Brevet FR2500903A1 — publié le 19820903

La présente invention concerne une soupape de déchargement/retenue combinée et, plus particuliè- rement, une soupape de déchargement/retenue destinée à être utilisée avec un compresseur d'air. L'invention concerne spécialement un perfec- tionnement apporté à une soupape de déchargement/re- tenue du type illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3.358. 705, dans lequel la soupape est amortie pour l'empêcher d'entrer en vibration par contrecoup de l'ouverture et de la fermeture des sou- papes de décharge du compresseur. Bien que les soupapes de déchargement/retenue amorties construites de la manière illustrée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.358.705 aient donné satisfaction pendant une longue période de mise en service, elles ont parfois posé certains problèmes. Par exemple, un serrage excessif des filets à l'extré- mité d'aval de la soupape provoque parfois un coince- ment du piston de cette dernière. Lorsque la soupape est fermée, l'extrémité d'amont du piston ressort à l'extrémité d'amont de la soupape, ce qui peut avoir tendance à emprisonner le "vernis" et l'humidité. De même, cette extrémité peut être entaillée ou endommagée d'une autre manière lors de l'installation de la soupape. Lorsque le corps extérieur de la soupape est réalisé en deux pièces assemblées par vissage, les frais d'assem- blage risquent d'être relativement élevés et certains problèmes résultant d'un défaut d'alignement peuvent surgir. En conséquence, parmi les différents objets de l'invention, on peut mentionner ceux consistant à four- nir une soupape de déchargement/retenue amortie perfec- tionnée destinée à être utilisée avec un compresseur d'air; fournir une soupape de déchargement/retenue du type précité comportant un corps d'une seule pièce et conçue pour être assemblée aisément; fournir une soupape de déchargement/retenue du type précité qui n'est pas susceptible d'être endommagée lors de son installation; fournir une soupape de déchargement/retenue du type pré- cité de laquelle l'humidité est évacuée automatiquement, cette soupape étant en outre autonettoyante afin d'empê- cher les dépôts de."vernis" ou analogues; et fournir une soupape de déchargement/retenue du type précité dans laquelle l'usure des pièces intérieures coulissan- tes est réduite. D'une manière générale, une soupape de déchar- gement/retenue suivant la présente invention comprend un corps allongé d'une seule pièce dans lequel est pratiqué un passage s'étendant de son extrémité d'entrée ou extrémité d'amont à son extrémité de sortie ou extré- mité d'aval. Ce corps de soupape est conçu pour définir un siège de soupape solidaire dans le passage. Ce der- nier comprend un premier alésage s'étendant à partir de l'extrémité d'entrée, un deuxième alésage s'étendant en aval du premier et dont le diamètre est inférieur à ce- lui de ce dernier, ainsi qu'un troisième alésage d'un diamètre inférieur à celui du deuxièmne alésage et qui s'étend'en aval de celui-ci jusqu'au siège de soupape. Un quatrième alésage s'étend en amont de la sortie jus- qu'au siège de soupape, ce dernier comportant une ouver- ture centrale dont le diamètre est inférieur à celui de tous les alésages. De la sorte, le passage comporte un premier épaulement annulaire dirigé vers l'amont à l'ex- trémité d'aval du premier alésage et un second épaule- ment dirigé vers l'amont à l'extrémité d'aval du deu- xième alésage. Le corps de soupape comporte un trou de purge d'air s'étendant du deuxième alésage à l'extérieur et espacé en aval du premier épaulement. Un élément for- mant soupape est monté pour coulisser axialement dans le passage et comprend un piston annulaire pouvant coulis- ser dans le deuxième alésage, ainsi qu'une tige tubulai- re s'étendant en aval de ce piston. Cette tige est fer- 3 2500903 mée à son extrémité d'aval et elle ferme l'ouverture ménagée dans le siège de soupape lorsque l'organe de soupape occupe une position rétractée. Un cylindre d'amortissement comporte une tête annulaire venant se loger dans le premier alésage en prenant appui contre le premier épaulement, ainsi qu'un prolongement tubu- laire central s'étendant en aval de cette tête à l'in- térieur de l'organe de soupape, un élément étant prévu pour retenir la tête contre le premier épaulement. Le deuxième alésage, le prolongement tubulaire et la tête annulaire forment une chambre d'amortissement, le pis- ton pouvant coulisser sur le prolongement tubulaire dans cette chambre. Un ressort prenant appui sur le siège de soupape réagit à l'encontre du piston pour pousser l'élément formant soupape dans sa position ré- tractée dans laquelle le piston découvre le trou de purge. La tige de soupape tubulaire comporte, à proxi- mité de son extrémité d'aval, au moins un orifice qui, lorsque l'élément formant soupape occupe sa position ré- tractée, est situé en amont du siège de soupape afin de bloquer l'écoulement d'air à travers la tige de soupape en direction de l'extrémité de sortie du passage. L'élé- ment formant soupape peut se déplacer vers l'aval, à l'encontre de la poussée du ressort, de la position ré- tractée dans une position d'ouverture complète détermi- née par l'engagement du piston sur le second épaulement. Dans la position d'ouverture, l'orifice pratiqué dans la tige est situé en aval du siège de soupape pour permet- tre l'écoulement d'air à travers la tige et l'orifice en direction de l'extrémité de sortie du passage, le piston obstruant le trou de purge lorsqu'il s'éloigne de sa position rétractée. D'autres objets et caractéristiques de la pré- sente invention seront en partie évidents et en partie soulignés dans la description ci-après. Dans les dessins annexés: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une soupape de déchargement/retenue suivant la présent- te invention, l'organe mobile de cette soupape y étant représenté dans sa position rétractée de fermeture; la figure 2 est une vue en coupe semblable à. la figure 1, mais illustrant l'organe de soupape dans sa position d'ouverture avec un manchon flottant blo- quant un trou de purge d'air; la figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 3-3 de.la figure 1 et illustrant le manchon flottant; et la figure 4 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 4-4 de la figure 2, illustrant le manchon flottant dans une position dans laquelle il ferme hermétiquement le trou de purge d'air. Les chiffres de référence correspondants dési- gnent des pièces semblables dans les différentes figu- res des dessins annexés. -20 En se référant à ces dessins, le chiffre 1 dé- signe d'une manière générale une soupape de déchargement/ retenue combinée suivant la présente invention destinée à être utilisée en particulier pour relier un compresseur d'air et un réservoir d'emmagasinage d'air en remplissant deux fonctions, à savoir empêcher un refoulement d'air du réservoir au compresseur, et purger ou décharger l'air lors du démarrage du compresseur afin de réduire la charge de démarrage imposée au moteur de ce dernier. Comme le montrent les dessins, la soupape 1-comprend un corps allongé d'une seule pièce 3 pouvant être réalisé, par exemple, en laiton, et comportant un passage 5 3 section transversale circulaire s'étendant d'une extré- mité ou extrémité d'entrée 7 du corps A l'autre extrémi- té ou extrémité de sortie 9 de ce dernier. Lors de l'utilisation, la soupape est généralement montée avec- son extrémité d'entrée dirigée vers le haut comme le montrent les figures 1 et 2. L'extrémité d'entrée du corps de soupape comporte des filets extérieurs Il et, de la même manière, l'extrémité de sortie comporte des filets extérieurs 13. A l'intérieur du corps, est formé un siège de soupape annulaire solidaire 15 espacé de l'extrémité de sortie. Ce siège comporte une ouver- ture centrale circulaire 17 concentrique par rapport au passage circulaire 5. Ce passage 5 comprend un premier alésage 19 s'étendant à partir de l'extrémité d'entrée 7, un deuxième alésage concentrique 21 s'étendant en aval du premier et dont le diamètre est inférieur à ce- lui de ce dernier, ainsi qu'un troisième alésage concen- trique 23 d'un diamètre inférieur à celui du deuxième alésage et qui s'étend en aval de celui-ci jusqu'au 1S siège de soupape 15. Un quatrième alésage concentri- que 25 s'étend en amont de l'extrémité de sortie 9 jus- qu'au siège de soupape. Ces alésages définissent ainsi un premier épaulement 27 dirigé vers l'amont à l'extré- mité d'aval du premier alésage 19 et un second épaule- ment 29 dirigé vers l'amont à l'extrémité d'aval du deuxième alésage 21. L'ouverture 17 ménagée dans le siège de soupape a un diamètre inférieur à celui de tous les alésages. Le corps de soupape 3 comporte un orifice de déchargement ou un trou de purge d'air 31 s'étendant du deuxième alésage 21 à l'extérieur du corps et espacé en aval du premier épaulement 27. Un élément formant soupape désigné d'une maniè- re générale par le chiffre 33 et appelé ci-après "organe de soupape", est monté pour coulisser axialement dans le passage 5. Cet organe de soupape comprend un piston annulaire désigné en accolade par le chiffre de référen- ce 35, ainsi qu'une tige tubulaire 37 s'étendant en aval de ce piston. Le piston comporte une bride annulaire solidaire 39 à l'extrémité d'amont de la tige tubulaire, ainsi qu'un manchon 41 adapté sur cette dernière en aval de la bride annulaire. De préférence, ce manchon est constitué d'une résine synthétique antifriction rela- tivement élastique telle qu'un polytétrafluoréthylène renforcé de fibres de verre ("Teflon"), tandis que le corps de soupape, la tige et la bride sont réalisés en métal, par exemple, en laiton. Dans son état exempt de contrainte, le manchon a un diamètre inté- rieur supérieur au diamètre extérieur de la tige tubu- laire 37 et un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du deuxième alésage 21, si bien qu'il peut "flotter" sur la tige comme illustré dans les figures 1 et 3. La tige comporte un épaulement extérieur 43 dirigé vers l'aval et espacé en aval de la bride annu- laire 39. Le piston 35 comporte une rondelle de butée 45 adaptée sur la tige et venant s'engager sur l'épaule- ment pour maintenir le manchon flottant 41 en place, ce dernier ayant une longueur légèrement inférieure à la distance comprise entre la face d'aval de la bride 39 et la face d'amont de la rondelle de butée afin de pouvoir se déplacer librement dans le sens longitudinal à l'intérieur des limites définies par la bride et la rondelle de butée. La tige comporte une extrémité d'aval fermée 47 par laquelle elle peut coulisser dans une ouverture 17 ménagée dans le siège de soupape, ainsi qu'au moins un (de préférence, plusieurs) orifice radial 49 près de cette extrémité. Ces orifices sont situés en amont du siège de soupape lorsque l'organe de soupape 33 occupe sa position rétractée de fermeture (figure 1). L'organe de soupape peut se déplacer vers l'aval dans une position d'ouverture complète déterminée par l'engagement de la rondelle de butée 45 du piston sur le second épaulement 29, comme le montre la figure 2. Dans cette position d'ouverture, le ou les orifice(s) 49 est ou sont situé(s) en aval du siège de soupape 15 pour permet- tre l'écoulement de l'air à travers la tige 37 et les orifices en direction de l'extrémité de sortie du corps 7 2500903 de soupape. La tige comporte un disque en une matière élastomère appropriée formant un joint d'étanchéité 51 à son extrémité d'aval et s'étendant radialement vers l'extérieur de l'extrémité fermée 47 de la tige pour venir s'adapter hermétiquement contre la face d'aval du siège de soupape 15 lorsque l'organe de soupape est ré- tracté, comme le montre la figure 1. Un ressort hélicoïdal 53 prenant appui sur la face d'amont du siège de soupape 15 réagit à l'encontre de la rondelle de butée 45 du piston pour pousser.l'or- gane de soupape 33 dans sa. position rétractée de ferme- ture (figure 1). Lorsque l'organe de soupape est rétrac- té, le trou de purge d'air 31 est ouvert et, lorsque l'organe de soupape s'éloigne de la position rétractée à l'encontre de la poussée du ressort (comme illustré en figure 2), le manchon 41 obstrue ce trou de.purge d'air. Un cylindre d'amortissement,désigné d'une ma- nière générale par le chiffre 55, comporte une tête an- nulaire 57 venant se loger dans le premier alésage 19 en prenant appui contre le premier épaulement 27, ainsi qu'un prolongement tubulaire central 59 s'étendant en aval du bord intérieur radial de cette tête et pénétrant dans l'élément formant soupape 33. Ce cylindre d'amor- tissement est fixé en place au moyen d'une bague à res-. sort 61 adaptée dans une gorge ménagée dans le corps de soupape au côté d'amont de la tête annulaire, cette ba- gue constituant un moyen permettant de maintenir la tê- te contre le premier épaulement 27. Le deuxième alésage 21, le prolongement tubulaire S9 et la tête annulaire 57 définissent ensemble une chambre d'amortissement 63, le piston 35 pouvant coulisser sur le prolongement tubu- laire à l'intérieur de cette chambre. La position ré- tractée (figure 1) de l'organe de soupape est déterminée par l'engagement entre la bride annulaire 39 du piston à l'extrémité d'amont de l'organe de soupape et la tête 8 2500903 annulaire 57 du cylindre d'amortissement. Le diamètre intérieur de la bride annulaire du piston est légère- ment supérieur au diamètre extérieur du prolongement tubulaire 59 afin de ménager un espace libre suffisant pour permettre l'évacuation de l'humidité hors de la chambre d'amortissement 63 lorsque la soupape de dé- chargement/retenue est montée verticalement avec son extrémité d'entrée 7 dirigée vers le haut, comme illus- tré dans les figures 1 et 2. Lors de la mise en service, la soupape de dé- chargement/retenue 1 est raccordée entre le compresseur d'air (non représenté) et un réservoir d'emmagasinage (non représenté), cette soupape étant montée verticale- ment avec son extrémité d'entrée 7 dirigée vers le haut comme le montrent les figures 1 et 2. Une canalisation partant du compresseur d'air est reliée à l'extrémité d'entrée de la soupape, tandis que l'extrémité de sor- tie de cette dernière est mise en communication avec le réservoir, par exemple, en vissant l'extrémité 13 du corps de soupape dans un trou taraudé pratiqué au sommet du réservoir. Lorsque le compresseur est inopé- rant, l'organe de soupape 33 est poussé, par le ressort hélicoïdal 53, dans sa position rétractée de fermeture illustrée en figure 1. Le joint d'étanchéité 51 ferme hermétiquement le siège de soupape 15, empêchant ainsi l'échappement de l'air contenu dans le réservoir d'em- magasinage. La pression extérieure est établie à l'in- térieur du corps de soupape 3 via le trou de purge ou- vert 31. Lorsque le compresseur est mis en marche, une partie de l'air pompé dans la soupape par ce dernier s'échappe via l'intérieur de la tige-37, les orifices 49 et le trou de purge 31. A mesure de l'accélération du compresseur, la pression régnanit dans le corps de sou- pape s'élève du fait que la totalité de l'air pompé dans la soupape ne peut s'échapper par le trou do purge. Lorsque la pression interne de la soupape dépasse la pression du réservoir d'emmagasinage d'une valeur suf- fisante pour vaincre la poussée du ressort 53, l'organe de soupape 33 descend en glissant dans sa position d'ou- verture (figure 2) dans laquelle les orifices 49 prati- qués dans la tige de soupape sont situés en aval du siège de soupape. A mesure que l'organe de soupape s'ouvre, le manchon 41 descend dans une position dans laquelle il obstrue le trou de purge 31, tandis qu'il se déplace latéralement vers ce dernier à partir d'une position généralement concentrique par rapport à la tige (voir figures 1 et 3), étanchéifiant ainsi posi- tivement le trou de purge (figures 2 et 4). Au cours d'un fonctionnement prolongé du com- presseur, la pression régnant dans la soupape s'élève et diminue en fonction de l'ouverture et de la ferme- ture des soupapes de décharge du compresseur, ce qui a tendance à déplacer alternativement l'organe de sou- pape 33 à mi-course vers sa position de fermeture, puis vers sa position d'ouverture. Toutefois, l'air contenu dans la chambre d'amortissement 63 a tendance à imprimer des vibrations ou des "secousses" d'amortis- sement à l'organe de soupape. En raison de l'étanchéi- té positive du manchon flottant 41 adapté sur la sur- face intérieure du corps de soupape au trou de purge, les pressions exercées sur les côtés intérieur et exté- rieur de l'organe de soupape 33 sont généralement équi- valentes, empêchant ainsi un mouvement de l'organe de soupape qui pourrait avoir tendance à accroître l'usure des surfaces de glissement. Le dépôt ou l'accumulation d'une matière étran- gère telle qu'un "vernis" à l'intérieur de la nouvelle soupape de déchargement/retenue de la présente invention est réduit au minimum. L'intérieur de la soupape est autonettoyant; d'une manière générale, une matière ne peut venir se loger derrière le piston, étant donné que 2-500-903 ce dernier est situé en dehors du courant d'air. L'humidité pouvant éventuellement pénétrer dans la chambre d'amortissement 63 en est évacuée par l'es- pace ménagé entre la bride annulaire 39 et le prolon- gement tubulaire 59. Lorsque le compresseur est arrê- té et que la pression régnant dans la soupape descend en dessous de la pression interne du réservoir d'emma- gasinage, l'organe de soupape 33 -est rétracté par le ressort 53, ce qui a pour effet de fermer hermétique- ment le siège de soupape 15 et de découvrir le trou de purge 31. La soupape de déchargement/retenue 1 est assemblée aisément, en partie du fait qu'elle comporte un corps d'une seule pièce. Les pièces intérieures de la soupape risquent peu d'être endommagées lors de l'installation de cette dernière, étant donné qu'aucune pièce délicate ne s'étend à proximité des extrémités d'entrée et de sortie 7, 9. A la lecture de la description ci-dessus, on comprendra que les différents objets de l'invention sont réalisés et que l'on obtient d'autres résultats avanta- geux. -Etant donné que diverses modifications peuvent être apportées aux constructions décrites ci-dessus sans se départir du cadre de l'invention, il est entendu que tous les détails contenus dans la description ci- dessus ou illustrés dans les dessins annexés ont un ca- ractère purement illustratif et ne doivent pas être in- terprétés dans un sens limitatif. - 11 - REVENDICATIONS 1. Soupape de déchargement/retenue, en particulier, pour les compresseurs d'air, caractérisée en ce qu'elle comprend: un corps allongé (3) d'une seule pièce dans lequel est pratiqué un passage (5) s'étendant d'une extrémité ou extrémité d'entrée (7) du corps à l'autre extrémité ou ex- trémité de sortie (9) de ce dernier, ce corps de soupape (3) comportant un siège solidaire (15) défini dans ce pas- sage (5), lequel comprend un premier alésage (19) s'éten- dant à partir de l'extrémité d'entrée (7), un deuxième pas- sage (21) s'étendant en aval du premier et dont le diamètre est inférieur à celui de ce dernier, un troisième alésage (23) d'un diamètre inférieur à delui du deuxième alésage et qui s'étend en aval de celui-ci jusqu'au siège (15), un quatrième alésage (25) s'étendant en amont de l'extrémité de sortie (9) jusqu'au siège (15), ainsi qu'une ouverture centrale (17) ménagée dans ce dernier, un premier épaule- ment annulaire (27) dirigé vers l'amont étant défini à 1' extrémité d'aval du premier alésage (19), tandis qu'un se- cond épaulement (29) dirigé vers l'amont est défini à l'ex- trémité d'aval du deuxième alésage (21), l'ouverture (17) ménagée dans le siège ayant un diamètre inférieur à celui de tous les alésages, le corps de soupape (3) comportant également un trou de purge d'air (31) s'étendant du deux- ième alésage (21) à l'extérieur en étant espacé en aval du premier épaulement (27); un élément (33) formant soupape monté pour coulisser axialement dans le passage (5) et comprenant un piston an- nulaire (35), ainsi qu'une tige tubulaire (37) s'étendant en aval de ce piston, celui-ci coulissant dans le deuxième alésage (21), tandis que la tige (37) ferme l'ouverture (27) du siège de soupape (15) lorsque l'élément (33) for- mant soupape occupe une position rétractée, cette tige étant fermée à son extrémité d'aval (47); un cylindre d'amortissement (55) comportant une tête annulaire (57) venant se loger dans le premier alésage (19) en prenant appui contre le premier épaulement (27) ainsi qu'un prolongement tubulaire central (59) s'étendant en - 12 - aval de cette tête à l'intérieur de l'élément (33) formant soupape; un élément (61) retenant la tête contre le premier épaulement (27), tandis que le deuxième alésage (21), le prolongement tubulaire (59) et la tête annulaire (57) défi- nissent une chambre d'amortissement dans laquelle le piston (35) peut coulisser sur le prolongement tubulaire; un ressort (53) prenant appui sur le siège de sou- pape (15) et réagissant à l'encontre du piston (35) pour pousser l'élément (33) formant soupape dans sa position rétractée dans laquelle le piston découvre le trou de purge (31), la tige de soupape tubulaire (37) comportant,près de son extrémité d'aval, au moins un orifice (49) qui, lorsque l'élément (33) formant soupape occupe sa position rétractée, est situé en amont du siège de soupape afin de bloquer 1' écoulement d'air à travers la tige de soupape en direction de l'extrémité de sortie (9) du-passage (5), l'élément for- mant soupape pouvant se déplacer vers l'aval, à l'encontre de la poussée du ressort-, dans une position d'ouverture complète déterminée par l'engagement du piston (35) sur le second épaulement (29), position dans laquelle l'orifice (49) pratiqué dans la tige de soupape (37) est situé en aval du siège de soupape (15) pour permettre l'écoulement de l'air à travers la tige et l'orifice (49) précité en direction de l'extrémité de sortie (9) du passage (5), le piston obstruant le trou de purge (31) lorsqu'il s'éloigne de sa position rétractée. 2. Soupape de déchargement/retenue suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que le piston (35) comporte une bride annulaire (39) solidaire à l'extrémité d'amont de la tige tubulaire (37), un manchon (41) adapté sur cette dernière en aval de la bride annulaire, ainsi qu'un élément (45) monté sur la tige pour retenir le manchon en place, celui-ci étant conçu pour découvrir le trou de purge (31) * lorsque l'élément (33) formant soupape occupe sa position rétractée et pour recouvrir ce trou de purge (31) lorsque l'élément formant soupape s'éloigne de sa position rétrac-' tée. - 13 - 3. Soupape de déchargement/retenue suivant la reven- dication 2, caractérisée en ce que le manchon (41) est con- stitué d'une matière élastique antifriction. 4. Soupape de déchargement/retenue suivant la reven- dication 3, caractérisée en ce que le manchon (41) est con- stitué d'un polytétrafluoréthylène renforcé de fibres de verre. 5. Soupape de déchargement/retenue suivant la reven- dication 2, caractérisée en ce que l'élément (45) retenant le manchon (41) en place est une rondelle de butée adaptée sur la tige (37) à l'extrémité d'aval du manchon. 6. Soupape de déchargement/retenue suivant la reven- dication 2, caractérisée en ce que le manchon (41) a un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la tige tubulaire (37) et un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du deuxième alésage (21) de telle sorte, que, lors d'un mouvement de l'élément (33) formant soupape! vers la position d'ouverture, le manchon soit à même de se déplacer latéralement d'une position généralement concen- trique par rapport à la tige, vers le trou de purge (31) afin d'étanchéifier positivement de dernier. 7. Soupape de déchargement/retenue suivant la reven-i dication 1, caractérisée en ce que la position rétractée de l'élément (33) formant soupape est déterminée par l'en-l gagement entre l'extrémité d'amont de ce dernier et la tête annulaire (57) du cylindre d'amortissement (55). 8. Soupape de déchargement/retenue suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que la tige (37) comporte, à son extrémité d'aval (47), un joint d'étanchéité rlasto- mère (51) s'étendant radialement vers l'extérieur de l'ex- trémité fermée de la tige pour venir s'adapter hermétique- ment contre la face d'aval du siège de soupape (15) lorsque l'élément (33) formant soupape est rétracté. 9. Soupape de déchargement/retenue suivant la reven-, dication 1, caractérisée en ce que le diamètre intérieur du piston (35) est supérieur au diamètre extérieur du pro- longement tubulaire (59) du cylindre d'amortissement (55) afin de ménager un espace libre permettant d'évacuer l'hu- midité de la chambre d'amortissement lorsque la soupape de - 14 - déchargement/retenue (1) est montée verticalement avec son extrémité d'entrée (7) dirigée vers le haut.