Brevet FR2605706A1 — publié le 19880429

La présente invention se rapporte à une valve de régulation de la pression qui comprend un bottier, un siège de valve, un élément de fermeture de valve, constitué par une bille et sollicité par un ressort de valve dans le sens de la fermeture, et qui commande la communication entre une entrée et une sortie de fluide de pression, On utilise des valves de ce genre dans les val- ves à pression différentielle, les valves de surpression, les valves antiretour et les valves de raccordement. Par exemple, le document DE-A-23 53 929 décrit une valve an- ti-retour de ce genre équipée d'un ensemble bille-ressort. Un inconvénient de ces dispositifs réside en ce que, en raison d'un guidage insuffisant, il se produit des vibra- tions de la bille dans les directions axiale et radiale après que la bille ait été soulevée de son s!ége. Ces vibrations engendrent un bruit considérable et elles ap- paraissent en particulier dans le cas de grands débits et/ou de grandes différences de pression. On peut remar- quer une apparition de bruit particulièrement désagréa- ble dans le cas de ce qu'on appelle les valves de réali- mentation, c'est-à-dire des valves qui s'ouvrent et se ferment à fréquence élevée. Le montage éventuel de ron- delles ou manchons amortisseurs entre la bille et le ressort de la valve modifie la pression d'ouverture de la valve, par accroissement de la précontrainte du res- sort de la valve, et de cette façon, la fiabilité du fonctionnement de la valve est réduite alors même que l'ef- fet de réduction du niv-eau de bruit n'est pas satisfaisant. Un but de l'invention est donc de réaliser une valve de régulation de la pression du type considéré qui se distingue par une production de bruit minime et dont la fabrication soit simple et économique, Selon l'invention, ce problème est résolu par une valve du type défini plus haut, caractérisé en ce que l'élément de fermeture de la valve est au moins partielle- ment entouré d'un élément de guidage qui est également chargé dans le sens de la fermeture par un deuxième res- sort, Selon cette caractéristique, il est possible d'éviter, grâce au guidage de la bille, les vibrations de cette bille dans les directions axiale et radiale. Une forme particulièrement avantageuse de réa- lisation de l'invention est celle dans laquelle l'élément de Éuidage présente la configuration d'un manchon de gui- dage qui est maintenu contre un épaulement par le deuxième ressort, lorsque la valve est fermée, et.qui présente, sur son côté intérieur, une butée qui limite le jeu axial de l'élément de fermeture de la valve dans le sens de l'ou- verture. Cette caractéristique permet d'arrêter la bille de la valve de façon amortie après qu'elle ait été soule- vée de son siège sans modifier la caractéristique de la valve, Une autre forme avantageuse de réalisation de l'invention vise à agir dans le même sens, Dans cette for- me de réalisation, le deuxième ressort possède une cons- tante élastique très supérieure à celle du ressort de la valve, les mesures visant à réduire le niveau acoustique n'altérant pas la pression d'ouverture ni la fiabilité du fonctionnement de la valve, On peut obtenir un guidage radial précis du res- sort de la valve, grâce auq uel le ressort ne peut plus flamber et qui assure une stabilisation de la pression d'ouverture, lorsque le deuxième ressort et l'élément de guidage entourent extérieurement le ressort de la valve. Pour réduire les influences de l'écoulement du fluide sur l'élément de fermeture de la valve, il est avanta- geux de prévoir des rainures axiales sur la paroi inter- ne du manchon de guidage. Ce résultat peut également être obtenu si le manchon de guidage possède extérieurement une section polygonale dont les arêtes s'ajustent dans le perçage correspondant, Lorsque le manchon de guidage ne présente pas de rainures axiales internes mais possède une section ex- térieure polygonale, il est nécessaire de prévoir une gorge transversale sur la face de butée qui fait face à l'élément de fermeture de la valve, afin d'assurer à tout moment l'écoulement du fluide sous pression. En outre, le fait que le ressort de la valve et le deuxième ressort peuvent être disposés en parallèle en- tre eux ou l'un à la suite de l'autre représente un avan- tage particulier. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, dans lesquels: - la figure 1 représente une forme avantageuse de réa- lisation de l'invention, donnée à propos d'une valve à pression différentielle; et - la Figure 2 représente un détail de la valve à pres- sion différentielle équipée d'un autre mécanisme de valve. Aux deux Figures, les éléments analogues ou équi- valents sont désignés par les mêmes chiffres de référence. La valve à pression différentielle représentée à la Figure 1 comprend un bottier 1 présentant un alésage central togé. A l'opposé d'une sortie 30, du côté de l'en- trée 4, est monté un fourreau intérieur 18 de forme étagée qui est serti dans le bottier, L'insert 18 présente, sur sa surface externe, des gorges et collerettes annulaires périphériques, qui servent à recevoir un joint torique 31, qui assure la fonction de joint d'étanchéité entre le boî- tier 1 et l'insert 18 à proximité du sertissage, et une coupelle de compensation 32 placée un peu plus profondé- ment à l'intérieur de l'alésage entre le boîtier 1 et l'insert 18. En outre, l'insert 18 serti dans le boîtier possède une butée annulaire 2 qui fait saillie radialement vers l'intérieur dans l'alésage central. Contre cette bu- tée 2 prend appui un siège de valve 3 qui est serti de ma- nière étanche à la pression dans l'insert 18, d'une façon connue. Le siège de valve, dont l'extrémité en forme de collerette est dirigée vers l'entrée 4, fait saillie axia- lement au-delà de la butée 2, par son autre extrémité qui comporte une surface de portée étanche 15, La coupelle de compensation 32 et le siège de valve 3 sont situés à peu près dans un même plan radial. Un perçage transversal 33 est prévu entre le joint tori- que 31 et la coupelle de compensation 32 et traverse ra- dialement l'insert 18. Le piston 5 est monté mobile en coulissement axial dans l'alésage central, entre une par- tie rétrécie 34 de l'alésage centre et le siège, 3 de la valve. Le piston 5 présente un perçage central axial tra- versant 37 et il constitue un piston différentiel sensi- ble à une différence de pression. A cet effet, son extré- mité tournée vers la sortie 30 présente une plus grande surface soumise à la pression que l'extrémité qui est tournée vers l'entrée 4 et vers le siège de valve 3. La partie du piston 5 qui présente un plus grand diamètre est montée de manière étanche dans le bottier 1 au moyen d'une coupelle 35 logée dans une gorge correspondante. La région de petit diamètre du piston 5 est enfilée à travers une bague 38 dont le bord extérieur est appuyé contre une butée venue de matière avec le boîtier, et à travers une coupelle 36 qui est en appui contre la ba- gue 38 et assure une fonction d'étanchéité entre l'alé- sage central et le piston 5, Une cloche de portée de ressort 6 est montée autour de l'extrémité du piston 5 qui est tournée vers l'entrée 4. Au niveau de son bord extérieur, cette cloche de ressort 6 présente un épaulement qui centre et fixe un ressort de compression 7 sur sa sur- face externe. Ce ressort de compression 7 prend appui lui- même sur la cloche de ressort 6, d'un côté, tandis que, de l'autre côté, il prend appui sur l'insert 18. Un perça- ge 8 est ménagé dans le fond de la cloche 6, Ce perçage 8 est concentrique au perçage traversant 37 du piston 5, Des fentes 9 dirigées radialement vers l'extérieur sont pré- vues sur la circonférence de ce perçage, Le perçage 8 pos- sède un plus petit diamètre que l'élément de fermeture 10 de la valve qui est constitué par une bille, L'élément de guidage 12 en forme de manchon est guidé avec possibilité de translation axiale dans la région du perçage traversant 37 qui présente un plus grand diamètre et qui est sollici- tée vers le siège 3 de la valve. Cet élément de guidage 12 est chargé par un deuxième ressort 14, lequel prend appui contre une butée solidaire du piston, ménagée dans le per- çage traversant 37, et ce ressort 14 sollicite l'élément de guidage 12 dans le sens de la fermeture et presse cet élément contre une butée 20, A l'intérieur de l'élément de guidage 12, se trouve l'élément de fermeture 10 de la val- ve qui est chargé par le ressort de valve 11, lequel prend appui sur un épaulement formé à l'intérieur de l'élément de guidage 12, Sous l'effet de cette sollicitation, l'élé- ment de fermeture 10 de la valve bute contre le perçage 8 de la cloche de ressort 6 lorsque le fluide de pression n'est pas sous pression, Un perçage transversal 22 est pré- vu dans le piston, à peu près au droit du bord extérieur de la cloche de ressort 6, Entre ce perçage transversal 22 et la coupelle 36, le piston est entouré avec jeu par une virole 39, qui constitue un élément facilitant le mon- tage. La surface cylindrique de cette virole 39 s'étend le long de l'alésage central jusqu'à l'insert 18. Entre les deux coupelles 35 et 36, se trouve un espace ne contenant pas de fluide de pression, et auquel est raccordé un perçage de fuite., ce dernier étant isolé de l'atmosphère au moyen d'une bague d'étanchéité 40, Ce perçage de fuite permet de vérifier l'étanchéité des deux coupelles. On décrira maintenant le mode de fonctionnement de la valve de régulation de pression et, plus particuliè- os05 rement, celui de l'agencement de l'élément de fermeture de valve. Dans l'état sans pression, la valve à pression différentielle se trouve dans la position représentée. Lorsqu'on a atteint une certaine pression, dite pression de commutation, le piston 5 se déplace à l'encontre de la force du ressort de compression 7 jusqu'à arriver en bu- tée. L'élément de fermeture 10 de la valve vient alors s'appliquer sur le siège de valve 3 et interrompt la com- munication entre l'entrée 4 et la sortie 30. Du côté de la sortie, la pression reste maintenant constante jusqu'à ce que la pression d'entrée soit devenue supérieure à la pression différentielle dont la valeur est déterminée par le ressort de valve. Lorsque la pression continue de s'é- lever, cette différence de pression reste maintenue en permanence entre l'entrée et la sortie, le piston 5 res- tant dans sa position en butée. Seul l'élément de ferme- ture 10 se déplace en succession rapide en s'ouvrant et se fermant alternativement. Pendant cette action dite d'équilibrage, les bruits provoqués par la vibration sont évités par le fait que les deux ressorts 14 et 11 sont disposés l'un à la suite de l'autre, ainsi que par le fait que l'élément de ferme- ture 10 de la valve est arrêté de manière élastique et est guidé dans les directions axiale et radiale. En présence d'une chute de la pression à l'en- trée, le piston 5 reste initialement dans la position qu'il avait prise précédemment. La chute de la pression est rendue possible grâce à l'écoulement du fluide à travers la coupelle de compensation 32, le fluide retour- nant à l'entrée 4 en passant par le perçage transversal 33. Ce n'est que lorsqu'on a atteint de nouveau à peu près la pression de commutation, sous l'effet de la con- pensation, la1 pression atteinte étant quelque peu inférieu- re à 1a pression de commutation, en raison des pertes de charge par frottement dans les coupelles, que le ressort de compression 7 repousse le piston 5 contre la partie ré- trécie 34, en libérant ainsi à nouveau le siège 3 de la valve. La Fig. 2 montre un détail concernant le méca- nisme de bille-ressort d'une valve à pressDion différen- tielle selon la Fig. 1. L'insert 18r qui est rigidement solidaire du bottier, présente une butée circonférentielle annulaire 2 qui fait saillie dans l'alésage central. Le siège 3 de la valve est en appui contre cette butée 2 et, d'une façon connue, il est serti de manière étanche dans l'insert 18, qui est lui-même solidaire du boîtier, A son autre extrémité, qui présente la surface de portée étanche , le siège de valve, dont l'extrémité formant collerette et tournée vers l'entrée 4, fait saillie axialement dans l'alésage central au-delà de la butée 2. Le piston 5 et la cloche de re3sort 6 disposéSe autour de l'extrémité du piston 5 qui est tournée vers l'entrée, sont montés mobiles dans l'alésage central du boîtier. Le piston 5 constitue un piston différentiel et il possède une surface efficace chargée par la pression, plus grande à son extrémité, non représentée, tournée vers la sortie qu'à son extrémité tournée vers l'entrée. La cloche de ressort 6 présente, le long de son bord ex- térieur, un bord rabattu qui centre et fixe le ressort de compression 7 extérieurement. Ce ressort de compres- sion 7 prend appui, d'une part, sur la cloche de ressort 6 et, d'autre part, sur l'insert 18. Un perçage 8 est mé- nagé dans le fond de la cloche de ressort 6. Des fentes 9 dirigées radialement vers l'extérieur sont prévues à la circonférence de ce perçage. Le perçage 8 possède un dia- mètre plus petit que celui de l'élément de fermeture 10 de la valve constitué pAr une Lille, Une tige 25 de cen- trage du ressort est sertie dans le piston 5 qui présente la forme d'un cyclindre creux, ce sertissage étant réali- s6 de manière à permettre un passage libre du fluide de pression. L'extrémité de la tige 25 de centrage du ressort qui est tournée vers l'entrée 4 et vers l'élément de fer- meture 10 de la valve présente la forme d'un poussoir 24 de diamètre réduit et muni d'une extrémité arrondie, Le ressort 11 de la valve prend appui à l'épaulement formé au point de transition, l'autre extrémité de ce ressort de valve 11 agissant sur l'élément de fermeture 10. Sous l'effet de cette sollicitation, l'élément de fermeture 10 de la valve est en butée contre le perçage 8 de la cloche de ressort 6 lorsque la valve de régulation de la pression n'est pas sous pression, L'élément de fer- meture 10 de la valve et le ressort 11 sont partiellement entourés par l'élément de guidage 12 en forme de manchon -qui est interposé entre ces deux éléments et le piston 5, Dans l'état sans pression de la valve, la force d'un deu- xième ressort 14 maintient l'élément de fermeture 10 de la valve et le ressort de valve 11 en appui contre la butée formée par la partie fendue du fond de la cloche de ressort 6. Pour cela, le deuxième ressort 14 est disposé, avec précontrainte, entre une rondelle d'appui 23 et la face avant de l'élément de guidage 12 qui est à l'opposé de l'élément de fermeture 10, Avec cette disposition, la distance entre la rondelle de retenue 23 et l'élément de guidage 12 est choisie de manière à faire en sorte que le deuxième ressort 14 entoure extérieurement à la fois le ressort 11 de la valve et la partie de grand diamètre de la tige 25 de centrage du ressort. L'élément de guidage présente une surface 16 de plus grand diamètre qui cor- respond approximativement au diamètre de l'élément de fer- meture 10 de la valve, ce diamètre agrandi étant pryévu à l'extrémité dirigée vers l'entrée. Le diamètre intérieur de l'élément de guidage 12 diminue jusqu'à une dimension qui correspond approximativement au diamètre extérieur du ressort 11 de la valve en formantun chanfrein qui sert en outre de butée 13. Un certain jeu axial est prévu entre la butée 13 et l'élément de fermeture 10 de la valve lorsque cet élé- ment est en appui sur le perçage 8 sous l'effet du ressort 11 de la valve, Plusieurs rainures axiales 17 réparties circonférentiellement, sont ménagées dans la face interne de l'élément de guidage 12. On donnera, ci-après, une explication du mode de fonctionnement du mécanisme ressort-bille. - Dans l'état sans pression, la valve de régulation de la pression se trouve dans la position représehtée par le détail illustré à la Fig. 2. Etant donné que le piston 5 constitue un piston différentiel, ce piston 5 se déplace à l'encontre de la force du ressort de compression 7, en se rapprochant du siège de la valve, lorsque la pression s'é- lève, et ceci jusqu'à ce que le fond de la cloche de res- sort 6 vienne en butée contre le siège 3 de la valve. Avant môme que la cloche de ressort 6 n'atteigne le siège 3 de la valve, l'élément de fermeture 10 de la valve, chargé par le ressort 11 de la valve, est pressé contre la surface de por- tée étanche 15. Le torage de ressort de compression déter- mine la pression de commutation pour laquelle la valve éta- blit la différence de pression déterminée par le ressort 11 de la valve, En réponse à un nouvel accroissement de la pres- sion, le piston 5 reste dans sa position et seul l'élément de fermeture 10 de la valve se déplace en sucession rapide, en ouvrant et en fermant alternativement le passage à tra- vers le siège 3 de la valve. Pour ouvrir le passage du siège 3 de la valve, il faut que la force qui agit sur l'élément de fermeture 10 et qui résulte de la pression d'entrée excède la résultante des forces dues à la pres- sion de sortie et au ressort 11 de la valve, qui sollici- tent l'élément de fermeture 10 dans le sens de la ferretu- re, Pour éviter les vibrations indésirables de l'élé- ment de fermeture 10 pendant cette opération de régulation, vibrations que l'on appelle phase d'équilibrage, l'élément de fermeture 10 de la yalye est guidé dans les directions axiale et radiale à l'intérieur de l'élément de guidage 12, Ces vibrations indésirables résultent de conditions hydrodynamiques instables dans la région de la bille de la valve, Lorsqu'on a atteint la pression de commutation, le fait que le passage à travers le siège 3 de la valve a un diamètre inférieur à celui du perçage 8 a pour effet que l'élément de fermeture 10 de la valve s'appui sur la surface de portée étanche 15 avant que le fond de la clo- che de ressort 6 ne vienne buter contre le siège 3, Lors- qu'on a atteint la pression différentielle, la cloche de ressort 6, l'élément de guidage 12 et le piston 5 se dépla- cent jusqu'à ce qu'ils viennent en butée contre le siège 3 de la valve. Le jeu axial entre la butée 13 et l'élément de fermeture 10 de la valve est prévu de façon 'à ne pas gêner ce mouvement. Le deuxième ressort 14 possède une constante élastique qui est nettement plus élevée que celle du res- sort 11 de la valve, de manière à ne pas avoir d'influen- ce sur la pression différentielle fixée par le ressort 11 de la valve. Dans le cas de fortes vibrations de l'élément de fermeture 10 de la valve, dues à un débit plus rapide et plus fort du fluide pendant ou après l'action dite d'équilibrage, l'élément de fermeture 10 de la valve est dans chaque cas arrêté de façon amortie, et guidé aussi bien axialement que radialement, par l'élément de guidage 12. De cette façon, les vibrations de l'élément de ferme- ture 10 de la valve qui conduiraient à une production de bruit considérable sont supprimées, sans que le fonction- nement de la valve ne soit modifié. Les rainures axiales 17 sont prévues de manière à maintenir un passage d'écoulement libre dans la région de la butée 13 lorsque l'élément de fermeture 10 de la valve est en butée. Dans une forme non représentée de ré- alisation de l'invention, l'élément de guidage possède une section polygonale dont la dimension entre arêtes s'ajuste dans le perçage correspondant. Le fait que le ressort de la valve est entouré par la région de diamètre réduit de l'élément de guidage 12 évite que le ressort de la valve ne flambe ou ne flé- chisse. De cette façon, la pression différentielle de la valve est maintenue avec plus de précisions En plus de la réduction du bruit, il est encore possible de fixer libre- ment le rapport ressort/masse de la valve, grace au fait que l'élément de guidage 12 et que le deuxième ressort 14 n'assurent qu'une fonction d'arrêt souple ou amorti lors- que l'élément de fermeture de la valve a parcouru une certaine course d'ouverture, qui est elle-même prédétermi- née par le jeu axial entre la butée 13 et l'élément de fermeture de la valve. Dans une forme non représentée de réalisation de cette invention, selon la Fig. 2, une gorge périphéri- que annulaire est prévue sur la face frontale de l'élé- ment de guidage 12 qui est tournée vers le deuxième res- sort 14, de sorte que cette gorge guide radialement le deuxième ressort 14. REVENDICATIONS 1, Valve de régulation de la pression, comprenant un bottier, un siège de valve, un élément de fermeture de valve, qui est constitué par une bille et sollicité par un ressort de valve dans le sens de la fermeture et qui com- mande la communication entre une entrée et une sortie de fluide de pression, caractérisée en ce que l'élément de fermeture (10) de la valve est au moins partiellement en- touré d'un élément de guidage (12), qui est sollicité, lui aussi dans le sens de la fermeture, par un deuxième ressort (14). 2. Valve de régulation de la pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de gui- d:e (12) est constitué par un manchon de guidage qui est maintenu contre un épaulement (20) au moyen du deuxième ressort (14) lorsque la valve est fermée et qui présente intérieurement une butée (13) qui limite le jeu axial de l'élément de fermeture (10) de la valve dans le sens de l'ouverture. 3. Valve de régulation de la pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième ressort (14) possède une constante élas- *:-ue supérieure à celle du ressort (11) de la valve, c =st-à-dire qu'il est plus raide que celui-ci. 4. Valve de régulation de la pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ressort (11) de la valve et le deuxième ressort (14) peuvent être disposés, soit en parallèle, soit l'un derrière l'autre. 5. Valve de régulation de la pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième ressort (14) et l'élément de guidage (12) entourent le ressort (11) de la valve. 6. Valve de régulation de la pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en cs zue le manchon de guidage est muni intérieurement de rainures axiales. 7. Valye de régulation de 1a pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le manchon de guidage possède une section polygonale dont la dimension entre arêtes s'ajuste dans le perçage.