Brevet FR2486594A1 — publié le 19820115

La présente invention se réfère aux clapets qu'on fait comporter aux pompes à pistons à haute pression en vue d'assurer la circulation unidirectionnelle du fluide entre l'entrez et la sortie du cylindre de la pompe considérée. Ces clapets doivent s'ouvrir lorsque la pression qui s'exerce sur leur face amont devient supérieure à celle qui règne sur leur face aval. Pour un bon fonctionnement de la pompe et pour une bonne tenue des clapets eux-memes, il convient que la différence de pression entre l'amont et l'aval nécessaire pour assurer cette ouverture soit aussi faible que possible. Cette différence résulte de plusieurs facteurs. La premier est évidemment constitué par le ressort de rappel du clapet à la position fermée ; sauf cas extrêmement particuliers, il est d'importance négligeable en ce qui concerne le rendement de la pompe. Un second facteur réside dans les forces de frottement qui apparaissent au niveau des organes de guidage du clapet considéré ; il peut avoir une certaine importance dans le cas de clapets à tiges, mais il ne joue qu'un rôle minimal avec des clapets plats retenus avec jeu à l'intérieur d'une cage appropriée. Quant au troisième facteur, il résulte de la différence des sections sur lesquelles s'exercent respectivement la pression d'amont et la pression d'aval ; son importance est au contraire considérable dans le cas des pompes à haute pression. Si en effet l'on considère un clapet circulaire, il comporte sur sa face tournée vers l'amont une certaine surface délimitée par le bord du débouché du siège sur lequel le clapet porte. La surface de la face aval du clapet exposée à la pression correspondante est nécessairement plus grande en raison de la présence de la surface annulaire intermédiaire de portée du clapet sur son siège. I1 en résulte que pour ouvrir le clapet il faut que la pression amont soit nettement supérieure à la pression aval, indépendamment de la présence du ressort de rappel et de celle éventuelle des forces de frottement. On peut, si l'on veut, exprimer la différence de pression sous la forme d'un pourcentage de la pression aval et définir ainsi un coefficient de surpression d'ouverture. Dans le cas des clapets plats connus ce coefficient peut atteindre des valeurs très élevées. La surpression d'ouverture est de faible importance pratique dans le cas des clapets d'aspiration en général et également dans celui des clapets de refoulement des pompes à basse pression. Au contraire elle devient considérable pour les pompes à haute pression en entrainant une perte de rendement élevée et des à-coups notables sur les clapets. Pour éviter cet inconvénient l'on peut utiliser des clapets coniques dans lesquels la différence entre les sections amont et aval peut être relativement réduite. Mais ces clapets posent par ailleurs des problèmes d'entretien si l'on veut qu'ils fonctionnent toujours de façon parfaite. Aussi préfère-t-on en général utiliser des clapets plats qui par contre comportent normalement une différence de section nettement plus forte, donc un coefficient de surpression d'ouverture plus élevé. Certes on peut songer à réduire la surface annulaire de portée du clapet, mais on est très vite limité dans cet ordre d'idées par des problèmes d'étanchéité et de matage. L'invention vise à remédier aux inconvénients qui précèdent et à permettre d'établir des clapets de refoulements plats pour pompes à haute pression dans lesquels la surpression nécessaire à l'ouverture du clapet considéré soit réduite par rapport aux constructions connues. Conformément à l'invention la surface annulaire de portée du clapet sur son siège comporte une gorge concentrique à l'axe de ce clapet et qui communique avec la face aval de celui-ci par au moins un passage ménagé dans le corps du clapet. On comprend que dans ces conditions la surface du clapet sur laquelle s'exerce la pression aval est celle délimitée par le bord intérieur de la gorge, tandis que la surface de portée suivant laquelle le clapet est appliqué mécaniquement sur son siège peut être beaucoup plus grande. En d'autres termes l'invention permet de rendre indépendantes l'une de l'autre d'une part la surface de portée mécanique imposée par les conditions de résistance des matériaux, d'usure, de matage, etc...., d'autre part la surface d'étanchéité qui détermine la surpression nécessaire à l'ouverture du clapet. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe axiale d'une pompe hydraulique à piston plongeur équipée d'un clapet de refoulement comportant application de l'invention. Fig. 2 est une vue en plan de la face amont de ce clapet. Fig. 3 est une coupe longitudinale de détail à grande échelle montrant la périphérie du clapet avec le siège sur lequel celui-ci est appliqué par l'effet de son ressort et de la pression aval. La pompe représentée en fig. 1 comporte un corps 1 équipée d'une tubulure d'aspiration 2 et d'une tubulure de refoulement 3. Dans ce corps 1 est creusée une chambre ou cylindre 4 dans lequel va et vient un piston plongeur 5, celui-ci traversant à cet effet un fond 6 équipé de garnitures d'étancheité appropriées 7. Pour ne pas compliquer le dessin l'on n'a pas représenté les moyens de retenue en place du fond 6, ni ceux de serrage des garnitures 7 ; mais de tels moyens sont bien connus dans la technique. Le cylindre 4 est fermé à son autre extrémité par un second fond rapporté 8 maintenu en place par des vis 9. La tubulure d'aspiration 2 communique avec le cylindre 4 par un passage 10 dans lequel est monté un dispositif de clapet d'aspiration. Ce dispositif comprend une plèce ou siège annulaire 11- sur lequel un clapet circulaire plat 12 est appliqué par un ressort de rappel 13. Le ressort 13 prend appui contre une rondelle 14 qu'une vis 15 fixe à un bras 16 solidaire du fond 8. Entre la rondelle 14 et le siège 11 est dispose une cage 17 qui retient latéralement le clapet 12 avec un jeu suffisant pour ne pas gêner ses débattements. De même la tubulure de refoulement 3 communique avec le cylindre 4 à travers un passage 18 dans lequel est inséré un dispositif de clapet de refoulement. Là encore le dispositif en question comprend une pièce 19 formant siège et un clapet plat 20 qu'un ressort de rappel 21 applique sur le siège précité, ce ressort prenant appui contre une rondelle 22. Mais ici la rondelle 22 est fixée par une vis 23 à un prolongement axial 24 solidaire d'un couvercle rapporté 25 qui vient fermer le passage 18, prévu débouchant. Le clapet 20 est la encore guidé par une cage 26. Fig. 2 et 3 montrent clairement le détail de construction du clapet 20. C'est un corps circulaire sur lequel on peut distinguer une face amont (celle tournée vers le siège 19) et une face aval (celle correspondant au ressort de rappel 21), c'est-à-diie tournée vers la tubulure de refoulement 3. Sur la face amont on a prévu en saillie une surface annulaire 27 propre à porter contre le siège 19, tandis que dans la face aval on a ménagé une dépression 28 pour recevoir le ressort de rappel 21. Dans la surface annulaire 27 on a creusé une gorge 29, concentrique à l'axe du clapet et prévue à profil semi-circulaire. Des canaux verticaux 30, au nombre de quatre dans l'exemple représenté, font communiquer cette gorge avec la face supérieure du clapet. On a en outre creusé dans la face superieure du siège 19 une gorge complémentaire 31, elle aussi à profil semi-circulaire et dont le débouché vient coïncider avec celui de la gorge 29. Lorsque le clapet 12 est appliqué sur son siège on peut distinguer une première zone annulaire comprise entre le bord intérieur des gorges 29, 31 et l'alésage du siège 19. Cette première zone annulaire correspond à une largeur radiale a (fig. 3). De même entre le bord extérieur des gorges 29, 31, on trouve une autre zone annulaire de largeur radiale b. La surface géométrique sur laquelle agit effectivement la pression d'aval (représentée par la flèche 32 en fig. 3) est délimitée par le bord intérieur des gorges 29, 31. Par ailleurs la surface géométrique sur laquelle agit la pression amont (c'est-à-dire celle qui regne à chaque instant dans le cylindre 4, et qu'on a représentée par la flèche 33 en fig. 3) est définie par le bord intérieur de la surface annulaire de portée 27 du clapet. La différence entre ces deux surfaces geométriques amont et aval ne correspond donc finalement quvà la surface de la zone annulaire a. Au contraire la surface ge-ome-trique de contact entre le clapet 13 et le siège 19, c'est-à-dire celle qui supporte les efforts mecaniques de compression entre ces deux pièces, est constituee par le total des surfaces des deux zones annulaires a et b. L'invention a donc bien permis de séparer d'une part la surface d'étanchéité à laquelle correspond la surpression d'ouverture du clapet et la surface de portée qui détermine les contraintes mécaniques spécifi- 2 ques (par exemple par mm ). On peut donc ainsi réaliser des clapets pour hautes pressions dont le coefficient de surpression d'ouverture reste fable et qui pourtant présentent une surface de portée largement dimensionnée, évitant tout phénomène de matage, fissuration superficielle, etc.... I1 doit d'ailleurs hêtre entendu que la description qui precede n'a été donnée qu'a titre d'exemple et quelle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les details d'exécution décrits par tous autres équivalents. On comprend que l'invention serait applicable, le cas échéant, à des clapets non circulaires ou dont la surface de portée ne serait pas parfaitement plane, mais légère- ment conique. La gorge 31 dans le siège n' est pas indispensable ; elle facilite seulement la delimitatisn de la zone a par rapport à la zone b. Le profil des gorges pourrait être triangulaire, carre, etc.... Le nombre des canaux tels que 30 peut varier. On peut les orienter obliquement vers la peripherie du clapet, si on le prefère. R E V E N D -I C A T I 0 N S 1. Dispositif du clapet de refoulement pour pompe à haute pression, du genre comprenant une surface annulaire de portée du clapet proprement dit sur son siège, caractérisE en ce que cette surface annulaire de portée du clapet (12) est creusée d'une gorge (29) communiquant avec une face de clapet soumise à la pression aval et qui définit sur cette surface de portée une zone intérieure d'étanchéité (a) et une zone exté- rieure (b) servant uniquement à la transmission des contraintes mécaniques, de manière que le coefficient de surpression d'ouverture du clapet puisse rester faible en dépit d'une surface de contact importante de ce clapet (12) sur son siège (9). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (12) est du type connu comportant un profil transversal circulaire et une surface de portée plane. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la communication entre la gorge (29) et une face du clapet (12) soumise à la pression aval est établie par des canaux (18) percés dans le corps du clapet à peu près parallèlement à l'axe de celui-ci. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que le siège (9) lui-meme est creusé d'une gorge (31) dont le débouché coricide substantiellement avec celui de la gorge (29) du clapet (12).