Brevet FR2537688A1 — publié le 19840615

L'invention concerne un limiteur de pression pour liquides hydrauliques soumis à une haute pression, notamment ceux classés "H.F A " en Allemagne, c'est-à-dire les liquides hydrauliques résistant au feu, et les émulsions huile dans l'eau (pouvant contenir trois pour cent d'huile) Ce type de limiteur comporte un piston de manoeuvre cylindrique maintenu en position de fermeture par un ressort de fermeture, guidé dans le corps par une perforation dégradée et sollicité du côté-d'entrée par le liquide sous pression amené par un canal d'entrée contre la force du ressort de fermeture qui détermine la pression de réglage du limiteur, rendu étanche par un joint torique dans une gorge annulaire circonférentielle de la paroi intérieure de la perforation centrale} et présentant une perforation intérieure axiale de laquelle débouchent en étoile dans la surface latérale, au plus profond du forage, des perforations transversales dirigées radialement vers l'extérieur, le piston pouvant coulisser avec ses perforations transversa- les radiales, sous l'action du liquide sous pression, lorsque la pression de réglage est dépassée, en dépassant le joint torique pour arriver à un canal de sortie et à la position d'ouverture, d'autres perforations radiales étant prévues dans le piston de manoeuvre à quelque distance des perforations transversales radiales. Des limiteurs de pression du type à piston et à joint torique sont connus depuis longtemps en différentes exécutions L'anneau torique assure une bonne étanchéité, même dans le cas de liquides H.F A soumis à une haute pression. L'invention part d'un limiteur de pression tel qu'il est connu par le brevet FR 1 149 979 Ce limiteur présente, dans un mode d'exécution, un piston de manoeuvre cylindrique de constitution uniforme qui présente du côté d'entrée, en dessous du joint torique, deux rangées superposées de perforations radiales disposées en étoile. Le ressort de fermeture qui sollicite le piston de manoeuvre dans le sens de fermeture contre le liquide sous pression détermine la pression de réglage du limiteur. Quand la pression du côté d'entrée ne s'élève qu'un peu au-dessus de la pression de réglage, le piston de manoeuvre, aussi, ne coulisse que légèrement dans le sens de l'ouverture sans que du liquide sous pression s'écoule des perforations transversales radiales. L'élévation de pression est déjà compensée par l'augmentation de volume ainsi obtenue A mesure que la pression s'élève, le piston de manoeuvre continue de coulisser dans le sens d'ouverture contre o 37688 la force du ressort de fermeture et dépasse le joint torique par la première rangée de perforations par lesquelles du liquide sous pression s'écoule de la perforation intérieure axiale du piston de manoeuvre au canal de sortie Si alors la quantité de liquide augmente aussi, le piston de manoeuvre est encore poussé davantage dans le sens d'ouverture jusqu'à ce que la deuxième rangée de perforations radiales ait aussi dépassé le joint torique et soit ouverte vers le canal de sortie Avec les deux rangées de perforations radiales, ce limiteur de pression dispose de deux degrés de réponse agissant l'un après l'autre. Le comportement de réponse d'un limiteur de pression est déterminé de façon décisive par la caractéristique du ressort de fermeture qui influence la pression sur le parcours du piston de manoeuvre entre les positions de fermeture et d'ouverture Le limiteur de pression selon l'invention doit être conçu de façon telle que pendant le débordement et lors d'un accroissement du débit de 0,04 à 30 I/mn, la pression ne s'élève pas de plus de vingt pour cent au-dessus de la pression de réglage La pression de fermeture doit être proche de la pression d'ouverture Par ces conditions, on vise à maintenir la pression constante au voisinage de la préssion de réglage, grâce au limiteur de pression, dans le système raccordé. La première condition est favorisée par un ressort souple qui, sur une grande course élastique, ne doit indiquer qu'une légère augmentation de pression Toutefois, un limiteur de pression à ressort souple présente un comportement de fermeture nettement mauvais parce que le piston de manoeuvre ne retourne à la position de fermeture qu'après une chute de pression relativement grande La condition posée quant au comportement de fermeture du limiteur est le mieux remplie par un ressort très dur Toutefois, le piston de manoeuvre sollicité par celui-ci ne s'ouvre davantage que si la pression s'élève fortement. Le limiteur de pression connu par le brevet FR 1 149 979 est muni d'un ressort de fermeture souple à grande course de sorte qu'en peu de temps, une grande quantité de liquide peut s'écouler. En outre, par la disposition en deux rangées des perforations transversa- les radiales dans le piston de manoeuvre, il est assuré que même en cas d'augmentation exceptionnellement grande de l'échappement de liquide sous pression, une élévation inadmissible de la pression ne soit pas à redouter Par contre, la pression diminue très fortement lors du processus de fermeture Par suite, ce limiteur ne convient pas pour régler et maintenir constante la pression du système Ce- pendant, on peut l'utiliser comme valve de sûreté qui est toujours fermée en service normal et ne doit s'ouvrir que dans des cas d'urgence, si la pression devient excessive à cause de circonstances inhabituelles. Le but de l'invention est de fournir un limiteur de pression de petites dimensions avec lequel on puisse maintenir la pression largement constante dans le système raccordé, aussi bien avec de petits débits qu'avec de grands débits. 1 o Ce problème est résolu par le fait que le piston de manoeuvre sollicité par un ressort de fermeture dur présente, dans la région de haute pression, du côté d'entrée, une plus grande section que dans la région du joint torique, qu'il est guidé avec un petit jeu latéral, par la surface latérale de plus grande circonférence, dans une chambre de pression formée par la perforation du limiteur, que la perforation intérieure axiale du piston de manoeuvre est munie du côté d'entrée d'un tronçon à section d'écoulement réduite et est reliée à la chambre de pression par les perforations radiales dans le tronçon à section non rétrécie, et que les perforations radiales débouchent dans une chambre annulaire de la chambre de pression, qui est formée par une gorge annulaire qui fait le tour de la grande surface latérale du piston de manoeuvre à l'endroit du gradin en forme d'épaulement menant à la petit surface latérale. Selon un mode d'exécution, la section de la perforation intérieure axiale, dans le tronçon à section non rétrécie, est aussi grande que les sections de toutes les perforations transversales radiales réunies, mais plus petite que la section du canal d'entrée qui, à nouveau, est plus petite que la section de la chambre de pression. Le limiteur de pression selon l'invention utilise un ressort de fermeture dur et court, de force élastique relativement grande. Il est de petite dimension Le liquide sous pression qui entre par le canal d'entrée dans le limiteur de pression atteint dans la région de haute pression la grande surface du psiton de manoeuvre en gradin qui est rendu étanche à la section plus petite par le joint torique. En cas d'augmentation graduelle de la pression, le piston de manoeuvre coulisse et une fois que la pression de réglage est dépassée, il passe à la position d'ouverture dans laquelle du liquide sous pression peut s'écouler par les perforations transversles radiales vers le 2537688 I canal de sortie Pendant le coulissement du piston, une compensation de pression s'effectue avec la cavité annulaire située à la surface latérale du piston, par les perforations radiales débouchant dans la gorge annulaire à l'endroit du gradin en forme d'épaulement du piston de manoeuvre. Si la vitesse d'écoulement augmente fortement avec le débit, en vertu de la constitution du limiteur de pression selon 1 'inventi on des forces hydrodynamiques entrent en action, elles sont dirigées contre la force de fermeture du ressort de fermeture et favorisent ainsi le processus d'ouverture Le courant de liquide amené par le canal d'entrée entre tout d'abord dans une chambre de pression à section élargie et ensuite comme dans le cas d'un tube de venturi il est conduit par un tronçon à section d'écoulement rétricie de la perforation intérieure axiale du piston de manoeuvre. Dans ce parcours d'étranglement, la vitesse d'écoulement augmente encore tandis que la pression de liquide diminue Le liquide sous -pression afflue alors à la partie à section élargie de la perforation intérieure, qui est aussi grande que la somme des sections de sortie des perforations transversales radiales Dans ce processus, par l'énergie cinétique du liquide sous pression, une force dirigée dans le sens d'ouverture est exercée sur le piston de manoeuvre Lors du passage par le parcours d'étranglement et par suite de l'élargissement soudaine de la section à la fin de ce parcours, il se produit des pertes de charge La pression de liquide dans la partie intérieure élargie de la perforation intérieure axiale est alors de même que dans la cavité annulaire qui lui est reliée par la perforation radiale et qui se trouve à l'endroit du gradin en forme d'épaulement du piston de manoeuvre plus petite que la pression agissant sur la grande surface du piston du côté d'entrée La pression différentielle engendre sur la grande surface du piston une force supplémentaire qui fait coulisser le piston de manoeuvre contre le ressort de fermeture. Il est alors appliqué, par le gradin en forme d'épaulement, contre une saillie de la perforation du limiteur Dans la position d'ouverture, l'écoulement d'une grande quantité de liquide est assuré sans élévation de pression. Lors du processus de fermeture, le piston de manoeuvre se meut par sa grande surface contre la pression existante La cavité annulaire de la gorge annulaire du gradin en forme d'épaulement se remplit à nouveau de liquide sous pression, mais celui-ci, étant donné le guidage étroit du piston de manoeuvre dans la chambre de pression, ne peut pas s'écouler par un interstice le long de la surface latérale mais seulement par la perforation intérieure axiale du piston et les perforations radiales, contre le mouvement de fermeture qui est ainsi freiné De cette manière, on évite qu'en cas de pointes de pression, le piston de manoeuvre, par ses perforations transversales radiales, n'oscille en va-et-vient dans la région du joint torique. Le piston de manoeuvre dont les mouvements sont ammortis assure ainsi une réponse précise du limiteur de pression. Un exemple d'exécution de l'invention est donné ci-après à propos des dessins, mmontrant un limiteur de pression en coupe longitudinale et sur lesquels: Fig 1 montre la position de fermeture, et Fig 2 la position d'ouverture du limiteur. Le corps du limiteur de pression, désigné par 1 est de forme cylindrique et présente en direction longitudinale une perfo- ration dégradée 2 qui est adapté aux contours des éléments décrits ciaprès Le corps 1 est fermé d'un côté de la perforation 2 par un obturateur 3 Pt de l'autre côté par un raccord 4 dans lequel se trouve un canal d'entrée 5 par lequel le liquide sous pression est amené au limiteur de pression en passant par un raccordement non représenté Le canal d'entrée 5 débouche dans une chambre de pression 6 de la perforation 2, qui a une section élargie Ensuite vient le tronçon le plus étroit de la perforation 2 dans la surface latérale de laqueqlle est prévue une gorge annulaire 7 dans laqueqlle est inséré un joint torique 8. Un piston de manoeuvre cylindrique 9, présentant une forme à gradin en direction longitudinale, est guidé de manière à pouvoir coulisseraxialement, par la surface latérale de plus grande section dans la chambre de pression 6 et par la surface latérale de plus petite section dans le tronçon de la perforation de limiteur 2 o se trouve le joint tonique 8 Le piston 9 est sollicité dans le sens de fermeture, à l'extrémité opposée à la chambre de pression 6, par l'intermédiaire d'un plateau de ressort 10, par un ressort de fermeture dur et court 11 qui s'appuie sur l'obturateur 3. Dans le piston de manoeuvre 9 est formée une perforation intérieure axiale 12, sous forme de trou borgne, duquel partent, au plus profond du forage, des perforations transversales 13 dirigées radialement vers l'extérieur Dans la position de fermeture du limiteur, les perforations transversales 13 vues du ressort de fermeture 11 se trouvent en dessous du joint torique 8 De façon analogue, en dessous des perforations transversales radiales 13 sont prévues, avec une disposition en étoile d'autres perforations radiales 14 qui débouchent dans une gorge annulaire 15 du gradin en forme d'épaule- ment 16 formé entre la surface latérale de plus grande section et celle de plus petite section du piston de manoeuvre 9 La perforation intérieure 12 présente, du côté d'entrée qui pénètre dans la chambre de pression 6 un tronçon 17 dont la section d'écoulement est rétrécie. La section des perforations transversales radiales 13 distribuées à la circonférence du piston 9 est aussi grande que la section de la perforation intérieure axiale 12 dans la région à section non rétrécie. Le limiteur de pression se trouve dans la position de fermeture représentée par la Fig 1 aussi longtemps que la force exercée par le liquide sous pression sur le piston 9, dans la région à haute pression, du côté d'entrée, est plus petite que la force, dirigée en sens opposé, du ressort de fermeture 11 qui détermine la pression de réglage du limiteur Dans le cas d'une pression dépassant la pression de réglage, le ressort de fermeture 11 est comprimé et le piston 9 est amené à la position d'ouverture représentée par le Fig 2. Les perforations transversales radiales 13 dépassent le joint tor que 8 et du liquide sous pression afflue, par le canal d'entrée 5 et la cham- bre de pression 6, à la perforation intérieure axiale 12 du piston 9 et ensuite, par les perforations intérieures radiales 13, à un canal d'écoulement conduisant à l'extérieur Lors de l'ouverture du limiteur, la cavité annulaire formée sur la gorge annulaire 15 devient plus petite jusqu'à ce que le piston 9, dans la position d'ouverture, s'applique par le gradin en forme d'épaulement 16 contre une saillie correspondante de la perforation axiale 2. 2537688 1 REVENDICATIONS 1 Limiteur de pression pour liquide hydrauliques soumis à une haute pression comportant un piston de manoeuvre cylindrique maintenu en position de fermeture par un ressort de fermeture, guidé dans le corps par une perforation dégradée et sollicité du côté d'entrée par le liquide sous pression amené par un canal d'entrée contre la force du ressort de fermeture qui détermine la pression de réglage du limiteur, rendu étanche par un joint torique dans une gorge annulaire circonférentielle de la paroi intérieure de la perforation centrale et présentant une perforatioin intérieure axiale de laquelle débouchent en étoile dans la surface latérale, au plus profond du forage, des perforations transversales dirigées radialement vers l'extérieur, le piston pouvant coulisser avec ses perforations transversales radiales, sous l'action du liquide sous pression, lorsque la pression de réglage est dépassée, en dépassant le joint torique pour arriver à un canal de sortie et à la position d'ouverture, d'autres perforations radiales étant prévues dans le piston de manoeuvre à quelque distance des perforations transversales radiales, limiteur caractérisé par le fait que le piston de manoeuvre ( 9) sollicité par un ressort de fermeture dur ( 11) présente, dans la région de haute pression, du côté d'entrée, une plus grande section que dans la région du joint torique-( 8), qu'il est guidé avec un petit jeu latéral, par la surface latérale de plus grande circonférence, dans une chambre de pression ( 6) formée par la perforation ( 2) du limiteur, que la perforation intérieure axiale ( 12) du piston de manoeuvre ( 9) est munie du côté d'entrée d'un tronçon à section d'édoulement réduite ( 17), et est reliée à la chambre de pression ( 6) par les perforations radiales ( 14) dans le tronçon à section non rétrécie, et que les perforations radiales ( 14) débouchent dans une cavité annulaire de la chambre de pression ( 6), qui est formée par une gorge annulaire ( 15) qui fait le tour de la grande surface latérale du piston de manoeuvre ( 9) à l'endroit du gradin en forme d'épaulement ( 16) menant à la petite surface latérale. 2 Limiteur de pression selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la section de la perforation intérieure axiale ( 12) dans le tronçon à section non rétrécie, est aussi grande que les sections de toutes les perforations transversales radiales réunies ( 13), mais plus petites que la section du canal d'entrée ( 5) qui, à nouveau, est plus petite que la section de la chambre de pression ( 6).