Brevet FR2395453A1 — publié le 19790119

La présente invention concerne les raccords rapides, et plus particulièrement les coupleurs hydrauliques. On sait que les raccords rapides présentent en général deux inconvénients inhérents au principe même de leur construction interne, à savoir d'une part, la création de pertes de charge relativement importantes, et d'autre part, des difficultés d'accouplement résultant de la raideur des ressorts de clapets auxquelles, dans le cas d'accouplement sous pression, vient staJouter l'effort induit par la pression résiduelle dans les canalisations. Les pertes de charge dans les raccords rapides peuvent être minimisées en améliorant, dans la mesure du possible, les passages de fluide dans les éléments mâle et femelle, et en réalisant des profils évolutifs avec le minimum de discontinuités. La diminution des pertes de charge autorise l'utilisation de tels raccords, non seulement dans des installations à haute pression mais également dans des éléments de tuyauterie parcourus par des débits instantanés ou continus relativement élevés. Or, la coopération en bout des clapets des éléments mâle et femelle, dans ce type de raccords rapides, entrasse généralement une dissymétrie constructive du raccord rapide du fait qu'un des ressorts de rappel doit avoir une raideur supérieure à celle du ressort de rappel du clapet de l'autre élément de façon à repousser ce dernier en butée lors de la fermeture du raccord. Cette configuration entraîne donc le fait que le clapet dont le ressort est le plus raide, ou premier clapet, se trouve ;Lorsque le raccord est fermé en position ouverte, maintenu plaqué en bout contre l'autre clapet, ou second clapet, lui-m8me en butée dans son élément correspondant, sous l'action de son seul ressort.Le premier clapet est sensiblement en équilibre du fait des pressions statiques du fluide dans le raccord, mais est soumis librement aux pressions dynamiques développées par le fluide en mouvement. Dans le premier sens d'écoulement du fluide, tendant à maintenir le second clapet en butée, tordre de grandeur du débit de fluide n'affecte pas gravement le fonctionnement du raccord, aux pertes de charge près. Par contre, dans l'autre sens d'écoulement, la pression dynamique peut provoquer une compression du ressort du premier clapet, ctest-à-dire du ressort le plus raide, et donc amener le second clapet, Jusqu'à présent en butée, à se comporter comme un clapet suiveur et à venir obturer le raccord en venant en butée contre son siège. Pour remédier à cette état de chose, la solution habituelle consiste à augmenter la raideur du ressort du premier clapet pour le rendre relativement insensible aux variations de pression dynamique développées par un fluide en mouvement à grande vitesse dans le second sens d'écoulement. Le renforcement de ce premier ressort se traduit cependant par une augmentation des difficultés pour réaliser manuellement la fermeture du raccord, surtout dans le cas ou les éléments de canalisation sont sous pression, et entratne donc fréquemment l'utilisation d'outils de fermeture de raccord accessoires. La présente invention a précisément pour obJet d'obvier à ces inconvénients en proposant un raccord rapide, utilisable avec des débits d'écoulement importants dans l'un ou l'autre sens par rapport au raccord, tout en permettant un raccordement et une fermeture aisés du raccord à la main, même dans le cas de la présence de pressions résiduelles dans les canalisations auxquelles sont connectés les éléments du raccord. Pour ce faire, et selon une caractéristique de la présente invention, dans un tel raccord rapide chaque clapet est monté de façon à pouvoir coulisser longitudinalement dans un cylindre coaxial à l'axe longitudinal de lrélément correspondant et solidaire de cet élément, le passage de fluide dans les éléments étant défini entre la paroi externe du cylindre et la paroi interne de l'élément. Cette disposition permet d'une part de définir dans les éléments du raccord un passage de fluide de forme générale annulaire et présentant un profil sans discontinuités notables, et d 'au- tre part de réaliser le clapet de chaque élément sous la forme d'un clapet piston dont la face interne au cylindre, opposée à la face de travail du clapet, peut être soumise à une pression con trlable indépendante de la pression du fluide en écoulement. Par ailleurs, le ressort de rappel se trouve isolé du fluide en écoulement et évite ainsi la formation de turbulences. Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'extrémité de chaque cylindre opposée au clapet est fermée pour définir une chambre où est logé le ressort de rappel du clapet, cette chambre étant mise en communication avec le passage de fluide dans l'un des éléments du raccord, et isolée du fluide en éoule- ment dans l'autre élément. En isolant ainsi la face non travaillante du clapet normalement soumis à la pression résiduelle, c'està-dire en général le clapet de l'élément mâle, il est pos#sible de diminuer la force du ressort de rappel de l'autre élément de clapet, ce qui facilite donc les opérations de raccordement et de fermeture du raccord, même lorsque l'un des éléments de connexion est maintenu sous une pression résiduelle.De même, il est aussi possible, en gardant les grandeurs des forces de ressort traditionnelles d'augmenter considérablement les débits admissibles sans provoquer d'entratnement du clapet. La présente invention sera mieux comprise au vu de la description suivante d'un mode de réalisation, faite en relation avec le dessin annexé, dans lequel La figure 1 représente en demi-coupe longitudinale un raccord rapide selon la présente invention en position de fermeture, les clapets étant ouverts. Le raccord rapide représenté sur la figure 1 comporte de façon traditionnelle un élément de raccordement femelle, généralement référencé 1, et un élément de raccordement mâle, généralement référencé 2, présentant un embout cylindrique 3 susceptible de s 'enga- ger dans un logement 4 de l'élément femelle et venant en butée en 5 et en 5' (Joint d'étanchéité) dans ce dernier, une bague coulissante périphérique 6, coopérant avec des billes à déplacement radial 7,étant montée sur l'élément femelle pour permettre une fermeture déverrouillable du raccord. Les éléments 1 et 2 présentent respectivement des moyens de raccordement à des éléments de tuyauterie, par exemple des taraudages 8 et 9, respectivement, aux normes habituelles dans les installations considérées. Conformément à la présente invention, un élément de cylindre, généralement référencé 10, 11 est monté dans chaque élément, coaxialement à celui-ci. Chaque élément de cylindre 10, 11, comporte une partie longitudinale creuse, formant cylindre proprement dit, référencée respectivement 12,13, solidaire d'un flasque support, référencé respectivement 14,15, formant une partie centrale pleine d'où font saillie radialement au moins deux bras, î6 > 17, respectivement, dont la surface extérieure circulaire filetée est vissée dans le taraudage 8,9, de l'élément correspondant.Chaque élément de cylindre 12, 13, définit ainsi entre sa paroi externe cylindrique droite et la paroi interne, également cylindrique droite, de ltélémant correspondant un passage de fluide annulaire, référencé respectivement 18,19, communiquant avec le volume défini par l'alésage correspondant 8,9, par des passages profilés 20,21 formés entre les bras 16,17 des flasques supports l4,15. Le clapet-, ou tête de clapet, de chaque élément, respectivement 22,23, est emmanché dans une douille creuse cylindrique, respectivement 24,25, montée de façon à pouvoir coulisser dans le cylindre correspondant 12,13. le ressort de rappel de chaque clapet, respectivement 26,27, est monté à l'intérieur des douilles creuses et maintenu -en compression entre une surface de butée 28,29 saillant vers l'intérieur de la douille et le fond, respectivement 30,31, du cylindre 12,13. De cette façon, le cylindre 12,13, le flasque support 10,11, la douille creuse 24,25 et la tête de clapet 22,23 définissent une chambre intérieure, respectivement 32,33. Au voisinage de son extrémité externe, chaque douille creuse forme une collerette, respectivement 34,35, saillant radialement par rapport à la surface externe de glissement de la douille, et de diamètre sensiblement égal au diamètre externe du cylindre correspondant 12,13. La collerette 34,35 forme ainsi une surface annulaire de butée, respectivement 36,37, pour coopérer avec l'ex- trémité longitudinale correspondante, respectivement 38,39, du cylindre dans lequel est montée la douille creuse.La course de l'équipage mobile constitué de la tete de clapet, 22,23, et de la douille creuse 24,25, est ainsi limitée entre la position de butée de la surface annulaire 36,37 contre l'extrémité de cylindre 38,39 dans un sens, et la position où le Joint d'étanchéité annulaire, 40,41 de clapet, monté au droit du raccordement entre la surface de travail #externe de la texte de clape#t et la douille creuse, vient en appui sur son siège 42,43, formé par l'extrémité convergente du corps de l'élément correspondant 1,2. La face de travail de la tête du clapet, respectivement 44,45, présente avantageusement la forme d'un tronc de cane de révolution à profil courbe évolutif, ayant sa concavité dirigée vers l'extérieur et se terminant par une face plane 46,47 par l'intermédiaire de laquelle les têtes de clapet coopèrent en bout. Dans le mode delialisation représenté, la chambre 32 définie à 1'intérieur du cylindre 12 de 1'élément femelle 1 communique par l'intermédiaire d'un conduit radial 48 avec le passage de fluide 18, de façon que la pression de fluide régnant dans la cham bre 32 soit égale à la pression statique du fluide régnant dans le passage de fluide de l'élément considéré. Par contre, la chambre 33, définie dans le cylindre 13 de l'élément mâle 2, est isolée du passage de fluide dans cet élément par un Joint d'étanchéité 49. Avec un tel agencement, les pressions régnant dans les chambres 32,33-, respectivement à la pression du fluide dans la canalisation dans la chambre 32 et à une pression déterminée indépendante de celle du fluide, par exemple 1 bar, dans la chambre 33, permettent d'aider les ressorts de rappel 26,27 dans l'équilibrage de la poussée dynamique. Dans le sens normal d'écoulement de forts débits, figuré par la flèche A, l'équipage mobile constitué par les deux clapets accolés demeure indifférent aux variations de débit dans la mesure où le clapet 23 de l'élément niâle est maintenu en butée dans la position représentée sur la figure 1 contre la face annulaire 39 du cylindre correspondant 13.Par contre,dans une installation traditionnelle, pour un écoulement dans le sens inverse, la pression dynamique s'exerçant sur le clapet 22 peut tendre à déplacer celui-ci vers la droite de la figure 1 à l'encontre du ressort 26, et fermer ainsi le clapet 23 contre son siège 43. Dans la présente installation, la pression régnant dans la chambre 32 renforce l'action du ressort 26,et, pour une raideur de ressort égale permet., d'augmenter le débit maximum admissible avant fermeture du raccord. Comme, traditionnellement, le ressort 26 doit être plus fort que le ressort 27 dans la chambre 33 afin de repousser le clapet de l'élément mâle 23 lors de la fermeture du raccord, il est ainsi possible de tarer le ressort le plus raide 26 à une valeur relati veinent faible, par exemple 5 bars, permettant ainsi de réaliser une fermeture du raccord à la main sans développer d'efforts très importants, même dans le cas où le clapet 23 est maintenu en butée contre son siège 43 sous l'application d'une pression résiduelle, celle-ci ne portant alors que sur la surface de butée annulaire 37 de la douille creuse 25 du clapet, l'élément de raccordement mâle 2 étant normalement l'élément de raccordement à un dispositif de servitude, par exemple dans des engins agricoles, et donc susceptible d'être maintenu sous une pression résiduelle de l'ordre de quelques dizaines de bars. Alors que les raccords rapides connus permettent des débits de fluide Jusqu'à 50 litres/ minute avec des ressorts moyens permettant une fermeture du raccord à la main, dans le dispositif selon la présente invention, avec un ressort 27 taré pour correspondre à une pression de 1 bar, et un ressort 26 taré pour correspondre à une pression de 5 bars, le débit maximum admissible at- teint 135 litres/minute. En augmentant la raideur du ressort 26 pour la porter à une valeur correspondant à 6 bars, le débit maximum admissible avant fermeture passe aux environs de 160 litres/minute. Pour des plus faibles débits, au contraire, il est possible de diminuer la raideur du ressort 26 Jusqu'à une valeur correspondant à environ 1 bar. La présente invention n1 est pas limitée aux modes de réalisation décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaltront à l'homme de l'art. En particulier, la forme des têtes de clapet et leur mode de montage dans les cylindres supports peuvent tre adaptés aux dimensions et aux conditions de travail du raccord rapide. De la même façon, la chambre 33 du clapet de l'élément mâle peut communiquer par une fine tubulure axiale avec la face avant 46 du clapet, pour Etre maintenue sensiblement à la pression atmosphérique. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaltront à l'homme de l'art. REVENBICATIONS 1 - Raccord rapide comprenant un élément male insérable dans un élément femelle comportant des moyens de verrouillage à billes et à bague coulissante, l'élément femelle comprenant un premier clapet susceptible de se déplacer longitudinalement par rapport à l'élément femelle, à l'encontre d'un premier ressort, dans un passage de fluide formé dans l'élément femelle, l'élément mâle comprenant un second clapet susceptible de se déplacer longitudinalement par rapport à l'élément femelle, à l'encontre d'un second ressort, dans un passage de fluide formé dans l'élément mule, caractérisé en ce que chaque clapet est monté de façon à pouvoir coulisser longitudinalement dans un cylindre fixe solidaire de l'élément, coaxial à l'axe longitudinal de l'élément, le passage de fluide dans l'élément étant défini entre la paroi externe du cylindre et la paroi interne de l'élément. 2 - Raccord rapide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de chaque cylindre opposée au clapet est fermée pcurdéfinir une chambre dans laquelle est logé le ressort de rappel. 3 - Raccord rapide selon #la revendication 2, caractérisé en ce que le cylindre est fermé par un flasque support de cylindre monté dans l'élément de raccord par l'intermédiaire de bras radiaux définissant entre eux une portion de passage du fluide de l'élément. 4 - Raccord rapide selon la revendication 2 ou la reven diction3, caractérisé en ce que la chambre d'un élément de raccord est en communication avec le passage de fluide de cet élément. 5 - Raccord rapide selon la revendication 4, caractérisé en ce que le clapet de l'autre élément est monté coulissant de fa çon étanche dans le cylindre correspondant. 6 - Raccord rapide selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre du cylindre du premier clapet est en communication avec le passage de fluide de l'élément femelle, le premier ressort ayant une raideur supérieure à celle du second ressort. 7 - Raccord rapide selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque clapet comprend une tette de clapet profilée solidaire d'une extrémité d'une douille creuse montée de façon à pouvoir coulisser dans le cylindre correspondant, cette extrémité de la douille creuse présentant une collerette s'étendant radialement et formant un épaulement pour coopérer en butée avec l'extrémité du cylindre opposée à l'extrémité fermée. 8 - Raccord- rapide selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque ressort est repris en appui entre le fond du cylindre et une surface annulaire de la douille s'étendant vers l'intérieur de la douille. g - Raccord rapide selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que la face de travail de chaque teAte de clapet présente une force tronconique dont la génératrice forme un profil. évolutif courbe à la concavité dirigée vers ltex- térieur, l'extrémité de la tête de clapet étant plane dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du raccord, un Joint d'étanchéité étant prévu au droit du raccordement entre la tete de clapet et la collerette de la douille. 10 - Raccord rapide selon la revendication 9, caractérisé en ce que le diamètre externe de la collerette est sensiblement égal au diamètre externe du cylindre correspondant. 11 -Raccord rapide selon la revendication 10, caractérisé en ce que les diamètres internes des éléments sont sensiblement égaux, en ce que les diamètres externes des cylindres sont sensiblement égaux, les têtes de clapet étant -sensiblement identiques pour chaque élément du raccord. 12 - Raccord rapide selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que le second ressort est taré à à environ 1 kilogramme force, le premier ressort étant taré à 5 kilogramme force environ. 13 - Raccord rapide selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que le second ressort e#st taré à environ 1 kilogramme force, le premier ressort étant taré à une valeur comprise entre environ 1 kg.force et 5 kg.force.