Brevet FR2492039A1 — publié le 19820416

La présente invention se rapporte à un dispositif réser- voir de pression, notamment accumulateur de pression et plus particulièrement à un tel dispositif, à débit élevé, dans le- quel des moyens auxiliaires sont prévus pour empêcher une fer- meture prématurée ou indésirable de l'orifice de liquide. L'utilisation de dispositifs accumulateurs, en particu- lier à haute capacité, pour emmagasiner de l'énergie est cou- rante. Dans de nombreuses applications, un accumulateur à haute capacité est chargé par introduction de liquide sous pression dans le corps du réservoir de pression divisé en deux chambres par une vessie expansible. L'introduction du liquide dans une des chambres a pour effet de comprimer davantage le gaz conte- nu dans la deuxième chambre qui est située du côté opposé de la vessie, ce qui emmagasine de l'énergie. L'énergie emmagasinée dans le gaz comprimé est utilisée par mise en communication d'un poste de service avec le débit de liquide sortant du réservoir de pression par un orifice de liquide. Dans une construction usuelle, un clapet est monté mcbile dans l'orifice de liquide et est poussé par l'action d'un res- sort en position soulevée o une partie du clapet s'étend dans le réservoir de pression tandis que l'orifice de liquide est ouvert. Normalement, lorsque la pression tombe dans la ligne hydraulique reliée au poste de service à un degré tel que la pression du gaz dépasse la pression du liquide dans la ligne, le liquide est progressivement envoyé, via le clapet ouvert, jusqu'au poste de service. Lorsque le liquide a été expulsé, d'une manière pratiquement complète, du réservoir par la vessie en expansion, la vessie s'engage sur la tête du clapet, en le poussant vers le bas contre la force du ressort du clapet jus- qu'à une position fermée o l'orifice de liquide est obturé de telle sorte qu'une extrusion de la vessie par cet orifice soit empêchée. On a découvert que dans de nombreux cas, dans les dis- positifs connus jusqu'à présent, le clapet se ferme prématuré- ment, non pas par suite du contact avec la vessie en expansion mais plutôt par suite des différences de pressions sur les côtés opposés de la tête du clapet. Ces différences de pressions ré- sultent d'un écoulement soudain du liquide dans la ligne jus- qu'au poste de service et crée ainsi une-chute de pression dans des régions situées immédiatement en dessous de la tête du clapet. Dans de tels cas, le clapet peut être aspiré en con- tact avec le siège du clapet et il en résulte une interruption prématurée de l'écoulement dans la ligne du poste de service. Ce phénomène est fréquemment constaté dans des installa- tions hydrauliques en circuit fermé ou à fonctionnement cycli- que dans lesquelles, par exemple, l'accumulateur peut être chargé par une pompe, après quoi le circuit de la pompe est interrompu et le fonctionnement est réalisé seulement par 1' énergie qui provient de l'accumulateur en cours de décharge. Afin de combattre la fermeture prématurée du clapet, en raison des conditions d'écoulement et des différences de pressions, on a proposé d'augmenter la force du ressort de con- trôle du clapet qui pousse le clapet vers la position ouverte. Mais, en augmentant ainsi la force du ressort, le clapet peut rester ouvert, même après qu'il a été engagé par la vessie et il en résulte une extrusion de la vessie par l'orifice de li- quide ouvert. La présente invention a pour objet un dispositif réser- voir de pression, notamment accumulateur de pression à débit élevé, qui est amélioré et dans lequel le clapet est rendu ré- sistant à une fermeture prématurée ou indésirable de l'orifice de liquide, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un ressort de clapet trop fort. Suivant l'invention, un dispositif réservoir de pression, notamment accumulateur de pression, comporte un orifice de gaz et un orifice de liquide, un séparateur déformable dans le ré- servoir interposé entre lesdits orifices et définissant une chambre à gaz en communication avec ledit orifice de gaz et une chambre à liquide en communication avec ledit orifice de liquide, un raccord relié à l'orifice de liquide ayant un siège de clapet à son extrémité intérieure, un clapet associé à ce siège, une queue de clapet s'étendant axialement dans le raccord et ayant une extrémité fixée au clapet, des moyens élastiques poussant normalement le clapet en position ouverte par rapport au siège, le raccord ayant un orifice pour charger la chambre à liquide et pour faire sortir de cette chambre du liquide sous pression, et est caractérisé en ce que des moyens additionnels sont associés à la queue du clapet pour s'opposer au mouvement du clapet à partir de la position ouverte sous la force résultant d'un écoulement rapide par le clapet dans le raccord et sortant par l'orifice de liquide et des moyens co- opérant avec lesdits moyens additionnels pour mettre hors jeu lesdits moyens additionnels et permettre un mouvement du cla- pet vers la position fermée contre le siège, lorsqu'on le dé- sire, pour empêcher une extrusion du séparateur par l'orifice de liquide. Plus particulièrement, le dispositif suivant la présente invention comporte un ressort de clapet dont la force est ca- culée pour être facilement surmontée par la pression directe de la vessie, de telle façon que la vessie n'ait pas besoin de forcer d'une manière indue pour pousser le clapet en posi- tion fermée sur l'orifice de liquide. Ce dispositif met en oeuvre des moyens auxiliaires pour résister à la fermeture du clapet, qui agissent en coopération avec le ressort du clapet, ces moyens auxiliaires pouvant être placés en dehors d'une condition o ils supportent le clapet, sous la commande d'un mécanisme de contrôle. De cette façon, le clapet peut être supporté ou verrouillé dans la position ou- verte à la fois par la force du ressort et par la force des moyens auxiliaires pendant les conditions normales de fonction- nement, o l'orifice de liquide doit rester ouvert. Il importe de noter que, lorsque le mécanisme de contrôle agit au moment o l'orifice de liquide devrait être fermé, le moyen de support auxiliaire du clapet est libéré de sa fonction de support du clapet, de telle sorte que la seule force résis- tant à la fermeture du clapet est fournie par le ressort. De cette façon, les efforts exercés contre la vessie en expansion pour empêcher la fermeture du clapet sont des efforts relative- ment faibles fournis par le ressort. A titre d'illustration, mais d'une manière non limitative, les moyens de support auxiliaires du clapet peuvent comporter un solénoïde disposé dans une chambre située en dessous de 1' orifice de liquide et qui coopère avec unnmanchon à haute per- méabilité magnétique fixé à une queue du clapet. Lorsque le solénoïde est activé, il réagit avec le- manchon à haute perméa- bilité magnétique pour- résister aux mouvements de là queue du clapet, de telle sorte que le clapet soit maintenu en position ouverte par les forces cumulées du solénoïde et du ressort. Des moyens de contrôle qui peuvent être sensibles à la pression, sensibles au temps, sensibles à l'écoulement ou analogues, peuvent être disposés dans la chambre, ou ailleurs, et reliés de façon à interrompre le circuit du solénoïde, en réponse à une condition ou à un temps pour lequel le clapet doit être fermé, de telle sorte que les seules forces qui doivent être surmontées par la pression de la vessie contre le clapet, sont les forces exercées par le ressort. La présente invention vise ainsi un dispositif réservoir de pression, notamment accumulateur de pression à débit élevé qui est amélioré et dans lequel la fermeture du clapet pour obturer l'orifice de liquide résiste à un ressort de clapet et à un moyen de support auxiliaire du clapet, par exemple et à titre non limitatif, un solénoïde, les moyens auxiliaires étant activés ou désactivés en réponse à une commande qui peut être manuelle mais qui peut également être sensible à la pression ou à tout autre paramètre. L'invention vise également un dispositif réservoir de pression, plus particulièrement un accumulateur de pression du type décrit, dans lequel, au cours du fonctionnement normal, le clapet est poussé jusqu'à une position ouverte de l'orifice de liquide par un ressort de clapet, tandis que le mouvement à partir de cette position ouverte est freiné par un moyen de support auxiliaire du clapet, tel qu'un solénoïde ou un équi- valent électrique ou mécanique. L'invention vise en outre un réservoir de pression, plus particulièrement accumulateur de pression du type décrit, et comportant un moyen sensible à la pression pour commander la condition activée ou désactivée du solénoïde, ou autre moyen de support auxiliaire du clapet, de telle sorte que le support additionnel formé par ce moyen est, soit exercé, soit non exercé, en fonction de la pression relevée en un point choisi du dispositif. Des formes d'exécution de l'invention sont ci-après dé- crites, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lequels la figure 1 est une vue partielle, en coupe verticale, à l'endroit de l'orifice de liquide et des éléments associés, d'un dispositif accumulateur de pression suivant l'invention; la figure 2 est une vue en coupe horizontale discontinue suivant la ligne brisée 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation latérale du disposi- tif accumulateur, à échelle réduite; les figures 4 et 5 sont desschémas de circuits comportant un dispositif accumulateur suivant l'invention. On se référera d'abord aux figures 1 à 3. Un dispositif accumulateur hydraulique suivant l'invention 10 comporte un réservoir de pression 11 qui, d'une manière usuelle, présente un corps généralement cylindrique 12 ayant une extrémité supé- rieure hémisphérique 13 et une extrémité inférieure hémisphé- rique 14. Une valve de charge de gaz 15 est montée à la partie supérieure 13 du réservoir de pression. Une vessie 16 ayant une bouche ouverte qui entoure la valve de charge de gaz 15 divise l'intérieur du réservoir 11 en deux chambres distinctes, à savoir une chambre 17 à gaz et une chambre 18 à liquide tel que de l'huile. L'extrémité inférieure 14 du réservoir comporte un orifice de liquide 19 dans lequel est monté un raccord 20 comportant un ensemble clapet 21. Ce raccord 20 comporte un siège de valve incliné 20 orienté vers le haut. L'ensemble clapet 21 comporte une queue 23 ayant une tête de clapet 24 à son extrémité supérieure, cette tête 24 compor- tant une sous-face inclinée 25 ayant une configuration angu- laire telle qu'elle coïncide avec le siège 22 dans la position abaissée ou fermée du clapet. D'une manière usuelle, le clapet est déplacé convenablement vers le bas jusqu'à sa position de fermeture par la pression exercée contre la surface supérieure 26 du clapet par les com- posants de la vessie 16, lorsque celle-ci se dilate du fait que la pression dans la chambre 17 dépasse la pression de li- quide dans la chambre 18. La queue de valve 23 est guidée dans son mouvement axial dans le raccord 20 par un bossage 27 ayant la forme d'un cy- lindre supporté par l'extrémité intérieure d'une série d' ailettes radiales 28 (figure 2). Des espaces 29 sont prévus entre les ailettes adjacentes et définissent des passages pour l'écoulement du liquide autour du bossage 27. L'ensemble clapet 21 est maintenu dans sa position soule- vée, représentée en traits pleins à la figure 1, par un méca- nisme de soulèvement comportant un ressort 30 de contrôle du clapet, entourant la queue 23. L'extrémité inférieure 31 du ressort réagit contre le bossage 27 tandis que l'extrémité su- périeure 32 du ressort réagit contre une zone 22' de la tête de clapet 24 entourant immédiatement la queue. Un circlips 34 est engagé dans une gorge annulaire 35 de la queue et forme une butée qui limite le mouvement vers le haut du clapet. Une chambre de décharge annulaire 36 entoure la queue, l'extrémité inférieure de cette chambre de décharge étant fermée par un bouchon 37 ayant une partie 38 filetée extérieu- rement s'engageant avec une partie complémentaire 39 filetée intérieurement, formée à l'extrémité inférieure 40 du raccord 20. Le bouchon 37 comporte un épaulement 41 formant une saillie radiale et ayant une gorge annulaire 42 orientée vers le haut, dans laquelle est engagé un joint torique 43 comprimé contre la sous-face de la partie extrême 40 du raccord, formant un joint étanche contre les fuites. Un conduit 44 pour permettre l'écoulement d'un fluide hydraulique dans et hors le réservoir de pression, est engagé dans une ouverture 45 ménagée dans la paroi du raccord 20, 1' intérieur du conduit 44 étant ainsi en communication avec la chambre 36. La queue 23 porte un manchon 46 en matière magnétique hautement perméable, ce manchon étant maintenu en position fixe sur la queue, du fait que son extrémité supérieure 47 bute contre un épaulement annulaire 48 dirigé vers le bas, formé sur la queue 23. L'extrémité inférieure 49 de la queue est fi- letée et porte un écrou de butée 50 qui s'engage d'une manière serrée contre la sous-face 51 du manchon 46 pour bloquer le manchon dans la position voulue. Un insert annulaire 52 est positionné d'une manière fixe dans la chambre 36. L'insert 52 est disposé en alignement en hauteur avec le manchon 46 dans la position soulevée, c'est- à- dire d'ouverture de l'orifice de liquide, de l'ensemble clapet 21. Une pluralité de spiresen fil conducteur 53 sont bobinées dans l'insert 52 et définissent un enrou- lement solénoïde disposé en regard et à proximité du manchon 46. Une ouverture transversale 54 est définie dans le raccord , les conducteurs terminaux 55 et 56 de la bobine solénoïde passant vers l'extérieur par l'ouverture 54. Un joint 57 d'é- tanchéité au fluide est disposé dans l'ouverture 54 pour em- pêcher les fuites de fluide vers l'extérieur par cette ouver- ture. Le fonctionnement de l'appareil résulte de ce qui précède. La chambre 17 (figures 4 et 5) est chargée avec du gaz sous pression et le conduit 44 est relié à une source de fluide hydraulique sous pression P par une valve V. Lorsque la pres- sion du gaz dépasse celle de la ligne hydraulique 44, la vessie 16 se dilate et pousse le clapet vers le bas, en appliquant la surface inclinée 25 contre le siège de valve 22. Puis, lorsque du liquide sous pression est admis par la valve ouverte V dans le conduit 44, le clapet est admis à se soulever et le liquide s'écoule dans la chambre 18, en obligeant la vessie à se con- tracter et à comprimer le gaz dans la chambre 17, ce qui emma- gasine de l'énergie dans le gaz. Ainsi qu'il résulte de la description qui va suivre en ré- férence aux figures 4 et 5, lorsqu'on désire utiliser l'éner- gie emmagasinée dans le gaz, le liquide est forcé vers l'exté- rieur par le conduit 44, par réduction de la pression dans ce conduit, c'est-à-dire par exemple en isolant le conduit 44 de la source de fluide hydraulique sous pression, telle que par exemple la pompe P. par fermeture de la valve V et en permet- tant au liquide de s'écouler de la chambre 18 jusqu'à un poste de service. Alors que le liquide s'écoule de la chambre 18 vers le poste de service, en raison de l'écoulement rapide de ce li- quide à partir de cette chambre 18, la pression dans une région située immédiatement en dessous de la valve 24 est réduite. Le flôt soudain de liquide, de même que la chute de la pression résultante dans la région située en dessous de la tête du cla- pet dans un dispositif usuel, pourraient être suffisants pour surmonter la force de soulèvement du ressort du clapet et faire engager la tête du clapet prématurément contre le siège de clapet, en arrêtant l'écoulement du liquide vers le poste de service. Pour écarter cette éventualité, dans le dispositif sui- vant l'invention, un courant électrique est admis dans les conducteurs 55, 56 et la bobine 53 et crée un champ magnétique qui coopère avec le manchon perméable 46, en développant une force additionnelle sur la queue du clapet qui résiste au mou- vement du clapet dans le sens de la fermeture et verrouille en fait la tête de clapet 24 dans une position ouverte qui est espacée du siège de clapet 22. Du fait que la force exercée par le solénoïde peut être rendue proportionnelle au courant électrique dans la bobine, on comprend facilement que, grâce à l'utilisation d'un dispo- sitif régulateur approprié, tel qu'un potentiomètre, la résis- tance vers la fermeture peut varier grâce à un contrôle manuel. Lorsque l'on désire que le clapet se ferme d'une manière normale, c'est-àdire par engagement de la vessie en expansion 16, il est seulement nécessaire d'interrompre le courant dans la bobine 53, après quoi, les seules forces résistant à la fermeture du clapet sont celles exercées par le ressort 30. On comprendra que l'interruption du courant dans le solénoïde peut être effectuée manuellement en actionnant un interrupteur ou d'une manière automatique par un minuteur ou par l'inter- vention d'un interrupteur sensible à la pression communiquant avec le conduit 44 qui active le circuit en réponse à une pression dans le conduit d'une valeur faible choisie. A titre illustratif des environnements dans lequels le dispositif peut être utilisé, on se référera au schéma de cir- cuit illustré à la figure 4. Le réservoir de pression 10 peut être chargé par un fluide hydraulique émanant de la pompe P par ouverture de la valve V. Le conduit 58 à l'aval de la valve V est alors chargé avec du liquide sous pression qui est admis à s'écouler par le conduit 44 dans la chambre à liquide 18 du réservoir de pression. Pendant l'opération de charge, la valve 59 actionnée à la main est normalement dans la position fermée, de sorte que l'écoulement de liquide du conduit 58 dans le conduit de sortie conduisant à un poste de service, est interrompu. Puisque pendant l'opération de charge, la pression dans les lignes 58 et 44 est plus élevée que la pression dans la chambre à gaz 17, l'ensemble clapet 21 est dans sa position soulevée avec la tête de clapet 24 espacée du siège 22. Une fois que l'accumulateur a été suffisamment chargé avec du liquide sous pression, la valve V peut être fermée. Une jauge de pression 61 en communication avec le conduit 58 permet à l'opérateur d'être certain que la pression de charge a atteint le niveau désiré. Lorsque le niveau désiré est atteint, l'installation est alors dans une condition o l'é- nergie emmagasinée peut être relâchée vers le poste de service via le conduit 60, par une vanne 59 opérée à la main, qui fait communiquer les conduits 58 et 44 avec le conduit 60. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4, un ensemble minuteur 62 incorpore une source de courant électrique par exemple une batterie, et un interrupteur normalement fermé. L'interrupteur 63 est fermé et un bouton 64 de démarrage du minuteur est enfoncé en même temps que la vanne 59 est ouverte. L'ouverture de la vanne 59 a pour effet, ainsi qu'il a été in- diqué précédemment, de faire écouler du fluide de la chambre de liquide 18 vers l'extérieur par le conduit 44 et dans le conduit 60 du poste de service. La fermeture de l'interrupteur 63 fait passer un courant dans la bobine 53, de sorte que le clapet 24 est verrouillé dans la position ouverte par la force exercée par le solénoïde sur le manchon perméable 46. Lorsque le cycle du minuteur s'est déroulé, l'interrupteur du minuteur 62 s'ouvre et le courant passant dans la bobine 53 est interrompu, de telle sorte que la seule force qui re- tient le clapet dans la position d'ouverture de l'orifice de liquide est seulement la force exercée par le ressort 30. On appréciera que le clapet peut ainsi être fermé par la pression de la vessie contre la surface supérieure 26 du clapet ou par une différence de pressions suffisante entre les régions situées au-dessus et au-dessous du clapet. On se référera maintenant à la figure 5 o les éléments similaires à ceux de la figure 4 sont désignés par les mêmes références. Cette figure 5 montre un circuit dans lequel la bobine 53 est désactivée en réponse à une pression prédéter- minée faible dans le conduit 44. En supposant que l'accumulateur 10 a été chargé par le liquide de la pompe P, comne indiqué précédemment, et en sup- posant que la vanne V est fermée, il est prévu un mécanisme sensible à la pression ayant un interrupteur 66 qui ferme normalement des contacts 67, 68 permettant au courant de la batterie B de passer dans la bobine 53. Lorsque la vanne 59 de contrôle du poste de service est ouverte, en permettant au liquide de s'écouler du conduit 44 dans le conduit 58 puis dans le conduit 60, la pression dans le conduit 58 s'abaisse progressivement. Pendant les périodes d'écoulement initial, le clapet résiste à un déplacement vers sa position fermée grâce aux forces combinées du ressort 30 et de l'action de verrouillage du solénoïde 53. Lorsque la pression dans la ligne 58 atteint un niveau faible choisi, l'interrupteur de pression 65 fait déconnecter l'interrupteur 66 des contacts 67, 68 ce qui in- terrompt le passage du courant dans la bobine 53, après quoi la seule force de retenue du clapet est celle du ressort 31. Ainsi, la fermeture finale du clapet peut être effectuée par une pression relativement légère de la vessie 16 contre la surface supérieure 26 du clapet. Bien que dans les formes d'exécution qui viennent d'être décrites, la force auxiliaire de maintien du clapet dans sa position soulevée soit réalisée par un solénoïde, on compren- dra que des variantes de moyens pour résister à une fermeture prématurée du clapet peuvent être prévues dans le cadre de 1' invention. Par exemple, les mouvements entre la queue du clapet et le raccord peuvent être empêchés par des forces de contrôle autres qu'électriques, par exemple pneumatiques, hy- drauliques ou analogues. La force de contrôle peut soit exercer une résistance au mouvement de la queue, soit libérer une résis- tance au mouvement de la queue. La force qui s'oppose au mou- vement de la queue peut être relâchée soit manuellement, soit automatiquement. Comme on le comprendra, des variantes de moyens pour mettre en oeuvre la présente invention, peuvent être prévues à la place des formes d'exécution qui viennent d'être décrites en référence aux dessins annexés. L'invention doit être consi- dérée largement dans le cadre des revendications, sous la forme de moyens auxiliaires venant en addition du ressort usuel de contrôle du clapet, pour s'opposer au mouvement du clapet vers -2492039 il la position de fermeture, jusqu'à ce qu'une telle fermeture soit volontairement provoquée par certaines conditions de fonctionnement du dispositif, d'o il résulte que les forces auxiliaires sont supprimées et la vessie n'a plus désormais qu'à surmonter simplement la force du ressort de contrôle du clapet. REVENDICATIONS 1) Dispositif réservoir de pression, notamment accumula- teur de pression, comportant un orifice de gaz (15) et un ori- fice de liquide (19), un séparateur déformable (16) dans le réservoir interposé entre lesdits orifices et définissant une chambre à gaz (17) en communication avec ledit orifice de gaz et une chambre à liquide (18) en communication avec ledit ori- fice de liquide, un raccord (20) relié à l'orifice de liquide (19) ayant un siège (22) de clapet à son extrémité intérieure, un clapet (21) associé à ce siège (22), une queue (23) de cla- pet s'étendant axialement dans le raccord et ayant une extré- mité fixée au clapet, des moyens élastiques (30) poussant nor- malement le clapet (21) en position ouverte par rapport au siège (22), le raccord (20) ayant un orifice (45) pour charger la chambre à liquide (18) et pour faire sortir de cette chambre du liquide sous pression, caractérisé en ce que des moyens ad- ditionnels (53) sont associésà la queue (23) du clapet (21) pour s'opposer au mouvement du clapet (21) à partir de la position ouverte sous la force résultant d'un écoulement rapide par le clapet (21) dans le raccord (20) et sortant par l'orifice de liquide et des moyens coopérant (55, 56) avec lesdits moyens additionnels (53) pour mettre hors jeu lesdits moyens addition- nels (53) et permettre un mouvement du clapet (21) vers la po- sition fermée contre le siège (22), lorsque désirable, pour empêcher une extrusion du séparateur (18) par l'orifice de li- quide (19). 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (55, 56) coopérant avec lesdits moyens additionnels (53) comportent un dispositif (65) sensible à la pression. 3) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens additionnels comportent un organe élec- tromagnétique (53) interposé entre le raccord (20) et la queue (23) du clapet (21). 4) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe électromagnétique comporte une bobine (53) ayant une position fixe dans le raccord (20) et une armature (46) mon- tée sur la queue (23) en relation espacée et voisine de la bo- bine (53) dans la position ouverte du clapet (21). ) Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la bobine (53) entoure l'armature (46) tandis que la bobine (53) et la queue 23 sont en alignement coaxial. 6) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (44) en communication avec l'ori- fice (45) du raccord (20), des moyens de pompe (P) reliés opé- rativement au conduit (44) pour introduire du liquide sous pression par le conduit (44) dans la chambre à liquide (18), une vanne (V) disposée sur le conduit (44) pour relier ce con- duit à un poste de service (60) et des moyens de contrôle (65) sensibles à la pression disposés en communication avec le dit conduit (44) et reliés opératLivement avec lesdits moyens (55, 56) coopèrent avec lesdits moyens additionnels (53), pour dés- activer lesdits moyens additionnels (53) en réponse à des pressions relevées ayant une valeur prédéterminée faible.