliers 11 pratiqués dans le corps 1. La tolérance d'usinage de paliers 11 est déterminée pour réaliser un emmanchement serré mais non bloqué des parties terminales 9.Les paliers Il sont pratiqués dans le corps 1 de manière que l'axe de rotation8 soit excentré par rapport -à un plan fictif P1 parallèle à l'axe de rotation 8 et passant par l'axe géométrique de l'alésage 7 L'axe de rotation 8 supporte, par des bagues ou roulements 12 des paliers 13 libres de tourner sur l'axe 8 sur lequel ils peuvent entre immobilisés axialement. Les paliers 17 supportent un obturateur 14 constitué par un papillon du type elliptique.Le papillon 14 est monté sur les paliers 13pour que, dans sa position-d'ouverture représentée à la fig. 2, son petit diamètre d soit decentré~en amont de l'axe de rotation 8 par -rapport à un sens d'écoulement normal du produit fluide figuré par la flèche F. Le~papillon 14 est, par ailleurs, monté sur les paliers 13 de ma- nière que dans sa position dlouverture, il soit situé, par rap port à l'axe de rotation 8, du même côté que l'axe--géométrique de l'alésage 7 contenu dans le plan fictif P1 . Dans l'exemple illustré au dessin, la posit-'on d'ouverture du papillon 14, déterminée par unè butée 15 représentée en traits mixtes, corres pond à un alignement dudit papillon avec plan P1.D'autres positions d'ouverture peuvent être choisies et dans ce cas, le papillon 14 est monté sur les paliers 13 de manière que sa plus grande partie génératrice de couple moteur soit site par-rap- port à l'axe de rotation 8 du même côté que l'axe géométrique de l'alésage 7. L'une des parties terminales 9 de- I-' axe de rotation est prolongée extérieurement à la portée polygonale 2 et supporte un organe de réarmement 16 tel qu'un bouton moletté immobilisé angulairement et axialement. Le bouton 16 est relié au corps 1- par l'intermédiaire- d'-un organe élastique de rappel 17 tel qu'un res -sort hélicoldal travaillant à la torsion dônt les extrémités sont ancrées respectivement sur la portée 2 et sur le bouton 16. L'action de l'organe élastique 17 maintient constamment le bouton 16 et llaxe de rotation-8 dans une position angulaire définie par un doigt de buté 18 (fig. 2 et.3) rendu solidaire du bouton 16 pour coopérer avec la portée polygonale 2. La position relative du doigt de butée 18 est déterminée pour qu'un ergot 19, s'étendant radialement à partir de l'axe de rotation 8, soit éloigné du pavillon 14, placé en position d'ouvertures d'une mesure angulaire supérieure à la plage de rotation couverte par ledit papillon pour passer de sa position d'ouverture à sa position de fermeture représentée en traits mixtes à la fig. 2. Le papillon 14 est associé à un organe 20 sensible au débit de produit fluide traversant le corps 1 dans le sens de la flèche F. L'organe-20 comprend un levier 21 monté sur un pivot 22 porté par une ferrure.23 solidaire du corps 1. Le levier 21 comporte une branche 24 munie d'une palette 25 disposée en permanence à l'intérieur du corps 1 pour s'étendre de façon orthogonale à la direction d'écoulement du produit fluide. Le levier 21 comporte une seconde branche 26 formant une patte de butée 27 susceptible d'intercepter la trajectoire d'un galet 28 monté sur une équerre 29,rendue rendu solidaire du papillon 14 à l'opposé des paliers 13. La figure 4 montre que le galet 28 est de préférence constitué par un roulement 30 monté sur un axe 31 porté par la branche 29a de l'équerre 29. Selon la fig. =, le pivot 22 est de préférence constitué sous la forme d'un organe d'asservissement élastique tendant à ramener toujours le levier 21 dans une position stable, représentée en traits mixtes à la figure 2, dans laquelle la patte de butée 27 est placée en dehors de la trajectoire du galet 28. À cet effet, la ferrure 23 supporte, par un roulement 32, un axe 33 traversant le levier 21 duquel il est rendu solidaire axialement et angulairement par l'intermédiaire d'une. rondelle entretoise 34 et d'une bague 35 d'appui et de serrage pour un écrou 36. La bague 35 constitue un élément de guidage pour un ressort hélicoldal 37 travaillant à la torsion dont l'une des branches est ancrée sur la ferrure 23 et dont l'autre branche est montée sur une goupille 38 traversant l'axe 33.Le sens d'enrouiement du ressort 37 est choisi pour faire tourner l'axe 33 et le levier 21 dans le sens correspondant à l'effacement de la patte 27 par rapport à la trajectoire du galet 28. ta constitution du pivot 22 permet de choisir l'orientation initiale de la goupille 38 après desserrage de l'écrou 36 et par conséquent de régler la mise sous contrainte initiale du ressort 37 en fonction de la sensibilité de déclenchement devant être conférée au clapet. Le clapet décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante la figure 2 montre une position de fonctionnement dans laquelle le papillon 14 est maintenu dans un état d'ouverture stabilisée par l'organe sensible 20 qui est sollicité, à l'encontre de l'action du ressort 37, par llaction dynamique due à-la vitesse d'écoulement du fluide agissant sur la palette 25 qui maintient le levier 21 dans une position telle que la pattue 27 constitue une butée pour le galet 28. Get état stabilisé est maintenu tant que l'action dynamique du produit fluide est suffisante pour combattre l'action antagoniste du ressort de rappel 37. La position stable de butée de la patte 27 pour le galet 28 est déterminée par un talon 39 formé par le levier 21 pour coopérer avec la ferrure 23. Dans le cas où intervient une chute relative de débit suffisante pour que l'action du ressort 37 devienne prépondérante, -le -levier 21 pivote dans lesens de la flèche fi jusqu'à la position stable représentée-entraits mixtes à la fig. 2. La patte 27 s'efface par rapport--au galet 28 et libère le papillon 14 qui est sollicité en rotation libre sur lraxe 8 dans le sens de la flèche 2 par l'action dynamique due à la vitesse d'écoulement du fluide agissant sur la partie dudit papillon décentrée en amont de l'axe de;rotation-8 par rapport au sens d'écoulement selon la la=flèche B.Le montage particulier du pa- pil-lon 14 fait que le couple moteur d'entraînement en rotation dans le-sens de la flèche f2 initialement créé par la vitesse d'écoulement du produit fluide puis ensuite engendré par la pres sion exercée sur la plus grande partie décentrée du papillon 14, croit au fur et à mesure de la rotation du papil-lon 14 qui est de la sorte amené rapidement et maintenu fermement dans le po sition-de fermeture de l'alésage 7 représentée en traits mixtes à la fig. 2. il s'ensuit que dès le pivotement du levier 21 dans le sens f1, le papillon 14 est entraSné suivant un-mouvement de rotation à déclenchement brusque jusque dans la position de fermeture pour interrompre la-circulation du produit fluide qui a subi une variation-de débit suffisante pour provoquer le déclenchement de l'organe sensible 20. Dans le cas où la chute de débit ayant provoqué le déclenchement et la fermeture automatique du clapet ne peut entraîner aucune conséquence grave au niveau de l'installation de circulation et qu'il est possible de remettre le clapet en position active, on agit sur le bouton de réarmement 16 pour faire tourner l'axe de rotation 8 dans le sens de la flèche f. L'ergot 19 est ainsi amené contre le papillon 14 qu'il fait pivoter relativement sur l'axe de rotation dans le sens contraire à celui de la flèche 2 jusqu a une position d'ouverture complète déterminée par un second doigt de butée 40 rendu solidaire du bouton de réarmement 16 pour coopérer avec la portée polygonale 2 (fig. 3).L'amenée du papillon 14 dans sa position d'ouverture rétablit la circulation du produit fluidé qui, en agissant sur la palette 25, maintient 1Q levier 21 dans la position pour laquelle la patte 27 constitue une butée pour le galet 28. Dans la mesure où le produit fluide circule de nouveau selon le débit optimal désiré, 'la manoeuvre ci-dessus conduit à un réarmement automatique du papillon 14 en position d'ouverture, de sorte que le bouton de réarmement 16 peut alors être libéré de façon à être ramené dans la position d'origine par l'action du ressort de rappel 17. Il y a lieu de noter que la réalisation particulière du clapet est prévue pour conférer au papillon 14, une position stable propre de fermeture de l'alésage 7 et une position d'ouverture dont la stabilité ne peut être assurée que par l'action du produit fluide agissant sur la palette 25 de l'organe sensible 20. Par ailleurs, le papillon 14 est monté libre de tourner sur un axe de rotation pouvant être considéré, en fonctionnement normal, comme fixe. De plus, le papillon 14 est décentré en amont de l'axe de rotation 8 qui est lui-m8me désaxé par rapport au plan fictif P1 de façon à engendrer en permanence un couple de rotation dans le sens de fermeture. 'Les dispositions ci-dessus confèrent par conséquent, une très grande sensibilité de réponse au clapet qui peur être utilisé et mis en oeuvre en tant qu'organe de con truble, même pour des produits fluides circulant sous faible pression et à basse vitesse ou pour apprécier une faible variation de débit d'un produit fluide dont les conditions de circulation doivent être maintenues dans une fourchette de valeurs serrées. Parmi les nombreuses applications pouvant être envisagées, il y a lieu de noter que le clapet à fermeture automatique peut être mis en oeuvre dans des installations d'alimentation et de remplissage de réservoirs ou citernes de stockage de produIts divers en constituant alors un organe sensible pouvant être associé à un dispositif limiteur dtemplissage pour interrompre une opération de réapprovisionnement et s'opposer aux risques-de débordement, en particulier au niveau des citernes de stockage de produits carburants.Dans un te-l exemple d'application, si le clapet ci-dessus fait partie 1' installation fixe de stockage au lieu d'être prévu par exemple au niveau de l'unité mobile de -reapprovisionnement, il est indispensable qutil permette alors la vidange des-tubes flexibles ou canalisations de raccordement. cet effet, il est prévu-demonter sur la portée 2 un téton épaulé 41 placé sur la trajectoire d'un poussoir élastique escamotable 42 adapté sur le bouton de réarmement 16 pour être disposé en -amont.de l'ergot 41 par rapport au sens d1entraement.en rotation lors d'une course de réarmement. La plage angulaire. sé- parant ltergot 41 du poussoir 42, est choisie en fonctlon de la position angulaire d'ouverture réduite devant être conférée au papillon 14 comme cela est représenté en traits interrompus fins -a la fig. 2. La mise en oeuvre du clapet1 en vue d'assurer ltécoulement ou la vidange- du produit fluide dans le cas d'application à une installation de réapprovisionnement de citernes de stockage, s'effectue, après~ la-phase de fermeture automatique telle que décrite ci-dessus, en tournant le bouton de réarmement 16 pour commander, par l'ergot 19, le pivotement du papillon 14 dans le sens- -inverse à celui de la flèche f2. Le bouton 16 est entraîné en rotation partielle sur une plage angulaire-suffisante pour amener le poussoir 42 en aval du téton 41. il est alors possible d'enfoncer le poussoir 42=de manière que la collerette 43 qutil forme vienne coopérer, sous l'action de rappel du ressort 17, avec le téton 41 maintenant~le papillon 14 en ouverture. re- duite par l'intermédiaire de l'ergot 19. le retour du papillon 14 en position de fermeture s'effectue en manoeuvraet le bouton 16 dans le- sens normal pour dégagér le poussoir 42 qui est, automatiquement ramené en position escamotée par rapport au téton 41. Le ressort 17 assure alors le retour dù bouton de réarmement 16 et de l'axe de rotation 8 dans la position d'origine. Dans l'exemple d'application à une installation d'alimentation ét de remplissage d'un réservoir de stockage muni d'un dispositif limiteur d'emplissage, on sait que le déclenchement de ce dernier réalise, dans certains cas de construction, une interruption franche de l'écoulement du produit fluide. Dans un tel cas, la très faible vitesse résiduelle éventuelle du produit fluide après fermeture du dispositif limiteur d'emplissage, est insuffisante pour: amorcer le pivotement du papillon 14 dans le sens de la flèche f2.Pour supprimer cet inconvénient, le couple moteur initial peur être appliqué au papillon 14 par l'intermédiaire d'au moins un ressort de rappel 43 par exemple constitué par un ressort hélicoïdal travaillant à la torsion enfilé sur l'axe de rotation 8 entre les paliers 13 ou à proximité d'une des parties terminales 8 lorsque lesdits paliers sont remplacés par un seul élément tubulaire. La fig. 7 illustre une autre forme d'exécution selon la quelle lue corps 1 est traversé, comme dans l'exemple précédent, par un axe de rotation 81 également excentré par rapport à l'axe géométrique de l'alésage 7. L'axe de rotation 81 supporte un papillon 141 de conformation circulaire qui est décentré,dans sa position d'ouverture, de manière que son diamètre d1 parallèle au plan P soit situé en amont de l'axe de rotation 81 par rapport au sens d'écoulement normal du fluide selon la flèche B. Le papillon 141 est situé en tout ou partie, dans sa position d'ouverture, du même côté que l'axe géométrique de l'alésage 7 par rapport à l'axe -de- rotation 81 Le papillon 141 est destiné à coopérer avec un siège d'appui 44 constitué par une bague 45 occupant à l'intérieur de l'alésage 7, un plan transversal parallèle au plan P. La bague 45- est associée à des moyens de réglage en position axiale comprenant des cales d'épaisseur 46, interposées entre la bague 45 et un épaulement de butée 47, et des vis de serrage 48 par exemple du type pointeau.Le réglage de 1à position axiale de la bague 45 est effectué pour assurer un contact de surface périphérique du type tangentiel avec le plan de ce joint du papillon 141 occupant, dans sa position de fermeture de l'alésage 7, un plan transversal perpendiculaire à l'axe géométrique de l'alésage 7. La position stable du papillon 141, est déterminée par une butée 48 rapportée de façon amovible à l'intérieur de l'alésage 7. La figure 7 montre que le papillon 141 est associé, comme le papillon 14, à un organe 20 sensible au débit de produit fluide traversant le corps du clapet. Dans certains cas organe sensible 20 peut être constitué par une membrane différentielle commandée par un organe déprimogène. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans-sortir de son cadre. REVENDICÂTIONS 1 - Clapet à fermeture automatique pour chute de débit, caractérisé en ce qu'il comprend un corps délimitant, pour la circulation d'un produit fluide, un passage axial traversé par un axe de rotation excentré par rapport à l'axe géométrique du passage et supportant un obturateur du type papillon monté libre de tourner sur l'axe de rotation pour que, dans sa position d'ouverture, il soit, d'une part, décentré en amont de 1-' axe de rotation par rapport au sens d'écoulement du produit fluide-et, d'autre part, situé, par rapport à l'axe de rotation, entièrement ou en partie du même côté que l'axe -géométrique du corps qui supporte un organe sensible chargé d'assurer, sous l'action du produit fluide traversant le clapet et agissant sur ledit organe sensible, le maintien de l'obturateur en position d'ouverture stabilisée. 2 - Clapet, suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un corps supportant intérieurement un organe sensible au débit du produit fluide constitué par un levier pivotant à rappel élastique comprenant, d'une part, une palette disposée dans l'alésage perpendiculairement à la direction du produit fluide et, d'autre part, une patte de butée maintenue par l'action de l'organe de rappel élastique dans une position d'eff a- cement par rapport à-la trajectoire possible d'un galet d'appui porté par l'obturateur. 3 - Clapet, suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend un corps traversé par un axe de rotation diamétral excentré, emmanché serré mais avec possibilité de rotation dans des paliers du corps et comportant, extérieurement à ce dernier, un organe de réarmement à rappel élastique et, intérieurement au dit corps, d'une part, un obturateur du type papillon à rotation libre indépendante et, d'autre part, un ergot de butée assurant, lors de ltentrainement en rotation partielle de l'axe par l'organe de réarmement, le pivotement commandé du papillon de sa position.de fermeture stable à sa position d'ouverture stabilisée- par l'organe sensible. 4 - Clapet suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un corps traversé par un axe de rotation excentré muni extérieurement au corps d'un organe de réarmement constitué par un bouton calé axialement et angulairement sur l'axe et relié au corps par un organe élastique de rappel maintenant ledit bouton- dans une position stable déterminée par un doigt de butée coopérant avec le corpus. 5 - Clapet suivant la revendication 3 on 4, caractérisé en ce que ltorgane de réarmement est constitué par un bouton calé axialement et angulairement sur l'axe de rotation et comportant deux butées chargées de coopérer successivement avec -le corps pour déterminer, d'une part, une position stable neutre de l'ergot de pivotement-commandé du papillon et, d'autre part, une position de réarmement pour laquelle le papillon est amené par ledit ergot dans la position d'ouverture stabilisée par 1' organe senible. 6 Clapet, suivant l'une des revendications-3 à 5 carae- térisé en ce que l'organe de réarmement est associé à un poussoir escamotable capable de coopérer avec un téton de butée fixe assurant le blocage angulaire de l'organe de réarmement dans une position d1ouvèrture partielle de l'obturateur du type papillon 7 - Clapet, suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qutil comprend un corps traversé par un axe de rotation excentré supportant à l'intérieur dudit corps, un obturateur du type papillon, libre de tourner par- rapport à l'axe de rotation et associé à un organe de rappel élastique tendant à ramener l'obturateur vers sa position de fermeture stable. 8 - Clapet, suivant l'une des revendications 1 à 4 et 7 caractérisé en ce que l'obturateur est constitué par un papillon du type elliptique. 9 - Clapet, suivant l'une des revendications 1 à 4 et 7 caractérisé en ce que l'obturateur est du type papillon circulaire coopérant dans sa position de fermeture avec un siège d'appui occupant à l'intérieur du corps un plan transversal réglable perpendiculaire à l'axe géométrique du corps. 10 - Clapet, suivant la revendication-1 caractérisé en ce que l'organe sensible est constitué par une membrane différentielle commandée par un organe déprimogène.