Brevet FR2330936A1 — publié le 19770603

La présente invention concerne un détendeur silencieux pour fluides gazeux, du type comportant un corps poreux de revolution interposé dans une conduite sur toute la section de passage de cette derniere et coopérant, sa face amont, avec un élément de recouvrement, tel qu'une membrane, commandé par des moyens pneumatiques ou hydrauliques. Il est connu de réaliser un détendeur silencieux pour fluides gazeux assurant une pression aval constante quel que soit le debit fourni par le détendeur, grace a la mise en oeuvre d'une paroi poreuse d'épaisseur variable associee & un organe de recouvrement mobile appliqué contre la surface amont de la paroi poreuse et susceptible de restreindre, en cas de moindre débit, la section de passage amont du gaz & travers la paroi poreuse. Un tel type de détendeur est décrit dans le brevet FR 1.370.206.Diverses configurations de la paroi poreuse d'épaisseur variable ont été proposées dans les brevets français 1.569.761 et 2.102.607 et sont particulierement appropriées å la production d'une détente silencieuse s'effectuant dans toute la masse du poreux. Toutefois, il est apparu que de tels détendeurs silencieux adaptés & des fluides gazeux sous haute pression (par exemple ayant du c6té amont une pression de l'ordre de 70 bars) permettaient d'obtenir du caté aval du corps poreux une pression certes modérée (par exemple comprise entre I et 10 bars), mais pas assez basse pour permettre par exemple l'alimentation de réseaux de distribution. Le corps poreux d'épaisseur variable connu, du fait de sa forme, doit en effet étre équipe d'un dispositif d'obturation (membrane) de forte épaisseur, dont la raideur ne permet pas le contre de basses pressions "aval" ni le fonctionnement sous de faibles pressions différentielles. En outre, l'utilisation de corps poreux exponentiels tels que ceux décrits dans les brevets français mentionnés ci-dessus, et effectivement réalisés, ne permet de mettre en oeuvre que des débits limités. Or, dans les réseaux de distribution de gaz, il convient de pouvoir délivrer du gaz la fois sous de basses pressions aval, avec de faibles pressions différentielles et avec des débits pouvant etre importants. Des détendeurs d'un type connu permettent d'atteindre cet objectif, mais la détente du gaz est alors produite entre un siège et un clapet obturateur plus ou moins ouvert. Il existe ainsi toujours une pièce mécanique mobile en action dans le régulateur-détendeur, et la détente n'est pas réellement silencieuse. L'invention a pour but de réaliser un détendeur silencieux ne mettant pas en oeuvre de pièce mécanique mobile et présentant une faible différence de pression entre l'amont et l'aval de sorte qu'il permet l'utilisation & de basses pressions amont et aval tout en autorisant des débits importants. Ce but est atteint conformément l'invention, du fait que le détendeur, du type mentionné au début, est tel que la section transversale du corps poreux passant par l'axe de ce dernier est de forme rectangulaire, et que ledit corps poreux est supporte par une plaque métallique percée d'une multiplicité de trous régulièrement répartis permettant un échappement du fluide qui a traversé le corps poreux vers la partie aval de ladite conduite, la somme des sections des différents trous étant au moins égale å la section utile de passage du fluide a travers le corps poreux lorsque l'élément de recouvrement est totalement soulevé. La mise en oeuvre d'une membrane plate découvrant plus ou moins corps poreux au travers duquel le gaz se détend permet d'obtenir une détente silencieuse. Le choix d'un corps poreux de forme annulaire et d'épaisseur constante permet de produire dans le détendeur une perte de charge qui peut étre aussi réduite que possible Si l'on donne au corps poreux une faible epaisseur et une surface importante; L'association du corps poreux a une partie métallique percée de trous permet enfin de donner a l'ensemble une rigidité mécanique convenable, quelles que soient l'épaisseur et la surface du corps poreux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux a la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation de l'invention non limitatifs, la description étant faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la fig. 1 est une vue en coupe axiale à travers la partie active d'un détendeur silencieux conforme a l'invention. - la fig. 2 est une vue en demi-coupe transversale selon le plan II - II de la figure 1. La fig. 3a est une vue en plan d'une partie de la plaque métallique référencée 16 sur les fig 1 et 2, et qui correspond & un mode particulier de réalisation de l'invention. - la fig 3b est une vue en coupe de la plaque métallique de la fig. 3a suivant le plan X Y de la fig. 3a La figure 1 représente une coupe axiale a travers la partie active d'un détendeur silencieux 1 conforme l'invention, surmontant un corps de soupape 2 qui entoure une conduite amont 3 d'amenée du gaz dans le sens de la fleche F. Un conduit annulaire est ménagé entre le corps 2 et la conduite amont 3 pour permettre l'écoulement du gaz détendu vers une conduite aval. Le carter du détendeur 1 présente une forme extérieure cylindrique et prend appui sur une bride d'extrémité 2a du corps 2. Le carter du détendeur 1 est assemblé avec le corps 2 par des boulons de fixation 4, de façon étanche grâce à l'interposition d'un joint 5. Le carter du détendeur 1 comprend une pièce de base 6 de révo- lution prenant appui sur la bride 2a du corps 2 et dont la surface interne 6a présente une portion sensiblement tronconique orientée de telle maniere que la petite base du tronc de cbne soit la plus proche du corps 2. Le carter du détendeur 1 est constitué a sa partie supérieure par un chapeau i surmontant la pièce de base 6 et fixé à cette dernière au moyen de boulons 8. Le tube 3 est prolonge & l'intérieur du détendeur 1 par un organe de support 9 composé de deux pieces de révolution superposées 10 et 11 assem blées au moyen de vis de liaison 12. Des joints 13 et 14 assurent l'étanchéité entre la pièce inférieure 10 de l'organe support 9 et respectivement le tube 3 et la piece supérieure 11 de l'organe support 9.L'organe support 9 présente une paroi interne qui, dans sa partie inférieure, prolonge la paroi interne du tube 3, et dans sa partie supérieure îîa constitue un évasement de manière & ménager un passage suffisant au fluide gazeux provenant de la conduite axiale amont 3 vers le corps poreux de détente 17 qui sera décrit plus loin La paroi externe de l'organe support 9 présente une portion îOa sensiblement tronconique, orientée de telle manière que la petite base du tronc de cône soit la plus proche du tube 3, ladite portion loa faisant face à la portion 6a de la pièce de base 6, mais restant distante de celleci, de manière à ce qu'une chambre de révolution 15 de section au moins égale à celle du conduit annulaire ménagé entre le corps 2 et le tube 3 soit constituée entre les pièces 6 et 10, ladite chmabre de révolution 15 débouchant à sa partie inférieure dans le conduit annulaire délimité par le corps 2 et le tube 3. Cette chambre 15 constitue ainsi la chambre aval du détendeur La chambre 15 est limitée à sa partie supérieure par une plaque métallique annulaire 16 encastrée dans la pièce de base 6 et l'organe support 9 au voisinage de leur partie supérieure. La plaque métallique 16 d'un côté repose dans une encoche annulaire 6b ménagée dans la paroi interne de la pièce de base 6 au-dessus de la partie tronconique 6a, et de l'autre caté prend appui sur une saillie lob formée la partie supérieure de la pièce 10 La plaque 16 supporte un corps poreux annulaire 17 d'épaisseur constante, coincé entre les pièces 6 et 11, et dont la face supérieure est située au même niveau que l'extrémité supérieure llb de la piece supérieure 11 de l'organe support 9. Le bord intérieur de la couronne poreuse 17 peut avantageusement être biseauté, et l'extrémité supérieure lîb de la pièce 11 peut constituer une saillie dont la partie superieure est de niveau avec la face supérieure du corps poreux 17 et dont le profil correspond au biseau du bord de la couronne poreuse 17, de telle sorte que l'extrémité supérieure llb prevue pour venir en contact avec le bord intérieur de la couronne poreuse 17 recouvre la partie biseautée de la dite couronne et permet de réaliser une étanchéité parfaite au cours-de la fermeture de la membrane 18 dont il sera question. La piece poreuse 17. utilisée est réalisée par frittage, et comprend des grains (en cuivre, en acier inoxydable, en matière plastique ou autre) relativement gros et agglomérés. Les dimensions de ces grains doivent être choisies de façon que la plus grande dimension des interstices ménagés entre lesdits grains soit, dans la section transversale à l'écoulement, au plus égale à 1 mm. Lorsque cette condition de dimension maximale des interstices est respectée, le fonctionnement du détendeur est silencieux pour l'oreille humaine. Une membrane 18 en forme de disque pincée entre le chapeau 7 de la pièce de base 6 dt carter du détendeur 1, est disposée de manière à venir recouvrir la surface supérieure de la couronne poreuse 17 ainsi que le rebord supérieur îîb de l'organe support 9, et fermer la chambre amont 19 délimitée par la paroi interne de l'organe support 9 et dans laquelle débouche le gaz provenant du tube 3.Le chapeau 7 est évidé sa partie inférieure de maniere former une cuité ou chambre de commande 20 au-dessus de la membrane 18 La membrane 18 est prise en sandwich entre une plaque inférieure 21 et une plaque supérieure 22, dont les dimensions sont inférieures aux dimensions de la face supérieure de la chambre amont 19 et qui sont fixées & la membrane 18 par un élément de liaison 23,24. La membrane 18 étant montée sans tension initiale, un ressort 25 exerce une pression sur la plaque 22 pour aider au maintien de la membrane 18 sur la couronne poreuse 17 et réaliser l'étanchéité sur la piece 11. La plaque métallique 16 supportant le corps poreux 17 est percée d'un ensemble de trous 26 régulièrement répartis dans toute la surface de la plaque annulaire 16. La somme des sections des différents trous doit etre au moins égale à la section utile de passage du fluide gazeux à travers le corps poreux 17, c'est-à-dire à la section totale de passage du fluide à travers le corps poreux 17 lorsque la membrane 18 est en position soulevée. La figure 2 est une vue en demi-coupe transversale de la partie active selon la figure 1 réalisée suivant la ligne Il II. Cette figure fait apparaître un exemple de répartition des trous 26 dans toute la plaque annulaire 16. L'invention n'est toutefois pas limitée ce mode de réalisation et il est possible de choisir un nombre total de trous, une répartition des trous dans la plaque 16 et un diamètre de trous autres que ceux représentés sur les figures.Si tous les trous 26 ménages dans la plaque 16 sont identiques et si s est la section de l'un des trous 26 et n le nombre total des trous 26, le produit ns, qui représente la section totale de passage du gaz à travers la plaque 16 lorsque la membrane est totalement soulevée, ne peut être choisi librement et doit être au moins égal au rapport Q ou Q est le débit maximum v du gaz passant & travers la pièce poreuse 17 et v la vitesse limite de circulation du gaz au dessus de laquelle des phénomènes sonores apparaissent Par contre les grandeurs n et s peuvent chacune être choisies dans une plage de valeurs relativement large. La figure 3a est une vue en plan d'une partie de la plaque métallique 16 correspondant à l'un des modes de réalisation possibles conformément à 11 invention. Selon ce mode de realisation, des gorges 27 sont ménagées dans la plaque métallique 16 sur la face située du côté de la pièce poreuse 17, afin de permettre que les différents trous 26 ménagés dans la plaque 16 soient mis en communication entre eux Grâce aux gorges 27, le flux de gaz sortant de la pièce poreuse 17 est mieux réparti dans les différents trous 26. Sur la figure 3a, les gorges ont la forme d'anneaux concentriques limités par des parties non évidées 28 reliant les trous consecutifs d'une même couronne. Les gorges 27 pourraient toutefois présenter une toute autre configuration et par exemple être ménagées radialement, les parties non évidées reliant alors les trous consécutifs situées le long d'un même rayon de la plaque métallique annulaire. La figure 3b est une vue en coupe suivant le plan XY de la figure 3a, qui fait mieux apparaître la façon dont les différents trous sont mis en communication. La configuration de la plaque métallique 16 représentée sur les figures 3a et 3b n'est cependant qu'un des modes de réalisation possibles. En effet, la détente du gaz se produit essentiellement dans le corps poreux 17, de sorte que la plaque métallique n'est pas directement un organe de détente, mais joue essentiellement un rôle de support mécanique du corps poreux. De la sorte, la plaque métallique 16 peut présenter des formes très diverses des lors que la condition suivante est satisfaite, à savoir que la somme des sections des différents trous est au moins égale à la section utile de passage du fluide gazeux à travers le corps poreux. Le fonctionnement du détendeur 1 conforme à la présente invention est le suivant : Le gaz arrivant dans le corps de soupape sous la pression amont s'écoule dans le tube 3, le clapet de la vanne de sécurité, non représentée, étant en position ouverte. il regne ainsi sous la membrane 18 une pression égale à la pression amont. Un dispositif de pilotage approprié venant en adjonction de la vanne elle-même permet de façon connue de faire varier la pression de la chambre de commande 20. Ce dispositif de pilotage utilise comme fluide moteur le gaz de la conduite préléve en amont et obéit aux sollicitations de la pression aval (pression régulée). A la fermeture (débit nul), la pression dans la chambre de commande 20 équilibre la pression amont présente dans la chambre amont 19. La pression côté sortie dans la chambre aval 15 etant toujours plus faible que la pression amont, la membrane 18 est appliquée sur le module de détente constitué par le corps poreux 17, et empêche que le fluide de la chambre amont 19 ne traverse le corps poreux 17 du fait de l'étanchéité assuree par la pièce 11. Le ressort complémentaire 25 qui prend appui sur la plaque 22 contribue assurer cette étanchéité. En fonctionnement, c'est-à-dire si l'on désire établir un débit de fluide, le système de pilotage, calé sur la pression de sortie que l'on désire régler, laisse échapper plus ou moins de fluide de la chambre de commande 20, la différence de pression ainsi créée entre la chambre amont 19 et la chambre de commande 20 fait se soulever la membrane 18 et dégage ainsi une partie du corps poreux 17 dans lequel s'effectue alors la détente du gaz. La surface découverte est fonction de la différence de pression créée par le système de pilotage qui agit dans le but de maintenir constante la pression de sortie du régulateur. Lorsque la différence de pression est telle que la membrane a complètement dégagé le corps poreux, on a alors la pleine ouverture du régulateur. Apres passage du gaz-dans le module de détente 17, le gaz détendu s'écoule dans la chambre aval 15 puis entre le corps 2 et le cylindre 3 avant de s'écouler dans la canalisation aval. La détente s'effectue pratiquement intégralement dans le corps poreux 17, c'est-à-dire par une multitude de très petits orifices, de sorte que le niveau sonore émis par l'appareil est faible. Le choix d'un corps poreux 17 d'épaisseur constante et soutenu par un support, permet de produire dans le détendeur une perte de charge aussi réduite que possible si l'on donne audit corps poreux, une fois son épaisseur déterminée, une surface adéquate La forme plate dudit corps poreux permet en outre l'utilisation d'un dispositif d'obturation de faible épaisseur, sans tension initiale, conditions nécessaires pour le fonctionnement sous faible pression différentielle. La géométrie annulaire du corps poreux 17, ainsi que la faible épaisseur de ce corps 17 permettent d'obtenir des débits élevés. Dans un exemple de réalisation du détendeur silencieux selon l'invention, il a été utilisé un corps poreux 17, d'une épaisseur de 3 mm, associé & une plaque 16 dont les trous avaient un diamètre de 10 mm. La pression différentielle minimale nécessaire au fonctionnement de l'appareil était de 250 m bar, le coéfficient de débit était de 2500Nm3/h x bar, le niveau sonore était de l'ordre de 70 dBA et la gamme d'emploi de l'appareil permettait l'utilisation d'une pression amont relative comprise entre 0,27 et 16 bar pour l'obtention d'une pression aval relative comprise entre 0,020 et 15,5 bar. Bien entendu diverses modifications peuvent autre apportées par lthomme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement a titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Détendeur silencieux pour fluides gazeux, du type comportant une pièce poreuse de révolution interposée dans une conduite sur toute la section de passage de cette derniere et cooptant, sa face amont, avec un élément de recouvrement, tel qu'une membrane, commande par des moyens pneumatiques ou hydrauliques, caractérise en ce que la section transversale de la pièce poreuse passant par l'axe de cette dernière estde forme rectangulaire, et que ladite piece poreuse est supportée par une plaque métallique percée d'une multiplicité de trous régulièrement répartis permettant un échappement du fluide qui a traversé la piece poreuse vers la partie aval de ladite conduite, la somme des sections des différents trous étant au moins égale à la section utile de passage du fluide travers la pièce poreuse lorsque l'élément de recouvrement est totalement soulevé. 2. Détendeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous ménagés dans ladite plaque métallique sont mis en communication entre eux au moyen de gorges usinées sur la face de la plaque métallique située du côté de la pièce poreuse. Détendeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un organe creux de révolution prévu pour supporter la piece métallique et la piece poreuse et prenant appui sur la conduite amont d'amenée du gaz, constitue une séparation entre la chambre amont d'arrivée du gaz, formée à l'intérieur dudit organe support creux de révolution, et la chambre aval d'évacuation du gaz & basse pression, formée autour de la périphérie externe dudit organe support 4.Détendeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit organe support creux de révolution est evase a sa partie supérieure 5. Détendeur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de l'organe support creux de révolution est au meme niveau que la surface supérieure de la piece poreuse et, lorsque le débit de gaz à travers le détendeur est nul, est recouvert par-la membrane assurant ainsi i'étanchéité. 6. Détendeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bord interne de la pièce poreuse en forme de couronne est biseauté et que l'extrémité supérieure de l'organe support,qui.e.s.t en contact avec ledit bord interne de la pièce poreuse,est conformé de manière à recouvrir la partie biseautée dudit bord.