Brevet FR2548327A1 — publié le 19850104

CLAPET ANTI-RETOUR A FAIBLE INERTIE La présente invention est relative à un clapet anti-retour à faible inertie conçu pour fonctionner selon des fréquences cycliques élevées et dans d'autres conditions difficiles variables. Plus particulièrement, le clapet anti-retour est conçu pour servir dans des systèmes d'admission de l'air d'échappement d'appareils automoteurs o le clapet fonctionne dans un milieu à haute température sous une forte contre-pression cyclique Le clapet anti-retour doit permettre l'admission à travers le système à des pressions relativement faibles et avec un minimum de chute de pression Il doit en outre fonctionner efficacement dans une large plage de fréquences cycliques telles que les fréquences cycliques relativement faibles existant 15 quand un appareil tourne à son régime maximal Puisque le clapet anti-retour a une membrane élastomère qui vient stappuyer contre des parties des organes du clapet, ces organes doivent être conçus pour minimiser l'endommagement de la membrane. L'invention décrite est relative à un clapet antiretour à faible inertie convenant pour servir dans un système d'admission de l'air d'échappement d'appareils automoteurs Le clapet anti-retour a un ensemble de support de membrane sans ressort qui comporte un cadre 25 de support annulaire, un limiteur de membrane arqué monté à ses extrémités opposées sur le cadre, une membrane et un dispositif de retenue de la membrane. Avant le montage, la membrane est circulaire et plane. La membrane est réalisée dans une feuille de matière 30 élastomère et, quand elle est montée sur le cadre de support équipé entre le limiteur et le dispositif de retenue, sa partie centrale est comprimée dans une mesure prédéterminée suffisante pour qu'une partie extérieure devienne bombée, s'éloignant du limiteur pour se rapprocher du dispositif de retenue Le limiteur est circulaire et ses dimensions correspondent à celles de la membrane, mais il est réalisé avec une forme à peu près semi- cylindrique L'ensemble de support de membrane est monté dans un corps métallique entre deux parties de corps tronconiques placées concentriquement avec leurs grandes extrémités face à face L'ensemble de support de membrane est enfermé dans des parties de corps métallique tronconiques de dimensions différentes L'une d'elles constitue la chambre de sortie du clapet, son diamètre 10 et sa longueur axiale sont supérieurs à ceux de l'autre partie qui constitue la chambre d'entrée La partie du corps métallique servant de chambre d'entrée comporte un siège annulaire qui inclut le bord intérieur de la grande extrémité de son corps tronconique Des moyens de 15 branchement du clapet sur une installation sont prévus aux extrémités opposées du corps du clapet De préférence, les organes du clapet anti-retour autres que la membrane élastomère sont en métal. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue latérale agrandie partiellement en coupe représentant la forme de réalisation préférée du clapet anti-retour; la figure 2 est une vue en coupe de l'ensemble de support de membrane prise selon l'axe 2-2 de la figure 3, montrant la forme en coupe transversale de la membrane élastomère avant le montage final dans le corps du clapet; la figure 3 est une vue en plan de l'ensemble de support de la membrane de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe de l'ensemble de support de la membrane prise selon l'axe 4-4 de la figure 3; la figure 5 est une vue en plan de la membrane élastomère avant le montage sur les pièces de support de la membrane; la figure 6 est une autre vue partielle agrandie montrant une vue en coupe transversale du siège annulaire et des parties voisines de la partie entrée du corps métallique; et la figure 7 est une vue en coupe d'un ensemble de support de membrane semblable à celui représenté à la figure 2, mais avec un seul rivet maintenant les pièces assemblées. En se reportant aux dessins, la figure 1 montre une vue latérale du clapet anti-retour 10 en coupe partielle selon un plan axial Le clapet a un carter ou corps métal15 lique constitué essentiellement de deux parties tronconiques Une partie tronconique 12 constitue une chambre d'entrée 14 et l'autre 16 constitue une chambre de sortie 18 Les parties tronconiques sont placées avec leurs grandes extrémités ou leurs bases face à face et elles 20 sont assemblées de manière étanche à leur périphérie. De préférence, ceci est réalisé en munissant chacune des parties d'une bride 28 ou 30 périphérique plane placée latéralement La bride 30 comporte une lèvre 32 enveloppante dont le diamètre intérieur est déterminé 25 de manière à contenir étroitement la bride 28 de la partie tronconique 12 La lèvre 32 a une largeur suffisante pour lui permettre d'être appuyée vers l'intérieur par-dessus le bord de la bride 28 afin de verrouiller les parties du corps ensemble, avec la bague annulaire de 30 l'ensemble de support de membrane prise entre elles. Bien que la lèvre soit représentée comme une partie solidaire de la chambre de sortie 16, elle pourrait facilement être formée sur la chambre d'entrée 12, voire être réalisée comme pièce séparée Elle sert à aligner coaxiale35 ment les parties tronconiques et l'ensemble de support de membrane lors du montage final, puis à assembler hermétiquement les parties du corps. La chambre d'entrée 12 possède un raccord de tuyauterie 34, par exemple un raccord male pour flexible, fixé solidairement à la petite extrémité extérieure de sa partie tronconique La grande extrémité intérieure de la chambre d'entrée 12 est pourvue d'une nervure ou d'un siège 40 annulaire moulé (cf Fig 6) Ce siège 40, en coupe transversale, a une forme de triangle tronqué, son 10 côté angulaire interne étant la surface du bord interne du corps de la partie tronconique 12 L'extrémité tronquée 42 est à peu près plane et a une largeur de 0,76 millimètre pour un siège dont le diamètre intérieur est d'environ 2,8 millimètres L'autre côté angulaire 44 constitue une partie latérale d'un évidement 46 annulaire concentrique situé autour du siège 40 Cet évidement a une paroi globalement plane 47 qui s'étend latéralement entre le bord extérieur du siège 40 et un point au-delà du bord de la membrane o il est relié à la bride 28 latérale plane précitée au moyen d'une paroi annulaire inclinée 48 telle que la bride extérieure se trouve dans un plan situé au-delà du plan du siège 40 La distance axiale entre la surface interne de la paroi plane 47 de l'évidement et le siège est, dans cet exemple, de 0,25 millimètre Le diamètre intérieur de la grande extrémité de la chambre d'entrée 14, dans l'exemple représenté, est identique au diamètre du bord intérieur du siège annulaire 40 à cause de leur coincidence et ce diamètre est inférieur au diamètre intérieur correspondant de la base ou grande extrémité de la chambre de sortie 18 tronconique Il est de préférence inférieur d'environ un quart L'angle de la paroi latérale de la chamhre d'entrée 14 est de 19 et sa longueur axiale est de 17,8 millimètres. Dans l'exemple décrit ici et représenté sur les dessins, l'angle de la paroi de la chambre de sortie 18 est de 13 , la longueur axiale est de 22,8 millimètres ( 0,9 ") dt le diamètre intérieur à sa grande extrémité est de 40,6 millimètres ( 1,6 ") Ces facteurs réunis donnent un volume de chambre de sortie nettement plus grand que le volume de la chambre d'entrée Un raccord de tuyauterie femelle fileté 49 est fixé à l'extrémité à petit diamètre de la chambre de sortie 18. L'ensemble 50 de support de membrane comporte un cadre 52 de support de membrane, une membrane 54, un 10 dispositif 56 de retenue de la membrane et au moins une fixation 58 pour maintenir ensemble ses éléments. Le cadre de support est de préférence constitué d'une tôle circulaire et possèdeune bague extérieure plane 62 et un limiteur de membrane arqué 64 relié solidairement 15 à l'intérieur de la bague au moyen de deux nervures 66 étroites radiales situées dans des positions diamétralement opposées De préférence, chacune des nervures 66 a un ressaut ou un seuil 68 en pente (cf Fig 2) à mi-distance entre le limiteur 64 et la bague extérieure 20 62 afin de déporter le limiteur vers l'entrée du clapet. Le déport ne doit pas être tel qu'il réduise l'espace entre les nervures 66 et le point le plus proche sur le siège annulaire 40 à une valeur inférieure à l'épaisseur de la membrane en place De préférence, l'espace sus25 mentionné est de l'ordre de 0,12 millimètre ( 0,005 " 1). Le limiteur 64 de membrane est à peu près circulaire avant qu'on ne lui donne sa forme arquée Ses dimensions correspondent à peu près aux dimensions de la membrane, mais elles pourraient être légèrement inférieures De pré30 férence, le limiteur arqué est formé sur une matrice cylindrique de telle sorte qu'il a un diamètre avant courbure qui coïncide avec l'axe géométrique des nervures et qui se trouve dans un plan incluant l'axe de la matrice cylindrique Autrement dit, le limiteur 64 a une forme 35 partiellement cylindrique, comme s'il était réalisé en posant un modèle circulaire sur un tube cylindrique ayant un rayon plus petit et en découpant le limiteur sur le tube d'après le modèle Le rayon de courbure de l'intérieur du limiteur est de préférence égale à envi5 ron les deux tiers du rayon du limiteur circulaire. La courbure est dirigée à l'opposé de la membrane et vers la sortie du clapet La gorge du clapet définie ici comme la zone ouverte entre le bord du limiteur 64 et les points les plus proches à l'intérieur de la chambre 10 de sortie doit être d'environ un quart plus grande que la zone ouverte du raccord d'entrée 34 Dans la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 4, le limiteur a deux trous pour fixations de diamètre égal espacés de manière équidistante d'au moins un diamètre par rap15 port aux côtés opposés du centre du limiteur et centrés sur le diamètre avant courbure ou l'axe géométrique précités La figure 7 représente le limiteur 164 fondamentalement identique, avec un seul trou pour fixation en son centre. Les dessins montrent deux dispositifs différents de retenue de membrane La forme de réalisation 56 de dispositif de retenue à deux fixations (cf figures 2 à 4) a une partie centrale 67 plane oblongue avec des bords parallèles et des extrémités semi-circulaires Une 25 paroi étroite 69 avec un bord de raccordement rayonné entoure la partie centrale oblongue 67 Des parties circulaires ou ailes plane 71 s'étendent vers l'extérieur dans un plan partant du haut des côtés parallèles de la paroi arquée, si bien que la périphérie du dispositif de 30 retenue a une forme à peu près circulaire Les trous pour fixations centres dans les extrémités semicirculaires de la partie centrale plane 67 sont réalisés pour des fixations 58 telles que des rivets épaulés à tête plate. La forme de réalisation à fixation unique incluse 35 dans l'ensemble de support de membrane 150 représenté à la figure 7 a la foi-ne dune dépression circulaire '156 avec une partie basale 157 circulaire plane pourvue d'une ouverture, une paroi intermédiaire 169 évasée en arc et un rebord 171 annulaire plat La profondeur de la 5 dépression du dispositif de retenue est à peu près la même que la profondeur de la dipression de la membrane quand on mesure la membrane après qu'elle ait été montée sur le limiteur, mais avant l'introduction de l'ensemble de support de membrane dans le corps métallique du cla10 pet Cette caractéristique est commune aux deux formes de réalisation du dispositif de retenue Un autre caractère commun aux deux est que toutes les arêtes vives sont émoussées en agitant plusieurs dispositifs de retenue dans un tambour contenant un abrasif Ces dispositifs de 15 retenue 56, 156, outre qu'ils compriment la partie centrale de la membrane, servent aussi de limiteur de mouvement de la membrane dans le sens de la retenue Ils soutiennent les membranes et empêchent leur déformation en fonctionnement lorsque le maximum de contre-pression 20 dépasse la pression d'admission dans le clapet. Pour les utilisations sur les installations automotrices, la membrane 54 est réalisée dans un fluoroélastomère à propriétés physiques relativement stables sur une gamme de températures de -29 à 149 "C (-20 à 25 300 F), et de préférence jusqu'à 232 "C ( 450 F) Ces élastomères sont fabriqués par E I Du Pont de Nemours and Co, et par Minnesota Mining and Manufacturing Co, sous les appellations commerciales respectives de Viton et Florel L'élastomère résiste également à carburant et 30 à l'huile De préférence,la membrane 54 élastomère est une matière en feuille d'une épaisseur uniforme de 0,76 mm ( 0,03 ") et une dureté, mesurée par scliromètre, de 70 dans l'exemple décrit ici La membrane 54 est circulaire et a un diamètre de 33 millimètres ( 1,3 ") Trois 35 trous de 3,17 mm ( 1/8 ") de diamètre séparés entre eux d'un entr'axe d'environ 1, 66 diamètres sont réalisés sur un diamètre de la membrane Les deux trous extérieurs 180 sont pour les fixations 58 et le trou intérieur 182 (cf. Fig 5) est un trou de décharge qui permet aux parties environnant la membrane 54 d'être refoulées à froids dans la zone de décharge quand la membrane 54 est comprimée entre le dispositif de retenue 56 et le limiteur 64 lors du montage de la membrane équipée Dans la forme de réalisation 150 à une seule fixation, la membrane comporte 10 seulement un trou central 182 pour son rivet de fixation. 158 Dans les deux ensembles 50 et 150 de support de membrane, la surface de compression de la membrane est d'environ un dixième et cette surface partielle de la membrane est comprimée à 75 à 85 % de son épaisseur ini15 tiale On notera que chacune des membranes est comprimée entre une surface plane sur le dispositif de retenue et une surface arquée en regard sur le limiteur. Le clapet anti-retour à faible inertie décrit ciavant fonctionne efficacement à des fréquences de 100 20 cycles par seconde et des pressions d'entrée limitées à 3,5 k Pa ( 0,5 PSI) avec des pointes cycliques de contrepression atteignant 70 k Pa ( 10 PSI) Bien que les apports différents au bon fonctionnement global du clapet antiretour dûs aux formes, dimensions et positions respectives 25 des différentes pièces n'aient pas été définies avec précision, il apparatt que toutes jouent un rôle dans l'amé lioration de son efficacité, de sa durabilité ou de la facilité de sa fabrication On doit aussi comprendre que le clapet décrit peut avoir des dimensions plus grandes ou plus petites selon les besoins de débits et qu'il peut servir dans des milieux moins difficiles que ceux rencontrés dans les systèmes d'admission de l'air d'échappement d'appareils automoteurs. Les revendications annexées définissent très bien 35 l'objet de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Clapet anti-retour à faible inertie comportant: une partie de corps métallique avec une paroi latérale circulaire divergente définissant une chambre d'entrée, cette chambre d'entrée ( 14) ayant un siège 140) annulaire de clapet à sa grande extrémité; une autre partie de corps métallique avec une paroi latérale circulaire divergente définissant une chambre de sortie ( 18); ces parties ( 12 et 16) étant placées avec leurs grandes extrémités face à face; un mo10 yen pour relier de manière étanche ces parties ( 12 et 18) de corps assemblées ainsi face à face; et un ensemble ( 50) de support de membrane placé entre les parties du corps, cet ensemble de support de membrane comportant une membirane ( 54) élastomère, un limiteur ( 64) de membrane sur le côté 15 chambre de sortie de la membrane, un dispositif ( 56) de retenue de membrane sur le côt 6 entrée de la membrane et un moyen pour fixer entre elles les pièces de l'ensemble de support de membrane, permettant de comprimer une partie centrale de la membrane entre le dispositif de rete20 nue et le limiteur. 2 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 1, dans lequel la partie centrale de la membrane ( 54) est comprimée dans une mesure prédéterminée pour pousser de ce fait les parties extérieures de la membrane 25 vers le siège. 3 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 1, dans lequel la surface comprimante du dispositif de retenue de membrane est plate et la surface comprimante du limiteur est arquée. 4 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 1, dans lequel la surface comprimante du dispositif de retenue de membrane est oblongue et a des bords parallèles et des extrémités semi-circulaires. Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 4, dans lequel la surface comprimante est plate et est entourée d'une étroite paroi ayant une extrémité inférieure rayonnée. 6 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 1, dans lequel la surface de compression occupe un dixième de la surface de la membrane; 7 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 1, dans lequel la partie comprimée de la membrane 10 est comprimée à 75-85 % de son épaisseur initiale. 8 Clapet anti-ret Qur à faible inertie selon la revendi cation 1, dans lequel la surface du limiteur ( 64) contigue à la membrane est à peu près semi-cylindrique. 9 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendi15 cation 1, dans lequel l'ensemble ( 50) de support de membrane comporte un cadre ( 52) de support ayant une bague extérieure annulaire ( 62) prise entre les parties du corps métallique et deux nervures ( 66) radiales diamétralement opposées s'étendant entre le limiteur de membrane 20 et la bague extérieure ( 62), les nervures ( 66) étant éloignées des parties les plus proches du siège ( 40) d'une distance supérieure à l'épaisseur de la membrane. Clapet anti-retour a faible inertie selon la revendication 9, dans lequel le limiteur est circulaire et est 25 courbé en forme approximative de demi-cylindre et l'axe géométrique des nervures ( 66) est aligné sur son diamètre avant courbure. 11 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 9, dans lequel les nervures ont des seuils ( 68) qui déportent le limiteur en l'loignant de la bague extérieure annulaire vers la chambre d'entrée ( 14). 12 Clapet anti-retour faible inertie selon la rvee cation 1, dans lequel le diaîitre intérieur de la grande extrémité de la chambre de sortie 118) est plus grand que le diamètre intérieur de la grande extrémité de la chambre d'entrée ( 14). 13 Clapet anti-retour à faible inertie selon la re 7 endication 12, dans lequel l'extrémité à grand diaintre de la chambre de sortie est d'un quart plus grande que l'extrémité à grand diamètre de la chambre d'entrée. 14 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 12, dans lequel la longueur axiale de la chambre de sortie est plus grande que la longueur awiale de la chambre d'entrée. Clapet anti-retour à faible inrti Le sel on la revendi15 cation 1, dans lequel les chabres ont une forme tron= conique. 16 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 15, dans lequel l'angle de la paroi de la chambre d'entrée est plus grand que l'angle de la paroi de la 20 chambre de sortie. 17 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 1, dans lequel le siège ( 40) a, en coupe transversale, une forme de triangle tronqué et le coté angulaire intérieur est une partie de la surface du bord interne 25 de la paroi circulaire divergente. 18 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 1, dans lequel la membrane est en fluoroélastomnère ayant, au scléromètre, une dureté de 70 et une épaisseur uniforme avant le montage. 19 Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 1, dans lequel la membrane a un trou central de décharge dans lequel les parties environnantes de la membrane sont refoulées à la froid pendant le montage. Clapet anti-retour à faible inertie selon la revendication 19, dans lequel la membrane à deux trous pour fixations espacés sur les c 8 tés opposes d'un trou central de décharge.