Brevet FR2473154A1 — publié le 19810710

L'objet de l'invention est un dispositif de régulation du débit de gaz pour un détendeur de plongée sous-marine, pouvant par ailleurs s'appliquer à n'importe quel système de détente de gaz à la demande. Il est destiné à équiper le second étage d'un détendeur à deux étages, afin d'assurer la meilleure distribution d'air à toutes les profondeurs. Dans les dispositifs connus de ce genre, le premier étage relié à un réservoir d'air comprimé, détend cet air à une pression dite basse-pression approximativement constante, typiquement de 8 à 10 kg/cm2, et variant de 2 à;3 kg/cm2 en fonction du débit, au dessus de la pression environnante l'air basse-pression arrivant au second étage buccal au moyen d'un tuyau flexible ; lequel étage buccal comportant un boitier rigide muni d'un embout buccal, d'une paroi déformable en contact avec le milieu extérieur et d'un dispositif de distribution d'air à la demande constitué d'une buse formant siège profilé obturée par un clapet maintenu en contact étanche contre son siège par un ressort de rappel taré de manière à équilibrer la poussée de l'air basse-pression sur la surface du clapet ; lequel clapet étant relié à un levier s'appuyant sur la paroi déformable de manière à ce que le clapet soit décollé de son siège lorsque la paroi déformable se meut sous l'effet de la dépression créée dans le boitier par l'inspiration du plongeur à travers l'embout buccal. L'inconvénient majeur de ce système résulte du fait que lorsque le clapet est décollé de son siège sous l'effet de l'inspiration du plongeur, le débit d'air qui s'établit fait chuter la valeur de la basse-pression principalement à cause des caractéristiques d'écoulement des différents conduits, faisant ainsi décroître la poussée exercée par l'air basse pression sur le clapet qui devient alors notablement inférieure à la force du ressort de rappel du clapet. L'effort de décollement du clapet de siège n'est donc pas invariable mais croit avec le débit. Un autre inconvénient résulte du fait que le décollement du clapet de son siège étant obtenu en comprimant le ressort de rappel, son tarage varie dans le sens du renfort de sa puissance ce qui a pour effet d'accentuer le déséquilibre entre la force de rappel et la poussée de l'air sur le clapet. Ces phénomènes inéluctables rendent la respiration inconfortable et sont d'autant plus importants que la surface de la buse croit faisant ainsi contre la force du ressort de rappel pour une valeur de la basse pression donnée, ou que la valeur de basse pression croit pour une surface de buse donnée. Divers systèmesd'asservissement de la position du clapet, ou d'amplification pneumatique avaient été proposés, dans le but de supprimer la relation directe entre l'effort d'inspiration du plongeur et la puissance du ressort de rappel. Les inconvénients de ces systèmes résidaient essentiellement-dans les trois points suivants 1) Nécessité d'avoir un usinage extrêmement précis des pièces en mouvements. 2) Nombreux joints travaillant en translation dynamiques et susceptibles de créer des fuites et le déréglage du système. 3) Orifices de passage d' air du système d'asservissement entre mement petits, pouvant se' colmater au moins partiellement et compromettant irrémédiablement le fonctionnement du détendeur. Le dispositif selon l'invention supprime ces inconvénients et permet de réaliser un système d'asservissement stable de la position du clapet à l'effort d'inspiration du plongeur ne nécessitant pas d'usinage particulièrement précis, ou de joints parfaitement étanches, ni d'orifices de passage d'air parfaitement calibrés. I1 est constitué d'une pièce de révolution formée de deux cylindres de diamètres différents, coulissante à l'intérieur d'une chemise étagée comportant deux diamètres intérieurs correspondants aux diamètres de la pièce de révolution de manière à ménager un espacé annulaire compris entre les surfaces annulaires créées par la différence des diamètres de la pièce Ice de révolution et la différence des diamètres de la de'la la paroi du cylindre de petit diamètre de la piece de révolution grand diamètre de la chemise, laquelle pièce de revolution formant clapet dit clapet de distribution dans sa partie de plus petit diamètre sur un siège profilé formant buse dite buse de distribution alimentée en air comprimé par un tuyau relié au premier étage, laquelle pièce de révolution comportant un conduit interne forme d'un conduit axial' traversant le clapet et d'un conduit radial, lesquels conduits faisant ainsi communiquer l'espace annulaire avec la buse de distribution, lequel conduit axial formant buse dite buse de pilotage de diamètre inférieur à celui de la buse de distri -bution, laquelle buse de pilotage formant siège profilé pour un clapet dit clapet de pilotage comportant une tige de commande reliée à la paroi déformable de manière à ce que le clapet de pilotage soit décollé de son siège lors de l'inspiration du plongeur, lequel clapet de distribution étant maintenu sur son siège par un ressort de rappel dit ressort principal réalisé de manière à équilibrer la poussée de l'air basse-pression délivré par la buse de distribution, lequel clapet de pilotage étant maintenu sur sonsiège par un ressort de rappel dit ressort secondaire réalisé de manière à équilibrer la poussée de l'air basse pression délivré par la buse de pilotage. Les dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'invention feront comprendre comment l'invention peut-étre réalisée. La figure 1 est une représentation imagée d'un détendeur à deux étages branché à une source d'air comprimé. La figure 2 montre en coupe une disposition possible des organes principaux d'un détendeur à deux étages, dans lequel le dispositif selon l'invention n'est représenté que globalement. Les figures 3 et 4 montrent en coupe une forme de réalisation de l'invention correspondant au positionnement montré par la figure 2, la figure 4 correspondant à la position de débit du dispositif. Les figures 5 et 6 montrent des formes de réalisation du dispositif selon l'invention. Pour toutes les figures annexées, les mêmes repères désignent des pièces identiques. Sur la figure 1, un détendeur à deux étages est représenté, branché à un réservoir d'air comprimé 1, par son premier étage 2, lequel fournit de l'air basse-pression au dessus de la pression environnante, au tuyau flexible 3 qui lui est rattaché par une extrémité. L'autre extrémité du tuyau 3 est reliée au deuxième étage 4 comportant l'embout buccal 5, par lequel le plongeur respire. Sur la figure 2, l'ensemble 6 représentant globalement le dispositif selon l'invention est représenté dans ses relations possibles avec les autres organes du deuxième étage. Ces relations typiques ne font pas partie de l'invention, et ne sont décrites que pour faciliter la compréhension de l'invention. L'ensemble 6 est vissé dans le boitier rigide 7, et bloqué en position par la bague 8. Une extrémité du tuyau 3 est fixée à l'ensemble 6. Le boitier 7 reçoit l'embout buccal 5 et la paroi déformable 9. La paroi déformable 9 comporte dans sa partie centrale un cbne rigide 10 ajouré de trous 11 lesquels sont obturés par une soupape souple 12 portée par la partie centrale de la paroi 9. L'ensemble 6 comporte deux leviers 13a et 13b identiques dont une extrémité est reliée à la tige de commande 14 et l'autre extrémité s'appuie sur le cdne 10 de façon à ce que les leviers 13a et 13b, en s'écartant l'un de l'autre lorsque la paroi 9 se déforme sous l'action de la dépression créée dans le boitier 7 lors de l'inspira tion du plongeur par l'embout buccal S, aient une action de traction sur la tige de commande 14.Lors de l'expiration la soupape 12 se soulève sous l'action de la surpression à l'intérieur du boitier 7, ce qui permet à l'air de s'échapper par les orifices 11. Un couvercle de protection 15 ajouré protège la paroi 9. Sur la figure 3 représentant une réalisation possible de l'invention, la pièce de révolution est formée des deux cylindres 16 et 17. Cette pièce de révolution coulisse avec un léger jeu 35 et 36 dans le corps 18 formant chemise étagée de glissement de manière à ménager un espace annulaire 19. Le cylindre 16 de petit diamètre se prolonge par le clapet de distribution 20. Le clapet 20 qui sur les figures 3, 4 et 5 est constitué pour des raisons d'usinage d'une pièce vissée dans le cylindre 16, peut faire partie intégrante du cylindre 16 comme représenté sur la figure 6. Le clapet 20 obture la buse de distribution 21 formant siège profilé. Le tuyau 3 d'alimentation en air basse pression est fixé sur la partie filetée 22 extérieure de la buse 21. Les conduits axial 23 et radial 24 font communiquer l'espace annulaire 19 avec la buse 21. Le conduit axial 23 forme buse de pilotage 25 formant siège profilé pour le clapet de pilotage 26. Le clapet 26 comporte une tige de commande 14 traversant avec un léger jeu de guidage 37 le cylindre 17.Les leviers 13a et 13b sont articulés autour des points 27a et 27b et s'appuient d'une part sur le cône 10 et d'autre part sur le circlip 28 fixé sur la tige de commande 14. Le clapet 20 est maintenu sur la buse 21 formant siège par le ressort de rappel 28. La pièce 29 ajourée pour faciliter le passage de l'air permet de tarer le ressort 28 de manière à ce que sa poussée P = F + f où F = (valeur de la basse pression) x (surface de passage d'air de la buse 21), et f = force supplémentaire nécessaire et suffisante pour assurer le contact étanche entre le clapet 20 et la buse 21 en l'absence d'autres efforts.De mame le ressort de rappel 30 maintient le clapet 26 contre la buse 25 formant siège de manière à ce que sa poussée P' = F' + f' où F' = (pression de l'air basse pression) x (surface de passage de la buse 25) et f' = force supplémentaire nécessaire et suffisante pour assurer le contact étanche entre le clapet 26 et la buse 25 en l'absence d'autres efforts. Le choix des diamètres des buses 21 et 25 permet de moduler le rapport des forces P/P qui peut typiquement étre de 2 à 30. La pièce 31 sur laquelle les leviers 13a et 13b-s'articulent en 27a et 27b permet par vissage ou dévissage dans la pièce 29 de régler le jeu des leviers. Le corps 18 percé des orifices 32 de passage d'air supporte un manchon 33 comportant un passage d'air 34 dirigé vers l'embout buccal 5 Lors de l'inspiration du plongeur (figure 4) le clone écarte les leviers 13a et 13b, ce qui a pour effet de décoller le clapet pilote 26 de la buse 25 formant siège. Ceci est réalisé sans effort du fait de la faiblesse du ressort de rappel 30. La buse 25 se met alors à débiter dans l'espace annulaire 19 ; l'air s'en échappe par les jeux 35, 36 et 37, mais la perte de charge créée par ces jeux permet alors à la pression de s'accroitre dans l'espace annulaire 19.Cette pression agissant sur la surface annulaire 38 de la pièce de révolution, définie par la différence des diamètres des cylindres 16 et 17 déséquilibre le ressort 28 et soulève le clapet de distribution 20 de la buse de distribution 21 formant siège, ce qui a pour effet de permettre à l'air de s'échapper à partir de la buse 21 par les orifices 32 et 34 vers l'embout buccal. Par ailleurs en se soulevant, le clapet 21 ramène la buse 25 à proximité immédiate de son clapet 26 ce qui limite le débit de la buse 25, et donc l'accroissement de pression dans l'espace 19. L'équilibre stable s'établit alors entre la poussée sur la surface 38 et la poussée du ressort 28. Lors de l'expiration, l'air d'expiration s'échappe par les orifices 11 (figure 2) ; le conte 10 revient à sa position de repos, les leviers 13a et 13b en se rapprochant permettent au ressort de rappel 30 de plaquer le clapet 26 contre la buse 25 qui cesse alors de débiter ; l'air situé dans l'espace annulaire 19 s'échappe par les jeux 35, 36 et 37, ce qui permet au ressort 28 de plaquer le clapet 20 contre la buse 21 ; l'air arrente alors de s'échapper par la buse de distribution. La figure 5 représente une réelisation'de l'invention comportant des joints 39 et 40 qui rendent étanches les jeux 35 et 36, ne laissant subsister que le jeu 37 pour réguler l'accroissement de pression à l'intérieur de l'espace annulaire 19. Un seul ou deux des trois jeux 35, 36 et 37 peuvent ainsi être rendu étanches de la même manière, La figure 6 représente une réalisation de l'invention où les trois jeux 35, 36 et 37 sont rendus étanches par les joints 39, 40 et 41. Un orifice 42 permet alors de calibrer la perte de charge de manière à réguler l'accroissement de pression dans espace annulaire 19. Les formes, les dimensions et dispositions des différents éléments ainsi d'ailleurs que les matières utilisées pour leur fabrication, pourront varier dans la limite des équivalents sans changer pour autant la conception générale de l'invention qui vient d'trie décrite. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'adaptation du débit de 'gaz au besoin de l'aspiration adaptable au second étage d'un détendeur de plongée sous marine à deux étages, caractérisé par le fait que l'air basse pression fourni par le premier étage est délivré par une buse dite buse de distribution obturée par un clapet dit clapet de distribution relié par l'intermédiaire d'une amplification pneumatique à une membrane semi-rigide sensible à la dépression créée à l'intérieur du second étage lors de l'aspiration du plongeur, l'amplification pneumatique étant constituée d'une pièce de révolution formée de deux cylindres adjacents de diamètres différents coulissante avec un certain jeu à l'intérieur d'une chemise étagée comportant deux diamètres intérieurs correspondant aux diamètres des cylindres de manière à ménager un espace annulaire compris,entre les surfaces annulaires résultant de la différence des diamètres de la pièce de révolution et la différence des diamètres de la chemise, et entre la paroi du cylindre de petit diamètre de la pièce de révolution et la paroi de grand diamètre de la chemise; laquelle pièce de révolution formant clapet dit clapet de distribution par sa partie cylindrique de plus petit diamètre afférent à la buse de distribution formant siège laquelle pièce de révolution comportant un conduit interne formé d'un conduit axial traversant le clapet de distribution et d'un conduit radial, lesquels conduits faisant de cette manière communiquer l'espace annulaire avec la buse de distribution; lequel conduit axial formant buse dite de pilotage formant siège profilé afférent à un clapet dit clapet de pilotage comportant une tige de commande reliee à la membrane semi-rigide par l'intermédiaire d'un levier; lequel clapet de distribution étant maintenu sur son siège par un ressort de rappel compensant la poussée de l'air basse pression délivré par la buse de distribution, lequel clapet de pilotage étant maintenu sur son siège par un ressort de rappel comp-ensant la poussée de l'air basse pression délivré par la buse de pilotage. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les conduits faisant communiquer l'espace annulaire avec la buse sont positionnés de manière quelconque. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que le rapport, surface de la buse de distribution divisé par surface de la buse de pilotage, est supérieur à 1. 4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que le clapet de distribution et la buse de pilotage forment une pièce rapportée dans la partie cylindrique de plus petit diamètre de la pièce de révolution. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que le ressort de rappel du clapet de pilotage s'appuie sur un bossage solidaire de la pièce de révolution. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à S caractérisé par le fait que la tige de commande du clapet de pilotage traverse avec un certain jeu le cylindre de plus grand diamètre de la pièce de révolution. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'un des jeux de coulissement des cylindres constituant la pièce de révolution dans la chemise étagée est rendu étanche par un joint. 8 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait qu'un ou deux des jeux de coulissement des cylindres constituant la pièce de révolution dans la chemise étagée et du jeu de guidage de la tige de commande du clapet de pilotage sont rendus étanches par un joint. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'un orifice calibré met en communication l'espace annulaire avec l'intérieur du boitier du second étage. 10 - Dispositif selon les revendications 5 et 9 ou 6 et 9 caractérisé par le fait que tous les jeux de glissement de la pièce de révolution et de guidage de la tige de commande du clapet de pilotage sont rendus étanches par des joints.