Brevet FR2463301A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux accumulateurs de liquide sous pression. Dans ce type d'accumulateur, le volume intérieur du corps principal d'un récipient est divisé en une chambre à gaz et une chambre à liquide par un diaphragme, une ves- sie ou équivalent et l'accumulation, l'amortissement des chocs ou autre phénomène équivalent affectant le liquide sous pression considéré est accompagné de la compression d'un gaz préalablement mis sous pression dans la chambre à gaz, compression qui est provoquée par l'introduction d'un liquide dans la chambre à liquide. Il est donc d'une grande importance pour l'accroissement du rendement volumé- trique que, lorsque le liquide a été déchargé, le volume enfermé par le diaphragme ou la vessie soit aussi proche que possible du volume intérieur du corps principal du récipient. Pour obtenir ce résultat, le diaphragme ou équivalent doit se dilater progressivement pendant la décharge du liquide en prenant la forme d'un gobelet entre sa zone de fixation et le fond du récipient, en même temps qu'il s'applique étroitement contre le corps princi- pal du récipient et, finalement, il doit s' allonger dans la direction axiale pour presser à l'aide de sa partie inférieure une soupape servant à fermer et ouvrir un orifice de charge et de décharge du liquide et pour fermer ainsi cette soupape. Toutefois, dans l'accumulateur connu antérieurement, qui présente un orifice de charge et de décharge du liquide qui débouche sur le centre de la partie inférieure du diaphragme, le mode d'expansion du diaphragme qui a été décrit plus haut ne peut être obtenu que dans le cas o la vitesse de décharge du liquide accumulé est faible. Au contraire, dans le cas o la vitesse de décharge du liquide est élevée, l'orifice de charge et de décharge du liquide se comporte exactement comme une tuyère, en engendrant une force de succion qui s'exerce sur la partie inférieure du diaphragme. Sous cet effet, le diaphragme s'allonge axialement en prenant une forme cylindrique sans se dilater entièrement en gobelet, de sorte qu'il ferme la soupape _2- avec sa partie inférieure et empêche ainsi le liquide accumulé de se décharger dans des conditions o le volume enfermé derrière le diaphragme est nettement différent du volume intérieur du corps principal du récipient et il en résulte qu'une importante quantité de liquide reste retenue dans le récipient sous pression, ce qui se traduit par une réduction de la quantité pouvant être déchargée. Par exemple, dans le cas o un liquide est accumulé sous une pression finale de 120 kg/cm2 avec un gaz qui a été préalablement mis sous pression de 60 kg/cm, dans un accumulateur possédant un volume nominal de 2 litres,et si le liquide est déchargé à une vitesse d'écoulement de 3,1 m/s, le diaphragme s'allonge axialement et ferme la soupape en 0,146 secondes;.il n'est alors possible de décharger que 610 cm3 du liquide accumulé et avec cet accumulateur il est impossible de décharger le liquide à une vitesse d'écoulement supérieure à celle qui a été mentionnée plus haut. Par ailleurs, en agissant comme une tuyère qui débite un jet, ltorifice de charge et de décharge du liquide engendre une force centrée sur le centre de la partie inférieure du diaphragme lorsqu'on charge un liquide dans l'accumulateur avec une vitesse de courant élevée, de sorte que le centre de la partie inférieure du diaphrag- me est repoussé vers la chambre à gaz, et ceci peut avoir tendance à empêcher le liquide de s'écouler uniformément sur toute la circonférence du diaphragme et de plaquer étroitement le bord circonférentiel du diaphragme contre le corps principal du récipient. Le diaphragme ne se dilate donc pas dans la direction radiale mais il subit une déformation anormale, dans laquelle sa partie inférieure fait saillie vers le haut. Il en résulte que la quantité de liquide accumulée est réduite et que, en combinaison avec l'effet précité de retenue du liquide qui se produit lors de la décharge, ce phénomène réduit considérablement le rendement volumétrique de l'accumulateur. Par ailleurs, si, lors de la décharge du liquide, le diaphragme s'allonge brusquement dans la direction - axiale en prenant une forme cylindrique, la soupape prévue -3- à la partie centrale du diaphragme ferme brusquement l'orifice de charge et de décharge du liquide de sorte que l'élément mobile de cette soupape et le siège de soupape qui lui fait face risquent d'être endommagés par le choc et que,-dans certains cas, la partie centrale du diaphragme ou équivalent risque d'être pincée entre l'élément mobile et le siège de la soupape et de se crever. Dans l'autre sens, lors de la contraction de la chambre à gaz au-dessus du diaphragme, si le diaphragme subit une déformation anormale dans laquelle sa partie centrale fait saillie vers le haut, il peut s'exercer sur le diaphragme une force de flexion supérieure à la limite élastique du diaphragme qui entraîne la rupture de ce diaphragme. On peut donc dire que, lorsqu'on utilise des accumu- lateurs du type connu antérieurement pour de grandes vitesses de charge et de décharge, on se heurte à des difficultés en ce qui concerne le rendement volumétrique et la sécurité. Un but de l'invention est de réaliser un nouvel accu- mulateur dans lequel il ne reste pas de grandes quantités de liquide retenues dans un récipient sous pression, même dans le cas o la vitesse du courant de liquide sortant par l'orifice de charge et de décharge du corps principal du récipient est élevée, et dans lequel le volume d'accu- mulation du liquide dans le corps principal du récipient n'est pas réduit, même lorsque le liquide pénètre dans le récipient avec une vitesse de courant élevée. Un autre but de l'invention est de réaliser un nouvel accumulateur muni de moyens capables d'éviter que l'orifice de charge et de décharge de l'accumulateur ne soit fermé brusquement par une soupape prévue à la partie centrale du diaphragme. Un autre but de l'invention est de créer un nouvel accumulateur équipé de moyens capables d'éviter qu'il ne s'exerce localement sur le diaphragme, lors des déforma- tions, des forces de flexion supérieures à la limite élastique de ce diaphragme. La Demanderesse a effectué des recherches approfondies 246330 1 -4- pour atteindre ces buts et, à la suite de ces recherches, elle est parvenue à l'idée que, si l'on prévoit une chicane à profil de champignon à l'extrémité intérieure de l'orifice de charge et de décharge du liquide du corps principal du récipient de manière à former sur le tour de cet orifice un passage annulaire qui dirige le courant du liquide de manière que ce liquide s'écoule le long de la surface interne du corps du récipient, alors, même dans le cas o le liquide accumulé se décharge du corps principal du récipient avec une vitesse de courant élevée, le mas- quage de l'orifice de charge et de décharge par la chicane évite qu'il ne se produise dans là partie centrale de ce corps un courant de liquide orienté dans la direction axiale du corps; au contraire, l'écoulement du liquide se produit suivant un trajet annulaire dans la zone située le long de la surface interne du corps principal du récipient, de sorte que le diaphragme se dilate progres- sivement en prenant la forme d'un gobelet allongé dans la direction allant de sa zone de fixation vers le fond du corps principal du récipient, la surface périphérique du diaphragme entrant alors progressivement en contact avec le corps principal du récipient, en partant de sa zone de fixation et la région centrale de la partie infé- rieure du diaphragme étant la dernière à entrer en contact étroit avec le corps principal du récipient pour provoquer la fermeture de la soupape, de sorte que le volume situé derrière le diaphragme lors de la décharge du liquide peut atteindre approximativement la valeur du volume intérieur du corps principal du récipient et que le rende- ment volumétrique de l'accumulateur peut ainsi être porté à sa valeur théorique. Dans une forme pratique de réalisation de l'invention, l'extrémité intérieure de l'orifice de charge et de décharge du liquide est masquée par une chicane en forme de champignon prévue à l'extrémité intérieure de cet orifice; une partie de surface arrière sensiblement conique dont le diamètre croît progressivement vers la chambre à liquide est formée sur la face arrière du corps de la 246550 1 -5- chicane et une partie de surface interne sensiblement coni- que est formée sur le bord périphérique intérieur de l'orifice de charge et de décharge du liquide, face à la partie de surface arrière sensiblement conique précitée pour ménager un passage annulaire entre elle-même et la partie de surface arrière. De cette façon, il ne se produit pas de courant axial de liquide dans la partie centrale du corps principal du récipient mais, au contraire, lors de la décharge du liquide accumulé, il se forme un courant de liquide dirigé vers le passage annulaire précité et qui s'écoule dans la zone qui longe la surface interne de la paroi du corps principal du récipient, ce qui se traduit par une expansion progressive en gobelet du diaphragme, entre la zone de fixation de ce diaphragme et sa partie inférieure et, après l'achèvement de l'écoulement du liquide, la soupape est fermée par la partie inférieure du diaphragme, de sorte qu'on a ainsi réussi à éliminer la retenue du liquide accumulé dans le corps principal du récipient. Plus particulièrement, suivant une caractéristique de l'invention, un corps de chicane en forme de champignon est monté en position fixe à l'extrémité intérieure de = l'orifice de charge et de décharge du corps principal du récipient pour intercepter le courant axial de liquide tendant à s'écouler directement vers ledit orifice, et pour éviter l'effet de tuyère précité engendré par l'ori- fice de charge et de décharge. Une partie de surface arrière sensiblement conique et une partie de surface interne sensiblement coniquedont chacune présente un diamètre qui croit progressivement vers la chambre à liquide, sont formées face à face, respectivement sur la face arrière du corps de la chicane et sur le bord péri- phérique interne de l'orifice de charge et de décharge pour ménager entre lesdites parties sensiblement coniques un passage annulaire servant à diriger le courant de liquide le long de la surface interne du corps principal du réci- pient. De cette façon, le diaphragme se dilate progressi- vement de sa zone de fixation vers sa partie inférieure, -6- et, lorsque le liquide accumulé a été presque entièrement dé- chargé,la partie inférieure du diaphragme est mise en contact avec le corps principal du récipient pour fermer l'orifice de charge et de décharge,.de sorte que, lorsque le liquide a été déchargé, le volume de la chambre à gaz peut être proche du volume intérieur du récipient. En outre, sous l'effet de la même caractéristique de l'invention, lors- qu'on charge un liquide dans le corps principal du réci- pient, grâce à l'effet directionnel que le passage annu- laire exerce sur l'écoulement du liquide, le liquide est obligé de pénétrer dans le récipient en s'écoulant le long de la surface interne de ce récipient, de sorte que la pression du liquide s'exerce sur toute la surface du diaphragme et que le volume de la chambre à gaz est réduit à la valeur du volume final qu'il doit prendre, cependant que le diaphragme conserve une forme analogue à celle de la paroi supérieure du récipient et que, par conséquent, on peut obtenir le volume désiré d'accumulation du liquide, de sorte que le rendement volumétrique de l'accumulateur peut donc être porté à sa valeur théorique. Par ailleurs, étant donné que la fermeture de la soupape par le diaphrag- me se produit lorsque le liquide a été entièrement déchargé, l'opération de fermeture de la soupape se produit à une vitesse modéréesans appliquer de choc à l'élément mobile ni au siège de cette soupape et sans que le diaphragme ne prenne une forme en saillie,ni ne soit pincé entre l'élément mobile et le siège de la soupape et, par conséquent, sans que l'élément mobile de la soupape,ni son siègeni le diaphragme ne soient endommagés. Suivant une autre caractéristique de l'invention, des aubes de guidage sont disposées suivant un arrangement radial dans le passage annulaire ménagé entre la partie sensiblement conique prévue sur le côté formé par le corps de la chicane et la partie sensiblement conique prévue sur le côté formé par l'orifice de charge et de décharge du liquide, parties-qui sont opposées face à face et parallè- lement, de sorte que le courant de liquide qui s'épanouit en sortant de cet orifice pour pénétrer dans le corps prin- cipal du récipient peut être guidé par ces aubes.Grâce à -7- cette caractéristique de construction,le courant radial de liquide peut pénétrer uniformément dans l'ensemble du volu- me ntérieur du corps principal du récipientet diacunedes aktes élémentaires de la surface du diaphragme peut recevoir la même pression et ainsi ce diaphragme peut se déformer régulièrement tout en conservant une configuration très analogue à sa configuration intiale. Il en résulte que le changement de volume de la chambre à liquide peut se produire avec un bon rendement et, par ailleurs, lorsque le diaphragme se déforme, on- peut éviter les flexions forcées dans toutes les parties du diaphragme, ce qui permet d'éviter toute détérioration du diaphramge. Grâce au fait que les aubes de guidage précitées peuvent maintenir une largeur de fente fixe dans le passage formé entre les parties sensiblement coniques précitées, ce qui est de nature à éviter le choc de la soupape et le coup de bélier résultant sur l'écoulement du liquide, et à permettre ainsi de décharger le liquide à un débit fixe et stable, l'invention peut contribuer con- sidérablement à l'amélioration du rendement volumétrique de l'accumulateur. Contrairement à ce qu'on observe dans les accumula- teurs de la technique antérieure d'un volume nominal de 2 litres, comme ceux décrits plus haut, dans le cas o un liquide est emmagasiné dans l'accumulateur sous une pres- /2 sion finale de 120 kg/cm avec un gaz qui a été préalable- ment mis sous pression de 60 kg/cm 2, dans un accumulateur suivant l'invention et d'un volume nominal de 2 litres, et si le liquide est déchargé à une vitesse d'écoulement de 3o 9,6 m/s, le liquide accumulé dans le corps principal du récipient peut être déchargé en 0,05 seconde, cette vitesse de décharge étant 2,9 fois plus grande que celle que l'on peut atteindre dans les accumulateurs de la technique anté- rieure, ainsi qu'on l'a indiqué plus haut. La quantité totale de liquide déchargé atteint 850 cm3, c'est-à-dire que l'on a obtenu une amélioration remarquable du rendement volumétrique. Plusieurs formes de réalisation de l'invention seront 246330 1 -8- à présent décrites à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe longitudinale d'un accumu- lateur suivant l'invention; Les figures 2 et 3 sont respectivement des vues en plan et en perspective d'une pièce de l'accumulateur de la figure 1; La figure 4 est une vue en perspective d'une-variante de réalisation de la pièce de la figure 3; Les figures 5 et 6 sont respectivement des vues en pganeten perspective d'une autre variante de réalisation de la pièce de la figure 2; La figure 7 est une vue en perspective d'une pièce correspondant à celle représentée sur la figure 6, suivant une autre forme préférée de réalisation de l'invention, et La figure 8 est une coupe longitudinale d'un accumu- lateur de la technique antérieure. Sur la figure 1, la référence 1 désigne le corps principal du récipient d'un accumulateur, corps qui comprend un demi-corps inférieur la.et un demi-corps supérieur lb tous deux en forme de bol. Chacun de ces demicorps forme une structure résistant à la pression, faite en acier ou en une autre matière appropriée, selon lVimportance de la pression que l'on envisage d'utiliser dans l'accumulateur. Ces deux demi-corps sont assemblés en un ensemble d'un seul tenant par des filetages 2. Un orifice 3 de charge et de décharge du liquide est prévu au- centre de la partie inférieure du demi-corps inférieur la et un raccord 4 de gonflage est monté au centre de la partie supérieure du demi-corps supérieur lb. La référence 5 désigne un diaphrag- me en caoutchouc naturel, caoutchouc synthétique ou équi- valent et qui est moulé en forme de gobelet de façon à épouser le demicorps inférieur la. Au centre de la partie inférieure du diaphragme 5 est montée une soupape 6 destinée à entrer étroitement en contact avec la sur- face intérieure du corps principal 1 du récipient pour fermer l'extrémité intérieure de l'orifice 3 de charge et de décharge. Le long du bord périphérique supérieur du 24633Q1 -9- diaphragme 5, est prévu un bourrelet de fixation 7 dont le bord inférieur est soutenu par une partie épaulée 9 du demi-corps inférieur la et une bague de serrage 8 est ajus- tée contre la face interne du bourrelet 7. Le bourrelet 7 est fixé rigidement et à joint étanche dans le corps 1 par la pression exercée sur la bague 8 par le demi-corps supérieur lb. Le diaphragme divise ainsi le volume inté- rieur du corps principal du récipient en une chambre à gaz et une chambre à liquide. La référence 10 désigne un corps de chicane en forme de champignon qui est monté à l'intérieur de l'orifice de charge et de décharge 3 pour en masquer l'extrémité inté- rieure. La tige 11 de ce corps de chicane est maintenue au centre de l'orifice 3 par des aubes de guidage 15, comme on le décrira plus bas. La référence 12 désigne une partie de surface arrière conique formée le long de la cir- conférence de la surface du corps 10 qui est inclinée vers le centre de l'orifice 3 avec une pente de 200 à 600 par rapport au plan horizontal. La référence 13 désigne une partie de surface interne conique prévue le long du bord circonférentiel intérieur de l'orifice 3, parallèlement à la partie de surface arrière 12 pour former entre elle- même et cette dernière un passage d'écoulement annulaire 14,destiné à diriger le courant de liquide le long de la surface de paroi interne du corps principal du récipient. Plusieurs aubes de guidage 15,disposées radialement dans le passage annulaire 14l guident le courant radial du li- quide qui pénètre dans le corps principal 1 du récipient suivant des directions rayonnantes.Ces aubes de guidage 15 peuvent être prévues au nombre de quatre et s'étendre le long de la surface arrière du corps 10 en forme de champignon et de sa tige 11,comme indiqué sur les figures 2 à 4,avec une configuration verticale (figure3), ou spirale (figure 4). Elles peuvent'4tre au nombre de cinq,avec une configuration verticale (figure 6)* ou spirale (figure 7). Grâce à la construction décrite ci-dessus et aux perfectionnements apportés aux moyens de chargé et de dé- charge du liquide, lorsqu ton introduit un liquide sous pression dans l'accumulateur, à travers l'orifice de charge et de décharge 3, alors que le diaphragme 5 est allongé en gobelet et mis en contact étroit avec le demi-corps infé- rieur la par la pression d'un gaz mis préalablement sous pression, le courant axial de liquide sous pression pénètre dans le passage annulaire 14 formé entre la partie conique de surface arrière 12 et la partie conique de surface interne 13. Le courant de liquide est alors dirigé par ce passage annulaire de manière à s'écouler le long de la surface de paroi interne du corps principal- du récipient, dans la direction indiquée par la flèche A14. D'autre part, les aubes radiales de guidage 15 transforment l'écou- lement axial du courant en un écoulement radial. De cette façons le liquide pénètre avec un écoulement uniforme dans tout le volume intérieur du corps principal 1 du récipient et s'écoule le long de la surface interne de la paroi de ce corps 1 en se dirigeant vers le bord périphérique infé- rieur du diaphragme 5 et de sa zone de fixation. Le dia- phragme 5 subit l'effet de la pression du liquide sur toute sa surface périphérique sans la subir sur sa partie inférieure, de sorte qu'il continue à se contracter de la façon qui est représentée en traits continus sur la figure 1Atout en conservant des formes analogues à sa forme d'origine, qui est représentée en traits mixtes à simple point sur cette même figure. La forme de gobelet du dia- phragme 5 diminue progressivement de profondeur, puis, finalement, cette forme de gobelet se retourne comme on l'a représenté en traits mixtes à double point sur la figure 1 et, de cette façon, l'accumulateur peut recevoir le liquide sous pression dans sa chambre à liquide dilatée au volume maximum. Ensuite, étant donné qu'il ne s'exerce pas de force de flexion forcée capable de détériorer le diaphragme et que celui-ci subit une force de pression uniformément répartie sur toute sa partie périphérique, il est possible d'accumuler dans l'accumulateur sans aucun risque la quantité nominale de liquide *sous pression. De même, lors de la décharge du liquide sous pression accumulé, étant donné que l'orifice 3 de charge et de décharge du liquide est masqué par le corps de chicane 10, -.1 1- il ne se produit pas de courant axial de liquide dirigé vers l'orifice 3 dans la partie-centrale du corps principal du récipient qui fait face à la partie inférieure du diaphragme 5. Il se produit au contraire un courant qui s'écoule en sens inverse de celui représenté par les flèches A14, vers le passage annulaire 149 le long de la surface interne de la paroi du corps 1. Le diaphragme 5 revient donc progressivement à sa forme initiale en partant de la partie située à proximité de sa zone de fixation et reprend l'état représenté en traits continus sur la figure 1. En outre, lorsque le liquide contenu dans le corps principal du récipient 1 a été presque entièrement déchargé, cependant que le diaphragme a conservé des formes analogues à sa forme d'origine, ainsi qu'on l'a représenté par des lignes en traits mixtes à simple point sur la figure 1, la soupape 6 montée sur la partie infé- rieure du diaphragme 5 s'applique sur l'orifice 3 de chargé et de décharge du corps 1, et l'obture. Il en résulte que le liquide accumulé peut être entièrement déchargé et effectivement utilisé. Grâce à l'accroissement du volume d'accumulation du liquide, le rendement volumétrique de l'accumulateur peut ainsi être porté à sa limite maximum. En outre, dans l'accumulateur selon l'invention qui a été décrit plus haut, étant donné que la soupape 6 ferme progressivement l'orifice de charge et de décharge du liquide, Lorsque le liquide accumulé a été déchargé, la fermeture de la soupape n'est pas accompagnée de chocs et, par conséquent, il ne risque pas de se produire de détério- rationsdela soupape ni de son siège. Il ne se produit pas non plus de pincement de la partie saillante du diaphragme entre la soupape 6 et le siège, pincement qui entraîne- rait également une détérioration du diaphragme 5. L'accu- mulateur selon l'invention peut donc être utilisé sur une longue période sans panne. Contrairement à ce qu'on observe dans le nouvel accumulateur selon l'invention, dans l'accumulateur connu antérieurement, qui est représenté sur la figure 8, étant donné que le corps de chicane en forme de champignon - -12- n'est pas prévu à l'extrémité intérieure de l'orifice 3 de charge et de décharge, si le liquide accumulé se décharge rapidement à travers l'orifice 3, le diaphragme 5 ne conserve pas sa forme d'origine au cours de sa déformation comme dans le cas illustré par la figure 1 mais il stallonge au contraire en prenant une forme cylindrique comme celle représenté en traits mixtes à simple point sur la figure 8, de sorte que la soupape 6 ferme l'orifice de charge et de décharge 3 alors qu'une grande quantité de liquide reste retenue dans le corps principal 1 du réci- pient. De même, lorsque le liquide pénètre rapidement dans la chambre à liquide de l'accumulateur à travers l'orifice de charge et de décharge 3, le diaphragme 5 s'allonge vers le haut, vers la chambre à gaz, en prenant une forme cy- lindrique comme celle représentée par les lignes en traits mixtes à double point sur la figure 8, ce qui se traduit par une réduction de la quantité de liquide accumulé. En combinaison avec l'accroissement de la quantité de liquide retenu qui a été décrit plus haut, cette réduction de la quantité de liquide accumulé se traduit par un abaissement du rendement volumétrique de l'accumulateur. - 13- REVENDICATIONS 1.- Accumulateur dans lequel le volume intérieur du corps principal du récipient de cet accumulateur est divisé en une chambre à gaz et une chambre à liquide par un diaphragme fait en une matière élastique, telle que le caoutchouc, un orifice de charge et de décharge du liquide étant prévu à une partie extrême de cette chambre à liquide, caractérisé en ce qu'un corps de chicane 10 en forme de champignon est disposé coaxialement à la partie extrême intérieure de cet orifice 3 de charge et de décharge du liquide, une partie de surface arrière 12 sensiblement conique dont le diamètre croît progressivement vers la chambre à liquide étant formée sur la face arrière dudit corps de chicane 10 et une partie de surface interne 13 sensiblement conique dont le diamètre croît progressive- ment vers la chambre à liquide étant formée le long de la circonférence de l'orifice de charge et de déchargeles- dites parties de surface 12 et 13 définissant entre elles un passage annulaire, des aubes de guidage 15 étant dis.- posées dans ce passage annulaire. 2.- Accumulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites aubes de guidage 15 sont en une seule pièce avec ladite partie de surface arrière 12 du corps de chicane en forme de champignon. 3.- Accumulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites aubes de guidage 15 sont disposées radialement et s'étendent sur la face arrière de ladite partie 12 de surface arrière et sur la tige 11 du corps de chicane en forme de champignon. 4.- Accumulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites aubes de guidage 15 sont formées avec une configuration spirale. 5.- Accumulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une soupape 6 est prévue à l'extrémité inférieure du diaphragme 5 et en ce que la configuration de la sur- face terminale du corps de chicane qui fait face à la chambre à liquide est adaptée à la configuration de la soupape.