Brevet FR2576994A1 — publié le 19860808

- 1* - La présente invention concerne des dispositifs permettant de maîtriser les déplacements, mouvements ou vibrations indésirables au sein de systèmes mécaniques ou hydrauliques. L'invention s'applique en particulier à des étouffeurs ou dispositifs d'amortissement permettant de maîtriser le comportement oscillant instable ou "broutage"l au sein de soupapes de sûreté ou de contrôle, encore que l'invention s'avère applicable, de manière générale, au contrôle ou maîtrise de vibrations et d'autres mouvements indésirables, accélérations et déplacements imposés inclus, au sein d'appareillages mécaniques ou hydrauliques. Le phénomène de battement ou de broutage de soupapes peut être provoqué par n'importe lequel d'un grand nombre de facteurs (voir "Valve Selection Handbook" R.W. Zappe, page 177 - Manuel de Sélection des Valves) et demeure aujourd'hui un problème permanent. La technique actuelle consiste à tenter de réduire la possibilité de broutage en modifiant les caractéristiques du système, plutôt que d'utiliser une valve conçue de manière à atténuer le problème. L'inventeur n'a connaissance que de deux propositions relatives àdes soupapes prétendues "anti-broutage!'. Toutes deux se basent sur la théorie qu'un frottement sur la tige de soupape devrait en principe réduire la probabilité d'un mouvement indésirable de la tige. Dans un cas, le frottement sur la tige de soupape est assuré au moyen d'un joint élastomère soûmis à la pression du liquide dans le corps de soupape. Dans l'autre cas, le frottement sur la tige de soupape est assuré au moyen d'une bague de friction, laquelle est soumise à la pression d'un ressort précontraint. Dans les deux cas, le principal désavantage de ces arrangements en est l'usure, laquelle provoque des changements au niveau des caractéristiques de résistance, et nécessite dès lors une maintenance, et suscite la contamination de la tige de soupape ou de l'élément de friction, par des corps étrangers, de sorte que ces arrangements ne peuvent être considérés comme fiables en tant que dispositifs destinés à prévenir le broutage. L'inventeur doute que la théorie puisse être mise en pratique et n'a connaissance d'aucune application commerciale de la première soupape mentionnée. La deuxième soupape a été vendue commercialement, mais ne s'est pas avérée satisfaisante en tant que dispositif destiné à empêcher le broutage. L'objet de la présente invention est de fournir un dispositif permettant de réduire, de manière fiable, les mouvements indésirables au sein de systèmes mécaniques ou hydrauliques, et ne présentant pas les désavantages exposés ci-avant. L'invention fournit un dispositif permettant de maîtriser les mouvements ou déplacements indésirables, comportant une paire de chambres étanches contenant un fluide; chacune desdites chambres possédant des parois en bout et des parois latérales, lesdites parois latérales étant flexibles dans un sens afin de permettre un mouvement relatif entre les parois en bout respectives desdites chambres et de provoquer un changement correspondant du volume de chacune des chambres;une communication entre lesdites chambres de manière à permettre le passage du fluide d'une chambre à l'autre; ainsi qu'un système permettant d'appliquer une force ou un mouvement imposé à au moins une des parois en bout, de manière à provoquer un changement du volume d'une des chambres et un déplacement du fluide de la chambre en question vers l'autre chambre. Au fur et à mesure que la force ou mouvement imposé provoque le déplacement du fluide d'une chambre vers l'autre, la différence de pression entre les chambres s'oppose à la force ou au mouvement imposé. La résistance caractéristique du dispositif peut être modifiée en changeant les dimensions des chambres ou les dimensions du passage permettant le déplacement du fluide d'une chambre à l'autre. I1 est également possible de modifier la résistance caractéristique du dispositif en changeant les o.. caractéristiques du fluide. Par exemple, le fait de changer la densité, la viscosité et la compressibilité du fluide permet de modifier la résistance caractéristique vis-à-vis d'accélérations, de vélocités et de déplacements imposés. Les chambres sont, de préférence, essentiellement cylindriques et les parois latérales sont flexibles dans le sens axial et substantielle- ment inflexibles dans le sens circonférentiel. Vu l'inflexibilité essentiellement circonférentielle des parois latérales, une extension ou compression axiale des chambres provoque un changement du volume interne, lequel provoque à son tour le déplacement d'un volume équivalent de fluide d'une chambre vers l'autre chambre. Les parois latérales des chambres peuvent avoir la forme de soufflets convolutés réalisés en acier inoxydable ou dans une autre matière non corrosive ayant les propriétés de résistance requises. Les caractéristiques des soufflets sont déterminées principalement par la force imposée à appliquer au dispositif, par la déformation axiale maximum et minimum attendue de la paroi, par la pression maximum et minimum souhaitée au sein des chambres, par le nombre de cycles de pression et de déplacement envisagés et par la nature du fluide destiné à être utilisé. Des structures présentement préférées de l'invention sont décrites par la suite en se référant aux schémaslo il est représenté: Figures 1 à 3: diverses configurations schématisées de l'étouffeur -3- ou dispositif d'amortissement conforme à l'invention, Figure 4: une configuration préférée du dispositif fixé à la tige de soupape d'une soupape de sûreté type, et Figure 5: une autre configuration préférée d'étouffeur ou dispositif d'amortissement. En se référant premièrement à la configuration de l'étouffeur ou dispositif d'amortissement représenté schématiquement à la figure 1 des schémas, l'étouffeur comprend une partie 1 en forme de canette ou de bobine définissant une paroi en bout 2, un axe central 3 et une paroi en bout 4. Une paroi en bout centrale commune 5 est positionnée de manière coulissante sur l'axe 3. Les parois en bout 2 et 4 et la paroi en bout centrale 5 sont respectivement reliées par des parois latérales 6 et 7 de manière à-définir des chambres fermées 8 et 9. Dans la structure représentée, les parois latérales 6 et 7 ont chacune la forme d'un soufflet convoluté en acier inoxydable ou autre dispositif approprié flexible dans le sens axial, mais substantiellement rigide dans le sens circonférentiel. La paroi en bout centrale commune 5 possède deux passages 10 et 11 de manière à ce que le fluide (par exemple de l'huile minérale) contenu dans les chambres 8 et 9 puisse s'écouler entre les chambres. Une force ou un mouvement imposé, représenté par les flèches, exercé sur la paroi en bout centrale 5 provoque le déplacement de cette paroi 5 dans un sens ou dans l'autre.et le fluide au sein d'une des chambres 8 et 9 est déplacé vers la chambre opposée, de sorte que la différence de pression obtenue entre les chambres 8 et 9 s'oppose à la force ou au mouvement imposé. Dans l'étouffeur illustré à la figure 2 des schémas, une paroi en bout commune 12 supporte une tige verticale 13, laquelle supporte à son tour, par l'intermédiaire d'un tourillon, un levier 21 auquel des parois en bout 14 et 15 sont fixées de manière à y pivoter. Des parois latérales 16 et 17 relient les parois en bout 14 et 15 et la paroi en bout commune 12 de manière à former des chambres 18 et 19. La paroi en bout commune 12 comporte un passage 20 destiné au fluide, ledit passage 20 débouchant dans chacune des chambres 18 et 19. Une force ou un mouvement impose., représenté par les flèches, exercé sur le levier articulé 21 contraint le fluide contenu au sein d'une des chambres18 ou 19 de se déplacer vers l'autre chambre, de sorte que la différence de pression obtenue entre les chambres 18 et 19 s'oppose à la force ou au souvement impose. Dans l'étoufFeur illustré à la figure 3 des schémas, les -aúois on bout 22 et 23 sont reliées per un conduit 24 L"es Parois eu bout 25 et c6 e-*;iie$ a: ':arni il bout 22 et 23 par des parois]atérales 27 et :'.3 *9e 3 -'rj a 1ormer des chamb es 29 et 30. Une L orce ifoce pose: présenté par les flèches, exercée sur une des parois en bout 25 ou 26 contraint le fluide contenu au sein d'une des chambres 29 ou 30 de se déplacer vers l'autre chambre, comme dans les structures qui précèdent. En raison de sa simplicité de construction et de sa propension à réaliser l'amortissement de soupapes, l'étouffeur représenté à la figure 1 est préféré pour assurer cette fonction, et un montage type permettant de relier l'étouffeur à une soupape de sûreté du type connu est représenté à la figure 4 des schémas. Dans ce montage, la structure de l'étouffeur est logée dans une enceinte 31 à laquelle la paroi en bout commune 5 est fixée de manière rigide au moyen d'une soudure ou autre moyen similaire. L' enceinte ou logement 31 est fixé au sommet de-la soupape de sûreté 32 de structure connue, dont une partie uniquement est représentée à la figure, et la partie inférieure de l'axe 3 est bifurquée (divisée en deux) afin de permettre la fixation de l'axe 3 à la partie supérieure de la tige 33 d'une soupape de sûreté 32, par exemple au moyen d'une goupille fendue comme illustré. Les parois en bout 2 et 4 sont soudées à l'axe 3 et le passage 11 dans la paroi en bout commune 5, lequel est destiné au fluide, est formé par un tube dont les extrémités sont évasées. Les soufflets convolutés 6 et 7 en acier inoxydable sont reliés de manière étanche aux parois en bout 2 et 4 et à la paroi en bout commune 5 au moyen d'une soudure ou autre moyen conforme aux usages ou aux normes du fabricant des soufflets. De par cet arrangement, le moindre mouvement de la tige 33 de soupape, causé par le fonctionnement de la soupape de sûreté 32, provoque le déplacement des parois en bout 2 et 4 par rapport à la paroi en bout commune 5. Il en résulte que le fluide est déplacé d'une des chambres 8 ou 9 vers l'autre chambre, de telle sorte que le mouvement de la tige 33 de soupape est amorti. Dans la structure illustrée de l'étouffeur, les soufflets 6 et 7 sont de préférence conçus conformément aux normes de l'Expansion Joint Manufacturers Association des Etats-Unis (Association des Fabricants de Joints de dilatation), de manière à correspondre aux pressions et déformations requises. Un amortissement de l'ordre de 10 N.m. s, par exemple, nécessaire pour empêcher le broutage d'une valve ayant un orifice du type "3", avec une pression définie de 1.0 MPa et une "chasse" de 10 X, située sur un vase de 10 m' contenant de l'air à 20 C. Un tel arrangement aurait un déplace- ment de 5 mm, une pression de l'ordre de 100 KPa; les parois étant conçues pour des cycles de déplacement et pression combinés de 106. Le diamètre de l'orifice Il au sein de la paroi en bout commune 5 ne devrait pas dépasser de plus de 0,10 mm le diamètre de la tige C. Dans cette structure ou configuration, le passage entre les chambres est formé 4 par un tube de diamètre intérieur d'environ 3,5 mm, de 50 mm de longueur et dont les extrémités sont évasées, comme illustré. Le fluide utilisé est de préférence une huile minérale dont la viscosité dynamique est de 0.16 N.s.m2 Pour une soupape possédant les caractéristiques énoncées ci-avant, les parois en bout 2 et 4 doivent avoir un diamètre d'environ 80 mm et les soufflets 6 et 7 doivent avoir une longueur d'environ 93,5 mm. Toutes les matières- utilisées sont de préférence en acier inoxydable 316. En se référant à présent à la figure 5 des schémas, une structure préférée d'étouffeur du type illustré à la figure 3 des schémas sera maintenant décrite. Dans cet arrangement, un passage externe destiné au fluide est formé par un tube 40 fixé à des raccords traversant les-parois en bout 41 et 42. Comme dans les étouffeurs qui précèdent, des soufflets ou diaphragmes convolutés 43 et 44 relient les parois en bout 41 et 42 et la paroi en bout commune 45. Une patte de fixation 46 est fixée sur la paroi en bout 41 et une patte de fixation du type ouvert est fixée à la paroi en bout commune 45. Une plaque d'écartement 49 maintient les parois en bout 41 et 42 à distance l'une de l'autre, selon un écart prédéfini, de manière à ce que la paroi en bout commune 45 puisse se déplacer à travers la patte de fixation 47 en vue d'étouffer les mouvements de l'élément solidaire de ladite patte de fixation 47. Une résistance à fluide 48 amovible est positionnée dans le tube 40 et permet de faire varier les propriétés d'amortissement du dispositif. L'étouffeur ou dispositif d'amortissement réalisé suivant la présente invention offre les avantages suivants: (a) Il n'y a pas de joints mécaniques. (b) Il n'existe aucun passage susceptible de présenter une fuite du fluide contenu dans le dispositif d'amortissement; par conséquent, le risque de perte de fluide est éliminé et toute contamination de l'environne- ment est impossible. Inversément, l'environnement ne peut contaminer le fluide. Le dispositif peut dès lors fonctionner dans des environnements sensibles ou dans des milieux dégradants. (c) Un contact entre les parties mobiles n'est nullement requis. Par conséquent, l'usure est minime et la maintenance est nulle. (d) L'usure minime permet d'assurer la longévité du dispositif et le maintien précis des caractéristiques de résistance. (e) Aucun réservoir de fluide extérieur n'est nécessaire. Il y a également lieu de préciser, bien que la structure de l'étouffeur illustré à la figure 2 des schémas soit celle présentement préférée pour la soupape de sûreté illustrée, que d'autres configurations peuient être utiliséesen vue de l'ohtention de résultats similaires. Oe même, les chambres peuvent être disposées suivant de nombreuses configurations autres que celles illustrées à l'aide des schémas, de sorte que l'invention ne peut être considérée comme étant limitée aux configurations illustrées dans la présente. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de maîtriser des mouvements ou des déplacements indésirables, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de chambres (8,9; 18,19;28,29) étanches contenant un fluide; chacune desdites chambres possédant des parois en bout (2,4,5; 12,14,15;22,23,25,26) et des parois latérales (6,7;16,17;27,28), lesdites parois latérales (6,7;16,17;27,28) étantflexibles dans un sens afin de permettre un mouvement relatif entre les parois en bout (2,4,5;12,14,15;22,23,25,26) respectives desdites cham- bres (8,9;18,19;28,29) et de provoquer un changement correspon- dant du volume de chacune des chambres (8,9;18,19;28,29); une communication (10,11;20,24) entre les chambres (8,9;18,19;28,29) de manière à permettre le passage du fluide d'une chambre à l'autre; ainsi qu'un système (3,13,21; 46,47) permettant d'appliquer une force ou un mouvement imposé à au moins une des parois en bout (2,4,5; 12,14,15;22,23,25,26), de manière à provoquer un change- ment du volume d'une des chambres (8,9;18,19;28,29) et un déplace- ment du fluide de la chambre (8,9;18,19;28,29) en question vers l'autre chambre (8,9;18,19;28,29)o 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites parois latérales (6,7;16,17;27,28) sont substantiellement cylindriques et flexibles dans le sens axial, et substantiellement inflexibles ou rigides dans le sens circonférentiel. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites parois latérales sont des soufflets convolutés (6,7;16,17; 27,28) réalisés dans une matière non corrosive, comme par exemple de l'acier inoxydable, ayant la résistance requise. 4. Dispositif permettant de maîtriser des mouvements ou des déplacements indésirables, caractérisé en ce qu'il comporte des parois en bout (2,24; 14,i5) séparées et une paroi en bout (5,12) commune, des soufflets convolutés (6,7;16,17;27,28) fixés a cha- cune des parois en bout (2,24914,25) et à ladite paroi en bout (5;12) commune de manière à définir une paire de chambres (8,9; 1$819) éeanches contenant un fluide; iesdita scuff.te tz .. ç . ex^l > u.b.ef a ln un:3ens et substaetieli eet n-..CLMF: flexibles ou rigides dans l'autre sens afin de permettre un mouve- ment relatif entre lesdites parois en bout (2,24;14,25) et ladite paroi en bout (5;12) commune; un passage (10,11;20) dans ladite paroi en bout (5;12) commune débouchant dans chacune desdites chambres (8,9;18,19) de manière à permettre au fluide de passer d'une chambre à l'autre; ainsi qu'un système permettant d'appli- quer une force ou un mouvement imposé à au moins une desdites parois en bout (2,24,14,25) ou à ladite paroi commune (5;12), de manière à allonger ou comprimer axialement lesdites chambres (8,9;18,19), en vue de modifier le volume desdites chambres (8,9;18,19) et de provoquer le déplacement, d'une chambre vers l'autre, d'un volume équivalent de fluide. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites parois en bout (2,4) sont reliées de manière rigide, en étant à distance l'une de l'autre, à un axe ou à une tige (3) centrale; ladite paroi commune (5) étant située entre lesdites parois en bout (2,4) et possédant une ouverture centrale à tra- vers laquelle l'axe ou la tige centrale (3) passe. 6. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ladite paroi en bout (12) commune forme une assise sur laquelle lesdits soufflets (16,17) sont installés c8te à c8te; lesdites parois en bout (14, 15) étant reliées par un levier articulé (21) sur lequel la force ou le mouvement imposé est exercé. 7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite paroi en bout (5) commune est fixée de manière rigide à une enceinte ou à un logement (31) contenant ledit dispositif; ladite force ou ledit mouvement imposé étant exercé sur ledit axe ou ladite tige centrale (3). 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le passage pour le fluide est formé par un tube (11) possédant des extrémités évasées. 9. Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit passage pour le fluide est constitué par un tuyau (40) extérieur relié à des orifices dans les parois en bout (41, 42) correspondantes desdites chambres; ledit tuyau comprenant une résistance à fluide (48) réalisant le contrôle imposé par ledit dispositif.