Brevet FR2389815A1 — publié le 19781201

La présente invention est relative aux robinets à clapet, notamment pour installations sanitaires, du type comprenant une tubulure d'entrée débouchant coaxialement dans une chambre cylindrique du corps de robinet en définissant un siège annulaire, et un clapet mobile dans la chambre coaxialement à ce siège. Les installations sanitaires nécessitent souvent des robinets de gros débit, par exemple pour les éviers et les baignoires/ douches. Or, plus le débit augmente, plus il est difficile d'obtenir de bonnes qualités acoustiques pour le robinet, pour un diamètre donné de la tubulure d'arrivée. Les causes du bruit sont multiples et complexes. La littérature cite la turbulence résultant du mélange entre le jet, provenant de l'intervalle entre le clapet et le siège, et la masse fluide quasiment inerte se trouvant dans la chambre entourant l'ensemble du clapet et du siège. I1 y a ensuite, sous 11 effet du jet précité, la rupture de la couche limite de fluide inerte, contre les parois du corps et de la tubulure de départ. On peut citer aussi des phénomènes de cavitation. Enfin, les jeux mécaniques, dans la commande du déplacement du clapet vers le siège, participent également à la naissance de ce bruit. Pour réduire le bruit avec les gros débits, on sTest jus qu' & présent contenté d'augmenter le diamètre de la tubulure d'arrivée. Ceci présente de nombreux inconvénients : on ne dispose plus, pour régler le débit, que d'une très faible course du clapet. De plus, les gros robinets sont encombrants et coûteux, et le raccordement à une alimentation de faible diamètre pose de sérieux problèmes. Pour définir les performances acoustiques d'un robinet, on retranche le bruit en décibels d'un étalon de bruit. La valeur obtenue est appelée Ds (Différence sonore). Plus la valeur minimale de Ds sur la plage de débit du robinet est grande, plus le robinet est silencieux. L'additif à la norme française NF Dl8201 utilise cette notion pour classer les robinets en deux groupes acoustiques - Groupe I : Ds # 25 : ce sont les robinets très silen mini cieux; - Groupe II : 25 + Ds ) 15 : robinets assez silencieux mini A l'intérieur de chaque groupe, les robinets sont répartis en trois classes A, B ou C, en fonction de leur débit, la classe C correspondant aux plus gros débits de 0 > 42 a' 0 > 50 lys . L'invention a pour but de fournir un robinet â. clapet ayant, pour un diamètre donné de la tubulure d'arrivée et un corps donné, un niveau de bruit réduit, notamment pour l'obtention des meilleurs performances acoustiques demandées par la norme, sous réserve, bien entendu, que le corps en lui-meme soit suffisamment silencieux. A cet effet, elle a pour objet un robinet du type précité, caractérisé par les relations suivantes, pour un diamètre de tubulure d'entrée supérieur ou égal à 6 inni (a) le contact d'étanchéité entre le clapet et le siège S t effectue suivant une quasi-arête ayant au plus 2 mm de largeur; (b) le clapet et le siège définissent entre eux un angle compris entre 100 et 800; (c) la tubulure d'arrivée se termine par un arrondi dont le rayon est compris entre 0,5 et 3 mm; (d) le diamètre intérieur de la chambre dépasse d'au moins 5 mm le diamètre de la tubulure d'entrée augmenté de deux fois le rayon dudit arrondi; et (e) le diamètre extérieur du clapet ne dépasse pas de plus de 20 mm le diamètre de la tubulure d'entrée augmenté de deux fois le rayon dudit arrondi. De préférence, lorsque la surface d'extrémité du clapet est concave, l'évidemment maximal de cette surface est compris entre 1 et 6 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention-res- sortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un robinet à clapet conforme à l'invention; - la Fig. 2 est une demi-vue en coupe axiale, à plus grande échelle, du siège de ce robinet; - la Fig. 3 est une vue analogue à la Fig 1 d'un second mode de réalisation de robinet à clapet conforme à l'invention; - les Fig. 4 à 6 sont des demi-vues en coupe axiale montrant le détail de trois variantes du clapet du robinet de la Fig.3. Le robinet représenté à la Fig. 1 comporte un corps 1, un siège 2 et un clapet 3 Le corps 1 présente une conduite d'entrée 4 d'axe X-X dé bouchant, par une extrémité taraudée 6, dans une chambre cylindrique coaxiale 5 de diamètre intérieur h Une tubulure de sortie, non représentée, part de la chambre 5, par exemple perpendiculairement à l'axe X-X. Pour la commodité de la description, on supposera le corps orienté comme sur la Fig. 1, c'est-à-dire avec la conduite 4 à sa partie inférieure. Le siège 2 est constitué par une pièce de révolution dont une partie tubulaire filetée 7 est vissée dans la conduite 4 et définit la tubulure d'entrée du robinets, de diamètre intérieur constant . Cette tubulure 7 se prolonge à l'intérieur de la chambre 5 par le siège proprement dit. La demi-section de celui-ci a grossièrement la forme d'un trapèze rectangle dont la grande base 8 prolonge la tubulure 7 et dont la hauteur 9 est appliquée contre la face inférieure de la chambre 5. Le côté oblique 10 fait avec ce fond un angle et 1V angle entre ce côté et-la grande base 8 est remplacé par un quart decercle ll de rayon r se raccordant à la base 8 tan s gentiellement et au côté 10 par une arête 12. Le diamètre extérieur du siège proprement dit est s' , et le diamètre de l'arête 12 est a La distance sur laquelle le siège fait saillie dans la chambre 5 est désignée par d. Le clapet 3 est constitué essentiellement par un bloc 13 cylindrique en matériau élastique fixé à sa partie supérieure sur une tige de manoeuvre d'axe X-X (non représentée). Le bloc 13 est enserré dans une bague cylindrique 14revue dans une gorge de profondeur correspondante ménagée dans ce bloc. Seule l'extrémité inférieure du bloc 13 est libre sur sa périphérie; sa face inférieure 15 est plane, avec un bord arrondi suivant un quart de cercle de rayon rc. Le diamètre extérieur du clapet 3 est désigné par c Il est clair que, pour pouvoir fermer le robinet, il faut que c ) > / . En variante, la bague 14 peut être supprimée. On a constaté que cette configuration fournit un très bon niveau de bruit si le contact étanche clapet-siège s'effectue suivant l'arête linéaire 12 ou suivant une zone de largeur a réduite remplaçant cette arête (Fig.2), si le recouvrement R = c - a reste dans certaines limites lorsque c > a' et si le diamètre ch de la chambre est suffisant par rapport à a Il est à noter que si l'arête 12 est vive par construction, elle s'émoussera vite par usure, surtout si le siège est en matière tendre Dans ce cas, on peut, en pratique, aplanir ou, mieux, arrondir cette arête pour définir ladite zone de contact, au prix d'une légère chute des performances acoustiques. Par exemple, cette zone peut être réalisée entièrement à l'extérieur du quart de cercle 11. Plus précisément, on obtient les meilleurs résultats acous tiques avec les valeurs suivantes pour e 2 > / 6 mm, les valeurs les plus courantes étant 8 à 18 mm, et avec une tubulure d'entrée dépourvue d'aspérité perpendiculaire à l'écoulement si de plus : la différence sonore D est relevée d'environ 5dB par rapport aux s. mini fourchettes précédentes, du moins si > 8 mm Le rayon r semble peu influent sur le niveau acoustique, c alors que l'augmentation de d diminue généralement ce niveau quoiqu'il s1 agisse là d'un paramètre secondaire. En variante, comme représenté à la Fig.2 en traits mixtes, la face tronconique 10 peut être remplacée par une face 10' en forme de calotte torique (angle OÇ '). De plus, comme représenté à la Fig. 1 en traits mixtes, la tubulure d'entrée 7 peut converger sui vant un angle ( Le mode de réalisation des Fig 3 et 4 comporte les mêmes éléments. Le corps 1 n'est pas modifié. La partie du siège 2a en saillie dans la chambre 5 a en demi-section la forme d'un rectangle dont les deux coins supérieurs sont arrondis suivant des rayons in térieur r et extérieur r . La partie supérieure 2b est en maté IS es riau élastique , par exemple en caoutchouc, et est fixée sur le reste du siège, qui est rigide. Le clapet 3a est constitué par un cylindre rigide dont la base est évidée suivant une calotte sphérique 16 d'axe X-X laissant subsister une zone périphérique plane étroite 17 de contact avec le siège, de largeur a, à bords vifs (Fig.4). La hauteur maximale de la calotte 16 est désignée par C. L'angle &alpha; entre le clapet et le siège n'est plus divergent par rapport au sens de l'écoulement comme à la Fig. 1, mais convergent. Si l'on pose a = e + 2ris, comme pour laFig. 1, on constate que l'obtention d'un très bon niveau de bruit est subordonné à des conditions analogues à celles indiquées pour le premier mode de réalisation, à savoir, avec #e # 6 mm Si de plus on obtient une Ds relevée d'environ 5 dB par rapport aux -fourchettes mini précédentes, du moins si > 8 mm. La concavité 16 peut n'être qu'approximativement sphérique et être définie par un paramètre de forme C. De même, la face supérieure du siège peut ne pas être plane mais être définie par un paramètre de forme Comme précédemment, les valeurs courantes de e sont 8 à 18 mm, sans aspérité perpendiculaire à l'écoulement. Le rayon res est peu influent sur les performances acoustiques. En variante, comme représenté en traits mixtes à la Fig.3, la calotte 16a peut être tronquée en 16 si la valeur de C correspondant à la calotte complète dépasse 2 mm, et/ou le siège proprement dit peut être trapézoidal, pourvu que, lorsque c > #a, son angle &gamma; soit inférieur à g et que 11 angle i - t , qui constitue l'angle du clapet et dru siege, vérifie les relations définies plus haut pour l'angle &alpha; (Fig.3). Les Fig. 5 et 6 montrent que la zone de contact clapet-siège peut etre définie, en variante, par un demi-tore 18 (Fig.5) ou un quart de tore 19 (Fig.6). On choisira alors par exemple un rayon de tore r t maximal respectivement de 3 mm (Fig.5) et de 6 mm (Fig.6). Dans ses diverses variantes, l'invention permet donc d'obtenir des robinets à hautes performances acoustiques à partir d'un ensemble complexe de paramètres, et il est à peu près impossible de déterminer le rôle exact de chaque paramètre dans l'obtention du niveau sonore obtenu. 1 - Robinet à clapet, notamment pour installation sanitaire, du type comprenant une tubulure d'entrée débouchant coaxialement dans une chambre cylindrique du corps de robinet en définissant un siège annulaire, et un clapet mobile dans la chambre coaxialement à ce siège, caractérisé par les relations suivantes, pour un diamètre de tubulure d'entrée supérieur-ou égal à 6 mm (a) le contact d'étanchéité entre le clapet (3, 3 ) et le siège (2, 2 ) s'effectue suivant une quasi-arête (12, 17, 18, 19) ayant au plus 2 mm de largeur (a) (b) le clapet et le siège définissent entre eux un angle ( &alpha;, &alpha;', &alpha;- &gamma;) compris entre 10 et 80 ; (c) la tubulure d'arrivée (7) se termine par un arrondi (11) dont le rayon (rs, ris) est compris entre 0,5 et 3 mm;; (d) le diamètre intérieur (#ch) de la chambre (5) dépasse d'au moins 5 mm le diamètre ( ) de la tubulure d'entrée (7) augmen- té de deux fois le rayon (rs, ris) dudit arrondi; et (e) le diamètre extérieur c du clapet (3, 3a) ne dépasse pas de plus de 20 mm le diamètre (e) de la tubulure d'entrée (7) augmenté de deux fois le rayon(r5, ris) dudit arrondi. 2 - Robinet suivant la revendication 1, à clapet présentant une surface d'extrémité plane, caractérisé en ce que le diamètre de de la tubulure d'entrée (7) est supérieur ou égal à 8 mm et en ce que (a) a rJ 0 (b) ledit angle ( &alpha;, o4 ) est compris entre 300 et 750; (c) ledit rayon (rS) est compris entre 1,5 et 2 mm; et (d) la différence entre le diamètre extérieur (#c) du clapet (3) et le diamètre (e) de la tubulure d'entrée (7) augmenté de deux fois le rayon (rs) dudit arrondi est comprise entre 1 et 5 mm. 3 - Robinet suivant l'une quelconque des revendications l et 2, caractérisé en ce que le siège (2) est rigide et le clapet (3) en une matière élastique. 4 - Robinet suivant la revendication 1, à clapet présentant une surface d'extrémité concave, caractérisé en ce que l'évi- dement maximal (C) de cette surface (16, 16a) est compris entre 1 et 6 mm. 5 - Robinet suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre ( ) de la tubulure d'entrée (7) est supérieur ou égal à 8 mm, et en ce que (a) a # 0-; (b) ledit angle ( a - - &gamma; ) est compris entre 300 et 700; (c) ledit rayon (riS) est compris entre 1,5 et 2 mm (d) la différence entre le diamètre extérieur (c) ) du clapet (3 ) et le diamètre (e) de la tubulure d'entrée (7) augmenté de deux fois le rayon (riS) dudit arrondi est comprise entre 1 et 5 mm; et (e) l'évidemment maximal (C) de ladite surface d'extrémité concave (16, 16 ) est compris entre 1 mm et 0,45 fois le diamètre extérieur (c) du clapet. 6 - Robinet suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la concavité de ladite surface-d'extrémité (16, 16 ) est bordée par une zone d'étanchéité plane (17) à bords vifs sur~la périphérie du clapet (3a). 7 - Robinet suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la concavité de ladite surface d'extrémité (16, 16a) est bordée par une zone d'étanchéité en forme de demi-tore (18) ou de quart de tore (19) sur la périphérie du clapet (3 ). 8 - Robinet suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le clapet (3a) est rigide et le siège b (2 ) en une matière élastique. 9 - Robinet suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le siège (2, 2 ) définit une surface extérieure tronconique (10) à partir de son arête (12) de contact avec le clapet (3, 3a). 10 - Robinet suivant l'une quelconque des revendications l à 8, caractérisé en ce que le siège (2) définit une surface extérieure en forme de calotte torique concave (10') à partir de son arête (12) de contact avec le clapet (3).