Brevet FR2349084A1 — publié le 19771118

L'invention concerne les dispositifs destinés à réguler le débit d'un fluide à partir dtune source de pression variable, ces dispositifs sont généralement appelés : régulateurs de débit. Le but de l'invention est de perfectionner les régulateurs de débit à membrane pour leur conférer des performances élevées notamment sous l'aspect de l'aptitude à réguler des fluides sous basse pression avec des débits très faibles. On rappelle par la suite le fonctionnement et la constitution d' un régulateur de débit à membrane. Ce type d'appareil comporte un clapet destiné à réguler le débit en modifiant le passage qu'il détermine avec un siège. Ce clapet est commandé par le déplacement dTune membrane souple, soumise aux actions de la pression différentielle qui apparait aux extrémités d1un diaphragme ou d'un capillaire traversé par le fluide et liéeau débit de ce dernier. Dans les dispositifs connus, la membrane est rappelée par un res sort à boudin dans le sens qui entraine une augmentation de débit; la pression différentielle augmentant avec le débit, celle-ci s' oppose par l'intermédiaire de la membrane à la tendance de dEpla- cement du2au ressort pour fixer le clapet à la position qui conduit au débit nominal pour lequel le régulateur a été réglé. Lorsque la régulation doit s'effectuer avec des pressions différentielles très basses, c 'est-à-dire lorsque le débit régulé est faible et, ou, que la pression du-fluide qui alimente le régulateur est peu élevée par rapport à la pression d'utilisation, le fonctionnement des régulateurs connus est pertubé et des dérives apparaissent. Ces dérives ont pour origine es forces de frottements qui apparaissent au niveau de la liaison mécanique de la membrane et du clapet et par les variations de l'effort du ressort dues aux modifications du positionnement des extrémités de ce dernier sur leur appui, notamment lorsque le régulateur est soumis à des vibrations ou à des chocs.Ces causes pertubatrices du fonctionnement créent en effet des forces variables importantes devant la force engendrée par la pression différentielle: les frottements provoquent des modifications du débit lorsque le pression d'alimentation varie et le changement des conditions d'appui des extrémités du ressort conduisent à des dérivées erratiques du débit. Dans l'invention, le rappel de la membrane est assuré par un ressort en forme de diaphragme dont la périphérie est imiobilisée dans le corps du régulateur; le point d'application des forces élastiques propres au ressort est situé au centre et est transmis à la membrane par un équipage mobile. Dans l'invention, le ressort est obtenu par découpe d'un feuillard plan, en matériau élastique, utilisé pour la confection des ressorts (du bronze au berrylium ou de l'acier par exemple). La souplesse du ressort est assurée par la présence de-bras réunissant la périphérie au centre, disposés sensiblement selon des spirales ou par un ensemble de découpes circulaires interrompues qui déterminent des anneaux flexibles, concentriques et liés les uns aux autres au niveau des interruptions. La figure 1 représente un ressort découpé selon la première solution qui utilise des bras spiralés et la figure 2 représente un ressort pourvu d'anneaux concentriques, il est bien entendu que les ressorts représentés ne constituent que des exemples et que les proportions, le nombre de bras ou d'anneaux peuvent être différents sans pour autant sortir des dispositions de l'invention qui prévoit l'utilisation de tels ressorts dans un régulateur à membrane. Un mode préféré de réalisation de ces ressorts, compris dans l'invention consiste à utiliser un feuillard dont les caractéristiques métallurgiques et physiques ont été préalablement stabilisées avant découpe par des moyens connus un traitement thermique par exemple, et à réaliser ensuite la découpe par attaque chimique, selon le processus connu de l'usinage chimique.Ce procédé est destiné à conférer une grande constance des caractéristiques du ressort dans le temps, notamment lorsque ce dernier doit subir des cycles thermi quels ou un environnement vibratoire important. Dans l'invention, la périphérie de la membrane est immobilisée dans le corps par un appui parallèle à celui prévu pour la fixation du ressort, et les déplacements des centres du ressort et de la membrane s'effectuent sur un même axe. L'équipage mobile qui transmet la poussée du ressort à la membrane comporte une pièce de révolution d'axe confondu avec celui sur lequel s'effectue le déplacement de la membrane et du ressort, cette pièce est appelée par la suite: poussoir dans l'exposé. Le poussoir est lié au centre de la membrane et il comporte deux plateaux destinés à serrer cette dernière de part et d'autre. Le plateau situé du cbté du ressort est de grand diamètre pour reporter lteffort du ressort sur la face de la membrane opposée à celle où s'exerce la pression différentielle.L'autre plateau, de petite dimension, appuie directement sur le clapet du régulateur qui est constitué dans l'invention par une bille. Entre le poussoir et le ressort est interposée une articulation destinée à découpler ces deux pièces de tous les efforts autres que ceux qui s'exercent selon ltaxe de déplacement défini précédemment; cette fonction est prévue pour éviter que les mouvements du ressort et de la membrane soient affectés par des forces autres que celles qui régissent le fonctionnement du régulateur c'est-à-dire l'effort développé par le ressort et la poussée de la membrane. En outre l'articulation permet les décentrages inhérents à la souplesse de la membrane, sans influencer sensiblement l'équilibre des forces. Dans l'invention, cette articulation est avantageusement réalisée par une simple bille centrée dans un trou perçé au centre du ressort et dans un alésage situé au niveau de l'extrémité du poussoir. Un autre perfectionnement du régulateur de débit, compris dans l'invention concerne le clapet destiné à la régulation de débit. Dans l'invention, le clapet est réalisé par une bille qui est rappelée par un ressort vers un siège conique et le mouvement du centre de la membrane est directement transmis à la bille par l'appui, sur cette dernière, du petit plateau solidaire du poussoir. Afin de maintenir les caractéristiques fonctionnelles du clapet lorsque le régulateur est utilisé avec des fluides agressifs, notamment avec des gaz chargés en vapeurs acides, l'invention prévoit l'associå- tion d'un clapet sphérique en Hastelloy avec un siège protégé de la corrosion par dorure. L'exemple suivant est destiné à illustrer l'invention, il ne limite pas l'invention qui peut être utilisée pour tous régulateurs à membrane. La figure 3 planche 2 représente, vu en coupe, un régulateur muni des perfectionnements prévus par l'invention. La membrane 1 est solidarisée sur le corps 2 au niveau de l'appui 3 par la cale 4 qui détermine la contrainte du ressort 5, la rondelle 6 serre l'ensemble précédent par l'action de vissage au niveau 7 du chapeau 8 qui ferme la cavité dans laquelle est situé le ressort, un joint torique 9 assure l'étanchéité. Le ressort représenté sur l'exemple est obtenu conformément à l'invention par découpe chimique d'un feuillard en bronze au berrylium préalablement stabilisé thermiquement. Le diaphragme 10 destiné à créer la pression différentielle proportionnelle au débit du fluide est placé sur la sortie du régulateur. La pression en aval de ce diaphragme est transmise à la face de la membrane adjacente à la cavité définie précédemment par un ensemble de perçages 11, 12 et13. La poussée du ressort sur la membrane s'effectue par l'intermédiaire de l'équipage mobile constitué du poussoir métallique 14 et de l'articulation 15, réalisée par une bille ; cette bille est maintenue en place par ses encastrements partiels dans le trou central du ressort et dans centrée de l'al6- sage centré à l'extrémité du poussoir. La partie du poussoir située vers le clapét comporte le petit plateau, en contact avec le clapet, un sertissage assure le serrage de la membrane par le plateau 16 qui répartit les efforts sur la parties centrale de cette dernière. Le clapet est réalisé par la bille en Hastelloy 17, elle réalise avec le siège conique usiné dans la pièce 18, ltorifice variable réglant le débit du fluide. La bille est poussée vers le siège, protégé par dorure, par un ressort conique 19 maintenu dans 18 par le circlips 20. Les entrées et sorties du fluide sont indiquées sur le dessin par des flèches. REVENDICATIONS l Régulateur de débit à membrane caractérisé par le fait que-la membrane est rappelée par un ressort diaphragme dont la poussée s'exerce par l'intermédiaire d'un équipage mobile. 2Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la périphérie du ressort est immobilisée dans le corps du régulateur. Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le ressort est obtenu par découpe chimique d'un feuillard ayant préalablement subi un traitement de stabilisation. 4Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la souplesse du ressort est assurée par des bras réunissant la péri phérie au centre et disposés sensiblement selon des spirales. 5 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la souplesse du ressort est assurée par un ensemble de découpes cir culaires interrompues qui détermine des anneaux flexibles concen triques et liés les uns aux autres au niveau des interruptions. 6 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que 1' équipage mobile est constitué par un poussoir lié au centre de la membrane et par une articulation. Dispositif selon revendication l et 6 caractérisé par le fait que l'articulation est réalisée par une bille centrée dans un trou du ressort et dans l'extrémité d'un alésage dans le poussoir. 8 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le poussoir est en contact direct avec le clapet. 9Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le clapet est constitué par une bille en -Hastelloy. ssoDispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le siège du clapet est protégé par dorure.