Brevet FR2419441A1 — publié le 19791005

L'invention concerne une soupape à plateau, notamment pour robinet d'écoulement d'eau, avec un cart-er entourant une chambre de soupape, dans laquelle débouchent deux orifices de-passage, dont l'un est entouré par un siège de soupape annulaire ayant en face de lui une plaque de soupape élas- tique, qui peut être appliquée à pression contre le siège ou soulevée de lui dans le sens perpendiculaire à son plan, au moyen d'un organe de réglage de débit. Des soupapes à plateau de ce genre sont connues dans leur application à des robinets d'écoulement d'eau usuels. Elles sont constituées directement comme robinets, ou bien elles constituent une partie supérieure de soupape séparée destinée à être montée dans une armature spéciale. Les plaques d'étanchéité consistent en un type de caoutchouc durci ayant une dureté shore d'environ 80 à 95 degrés, ou en matière synthétique de qualité correspondante. Ce sont des plaques de forme cylindrique circulaire d'environ 16 mm de diamètre et 3 à 4 mm d'épaisseur, qui viennent s'appliquer, avec les domaines de bord tournés vers le siège, contre le siège d'étanchéité. Afin que ltétanchéité soit assurée, l'application a lieu avec une certaine force, de sorte que le siège pénètre par pression en partie dans la plaque, d'où résulte dans celle-ci une empreinte de forme circulaire. Lorsqu'une telle soupape a été tout d'abord fermée et est ensuite ouverte à nouveau, l'empreinte subsiste un moment et contribue à la formation de la nouvelle section d'ouverture. Cependant, au bout de peu de temps la surface de la plaque reprend sa forme et l'empreinte disparaît, de sorte que la section d'écoulement est réduite. Ce phénomène apparatt spécialement lors d'un écoulement d'eau chaude et lorsque la soupape avait été réglée, après son ouverture, sur un faible débit d'écoulement. Pour un débit de 5 litres/minute, par exemple, un soulèvement de la plaque au-dessus du siège de seulement 0,1 à 0,2 mm est nécessaire, ce qui est de l'ordre de grandeur de la profondeur de l'empreinte. En outre, lors d'un écoulement d'eau chaude, la dilatation thermique du matériau agit dans le sens d'une diminution progressive de la section d'écoulement. On constate en conséquence, qu'un court instant après l'ouverture, le courant d'eau à débit réglé est devenu 1 A + +r 1 L Des tentatives ont déjà été faites pour éviter cet inconvénient par un choix de matériaux appropriés pour la plaque d'étanchéité et par une modification de la durete de celle-ci, mais jusqu'à maintenant sans résultat satisfaisant. L'invention a pour but de constituer une soupape à plateau du genre décrit plus haut, de telle manière que, dans le cas de faibles débits d'écoulement, le débit régle reste constant après l'ouverture du robinet. Dans ce but la soupape conforme à l'invention est caractérisée en ce que le siège d'étanchéité et la face de la plaque d'étanchéité tournée vers le siège enferment entre eux, lorsque la plaque est soulevée au-dessus du siege, un angle dans au moins une partie du domaine d'btancheité. L'invention prévoit donc exactement, ce qui a été évité jusqu'à maintenant, que la surface de la plaque tournée vers le siège, et le siège lui-même, ne s'adaptent pas exactement au début de leur application, mais qu'ils laissent entre eux au moins sur un coté, une certaine distance. Cette distance peut alors, lors d'une nouvelle fermeture de la soupape, etre comblée par une déformation de la plaque dans les parties du domaine d'étanchéité venues en application les premières, de sorte que rien n'est changé dans l'opération de fermeture normale. La différence réside en ce que, lors de l'ouverture de la soupape, la totalité du domaine d'étanchéité, c'est-àdire de la zone annulaire dans laquelle la plaque s'est appliquée sur le siège, ne se soulève pas uniformément du siège d'une quantité d'abord très petite, mais que, tout d'abord, le soulèvement ne se produit que dans un domaine partiel, dans lequel est formé un angle avec le siège.Pour que soit obtenue, dans ce domaine partiel, la section d'écoulement nécessaire, le soulèvement doit avoir lieu sur une course plus grande que dans le cas dtun siège qui serait placé parallèlement à la face de la plaque. I1 est possible d'expliquer l'effet obtenu par l'invention par le fait que, dans la plus grande distance d'espacement par domaines, la modification relative de section d'écoulement résultant de la subsistance de l'empreinte n'entre plus ne ligne de compte. L'effet obtenu conformément à l'invention a été confirmé par des centaines d'essais, avec des plaques d'étanchéité en matériaux les plus différents et des robinets différents. On a constaté que le fonctionnement de la soupape n'était influencé en aucune manière et que, après ouverture, les faibles débits d'écoulement réglés restaient constants. Afin d'obtenir le plein effet, l'angle compris entre le siège et la face tournée vers lui de la plaque doit s'élever à au moins 2,5 degrés. Dans le cas d'un siège plan et d'une surface plane de la plaque, cela signifie que, avec un diamètre d'environ 16 mm, la plaque est en contact sur un côté du siège, mais en est éloignée, sur autre côté 9 d'environ 0,6 mm. La limite supérieure de la valeur de angle dépend du matériau et de la dureté de la plaque. Elle est ddterminée en particulier par l'exigence que la soupape, avec déformation de la plaque, soit hermétiquement fermée sous l'effet d'une force d'application normale. L'angle entre le siège et la face tournée vers lui de la plaque peut, dans une première forme de réalisation, être produit par le fait que la face de la plaque tournée vers le siège forme, dans au moins une partie du domaine d'application, un angle avec le plan perpendiculaire à la direction de réglage. Il existe pour cela deux possibilités à savoir que la face de la plaque qui est tournée vers le siège peut être plane ou bombée. En outre la face de la plaque qui est éloignée du siège peut s'appuyer contre une surface perpendiculaire à la direction de réglage d'un organe de maintien déplaçable par le mécanisme de réglage. La surface peut également former un angle avec la direction de déplacement. Les deux faces de la plaque peuvent également être parallèles ou planes ou former un angle entre elles. Pour des raisons de fabrication, il est naturellement plus simple que les parties constitutives de la soupape soient limitées par des surfaces perpendiculaires à la direction du déplacement puisqu'il s'agit de pièces de révolution. Il est donc en général préférable que le siège ainsi que la surface de maintien d'étanchéité se trouvent dans des plans perpendiculaires à la direction de déplacement, et que l'angle prévu soit réalisé au moyen d'une forme de plaque s'écartant de la forme parallèle de surface. L'invention n'est cependant pas limitée à cette caractéristique. I1 est entre autre possible de prévoir que le siège se trouve, au moins dans une partie du domaine de fermeture, dans un plan formant un angle avec le plan perpendiculaire à la direction de déplacement, sa surface pouvant être plane ou bombée. L'invention concerne également une plaque dwétan- cçéité pour soupape à plateau du type ci-dessus, caractéisée en ce qu'elle présente une face plane perpendiculaire à l'axe du cylindre déterminé par la surface de pourtour, l'autre face formant, au moins dans une partie du domaine détanchéité, un angle avec la première face, ou encore dans laquelle les deux faces sont inclinées par rapport aux plans perpendiculaires à l'axe. La description ci-après se rapporte à des exemples de réalisation avec référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure I est une vue en coupe longitudinale à travers une soupape à plateau conforme à l'invention. - la figure 2 est une vue à plus grande échelle du domaine assurant l'étanchéité dans la soupape de la figure 1. - les figures 3 et 4 sont des schémas expliquant le mode de fonctionnement de la soupape de l'invention. - la figure 5 est une vue partielle d'une autre forme de réalisation. - la figure 6 est une vue à plus grande échelle du domaine d'étanchéité. - les figures 7 à 9 montrent d'autres formes de réalisation. - la figure 10 est une vue d'une autre forme de réalisation dans une représentation analogue à celle des figures 2 à 6. La soupape à plateau représentée dans la figure 1 comprend un carter 1 en laiton coulé, qui présente un premier orifice de passage 2 et un autre orifice de passage 3 qui est disposé dans cet exemple sur le côté droit du carter 1. Le premier orifice de passage 2 est constitué par un manchon de raccord 4 qui est viss dans le carter 1 A l'intérieur du carter 1, est disposée la chambre de soupape 5. Sur son côté tourné vers la chambre de soupape 5, le manchon 4 présente une surface de joint étanche annulaire 6 qui entoure l'orifice de passage 2. Sur le côté du carter opposé à l'orifice 9, est prévu l'ensemble de déplacement de réglage de débit 7 sur lequel est monté un organe de manoeuvre rotatif en forme dlun axe à surface cannelée 8. Par actionnement de cet organe rotatif, la garniture mobile 9 de la soupape est déplacee linéairement en direction de l'axe 10. La plaque de fermeture étanche 11, déformable élastiquement, est ainsi appliquée à pression contre la surface de siège 6, ou est soulevée audessus de celui-ci.Cette plaque 11 est constituée en une matière synthétique dune dureté shore de 80 à 9O, et elle est fixée à la garniture mobile 9 au moyen d'une vi 1- Lorsque la plaque de soupape 11 est appliquée à pression contre le siège 6, le passage d'écoulement entre l'orifice 2 et l'orifice 3 est obturé. Dans l'exemple de réalisation suivant les figures 1 et 2, les surfaces qui servent d'appui à la plaque d'étanchéité 11, à savoir la surface 13 de la garniture 9 et le siège 6, c'est-à-dire sa surface limite plane antérieure tournée vers la plaque, se trouvent dans des plans perpendiculaires à la direction de déplacement de réglage de débit. La plaque 11 présente deux surfaces limites ou faces planes 14 et 15, qui forment entre elles un angle 16 qui est égal au moins à 2,5 degrés. Cet angle peut être un peu plus grand, mais il est cependant limité de telle manière que, par rotation du bouton de manoeuvre, avec une force normale, le côté droit de la plaque 11, dans la figure 2, puisse encore etre appliqué par pression sur la surface du siège 6. Le côté de gauche de la plaque Il subit alors une déformation élastique plus importante que le cAté de droite. L'effet produit par cet angle 16 est explique à l'aide des schémas des figures 3 et 4. Dans la figure 3, le siège 6 et la face tournée vers lui de la plaque 11 sont parallèles. Lorsque la soupape est fermée, il se forme, par pénétration du siège dans la surface de la plaque, des empreintes 17 qui subsistent encore un moment après l'ouverture de ia soupape et participent alors à la définition de la section-d'écoulement de debit 18 de la soupape. Cependant, après un court instant, la matière de la plaque de fermeture 11 reprend sa forme et les empreintes 17 sont suppriméesj comme le montrent les traits interrompus 19 dans la figure 4. La section d'écoulement ]8 qui avait été réglée se trouve ainsi notablement réduite, et peut même étiré fermée. La figure 4 montre une disposition correspondant à la figure 1. Ici aussi existent peu après l'ouverture des empreintes 17 dans la surface de la plaque, ces empreintes disparaissant au bout de peu de temps. En raison de l'angle compris entre la face 15 de la plaque 11 tournée vers le siège 6 et le siège, la section d'écoulement peut en realité être fermée sur le caté gauche (figure 4) comme dans la figure 3. Mais, grâce à la distance d'espacement qui subsiste après disposition des empreintes 17' il subsiste une section dcou- lement importante 20, de sorte que le débit reste pratiquement constant. Dans l'exemple des figures 5 et 6 la plaque de soupape 21 est à faces planes parallèles. Pour réaliser l'angle désiré avec le siège il est prévu ici que la surface 23 de la garniture 9 de support de plaque 21 est plane, mais présente un angle 26 avec le plan 30 perpendiculaire à la direction de déplacement 10 de la plaque. Dans la figure 7, on voit que la face 35 de la plaque 31 qui est tournée vers le siège 6, est bombée. Le siège 6 et la surface 13 de la garniture de support 9 sur laquelle s'appuie la plaque 31, se trouvent dans le plan perpendiculaire à la direction de déplacement de réglage de débit. La face arrière 34 de la plaque 11 est, comme la face 14, perpendiculaire à l'axe 32 du cylindre déterminé par la surface de pourtour 33. D'après la figure 8, la plaque de soupape 41 peut présenter, sur sa face tournée vers le siège 6, deux surfaces planes dont l'une 42 -est parallèle à la face arrière 44 tandis que l'autre 45 forme un angle 16 avec le siège 6. La face arrière 44 est plane et perpendiculaire à l'axe 46 de la surface de pourtour 43. La figure 9 montre une forme de réalisation 61 de la plaque de soupape analogue à la figure 2, dans laquelle les deux faces 64, 65 sont planes et inclinées en sens inverse par rapport à l'axe 62 du cylindre forme par les surfaces de pourtour 63, de sorte qu'est obtenue la forme en coin désirée de la section dqecoulement avec un angle 16. L'angle 16 entre le siège 6 et la face tournée vers lui de la plaque de soupape peut Autre obtenu non seulement par une position oblique de la plaque mais également le siège lui-même peut être prévu pour former un angle 16 avec le plan 50 perpendiculaire à la direction de déplacement de réglage 10, comme le montre la figure 10. La face 55 de la plaque de soupape 51 qui est tournée vers le siège 6' est également dans un plan perpendiculaire àla direction de réglage 10, comme la surface 13 de la garniture de support i, car la plaque de soupape 51 est plan-parallèle. I1 est évident que peuvent être prévues toutes les combinaisons possibles des réalisations décrites ci-dessus. On peut prévoir par exemple que le siège.6 et également la face de la plaque de soupape tournée vers lui forment entre eux l'angle désiré avec la direction de réglage 10. I1 est seulement important que, au moment de la première application de la plaque à un endroit du siège, il subsiste, à un autre endroit une fente qui, lors d'un nouvel actionnement de l'organe 7 peut entre également fermée par déformation de la plaque. R E V E N D I C A T I O N S 10) Soupape à plateau, notamment pour robinet d'écoulement d'eau, avec un carter entourant une chambre de soupape, dans laquelle débouchent deux orifices de passage, dont l'un est entouré par un siège de soupape annulaire ayant en face de lui une plaque de soupape élastique, qui peut être appliquée à pression contre le siège ou soulevée de lui dans le sens perpendiculaire à son plan au moyen d'un organe de réglage de débit, soupape caractérisée en ce que le siège (6, 6') et la face (15, 25) de la plaque (11, 21, 31, 41, 51, 61) tournée vers le siège forment entre eux, lorsque la plaque est soulevée du siège, un angle sur au moins une partie du domaine d'application de la plaque. 20) Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle en question est égal à au moins 2,5 degrés. 30) Soupape suivant l'une des revendications I ou 2, caractérisée en ce que la face de la plaque d'étanchéité (11, 21, 31, 41) qui est tournée vers le siège (6, 6'), forme, sur au moins une partie de son domaine d'application, un angle (16) avec le plan perpendiculaire à la direction de déplacement de réglage de débit. 4 ) Soupape suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la face (35) de la plaque (31) tournée vers le siège (6) est plane. 50) Soupape suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la face de la plaque tournée vers le siège est bombée. 60) Soupape suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la face de la plaque (11, 31, 41, 51) qui est éloignée du siège (6, 6') est appliquée sur une surface (13), perpendiculaire à la direction de déplacement (10), d'une armature de soupape déplaçable au moyen de l'organe de réglage de débit (7). 70) Soupape suivant L'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la face de la plaque (21) qui est éloignée de la face d'étanchéité est appliquée contre une surface (23) de l'armature déplaçable au moyen de l'organe de réglage de débit, cette surface (23) formant un angle (26) avec la dir-ection de déplacement de réglage. 80) Soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 et 6 et 7, caractérisée en ce que les deux faces de la plaque d'étanchéité (21, 51) sont planes et parallèles. 90) Soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 et 6 et 7, caractérisée en ce que les deux faces de la plaque (11, 61) sont planes et forment entre elles un angle (16). 100) Soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le siège (6') forme, sur au moins une partie du domaine d'application d'étanchéité, un angle avec le plan perpendiculaire à la direction de déplacement de réglage de débit. 110) Soupape suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le siège (6') s'étend dans un plan. 120) Soupape suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le siège s'étend en une surface bombée. 130) Plaque d'étanchéité pour une soupape à plateau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle présente une face plane (14, 33, 44) perpendiculaire à l'axe du cylindre déterminée par sa surface de pourtour (33, 43), et l'autre face (15, 35, 45) forme, au moins sur une partie du domaine d'application étanche, un angle (16) avec la première face. 140) Plaque pour soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les deux faces (64, 65) sont inclinées en sens inverse par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du cylindre déterminé par la surface de pourtour (63) avec un angle (16) compris entre elles. 150) Plaque suivant l'une des revendications 13 ou 14, caractérisée en ce que l'angle (16) entre les faces est égal à au moins 2,5 degrés. 160) Plaque suivant l'une des revendications 13 ou 15, caractérisée en ce que la seconde face (35) est plane. 170) Plaque suivant l'une des revendications 13 ou 15, caractérisée en ce que la seconde face (35) est bombée.