Brevet FR2240390A1 — publié le 19750307

L'invention concerne un clapet de robinet. Les principaux clapets en élastomère connus jusqa'à présent sont généralement de ltun des trois types principaux suivants - Clapet cylindrique à surface externe circulaire plane, maintenu dans un porte-clapet métallique, en étant partiellement engagé dans un logement également cylindrique de ce porte-clapet. - Clapet cylindrique à surface externe circulaire plane, maintenu sur un porte-clapet métallique par l'intermédiaire, par exemple, d'au moins une vis de fixation - Clapet cylindrique à surface externe circulaire incurvée, à convexité dirigée vers ltouwerture du siège de clapet et maintenu dans le porte clapet en étant partiellement -engagé dans un logement également cylin drique de ce porte-clapet. On sait aussi que les robinets à clapet connus jusqutà présent ne permettent pas un écoulement silencieux. Une première cause connue du bruit est la conséquence du phénomène de cavatation se produisant au voisina-ge du clapet. Cependant, on a pu atténuer fortement les bruits résultant de ce phénomène en utilisant, notamment, des dispositifs créant une perte de charge à la sortie du robinet. Les bruits résultant du phénomène de cavitation ont été, sinon supprimés, du moins fortement atténués. Par-contre, ceux d'origine hydraulique, au niveau du passage étranglé entre Ie siège et le clapet, sont devenus prépondérants et leur élimination s'est révélée, jusqu a présent difficile. Cependant, les professeuns Von K. Telle et C.A. Voigtsberger dans leur article "GRUNDLAGEN ZUR GERAUSCHMINDERUNG bei WASSERAUSLAUFARMATUREN" paru dans Gesundheits Ingénieur en 1970, mettent en évidence un phénomène de pompage qu'ils ont observé à l'aide d'un stroboscope couplé avec analyseur de fréquence. Ce phénomène est engendré, à faible ouverture, par la dépression relative qui apparat t au passage du siège et qui provoque l'aspiration du bord extérieur du clapet. Ce dernier freine alors le débit, diminuant la dépression, ce qui lui permet de reprendre sa position initiale et d'amorcer ainsi le pompage. Bien entendu, ce phénomène n'est observé que pour des faibles ouvertures de.la fente et disparaît à pleine ouverture, mais c'est dans ce premier intervalle que s'effectue tout le réglage de débit de la robinetterie. Du fait de leur conception, les clapets connus jusqu'à présent n'offrent pas une résistance suffisante à cette sollicitation et, de plus, leur fixation crée des tensions au niveau du clapet qui accentuent encore ce phénomène de pompage. On a pu constater qu'un mê me clapet, sur un mé me montage, suivant son degré de compression préalable, pouvait engendrer des pressions acoustiques du simple au double. De plus, les clapets pleins habituels se cisaillent en cours d'utilisation au contact du siège. A cet endroit les contraintes sont très élevées du fait de la force d'écrasement exercée par la vis de manoeuvre et de la fatigue locale résultant des vibrations décrites plus haut. On a pu mesurer, après des essais limités d'endurance, une augmentation de la pression acoustique provoquée par le cisaillement, dans un rapport de 1 à 3. Cette détérioration du clapet peut être atténuée, partiellement, par la forme appropriée da siège ou par la qualité de rémanence du caoutchouc, mais ne peut .être éliminée complètement avec les formes habituelles des clapets utilisés, bien que tous les fabricants aient été conduits à augimenter la dureté du caoutchouc. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un clapet en élastomère tde forme appropriée. A cet effet, ce clapet de robinet, de forme cylindrique, destiné à être fixé sur un porte-clapet métallique, est caractérisé en ce qu'il est réalisé en une matière souple et élastique et a une forme telle que, lorsque le clapet est ouvert, ce dernier présente, sous l'effet de la pression du liquide, une face frontale incurvée, à concavité tournée vers le siège du clapet. Par suite de la déformation de la face frontale concave du clapet, en position d'ouverture, des contraintes de tension radiales existent dans la zone périphérique du clapet. Ces contraintes qui sont dirigées vers l'axe, s'opposent donc aux efforts exercés vers l'extérieur sous l'effet de l'aspiration provoquée par l'écoulent du liquide et elleslimitent dans une grande mesure l'effet de pompage. Grace à la prévision d'un clapet suivant l'invention dans un robinet on obtient un fonctionnement de ce dernier parfaitement silencieux. Le clapet peut être réalisé en une matière pleine, ou alvéolaire, à condition que cette matière présente une plasticité et une souplesse suffisan tes pour permettre la déformation concave du clapet. Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, le clapet comporte au moins une cavité etXou au moins un évidement s'ouvrant sur la face du clapet en appui sur le porte-clapet, c'est-a-dire à l'opposé de la face tournée vers le siège du clapet, de manière à conférer à cette dernière face externe l'élasticité suffisante pour lui permettre de prendre la forme incuvée et concave lors de l'ouverture du clapet. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, diverses for mes d'exécution de la présente invention en réference au dessein annexé sur lequel: - - Les figures 1 et lA sont des vues en coupe axiale, respectivement -en position de fermeture et d'ouverture, d'un clapet suivant l'invention. - Les figures 2, 3, 4 et 5 sont des vues en coupe axiale de diver ses variantes d'exécution du clapet. Sur les figures 1 et lA est représenté un clapet 1 suivant l'invention, en élastomère, de forme générale cylindrique d'axe 2K. Ce clapet I est fixé sur un porte-clapet 3 métallique dans une cuvette 4 de ce dernier. Le clapet 1 est pressé, en position de fermeture (figure 1) contre un siège de clapet 5, par I'intermédiaire du porte-clapet 3. Salivant 1winvention, le clapet 1 est réalisé en une matière souple et élastique et il a une forme telle que ce clapet soit déformé, sous l'effet de la pression du liquide, statique en position de fermeture (figure 1) ou dynamique en position d'ouverture (figure 1A). A cet effet, le clapet 1 peut être constitué en totalité par un corps plein, en matière suffiaamment souple et élastique pour que sa face frontale la qui est tournée vers le siège de clapet 5 s'incurve, sous l'effet de la pression du liquide, de marnière à présen ter une concavité tournée vers le siège du clapet. La déformation de la face frontale la peut etre également obte nue en évidant le clapet du côté dirigé vers le porte-clapet, c'est-à-dire en prévoyant dans le clapet 1 un évidement central 6 si bien que le clapet présente alors une jupe latérale reliée à une extrémité par le fond que constitue la paroi transversale La. Le clapet suivant l'inyention présente pl-usieurs avantages. Tout d'abord, de par sa forme, il se comporte comme un amor tisseur hydropneumatique, ce qui limite la transmission des vibrations aux différents éléments mécaniques Par ailleurs, lorsque le clapet est ouvert (figure 1A), la déformation de la face externe la du clapet qui est tournée vers le siège engendre, dans la zone périphérique du clapet, des contraintes radiales dirigées vers l'axe 2, matérialisées par des flèches f.Ces contraintes radiales de tension s'ppposent aux efforts en sens inverse, matérialisés par les flèches fl et 2 qui s'exercent vers l'extérieur par suite de l'aspiration due à l'écoulement du liquide. L' effort fl est du à la dépression régnant dans le passage entre le siège de clapet 5 et le clapet lui-même, tandis que l'effort f2 est dt à la dépression régnant dans la zone située en arrière de la surface latérale du clapet Les contraintes radiales f dans le clapet contribuent ainsi à limiter l'effet de pompage. Enfin, le clapet présente également un autre avantage en ce sens que la déformation qu'il subit lors de la fermeture est dirigé, toujours par suite de l'existence des contraintes radiales f en direction de l'axe 2, vers l'intérieur du porte-clapet 3. De ce fait, la surface latérale du clapet 1 est légèrement incurvée vers l'intérieur, c' est-à-dire vers l'axe 2 et on évite ainsi, lors de la fermeturé,l'effet de cisaillement au bord du siège et l'écra- sement du bord de la lèvre du clapet: Cette propriété qui est très intéressante du point de vue acoustique, procure également une duree de vie du clapet sensiblement supérieure à celle des clapets classiques. Comme on l'a vu ci-dessus, dans la forme d'exécution représen tés sur la figure 1, le clapet a une section droite axiale ayant la forme générale d'un U dont la base constitue la face duclapet tournée vers le siège et dont les ailes sont maintenues sur les parois de la cuvette de réception 4, en forme générale de U, ménagée dans le porte-clapet 3. Sur la figure 2 est représenté un clapet 7 dont la section droite axiale a une forme générale de H dont les piliers 7a sont appliqués sur les parois de la cuvette de-réception 4 du porte-clapet et dont la barre transversale 7b forme la face du clapet tournée vers le siège du robinet et s incurvant pour prendre une forme concave sous l'effet de la pression. Le clapet 8 représenté sur la figure 3 a au repos, en section droite axiale, une forme générale de U dont les ailes 8a sont logées dans la cuvette de réception 4 et dont la base 8b forme un dô me à concavité tournée vers le siège du clapet. Le clapet9 représenté sur la figure 4 a aussi une section droite en forme de U et sa jupe latérale 9a présente un renflement annulaire 9c logé dans une rainure annulaire 3a du porte-clapet 3 délimitant la cuvette de réception 4, cette rainure étant délimitée par un épaulement annulaire 3b Cette variante permet un accrochage positif du clapet 9 dans le porteclapet 3 et par conséquent le maintien du plan de joint hors de l'écoulement principal. - Dans toutes les variantes décrites ci-dessus, le clapet comporte un évidement 6 tourné vers le fond de la cuvette de réception 4 du porteclapet 3. Naturellemlent, la face externe du clapet et son évidement peuvent se présenter sous des formes variées , ce qui reste bien entendu dans le cadre de la présente invention Sur la figure 5 est représentée une autre variante du clapet 10, lequel est constitué -par un corps élastique creux présentant une cavité interne il. Naturellement, le clapet 10 peu t comporter plusieurs cavités indépendantes ou communicantes et la forme de cette ou de ces cavitée est quelconque. Le clapet 10 peut être réalisé en matière alvéolaire Quelle que soit la: variante de clapet utilisée, à évidement ou à cavité, il est donc ménagé à l'arrière de la face externe du clapet un espace vide 6 ou 11. De surcroit, I'épaisseur de la face externe du clapet est nettement plus petite que l'épaisseur minimale ddun clapet de type classique. I1 en résulte une certaine élasticité et une certaine souplesse de la face externe du clapet qu est tournée vers le siège. Cette face externe peut donc s'incurver et prendre une forme concave sous l'effet de la pression du liquide. REVENDICATIONS 1 - Clapet de robinet, de forme générale cylindrique, destiné à être fixé sur un porte-clapet métallique, caractérisé en ce, qu'il est réalisé en une matière souple et élastique et a une forme telle que, lorsque le clapet est ouvert, ce dernier présente, sous l'effet de la pression du liquide, une face frontale incurvée à concavité tournée vers le siège du clapet. 2.- Clapet suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un corps plein, souple et élastique, par exemple en matière alvéolaire, dont la face frontale tournée vers le siège du clapet peut s'incurver d'elle-même sous l'effet de la pression du liquide. 3. - Clapet suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cavité 11 et/ou au moins un évidement 6 s'ouvrant sur la face du clapet en app ui sur le porte-clapet 3, de manière à conférer à la face externe la tournée vers le siège de clapet, une certaine élasticité et une certaine souplesse. 4.- Clapet suivant la revendication 3, caractérisé en ce que sa section droite axiale a une forme générale de U dont la base forme la face souple et élastiquement déformable et dont les ailes sont au moins partiellement logées et retenues dans une cuvette 4 du porte-clapet 3. 5.- Clapet suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la base du clapet à section en U est incurvée et présente une concavité dirigée vers le siège' 5 du porte-clapet 3. 6. - Clapet suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu' il est accroché d'une manière positive dans le porte-clapet 3. 7.- Clapet suivant la revendication 3, caractérisé en ce que sa section droite axiale a une forme générale de H dont la barre transversale forme la face souple et élastiquement déformable et dont les piliers sont au moins partiellement logés et fermement retenus dans une cuvette de réception 4 du porte-clapet 3.