Brevet FR2572783A1 — publié le 19860509

La présente invention est rel ative à un clapet à flux direct notamment pour compresseur. Ce clapet est composé d'au moins une coupelle présentant une zone d'admission et une zone d'échappement du fluide, lesdites coupelles étant séparées par des lamelles interposées entre ces coupelles, l'ensemble des lamelles et des coupelles étant fixé au corps du clapet. Le clapet pourra être utilisé sur un compresseur d'air ou c'un fluide quelconque mettant en oeuvre des pressions pouvant atteindre plusieurs centaines de bars. Ce clapet pourra également être utilisé en tant que clapet anti-retour sur des canalisations. Il existe actuellement deux gran.des familles de clapets, les clapets dits à flux direct à travers lesquels passe le fluide sans être dévié et les clapets dits à flux indirect, c'est-à-dire à travers lesquels le fluide passe en étant dévié. On connait déja des clapets de compresseur à flux indirect comportant un disque mobile sans frottement dans une soupape. Le disque comporte à sa partie centrale un ou plusieurs bras métalliques encastrés, reliés à la zone utile, pour laquelle ils jouent le rBle de ressort de rappel. Lorqu'un flux d'air entre en contact axialement avec ce disque, celui-ci se soulève et l'air s'échappe par plusieurs canaux en contournant le disque, ce qui a pour inconvénient de dévier le jet d'air et donc de provoquer des pertes de charges. En ce qui concerne les petits rapports de compression (surpresseur) il arrive qu'avec ce type de clapet, la moitié de la puissance disponible au moteur soit consommée sous forme de pertes de charges par les clapets. Lorsque le jet d'air est coupé, le disque retombe. sur le siège sous l'effet des ressorts de rappel. Ce type de clapets présente, outre la perte de charge due à la déviation de l'écoulement, un certain nombre d'inconvénients liés au principe de fonctionnement et 8 la réalisation. Ainsi, lors de la retombée du disque sous l'effet des ressorts de rappel, il se produit le "phénomène de l'assiette", qui correspond à un rebondissement du disque dû à son inertie non négligeable. Ce rehondissement très mal contrilé a une action néfaste sur le diagramme de compression sur lequel il fait apparaître des oscillations. Il exerce également un effet destructeur sur le clapet, sous forme d'une usure prématurée ayant pour conséquence une durée de vie maximale de l'ordre de 5000 à 6000 heures. Comme il y a en général plusieurs dizaines de clapets par compresseur, il faut compter sur de fréquentes interventions, donc un coût de f onctionnement élevé. A ce coût d'entretien s'ajoute, pour ce type de clapet, un coût de production élevé dû à un usinage dans la masse et à l'emploi d'aciers spéciaux résistant à la corrosion à chaud, à l'action néfaste de certains gaz, à la compression élevée. Enfin, du fait que le mouvement du disque se fait orthogonalement au flux d'air, et du fait des retombées brutales du disque sur le siège, le clapet fonctionne avec un niveau de bruit élevé. On connait également des clapets à "flux direct" axial présentant sur leur face d'entrée du fluide, ou siège, une multitude d'alvéoles qui jouent le râle de canaux de passage du fluide, disposés parallèlement au flux. La face opposée du clapet ou f.ace de sortie comporte des cavités biseautées dans lesquelles sont dis os. e s des lamnelles métalliques élastiques qui s'effacent au moment de l'ouverture de la soupape, pour revenir é]ast iquement à leur position initiale lors de la fermetu ire. lien Jue;ré sentant en gédnéral certains avantages par rapport au clapet classique, notamment un meilleur rendement, uin niveau sonore moins élevé et une longévité accrue, ce type dre clapet e.t néanmoins sujet h des inconvénients liés notamment au frettane des divers éléments du clapet ainsi qu'h l'étanchéité de celui-ci. En effet, les lamelles ont tendance à se déformer dans le temps et avec les variations de température. Le clapet à flux-direct connu est obligatoirement de grande dimension, diamètre de l'ordre de 170 mm; il est difficile de réaliser des tailles plus petites. Enfin, pour améliorer l'étanchéité lors de la fermeture, il faut employer des lamelles suffisamment rigides, ce qui est pénalisant au niveau des pertes de charges subies par le fluide pour provoquer l'ouverture des lamelles. (In des buts de la présente invention est de proposer un clapet de compresseur., flux direct sensiblement radial, supprimant les inconvénients liés aux réalisations connues dans l'état actuel de la technique. L'un des huts 9 essentiels du clapet -selon 1'invention est de fonctionner selon le -mode à flux direct en diminuant au maximum les pertes de charges pour que dans une plage de pression importante et y compris aux faibles rapports de pressions, l'ouverture et la fermeture du clapet se réalisent rapidement et sans inertie ni usure. Un autre but de 1 ' invention est de supprimer le phénomène de l'assiette et donc de diminuer largement l'usure du clapet. Un autre but de la l)résente invention est de présenter une structure modulablie permettant d'augmenter la section de passage en fonction du vnoij.ie de fluide {i traiter. Par ailleurs, le clapet de compresseur ? flux direct conforme ? la présente invention a l'avantaqe d'être d'une réalisation simple comportant ui rninimum d'usinage. Cette réalisation simple permet eéalement de poser facilement le clapet dans son loagement et autorise ainsi une maintenance plus aisée. Un autre but de l'invention est de proposer un clapet à flux direct réversible utilisable à l'aspiration ou au refoulement. A cet effet, l'invention concerpe un clapet de compresseur b flux direct composé d'au moins une coupelle présentant une zone d'admission et une zone d'échappement du fluide, lesdites coupelles étant séparées par des lamelles interposées entre ces coupelles, l'ensemble des lamelles et des coupelles étant fixé au corps du clapet, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens accélérateurs de l'ouverture et de la fermeture des zones d'admission et d'échappement du fluide. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe d'un clapet à flux direct à refoulement conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus de la coupelle du clapet conforme à l'invention; la figure 3 est une vue de dessous de la coupelle du clapet conforme à l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe A-A d'une par tie de la coupelle du clapet représentée sur les fiqures 2 et 5; - la figure 5 est une vue en perspective d'un détail de la partie inférieure de la coupelle du clapet représentée à la figure 3; - la figure 6 est une vue de dessus de la lamelle du clapet conforme à l'invention. On se réfère 7 la firure 1. [e coliiresseuir comporte des clapets d'aspiration avec dispositif de mise à vide et des il clapets de refoulement qui font l'objet de la présente invention. La figure 1 représente un clapet de refoulement. Chaque clapet est constitué d'un corps de clapet (1) fixé sur un support (4). Sur le corps (1) est maintenu, par des écrous de fixation (5), un ensemble constitué d'une pluralité de coupelles (2) et de lamelles (3) interposées entre les coupelles (2), toutes disposées dans le même sens. A l'ouverture des lamelles (3), la zone d'admission (10) du clapet est reliée à la zone d'échappement (11) par l'intermédiaire de canaux (6) en forme de tuyère. Ces tuyères comportent une zone d'admission (7) contigue avec la chambre d'admission (10), un rétrécissement central (8) et une zone d'échappement (9) contique avec la chambre d'échappement (11). Il s'agit donc d'une tuyère zone d'admission convergente, section de passage pour le col, zone d'échappement divergente. C'est la présence de cette tuyère réalisée immédiatement à proximité de la lamelle qui constitue un moyen accélérateur de l'ouverture du clapet. On notera que l'ouverture de la lamelle est réalisée uniquement grâce à l'énergie emmaqasinée par Je fluide au,fment de l'accélèration ce qui permet notamment de diminuer l'incidence de l'augmentation des pertes d(e clharqe. Bien entendu, les cl apets d'aspiration sont constitués de la même manriOre ute les clapets de refoulement, les coupelles étant cependant empilées dans le sens contraire à celui vu précedemment. - Lorsqu'ils seront utilisés en clapet d'aspiration, les clapets selon l'invention pré.renteront la possibilité de mettre le compresseur à la mise à vide, c'est-à-dire de le faire balayer sans compression. C'est un moyen de régulation. On se réfère aux figures 2, 3, 4 et 5. La coupelle (2) comporte une face supérieure (15) et une face inférieure (16) parallèles, annulaires, sur lesquelles débouche l'alésage (19) dont l'axe est confondu avec l'axe de la coupelle, et servant au centrage des coupelles par le corps de clapet (1). Sur la face supérieure (15) de chaque coupelle débouchent en outre les orifices (17) correspondant à la frontière, dans le clapet monté, entre les zones d'échappement (9) des tuyères (6) et la chambre d'échappement (11), comme visible sur la figure 1. Les orifices (17) des tuyères sont groupés par paires, chaque orifice d'une paire étant séparé de son voisin le plus proche par un élément de surface plane (20) formant un appui pour la lamelle en contact avec la face supérieure de la coupelle. Sur la face supérieure (15) de chaque coupelle débouchent également les orifices de fixation (21) des coupelles sur le corps de clapet (1), lesquels orifices ont leur axe parallèle à l'axe de l'alésage (19). Sur la face inférieure (16) de chaque coupelle débouchent égalemrent les orifices de fixation (21), rEéquli rererient répartis sur la surface annulaire de]a coupelle. Ainsi, chaque lamelle, fixée en trois points une coupell e infér ieure et hi une coupeli e supérieure, est encastrée et n'es fnt donc pas sujette au "phénomène de l'assiette". Par ai]ltirs, chaque orifice (21) est entouré d'un élément de surface plane (26), faisant partie de la face inférieure (16) Ide. la coupelIle et fbrmiant un appui pour la lanmelle en contact -v:ec cet te faee inférieure (J6) de la coupel]e. Selon les fiqures 3 et 5, cette face inférieure (16) présente en outre des cavités (22) et (23) communiquant entre elles par dessous un rebord annulaire (24), et limitées par les bords intérieur (27) et extérieur (28) de la face (16). Chaque groupe de cavités (22) et (23) est subdivisé en deux parties adjacentes, de part et d'autre d'un contrefort (25) faisant saillie par rapport aux cavités (22), (23) tout en ayant sa face coplanaire avec la face inférieure (16) de la coupelle. Par ailleurs, les cavités (23) dans la face inférieure (16) de la coupelle trouvent leur homologue dans la face supérieure sous forme d'un évidement (18) concentrique avec l'axe de la coupelle. Dans le clapet assemblé, ces - évidements (18) et cavités (23) se trouvent de part et d'autre de la lamelle, pouvant ainsi jouer le rôle de pièges à impuretés. En effet, les impuretés, telles que poussières, tombent dans les cavités (23) et évidements (18), permettant ainsi à la lamelle de venir en position fermée ou ouverte sans être entravée par des poussières. En outre, chaque cavité (22) communique avec la chambre d'échappement (11) du clapet par l'intermédiaire d'un ajutage (26) réalisé dans le bord cylindrique externe inférieur de la coupelle, comme visible à la fiqure 5. On se réfère à la fiqure 6. La lamelle intercalée entre deux coupelles superposées se compose d'un corps plat circulaire (30), présentant un slésage (19) et des orifices de fixation (21) de même que les coupelles, lesquels orifices servent au guidage des boulons de fixation (5)'. Ce corps (30) comporte des parties fixes et des parties mobiles. Les parties fixes sont constituées par le bord de l'alésage (19), les pattes de fixation (34) et les languettes de cloisonnement (33) alternant avec les pattes de fixation. Les parties mobiles sont constituées par des pétales (31) rigides, régulièrement disposés sur le pourtour de la lamelle, et reliés au corps (30) par de petits bras - flexibles et élastiques (32)également mobiles. Ces pétales (31), rigides mais mobiles très facilement élastiquement autour des bras (32), constituent les moyens obturateurs du clapet qui sont solidaires de la lamelle. Chaque pétale est séparé de son voisin par une partie fixe de la lamelle, à savoir alternativement une languette de cloisonnement (33) ou une patte de fixation (34) jouant également le rêle de languette de cloisonnement. Le fonctionnement du clapet conforme à l'invention et éclairé par la description ci-dessus est le suivant: au repos, chaque pétale (31) recouvre une paire de tuyères (17) de- façon à obturer le clapet. Au passage du fluide provenant de la chambre d'admission (10) à travers les tuyères (6), il y a accélération dudit fluide immédiatement if proximité des pétales (31). L'effet dynamique' ainsi obtenu sous forme d'énergie cinétique du fluide suffit, du fait de la gcirande flexihilité des bras (32) pour soulever rapidement les pétales (31) de la lamelle et les plaques contre les cavités de la coupelle située directement au-dessus- de la lamelle. Le mouvement de soulèvement des pétales provoque une compression du fluide contenu dans les cavités (22), qui s'échappe de ce fait par les ajutages (26). Paralblèlement à cette compression, il résulte que l'impoct d'ouverture (les pétales se trouve amorti par les cavités (22) jouant le rôle d'amortisseurs à air, ce qui a pour avantages de diminuer le bruit de fonctionnement du clapet ainsi que l'usure de la lamelle. Lorsque le flux de fluide incident cesse, les pétales retombent sur la coupelle inférieure, ramenés par le rappel élastique des bras (32). Cette retombée est facilitée par la présence des ajutaqes (26) qui, en autorisant la réintroduction de fluide dans les cavités (22), permettent d'éviter l'effet de succion qui retarderait la retombée des pétales et la fermeture du clapet. Il en résulte un fonctionnement rapide du clapet, d'autant plus rapide que seuls les pétales et les bras de masse très faible sont en mouvement. Par ailleurs, les pétales sont protégés de la rupture et d'une déformation excessive lors de l'impact de fermeture par les appuis intermédiaires (20) de l'a face supérieure (15) de la coupelle, et lors de l'impact d'ouverture par le rebord (24) situé sur la face inférieure (16) de la coupelle. En outre, la présence des languettes de cloisonnement (32) et des pattes de fixation (34) de la lamelle permet un fonctionnement synchrone des pétales de chaque 257278' lamelle, puisjue le fluide passant par deux tuyères différentes ne peut de la sorte interférer. La présence de l'évidement (18) de la face supérieure de la courielle et des cavités (23) de la face inférieure permet- de disposer de pièqes collectant les éventuelles poussières qui pourraient entraver le bon fonctionnement des bras et des pétales. L'Homme de l'Art déterminera les matériaux à employer et les dimensions à donner ', chaque élément du clapet conforme à la présente invention, afin d'obtepir les meilleurs résultats en termes d(le rapidité et de silence de fonctionnement, de pertes d(e charqes et de longévité du clapet. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et représenté mais s'étend au contraire à toutes variantes de formes, de dimensions et de matériaux ou de combinaison de ces divers éléments, sans pour autant s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Clapet i flux direct nolamment poutr compresseur, composé d'au moins une coupelle prse-ntant une zone d'admission et une zone d'échappement du fluide, lesdites coupelles étant séparées par des lamelles interpose.es entre ces coupelles, l'ensemble des lamelles et des coupelles étant fixé au corps du clapet, c a r a c t 6 r i s ê en ce qu'il comporte des moyens accélérateurs de l'ouverture et de la fermeture des zones d'admission et d'échappement du fluide. 2. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que lesdits moyens accélérateurs de l'ouverture et de la fermeture des zones d'admission et d'échappement du fluide coopéreht avec des moyens obturateurs solidaires des lamelles. 3. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que lesdits moyens accélérateurs de l'ouverture des zones d'admission et d'échappement du fluide sont des tuyères reliant les zones d'admission et les zones d'échappement. 4. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que lesdits moyens accélérateurs de la fermeture des zones d'admission et d'échappement du fluide sont des cavités aménagées dans chaque coupelle et coopérant avec des ajutaqes débouchant en dehors du clapet. 5. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait qu'une même coupelle accélèbre l'ouverture de la lamelle du dessus et accélère la fermeture de la lamelle du dessous. 6. Clapet de compresseur selon la revendication 1, 2572?783 i? c a r a c t é r i s ' par le fait que les coupelles comportent des moyens amortisseurs à air, ldu mouvement d'ouverture de la lamelle. 7. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t d r i s é par le fait nue lesdits moyens amortisseurs air sont des cavi tés amenaq6es dans chaque coupelle et coopérant avec des ajutanes dThouchant en dehors du clapet. 8. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s d par le fait que la coupelle présente sur ses faces supérieure et inférieure en contact avec des lamelles des pièges à impuretés telles que poussières. 9. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que lesdits pièges à impuretés sont des évidements concentriques à l'alésage du clapet situés sur la face supérieure de la coupelle, et des cavités situées sur la face inférieure de la coupelle. 10. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que la lamelle comprend des éléments fixes reliés à des éléments mobiles par des moyens élastiques. 11. Clapet de compresseur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que les lamelles comportent un corps fixe et des pétales rigides reliés audit corps par des bras flexibles et élastiques. 12. Clapet de compresseur sel]on la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait cue]les moyens obturateurs solidaires des lamelles sont les pétales rigides reliés au corps de la lamelle par des bras flexihbles et élastiques. 13. Clapet decompresseur selon la revendication 1, c a r a c t (' r i s e rw pI le ' ai - tw]]t! ' a;le sort t:( f r r; s deux à dFeux par d.es rit yeils P r;ej i rtpulnf:elFnt sOl i d!raires du corps de la lamrel le. 14. Clapret rieo ser.lt a:]r t l1 a rurvernii crat ior] c a r a c t é r i s é;,ar le fait (jue] lesdIits moyen, de cloisorrinemerit sont al ternriat Livr:enL des lirirtjltt( tes; o iClair se du corps de la lamelle et des patt.s le, fixatio, de la lamielle. 15. Clapet dte forlj r-sf.setr.;elon la revertilicat ion 1, c a r a c t é r i s é piar le Fait nue les rnoyens obtturateurs 11 sont protégés à l' encontre d'ilune d6formaliit ion excessive par la présence d'appuis intermédiaires) di:UpoFis sur la coupel le.