Brevet FR2395443A1 — publié le 19790119

La présente invention à laquelle a collaboré Monsieur Jacques IUNG, concerne un relais hydraulique différentiel fonctionnant de façon autonome, c'est-à-dire sans apport d'énergie extérieure autre que la pression du fluide le traversant. Blle a plus particulèrement pour objet un relais hydraulique à membrane du type comprenant au moins un corps présentant deux chambres séparées par une membrane, à savoir - une chambre supérieure pouvant comprendre un orifice de mi- se à l'air libre et un ressort de compression agissant sur ladite membrane, et - une chambre principale communiquant, d1une part,avec le circuit d'arrivée de fluide et'autre part, avec le circuit de sortie du fluide, par l'intermédiaire d'un clapet actionné par ladite membrane. Ainsi, dans leur forme la plus simplifiée, les relais connus de ce genre ont un fonctionnement tel que Lorsque la pression du fluide à l'intérieur de la chambre principale est inférieure à une pression de seuil déterminée, qui peut être fonction de l'élasticité du ressort, du poids de ltéquipage mobile, dé la pression à l'intérieur de la chambre supérieure, et des dimensions du clapet, celui-ci est maintenu ouvert et le fluide traverse librement le relais. Lorsque la pression du fluide à l'intérieur de la chambre principale devient égale ou supérieure à la pression de seuil, le clapet est amené en position fermée, la réouverture du clapet se produisant lorsque la pression du fluide redescend au-dessous de la valeur de seuil. Il est clair que dans ces systèmes il est possible de retarder la fermeture ou la réouverture du relais en utilisant des procédés divers pouvant par exemple consister à introduire un jeu mécanique prédéterminé. Il n'en demeure pas moins que dans tous ces systèmes, la fermeture et la réouverture du relais sont essentiellement déterminées par une pression de référence fixe P1 (ou PI t iN P). D'une façon plus précise, l'invention a pour but d'obtenir à l'aide d'un relais hydraulique présentant une structure de base similaire à celle précédemment décrite, un fonctionnement fondamentalement différent, tel que - la fermeture initiale s'obtienne lorsque la pression P dans la chambre principale atteint une valeur Pi qui peut être trés faShle par exemple de l'ordre de quelques dizaines de millibars (exemple 50m bars), et le relais reste en position de fermeture si la pression croit dans la chambre principale,de façon continue,jusqu'à une pression fi nale Pf de fermeture qui peut être klevée,de l'ordre de quelques bars, par exemple 4 à 5 bars. La réouverture du relais soit obtenue pour une chute de pression ? prédéterminée faible (de l'ordre de quelques dizaines de millibars, par exemple 30 à 50 millibars) dans la chambre prineipale,m8me si la pression finale de fermeture Pf est dlevde ; cette chute de pression t? peut être indépendante de Pf, ou tre une fonction linéaire de "elle-ci. Par exemple, Pi peut être de l'ordre de 50 millibars, Pf de l'ordre de 4 bars et hP de l'ordre de 30 millibars. Pour parvenir à ce résultat, l'invention prévoit l'utilisation d'un circuit de transfert mettant en communication les deux chambres de relais et qui comprend un clapet taré, provoquant une perte de charge introduisant entre les deux chambres une différence de pre -sion prédéterminée S P'. Ainsi, en position fermée de la vanne, lorsque la pression décroit, à partir d'une pression quelconque Pf, d'une valeur t P = P', les pressions exercées sur chacune des faces de la membrane sont égales et, en conséquence, par le biais du ressort, le clapet se remet en position d'ouverture. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre supérieure du relais comprend un orifice de mise à l'air libre et un moyen d'obturation de cet orifice pour obtenir la mise à l'air libre de cette chambre pendant la fermeture pour que la pression Pi reste constante,et pour obtenir la fermeture de cet orifice pendant la phase de montée en pression après la fermeture du clapet. Selon un mode de réalisation de l'invention, le clapet est disposé de manière à ce que sa fermeture s'obtienne dans le sens autoclave, et dans ce cas, la liaison membrane/clapet s'effectue au moyen d'un palonnier disposé dans la chambre principale, qui est monté pivotant en sa partie médiane, sur le corps du relais, et dont les extrémités sont respectivement reliées d'une part à la membrane et d'autre part audit clapet. En conséquence l'écart de pression & P' nécessaire pour provoquer la réouverture du clapet se trouve augmenté du fait que le clapet est maintenu sur son siège par la pression Pf. La valeur P' sera donc augmentée d'une pression de clapet Pc donnée par la relation Pc = Pf x s = Pf (s ) S S S et 8 étant les surfaces des deux faces du clapet soumises à la pression Pi. Lorsqu'on désire obtenir une réouverture rapide du relais, donc sous une faible chute de pression, on a donc intérêt à avoir une pression Pc la plus petite possible -à titre d'exemple, le rapport s 1 W pourra astre fixé, par construction, à . à Pf En consdquence : iP = P + mbar.R. En tenant compte des relations ci-dessus, on réalise donc un relais différentiel dont la pression de fermeture initiale est constante et dont la -chute de pression nécessaire à l'ouverture t P' est une fonction croissante de la pression de fermeture finale. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins anne xés dans lesquels : La figure 1 est une représentation schématique d'un relais conforme à la présente invention ; La figure 2 représente, en coupe, un mode préféré de réalisation d'un relais hydraulique selon l'invention ; La figure 3 est un schéma de principe d'un limiteur de remplissage pour réservoir de liquides tels que des hydrocarbures utilisant un relais conforme à 1'invention. Avec référence à la figure 1, le relais comprend un corps 1 dans lequel sont ménagées deux chambres, àsavoir une chambre supérieure 2 et une chambre principale 3, séparées par un diaphragme 4. La chambre supérieure 2 comprend un orifice de mise à l'air libre 5 obturable par un pointeau 6 actionné par le diaphragme 4 ainsi qu'un ressort de compression 7 venant en appui sur la membrane 4 qui détermine une pression de fermeture initiale Pi du relais. La chambre principale 3 est raccordée d'une part, à la conduite d'arrivée de fluide 8, et, d'autre part, au conduit de sortie du fluide 9, par l'intermédiaire d'un clapet 10 se fermant dans le sens autoclave, ce clapet 10 étant actionné par la membrane 4 au moyen d'une liaison mécanique comprenant un palonnier 11 monté pivotant en sa partie centrale sur le corps 1 du relais et dont les extrémités sont respectivement reliées, par liaisons articulées, à ladite membrane 4 et audit clapet 10. Les chambres supérieure 2 et principale 3 communiquent entre elles par l'intermédiaire d'un clapet taré 12 permettant d'établir entre ces deux chambres une différence de pression P. Ainsi lorsque la pression dans les deux chambres est égale, la membrane 4 repoussée par le ressort 7 maintient ouvert le clapet 10. Par contre, dès que la pression à l'intérieur de la chambre principale 3 dépasse une pression de seuil Pi qui est essentiellement fonction de l'élasticité du ressort 7, la membrane 4 refoulée vers le haut provoque la fermeture du clapet 10. Parallèlement le pointeau 6 referme l'orifice 5 des mises à l'air libre. Â la suite de la fermeture du clapet 10, la pression P dans la chambre principale 3 croit. Â partir du moment où la pression P atteint une valeur correspondant à l'écart P, imposé par le clapet taré, la pression dans la chambre supérieure 2 s'élève parallèlement à la pression P mais diminuée de l'écart P. Ainsi lorsque la chambre principale 3 est le siège d'une pression finale Pf, la chambre supérieure 2 est à la pression Pf - fl P. Si, à partir de la pression Pf, la pression dans la chambre principale 3 décroît d'une valeur fl P, plus éventuellement modulée par la valeur Pf (s) 8 et S étant les surfaces du clapet sur lesquelles s'exerce la pression Pi, la pression dans la chambre principale 3 devient égale à la pression dans la chambre supérieure 2, et, en conséquence, sous l'effet du ressort 7, la membrane 4 se déforme vers le bas, provoquant ainsi 1 ouverture du clapet 10. Dans l'exemple représenté figure 2, le relais hydraulique comprend d'une façon analogue à celle précédemment décrite, une membrane 4 sollicitée par un ressort 7, un palonnier Il et un obturateur 10. il comprend d'une façon analogue un clapet taré comportant dans l'équipage mobile associé à la membrane, un canal axial 20 reliant la chambre principale 3 à la chambre secondaire 2. Â la partie supérieure de ce canal 20 est réalisé un siège sur lequel vient porter un pointeau coulissant 21 dont la masse est prévue de telle sorte que l'on obtienne une-pression différentielle de 30 mbars. L'équipage mobile comprend en outre,autour de l'extrémité supérieure du canal 20, un manchon tubulaire 22 comprenant au moins un perçage transversal 23, qui coulisse à l'intérieur d'un manchon tubulaire 24 correspondant, solidaire de la structure du relais, l'ensemble formant un tiroir. Ainsi, lorsque la pression dans la chambre principale 3 est inférieure à la pression de la chambre supérieure 2 et qu'ainsi la membrane 4 est déformée vers le bas, les perçages transversaux 23 ne se trouvent plus obturés par le manchon tubulaire 24 et le li quide à l'intérieur de la chambre supérieure 2 peut s'écouler dans la chambre principale 3. La chambre supérieure 2 comprend également un orifice 25 de mise à l'air, l'ouverture et la fermeture de cet orifice étant commandées par un pointeau 26 actionné de façon classique par un flotteur 27, le tout étant agencé de telle manière que lorsque le liquide dans la chambre 2 atteint un niveau prédéterminé, le pointeau vient obturer l'orifice 25. Le fonctionnement de ce relais qui est identique au précédent ne sera par conséquent pas décrit à nouveau. A titre d'exemple d'application du relais hydraulique selon l'invention on décrira maintenant le limiteur d'emplissage de réservoir de produit liquide schématisé figure 3. Ce dispositif limiteur d'emplissage comprend tout d'abord une vanne à membrane classique VP comprenant deux chambres, à savoir une chambre d'alimentation 31 et une chambre supérieure 32 séparées par une membrane 33 reliée mécaniquement à un clapet 34 commandant la fermeture (sens autoclave) ou l'ouverture d'fun orifice de sortie donnant dans le conduit de remplissage 35 de la cuve. Cette vanne VP est normalement fermée c'est-à-dire que lorsque les pressions dans la chambre supérieure 32 et dans la chambre d'alimentation 33 sont égales, le clapet 34 vient porter, par gravité sur son siège 36. Par contre, si la pression dans la chambre d'alimentation 31 est supérieure à la pression dans la chambre supérieure 32, la déformation vers le haut de la membrane 33 soulève le clapet 34 et provoque l'ouverture de la vanne VP. On notera tout d'abord que la chambre d'alimentation 31 est raccordée à la tuyauterie de remplissage 37 sur laquelle peut venir se brancher le flexible 38 du camion citerne qui a été représenté schématiquement, avec la vanne camion Vc 39 et éventuellement une vanne de mise à l'air libre VA 40. Cette chambre d'alimentation 31 est également raccordée comme précédemment mentionné au conduit de remplissage 35 de la cuve ainsi que, en outre : - à un détecteur de niveaux 41, par l'intermédiaire d'un obturateur 42 associé audit clapet 34 et d'un circuit secondaire 13 comprenant un régulateur de débit R1 - à la chambre supérieure 32 par l'intermédiaire d'un orifice calibré 44, - au conduit de remplissage de la cuve 35 par l'intermédiaire d'un orifice de fuite 45 et d'un circuit comprenant un régulateur de débit R2. La chambre supérieure 32 est reliée quant à elle, d'une part, comme précédemment mentionné, à la chambre d'alimentation 31 par l'intermédiaire de l'orifice calibrée 44, et, d'autre part, au détecteur de niveaux 41 par l'intermédiaire d'un circuit tertiaire 46 comprenant un relais hydraulique RS selon l'invention. Ainsi, pour obtenir une pression -p = 0, il suffit d'ouvrir le circuit tertiaire 46 tandis que pour obtenir p = P, il suffit d'obturer ledit circuit 46. il est à noter que les éléments d'obturation du circuit tertiaire 46 sont soumis à une pression variable égale à la pression P régnant dans la vanne au moment de la fermeture, soit par exemple de 50 mbars à 4 bars environ. Ceci ju tifie qu'entre la vanne à membrane VP et le détecteur de niveau 41 soit placé le relais Rs dont le seuil de fermeture est régld à la pression minimum de 50 millibars. Les éléments d'obturation que sont les clapets du détecteur de niveau 41, qui sont commandés par des flotteurs, ne peuvent supporter des pressions plus élevées du fait de leur miniaturisation. Le détecteur de niveau 41 qui est disposé à l'intérieur de la cuve, de préférence contre le conduit de remplissage de la cuve, est constitué par un corps creux dans lequel sont anénagés deux volumes V1 et V2. Le volume V1 qui communique par un orifice d'échappement 47 et un orifice de trop plein 48 avec le volume intérieur de la cuve contient un flotteur F1 qui commande un clapet S1 dont la fonction est de fermer un premier orifice 49 de sortie du circuit tertiaire 46 dès que le niveau de la cuve atteint un niveau N1. Le volume V2 qui est alimenté par le circuit secondaire 43 (en aval du régulateur de débit R1) comprend un orifice de fuite 51 calibré et un orifice de trop plein 52. Ce volume V2 contient un flotteur F2 qui commande un clapet S2 dont la fonction est de fermer un deuxième orifice de sortie du circuit tertiaire 46 dès que le niveau de liquide, à l'intérieur de ce volume,atteint un niveau N2. Dans un tel système, le fonctionnement du relais hydraulique Rs est le suivant A partir de la fermeture initiale, la pression croit dans la chambre principale 5 jusqu'8 une valeur dite pression de fermeture finale Pf donnée par la hauteur de charge ou par la pompe lorsque la vanne à membrane Vc est fermée. La réouverture du relais RS ne peut se faire qu'en faisant chuter la pression Pf jusqu'à la pression Pi. Deux conditions sont nécessaires à cette réouverture : a) fermer la vanne VC b) évacuer du liquide par une fuite permanente qui peut être de 30 1/h pour faire chuter la pression. Cette variation de pression de Pf vers Pi est appelée pression différentielle de décompression Pdd. Elle est donnée par la relation : Pdd = Pf - Pi. Dans cette relation on a par construction Pi = constant et Pf variable de 50 mbars à 4 bars, donc Pdd variable. Le temps lié à cette décompression est également variable d'autant que l'élasticité des tuyauteries et les poches d'air augmentent cette variation. Pour avoir un temps de décompression raisonnable, il y a lieu de faire varier Pi arithmétiquement comme Pi sans toutefois jamais atteindre Pi ; ce qui donne Pi = Pf - x. x est un terme constant qui peut être obtehu par construction en transférant, côté ressort d'équilibrage, au moyen d'un orifice de transfert associé à un clapet taré, une partie de la pression Pf. Ces deux pressions étant en opposition, on a : Pression résiduelle de fermeture Pr = Pf - (Pf - x) = i x varie bien conne P9 positivement et dans le m9me sens.Si dans l'expression donnant la pression différentielle de décompression on remplace Pi par sa valeur donnée en fonction de Pf, on a : Pdd = Pf - (Pf - w) d'oW Pdd = x Cette valeur de x peut être fixée par construction par exemple à 30 mbars, et la réouverture du relais Rs se fera par rapport à moins 30 mbars par rapport à Pf, quelle que soit la valeur de Pi par rapport à Pi. En réalité cette pression Pdd se trouve augmentée du fait que le clapet est maintenu sur son siège par la pression Pf. La valeur de Pdd sera donc augmentée d'une pression clapet donnée par la relation : Pc = Pf s 8 = Pf (8) L'intérQt est d'avoir Pc le plus petit possible et le rapport pourra être fixé par construction à donc : Pdd = x ) mb En tenant compte des relations ci-dessus, on réalisera un relais différentiel dont la pression de fermeture initiale Pi est constante et la pression d'ouverture Pdd une fonction croissante de la pression de fermeture finale. Cette construction permet une réouverture de Rs dans un temps fonction : a) du débit de fuite Q de R2 b) de la hauteur manometrique : x + Pf mbars soit : 10 Pf T" = f #x + 10# Q Q étant fixé par exemple à 30 l/h on aura intérAt à choisir x le plus petit possible, de l'ordre de 40 à 50 mbars. Des détails de construction doivent en outre permettre a) la mise à 1. air libre de la membrane côté ressort pendant la phase de fermeture pour que Pi reste bien à 50 mbars et ne dépende que du ressort, b) la fermeture de cette mise à l'air pendant la phase de montée en pression vers Pf pour que Pf - x puisse s'établir, c) 11 ouverture du circuit de transfert pour que en fin de circuit tous les éléments reprennent leur position initiale et en particulier se vidangent de tout liquide et s'annulent de toutes pressions. REVENDiCATIONS 1.- Relais hydraulique différentiel à fonctionnement autonome du type comprenant au moins un corps présentant deux chambres séparées par une membrane, à savoir, une chambre supérieure pouvant comprendre un orifice de mise à l'air libre et un ressort de compression agissant sur ladite membrane, et -une chambre principale communiquant d'une part,avec le circuit d'arrivée de fluide et, d'autre part1avec le circuit de sortie du fluide, par l'intermédiaire d'un clapet actionné par ladite membrane, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de transfert mettant en communication lesdites chambres du relais et qui comprend un clapet taré provoquant une perte de charge introduisant entre les deux chambres une différence de pression prédéterminée. 2.- Relais hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre supérieure du relais comprend un orifice de mise à l'air libre et un moyen d'obturation de cet orifice pour obtenir la mise à l'air libre de cette chambre pendant la fermeture pour que la pression de fermeture initiale Pi reste constante et pour obtenir la fermeture de cet orifice pendant la phase de montée en pression après la fermeture du clapet. 3.- Relais hydraulique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le susdit clapet est disposé de manière à ce que sa fermeture s'obtienne dans le sens autoclave, et en ce que dans ce cas, l'écart de pression t P' nécessaire pour provoquer la réouverture du clapet sera augmentée d'une pression Pc donnée par la relation : Pc = Pf x5 s 5 Pf ff S et s étant les surfaces des deux faces du clapet soumises à la pression Pf. 4.- Relais hydraulique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la liaison membrane/clapet s1 effectue au moyen d'un palonnier disposé dans la chambre principale, qui est monté pivotant, en sa partie médiane, sur le corps du relais, et dont les extrémités sont respectivement reliées par liaisons articulées d'une part,à la membrane et, d'autre part, audit clapet. 5.- Relais hydraulique selon l'une des revendications précéder- tes, caractérisé en ce que le susdit clapet taré comprend, dans l'équipage mobile associé à la membrane, un canal axial reliant la chambre principale à la chambre supérieure, et en ce que, à la partie supérieure de ce canal est réalisé un siège sur lequel vient porter un pointeau coulissant dont la masse est prévue de telle sorte que l'on obtienne entre les deux chambres une pression différentielle déterminée. 6.- Relais hydraulique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'équipage mobile comprend en outre, autour de l'extr4mi- té supérieure du canal, un manchon tubulaire comprenant au moins un perçage transversal, qui coulisse à l'intérieur d'un manchon tubulaire solidaire de la structure du relais, l'ensemble formant tiroir. 7.- Relais hydraulique selon l'une des revendications précédez tes,caractérisé en ce que l'ouverture et la fermeture de l'orifice de mise à air dans la cuve sont commandés par un pointeau actionné par le diaphragme. 8.- Relais hydraulique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ouverture et la fermeture de l'orifice de mise à l'air libre dans la cuve sont commandées par un pointeau actionné par un flotteur.