Brevet FR2230912A1 — publié le 19741220

Argument : Il s'agit d'une soupape réversible constituée de deux plongeurs écartés l'un de l'autre au moyen d'un ressort unique, commandée par pression différentielle, utilisable au départ et à l'arrivée de canalisations à fluide jumelées, qui provoque, lorsque l'une des deux canalisations est défaillante, l'isolement de cette canalisation et, lorsqu'elle est munie d'un conjoncteur, la fermeture d'un circuit électrique d'alarme ou d'ordre. Pomaine de l'inventio : Les transmissions à fluide sont de Jouir en jour plus largement utilisées pour équioer les dispositifs de commande d'appareillage les plus divers dans le domaine des véhicules automobiles ou non, des engins de levage, de manutention et de travaux publics, des aéronefs et d'une façon plus générale des installations industrielles évoluées plus ou moins automatisées. Ces dispositifs de commande s'appliquent très souvent des organes dont la sécurité de Conctionnement est primordiale pour la sauvegarde des matériels qu'ils équipent et de leurs utilisateurs, tels les organes de direction de véhicules et de remorques, les commandes d'aéronefs, etc... dont la fiabilité doit être assez grande pour assurer une haute rentabilité d'emploi parce qu'intéressant des matériels de prix très élevé ou des installations de production à @aut rendement. Il importe donc que tous les éléments constituant ces dispositifs de commande à fluide présentent chacun un haut degré de fiabilité. Dr l'on constate que parmi ces éléments, les canalisations de fluide souples ou rigides sont bien souvent sujettas à défaillance soit que, par usure ou défaut d'entretien, ou que, du fait de déformations accidentelles, elles viennent à se fissurer, se rompre ou que cuelque joint ne vienne à perdre. Pour palier ces défaillances, il est d'usage de jumeler les canalisations entre organe émetteur de pression et or @@@e récepteur d'utilisation et d'assurer, par le jeu de soupapes réversibles insérées aux deux extrémités du double circuit ainsi c@@@titu@, l@ mise bors circuit d'une canalisation avariée tandis que l'autre reste en service. En outre, un dispositif intégré à l'une au moins de ces souoapes permet de signaler au personnel de conduite ou de surveillance qu'une canalIsation d'utilisation est avariée afin que toutes dispositions surissent être prises en conséquence pour poursuivre en sécurité la manoeuvre en cours avant de pouvoir procéder au remplacement de cette canalisation. Ce dispositif est généralement constitué par un con joncteur qui, fermant un circuit électrique spécialement conçu, déclenche un signal d'alarme lumineux ou sonore ou un signal d'ordre. Art antérieur Les types les plus courants de sou page à conjoncteur oour circuits hydrauliques jumelés sont à commande par pression différentielle. Dans ce type de soupape un ensemble mobile formant piston coulisse de façon étanche ou non dans l'alésage central d'un boîtier de façon à définir dans celui-ci deux chambres de contrôle de pression. Ces deux chambres comportent chacune : 10 - un premier orifice d'admission ou de sortie de fluide Un canal unique permet de relier les deux orifices soit similaires/t la source fluide d'un organe émetteur de pression, soit à un organe récepteur d'utilisation suivant que la soupape équipe l'un ou l'autre de ces organes 20 - un deuxième orifice débouchant sur un canal relié à l'une des canalisations jumelées intercalées entre organe émetteur et organe récepteur précités par l'intermédiaire de la soupape. L'ensemble mobile est maintenu, lorsqu'il est au repos, dans une position centrale à l'aide de moyens élastiques adéquats. Lorsqu'une différence de pression se manifeste entre les deux chambres de contrôle par suite de fuite de liquide dans une des canalisations jumelées, le piston est sollicité en déplacement par rapport a sa position centrale. La tete de ce piston vient alors obstruer le premier orifice de la chambre de contrôle de oression précitée à la manière d'une tête de soupape s'appli quant sur son siège. Dans son déplacement, le piston actionne le conJoncteur qui ferme le circuit électrique d'alarme. Les deux soupapes que relie la canalisation avariée se comoortant de façon identique, cette canalisation se trouve isolée alors que l'autre reste en service. Dans la plupart des tyoes de soupapes connus, l'ensemble mobile en position de repos laisse ouverts les circuits à fluide de sorte que le temps de réponse de l'appareil, c'est-àdire celui qui est mis pour isoler la canalisation défectueuse lorsqu'une Dression s'établit dans les circuits, est très variable suivant le débit de fluide, ce qui est un gros inconvénient. rertains modèles utilisent des ensembles mobiles constitués par deux plongeurs sollicités en écartement l'un de l'autre par des ressorts indépendants. Une certaine dissymétrie dans le fonctionnement normal de l'appareil peut en résulter. Enfin, généralement, l'agencement de l'appareil ne permet pas à celui-ci de pouvoir signaler lui-même un défaut dans son tonctionnement mécanique, coincement d'un plongeur par exemple. Exoosé général /tion L'objet de la présente inven est de réaliser une soupape réversible à commande par pression différentielle pour circuits à fluide jumelés, assurant d'une part avec un temps de réponse très court de l'ordre de quelques millisecondes l'arrêt de l'arrivée du fluide dans toute canalisation d'utilisation jumelée présentant une fuite, et d'autre part pouvant éventuellement signaler par un dispositif d'alarme, déclenché par un conjoncteur qui lui est intégré, non seulement qu'il y a fuite dans une des canalisations d'utilisation mais aussi qu'il y a défaut de fonctionnement mécanique de la soupape. La combinaison de deux de ces soutanes placées aux extrémités d'un circuit Jumelé assure l'iso liement automatique de toute canalisation avariée. t'ne soupape conforme à l'invention est caractérisée essentiellement en ce que l'ensemble mobile coulissant dans 1 'alé- sage cylindrique central du bottier de cette soupape, cité supra, se comnose de deux plongeurs mobiles identiques, ayant la forme d'un cylindre. Ces plongeurs sont montés de façon étanche ou non étanche symétriquement par rapport au plan médian normal au dit alésage, et maintenus écartés par un ressort unique prenant appui sur eux ; leur tette est pourvue d'un clapet ou d'une bille jouant le r81e de tête de soupape. En situation de repos, pression nulle, ou plus petite que la pression de tarage du ressort précité, sous l'effet de ce ressort le clapet ou la bille de la tête de chaque plongeur vient s'appliquer dans le siège que constitue le premier orifice cité supra de la chambre de contrôle de pression correspondante, cet orifice étant de section inférieure à celle de l'alésage du boîtier. Il obture cet orifice alors que le deuxième orifice cité supra de la chambre de contrôle de pression, relié à une canalisation, reste libéré. S'il n'y a pas de fuite dans les canalisations qui relient deux soupapes, lorsque le fluide est mis en pression dans ces deux soupapes, soit que la source de l'organe émetteur débite soit qu'il y ait retour de fluide de l'organe récepteur, un effort s'exerce sur les têtes des plongeurs des deux soupapes ; ceux-ci s'écrasent l'un contre l'autre, comprimant le ressort qui tend à les écarter lorsque cet effort excede la pression de tarage de ce ressort et leurs têtes dégagent les sièges sur lesquels elles sont appliquées dans les chambres de contrôle de pression pour donner libre passage au fluide. La pression s'équilibre alors dans les deux chambres de contrôle de pression et les deux plongeurs soumis chacun à des efforts identiques sur leur base et leur têtue prennent une position rigoureusement symétrique par rapport au plan médian de l'alésage. S'il y a fuite dans une des canalisations d'utilisation et qu'une pression s'établit comme ci-dessus, dès que les tûtes des plongeurs décollent de leurs sièges, un déséquilibre apparait dans les chambres de contrôle de pression de chaque soupape, la pression étant plus faible dans celle qui est reliée à la canalisation défaillante que dans l'autre. L'ensemble des deux plongeurs pressés l'un contre l'autre se déplace alors du côté fuite et la tôte du plongeur tourné de ce côté revient s'appli quer sur son siège, ce oui coure l'errivée du fluide aux deux extrémités de la canalisation défaillante ; mais le temps pendant lequel cet orifice aura été dégagé, temps de réponse de la coupa @e, @'aura été que d'une très petite fraction de seconde.La canalisation défaillante se trouve mise @ors circuit tandis que l'autre canalisation reste en service normal. Le conjonc@eur éventuellement intégré à la soupape est constitué de la manière suivante - dans un plan médian normal à l'alésage cylindrieue du boîtier et dans l'axe d'un rayon de ce boîtier est ménagé, dans le corps de celui-ci, un canal dans lequel plonge une tige terminée à l'extérieur du boîtier par un talon agissant sur un co@ta@t du type connu oui ferme un circuit électrique d'alarme lorsque ce talon presse sur lui. @ette tige est maintenue en position normale, sa pointe dépassant légèrement à l'intérieur de l'alésage, par un ressert de rappel. Dans le premier cas cité supra, pas de fuite dens les canalisations d'utilisation, aucun des deux plongeurs n'engage la ponte de la tige d conjoncteur, la base de ces plongeurs étant profilée à cet effet. ans le deuxième cas, au contraire, fuite dans une canalisation d'utilisation, lorsque les plongeurs se déplacent en bloc du côté de le chambre de contrôle d pression reliée à cette canalisation, ils engagent la pointe de la tige du conjonctour ; le telon ce cette tige agit sur le contact qui forme le circuit électrique d'alarme et ce circuit reste fermé tant que l'on fait dé@iter la source de fluide. @n remarquera que dans le cas de défaillance dans le fonctionnement mécenique de la soupape, par exemple blocage ou coïncement de l'un des plongeurs qui empêche sa tête de décoller de son siège ce qui rend une des ca@alisations inopérantes, lors d'une mise en @ression du fluide dans les soupapes, le plongeur libre de la soupepe avariée vient agir sur la pointe de la tige du conj@n@teur ; l'alarme est déclenchée. @ne soupape co@forme @ l'invention munie de son conjoncteur peut donc s'auto-contrôler, ce qui est un avantage important. Si l'on veut se contenter de déceler une défaillance sur les canalisations jumelées, il suffit de munir une des deux soupapes d'un conJoncteur ; mais il est préférable de les en munir toutes deux pour pouvoir déceler celle des deux qui est victime d'une avarie mécanique. On remarquera également que le circuit d'alarme peut être remplacé ou complété par un circuit d'ordre déclenchant une manoeuvre nécessitée par la défaillance détectée. Enoncé des fiGures a Fig. 1 est un schéma général explicatif. La Fig. 2 est une vue schématique en coupe d'une soupape conforme à l'invention dans le plan passant par l'axe de l'alésage du bottier et par celui de la tige du conjoncteur, la soupape en position de repos, pression nulle dans le circuit à fluide, ou plus petite que la pression de tarage du ressort, La Fig. 3 est une vue analogue à celle de la Fig. 2 mais circuit à fluide sous pression sans qu'il y ait fuite d'une canalisation d'utilisation. La Fio. 4 est une vue analogue à celle de la Fig. 2 mais circuit à fluide sous pression, plongeurs refoulés vers la droite (cas de fuite dans la canalisation de droite). La Fig. 5 est une vue analogue à celle de la Fig. 2 mais correspondant à une soupape qui n'a pas été munie d'un conjoncteur. La Fig. 6 est une vue en coupe d'un modèle de réalisation d'une soupape conforme à l'invention, coupe réalisée comme dans la Fig. 2, équipé d'un conjoncteur qui n'est figuré que partiellement en coupe. Descriotion détaillée d'une forme de réalisation de l'invention : On se rapportera d'abord à la Fig. 1 qui représente schématiquement un dispositif à fluide destiné à coupler un organe récepteur d'utilisation 200 à un organe émetteur ou source 100, ces deux organes étant représentés symboliquement le second sous forme d'un générateur d'ordre et le premier sous la forme d'un vérin. A la source 100 sont adaptées deux soupapes conformes à l'invention 101 et 102, qui lui sont reliées, comme indiqué schématiquement en 71 et 72, chacune par leur canal d'entrée (ou sortie) de fluide tel que représenté en 14, sur les Figs. 2, 3 et 6o De meme, au récepteur 200, sont adaptées deux soupapes conformes à l'invention 201 et 202, reliées comme les précédentes en 81 et 82. Deux canalisations 121 et 221 relient les soupapes 101 et 201. De même, deux canalisations 122 et 222 relient les soupapes 102 et 202. Ces soupapes peuvent ou non comporter un conjoncteur intégré. Une soupape commandée par Dression différentielle avec conjoncteur d'alarme intégré conforme à l'invention est reorésentée en coupe sur la Fig. 6 t elle comporte un boîtier 1, percé d'un alésage cylindrique 10 terminé à ses deux extrémités par des chambres de contrôle de pression cylindrique coaxiales 11 et Il'. Ces chambres sont reliées - d'une part à un canal central d'entrée (ou de sortie) de fluide 14 par des canaux 13 et 13' débouchant dans les chambres de pression 11 et 11' par des orifices 12 et 12'. Le canal 14 est relié directement comme dit supra à la source ou au récepteur d'utilisation ; - d'autre part à deux canaux 16 et 16' par l'intermédiaire d'orifices de passage 15 et 15t. Aux canaux 16 et 16' sont branchées directement les deux canalisations, telles 121 et 221 de la Fig. 1, aboutissant à la soupape conjuguée. Dans l'alésage cylindrique 10 peuvent coulisser deux plongeurs 2 et 3 identiques mais montés en opposition. L'alésage 10 est pourvu d'une ouverture 18 raccordée soit à un évent si les plongeurs sont monts étanches, soit à un dispositif de drainage de fuite, d'un type connu en soi et non figuré, si les plongeurs sont montés non étanches. Le plongeur 2 comprend une partie cylindrique 21 oourvue d'un alésage 22. Sa base 25 est légèrement profilée. I1 porte à son extrémité 23 une bille 24, formant clapet auto-centreur, maintenue à l'arrière par une vis 26 suivant un dispositif de fixation connu en soi. Le plongeur 3 comprend une partie cylindrique 21 pourvue d'un alésage 32. I1 porte à son extrémité une bille 34, formant clapet auto-centreur, maintenue à l'arrière par une vis 36. Un ressort hélicoïdal 4 s'engage dans les alésages 22 et 32 des plongeurs 2 et 3 et les sollicite en écartement l'un de lieutre. Un canal cylindrique 17 est foré dans le bottier 1, son axe étant normal à celui de l'alésage 10 et le recoupant. Une tige 5 coulisse dans le canal 17 ; en position normale, sa tête dépasse légèrement à l'intérieur de l'alésage 10. La tige est maintenue dans cette position par son renfort 51 qui est pressé contre le bottier 1 par un ressort 61 lequel prend appui sur un épaulement 62 du bâti d'un conjoncteur 6. Ce conjoncteur 6, visible en coupe sur la Fig. 2, incorpore un contact 63 qui peut être poussé par un talon 52 de la tige 5. Lorsque cette tige est refoulée dans le canal 17 par l'un des plongeurs 2 et 3 coulissant au-dessus d'elle, le contact 63 ferme alors dans cette position un circuit d'alarme non figuré, ou un circuit d'ordre. En position de repos, pression nulle ou inférieure à la pression de tarage du ressort 4 dans le circuit à fluide, la soupape prend la configuration de la Fig. 60 Le ressort 4 écarte les plongeurs 2 et 3 dont les billes 24 et 34 viennent s'engager respectivement dans les orifices 12 et 12'. Si l'on introduit une pression dans le circuit, cette pression s'exerçant sur les extrémités des plongeurs 2 et 3, ceux-ci sont sollicités vers l'intérieur du boîtier libérant les orifices 12 et 12'. Deux cas peuvent alors se présenter ler cas Le double circuit des canalisations d'utilisation jumelées telles que 121 et 221 de la Fig. 1 est en parfait état. Les pressions étant égales dans les chambres 11 et 11', les plongeurs sont refoulés l'un contre l'autre lorsque la pression oui s'exerce sur eux devient supérieure à la pression de tarace du ressort 4. Ils prennent la configuration' de la Fig. et n'agie sent donc sas sur 1 a tige 5, leur base ayant été profilée à cet effet. 2ème cas : Il y a une fuite dans une canalisation d'utilisation, nar exemple celle de droite reliée au canal 16'. Dans ce cas, la pression s'établissant plus faible dans la chambre 11' 1' que dan la chambre 11 du fait de cette fuite, l'ensemble des plongeurs 2 et 3 est sollicité vers la droite et vient prendre la configuration de la Fig. 4 ; le plongeur 3 vient s'appliguer par la bille 34 dans l'orifice 12' qu'il obstrue. ais dans le mouvement des plongeurs vers la droite, le plongeur 2 vient à passer sur la tige 5 qu'il repousse, ce qui déclenche le contact 63 et ferme leircuit d'alarme ou d 'ordre. Tant sue la pression est maintenue, on reste dans cette configuration. Dès qu'elle est relachée, on retrouve celle de la Fic. 2. La Fig. 5 représente schématiquement une soupape selon l'invention ne comportant pas de conJoncteur tel que le conjoncteur 6 des Fics. 2, 3, 4 et 6. n conçoit en effet qu'aux deux extrémités d'une saire de canalisations telles que 121 et 221 sur la Fig. 1, les deux soupapes 1S1 et 201 sont toujours dans le même étant et qu'il n'est en général pas nécessaire de pourvoir l'une et l'autre d'un dispositif d'alerte. Suivant les cIrconstances, ce sera celle de ces soupapes qui est montés sur la source 100 ou sur le récepteur 200 qui sera pourvue d'un conjoncteur 6 d'alerte. Toutecois dans certain cas il peut y avoir des raisons de les é@uiper complètement l'une et l'autre. Pevenant meintenant à la Fig. 4, laquelle est relative à une soupape en pesitiondissymétrique en raison d'une fuite dans la conduite reliée au canal 16', il ast remarquable dans cette po@ition que l@ pression exercée par le liquide sur le plongeur 3, en provenance du canal 14, s'exerce sur la seule section droite de l'orifice 12', alors nue al session exercée sur la plongeur 2 s'exerce sur la totalité de la section de l'alésage 10. L'ensemble des plongeurs 2 et 3 n'a donc aucune raison de quitter la position de la Fig. 4 quand la conduite reliée au canal 16' est avariée et quand la Dression nrovient du canal 14. 5i la pression vient dans l'autre sens, elle @'arri- ve que par la conduite reliée au canal 16, et elle s'exerce alors sur la totalité de la section droite de l'alésage 10. Il n'y a aucune pression arrivant au canal 16', oarce que la soupape conjuguée est aussi dans une position telle qu'elle obture l'arrivée du fluide dans la conduite aboutissant au canal 16'. Considérons maintenant la dynamique de la soupape, c'est-à-dire les conditions de passage de la position de la Fig. 2 à celle de la Fig. 4 dans le cas d'une défaillance, c'est-à- dire - soit que du fluide sous pression arrivant par 14 débouche en ,5 dans une canalisation en bon état, la canalisation aboutissant en 16' étant défectueuse, - soit oue du fluide sous pression arrive en 16 par une canalisation en bon état, la canalisation aboutissant en 16' étant défectueuse, - soit encore que la soupape ait un défaut de fonctionnement. Dans ces trois cas, le temos de passage d'une nosition à l'autre dépend de multiples paramètres (pression de service, viscosité et densité du fluide, etc...) et parmi ces paramè- tres figure le rapport de la section des orifices '2 et 1 2' ('ig. 6), d dit9 orifices dynamiques (puisque c'est Dar eux que s'exerce sur les plongeurs 2 et 3 les forces qui les font se rapprocher l'un de l'autre en fonctionnement normal), à la section de l'alésage 10. Plus petit est ce rapport, plussensible est le déséquilibre des forces agissant sur les plongeurs 2 et 3 en cas d'avarie, et nlus ranide est le temps de Fonctionnement de la soupape quand il y a avarie. Toutefois, si ce rapport est trop petit, la soupape orésente, en fonctionnement normal (c'est-à-dire en l'absence d'avarie), une constante de temps excessive qui retarde exagérément la transmission du signal à transmettre par le fluide. La valeur de ce rapport résulte donc d'un compromis. L'expérience montre que, dans les conditions pratinues courantes, ce rapport doit ëtre compris entre un cinquième et un trentième. Couramment, le rapport pourra entre voisin de un quinzième, éventuellement de un trentième si l'on veut obtenir des temps de réponse descendant au centième de seconde, nar exemple. Ces chiffres corresoondant à des paramètres d'emploi moyens quand il s'agit d'une transmission du type hydraulique. REVENDICATIONS 1.- Soupape à commande par pression différentielle utilisable au départ et à l'arrivée de canalisations à fluide jumelées, assurant en cas de défaillance par fuite dans l'une des dites canalisations l'isolement de cette canalisation et provoquant, tant que persiste cette défaillance, la fermeture d'un circuit électrique d'alarme, la dite soupape comportant un ensemble mobile formant piston monté coulissant dans l'alésage cylindrique central d'un boîtier de façon à définir dans ce dernier deux chambres de contrôle de pression opposées symétriques percées xdvnamlque chacune d'un premier orifice d'admission (ou de sortie) de fluide dans l'axe de l'alésage et d'un second orifice relié å une des dites canalisations, des moyens élastiques de rappel pour solliciter normalement le dit ensemble mobile dans une position de repos déterminée, et un conjoncteur de circuit électrique d'alarme ou d'ordre conçu pour être actionné par le dit ensemble mobile lorsque la différence de pression entre les deux chambres de contrôle sollicite ce dernier en écartement de la dite position de repos, le dit ensemble mobile étant caractérisé s - en ce qu?il se compose de deux plongeurs mobiles montés symétriquement dans le dit alésage de part et d'autre d'un ressort unique provoquant l'écartement des dits plongeurs et leur maintien dans la dite position de repos, d'où il résulte, notamment, que la dite soupape est réversible. 2.- Soupape selon la revendication 1, caractérisée t - en ce que les dits plongeurs ont la forme d'un cylindre qui coulisse de façon étanche ou non étanche dans le dit alésage, surmonté d'un clapet et, - en ce que la pression de tarage du dit ressort est déterminée à une valeur telle que sous la pression du dit ressort les dits clapets obstruent les dits orifices d'admission (ou de sortie) de fluide dans la dite position de repos, 3.- Soupape selon la revendication 2, caractérisée - en ce que les dits clapets des dits plongeurs sont constitués par des billes auto-centreuses. 4.- Soupape selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lecuelle le rapport des sections du premier orifice dynamique et de l'alésage est compris entre un cin@uième et un trentième. 5.- Soupape selon la revendication 4 dans laquelle le dit rapport est voisin @e un @uinzième. 6.- Soupape selon la revendication 4 dans laquelle le dit rapport ast voisin de u@@ trentième, ce qui a pour résultat d'obtenir un tem@s de réponse de l'ordre du centi@me de seconde.