Brevet FR2569251A1 — publié le 19860221

Embout à faible bruit, limitant le débit d'écoulement et à écoulement laminaire Cette invention se rapporte en général à un embout de robinet pour modifier les caractéristiques du courant d'écoulement traversant l'embout et plus particulièrement à un embout limitant le débit, à écoulement laminaire et réduisant au minimum le bruit de l'écoulement. Un embout selon une forme particulière d'exécution de l'invention comprend une plaque limitant le débit agencée au travers de tout un passage d'écoulement et ayant plusieurs orifices disposés en cercle autour d'un orifice central réglable. Par eux-mêmes, les orifices disposés. en cercle permettent un débit d'écoulement infêrieur à un domaine de débit déterminé. Le diamètre de l'orifice réglable est choisi pour augmenter le débit d'écoulement pour une pression donnée et obtenir un débit situé dans la partie inférieure du domaine déterminé. Des séries d'écrans espacés à fils et de disques perforés sont alternés tant en amont qu'en aval de la plaque limitant le débit pour modifier le profil des vitesses sur le diamètre du passage d'écoulement afin de redistribuer l'énergie cinétique du courant d'écoulement au maximum. On obtient ainsi une vitesse de courant d'écoulement uniforme, constante sur pratiquement la totalité de la section du passage d'écoulement, de façon à limiter la vitesse maximum et produire ainsi un écoulement laminaire, c'est-à-dire un écoulement doux, clair, pratiquement sans turbulence ni éclaboussure.Un des écrans à fils est en contact avec le côté aval de la plaque limitant le débit de façon que, de plus, ce bruit est supprimé. Selon un exemple particulier de l'invention, le bruit créé par l'écoulement ne dépasse pas la limite de 20 décibels imposée par certains règlements limitant les niveaux de bruits des installations des plombiers. Une meilleure compréhension de l'invention ainsi que d'autres objets et avantages qui s'y rapportent peut être obtenue en considérant la description détaillée suivante en même temps que les dessins qui s'y rapportent, dans lesquels la figure l est une coupe longitudinale d'un embout selon la présente invention et les figures 2, 3 et 4 sont des coupes transversales du dispositif représenté à la figure 1, telles qu'on les voit le long des plans 2-2, 3-3 et 4-4 respectivement. En se référant aux dessins, un embout selon l'invention comprend un boîtier cylindrique 10 avec une enveloppe extérieure 12, une cartouche supérieure 14 et une cartouche inférieure 16. Les cartouches supérieure et inférieure coopèrent avec un joint à recouvrement 18 qui facilite le montage, le démontage et le nettoyage de l'embout (On comprendra que les termes "supérieur" et "inférieur" employés dans ce texte ne sont pas à interpréter dans un sens étroit et sont employés simplement pour faciliter la description de l'embout tel qu'il est orienté sur la figure 1; l'orientation du dispositif n'est évidemment pas limitée à celui décrit ici). Les cartouches supérieure et inférieure assorties 14 et 16 vont commodément dans l'enveloppe 12, dotée à son extrémité supérieure ou d'entrée de filets 20 pour fixer l'embout à l'écoulement de sortie d'un robinet. L'enveloppe 12 a une extrémité inférieure ou de sortie limitée par une flasque 22 dirigée vers I'intérieur. Une flasque semblable dirigée vers l'intérieur 24 à l'extrémité de sortie de la cartouche inférieure 16 coopère avec la flasque 22 de l'enveloppe du boîtier. Un passage d'écoulement central 26 se trouve entre les extrémités d'entrée et de sortie de l'embout. L'enveloppe 12 est fabriquée de préférence en métal, tandis que les cartouches sont des éléments en matière plastique obtenus avantageusement par un procédé dé moulage par injection. Formée solidairement avec la cartouche supérieure 14 se trouve une plaque transversale limitant le débit 30 disposée tout en travers du passage d'écoulement 26. Comme on le voit le mieux à la figure 2, la plaque 30 a, dans la forme d'exécution spécifique présentée ici, plusieurs orifices 32 disposés sur deux cercles concentriques. De préférence, les orifices 32 ont tous le même diamètre; dans cet exemple, il y a trente six orifices, vingt-quatre disposés à intervalles égaux le long du cercle extérieur, et les douze restants disposés à intervalles égaux le long du cercle intérieur. Cette disposition d'orifices est centrée sur l'axe longitudinal 34 qui, évidemment, est orienté dans la direction d'écoulement du fluide par l'embout. Dans l'exemple particulier présenté ici, la plaque limitant le débit a une épaisseur de 0,71 mm et chaque orifice 32 a un diamètre de 0,69 mm. La plaque limitant le débit comprend également un orifice central de réglage 36, dont la fonction sera décrite plus tard. Pour faciliter la description du dispositif, la surface in férieure de la plaque limitant le débit 30 sera aussi appelée la surface aval, tandis que la surface supérieure sera aussi appelée la surface amont. Entre la surface aval de la plaque limitant le débit 30 et la flasque 24 à l'extrémité de sortie de la cartouche inférieure 16 se trouvent deux séries d'écrans parallèles espacés et une série de disques perforés parallèles espacés interceptant le passage d'écoulement 26. On obtient avec les écrans et disques un écoulement laminaire et ils servent sous cet aspect comme éléments freinant la vitesse et la redistribuant sur le profil. Le résultat est un profil de vitesse qui est plus uniforme au travers du passage d'écoulement. Pour une description plus détaillée de la fonction de ces éléments pour produire un écoulement laminaire de fluide, on consultera le brevet antérieur de l'inventeur US 4.119.276 délivré le 10 octobre 1973 pour un "embout d'écoulement laminaire". Les disques et écrans diminuent aussi le bruit. En commençant à la plaque limitant le débit, une première série de quatre écrans à fils en forme de disque 40-43 est suivie de trois disques perfores 44-46 qui sont à leur tour suivis d'une seconde série d'écrans à fils 47-49, au nombre de trois de préférence. Les écrans et disques perforés sont pratiquement espacés uniformément. Ainsi, écrans et disques 42-49 sont sépares par sept anneaux identiques 52, tandis que les écrans 40 et 41 ont des rebords 40a et 41a respectivement, tournés vers le bas pour imposer les distances de séparation adéquates. On verra que la portion du passage d'écoulement 26 en aval de la plaque limitant le débit 30 est délimitée essentiellement par les surfaces intérieures des anneaux de séparation 52 qui sont essentiellement alignés pour délimiter une surface cylindrique relativement lisse. L'écran le plus haut 40 est immédiatement adjacent à la surface inférieure ou aval de la plaque limitant le débit 30 et est de préférence en contact direct avec cette surface. I1 a été trouvé que cet agencement était un facteur important pour minimiser le bruit créé par l'écoulement. La configuration de chacun des disques perforés 44-46 est le mieux représentée à la figure 3. Les disques sont faits, par exemple, d'une feuille ou d'une bande de laiton de 0,41 mm d'épaisseur. Chaque disque comprend des ouvertures arrangées en rangées et en colonnes avec des distances uniformes de centre à centre de 1,12 mm pour obtenir une densité d'environ 80 ouvertures par cm2. Avec un diamètre d'ouverture de 0,71 mm, la surface totale des ouvertures représente environ 32 % de la surface totale de chaque plaque. Chacun des écrans 42, 43 et 47-49 a une épaisseur d'environ 0,5 mm et comprend quarante mailles carres d'écran en fil d'acier inoxydable série 300 de 0,25 mm de diamètre. Les écrans 40 et 41 sont faits chacun avec 0,33 mm d'épaisseur avec trente huit mailles carrées d'écran en fil d'acier inoxydable de 0,17 mm de diamètre, les rebords donnant une hauteur totale d'environ 1,0 mm. Le diamètre intérieur de l'enveloppe du boîtier représenté dans la forme d'exécution exemplaire des dessins est de 21 mm et la longueur totale de l'enveloppe est d'environ 22,2 mm, chacun des anneaux de séparation ayant une épaisseur de 0,76 mm et le diamètre du passage de fluide délimité par les surfaces intérieures des anneaux de séparation est d'environ 16 mm. On doit noter que toutes les dimensions et les autres données spécifiques sont données ici à titre d'exemple seulement et qu' elles ne sont nullement destinées à limiter le domaine de l'invention; d'autres dimensions, d'autres paramètres des composants, des matériaux et ainsi de suite, qui permettent d'obtenir les mêmes ou approximativement les mêmes résultats, sont permis à l'homme du métier. Considérant maintenant la partie du dispositif au-dessus de la surface supérieure ou amont de la plaque limitant le débit 30, la combinaison d'un écran à fils 60 et d'un disque perforé 62 repose sur un rebord 64 prévu comme une partie de la cartouche supé- rieure 14. L'écran 60 et le disque 62, identiques à tous points de vue à ceux décrits jusqu'ici, sont de pr;éférence en contact direct l'un avec l'autre, comme on le voit le mieux à la figure 1. L'écran 60 est toutefois sépare de la surface supérieure de la plaque limitant le débit et,selon l'exemple particulier considéré, cette distance de séparation peut ètre de l'ordre de 0,7 mm. Au-dessus de la combinaison de l'écran 60 et du disque 62 se trouve un écran en cone 66 servant principalement de filtre. Un anneau en matière plastique 68 pour retenir l'écran en cbne 66, le disque perforé 62 et l'écran à fils 60 contre le rebord 64 et un joint en caoutchouc 70 pour assurer l'étanchéité adéquate avec l'écoulement du robinet, complètent l'ensemble de l'embout. L'embout selon l'invention est agencé pour permettre un débit d'écoulement exactement réglé dans un domaine de débits déterminé d'avance, par exemple, qui est établi par une spécification d'achat ou de construction. De telles spécifications peuvent aussi définir un niveau de bruit limite pour une pression de fonctionnement donnée. Par exemple pour une catégorie donnée de régulateurs d'écoulement, le débit doit rester entre 13,5 et 15 litres par minute avec une pression de 3.105 Pascal, un domaine de 1,5 litres par minute et un bruit créé ne dépassant pas 20 db à environ 3.105 Pascal. A notre connaissance, cette invention décrit pour la première fois un embout capable de remplir toutes ces exigences obligatoires de façon sure, reproductible, ce qui permet une production de série avec les économies de coût qui en résultent. Parce qu'il est extrêmement difficile de surveiller avec précision les diamètres d'un grand nombre d'orifices, tels que les trente six orifices 32 de la plaque limitant le débit 30, une erreur du débit d'écoulement suffisamment grande peut facilement se cumuler pour faire tomber le débit d'écoulement en dehors du domaine de tolerance. L'un des buts de l'invention est de résoudre ce problème. Sous cet aspect, le diamètre nominal des orifices 32 est choisi de façon que le débit d'écoulement à travers ces orifices (en excluant l'orifice de réglage 36) se trouve bien en dessous de la limite inférieure du domaine de la tolérance du débit d'écoulement. Le diamètre de l'orifice de réglage 36 est alors choisi pour donner un débit d-'écoulement total à travers l'embout qui tombe dans le domaine déterminé de débit.On a trouvé, qu'une fois cette taille déterminée pour une taille nominale des orifices 32, une grande qualité de reproductibilité et de précision de débit d'écoulement était obtenue dans la fabrication. Selon les paramètres utilisés, le diamètre de lBou- verture de réglage peut entre plus faible, égal ou quelque peu supérieur à celui des autres orifices 32. On verra que ce but est atteint grâce au fait que le diamètre de ce trou central unique est soumis à un réglage précis, tandis que les tailles des trous restants 32 seront rarement uniformes a cause des vau riations incontrôlables entre les tailles des nombreuses mèches ou tiges de moulage nécessaires pour former les trous. L'orifice de réglage 36 donne un réglage Si précis sur le débit d'écoulement total que sa taille peut être choisie pour donner un débit d'écoulement total qui tombe juste a l'intérieùr de la limite inférieure du domaine de débits de la tolérance de façon sure et reproductible. Puisque le bruit augmente rapidement avec le débit d'écoulement, cette caractéristique contribue no- tablement à diminuer le bruit. Quoiqu'un embout selon l'invention ait été décrit et illustré pour permettre à un homme du métier de faire usage de l'in- vention, on comprendra que l'invention n'est pas limitée a cet exemple: Donc, toutes les modifications, variantes et dispositions équivalentes dans le cadre des revendications doivent être considurées comme étant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Embout d'écoulement comprenant - un boîtier généralement cylindrique ayant une extrémité d'entrée adaptée pour être couplée à un écoulement et une extrémité de sortie, le boîtier délimitant un passage d'écoulement reliant ces extrémités, - une plaque limitant le débit agencée au travers du passage d'écoulement près de l'extrémité d'entrée, la plaque ayant plusieurs premiers orifices limitant le débit de diamètres dé- terminés etun second orifice de réglage de débit ayant un diamètre choisi pour que le débit d'écoulement de l'embout ne trouve dans une partie choisie d'un dandine'de débits d'écoulement déterminé, une première et une seconde série d'écrans espacés à fils disposés au travers du passage d'écoulement en aval de la plaque limitant le débit et une série de disques perforés espacés disposée au travers du passage d'écoulement entre les première et seconde séries d'écrans à fils, les écrans et les disques freinant la vitesse d'écoulement et imposant un profil de vitesse plus uniforme au travers du passage d1 écoulement. 2. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion choisie du domaine de débits est a la limite inférieure du domaine, de sorte que le bruit d'écoulement est maintenu à un niveau minimum. 3. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première série d'écrans espacés comprend un 'écran directement adjacent a la surface aval de la plaque limitant le débit, de sorte que le bruit créé au voisinage des sorties d'orifices est diminué. 4. Embout selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écran qui vient d'hêtre mentionné est en contact avec la surface aval de la plaque limitant le débit. 5. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la combinaison d'au moins un disque perforé et d'au moins un cran disposésau travers du passage d'écoulement en amont de la plaque limitant le débit. 6. Embout selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'écran amont est disposé à proximité de la surface amont de la plaque limitant le débit et est placé entre cette plaque et le disque perforé amont. 7. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première série. d'écrans à fils comprend quatre écrans, l'un d'eux etant disposé directement adjacent à la surface aval de la plaque limitant le débit, la seconde série d'écrans à fils comprend trois écrans adjacents à l'extrémité de sortie du boîtier et les séries de disques perforés onçrennent trois disques, ces écrans et disques étant espacés de façon pratiquement uniforme les uns des autres. 8. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de réglage est placé au centre de la plaque limitant le débit et que les autres orifices de la plaque limitant le débit sont agencés en groupes circulaires concentriques avec l'orifice de réglage. 9. Procédé pour faire un embout à faible bruit et limitant le débit pour fonctionner dans un domaine déterminé de débit;, l'embout comprenant un boîtier délimitant un passage d'écoulement et ayant une plaque limitant le débit disposée au travers du passage d'écoulement et comprenant encore des moyens au travers du passage d'écoulement pour freiner et redistribuer la vitesse du courant d'écoulement, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes former des premiers orifices dans la plaque pour obtenir un débit d'écoulement à travers l'embout qui est i rieur au domaine de debitsd'écoulement déterminé et former un second orifice de réglage dans la plaque, la taille de l'orifice de réglage étant choisie pour augmenter le débit d'écoulement pour qu'il se trouve dans le domaine de débit déterminé, à sa limite inférieure et cela pour une pression donnée. 10. Procedé selon la revendication 9, caractérisé par l'é- tape co nsistant à serifier le,debit d'écoùlement après avoir gait les premiers orifices avant de faire l'orifice de réglage. 11. Embout caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens pour délimiter un passage d'écoulement entre une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie de l'embout, - des moyens disposés au travers de tout le passage d'écoulement pour limiter le débit par le passage, ces moyens comprenant plusieurs premiers orifices et un second orifice de réglage, dont le diamètre est choisi pour que le débit d'écoulement par le passage d'écoulement se trouve dans la portion choisie du domaine de débits et - des moyens disposés au travers de tout le passage d'écoulement en aval des moyens limitant le débit pour freiner la vitesse d'écoulement et redistribuer le profil des vitesses du courant d'écoulement pour établir un écoulement laminaire. 12. Embout selon la revendication 11, caractérisé en ce que la portion choisie du domaine de débit est la limite inférieure de ce domaine. 13. Embout selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens pour freiner et redistribuer comprennent un écran à fils en contact avec la face aval des moyens limitant le débit. 14. Embout comprenant - des moyens pour 'délimiter un passage d'écoulement entre une extrémité d'entraxe et une extrémité de sortie de l'embout, - des moyens disposés au travers de tout le passage d'écoulement pour limiter le débit par le passage a un débit dEter- miné à l'intérieur d'un domaine de débits, ces derniers moyens ayant une face amont et une face aval et - des moyens disposés au travers de tout le passage'd'écoule- ment pour freiner et redistribuer la vitesse d'écoulement, ces derniers moyens comprenant un écran à fils en contact avec la face aval des moyens limitant le débit. 15. Embout selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens limitant le débit comprennent des premiers orifices et un second orifice de réglage de débit, les premiers orifices permettant à eux seuls un débit d'écoulement inférieur à celui du domaine, le diamètre de l'orifice de réglage étant choisi pour augmenter le débit décou1ement jusqu'au débit d6- terminé d'avance. 16. Embout selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens disposés au travers de tout le passage d'écoulement en amont des moyens limitant le débit et espacés de la face amont, pour freiner et redistribuer la vitesse du courant d'écoulement. 17. Embout à faible bruit, a écoulement laminaire et limi- tant le débit, comprenant un boîtier généralement cylindrique ayant une extrémité d'entrée adaptée pour être couplée à un écoulement et une extrémité de sortie, le boîtier délimitant un passage d'écoulement entre ces extrémités, une plaque limitant le débit portée par le boîtier et disposée au travers du passage d'écoulement près de l'extrémité d'entrée, la plaque ayant des groupes circulaires d'orifices limitant le débit et un orifice central de réglage de débit, les groupes cir- culaires d'orifices permettant quant à eux un débit d'écoulement inférieur à un domaine de débits, le diamètre de l'orifice de réglage étant choisi pour augmenter le débit total par le passage d'écoulement jusqu'à un débit correspondant à la limite inférieure du domaine, cette plaque ayant une surface amont et une surface aval, une première série d'écrans-à fils portés par le boiter et disposés au travers de tout le passage d'écoulement à l'aval de la plaque limitant le débit, comprenant quatre écrans espacés pratiquement de façon égale, l'un des écrans étant disposé au travers et en contact avec la surface aval de la plaque limitant le débit, une seconde série d'écrans à fils portés par le boîtier et disposés au travers de tout le passage d'écoulement , adjacente à l'extrémité de sortie, comprenant trois écrans espacés de façon pratiquement égale, une série de trois disques perforés espacés de façon pratiquement égale portés par le boîtier et disposés au travers de tout le passage d'écoulement, cette série de disques étant disposée entre la première et la seconde série d'écrans, les espacements entre les ecrans adjacents, les disques adjacents et les séries adjacentes d'écrans et de disques étant pratiquement les mêmes, et la combinaison d'un disque perforé et d'un écran a fils porté par le boîtier et disposé au travers de tout le passage d'écoulement en amont de la plaque limitant le débit, ce disque amont et cet écran amont étant en contact l'un avec l'autre, l'écran amont faisant face à la surface amont de la plaque limitant le débit et étant espacée d'elle.