Brevet FR2493463A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne les organes pour le contrôle et la régulation de l'écoulement de fluides t a notamment pour objet un clapet à écoulement direct. L'inventiou peut être utilisée avantageusement en particulier dans les compresseurs à piston à grande vitesse et à basse ou moyenne pression ainsi que dans les premiers étages des compresseurs à haute pression. On est confronté actuellement dans l'industrie au problème d'un accroissement radial de la vitesse des compresseurs à piston tout en conservant leur caractère hautement économique. Etant donné que les clapets sont les éléments essentiels qui déterminent la résistance sur le traJet des gaz dans le compresseur à piston et que les pertes d'énergie qui y ont lieu sont les plus importantes des pertes se produisant dans le compresseur, il est nécessaire d'agrandir les sections de passage des clapets sans pour autant abaisser leur fiabilité ou augmenter leurs dimensions. On connaît des clapets à écoulement direct qui résolvent ce problème, tels que le clapet à écoulement direct décrit dans le brevet USA N 3786833 publié en 1974 bt qui peut être considéré comme le prototype du clapet faisant l'objet de la présente invention).Ce clapet comprend un corps composé d'éléments rigides réunis entre eux, dont chacun comporte d'un côté un canal d'amenée et une surface faisant office de siège, et de l'autre coté, une surface limitatrice située en face du canal d'amenée et du siège d'un autre élément rigide, ainsi que des organes de fermeture réalisés sous forme de lamelles dentées coincées entre les éléments rigides. Une telle conception du clapet à écoulement direct permet d'agrandir sa section de passage sans augmenter son encombrement, du fait que la lamelle à dents multiples présente une fente de sortie de plus grande longueur. Cependant, les lamelles à dents multiples sont difficiles à confectionner, car elles exigent une complication cons2dérable des matrices. De plus, il faut employer pour leur tabrlcation une bande très large et de faible épaisseur, qui doit avoir une grande résistance mécanique et une élasticité élevée. En outre, étant donné l'anisotropie du matériau de la bande, certaines des dents sont orientées d'une façon défavorable par rapport à la direction du laminage,ce qui affects la résistance des lamelles et, par suite, la fiabilité du clapet. A noter encore qu'après estampage des lamelles, il se forme des microfissures aux arêtes des dents, ce qui réduit la longévité des lamelles et, par conséquent, de l'ensemble du clapet. Un moyen radical pour renforcer les lamelles consiste à leur faire subir un vibropolissage par une matière abrasive dans un tonneau tournant. Toutefois, pour des lamelles minces à dents multiples, affaiblies par les fentes entre les dents, ce procédé ne convient pas. Pendant la compression des éléments de clapet empiles, il se produit un faible enfoncement d'une portion de la surface du siège, de sorte qu'il se forme à sa lisière un ressaut ou gradin qui fait plier les dents de la lamelle vers la surface limitatrice et donne lieu à des fuites de gaz et, en fin de compte, à un abaissement de l'efficacité du clapet. L'invention vise dont un clapet à écoulement direct d'une haute fiabilité, dans lequel les éléments de fermeture seraient réalisés de manière à lui conférer une efficacité élevce, une fiabilité a accrue,et à simplifier sa fabrication. A cet effet, il est proposé an clapet à écoulement direct comprenant uri ccrps composé d'éléments rigides réunis entre eux, dont chacun comporte d'un cbté un canal d'amenée et zz---c- surface faisant office de siège, et de l'autre coté, une surface limitatrice située en face du canal d'amenée et du siège d'un autre élément rigide, ainsi que des éléments de fermeture réalisés sous forme de lamelles .dentées coincées entre les éléments rigides mutuellement voisins, caractérisé, suivant l'invention, en ce que chaque lamelle dentée est reliée sous forme de dents fixées par leur base à un support. L'exécution de la lamelle dentée sous forme de dents fixées à un support permet d'augmenter la fiabilité du clapet, car le fait de fabriquer les dents individuellement permet de les orienter avantageusement dans la direction du laminage et de les renforcer ensuite par vibropolissage au tonneau. Les dents individuelles et le support sont fabriqués sur de simples étampes à découper. Outre cela, il est possible d'unifier la fabrication des dents pour l'obtention de lamelles de différentes dimensions. Il est avantageux d'éxécuter les supports de façon à ce qu'ils fassent saillie au-delà de la surface de coincement en direction du siège, en assurant ainsi une bonne application des dents contre le siège. Le support faisant saillie au-delà de la surface de caincement en direction du siège empoche les dents de se plier vers la surface limitatrice et permet de ce fait de supprimer les fuites de fluide de travail et par conséquent d'augmenter llefficacité du clapet. De façon avantageuse, chaque support peut se présenter sous forme d'un élément courte ou arqué dont le bord bute contre les dents. Une telle exécution du support permet d'augmenter encore plus la fiabilité du clapet en ce qui concerne l'élimination des fuites de fluide de travail L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apprattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références au dessin inique annexé qui représente le schéma de principe de l'installation conforme à l'invention. - la figure 1 est une vue d'ensemble du clapet à écoulement direct - la figure 2 est une vue suivant II-II de la figure - la figure 3 représente une lamelle à dents rapportées, vue du côté des dents - la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV-de la figure 2. En se référent à la figure 1, on voit que le clapet cylindrique d'aspiration et de refoulement à écoulement direct est constitué d'un corps 1 (figure 1) composé d'éléments rigides 2 réunis entre eux. Chaque élément rigide 2 comporte d'un côté des canaux d'amenée 3, 4-(figures 1, 2) et d'évacuation 5,6, et une surface en forme de siège 7. Sur l'autre côté, chaque élément rigide 2 comporte une surface limitatrice formant des niches au évidements 8,9. La surface limitatrice de chaque élément rigide 2 est disposée en face des canaux d'amenée 3, 4 et d'évacuation 5, 6 de l'élément rigide 2 voisin. Des lamelles annulaires dentées 10 à dents 11, 12 sont coincées entre les éléments rigides 2 voisins, aux endroits des bases des dents 11, 12. Les dents 11, 12 de la lamelle 10 obturent les canaux d'amenée 3, 4 du siège 7, alors que les canaux d'évacuation 5 et 6 se situent en face des intervalles entre les dents 11, 12. Le clapet cylindrique à écoulement direct (figure 2) est divisé dans le plan diamétral en deux demi-cylindres, dont l'un comporte un secteur 13 d'aspiration, et l'autre, un secteur 14 de refoulement, ces deux secteurs étant séparés l'un de l'autre par des espaces séparateurs 15. Dans le secteur 13 d'aspiration, les canaux d'amenée 3 des éléments rigides 2 sont ouverts du côté de la surface extérieure d'un élément annulaire 16, tandis que les canaux 5 d'évacuation et les niches 8 le sont du côté de sa surface intérieure. Dans le secteur 14 de refoulement, les canaux sont disposés de façon inverse : les canaux d'amenée 4 sont ouverts du côté de la surface intérieure de l'élément annulaire 16, et les canaux 6 d'évacuation et les niches 9, du côté de sa surface extérieure. Dans le secteur 13 d'aspiration, les dents 11, 12 des lamelles annulaires 10 sont fixées à leur base à un support 20. Lesdits supports 20 sont réalisés de façon à ce qu'ils fassent saillie, au-delà de la surface de coincement, vers le siège 7, de façon à assurer l'application étanche des dents 11, 12 contre le siège 7.Chaque support 20 se présente sous forme d'un élément arqué s'appliquant par son bord 26 contre les dents correspondantes. L'exécution d'une telle lamelle est analogue à celle décrite au cours de la description qui précède. L'assemblage des dents 11, 12 aux supports 20 se fait par soudage à l'endroit de coincement de la lamelle 10 entre les éléments rigides 2. Il importe de noter que l'assemblage des dents 11, 12 au support 20 peut ne pas être très robuste, du fait que, dans les conditions de travail, elles sont consolidées additionnellement par la force serrant les éléments du clapet les uns contre les autres.Les lamelles 10 composées des dents 11, 12 individuelles fixées sur le support 20 peuvent être exécutées avec des dents 11, 12 plus minces sur le secteur 13 d'aspiration et plus épaisses sur le secteur 14 de refoulement (figure 2), la différence de ces épaisseurs étant compensée par la différence d'épaisseur des deux portions 23 et 24 du support 20. L'épaisseur totale des dents 11, 12 et du support de chaque lamelle 10 est la même sur toute la surface de coincement 21. La rigidité différente des dents 11, 12 de la lamelle 10, que l'on obtient par ce moyen, augmente sensiblement l'efficacité du fonctionnement du clapet. Les lamelles préfabriquées des clapets cylindriques individuels -aspirants et refoulants - sont de construction analogue à celle des lamelles combinées, c'est-à-dire d'aspiration-refoulement. Elles se composent, elles aussi, de dents fixées sur un support. Quand au support de ces lamelles, il a la forme d'un anneau plein de faible largeur, disposé, dans les clapets d'aspiration, suivant le bord extérieur de la lamelle, et dans les clapets de refoulement, suivant le bord intérieur de celle-ci, toutes les dents fixées sur lui étant orientées par leur sommet vers l'intérieur (dans les clapets d'aspiration) ou vers l'extérieur (dans les clapets de refoulement). Le support 20 de la lamelle 10 des clapets individuels comporte des languettes radiales 25 (figure 3) orientées vers le centre du clapet (dans les clapets d'aspiration) ou vers l'extérieur (dans les clapets de refoulement).Ces lenguettes servent à fixer en position la lamelle 10 par rapport à l'élément rigide et sont percées de trous pour le passage de vis consolidant un empilage d'éléments annulaires, de sorte que dans le clapet assemblé, les languettes coincees entre les sièges rigides et les limiteurs de levée sont complétement immobiles Il y a intérêt à ce que le support 20 soit réalisé rabattu vers les dents 11, 12, de sorte cue le bord de cette arête 26 (figure 4) presse is dents de la lamelle 10 contre la face du siège de clapet 7 (figure 1), en les empêchant ainsi de "se dresser". La présente invention est applicable non seulement aux clapets cylindriques mals aussi aux clapets à écoulement direct à siège plat de forme ronde ou rectangulaire, à pièces rigides de forme prismatique et à lamelles dentées coincées entre celles-ci suivant un contour en U Pour une forme et des dimensions identique de la partie mobile des dents, les lamelles composites des clapets à écoulement direct à siège plat peuvent entre fabriquées à partir des mêmes ébauches que les lamelles composites annulaires des clapets cylindriques. Les clapets à écoulement direct réalisés suivant la présente invention fonctionnent de la manière suivante. Sous l'action d'un excédent de pression dans l'espace en amont du clapet par rapport à celle en aval (lequel excédent ne se produit pas en même temps sur les côtés aspiration et refoulement des clapets combinés), les dents 11, 12 de la lamelle 10 fléchissent vers l'intérieur des niches 8, 9 de la surface limitatrice, de sorte qu'il se forme des fentes suivant le périmètre des dents 11, 12 entre celles-ci et le siège 7, ces fentes déterminant le degré d'ouverture du clapet. La différence de pressions et la levée des dents 115 12 de la lamelle 10 augmentent avec l'intensité du flux, mais ladite différence de pression diminue quand l'intensité du flux décrott. R1 passant par zéro, elle change de signe.Sous l'influence d'une différer de pressions négative, les lamelles 10 se trouvent appliquées contre le siège 7, ce qui empêche la formation d'un courant de retour du gaz à travers le clapet. Dans les conditions de fonctionnement sur un compresseur, la mince lamelle 10 du clapet à écoulement direct est soumise périodiquement à la charge d'une différence de pressions supportée par le clapet après la fermeture et agissant sur la lamelle 10 dans le sens allant de la surface limitatrice au siège 7. Elle fléchit la lamelle 1 & vers l'intérieur des canaux d'amenée 3, 4, en donnant lieu à la formation, en ces endroits, suivant les arêtes de coincement de la lamelle 10, de fentes locales en forme de segments (non représentées). Celles-ci sont aussi l'une des causes principales du défaut d'étanchéité du clapet à écoulement direct et des retours de fluide de travail qui en résultent et qui sont d'autant plus importants que la lamelle 10 est plus mince et la flexion plus profonde. I valeur de cette flexion est inversement proportionnelle au cube de l'épaisseur de la lamelle 10. Il en résulte que l'existence du support 20, qui augmente considérablement l'épaisseur totale de la lamelle 10, réduit de beaucoup la dimension des fentes. Quant aux fuites, elles diminucnt encore plus, du fait que leur valeur, dans le cas de entes de faible largeur, est inversement proportionnelle au cube de a largeur desdites fentes (dans le cas d'un écoulement laminaire). De cette manière, la réa'isation du clapet conformément à la présente invention permet aussi d'augmenter son étanchéité suivnat les arêtes de coincement des lamelles 10. Une particularité du fonctionnement du clapet,objet de l'invention, réside dans l'influence de la modification du de d'encastrement des dents 11, 12 fixées sur le support 20 et appliquées contre le siège 7 par l' > rête 2C. L'action du bord de l'arête 2C se traduit par le fait que quand la différence des pressions sur le clapet est ilulle, les dents 11, 12 de la lamelle 10 subissent une force qui les applique étroitement sur la surface du siège 7. Ceci exclut la tendance des dents 11, 12 à "se dresser" dans le clapet déchargé, élimine tout retard dans la fermeture du clapet et supprime les retours de fluide de travail qui pourraient apparaître dans ce cas et qui, dans le cas contraire, ne cesseraient qu'après la fermeture du clapet par le courant de retour. Etant donné la rigidité du support 20, on constate une diminution des flexions cylindriques des minces lamelles 10 vers l'intérieur des canaux d'amenée 3, 4 du siège 7 du clapet et par conséquent une réduction des fuites à travers les fentes en forme de segment se formant le long des lignes de coincement des lamelles 10. Ces particularités du fonctionnement des clapets réalisés suivant la présente invention augmentent leur efficacité, ce qui se traduit par un accroissment du rendement des compresseurs équipés de tels clapets et par un abaissement des dépenses spécifiques d'énéergie pour leur entra$nement. Le diagramme de mouvement des lamelles élastiques du clapet, dans les conditions de leur fonctionnement sur un compresseur, dépend directement de la rigidité des parties élastiques des lamelles 10, c'est-à-dire de l'épaisseur des dents 11, 12. Plus celle-ci est importante, plus le risque de fermeture prématurée du clapet est grand, tandis qu'une diminution de ladite épaisseur accroît l'éventualité d'un retard dans la fermeture.L'exécution des clapets cylindriques d'aspiration-refoulement à écoulement direct avec des éléments annulaires rigides 2 contenant des lamelles 10 préfabriquées, réalisées suivant la présente invention, offre la possiblité d'utiliser, sur les cotés aspiration et refoulement des lamelles annulaires 10, des dents 11, 12 de différente épaisseur, en assurant ainsi le fonctionnement du clapet dans des conditions optimales, sa fermeture s'effectuant sans avance ni retard important, et son ouverture complète se faisant sous une différence de pressions réduite. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I O N S 1. Clapet à écoulement direct, du type constitué par un corps (i) composé d'éléments rigides (2) réunis entre eux, dont chacun comporte d1un côté un canal d'amenée (3, 4) et une surface formant siège (7), et de l'autre côté, une surface limitatrice (8, 9) située en face du canal d'amenée.(3, 4) et du siège (7) d'un autre élément rigide (2), ainsi que par des éléments de fermeture réalisés sous forme de lamelles dentées (10) coincées entre les éléments rigides (2) mutuellement voisins, caractérisé en ce que chaque lamelle dentée (10) est réalisée sous forme de dents (11 ou 12) fixées à leur base à un support (20). 2. Clapet à écoulement direct suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits supports sont réalisés de façon à ce qu'ils fassent saillie, au-delà de la surface de coincement, vers le siège (7), de façon à assurer l'application. étanche des dents (11, 12) contre le siège (7). 3. Clapet à écoulement direct suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque support (20) se présente sous forme d'un élément arqué s'appliquant par son bord (26) contre les dents correspondantes.