Brevet FR2215565A1 — publié le 19740823

La présente invention concerne les organes de robinetterie SerVaLtà arreter le débit des fluides, plus précisément les obturateurs (robinets à soupape) à membrane. L'invention peut tre utilisée dans diverses brancheside l'industrie, plus particulièrement dans les systèmes hydrauliques où il est indispensable d'installeW es obturateurs électromagilé- tiques caractérisés par un grand passage nominal et fonctionnant sans coups de bélier. On contait déjà un obturateur à membrane constitué par un corps dans lequel est ménagée une cavité partagée par une cloison en une chambre d'entrée et une chambre de sortie et ayant un orifice de passage qui peut tre fermé par une soupape reliée au plateau de l'obturateur et à une membrane élastique disposée au-dessous du plateau et comprimée entre le corps de l'obturateur et son chapeau. Les obturateurs de ce genre sont équipés d'une commande électromagnétique et sont largement utilisés pour régler le débit des fluides (gazeux ou liquides). La membrane élastique partage l'entrée de l'obturateur enjeux parties, dont une partie supérieure (située au-dessus de la membrane) et une partie inférieure (située au-dessous), qui communiquent entre elles par un canal de déviation (by-pass) ménagé dans la soupape. Le chapeau de l'obturateur est percé d'un canal de décharge obturé par l'induit de la commande électromagnétique. Les obturateurs de ce genre sont des appareils dits à ensembles indépendants, dont le mécanisme opératoire, c'est-à-dire la commande électromagnétique, n'agit pas directement sur la soupape principale. Dans ce cas, lorsque l'obturateur s'ouvre, c'est-à-dire lorsque la soupape principale remonte avec la membrane et le plateau sous l'effet de la différence des pressions qu-régnent dans la chambre d'entrée et dans la chambre de sortie de la cavité du corps, le fluide pénètre rapidement dans la chambre à basse pression de sortie, ce qui, étant donné la vitesse d'écoulement et la pression élevées du fluide, contribue à créer un coup de bélier, surtout si les cavités des obturateurs à grands passages nominaux sont de dimensions considérables. Si l'on cherche à supprimer les effets qu'exercent le débit du fluide, sa vitesse et sa pression dans la conduite en amont et en aval de l'obturateur sur la vitesse de déplacement de la soupape et sur sa levée, en adaptant les diamètres du canal de déviation et du canal de décharge, on se heurte auxifficultés suivantes. Les valeurs minimales des diamètres du canal de déviation et du canal de décharge sont limitées par des considérations technologiques (difficulté de perçage de longs canaux de petit diamètre). Pratiquement le diamètre minimal de ces canaux varie entre 0,8 et 1 millimètre. En outre le diamètre du canal de décharge est limité par l'effort d'avalement de 1'électroaimant Pratiquement ce diamètre est compris entre 1,5 et 2,5millimètres. Lorsque le diamètre du canal de décharge est considérable et que la pression du fluide est de 5 à 6 kgf/cm2,1'emploi d'une commande électromagnétique devient économiquement désavantageux. On s'est donc proposé de créer un obturateur à membrane qu.i indépendamment des valeurs du débit du fluide, de sa vitesse et de sa pression en amont et en aval, fonctionne sans coups de bélier. Ce problème est résolu grâce à un obturateur à membrane constitué par un corps creux dont la cavité intérieure, partagée en une chambre d'entrée et une chambre de sortie par une cloison comportant un orifice de passage pouvant tre obturé pa Wne soupape liée au plateau de l'obturateur et à une membrane élastique dispc- sée au-dessous du plateau et comprimée entre le corps et le chapeau de l'obturateur, ledit obturateur étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que suivant le périmètre du plateau, perpendiculairement à son plan, est disposé un rebord annulaire formant avec le chapeau et le corps de l'obturateur un jeu permettant le passage du fluide en offrant à l'écoulement de celui- ci une résistance créant un effet d'amortissement ralentissant le déplacement de la soupape avec le plateau et la membrane élastique. Lorsqu un tel obturateur s'ouvre ou se ferme, c'est-à-dire lorsque sa soupape principale monte ou descend solidairement avec la membrane et le plateau sous l'action d'une différence de pression, le fluide, en pénétrant dans le jeu entre le rebord du plateau et le chapeau, subit un effet d'amortissement partiel qui ralentitet stabilise son écoulement au cours de son passage de la chambre haute pression à la chambre basse pression. De cette façon, l'obturateur propose ne permet pas une pénétration instantanée du fluide en mouvement dans la chambre de sortie. D'autre part, lors de la fermeture d'un tel obturateur, aucun obstacle instantané ne surgit devant l'écoulement du fluide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront a la lecture de la description détaillée suivante d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par le dessin unique annexé représentant une vue en coupe longitudinale de 1'obturateur conforme à l'invention. L'obturateur se compose d'un corps 1 qui est une pièce venue de fonderie et comporte une cavité partagée par une cloison en une chambre d'entrée A et une chambre de sortie B. Un orifice de passage 2 pratiqué dans la cloison peut tre obturé par une soupape principale 3 qui comporte une embase sous forme d'une plateau 4 muni d'une baguer'étanchéité 5, ainsi qu'une tige 6 à filetage mâle et une queue 7. La soupape 3 est percée d'un orifice cylindrique 8 ciL est logé un ressort 9. La tige 6 de la soupape 3 porte une rondelle filtrante 10 Entre celle-ci et le soupape 3 est prévu un jeu laissant passer les particules éventuellement présentes dans le fluide et dont la dimension ne dépasse pas une valeur déterminée. En outre, sur la tige 6 de la soupape 3 sont disposés, sur la rondelle filtrante 10, un Wembrane annulaire élastique11 et un plateau 12 qui applique ladite, membrane contre la rondelle filtrante 10 au moyen d'un écrou 13 et d'unefondelle-frein 14. Le bord extérieur de la membrane annulaire élastique 11 est serre entre le chapeau 15 et le corps 1 au moyen de goujons 16 et d'écrous 17. Le bord intérieur de cellehembrane est comprimé entre le plateau 12 et la rondelle filtrante 10. Suivant l'axe du chapeau 15 est disposée une tige 18 réalisée en une seule pièce avec celui-ci et compiEmst le ressort 9- La membrane élastique 11 partage la cavité de l'obturateur en deux chambres, dont l'une,"C", disposée au-dessus de la membrane, est délimitée par le chapeau 15, la surface du plateau 12 et la membrane 11, et l'autre"A", située au-dessous de la membrane, est délimitée par le membrane, tl ; la surface latérale de la soupape 3 et par la cloison du corps 1. Au-dessus de l'embase-plateau 4 de la soupape 3, la tige 6 est percée d'un canal de dérivation 19 parallèle au plateau 4 et mettant en communication les chambres"C"et"A", disposées respectivement au-dessus et au-dessous de la membrane. Selon l'invention ~ le plateau 12 est un disque plat comportant sur son pourtour un rebord 20 perpendiculaire à son plan et dont la hauteur dépend du diamètre du plateau 12 et de sa course. Entre le rebord 20, le corps 1 et le chapeau 15 il y a un jeu qui varie entre 0,5 et 4 millimètres. La zone de transition reliant le rebord 20 a la partie plane dr, plateau 12 est arrondie. Toute la surface du plateau 12 adjacent à la membrane 11 est usinée de manière que son état de surface ne soit pas susceptible d'endommager et d'entraîner une usure prématurée de la membrane 11. La valeur de ce jeu est fonction, dans chaque cas concret, de la résistance qu'il doit opposer au débit du fluide, évitant ainsi la naissance d'un coup de bélier. Le chapeau 15 de 1'obturateur porte une commande électromagnétique sans presse-étoupe, qui comprend un tube de séparation 21 assemblé d'une façon étanche à une butée 22. Dans ce tube se déplace librement l'induit 23, qui sert simultanément de soupape de décharge obturant un canal de décharge 24 pratiqué dans le chapeau 15 de l'obturateur. Entre la butée 22 et l'induit 23 est disposé un ressort 25 facilitant le déplacement de l'induit 23 au moment de la fermeture de l'obturateur. Le canal de décharge 24 pratiqué dans le chapeau 15 communique avec la chambre de sortie B du corps 1 par 1'intermédiaire d'un tube 26 qui sert simultanément de tige de centrage au cours de l'assemblage de l'obturateur. Un canal 27 également pratiqué dans le chapeau 15, sert à mettre en communication la chambre située au-dessus de la membrane avec une chambre D. Le tube de séparation 21 porte une bobine d'induction électromagnétique 28 dont les extrémités passent à travers une tubulure à presse-étoupe 29 et sont branchées sur une source de courant (non représentée sur le figure). Généralement on installe l'obturateur sur une conduite et le fluide arrive dans le sens d'une flèche marquée sur son corps et accompagnée de l'indicatior,"vers la soupape". L'obturateur fonctionne de la manière suivante. On l'installe sur la conduite de façon que le fluide arrive dans la chambre d'entrée A suivant le sens indiqué par la flèche marquée sur le corps 1, ("vers la soupape"). Le fluide passe par le jeu en tre la rondelle filtrante 10 et l'embase-plateau 4 de la soupape principale 3, ainsi que par l'orifice de décharge 19 et pénètre dans la chambre C située au-dessus de la membrane. Ensuite, par le canal 27 du chapeau 15, le fluide s'écoule vers le tube de séparation 21 de la commande électromagnétique en baignant l'induit 23 et en l'appliquant contre 1'orifice du canal de décharge 24 du chapeau 15. Le fluide ayant rempli les chambres C et D situées au-dessus de la soupape principale 3 et de l'induit 23, la pression y devient égale à celle du fluide. La chambre B et le canal de décharge 24 ne contiennent pas de fluide, aussi la soupape principale 3 et l'induit 23 (soupape de décharge) sont-ils intimement appliqués par le fluide contre l'orifice de passage 2 et l'orifice du canal de décharge 24 respectivement, ce qui permet de réaliser l'étanchéité complète aux joints. La valeur de l'effort indispensable à l'étanchéité du joint est détermines par la différence des pressions entre les chambres C et B et dépend des matériaux utilisés pcur étanchéifier ces joints. Quand on injecte le courant dans la bobine 28 de la commande électromagnétique, l'induit 23 monte jusqu'à sa position extrme et vient s'appliquer contre la butée 22, en démasquant ainsi du canal de décharge 24. Le fluide des chambres C D passe par le canal de décharge 24 et par le tube 26 et pénètre dans la chambre B. Alors la pression au-dessus de la membrane 11 diminue, tandis qu'au-dessous de la membrane elle reste égale à la pression du fluide. De cette façon se crée une différence de pression grâce à laquelle la soupape principale 3 remonte conjointement avec le plateau 12 et le diaphragme 11 jusqu'à venir buter contre le chapeau 15, en démasquant ainsi 1'orifice de passage principal 2. Le passage du fluide des chambres C et D à la chambre B s'effectue plus rapidement que son passage de la chambre A aux chambres C et D, étant donné que le diamètre du canal de décharge 24 est supérieur à celui du canal de déviation 19. Lors du mouvement de la soupape principale 3, du plateau 12 et de la membrane 11 vers le haut, le fluide, en pénétrant dans le jeu entre le corps 1, le chapeau 15 et le rebord 20 du plateau 12 subit un effet d'amortissement car ce jeu offre une résistance hydraulique additionnelle à l'écoulement du fluide. Cela provoque un ralentissement du fluide, qui passealora progressivement de la chambre hau-te psskn A à la chambre basse pression B. Au cours de l'écoulement progressif du fluide d'une chambre à l'autre il ne se produit pas de coup de bélier. Lorsque la bobine 28 est mise hors circuit, l'induit 23 descent et vient obturer le canal de décharge 24, ce qui interrompt la sortie du fluide hors de la chambre C alors que 1'entrée du fluide da-s la chambre C se poursuit. Pour cette raison la membrane élastique 11 et la soupape principale 3 descendent et 1'orifice de passage principal 2 est fermé. Lorsque l'obturateur se ferme, la résistance du fLuide dans le jeu entre le rebord 20, le corps 1 et le chapeau 15 ralentit l'écou- lement du fluide en amont de la soupape principale 3 fermée ce qui prévient également un coup de bélier éventuel. Si le mouvement de l'induit 23 par rapport à la butée 22 et celui de la soupape principale 3 par rapport au corps 1 sont entravés, les ressorts respectifs 25 et 9 fournissent l'effort nécessaire pour amorcer ces mouvements. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, ellp comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATION Obturateur à membrane, du type constitue par un corps comportant une cavité partagée en une chambre d'entrée et une chambre de sortie par une cloison comportant un orifice de passage pouvant tre masqué par une soupape reliée au plateau de l'obturateur et à une membrane élastique disposée sous le plateau et serrée entre le corps de l'obturateur et son chapeau, caractérisé en ce que sur la périphérie du plateau perpendiculairement à son plan, est disposé un rebord annulaire formant avec le chapeau et le corps de l'obturateur un jeu permettant le passage du fluide en offrant à l'écoulement de celui-ci une résistance qui créé un effet d'amortissement ralentissant le déplacement de la soupape avec le plateau et la membrane élastique.