Brevet FR2378225A1 — publié le 19780818

La présente invention est relative à une valve de commutation pour compteur combiné permettant, au delà d'une certaine valeur du débit, de diriger automatiquement l'écoulement du fluide à mesurer sur le compteur principal à la place du compteur secondaire, et vice-versa quand le débit diminue. On sait qu'une telle valve est nécessaire lorsqu'on veut mesurer le débit d'un fluide au moyen d'un compteur combiné constitué de deux compteurs branchés, l'un sur une conduite principale parcourue par le fluide aux débits importants, l'autre sur une conduite secondaire en dérivation parcourue par le fluide aux débits faibles, la commutation du débit entre les deux conduites étant assurée par la valve d'inversion pour une valeur donnée du débit. L'ouverture du clapet principal de cette valve provoque généralement une manoeuvre de fermeture du clapet secondaire, obturant la conduite secondaire et mettant le compteur secondaire hors service, le compteur principal assurant alors le comptage du débit qui s'écoule par la conduite principale. La valeur de commutation est liée au choix des deux compteurs pour que chacun d'eux fournisse, dans son étendue de mesure de débit respective, une précision acceptable. Cependant, on a constaté en pratique que ces valves d'inversion présentent généralement l'inconvénient d'un phénomène d'hystérésis qui se traduit par une commutation de l'écoulement de la conduite secondaire à la conduite principale, et vice-versa, pour des valeurs différentes de la valeur théorique prédéterminée suivant que le débit est croissant ou décroissant. Le compteur principal est ainsi mis en service trop tôt, ou reste en service trop longtemps, de sorte que chacun des compteurs est utilisé dans une zone de débits anormale, notamment le compteur principal dont l'erreur propre devient nettement supérieure à celle qu'il devrait avoir si la commutation se produisait toujours à la même valeur théorique. L'invention a pour objet une valve de commutation du type à clapets flotteurs dans laquelle les valeurs du débit de commutation dans le sens croissant ou décroissant sont ramenées dans une plage très étroite. La valve de commutation, suivant l'invention, comporte dans un corps de valve un ensemble de révolution coopérant avec deux clapets flotteurs axialement mobiles et étant ouvert à son extrémité d'entrée du fluide et présentant deux ouvertures de sortie, l'une reliée à l'entrée du compteur principal et fermée par le clapet principal en position de repos, l'autre reliée à l'entrée du comteur secondaire et ouverte par le clapet principal en position de repos, le clapet principal possédant en outre une ouverture pouvant dtre obturée par le clapet secondaire quand le débit du fluide dépasse une certaine valeur de commutation, et elle est caractérisée en ce que ledit clapet secondaire est solidaire d'un organe créateur d'une perte de charge disposé en amont à distance suffisam ment grande de ce clapet pour que l'action du fluide sur cet organe dépende essentiellement du débit et soit indépendante des conditions d'écoulement en aval autour de l'ensemble des deux-clapets. De préférence, l'organe créateur de perte de charge comporte deux ou trois disques disposés dans des plans perpendiculaires à l'axe du clapet et normalement à la direction d'écoulement du fluide. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs qui représentent divers modes de mise en oeuvre conformes à l'invention. Sur ces dessins La fig. 1 représente schéma-tiquement une vue en coupe axiale d'une valve suivant l'invention. La fig. 2 est un schéma montrant l'utilisation d'un clapet principal de forme non plane. La fig. 3 représente une structure composite d'un clapet principal conforme à l'invention. Sur la vue en coupe axiale représentée fig. 1, on voit le corps de valve 10 comportant une tubulure d'entrée 11, d'axe vertical AA, raccordable à la conduite dans laquelle circule le fluide à mesurer. Le corps 10 est fermé par un couvercle 12 présentant une sortie 13, coaxiale à la tubulure 11, pour être raccordée à ltentrée du compteur principal. Le corps 10 comporte aussi une seconde sortie, ou sortie secondaire 14, pour être raccordé à l'entrée du compteur secondaire branché sur une conduite en dérivation. Le corps 10 comporte intérieurement un ensemble 16 de révolution autour de l'axe AA constitué de deux éléments : un élément de forme tubulaire 16 A définissant une chambre d'entrée 17, et un élément en forme de cloche 16 B définissant intérieurement une chambre intermédiaire 18 et extérieurement une chambre de sortie 19 communiquant avec la sortie 13. La communication entre les deux chambres 18 et 19 se fait par l'intermédiaire d'une ouverture annulaire commandée par le clapet principal 20 de la valve qui, dans l'exemple représenté, a la forme d'un disque circulaire plan. Ce clapet, en position de repos, c'està-dire dans la gamme de débit allant de la valeur nulle à la valeur de commutation, repose sous l'effet de son poids sur un siège inférieur formé de deux joints toriques 21, 22 logés dans des gorges ménagées aux extrêmités des éléments 16 A, 16 B.Le clapet 20 est percé d'une ouverture 23, annulaire ou en forme de segments circulaires, centrée sur l'axe AA. Cette ouverture peut être obturée par le clapet secondaire 25 de la valve qui présente une forme annulaire correspondante. Ce clapet 25 est monté à l'extrémité d'une tige 24 qui est guidée par des colliers 26, tenus par des bras 27 reliés à l'élément 16 A, pour pouvoir coulisser axialement. Pour des raisons d'étanchéité du clapet principal aux faibles débits, on choisit les dimensions respectives de la surface circulaire interne Sc délimitée par le siège 21 et de la surface annulaire externe Sa délimitée par les deux sièges 21, 22 pour que le rapport de ces surfaces Sa soit > 1. La dif Sc férence de pression de part et d'autre de la surface Sa agit ainsi pour appliquer le clapet 20 contre son siège inférieur malgré la poussée s'exerçant sous la surface Sc tant que l'ouverture 23 n'est pas obturée. Suivant l'invention, à l'autre extrémité de la tige 24 est fixé un organe créateur de pertes de charge 28, jouant le rôle de capteur de débit et réalisé, par exemple au moyen d'un assemblage de trois disques circulaires disposés perpendiculairement à l'axe AA à une distance de quelques mm à 1 cm les uns des autres. La longueur de la tige 24 est choisie telle que l'organe 28 soit disposé vers l'entrée de la chambre 17 à distance suffisamment grande du clapet 25 pour que l'action du fluide sur cet organe dépende presque uniquement du débit, mais reste indépendante des conditions d'écoulement en aval autour des clapets 20 et 25. Le clapet principal 20 est guidé dans l'exemple représenté, par les parois internes de l'élément 16 B et, quand il est soulevé de son siège inférieur par flottaison dans le fluide d'une hauteur suffisante, il vient en appui sur un siège supérieur 29 A obturer une conduite 29, constituée par exemple par un soufflet élastique, et disposée dans la chambre 18 pour être reliée, à travers un orifice 30 dans l'élément 16 B, à la sortie secondaire 14. Accessoirement, l'entrée de la chambre 17 est équipée d'un dispositif 31 à section de passage variable en fonction du débit. Ce dispositif comporte, par exemple, un élément tubulaire 32 solidaire du corps 10, à travers lequel le fluide peut passer en permanence, et un élément de forme conique 33 qui peut coulisser axialement par rapport au tube 32 à l'encontre d'un ressort 34 sous l'effet de la poussée dynamique imprimée par le débit de fluide et laisser passer ainsi un débit plus important. En position de repos, l'élément 33 est appliqué contre le siège 35 disposé sur la paroi interne du corps 10 par l'intermédiaire d'un joint torique logé dans une gorge circulaire à cet effet. Le fonctionnement de cette valve de commutation se déroule de la manière suivante : en l'absence de débit, ou aux faibles débits, les positions des différents éléments mobiles sont celles représentées sur la figure. Le cône 33 du dispositif 31 repose sur son siège 35 ; le clapet secondaire 25 est en position basse, éloignée du clapet principal 20 qui, lui, repose sur son siège inférieur 21,22, et démasque l'ouverture 23. Le fluide en écoulement traverse le tube 32, parcourt la chambre 17, passe à travers l'ouverture 23 dans la chambre intermédiaire 18 et est évacué par la conduite 29 et la sortie 14 vers le compteur secondaire.La communication entre les chambres 17 & 19 étant empêchée par le clapet 20, le compteur principal est hors service. Quand le débit augmente, la poussée dynamique qui s'exerce sur l'organe 28 et le clapet 25 augmente également, provoquant le soulèvement de l'équipage mobile formé par ces deux éléments. Pour une valeur de seuil de débit prédéterminée, cette poussée atteint le poids apparent de cet équipage, c'est-à-dire son poids réel diminué de la poussée d'Archimède, et la commutation se produit : le clapet 25, arrivant à proximité du clapet principal 20, masque presque complètement l'ouverture 23. Dès l'amorçage de l'obturation de cette ouverture, il se produit un effet de "trompe à eau" qui attire de façon brusque et irréversible, le clapet secondaire 25 contre le clapet principal 20, ce qui achève d'obturer l'ouverture 23 de ce dernier.A ce moment, le fluide ne trouvant plus d'issue, la pression sous le clapet 20 augmente tandis qu'une dépression se produit dans la chambre 18, ce qui provoque le soulèvement du clapet 20. Une commutation franche est ainsi réalisée vers le compteur principal, car en se soulevant de son siège inférieur 21, 22, le clapet 20 est venu se plaquer contre son siège supérieur 29 A, obturant la conduite 29. Le fluide s'écoulant alors de la chambre 17 vers la chambre 19 est maintenant évacué par la sortie 13 vers le compteur principal. Peu après, et pour un débit légèrement supérieur au débit de commutation, le cône 33 du dispositif 31 s'est soulevé de son siège 35 pour offrir à l'écoulement fluide une plus grande section de passage. Il convient en effet, que la perte de charge due à l'écoulement passant par la périphérie du cône 33 ne provoque pas une retombée du clapet 25, ce qui rendrait son fonctionnement instable. Le compteur principal est ainsi seul en service tant quelle débit reste supérieur à une valeur de seuil "de retour" qui, en raison du phénomène d'hystérésis, est plus faible que la valeur de seuil "d'aller". Pour cette valeur de seuil de retour, une commutation inverse se produit de la façon suivante : quand le débit diminue, la poussée dynamique qui s'exerce sur l'organe 28 diminue. De maniere plus précise, quand la poussée sur l'équipage mobile 25-28 du clapet secondaire devient inférieure à son poids apparent, diminué en outre de la force s'exerçant sur la surface annulaire d'obturation 23, le clapet 25 va se séparer du clapet principal 20 et, en retombant, va déclencher la commutation inverse par dégagement de l'ouverture 23 et retombée consécutive du clapet 20 sur son siege inférieur 21, 22. En effet, l'équipage mobile 25-28 est soumis à deux actions 1) l'une qui s'exerce sur la surface annulaire 23 du clapet 25, désignée ci après : force "bouchante" F, et qui plaque ce clapet 25 contre le clapet principal 20. On peut montrer que cette force F est indépendante du débit et ne dépend que du poids P du clapet principal et du rapport s/S des sur faces efficaces s et S des deux clapets : la perte de charge créée par le clapet principal est en effet h P = SP qui est constante. Par suite, la qui s force F = a P.s = P s = constante. s 2) l'autre, due à la poussée dynamique qui est réellement fonction du débit. On conçoit par conséquent que pour diminuer au maximum l'hystérésis, c'est-à-dire l'écart des valeurs d'aller et de retour du débit de commutation, il est indispensable de réduire la force F, qui ne dépend pas du débit, à une valeur aussi faible que possible pour que son action devienne négligeable devant celle due à la poussée dynamique, fonction du débit. Ceci est réalisé suivant l'invention, d'une part en diminuant la surface s du clapet secondaire 25 dans les limites compatibles avec la gamme de débit choisie pour le compteur secondaire, mais essentiellement d'autre part, par l'adjonction de organe 28 qui joue le rôle de capteur de débit, et ceci indépendamment des conditions d'aval, que l'écoulement se fasse à travers l'ouverture 23 vers le compteur secondaire, ou clapet principal 20 soulevé, vers le compteur principal. Grace à ces dispositions, on a ainsi pu réduire l'hystérésis de la valve à des valeurs très faibles (N 0,2 m3/h) et obtenir aux débits décroissants, comme aux débits croissants, une commutation extrêmement franche. I1 a été constaté, en effet, que en l'absence d'un organe 28 complètement dissocié du clapet secondaire quant à sa fonction d'obturation, le clapet secondaire pouvait, suivant les grandeurs relatives de son poids et de la force F, soit rester plaqué contre le clapet principal jusqu'à un débit quasi-nul, soit se détacher des que la commutation aux débits croissants avait eu lieu et entrainer un état de commutation instable. L'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple. En particulier, pour permettre un écoulement plus direct et diminuer les pertes de charge de la valve, le clapet principal peut présenter une forme partiellement gauche, par exemple sphérique, au lieu d'une forme plane, les points 21, 22 étant alors des plans différents, comme schématisé à la ìg. 2. Pour des raisons d'étanchéité du clapet principal aux faibles débits, il peut être aussi avantageux de réaliser le clapet 20 sous forme composite constituée, comme représenté fig. 3, d'une rondelle centrale 20 A axialement mobile sur un axe 37 fixé au centre du clapet 20 et d'un corps de clapet 20 B évidé dans sa partie centrale sur un diamètre légèrement supérieur à celui de la rondelle, de manière à reproduire, quand la rondelle 20 A est au contact, une ouverture annulaire analogue à l'ouverture 23 de la fig. 1. Au repos, la rondelle est dégagée de son logement d'environ 1 à 10 mm et prend appui sur une collerette 36 prévue à l'extrémité de l'axe 37. Le passage du fluide à travers le clapet principal se fait donc par l'évidement séparant la rondelle du corps de clapet, -de surface bien plus grande que celle de la réalisation de la fig. 1. Par ce biais, on diminue considérablement la perte de charge risquant de provoquer le soulèvement du clapet aux débits inférieurs au seuil de commutation sans donner à ce clapet un poids de valeur prohibitive. Bien que la valve ait été représentée orientée suivant un axe vertical, son fonctionnement peut également être obtenu en position horizontale en prévoyant deux contrepoids d'équilibrage des clapets tendant à ramener ceux-ci dans leur position de repos représentée fig. 1, le contrepoids 38 du clapet principal étant articulé autour d'un axe 39 fixé sur le corps 10, et le contrepoids 40 du clapet secondaire étant articulé autour d'un axe solidaire 41 du clapet principal, comme cela a été représenté en traits interrompus à la fig. 1. Dans ce cas, les clapets peuvent être guidés respectivement par un bras 42, 43 relié mécaniquement à leur contrepoids. REVENDICATIONS 1. Valve de commutation pour compteur combiné destiné au comptage du débit d'un fluide parcourant une conduite, comportant dans un corps de valve un ensemble de révolution coopérant avec deux clapets flotteurs axiale ment mobiles, cet ensemble étant ouvert à son extrêmité d'entrée du fluide et présentant deux ouvertures de sortie, l'une reliée à l'entrée du comp teur principal et fermée par le clapet principal en position de repos, l'autre reliée à l'entrée du compteur secondaire et ouverte par le clapet principal en position de repos, le clapet principal possédant en outre une ouverture pouvant être obturée par le clapet secondaire quand le dé bit de fluide dépasse une certaine valeur de commutation, valve caracté risée en ce que ledit clapet secondaire est solidaire d'un organe créa teur d'une perte de charge disposé en amont à distance suffisamment grande de ce clapet pour que l'action du fluide sur cet organe dépende essentiel lement du débit et soit indépendante des conditions d'écoulement en aval autour de l'ensemble des deux clapets. 2. Valve de commutation suivant la revendication l,caractérisée en ce que le dit organe comporte au moins deux disques disposés dans des plans perpen diculaires à l'axe du clapet et normalement à la direction de l'écoule ment du fluide. 3. Valve de commutation suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractéri sée en ce que l'ouverture du clapet principal et la surface active cor respondante du clapet secondaire ont une surface dimensionnée au minimum compatible avec la gamme de débits passant dans le compteur secondaire. 4. Valve de commutation suivant l'une des revendications précédentes, carac térisée en ce que ledit organe est disposé à l'extrémité d'une tige fixée à son extrêmité sur le clapet secondaire, et en ce qu'elle comporte des moyens reliés à l'ensemble de révolution et permettant à cette tige de coulisser axialement. 5. Valve de commutation suivant l'une des revendications précédentes caracté- risée en ce que l'ouverture de sortie reliée au compteur secondaire est précédée d'un soufflet élastique servant de siège pour le clapet principal 6. Valve de commutation suivant l'une des revendications précédentes, carac térisée en ce que ledit ensemble de révolution comporte une partie de forme tubulaire et une partie en forme de cloche définissant respective ment une ouverture centrale interne et une ouverture annulaire externe, le rapport des surfaces de l'ouverture annulaire à l'ouverture circulaire étant supérieur ou égal à 1. 7. Valve de commutation suivant l'une des revendications précédentes carac térisée en ce que le clapet principal comporte un corps de clapet pré sentant une partie plane dans laquelle est réalisée une ouverture circu laire et une rondelle de diamètre inférieur coopérant avec ladite ouver ture et axialement mobile par rapport audit corps de clapet. 8. Valve de commutation suivant l'une des revendications précédentes, carac térisée en ce qu'elle comporte à l'entrée un dispositif ayant une section de passage variable en fonction du débit au delà de la valeur de commuta tion. 9. Valve de commutation suivant l'une des revendications précédentes, carac térisée en ce que, en vue de pouvoir fonctionner suivant une direction d'écoulement horizontal, elle comporte deux contrepoids d'équilibrage des clapets, le contrepoids du clapet principal étant articulé autour d'un axe fixé sur le corps de la valve et le contrepoids du clapet secondaire étant articulé autour d'un axe solidaire du clapet principal.