Brevet FR2341738A1 — publié le 19770916

La présente invention concerne des perfectionnements aux unités de surpression actionnées par un filtre moteur. Par cette expression, on entend, dans la présente description,tout dispositif pour provoquer, sur un fluide à.distri- buer dans un réseau d'utilisation, une surpression provenant d'un fluide moteur, du type comprenant deux cylindres coaxiaux alimentés respectivement en fluide à distribuer et en fluide moteur, et dans lesquels se déplacent d'un mouvement alternatif deux pistons a double effet solidaires d'une tige commune, l'un de ces pistons étant constamment soumis a la pression du fluide moteur et l'autre transmettant constamment cette pression au fluide a distribuer. Plus particulièrement, l'invention vise une unité de surpression du type ainsi défini, et destiné à assurer la surpression d'eau au moyen d'air comprimé, notamment la surpression de liteau potable en provenance du réseau urbain et destinée a être consommée dans un immeuble d'habitation. Dans cette application, il est très important qu'il n'y ait pas de mélange possible entre l'eau et l'air comprimé. Le passage d'air comprimé dans l'eau donnerait lieu a des bulles d'air provoquant des éclaboussures a la sortie des robinets. Le passage d'eau dans l'air comprimé peut être encore plus gênant ; en effet, la détente de l'air à l'échappement provoque un abaissement de température qui fait qu'une partie de liteau contenue dans l'air se transforme en givre, l'accumulation de givre dans le circuit d'échappement pouvant produire un blocage de celui-ci, entraînant l'arrêt du surpresseur. I1 est important aussi de réduire au minimum l'effet abrasif des particules de sable et autres matières solides qui sont souvent présentes dans les réseaux urbains d'eau potable. Grâce au dispositif selon l'invention, tel qu'il sera défini ci-après, le surpresseur est constitué de telle sorte qu' il ne peut jamais y avoir de mélange entre le fluide moteur et le fluide à surpresser, même en cas de défaillance ou d'usure des joints d'étanchéité. En outre, l'effet abrasif des particules solides pouvant être entraînées par le fluide à surpresser ou par le fluide moteur est réduit au minimum.Au surplus, l'invention vise, en combinaison avec un tel surpresseur, un organe de régulation, qui ajuste à chaque instant l'énergie motrice de façon que la pression de refoulement du fluide surpressé soit maintenue constamment au niveau choisi, par l'utilisateur, aussi bien dans dans la course aller que dans la course retour du piston à double effet, et quels que soient les débits consommés et les fluctuations de la pression d'arrivée du fluide à surpresser et celles de la pression du fluide moteur. Cette régulation est faite de telle sorte que l'énergie motrice utilisée à chaque instant soit minimale. Le niveau choisi par l'utilisateur est réglable à tout moment. Enfin, un organe de sécurité éventuel empêche le fonctionnement du surpresseur lorsque la pression d' arrivée du fluide à surpresser est anormalement basse. Les organes de régulation et de sécurité, le système d'inversion et les clapets de retenue incorporés dans le surpresseur sont totalement accessibles de l'extérieur, en vue des révisions et réparations, sans qu'il soit nécessaire de démonter le surpresseur ni de le débrancher. De plus, l'unité de surpression selon la présente invention est fiable, compacte, d'un démontage complet et facile, et d'une fabrication économique utilisant un maximum d'éléments standard existant sur le marché. Les avantages précités ainsi que d'autres résultent du choix des organes constitutifs de l'appareil suivant l'invention, et de leur agencement original. A cet effet, selon une première caractéristique de l'invention, les deux cylindres sont réunis par un fond commun et ladite tige traverse ce fond par un alésage avec interposition d'un joint d'étanchéité du côté de chaque cylindre, entre ces deux joints étant pratiqué un évidement communiquant avec un passage pour l'éva- cuation des fuites éventuelles de l'un des fluides à travers le joint correspondant. Selon une seconde caractéristique de l'invention,en vue d'éliminer l'effet abrasif des particules de sable présentes dans l'eau, au moins sur un côte dudit alésage, ainsi que au moins sur un piston, sont montés'des joints du type "racleur". Selon une troisième caractéristique de l'invention, le fond externe de chaque cylindre, opposé au fond central commun, comporte un poussoir muni d'un ressort de rappel, en vue d'actionner, en fin de course du piston correspondant, le système d'inversion du sens de déplacement de l'ensemble des deux pistons et de leur tige commune. Dans la pratique, ledit système d'inversion est avanta geusement constitué par un distributeur pneumatique à cinq voies et deux positions, à commande pneumatique équilibrée, commandé par deux vannes pneumatiques à trois voies et deux positions, à commande pneumatique et retour automatique, situées contre lesdits fonds externes de manière à être actionnées par lesdits poussoirs en fin de course du piston. Enfin, de préférence, l'organe de régulation de l'éner- gie motrice est constitué par un élément sensible à la pression de refoulement du fluide surpressé, et qui contrôle la pression et le débit du fluide moteur de façon à maintenir ladite pression de refoulement au voisinage d'un niveau prédéterminé, tandis que l'organe de sécurité est un élément sensible à la pression d'arrivée du fluide à surpresser, et qui obture le passage de fluide moteur vers le surpresseur lorsque ladite pression d'arrivée tombe au-dessous d'un seuil prédéterminé. L'invention sera mieux comprise par la description dé- taillée ci-après faite en référence au dessin annexé. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure l est une vue globale d'une unité de surpression selon la présente invention. La figure 2 est une coupe partielle du surpresseur suivant A-A de la figure 1. La figure 3 est une coupe axiale des organes de régulation et de sécurité. Afin de faciliter la description, sans que toutefois celle-ci ait un caractère limitatif, on supposera dans ce qui va suivre que le fluide moteur est de l'air comprimé et que le fluide à surpresser est de l'eau potable en provenance d'un réseau urbain. L'unité de surpression représentée dans la Figure 1 comporte : un surpresseur 1, avec son système d'inversion formé par le distributeur 2 et les valves pilotes 3 et 4 ; un organe de régulation 5 ; un organe de sécurité 6 ; et un orifice d'entrée de l'air comprimé 7. Le surpresseur, représenté dans la figure 2, comporte un cylindre à air 8 et un cylindre à eau 9 avec les fonds de cylindres correspondants 10 et Il et un fond central commun 12, l'ensemble étant maintenu par des tirants 13 ; un piston à air 14, un piston à eau 15 et une tige commune 16, l'ensemble étant assemblé par des écrous 17 ; deux clapets d'entrée 18 et 19 reliés par un té d'entrée 20 à l'orifice d'arrivée d'eau 21 ; deux clapets de sortie 22 et 23 reliés par un té de sortie 24 à l'orifice de refoulement d'eau 25. Le piston 14 est muni d'un segment de guidage 26 et de deux joints d'étanchéité 27 et 28; ceux-ci sont des joints à lèvre qui assurent l'étanchéité entre les deux chambres à air 29 et 30 et en même temps balayent la surface du cylindre 8 avant le passage du piston pour éviter l'incrustation des particules solides qui s'y trouvent éventuellement. Le piston 15 est muni d'un segment de guidage 31 et de deux joints d'étanchéité 31 et 33 ; ceux-ci sont des joints à lèvre qui assurent l'étanchéité entre les deux chambres à eau 34 et 35 et en même temps balayent la surface du cylindre 9 avant le passage du piston pour éviter l'incrustation des particules solides qui s'y trouvent éventuellement. Le fond externe 12 est muni d'un segment de guidage 36, de deux joints d'étanchéité 37 et 38, et de deux joints râcleurs 39 et 40 ; ces derniers balayent la surface de la tige 16 pour éviter l'incrustation des particules solides qui s'y trouvent éventuellement. Toute fuite éventuelle d'air comprimé de la chambre 30 à travers les joints 39 et 37 est évacuée à l'extérieur par l'évidement 41 et le passage 42. De même, toute fuite éventuelle d'eau de la chambre 34 à travers les joints 40 et 38 est évacuée à l'extérieur par l'évidement 41 et le passage 42. Le distributeur 2 est un distributeur pneumatique à 5 voies et 2 positions , à commande pneumatique équilibré (du type du distributeur DTP 41130 fabriqué par la Compagnie Parisienne d'OUtillage à Air Comprimé). Les valves pilotes 3 et4 sont des vannes pneumatiques à 3 voies et 2 position$, à commande mécanique et retour automatique,normalement fermées (du type de la vanne V3I-NF fabriquée par la Compagnie Parisienne d'Outillage à Air Comprimé). Le fonctionnement du surpresseur est le suivant. Supposons la position du distributeur 2 telle que l'air comprimé passe par le conduit 47 et le passage 48 à la chambre 30 et la chambre 29 est reliée à l'échappement par le conduit 49 et le passage 50. Le mouvement du piston se fait alors vers le haut ; l'eau qui arrive par le passage 21 passe par le clapet 19 dans la chambre 35 ; simultanément, l'eau sort de la chambre 34 par le clapet 22 vers l'orifice de refoulement 25. En fin de course ascendante, l'extrémité supérieure de la tige enclenche le poussoir 44 qui actionne la valve 3, mettant en communication les conduits 51 et 52 ; l'air comprimé du conduit 51 passe donc dans le conduit 52, ce qui produit l'inversion du distributeur 2.Le distributeur met alors à l'échappement la chambre 30 à travers le passage 48 et le conduit 47 et fait passer l'air comprimé dans la chambre 29 à travers le conduit 49 et le passage 50. Le mouvement du piston se fait alors vers le bas ; l'eau qui arrive par le passage 21 passe par le clapet 18 dans la chambre 34 ; simultanément, l'eau sort de la chambre 35 par le clapet 23 vers l'orifice de refoulement 25. Dès que la tige commence à descendre, le ressort de rappel 44 ramène le poussoir 43 à sa position normale, ce qui désactive la valve 3 qui isole alors le conduit 51 et met le conduit 52 en relation avec un orifice de décharge (non représenté). En fin de course descendante, l'inversion se déroule de manière analogue à ce qui a été décrit, au moyen du poussoir 45, muni du ressort de rappel 46, qui actionne la valve 4 laquelle commande l'inversion du distributeur 2. Le mouvement du piston se fait au rythme de la consommation d'eau à la sortie du surpresseur. Les forces de pression appliquées aux pistons 14 et 15 se transmettent à travers la tige 16. I1 en résulte que la pression de refoulement de l'eau est, en première approximation, égale à la somme de la pression d'arrivée de l'eau et de la pression d'admission de l'air comprimé (en supposant égaux les diamètres des cylindres 8 et 9, et en négligeant les frottements, les pertes de changes internes et la section de la tige 16 par rapport à la section des cylindres 8 et 9). On remarquera que la partie supérieure du surpresseur de la figure 2 est un moteur pneumatique du type alternatif à double effet, la partie inférieure étant une pompe hydraulique du type alternatif à double effet. Par rapport à la solution connue consistant à coupler d'une part un moteur pneumatique et d'autre part une pompe hydraulique, le surpresseur selon la présente invention présente d'importants avantages : les problèmes d'alignement des deux cylindres et de couplage des deux tiges sont éliminés ; l'encombrement est sensiblement réduit ; la fabrication est beaucoup plus économique en matériel et en temps de montage ; l'entretien est plus facile. En outre l'avantage de séparation totale du fluide moteur et du fluide surpressé et conservé. L'organe de régulation 5, est sensible à la pression de refoulement de l'eau, et ajuste l'énergie motrice à chaque instant de façon à maintenir la pression de refoulement au niveau choisi par l'utilisateur. La figure 3 fait apparaître la structure du régulateur 5. I1 comporte un obturateur 55 qui peutfermerou ouvrir de manière re variable le passage de l'air comprimé entre l'orifice d-'entrée 56 et l'orifice de sortie 57. La position de l'obturateur est commandée par la membrane 58 qui compare la pression dans la chambre de pilotage 59 à la pression de rappel déterminée par le ressort 60. Le conduit le pilotage 61 relie le té de sortie 24 à la chambre de pilotage 59 pour y transmettre la pression de refoulement de l'eau. Lorsque cette dernière pression est inférieure à la pression de rappel,l'obturateur 55 se place en position ouverte, augmentant ainsi le débit et la pression d'admission de l'air comprimé et, en conséquence, augmentant aussi la pression de refoulement de l'eau.Lorsque cette dernière pression atteint le niveau de la pression de rappel, l'obturateur se place en position fermer. L'organe de régulation agit donc par rétroaction sur la pression et le débit de l'air comprimé de façon à maintenir la pression de refoulement au niveau déterminé par la pression de rappel du ressort. La force de rappel du ressort peut être fixée à la valeur voulue par l'utilisateur par l'intermédiaire de la manette 62. La pression de refoulement de l'eau reste ainsi voisine du niveau choisi par l'utilisateur, indépendamment du débit consommé et des variations éventuelles de la pression d'entrée de l'air comprimé et de la pression d' arrivée de l'eau. La combinaison du régulateur 5 avec le surpresseur 1 est particulièrement intéressante étant donné la structure de ce dernier. En effet, en l'absence du régulateur 5, même dans le cas ou la pression d'entrée de l'air comprimé et la pression d'arrivée de l'eau restent constantes, la pression de refoulement serait plus élevée dans la course ascendante que dans la course descendante. Si on suppose que le diamètre de la tige 16 et le diamètre des cylindres 8 et 9 sont dans un rapport 1 : 5, l'oscillation de la pression de refoulement serait égale à 8 % de la valeur de la pression d' arrivée de l'eau. Le régulateur 5 permet d'éliminer cet inconvénient. L'organe de sécurité 6 est sensible à la pression d'arrivée de l'eau, et il coupe le passage d'air comprimé vers le surpresseur lorsque la pression d'arrivée de l'eau est inférieure à un seuil prédéterminé. On évite ainsi le risque de cavitation ou d'aspiration d'air dans le cas d'une coupure d'eau dans le réseau urbain. La figure 3 fait apparaître la structure de l'organe de sécurité 6. I1 comporte un obturateur 63 pouvant ouvrir ou fermer le passage entre l'orifice d'entrée 57 et l'orifice de sortie 64. Le conduit de pilotage 65 relie le té d'arrivée 20 à la chambre de pilotage 66 pour y transmettre la pression d'arrivée de l'eau. L'obturateur 63 est normalement en position ouverte. Mais lorsque la pression d'arrivée de l'eau devient inférieure à un seuil déterminé par la pression de rappel du ressort 67, l'obturateur 63 ferme le passage de l'air comprimé. Simultanément, ltor- gane 68 passe en dessous du joint d'étanchéité 69 et laisse échapper l'air comprimé qui se trouvait déjà dans le surpresseur. Le seuil de coupure peut être fixé à la valeur voulue par l'utilisateur par l'intermédiaire de la manette 70. L'unité de surpression suivant la présente invention résout les problèmes posés par la surpression de l'eau au moyen d'air comprimé. L'unité de surpression décrite est particulièrement adaptée à la surpression de l'eau potable en provenance d'un réseau urbain et destinée à être consommée dans un immeuble d'habitation. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour provoquer sur un fluide à distribuer dans un réseau d'utilisation une surpression provenant d'un fluide moteur, du type comprenant deux cylindres coaxiaux alimentés respectivement en fluide à distribuer et en fluide moteur, et dans lesquels se déplacent d'un mouvement alternatif deux pistons à double effet solidaires d'une tige commune, l'un de ces pistons étant constamment soumis à la pression du fluide moteur et l'autre transmettant constamment cette pression au fluide à distribuer, caractérisé en ce que les deux cylindres sont réunis par un fond commun, et ladite tige traverse ce fond par un alésage avec interposition d'un joint d'étanchéité du côté de chaque cylindre, entre ces deux joints étant pratiqué un évidement communiquant avec un passage pour l'évacuation des fuites éventuelles de l'un des fluides à travers le joint correspondant. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au moins sur un coté dudit alésage, ainsi que au moins sur un piston, sont montés des joints du type "racoleur" 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fond externe due chaqué cylindre, opposé au fond central commun, comporte un poussoir muni d'un ressort de rappel, en vue d'actionner, en fin de course du piston correspondant, le système d'inversion du sens de déplacement de l'ensemble des deux pistons et de leur tige commune. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit système d'inversion est constitué par un distributeur pneumatique à cinq voies et deux positions, à commande pneumatique équilibrée, commandé par deux vannes pneumatiques à trots voies et deux positions, à commande pneumatique et retour automatique, situées contre lesdits fonds externes de manière à être actionnées par lesdits poussoirs en fin de course du piston. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' il comporte, au surplus, un organe de régulation de l'énergie motrice, sensible à la pression de refoulement du fluide surpressé, et qui contrôle la pression et le débit du fluide moteur de façon à maintenir ladite pression de refoulement au voisinage d'un niveau prédéterminé. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, au surplus, un organe de sécurité, sensible à la pression d'arrivée du fluide à surpresser, et qui obture le passage de flui de moteur vers le surpresseur lorsque ladite pression d'arrivée tombe en dessous d'un seuil prédéterminé.