Brevet FR2386755A1 — publié le 19781103

L'invention se rapporte à une servo-commande pneumatique de soupape régulatrice, en particulier d'une soupape de réglage d'un circuit de chauffage et/ou de refroidissement dans laquelle une pression pneumatique s'exerce par l'intermédiaire d'un poussoir sur l'obturateur de la soupape contre la force d'un ressort. Les commandes pneumatiques de ce type ont été conçues jusqu'à présent de manière que la force régulatrice de la pression pneumatique règle et modifie la section de passage de la soupape en s'exerçant dans le sens de la longueur ou de l'axe de la tige de la soupape et contre la force antagoniste d'un ressort.En conséquence, l'élément commandé pneumatiquement, par exemple une membrane ou un piston, exécute la même course que la te te de la soupape. I1 en résulte que le dimensionnement de la commande et du ressort correspondant de rappel soulève des difficultés dans les petites soupapes, par exemple les soupapes de radiateurs de circuits de chauffage de locaux, car il faut que dans ces soupapes la surface de la membrane sur laquelle s'exerce la pression pneumatique soit très grande de manière à réduire à un minimum les effets des variations de la pression de pompage sur la soupape. Les forces auxquelles doit s'opposer le ressort de rappel et qui résultent de la plage de la pression de commande devant être transmisevet qui est par exemple de 1 bar, sont en conséquence relativement grandes.Lorsque les courses d'ouverture et de fermeture de la soupape sont faibles, les ressorts doivent donc avoir des caractéristiques qui sont irréalisables. L'invention a donc pour objet une disposition permettant de contrôler et de modifier le rapport de la force à la coursé de ces commandes de soupapes de manière qu'il soit possible d'adopter convenablement le matériau et le mode d'exécution, c'est-à-dire les cotes du ressort de rappel. Selon une particularité essentielle de l'invention la direction des déplacements de l'élément régulateur manoeuvré par le fluide sous pression et la direction des déplacements du poussoir de la soupape inscrivent un angle et,par ailleurs, une pièce intermédiaire que le fluide sous pression peut translater contre la force d'un ressort commande les déplacements de ce poussoir à l'aide d'une surface qui est oblique sur la direction de ses propres déplacements; cet angle est avantageusement de 90 . De plus, la précontrainte du ressort dont la force s'exerce contre le fluide sous pression est avantageusement réglable. La disposition selon l'invention élimine la relation directe entre la course du corps de soupape et celle de l'élé- ment déplacé par voie pneumatique. Les organes commandés pneumatiquement peuvent exécuter une course qui, en couvrant la-plage totale de la pression de commande, correspond à un multiple de la course de la soupape. I1 est possible par ailleurs de faire varier, par exemple, ce multiple dans des limites relativement larges par la modification de l'angle d'inclinaison de la surface oblique ; ainsi, la force régulatrice qui s'exerce sur ledit élément se réduit aussi du même multiple et, en conséquence, la force de rappel qui est nécessaire par unité de course de l'élément régulateur pneumatique et que le ressort exerce contre cet élément diminue en conséquence, de sorte que ce ressort a une caractéristique réalisable de manière contrôlée. Un autre avantage de la surface oblique est que la tangente de son angle d'inclinaison est en général plus faible que le coefficient de frottement entre les matériaux utilisés, de sorte que les fluctuations de la pression de pompage ne se traduisent plus par des variations de la course. La disposition selon l'invention a de plus l'avantage que l'adoption de ressorts différents de rappel de l'élément pneumatique et l'utilisation de pièces intermédiaires dont les pentes des surfaces obliques vont en sens inverses permettent de mettre en oeuvre le même mode de réalisation de la commande pour des plages de la pression de commande efficace dont les valeurs diffèrent et aussi pour les deux sens de la commande ("fer- meture en l'absence de pression" et "ouverture en l'absence de pression"). La relation entre la pression de commande et la course de la soupape est linéairement proportionnelle dans les commandes du type spécifié de l'art antérieur. I1 a pu se produire en conséquence que les réglages soient mauvais, car des cônes de soupapes non profilés et exécutant une faible course ont une mauvaise caractéristique d'écoulement, c'est à-dire qu'il passe déjà un grand volume de fluide par l'ou- verture de la soupape alors que la course est relativement faible. La disposition selon l'invention permet aussi d'éliminer cet inconvénient,car la surface oblique peut avoir un profil différent de celui dun plan oblique et ainsi la course de la soupape n'est pas proportionnelle dans ce cas à la pression de commande, la relation entre cette course et cette pression étant au contraire non linéaire ; ainsi,la surface oblique peut être par exemple conformée de manière que la pression de commande et l'énergie transmise au niveau de la soupape augmentent ou diminuent dans les mêmes proportions. Le mode d'exécution de la transformation du déplacement de la pièce intermédiaire en déplacement du poussoir de la soupape peut avantageusement consister en un coulissement de cette pièce dans la direction de son axe sur un manchon de guidage et une bille peut avantageusement etre disposée entre cette pièce et le poussoir de la soupape pour transmettre la forces cette disposition améliorant par exemple la transmission de la force de réglage que le ressort exerce sur le poussoir de la soupape et dans la direction de ce poussoir dans le sens de l'ouverture de cette soupape. Une solution simple apportée par ailleurs au mode d'exécution de la nouvelle commande consiste à raccorder la canalisation du fluide sous pression à une cage qui est indépendante de celle de la soupape, qui contient aussi la pièce intermédiaire et que le manchon de guidage de cette pièce ferme d'un côté ; selon un mode de réalisation avantageux de fixation de la cage~indépendante sur celle de la soupape, cette cage comporte un prolongement latéral de fixation sur la cage de la soupape, ce prolongement comportant un chanfrein à l'extrémité libre à laquelle le fixe un écrou à chapeau. I1 est finalement préférable de monter de plus entre l'écrou à chapeau et l'extrémité libre du prolongement latéral un anneauressort que cet écrou comprime dans une gorge circonférentielle de-la cage de la soupape lors du montage des deux cages. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un exemple de réalisation de l'invention se rapportant à une soupape de radiateur d'un circuit non représenté de chauffage à l'eau les figures 2 et 3 sont des coupes longitudinales de pièces intermédiaires permettant d'obtenir une relation non linéaire entre la pression de commande et l'énergie rayonnée par le corps de chauffe, la pièce de la figure 2 - comme celle de la figure 1 - étant destinée aux soupapes du type a' "ouverture en l'absence de pression", tandis qu la forme de la surface oblique de la pièce intermédiaire de la figure 3 opère dans le sens "fermeture en l'absence de pression" ; et la figure 4 représente à échelle agrandie le détail entouré par un cercle A sur la figure 1. La cage 1 (figure 1) de la soupape, qui est conformée en soupape d'équerre, comporte des raccords 2 et 3 à des canalisations d'arrivée et de départ du flux d'eau commandé par cette soupape. Un siège 4 disposé dans la cage 1 entre les raccords 2 et 3 coopère avec un cône de soupape 5 qui est de préférence en matière élastique, par exemple en caoutchouc dur. Une plaque d'appui 6 noyée dans ce cône 5 est fixée avec ce dernier sur une tige 7. La tige 7 peut coulisser axialement dans une pièce rapportée 8 en forme de godet qui obture vers le haut la cage 1 de la soupape et qui comporte un filetage par lequel elle se visse dans un taraudage correspondant de cette cage. La tige 7 est également conformée à l'extrémité supérieure -encuvette et un ressort 10 prenant appui contre l'élément rapporté 8 la J repousse vers le haut contre l'extrémité inférieure d'un poussoir 12 qui est logé dans la cuvette de cette tige 7. Le poussoir 12, sur lequel s'exerce par le haut la force régulatrice de la servo-commande - comme décrit plus bas - est guidé dans un manchon 13 dans lequel est logé un joint torique 14 appliqué de manière étanche contre ce poussoir 12 et destiné à empecher l'eau que contient la chambre 9 de la soupape de s'échapper vers l'extérieur. Un anneau de retenue 11 monté sur le poussoir 12 entre ce manchon 13 et la tige 7 s'oppose aux forces tendant à extraire ou à refouler ce poussoir 12 vers l'extérieur. Le logement 15 du joint torique est isolé dans la chambre 9 de la soupape par un sas annulaire 17 également rempli d'eau, le volume d'eau que contient ce sas 17 étant séparé de l'eau en circulation. Le diamètre extérieur du sas 17 est ajusté à la cavité du manchon 13 dans lequel il est fixé par matage. Le volume stationnaire d'eau que contient le sas annulaire 17 peut être additionné de manière connue de graisse de manière à former un lubrifiant de la partie du poussoir 12 qui coulisse dans le sas. Une servo-commande pneumatique 20 logée dans sa cage individuelle 2l,qui se monte de son côté sur la cage 1, règle la course de la soupape. La cage 21 comporte pour son montage sur la cage 1 un prolongement latéral 22 qui est perpendiculaire à son axe de symétrie longitudinal et qui prend appui sur le bord extérieur supérieur 23 (figure 4) de la partie de la cage 1 qui loge l'élément rapporté 8. L'extrémité inférieure du prolongement latéral 22 qui déborde de ce bord extérieur 23 de la pièce 8 se termine en surface 24 chanfreinée à 45 et formant une cavité 27 avec un flanc 25 également chanfreiné d'une gorge annulaire 26 de la circonférence extérieure de la cage 1 (figure 4).Un anneau-ressort 28 logé dans cette cavité 27 est comprimé contre les flancs 24 et 25 lors du serrage d'un écrou à chapeau 29 se vissant sur le prolongement latéral 22, le plan incliné de la surfacé 24 exerçant une force dirigée vers l'intérieur et provoquant un serrage contre la surface 25 ; ce serrage garantit la fixation de la cage 21 sur la cage 1. L'enveloppe pratiquement cylindrique de la cage 21 de la commande, dont l'axe de symétrie longitudinal est horizontal et qui inscrit un angle de 90O avec la direction de la course de la soupape, est fermée du côté extrême droit, dans la représentation de la figure 1, par un couvercle 30 de raccord à une canalisation 31 d'un circuit pneumatique non représenté qui délivre la pression de commande. Une membrane à déroulement 33 isole du reste du volume interne 34 de la cage 21 la chambre 32 dans laquelle règne la pression de commande et qui se trouve à l'intérieur du raccord 30 et de cette cage 21 ; la membrane 33 est montée dans un décrochement de l'en- veloppe de la cage contre laquelle elle est fixée par le raccord 30. Une pièce intermédiaire ou piston de commande 35 peut coulisser à l'intérieur de la chambre 34 sur un manchon 35 dans la direction de l'axe de symétrie longitudinal de la cage 21. Le manchon 36 fait partie d'un couvercle d'extrémité 37 vissé par la gauche, dans la représentation de la figure 1, dans l'enveloppe de la cage. Un ressort de rappel 38 placé à l'intérieur du manchon 36 repousse la pièce intermédiaire 35 contre la membrane 33 et établit l'équilibre avec la pression de commande. Une vis de réglage 39 montée dans un trou central du couvercle 37 permet d'ajuster dans certaines limites la précontrainte du ressort 38 et donc la plage de la pression de commande dans laquelle travaille la soupape. La surface 40 de l'enveloppe extérieure de la pièce intermédiaire 35 forme la surface oblique sur la directiondesde'placm entsqu1exécutecettepiècedanslesens de sa longueur et, dans le plus simple des catelle consiste en un cône de section circulaire, c'est-à-dire en un plan oblique en coupe axiale. Cette surface transmet au poussoir 12, dont les déplacements sont perpendiculaires à ceux de la pièce 35, et par l'intermédiaire d'une bille 41, qui peut se déplacer dans un trou 42 de la cage 21, la course que la pression de commande fait exécuter à la pièce intermédiaire 35 et donc cette surface provoque la course du corps de soupape 5. L'inclinaison de la surface 40 détermine donc la proportion de l'augmentation de la course de la soupape par rapport à la course de la pièce 35, la course de la soupape par unite de longueur de la course de la pièce 35 étant d'autant plus grande que l'inclinaison de la surface oblique 40 sur la direction du déplacement de la pièce 35 est grande. Une simple relation linéaire entre la course de la soupape et la pression de commande résulte dans certains cas en des réglages défavorables de l'énergie rayonnée par le corps de chauffes car une course relativement faible du corps de soupape 5 à surface conique non profilée se traduit par une ouverture déjà grande de la soupape. I1 est possible pour résoudre cette difficulté de profiler la surface 40 de la pièce 35 de manière qu'elle diffère d'un plan.Les figures 2 et 3 illustrent des pièces intermédiaires 35 ainsi profilées et dont le profil de la surface 40 en coupe longitudinale est adopté de manière que lavariationde la consigne de -la pression de commande soit égal en pour cent à l'énergie rayonnée en pour cent par le corps de chauffe, c'est-à-dire, par exemple, que pourune variation de consigne delapression de commande de 50 'X;, le corps de chauffe rayonne une quantite d'énergie qui correspond à la moitié de sa capacité maximale.Comme mentionné précédemment, une pièce intermédiaire 35 selon la figure 2 confère à la soupape une caractéristique selon laquelle, en cas de défaillance de la pression de commande, cette soupape s'ouvre,tandis que la pièce 35 de la figure 3 a un effet inverse, c'est-à-dire qu'en cas d'absence de la pression de commande, elle provoque la fermeture de la soupape. Le couvercle démontable 37 permet par ailleurs l'échange du ressort 38 etde la pièce intermédiaire 35. Cette disposition permet à un autre ressort 38 d'élargir ou de décaler la plage de la pression de commande dans laquelle la soupape fonctionne, c'est-à-dire d'adopter par exemple d'une part, une plage comprise entre 0,2 et 0,6 bar ou, d'autre part, une plage comprise entre 0,2 et 1,0 ou encore entre 0,6 et 1,0 bar. L'échange de la pièce 35 permet de modifier la relation mentionnée plus haut entre la pression de commande et l'énergie rayonnée par le corps de chauffe et/ou par exemple de convertir un dispositif à fermeture en l'absence de pression en un dispositif à ouverture en l'absence de pression. REVENDICATIONS 1 - Servo-commande pneumatique de soupape régulatrice, en particulier d'une soupape de réglage d'un circuit de chauffage et/ou de refroidissement de locaux, dans laquelle une pression pneumatique s'exerce par l'intermédiaire d'un poussoir sur l'obturateur de la soupape contre la force d'un ressort, caractérisée en ce que la direction des déplacements de l'élément régulateur manoeuvré par le fluide sous pression et la direction des déplacements dudit poussoir (12) inscrivent un angle entre elles et par ailleurs une surface (40) oblique sur la direction des déplacements d'une pièce intermédiaire C35), que ledit fluide sous pression peut faire coulisser contre la force d'un ressort (38), commande les déplacements dudit poussoir (12). 2 - Servo-commande selon la revendication 1, caractériséeen ce que angle entre ladite force et ledit pous soir(12) est au moins approximativement de 900. 3 - Servo-commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que la précontrainte duressort (38), dont l'action s'exerce contre celle du fluide sous pression, est réglable. 4 - Servo-commande selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une bille (41) est destinée à la transmission de la force entre ladite pièce intermédiaire (35) et le poussoir (12) de la soupape. 5 - Servo-commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce intermédiaire (35) est montée sur un manchon de guidage (36) sur lequel elle peut coulisser dans la direction de son axe. 6 - Servo-commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface oblique (40) a un profil qui diffère de celui d'un plan oblique. 7 - Servo-commande selon les revendications 1 et 5 prises ensemble, caractérisée en ce que la canalisation (31) du fluide sous pression est raccordée à une cage (21) qui est séparée de la cage (1) de la soupape, qui contient aussi ladite pièce intermédiaire (35) et que le manchon (36) de guidage de cette pièce (35) obture d'un côté. 8 - Servo-commande selon la revendication 7, caracté risée en ce que ladite cage séparée (21) comporte un prolongemment latéral (22) par lequel elle se fixe sur la cage de la soupape (1), ltextrémité libre (24) de ce prolongement latéral (22) étant biseautée et un écrou à chapeau (29) en assurant la fixation. 9 - Servo-commande selon la revendication 8, caractérisée en ce qutun anneau-ressort (28) logé entre ledit écrou à chapeau (29) et l'extrémité libre (24) dudit prolongement latéral (22) est comprimé par cet écrou à chapeau (29) dans une gorge (26) de la circonférence extérieure de la cage de la soupape (1) lors du montage des deux cages (1,21).