Brevet FR2218494A1 — publié le 19740913

ja présente invention-concerne un appareil de réglage automatique de débit. Actuellement, les appareils de réglage de débit sont oasés ur une inodifications de la section de passage du fluide a réguler. Par exemple, pour maintenir un débit. constant, il est courant de diminuer la section de passage, lorsque la différence de pression aux bornes de l'appareil augmente. Il résulte de cette diminution de section une augmentation de vitesse et parfois une augmentation du bruit, de l'érosion ou de la cavitation, selon les fluides considérés. Certains constructeurs ont réduits le bruit d'écoulement d'un fluide compressible en évitant la formation de jets et en utilisant des circuits ou des chicanes en parallèle , mais le principe de la diminution de la section de passage subsiste dans leurs appareils. L'appareil objet de la présente invention vise à remédier à ces inconvénients, c'est-à-dire maintient un débit constant sans utiliser de variations de la section de passage, donc sans modification de la vitesse du fluide. La chute de pression #P dans l'appareil est liée au débit volumique Q, à la section de passage S de la veina fluide, et au coefficient de pertes de charge 0 Les appareils connus maitiennent le débit Q constant lors d'une variation de 6 P, par modification de la section de passage dO L'appareil objet de l'invention vise à maintenir le débit constant en modifiant le coefficient de pertes de charge L'augmentation du L'augmentation du coefficient de pertes de charge est obtenue par la mise en service, sur le trajet du fluide, d'un nombre plus ou moins important d'éléments de pertes de charge. h cet effet l'appareil selon l'invention possède, d'une part, un organe mobile placé dans une veine fluide, coopérant avec lesparois de l'appareil et des éléments complémentaires pour créer des pertes de charge provoquant une différence de pression entre l'amont et l'aval de l'organe, la différence de pression ainsi créée donnant naissance à une force, qui, proportionnelle à cette différence, agit sur l'organe et tend a le déplacer et,d'autre part, des moyens à ressorts , s'opposant la force précitée et permettant à l'organe de trouver une poition c'cquilibre, qui est modifiée lors d'une variation-de la différence de pression, le déplacement de l'organe mobile ainsi obtenu modifiant le nombre d'éléments complémentaires de pertes de charge engagés dans la veine fluide de façon à maintenir le débit constant. Dans une première forme de réalisation,l' appareil est constitué par un conduit ayant la forme d'un secteur cylindrique de section rectangulaire et d'un organe mobile ayant la forme d'un secteur cylindrique, dont l'axe est le même que celui du conduit et intérieur à celui-ci, apte à tourner autour de cet axe et à s'engager plus ou moins dans le secteur cylindrique constitutif du conduit. De plus, la surface courbe du secteur cylindrique constituant l'organe mobile est munie de plaquettes radiales équidistantes les unes des autres, dont la longueur correspond sensiblement à la largeur du conduit et, aptes à créer avec la surface courbe de ce dernier un labyrinthe engendrant des pertes de charge. Dans une variante de cette forme d'exécution la surface courbe du secteur cylindrique constituant, l'organe mobile est munie de plaquettes radiales qui, équidistantes les unes des autres et frôlant la surface courbe du conduit, ont une longueur inférieure à la largeur de ce dernier et sont décalées longitudinalement pour former des chicanes, ces plaquettes délimitant entre elles des couloirs de passage reliés par des coudes à 1800. Dans une autre variante de cette même forme d' exénuti on, la surface courbe du secteur cylindrique constituant le conduit est munie de plaquettes radiales, équidistantes les unes des autres, aptes à créer avec la surface courbe de l'organe mobile un labyrinthe provoquant des pertes de charge. Suivant une autre forme d'exécution l'appareil est constitué par une enceinte creuse de forme parallèlépipèdique munie de plaquettes, situées sur le trajet de la veine fluide, de mme largeur que l'enceinte, et de longueur inférieure, dis entre posees en cnicanes et creant elles aes couloirs ae passage reliés par des coudes à 180% l'organe mobile constitué par un noyau étant monté coulissant dans un puits ménagé à l'intérieur des plaquettes et ayant ses faces extrêmes soumises aux pressions amont et aval, la force résultant de ces deux pressions, combinée à celle d'un ressort agissant en sens inverse, déterminant la position du noyau dans le puits et par conséquent, le nombre de chicanes mises en service, tandis que la portion de puits laissée libre par le noyau joue le rôle de'by-pass". De toute façon,l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, présentant, à titre d'exemples non limitatifs quelques formes de réalisation de cet appareil. Figure 1 est une vue en coupe d'un appareil,dont 1' organe mobile est un secteur cylindrique,là coupe étant effectuée suivant un plan perpendiculaire à l'axe du secteur Figure 2 est une vue en coupe du même appareil que celui de la figure 1 dans lequel l'organe mobile occupe une position différente Figure 3 est une vue en coupe suivant 3-3 de figure 1 Figure 4 est une vue en coupe semblable à celle de figure 1,áns laquelle l'organe mobile a une forme différente Figure 5 est une vue en perspective du secteur cylindrique de figure 4 Figure 6 est une vue en coupe suivant un plan médian d'une variante de réalisation de cet appareil Figure 7 est une vue en coupe suivant un plan médian d'une autre forme detéalisation de l'appareil. L'appareil de réglage automatique de débit tel qu'il est présenté aux figures 1, 2 et 4 est formé d'un conduit 3, ayant la forme d'un secteur cylindrique, de section rectanglaire, raccordé, par des brides par exemple, à deux conduits 1 et 2, respectivement amont et aval. L'organe mobile est constitué par un secteur cylindrique 4, dont l'axe 5 est le même que celui du conduit 3, apte à s'engager' plus ou moins dans le conduit 3, par rotation autour de son axe 5. La surface courbe -6 du secteur 4 est munie de plaquettes 7 dont la longueur correspond-à la largeur du conduit, comme il est montré à la figure 3. Ces plaquettes sont radiales et équidistantes les unes des autres. Elles forment des créneaux 8 disposés perpendiculairement à l'arrivée du courant de fluide. Ces crénaux 8 et la surface courbe 9 appartenant au secteur cylindrique du conduit, forment un labyrinthe pour le fluide , qui subit des pertes de charge. La différence de pression créée entre le côté amont 1 et le côté aval 2 des plaquettes 2 tend à provoquer la rotation du secteur 4 dey'amont 1 vers l'aval 2. Le couple ainsi créé est compensé par-des moyens à ressort, par exemple un ressort spiral 10 dont la caractéristique effort-déplacement- est linéaire, permettant au secteur mobile de trouver une position d'équilibre.La perte de charge, et par suite le couple, sont proportionnels au nombre M de créneaux engagés dans le secteur cylindrique fixe 3 formant conduit. L'organe mobile 4 occupe une position d'équilibre intermédiaire entre les deux positions limites représentées aux figures 1 et 2 pour des différences de pression respectivement minimale et maximale. Si M est le nombre de créneaux engagés pour obtenir une position d'équilibre et > le coefficient de perte de charge d'un créneau 8, l'équation (1) devient r Si # est l'angle de rotation au secteur a partir ue la position représentée à la figure 1, en raison de la proportionnalité entre l'angle dont tourne le secteur et les pertes de charge créées l'équation (2) devient hp = v. Q n (3) Si k est la constante du ressort qui lie # P à l'angle 8. = Ke (4) Le rapport des équations (3) et (4) donne Cette équation (5) montre que le débit, rapport de deux constantes est constant, et indépendant de la différence de pression #P. L'appareil représenté à la figure 4 est une variante du dispositif précédent dans lequel les plaquettes Il fixées sur la surface courbe 6 du secteur cylindrique mobile 4 frôlent la surface courbe 9. fles plaquettes Il dont la longueur est inférieure à la largeur du conduit sont disposées en chicane, c'est-à-dire qu'elles créent entre elles des couloirs de passage reliés par des coudes à 180 . Le nombre des coudes et couloirs engagés sur le trajet du fluide augmente au fur et à mesure de la rotation du secteur.Les pertes de charge sont proportionnelles au nombre de couloirs engagés face à la surface courbe 9 du secteur 3, donc proportionnelles à l'angle de rotation du secteur. Comice dans le cas précédent, le couple créé par la différence de pression entre l'amont et l'aval est compensé par un ressort 10. Le iSie calcul que celui effectué pour le dispositif précédent permet de montrer que le débit reste cons tant indépendamment des variations de différence de pression. B e variante du dispositif présenté aux figures 1 et 2 consiste en un appareil de même forme générale, mais dont les plaquettes disposées radialement sont portées par la face courbe 9 du secteur cylindrique 3 constituant le conduit. Le secteur cylindrique 4 constituant l'organe mobile possède une face courbe 6 qui est lisse. L'appareil fonctionne de la mêne façon que celui présenté aux figures 1 et 2, l'engagement du secteur mobile créant des pertes de charge qui lui sont proportionnelles. Ltorgane mobile n'est pas toujours solidaire d'un axe comme dans les cas précédents, il peut aussi e déplacer suivant un mouvement de translation comme dans l'appareil représenté à la figure 7. Cet appareil est constitué par une enceinte 17 de forme sensiblement parallélépipédique raccordée à deux conduits 21 et 22 respectivement amont et aval, par des brides par exemple. Des plaquettes 12 sont placées 8pr le trajet de la veine fluide. Les plaquettes 12 sont telles qu'elles occupent toute la largeur de l'appareil, et qu'elles sont de longueur légèrement inférieure à celui-ci de façon à pouvoir être disposées en chicane créant entre elles des couloirs 19 reliés par des coudes à 1800. Un noyau plongeur 14 constituant 1' organe mobile coulisse dans un puits JI ménagé à travers les plaquettes 12. Les faces extrêmes 16 et 17 de ce noyau sont soumises aux pressions respectivement amont et aval ; le noyau tend donc à se déplacer proportionnellement à la différence -de pression entre l'amont et l'aval.Grâce àun ressort 18 le noyau 14trouve nnevposition d'équilibre stable, fonction de la différence de pression et de la constante du ressort. Dans cette position d'équilibre, le noyau 14 obture certains couloirs et laisse d'autres couloirs en liaison avec le cuits 15. 'fluide passe dans ces premiers couloirs, puis emprunte le puits 15 pour déboucher dans la chambre aval la portion de puits laissée libre par le noyau joue le rôle de by-pass pour les éléments de perte de charge. Selon la position du noyau, le fluide parcourt un nombre plus ou moins grand de couloirs et de coudes, c'est-à-dire, subit une perte de charge plus ou moins grande. La différence de pression est proportionnelle à M. La formule (1) devient où > est le coefficient de perte de charge d'une chicane. La diférence de pression 6 P étant proportionnelle à l'engagement L du noyau dans les plaques #P= v k L Qn Comme en position d'équilibre, l'effort de pression agissant sur le noyau est compensé par l'effort du ressort, dont la constante est K : #P = KL (8) Le rapport des équations (7) et (8) donne la valeur au débit L'équation (9) montre que. le débit , égal au rapport de deux constantes, est constant et indépendant de la différence de pression Be fait que la vitesse n' augmente pas lorsque la perte de charge augmente facilite la protection de l'appareil contre l'érosion par les particules entraînées par le fluide ou par la cavitation dans le cas de liquides ; cela facilite en outre la lutte contre le hruit provoqué par les turbulences de 1' écoulement, et ce, d'autant plus que la disposition des conduits en chicane joue un rôle d'amortisseur. Comme il découle de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation décrites ci-dessus, à titre d'exemples non limitatifs, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisations, quelles que soit notamment la façon dont les éléments de pertes de charge sont placés sur le trajet du fluide et la nature de ces éléments de pertes de charge, pourvu que la section de passage du fluide reste constante. REVEDZICADIONS 1. - Appareil de réglage automatique de débit, caractérisé en ce qu'il possède, d'une part, un organe nubile placé dans une veine fluide, coopérant avec les parois de l'appareil et des éléments complémentaires pour créer des pertes de'charge provoquant une différence de pression entre l'amont et l'aval de l'organe, la différence de pression ainsi créée donnant naissance à une force, qui, proportionnelle à cette différence, agit sur l'organe et tend à le déplacer et d'autre part, des moyens & ressorts, s'opposant à la force précitée et permettant à l'organe de trouver une position d'équilibre, qui est modifiée lors d'une variation de la différence de pression, le déplacement de l'organe mobile ainsi obtenu modifiant le nombre d'éléments complémentaires de pertes de charge engagés dans la veine fluide de façon à maintenir le débit constant. 2. - Appareil de réglage automatique de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un conduit ayant la forme d'un secteur cylindrique de section rectangulaire et d'un organe mobile ayant la forme d'un secteur cylindrique, dont l'axe est le même que celui du conduit et intérieur à celui-ci, apte à tourner autour de cet axe et à s'engager plus ou moins dans le secteur cylindrique cons titutif du conduit. 3. - Appareil de réglage automatique du débit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface courbe du secteur cylindrique constituant l'organe mobile est munie de plaquettes radiales, équidistantes les unes des autres, dont la longueur correspond sensiblement à la largeur du conduit et aptes à créer avec la surface courbe de ce dernier un labyrinthe engendrant des pertes de charge. 4. - Appareil de réglage automatique du débit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface courbe du secteur cylindrique constituant l'organe mobile est munie de plaquettes radiales qui, équidistantes les unes des autres et frôlant la surface-courbe du conduit, ont une-longueur inférieure à la largeur de ce dernier et sont décalées ldngitudi- nalement pour formerdes chicanes,ces plaquettes délimitant entre elles des couloirs de passage reliés par des coudes à 1800. 5. - Appareil de réglage automatique du débit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface courbe du secteur cylindrique constituant le conduit est munie de plaquettes radiales, équidistantes les unes des autre8, aptes à créer avec la surface courbe de l'organe mobile un labyrihthe provoquant des pertes de charge. 6. - Appareil de réglage automatique de débit selon la revendication 5, caractérisé en ce que les plaquettes radiales sont de longueur égale à la largeur du conduit et sont aptes à créer avec la surface courbe de l'organe mobile un labyrinthe provoquant des pertes de charge. 7. - Appareil de réglage automatique de débit selon la revendication 5, caractérisé en ce que les plaquettes radiales sont de longueur inférieure à la largeur du conduit et sont décalées longitudinalement pour former des chicanes, tandis que la surface courbe du secteur cylindrique frôle, l'extrémité des plaquettes. 8. - Appareil de réglage automatique de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par une enceinte creuse de forme parallêlépipèdique munie de plaquettes, situées sbr le trajet de la veine fluide, de même largeur que l'enceinte et de longueur inférieure, disposées en chicanes et créant en elles des couloirs de passage reliés par des coudes à 1800, l'organe mobile, constitué par un noyau étant monté coulissant dans un puits ménagé à l'intérieur des plaquettes et ayant ses faces extrêmes sinises aux pressions amont et aval, la force résultant de ces deux pressions, combinée à celle d'un ressort agissant en sens inverse, déterminant la position du noyau dans le puits et par conséquent le nombre de chicanes mises en service, tandis que la portion de puits laissée libre par le noyau joue le rôle de by-pass. 9. - Appareil de réglage automatique de débit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la constante effort déplacement est linéaire,