Brevet FR2276524A1 — publié le 19760123

L'invention a pour objet un papillon d'étranglement pour conduites tubulaires à fonctionnement automatique actionné par la pression, destiné notamment à titre monté dans les tuyaux d'échappement de moteurs à explosion, dans lequel l'axe de rotation est monté en position centrale dans la conduite tubu- laire ou un bottier du papillon d'étranglement. Les papillons d'étranglement à montage central de type courant se trouvent toujours, quelle que soit leur position, dans un état d'indifférence parce que les deux ailes du papillon qui ont la mtme dimension ne présentent pas de couple de rotation résultant. Ces papillons doivent donc entre toujours commandés de l'extérieur par des accessoires de commande. Pour obtenir un papillon d'étranglement à commande automatique en fonction de la pression régnant dans la conduite tubulaire intéressée, on sait écarter l'axe de rotation de sa position centrale dans la conduite tubulaire pour le disposer de façon excentrique. De cette façon, les surfaces des ailes prennent des dimensions différentes, ce qui donne naissance, sous l'effet de la pression, à un couple de rotation résultant qui, lorsque la pression augmente, augmente lui-meme proportionnellement à cette pression, ce qui a pour effet d'ouvrir le papillon, qui est nornalement maintenu en position fermée par des systèmes de ressort connus ou de toute autre manière.Mais l'inconvénient de tels papillons est qu'ils ne peuvent astre disposés que dans des conduites ou tuyaux de section transversale carrée ou rectangulaire pour pouvoir être ouverts totalement. Pour emp & her qu'il ne se forme éventuellement dans la conduite une surpression lorsqu'on utilise des papillons d'é- tranglement à montage central, ce qui n'est possible qu'à l'aide d'une commande de réglage en fonction de la pression, on recourait jusqu'à maintenant à un palliatif consistant à monter une soupape de strette supplémentaire ou un élément analogue, le papillon lui-même ne servant qu'à assurer la fermeture totale ou des étranglements constants. C'est ainsi que la demande de brevet allemand 1555853 a proposé un papillon d'étranglement à axe de rotation central, monté dans le tuyau d'échappement d'un moteur à explosion, agissant comme frein moteur et commandé de l'extérieur, avec lequel il est prévu dans le prolongement de l'axe de rotation une soupape de surpression sur laquelle la pression agit par des trous ou lumières, ménagés au voisinage immédiat de l'axe de rotation, dans le tuyau d'échappement ou dans le boîtier du papillon. Lorsque la pression augmente au delà d'une valeur admissible déterminée, cette soupape de surpression s'ouvre et les gaz d'échappement sont amenés dans la conduite sans pression qui se trouve derrière le papillon d'étranglement.Certes, il s'agit là d'un dispositif à fonctionnement automatique, mais il est relativement compliqué et cofteux, de sorte qu'il est compréhensible que l'on ait cherché des solutions plus simples, avant tout parce que le débit de passage d'une telle soupape de surpression est limité. Un but de l'invention est donc de proposer un papillon d'étranglement à fonctionnement automatique, du type décrit au début, qui soit simple et d'un prix de revient peu élevé et qui puisse être monté dans n'importe quelle conduite tubulaire. La régulation doit pouvoir s'effectuer de telle sorte que quelque soit le débit de passage, on ait une perte de charge constante. Ce but est atteint gr ce à l'invention, par le fait que la face du corps de papillon subissant la pression du gaz d'échappement présente dans un plan perpendiculaire à son axe de rotation un angle de pliage et par le fait que le produit de la surface et de la distance du centre de gravité de la surface à l'axe de rotation est plus grand pour la surface de l'aile la plus inclinée que pour la surface de l'autre aile. Selon un mode de réalisation préféré, la pente la plus forte de la surface d'aile s'étend dans le sens d'écoulement des gaz. Le problème posé est ainsi totalement résolu. Gracie à la disposition centrale de l'axe de rotation, le corps de papillon peut entre monté dans n'importe quelle conduite ou tuyau et être ouvert entièrement. Dans une position d'étranglement, la différence despressions sur le corps de papillon provoque un couple de rotation, de sorte que le corps de papillon pivote autour de son axe dans le sens d'ouverture en fonction du débit de passage, jusqu a ce que soit obtenu un équilibre avec un couple de rotation antagoniste dont la force est réglable à volonté. Un couple de rotation antagoniste déterminé ayant été donné, le corps de papillon ne va quitter sa position de fermeture que lorsque le couple de rotation appliqué au corps de papillon sous l'effet de la différence de pression dépasse la valeur du couple de rotation antagoniste. On voit donc que ce papillon d'étranglement joue d'une façon très simple et de façon nouvelle le meme ralle qu'une soupape de surpression, sans que pour autant le débit de passage soit limité. Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, au moins une extrémité de l'axe de rotation passe à travers le tuyau, comme il est connu en soi, pour permettre de disposer à l'extérieur du tuyau le dispositif qui exerce le couple de rotation antagoniste. Un tel dispositif peut entre un contre-poids réglable, un ou des ressorts réglables, un vérin à air comprimé ou un dispositif analogue, adapté à maintenir le papillon en position de fermeture avec un couple de rotation détermine. Selon une variante le couple de rotation antagoniste est appliqué à l'intérieur du papillon d'étranglement, par exemple en conformant l'axe comme ressort de torsion. On évite ainsi d'avoir à accoler des éléments à l'extérieur de la conduite tubulaire. Enfin, il est encore proposé de munir, en plus, le papillon d'étranglement d'une commande d'entraRnement mécanique, hydraulique, pneumatique ou électrique, pour ne l'amener en position de travail qu'en cas de besoin, comme c'est par exemple nécessaire pour obtenir du frein moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui sera donnée ci-après uniquement à titre d'exemple. On se reportera à cet effet au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une coupe, effectuée suivant la ligne I-I de la figure 2, d'une conduite tubulaire dans laquelle est monté un papillon d'étranglement selon l'invention; - la figure 2 est une coupe effectuée suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 représente une conduite tubulaire avec le papillon d'étranglement selon l'invention et les moyens de commande et de réglage correspondants. Â la figure 1, on a représenté en 1 en coupe longitudinale une conduite tubulaire, ou une cage de papillon d'étrangle ment, et en 2 le corps de papillon également vu en coupe longitudinale, mais perpendiculaire à la précédente. Le corps de papillon 2 est fixé à un axe de rotation 3, monté pivotant dans la conduite tubulaire 1, traversant celle-ci d'un côté pour sortir à l'extérieur et à l'extrémité libre duquel se trouve un levier de papillon 4 pour une liaison avec des appareils de commande.Alors que, dans l'exemple représenté, la surface 5 du corps de papillon 2 qui est du coté opposé à l'arrivée des gaz est totalement plane pour que la résistance à l'écoulement soit la plus faible possible en position ouverte, la face 6, sur laquelle arrivent les gaz est pliée en V en 7, de sorte qu'elle est subdivisée en deux surfaces d'aile 6a et 6b de grandeurs différentes. S'il apparat devant le corps du papillon 2 une pression figurée par des flèches 8, le couple de rotation d'ouverture augmente proportionnellement à cette pression, parce que la force agissant sur la surface d'aile Ga est plus grande et agit sur un bras de levier plus long que la force agissant sur la surface d'aile Gb qui est plus petite.Dès que la valeur préréglée du couple de rotation d'ouverture est atteinte (figure 3) le corps de papillon 2 tourne autour de son axe. La perte de charge/au corps de papillon 2 est alors pratiquement indépendante du débit de passage des gaz. On voit à la figure 2 que, même avec des conduites tubulaires à section transversale circulaire, le corps de papillon 2 peut pivoter sans résistance pour venir dans sa position d'ouverture. On voit à la figure 3 un vérin de commande 9 articulé au levier de papillon 4 et fixé par son autre extrémité à la conduite 1. Le piston 10 du vérin de commande 9 est, comme c'est par exemple le cas en fonctionnement de frein moteur, maintenu, lorsque le moteur fonctionne normalement, par un ressort Il dans une position où le corps de papillon 2 laisse libre la totalité de la section transversale du tuyau. Si le frein moteur doit agir, le piston 10 subit une pression hydraulique ou pneumatique contre la force du ressort Il et le corps de papillon est amené dans sa position de fermeture. Enfin il est prévu encore entre le levier de papillon 4 et le vérin de conmande 9, un ressort régulateur réglable 12, à l'aide duquel on peut adapter le couple de rotation d'ouverture aux conditions du moment. La fonction du ressort régulateur 12 peut également entre assurée, avec une pression de commande définie, par le vérin de commande 9. Pour terminer, il faut encore noter qu'on resterait entièrement dans le cadre de l'invention en utilisant un tel papillon simplement pour une mesure de débit ou si, pour d'autres opérations de commande, il était nécessaire d'avoir un dispositif de commande agissant de façon inverse. REVENPICBfCIONS 1. Papillon d'étranglement pour conduites tubulaires à fonctionnement automatique actionné par la pression, tel que papillon monté dans un tuyau d'échappement de moteur à explosion, dans lequel l'axe de rotation est monté en position centrale dans la conduite tubulaire ou un bottier du papillon d'étranglement, caractérisé en ce que la face (6) du corps de papillon (2) soumise à la pression des gaz présente, dans un plan perpendiculaire à son axe de rotation (3), un angle de pliage (7), etceltete produit de la surface et de la distance du centre de gravité de/ surface à l'axe de rotation (3) est plus grand pour la surface de l'aile la plus inclinée (6a) que pour la surface de l'autre aile (go). 2. Papillon d'étranglement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de l'aile (6a), pour laquelle le produit de la surface par la distance entre le centre de gravité de surface et l'axe de rotation (3) est le plus grand, est plus fortement inclinée dans le sens d'écoulement des gaz que la surface de l'autre aile (6b). 3. Papillon d'étranglement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face (S) du corps de papillon (2) qui n'est pas soumise à la pression des gaz est une surface plane de contour elliptique. 4. Papillon d'étranglement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une extrémité de l'axe de rotation (3) traverse la conduite tubulaire (1) pour sortir à l'extérieur et un organe (12), tel qu'un ressort, exerçant une force, agit sur cette extrémité libre dans le sens de fermeture du papillon (2). 5. Papillon d'étranglement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe (12) exerçant une force applique au papillon (2) un couple de rotation modifiable. 6. Papillon d'étranglement selon l'une quelconque des revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que l'extrémité de l'axe de rotation qui traverse la conduite tubulaire (1) pour sortir à l'extérieur est reliée à un vérin de commande (9) de l'un quelconque des types hydraulique, pneumatique et hydraulique et mécanique, commandant le papillon à 1 'ouverture et à la fermeture. 7. Papillon d'étranglement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de rotation (3) est un ressort de torsion et produit un couple de rotation antagoniste maintenant le papillon (2) dans une position stable lorsqu'il est soumis à une pression nulle ou inférieure à une valeur donnée. 8. Papillon d'étranglement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur de la conduite tubulaire (1) un ressort, ou élément analogue, agissant sur le corps de papillon (2), maintenant ce corps dans une position stable lorsqu'il est soumis à une pression nulle ou inférieure à une valeur donnée.