Brevet FR2332565A1 — publié le 19770617

L'invention concerne un régulateur de pression. Em ce qui concerne les régulateurs de pression, il est-souhaitable d'équilibrer substantellement les pressions de fluide agissant sur les optés amont et aval de l'élément de soupape qui commande le débit de fluide à travers un tel régulateur pour que les variations de la pression d'entrée n'aient qu'un effet minimal sur l'opération d'ouverture ou de fermeture de la soupape, Dans les conceptions précédentes de régulateurs, telles celles décrites dans le brevet américain nO 2.761.464, un tel élément de commande possède une partie cylindrique pendante qui est engagée dans un alésage d' une pièce de carter pour constituer une chambre d'équilibrage, et une garniture est prévue dans une rainure externe de la partie cylindrique pour assurer l'étanchéité de cette chambre d'équilibrage. La partie cylindrique est un tiroir fermé ajus- té dans son alésage de carter pour guider la soupape et un ressort est monté dans la chambre d'équilibrage en contact avec l'élément de commande pour le pousser vers sa position fermée. Ce ressort est de diamètre relativement faible et ne contribue que peu au guidage de ltélément de commande qui est lui-mme relativement long et massif. Pans ces conceptions préoédentes de régulateurs, l'élément de commande est attaché à une tige de commande su moyen de pièces, soit vissées, soit assemblées à la preste qui sont toujours conteuses à fabriquer ou à assembler ou qui ne sont pas complètement fiables. Ainsi, dans le brevet américain nO 3.631.878 la tige est prévue avec un épaulement pour abouter l'autre c6té de l'élément de commande. La mise en place à la presse du rivet dsassemblage sur la tige doit être précise et serrée pour titre str qu'il ne glissera pas, entrainant le desserrage de l'élément de commande sur sa tige. Cependant, un assemblage à la pression très serré, rend difficile le désassemblage des pièces et peut aussi titre difficile à réaliser sans briser la tige, qui est de préférence en matériau plastique. L'irrentior a pour but de créer un régulateur de pression qui surmonte les difficultés rencontrées avec les dispositifs connus et qui possède une sensibilité de commande et une uniformité de régulation de la pression, accrues. L'invention concerne à cet effet un régulateur de pression caractérisé par une chemise cylindrique qui s'étend depuis la tette de soupape, plus préci sément depuis la face amont de l'élément de commande, dans la partie amont de passage de fluide et est ouverte à son extx6- mité opposée à cette toute de soupape, une garniture d'étan chéité étant en contact glissant avec la surface intérieure de la chemise pour former à l'intérieur de cette chemise une chambre d'équilibrage rendue étanche par rapport à cette partie amont de passage par cette garniture d' étanchéité, cette garniture d'étanchéité délimitant, avec la chemise cylindrique, sur l'élément de commande une seconde surface qui soit sensiblement identique et opposée à une première surface (oW s'exerce la pression d'aval), un second passage réunissant la chambre d'équilibrage à la partie aval de passage, ce qui équilibre sensiblement les pressions de fluide agissant sur les faces opposées de l'élément de commande, cette garniture étant portée par une partie qui peut entre enlevée du carter pour accéder à cette garniture. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe en long d'un régulateur de pression selon l'invention. - la figure 2 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie d'une partie annulaire fendue de la tige de commande de soupape. - la figure 3 est une vue d'en-dessous de la tige de commande de soupape de la figure 2. Le régulateur de pression représenté sur les figures comporte un carter constitué par un corps de carter 10, un chapeau inférieur 11, un bonnet 12 (ou chapeau supérieur), chacun de ces deux derniers étant assemblé sur le corps de carter 10 par un filetage. le corps de carter 10 et le chapeau inférieur 11 forment un chemin de passage principal travers le carter, chemin qui comprend une partie d'entrée 15, une chambre ou partie de passage d'amont 1C;, une partie de sortie 17 et une partie de passage d'aval formant aussi une chambre d'aval 18, de forme généralement cylindrique, qui est séparée de la chambre d'amont 16 par un siège de soupape, annulaire, 19. Monté dans le carter, se trouve un ensemble de soupape comprenant une soupape soulevante 23 et une tige 22. La soupape soulevante 23 comporte une pièce support 24 tenant une rondelle en élastomère 25 dans une cavité de la pièce support 24. Cette pièce support 24 possède une chemise pendante 26 entourée par un ressort inférieur 27 qui porte contre le chapeau inférieur 91 et contre un épaule- ment de la pièce support 24, pour appuyer de façon constante cette pièce support 24 vers la position de fermeture et presser la rondelle en élastomère 25 contre le siège annulaire 19. La rondelle 25 et la pièce de support 24 présentent des ouver- tures les traversant, alignées, 20 et 21. Un prisonnier 29 possède une partie terminale 30, montée à la presse ou ancrée d'autre façon, dans un trou 31 du chapeau inférieur 11 ; il présente une surface cylindrique 32 et une joue 33 qui avec la chemise pendante 26 forme une chambre à garnitures 35 dans laquelle est monté un anneau de garniture 36 du type en V, en élastomère, qui assure un contact d'étanchéité avec la surface cylindrique de prisonnier 32 et la surface intérieure de paroi 37 de la chemise pendante 26 , en définissant ainsi avec ces pièces une chambre d'équilibrage 34. La tige 22 comporte un alésage 40 qui s'étend de son extrémité inférieure jusqu'à un perçage perpendiculaire 41 traversant la tige et situé près du sommet de cette dernière. Ce sommet est arrondi comme représenté en 42 pour former une face d'obturation. L'extrémité inférieure de la tige 22 présente des fentes axiales 43 qui délimitent ainsi des doigts 44 en une seule pièce avec la tige 22.Comme mieux représenté sur les figures 2 et 3, ces doigts 44 issus de la tige possèdent des extensions radiales 45 à leurs extrémités inférieures, extensions dirigées vers l'extérieur et dont les bords s'inscrivent normalement dans un cercle ayant un diamètre supérieur à celui des ouvertures traversantes ali gnées 20 et 21, et présentent des faces terminales à surface conique 38 dont le diamètre le plus petit est inférieur au diamètre des ouvertures traversantes alignées 20 et 21. Âdja- cente aux extrémités supérieures des doigts, 44, se trouve, d'une seule pièce avec eux, une couronne circulaire annulaire 46 continue et se projetant radialement vers l'extérieur. Les fentes axiales 43 qui forment les doigte 44, s'étendent verticalement vers le haut à travers la couronne circulaire annulaire 46 jusqu'à une partie à diamètre réduit 4 de la tige, et s'étendent radialement vers l'extérieur Jusqu'à une partie formant paroi 48 qui est radialement extérieure à la partie à diamètre réduit 47 de la tige de façon à former des ouvertures 49 entre cette partie de tige à diamètre réduit 47 et la couronne circulaire annulaire 46. Un manchon cylindrique 51 avec un alésage est pressé de façon amovible dans la tige pour empocher toute flexion indésirable vers l'intérieur des doigts 44. La tige 22 est guidée dans un alésage de guidage 52 pratiqué dans une paroi centrale du corps de carter 10 et elle passe à travers une chambre centrale à garniture 53. Une garniture 54 du type en V, en élastomère est en contact assurant l'étanchéitd avec la tige et avec une surface de paroi formant l1 extérieur de la chambre centrale à garniture 53. Uie rondelle 55, montée à la presse dans un sura alésage de la chambre centrale à garniture 53, pratiqué dans le corps de carter 10 ferme l'extrémité supérieure de cette cam-. bre centrale à garniture 55. le corps de carter 10 possède une chambre de commande 57 qui est fermée par un piston 58 mobile dans cette chambre avec étanchéité assurée par un anneau de garniture 59 de type en V, en élastomère. Le piston 58 présente une ouverture centrale de décharge 61 le traversant, qui est normalement fermée par la face d'obturation 42. Une ouverture d'aspiration 56 réunit la chambre de commande 57 à la partie de sortie 17. A l'intérieur du bonnet 12, se trouve un ressort 63 qui porte sur le piston 58 et aussi sur un appui 64. Une vis de réglage 65 est vissée à travers un écrou 66 posé à la presse ou ancré d'autre manière dans le bonnet 12 et un écrou de blocage 67 permet de bloquer la vis 65 sur sa position de réglage. Une ouverture 68 fait communiquer l'intérieur du bonnet avec l'atmosphère. Lorsqu'il n'y a aucune pression de fluide dans aucune des parties, d'entrée ou de sortie, 15 et 17, le ressort du bonnet 63 déplace le piston 58 de la chambre de commande, la tige 22 et la soupape soulevante 23, vers le bas, sur une position d'ouverture à l'encontre de la faible poussée du ressort inférieur 27, et un tel mouvement d'ouverture est limité par le contact du manchon cylindrique 51 avec le prisonnier 29. Sous la pression de fluide appliquée à la partie d'entrée 15 et à la chambre ou partie de passage d'amont 16, une force de fermeture est exercée sur la soupape soulevante 23 par le fluide sous pression dans cette chambre d'amont 16, force déterminée par la différence des surfaces délimitées par le siège de soupape annulaire 19 et la paroi circulaire intérieure 37 de la chemise pendante 26. Ces surfaces peuvent 8tre posées comme sensiblement égales, mais en fait il est préférable que la surface délimitée par la paru4 circulaire intérieure 37 de la chemise pendante soit légèrement inférieure à celle délimitée par le siège de soupape annulaire 19, pour qu'il y ait une faible surface effective soumise à l'action du fluide sous pression dans la chambre d'amont -,6 pour pousser la soupape soulevante vers sa position de ferme ture. Quand le fluide passe à travers le régulateur, sa vitesse de passage dépend de la résistance opposée au courant fluide par l'unité réceptrice commandée par la pression du fluide, unité à laquelle le courant de fluide régulé est délivré. Si cette résistance est faible, la vitesse du courant est élevée afin que la pression à la partie de sortie 17 s'élève jusqu'à la valeur de réglage prédéterminée par le réglage de la pression du ressort 63. Au fur et à mesure que le fluide passe par la partie de passage aval, puis par la partie de sortie I7, sa pression est détectée et transmise par l'ou- verture d'aspiration 56 à la chambre de commande 57, où elle agit sur le piston 58 de cette chambre pour l'élever a' llen- contre de la pression exercée par le ressort 63. Ceci permet au ressort inférieur 27 et au léger déséquilibre de pression du fluide sur la soupape soulevante 23 de déplacer cette soupape vers sa position de fermeture, la face dobturation 42 restant en contact avec le piston 58 pour fermer l'ouverture centrale de décharge 61. En mEme temps, le fluide sous pression passant à travers la partie de passage d'aval 18 voit sa pression détectée et transmise par les ouvertures 49 et les fentes axiales 43 de l'extrémité inférieure de la tige, vers l'alésage 40, formant passage, de cette tige 22 et à travers le manchon cylindrique 51, pressé dans cette tige, pour arriver à la chambre d'équilibrage 34.En raison de la chute de pression entre le siège de soupape annulaire 19 et la soupape soulevant 23, et de la vitesse accrue du fluide quand il passe à travers les surfaces relativement réduites existant entre la tige 22 et la paroi circulaire de la chambre d'aval 18, la pression du fluide transmise à la chambre d'équilibrage 34 est inférieure à la pression régnant dans la chambre amont 16 et les lèves des garnitures en V, 96, de la chambre d'équilibrage sont maintenues en contact d'étanchéité avec la surface cylin- drique 32 du prisonnier 29 et avec la surface intérieure 37 de la chemise pendante 26, par la différence des deux pressions ci-de sus. De plus, la pression abaissée régnant à la sortie du passage formé par l'alésage 40 de la tige se communique, à travers le passage en croix formé par le perçage 41 perpendiculaire à la tige avec la chambre de commande 57s de telle sorte que la pression dans cette der rizière soit quelque peu inférieure à ce qu'elle serait si la pression s'était communiquée à cette chambre uniquement à travers l'ouverture d'aspiration 55. Ceci compense l'abaissement de la force du ressort 63 sur le piston 58 quand ce ressort s'rallonge pour maintenir la soupape soulevante 23 dans sa position d'ouverture ce qui, en conséquence, se traduit par une pression réglée plus près de l'uniformité, à la partie de sortie 179 malgré les variations de vitesse du courant fluide, ceci étant un phénomène bien connu dans ltindustrie. Quand la résistance au courant fluide oblige la pression dans la partie de sortie 17 à croître au delà d'une pression prédéterminée réglée, l'accroissement de pression est transmis à travers l'alésage de passas 40 de la tige et l'ouverture d'aspiration 56 à la chambre de commande 57 et élève assez le piston 58 pour permettre à la soupape soulevante 23 de se fermer. Tout accroissement ultérieur de la pression à la partie de sortie 17 et dans la chambre de commande 57 amènera le piston 58 à s'éléver encore plus loin et à se lever de la face d'obturation 42 pour permettre l'évacua- tion à l'atmosphère, de fluide de la chambre de commande 57 par l'ouverture centrale de déchargement 61 et l'ouverture de communication du bonnet vers l'atmosphère 68. Pour assembler la tige 22 à la soupape soulevante 23, les extrémités inférieures à extensions radiales 45 des doigt sont insérées à travers les ouvertures traversantes alignées 20 et 21 de la rondelle en élastomère 25 et de la pièce de support 24, respectivement, de la soupape soulevante. Au début d'une telle insertion, les faces terminales à surface conique 38 des extensions radiales des doigts 44, viennent au contact du bord de l'ouverture traversante 20 et obligent la partie inférieure de ces doigts 44 à fléchir radialement vers l'intérieur pour que les extensions radiales 45 de ces doigts puissent passer à travers les ouvertures traversantes alignées 20 et 21.Quand les extensions radiales 45 sont complètement passées à travers l'ouverture 21, les doigts 44 font à nouveau saillie vers 1' extérieur par effet d'élasticité pour que les extensions radiales 45 puissent empocher le retrait de la tige des ouvertures traversantes alignées 20 et 21. Les extensions radiales 45 sont espacées axia lement de la couronne circulaire annulaire 46 pour que la soupape soulevante 23 soit serrée entre cette couronne et ces extensions sans jeu axial.Puisque les extensions radiales 45 et la couronne circulaire annulaire 46 sont formées en une seule pièce avec la tige, il n'y a aucune possibilité que ces extensions radiales 45 et cette couronne 46 puissent glisser axialement ltune par rapport à l'autre pour donner naissance à un jeu axial entre elles à l'assemblage de soupape soulevante qui est placé entre elles, comme cela pourrait survenir avec une construction à pièces distinctes. De mtme la rondelle lasto- mère 25, donc élastique, est légèrement comprimée axialement de façon à éviter le Jeu axial de cette rondelle élastomère 25 et de la pièce de support 24 entre les épaulements des extensions radiales 45 de la couronne cirvlaire annulaire 46. En raison de ce que l'anneau de garniture 36 en V, est en contact avec la paroi interne de la chemise pendante 26 attenante à la soupape soulevante, cette chemise peut être constituée avec une paroi mince et la tette de soupape ou pièce de support peut, de la même façon, titre constituée avec une paroi mince, de façon à minimiser la masse de 1 ensemble de soupape soulevante De même, en ayant le ressort inférieur 27 étroitement conformé le long de l'extérieur de la chemise pendante 26, un diamètre plus important pour ce ressort inférieur 27 peut titre réalisé pour lui assurer une plus grande Stabilité vit vis de la torsion ou du dEverse- ment.En ayant une garniture étanche par 1 'anneau élastomère 36 en V, contre la paroi interne de la chemise pendante 26, le diamètre de cette garniture peut titre minimisé, avec un effort de frottement conséquemment plus faible, appliqué à la soupape soulevante, ce qui minimise les réactions indésirables dea mouvements dAs à la sensibilité de cette soupape soulevante en réponse aux pressions de ressort et aux pressions différentielles de fluide. De mOrne, cette disposition permet à la gar niture d'étanchéité 36 ci-dessus et aux surfaces d'étanchéité en rapport avec elle d'outre d'un diamètre plus faible et donc d'en réduire le colt. De plus, en raison de ce que cette garniture d'étanchéité 36 est portée par le prisonnier 29 qui à son tour est réuni au chapeau inférieur 11, l'enlèvement de ce chapeau 11 du carter se traduira par 1 enlèvement de cette garniture d'étanchéité 36 du carter, pour réparation ou remplacement. En vertu de la présence des fentes axiales 43 dans la tige 22 et de son alésage intérieur 40 qui fait communiquer ensemble la chambre d'équilibre 34 et la chambre de commande 57 avec la partie de passage aval t7 où se produit un courant à grande vitesse, les caractéristiques de fonctionnement du régulateur soient améliorées par rapport à celles des 'appareils de l'art antérieur. Bien entendu, l'invention 'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. RVENDICAT IONS 10) Régulateur de pression comprenant un carter possèdant un passage principal traversant en amont et en aval d'un siège de soupape ; - un élément de soupape de -commande disposé du eSté-amont du siège et coopérant avec le siège afin de commander le courant fluide traversant le passage, cet élément de commande présentant une première surface, soumise à la pression aval du courant de fluide et agissant pour décoller l'élément de commande du siège, le carter contenant en outre une chambre de commande dont une paroi est formée par un piston mobile chargé par un ressort dans la direction de l'élément r'e commande, et réuni à cet élément de commande par une tige, lu9wn passage dtaspiration faisant communiquer la chambre de commande avec la partie aval du passage, régulateur caractfirsé par une chemise cylindrique pendante, qui s'étend depuis l'élément de commande, dans la partie de passage amont, et est ouverte à son extrémité éloignée de l'élément de commande, une garniture d'étanchéité étant en contact glissant avec la surface intérieure de la chemise cylindrique pendante pour former avec cette chemise une chambre d'équilibrage qui est rendue étanche par rapport à la partie de passage amont par cette garniture d'étanchéité, cette garniture d'étanchéité définissant avec cette chemise, sur l'élément de commande, une seconde surface qui est sensiblement égale et opposée à elle que la première surface (intérieur du siège descupape , un second passage faisant communiquer la chambre d'équilibrage avec la partie de passage aval ce qui permet d'équilibrer sensiblement les pressions du fluide agissant sur les faces opposées de l'élément de commande, la garniture d'étanchéité en contact avec la chemise cylindrique pendante étant portée par une partie qui est amovible du carter pour l'accès à cette garniture. 2 ) Régulateur suivant la revendication t, caractérisé en ce qu'un ressort encercle la chemise cylindrique pendante et appuie de façon constante l'élément de commande vers sa position fermée contre le siège de soupape. 3 ) Régulateur suivant l'une des revendications t et 2, caractérisé par un chapeau inférieur portant un prisonnier qui lui est fixé et se projette dans l'extrémité ouverte de la chemise circulaire pendante, la garniture d'étanchéité en contact avec cette chemise pendante étant disposée pour former joint d'étanchéité à la fois sur ce prisonnier et sur la surface intérieure de cette chemise pendante. 40) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le prisonnier du chapeau inférieur possède une joue s'étendant radialement pour retenir sur ce prisonnier la garniture d'étant chéitd en contact avec lui et avec la chemise pendante. 50) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que cette garniture d'étanchéité en contact avec le prisonnier et la chemise pendante, comporte une lèpre qui est mobile et en contact étroit d'étanchéité avec cette chemise pendante quand la pression dans la partie de passage amont est supérieure à la pression dans la partie de passage aval et qui est mobile en quittant ce contact avec la chemise pendante quand la pression dans la partie de passage aval est supérieure à la pres sion dans la partie de passage amont. 60) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le prisonnier du chapeau inférieur peut titre approché jusqu'au contaet, par la tige de l1 élément de commande pour limiter le mouvement d'ourerture de cet élément de commande. 70) Régulateur suivant lune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément de commande présente une ouverture traversante, à travers laquelle passe la partie terminale inférieure de la tigre cette partie d'extrémité de la tige présentant une ouver- ture ascitale intérieure , des fentes transversales dans cette partie d'extrémité de la tige formant des doigts dont les ex trémit4s libres portent des extensions se projetant radialement et qui sont axialement à distance d'une partie si étendant radialement depuis la tige et adjaoente aux autres extrémités des doigts, les extensions se projetant radialement et la partie s'étendant radialement depuis la tige recouvrant l'élément de commande et se trouvant à son contact pour fixer la position axiale de l'élément de commande sur la tige, les doigts étant constitués en matériau flexible leur permettant de fléchir radialement vers llintérieur pour permettre à leurs extensions se projetant radialement de passer à travers ltouverture tra- versante de l'élément de commande pour l'assemblage et le désassemblage de celui-ci, le second passage (réunissant la cham- bre dféquilibrage avec le passage aval) s'étendant à travers la tige et réunissant 1 'ouverture axiale intérieure de la tige avec la partie de passage aval. 80) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le ressort chargeant le piston mobile de la chambre de commande pousse ce piston contre la tige pour déplacer 7 'élément de commande vers une position d'ouverture. 90) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par un manchon cylindrique monté de façon amovible dans llouverture axiale intérieure de la tige pour empêcher les doigts de fléchir radialement vers l'intérieur. 100) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie s'étendant radialement depuis la tige et adjacente aux extrémités des doigts est une couronne annulaire circulaire continue formant rebord. 11 ) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tige a une partie de diamètre réduit adjacente à la couronne annulaire circulaire continue formant rebord et les fentes transversales créant les doigts s'étendent axialement à travers cette couronne jusqu'à la partie de diamètre réduit adjacente à la couronne et s'étendant radialement dans cette couronne jusqu'à un diamètre supérieur à celui de la partie de diamètre réduit adjacente à la couronne, mais inférieur à celui de cette couronne, ce qui permet aux fentes transversales créant les doigts de stoutrir sur des surfaces extérieures de la couronne. 120) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications j à 11, caractérisé en ce que les extensions se projetant radialement des extrémités des doigts, possèdent, adjacents aux extrémités libres de ces doigts, une face terminale qui se rétrécit en cdne à un diamètre inférieur au diamètre de l'ouverture traversante de l'élément de commande, pour faciliter l'entrée des doigts dans cette ouverture tra versante. 130) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la partie de passage aval comporte une partie cylindrique qui entoure la tige pour procurer une surface tonnant section trans- vernale de passage autour de cette tige, qui soit inférieure à la surface de la partie de passage aval dans sa partie formant l'extrémité de sortie de ce passage, les fentes transversales créant les doigts étant ouvertes sur cette partie cylindrique de plus faible section, et la tige disposant d'une ouverture axiale intérieure pour réunir ces fentes transversales avec la chambre de commande.