Brevet FR2607898A1 — publié le 19880610

L'invention concerne d'une manière générale les dispositifs destinés à atténuer les pulsations de pression dans des systèmes de mise en oeuvre de fluides, et elle a trait plus particulièrement à un amortisseur de pulsation de conception nouvelle par laquelle la durée de vie du diaphragme utilisé dans cet amortisseur est prolongée et la complexité globale du dispositif est réduite. Diverses formes de suppresseurs d'à-coups ou amortisseurs de pulsation sont connues dans l'art antérieur. En général, ces dispositifs comprennent un boîtier rigide définissant une cavité qui contient une cloison formée d'une matière élastomérique isolant hermétiquement une partie de la cavité de l'autre. Des moyens sont prévus pour permettre au fluide de travail soumis à des àcoups de pression d'entrer dans un compartiment tandis qu'un fluide compressible met sous pression l'autre compartiment. Des dispositifs typiques de l'art antérieur sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 4 186 776, N 4 603 711 et N 4 201 246. Tous les dispositifs décrits dans ces brevets sont affectés d'un défaut commun. Plus particulièrement, le diaphragme élastomérique utilisé pour séparer le fluide de travail de la chambre sous pression est soumis à des flexions et pliages répétés à proximité de l'emplacement o il est fixé au boîtier, ou lorsque ce diaphragme est conçu pour s'inverser sous l'effet d'inversions des pressions régnant sur ses faces opposées. Si l'on tient compte du fait que ces amortisseurs de pulsation ou suppresseurs d'à- coups sont destinés à être utilisés avec des pompes volumétriques travaillant à grande vitesse et à des pressions élevées, les flexions rapides du diaphragme, y compris les flexions alternées, aux points d'usure mentionnés ci-dessus,entrainent une défaillance prématu- rée. D'autres moyens pour tenter de résoudre ce problème sont également décrits dans l'art antérieur. Par exemple, la vessie ou le diaphragme peut être renfor- cé ou profilé de façon à fléchir ou s'inverser d'une manière particulière visant à réduire le rayon de courbu- re du diaphragme au point d'inversion. Par exemple, dans le brevet N 4 186 776 précité, le diaphragme comporte une lèvre annulaire 22c destinée à contrôler avec précision la flexion du diaphragme et ce dernier comporte aussi un disque 34 de renfort l'empêchant de pénétrer par extrusion dans l'entrée lorsque la pression régnant dans la chambre 14 dépasse celle régnant dans la chambre 24. Malgré la présence de ces particu- larités, le diaphragme plan est encore soumis à des flexions notables qui provoquent un échauffement molécu- laire dû au frottement et à une défaillance relativement rapide, exigeant donc un remplacement fréquent. De plus, le contact entre le diaphragme et le boîtier l'entourant produit un frottement et un échauffement consécutif du diaphragme. L'invention a pour but de résoudre ces problèmes tout en créant un suppresseur d'à-coups qui non seulement présente un temps moyen entre pannes plus long, mais dont la conception est plus simple que celle des systèmes de l'art antérieur, ce qui réduit le coût global et simplifie les réparations lorsqu'elles deviennent nécessaires. Conformément à l'invention, il est proposé un suppresseur d'à-coups qui comprend un bottier définis- sant une cavité. Cette dernière renferme une chicane rigide de géométrie globalement tubulaire, qui est alignée coaxialement sur l'ouverture d'entrée du boîtier, ouverture dans laquelle passe le fluide soumis à des à-coups de pression indésirés. La paroi tubulaire de la chicane rigide présente plusieurs fentes radiales espacées longitudinalement, par lesquelles le fluide de travail peut s'écouler. Une vessie globalement tubu- laire, réalisée en une matière élastomérique, entoure la chicane tout en étant logée dans la cavité du boîtier. Les extrémités opposées de la vessie sont montées de façon hermétique entre la chicane et le boîtier, la vessie se comportant comme une barrière ou cloison isolant le fluide de travail d'une partie sous-pression de la chambre contenant un fluide compressible tel que de l'azote. La chambre sous pression, remplie du gaz de mise sous pression, présente généralement une pression égale à environ la moitié de la pression de travail du fluide pompé ou autrement mis en oeuvre. Lorsque des à-coups de pression se produisent dans le circuit, les parois tubulaires du diaphragme se renflent et se contractent mais, du fait de la présence de la chicane, le diaphragme ne s'inverse ni ne se plie éventuelle- ment durant son cycle de travail. En outre, la vessie ne frotte pas contre le boîtier. Il en résulte une grande diminution d'usure du diaphragme et l'obtention d'un amortisseur de pulsations présentant une durée de vie en service beaucoup plus longue que celle des systèmes connus dans l'art antérieur. Un autre avantage de l'invention est que l'aire de surface active du diaphragme tubulaire de la présente invention peut être notablement agrandie pour un boîtier de dimension donnée par rapport à celle obtenue avec la vessie plate de l'art antérieur, ce qui permet une conception moins volumineuse. L'invention a donc pour objet principal un suppresseur d'à-coups nouveau et perfectionné destiné à des systèmes ou circuits de mise en oeuvre de fluide. Un autre objet de l'invention est de proposer un suppresseur d'à-coups du type comprenant un diaphragme élastomérique, dans lequel le diaphragme est configuré et supporté de façon à ne pas se plier ni se plisser pendant son cycle de travail. Un autre objet de l'invention est de proposer un amortisseur de pulsations peu coûteux à fabriquer et présentant un temps moyen de fonctionnement entre pannes notablement prolongé par rapport à celui des dispositifs connus dans l'art antérieur, conçus pour une application similaire. Un autre objet de l'invention est de proposer un amortisseur de pulsations comportant un boîtier extérieur globalement tubulaire définissant une cavité qui contient une chicane intérieure disposée concentri- quement et un diaphragme de forme tubulaire, entourant la chicane de façon à être supporté par celle-ci lorsque la pression du fluide de travail est basse par rapport à la pression maintenue dans la chambre ou compartiment rempli du gaz de mise sous pression. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nulle- ment limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'une première forme avantageuse de réalisation de l'invention, cette vue montrant la construction intérieure de cette forme de réalisation; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; et - la figure 3 est une coupe axiale d'une variante du dispositif selon l'invention. En référence d'abord à la figure 1, celle- ci représente, désigné globalement en 10, un amortisseur de pulsations conforme à l'invention. L'amortisseur 10 de pulsations tel que représenté comprend un boîtier rigide extérieur 12 comportant un élément 14 à dôme en forme de cloche présentant un orifice fileté 16 d'entrée de fluide. Une plaque 20 de couvercle est fixée par des boulons ou des vis à tête 18 au boîtier 14 en forme de cloche. Le boîtier 14 et la plaque 20 de couvercle peuvent être moulés en métal ou, le cas échéant, fabriquésen une matière plastique convenable, de rigidité suffisante pour résister à la flexion lors de l'application des pulsations de pression que le dispositif doit supprimer. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, le boîtier 14 et le couvercle 20 définissent une chambre intérieure dégagée 22 qui est en communication de fluide avec l'orifice d'entrée 16. La chambre 22 renferme une chicane globalement rigide désignée globale- ment par la référence numérique 24. On voit qu'elle comprend une paroi tubulaire globalement cylindrique 26 alignée coaxialement sur l'orifice 16 d'entrée de fluide du boîtier. En référence à la fois aux figures 1 et 2, on peut voir que la chicane 24 présente plusieurs trous 28 espacés radialement, qui s'étendent longitudina- lement vers l'intérieur dans la paroi cylindrique 26, les trous 28 étant avantageusement coniques comme repré- senté. On peut également observer, sur la vue en coupe de la figure 1, que la longueur des trous 28 est infé- rieure à celle de la paroi tubulaire 26 et que, par conséquent, ces trous ne traversent pas le bord inférieur de la chicane 24, le terme "inférieur" étant utilisé en référence à l'orientation des pièces telles que montrées sur la figure 1. Les trous coniques 28 sont exposés au fluide de travail contenu dans la chambre 22 par le fait que l'extrémité supérieure de la chicane n'est pas en butée ni en contact hermétique avec la plaque 20 de couvercle. En outre, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, la paroi tubulaire cylindrique présente plusieurs fentes radiales 30 espacées longitudi- nalement, formées dans sa surface extérieure, ces fentes coupant les trous verticaux 28 avec lesquels elles sont en communication de fluide. La partie inférieure de la chicane rigide tubulaire 26 présente une gorge annulaire 32 qui coopère avec un épaulement 34 formé sur l'intérieur du boîtier 14 pour positionner concentriquement la chicane 24 par rapport à l'orifice d'entrée 16 lorsque le couvercle 20 est boulonné en place. La chicane 24 peut être réali- sée en un métal ou une matière plastique convenable, le choix dépendant quelque peu de la nature du fluide à pomper. Dans une forme de réalisation, la chicane est moulée en une matière du type "Glas F Polypropylene", sans que ceci constitue une limitation quelconque. La chambre 22 du boîtier 12 renferme égale- ment un diaphragme globalement tubulaire 36 présentant une propriété souhaitée de contrainte/déformation et de restauration. A titre nullement limitatif, dans un amortisseur de pulsations réalisé conformément à l'invention, le diaphragme 36 a été fabriqué en une matière du type "Buna-N" de dureté 70, mesurée au duromè- tre, ayant une épaisseur de paroi d'environ 3,2 mm. En référence à la figure 1, la partie extrême inférieure 38 du diaphragme 36 est moulée de façon à comporter un rebord 40 s'étendant vers l'intérieur, qui se loge au-dessous de la surface extreme inférieure de la chicane rigide 26. L'extrémité supérieure 42 du diaphragme 36 est moulée d'une seule pièce avec un rebord 44 s'éten- dant vers l'extérieur, qui se place au-dessous du rebord 46 s'étendant vers l'extérieur, formé sur la chicane rigide 26. Une bague 48 de serrageest prévue pour porter contre la surface inférieure du relord 44 du diaphragme afin que le rebord soit serré fixement et monté de façon hermétique lorsque le couvercle 20 est assemblé et maintenu en place par les boulons 18. Du fait de la présence des rebords 40 et 44, le diaphragme peut être serré et monté de façon hermétique sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des bagues toriques ou des organes analogues entre les surfaces d'assemblage. Il est avantageux de mettre en place une bague torique 47 d'étanchéité entre le couvercle 20, le rebord 46 et la tulipe 14 pour empêcher toute fuite de fluide entre ces pièces complémentaires. Un trou taraudé 50 est formé à travers la paroi latérale du bottier 14 en forme de tulipe et peut recevoir une valve d ' arrêt 52 de gonflage en circuit, qui permet à un gaz sous pression d'être introduit dans le compartiment annulaire 54 défini par la paroi intérieure du boîtier 14 et par la paroi extérieure du diaphragme tubulaire 36. La paroi intérieu- re du diaphragme 36 est exposée au fluide de travail entrant par l'orifice d'entrée 16 et remplissant la chambre 22 grâce à la présence des trous longitudinaux 28 et des fentes espacées 30. En fonctionnement, la chambre 54 est mise sous pression par un fluide compressible convenable, tel que de l'azote gazeux, la chambre étant portée à une pression prédéterminée voisine de la moitié de la pression du fluide de travail. Lorsque l'amortisseur de pulsations est utilisé avec une pompe volumétrique à cylindres multiples, à chaque course de piston, il est engendré un à-coups de pression provoquant un renflement et une contraction de la paroi tubulaire du diaphragme 36, en synchronisme avec les temps de compression et d'aspiration de la pompe. Du fait de la manière dont le diaphragme est maintenu dans le boîtier de l'amortisseur de pulsations et est soutenu par la chicane rigide 24 lors de la phase d'aspiration, ce diaphragme s'expanse et se contracte sans plisser ou plier, ni entrer en contact avec le boîtier environnant. Par conséquent, l'échauffement interne de la matière élastomérique, dû au frottement moléculaire, est sensi- blement réduit en comparaison avec les amortisseurs d'à-coups conçus selon l'art antérieur et décritsprécé- demment. La forme de réalisation de l'amortisseur d'à- coups illustrée sur les figures 1 et 2 peut être raccor- dée au système de mise en oeuvre de fluide par vissage de l'orifice taraudé 16 d'entrée sur un raccord de tuyau convenable qui est lui-même relié de façon appro- priée au circuit ou système, d'une manière connue. La vue en coupe de la figure 3 illustre une autre forme de réalisation de l'invention, permettant à l'amortisseur de pulsation d'être monté en canalisation, dans le circuit de mise en oeuvre de fluide, plutôt qu'en dehors de la canalisation comme dans le cas de la forme de réalisation des figures 1 et 2. Le suppres- seur d'à-coups de la forme de réalisation de la figure 3 comprend un boîtier globalement tubulaire 60 formé d'un métal ou d'une matière plastique rigide, non expan- sible, définissant une cavité intérieure 62. Le corps de boîtier est quelque peu allongé et présente un premier trou taraudé 64 à une première extrémité 66 (extrémité distale) et une ouverture à sa seconde extré- mité (extrémité proximale) 68. La paroi latérale du corps tubulaire 60 est traversée d'un second trou tarau- dé 69 dans lequel est montée une valve de gonflage 70. La sortie de la valve 70 communique avec la cavité 62. Une vessie tubulaire 72 est disposée coaxia- lement à l'intérieur de la cavité 62 et est également formée d'une matière élastomérique convenable, telle que du type "Buna-N", ayant une dureté et des propriétés élastiques prédéterminées. Le diaphragme tubulaire 72 comporte, à son extrémité proximale, un rebord 74 s'étendant vers l'extérieur et autour duquel est montée une bague 76 de serrage. Une chicane globalement tubulaire 78 passe à l'intérieur de la bague 76 de serrage et du corps tubulaire 60 du boîtier. Des fentes 80, qui s'étendent radialement à travers la paroi latérale de la chicane tubulaire qu'elles traversent, sont espacées sur la longueur de cette chicane tubulaire. Des gorges annulai- res 82 sont formées vers l'intérieur, dans la surface extérieure de la chicane tubulaire 78, et sont, d'une façon générale, intercalées avec les fentes radiales 80. L'extrémité distale 84 de la chicane 78 comporte des filets extérieurs conçus pour s'accoupler avec les filets intérieurs 64 du boîtier afin que la chicane puisse être vissée dans le boîtier. On peut également noter que la chicane tubulaire comporte un épaulement 86 qui est agencé de façon à coopérer avec un rebord 88, dirigé vers l'intérieur, réalisé d'une seule pièce avec la vessie ou le diaphragme tubulaire 72, sur la partie extrême distale de ce dernier. Par conséquent, lorsque la chicane 78 est vissée fermement en position, les extrémités opposées 74 et 88 de la vessie tubulaire 72 sont prises entre le boîtier 60 et la chicane, de façon qu'un joint étanche aux fluides soit ainsi formé à chaque extrémité. L'amortisseur de pulsations ou suppresseur d'à-coups de la figure 3 est conçu pour être monté en série dans le trajet d'écoulement du circuit de mise en oeuvre de fluide avec lequel il doit être utilisé. Par exemple, l'extrémité proximale 90 du suppresseur d'à-coups 10 peut être vissée sur l'orifice de sortie d'une pompe volumétrique (non représentée), tandis que son extrémité distale 84 peut être raccordée à un dispositif de réception de fluide, tel qu'un disposi- tif de pulvérisation à sortie commandée par une vanne, ou analogue Une fois que la partie de la chambre ou cavité 62 entourant la paroi extérieure du diaphragme 72 est mise sous pression à l'aide d'un fluide compressi- ble et que la pompe est mise en marche, le fluide de travail pompé s'écoule à travers l'extrémité d'entrée du suppresseur 10 d'à-coups et passe dans les fentes radiales 80, espacées longitudinalement, de façon à coopérer avec la surface intérieure du diaphragme 72. Les gorges radiales 82 sont destinées à répartir le fluide sous pression sur la totalité de la surface intérieure du diaphragme ou de la vessie 72. Si le dispositif de sortie est brusquement arrêté, il se produit un àcoup de pression tendant à gonfler la vessie tubulaire 72 contre la pression opposée exercée par le fluide compressible sur la face opposée de la vessie. Il ressort de la figure 3 que la chicane 78 supporte le diaphragme lorsque la pression du fluide de travail est inférieure à celle du gaz contenu dans la cavité annulaire et que, lorsque la pression de travail du fluide mis en oeuvre dépasse la pression du gaz, le diaphragme se renfle, mais sans pouvoir se plisser, s'inverser ou frotter contre le boîtier ou la chicane. Comme précédemment, ceci prolonge notable- ment la durée de vie du diaphragme en comparaison avec les dispositifs conçus dans l'art antérieur. Il va de soi que de nombreuses modifications portant notamment sur la dimension, la forme et les matières utilisées, peuvent être apportées au suppres- seur d'à-coups décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Suppresseur d'à-coups destiné à supprimer des à-coups de pression indésirés dans un système de mise en oeuvre d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (12) présentant un orifice (16) d'entrée de fluide menant à une chambre dégagée (22), une chicane rigide (24) disposée dans la chambre et comportant une paroi tubulaire globalement cylindrique (26) alignée coaxialement sur l'orifice d'entrée de fluide dans le boîtier, la chicane présentant plusieurs trous (28) espacés radialement, s'étendant longitudinale- ment vers l'intérieur dans la paroi cylindrique, la longueur des trous étant inférieure à la longueur de cette paroi tubulaire, les trous étant exposés à un fluide de travail par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée de fluide dans le boîtier, la paroi tubulaire cylindrique présentant plusieurs fentes radiales (30), espacées longitudinalement, formées à travers sa surface extérieure et coupant lesdits trous, le suppresseur d'à-coups comprenant également un diaphragme globalement tubulaire (36) formé d'une matière élastomérique, entou- rant la paroi tubulaire globalement cylindrique de la chicane rigide et bridé par rapport à la chicane et au boîtier afin que les parties extrêmes opposées de ce diaphragme tubulaire élastomérique soient montées de façon hermétique à un écoulement de fluide, des moyens (50, 52) étant destinés à introduire un fluide compressible sous une pression prédéterminée entre le boîtier et la paroi extérieure du diaphragme élastomé- rique globalement tubulaire. 2. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la chicane est formée d'une matière plastique non expansible. 3. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la matière plastique est un polypropylène du type "Glas F". 4. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le boîtier comprend un élément (14) à tulipe en forme de cloche présentant l'orifice d'entrée de fluide ménagée dans une surface supérieure, fermée par ailleurs, de cet élément, et un couvercle (20) fixé sur le bas de l'élément en forme de tulipe afin de définir ladite chambre. 5. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que la chicane rigide est prise entre l'élément en forme de tulipe et le couvercle à l'intérieur de la chambre. 6. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que les extrémités opposées du diaphragme sont maintenues entre la chicane rigide et l'élément en forme de tulipe. 7. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte une valve d'arrêt de gonflage (52) montée en canalisation, insérée dans un trou (50) formé à travers la paroi du boîtier et menant à la partie de la chambre entourant le diaphragme tubulaire. 8. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que la partie de la chambre entourant le diaphragme tubulaire est mise sous pression au moyen d'un gaz établissant une pression égale à environ la moitié de la pression de travail du fluide mis en oeuvre dans le circuit. 9. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le diaphragme globalement tubulaire s'expanse et se contracte lors des à-coups de pression, sans plisser ni plier. 10. Suppresseur d'à-coups selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que la chicane comporte un rebord annulaire (46) faisant saillie radialement vers l'extérieur à une extrémité. 11. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 10, caractérisé en ce que le diaphragme globalement tubulaire est réalisé d'une seule pièce avec un rebord annulaire (44) faisant saillie radialement vers l'exté- rieur à une première extrémité et avec un rebord annulai- re (40) faisant saillie radialement vers l'intérieur à son autre extrémité, les rebords étant agencés de manière que, lorsque le diaphragme est placé sur la chicane, le rebord du diaphragme, en saillie vers l'exté- rieur, repose sur le rebord annulaire de la chicane et le rebord annulaire, en saillie vers l'intérieur, repose sur l'extrémité de la chicane ne présentant pas les trous. 12. Suppresseur d'à-coups selon la revendi- cation 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une bague (47) d'étanchéité disposée entre' l'élément en forme de tulipe et le rebord annulaire faisant saillie radialement vers l'extérieur du diaphragme. 13. Suppresseur d'à-coups destiné à suppri- mer des à-coups de pression indésirés dans un système de mise en oeuvre d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (60) délimitant une cavité (62), une chicane rigide (78) disposée dans la cavité et comportant une partie de paroi tubulaire alignée à peu près coaxialement avec une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie, la partie de paroi tubulaire présentant plusieurs fentes radiales (80) espacées longitudinalement et formées à travers la partie de paroi, une vessie tubulaire (72) réalisée en matière élastomérique, disposée coaxialement autour de la chicane et formant un joint étanche aux fluides à proximité de chaque extrémité de cette vessie tubulaire, avec ladite chicane et le boîtier, afin de diviser, en fait, la cavité en deux chambres, une chambre étant exposée au fluide soumis auxdits à-coups de pression indésirés, le suppresseur comprenant en outre des moyens (69, ) destinés à mettre sous pression l'autre chambre à l'aide d'un fluide compressible, à une pression prédé- terminée. 14. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 13, caractérisé en ce que le bottier comprend un corps allongé rigide (60) non expansible, délimitant ladite cavité et présentant un premier trou taraudé (64) à une première extrémité (66), une ouverture à une seconde extrémité (68) et un second trou taraudé (69) traversant une paroi latérale du corps allongé. 15. Suppresseur d'à-coups selon la revendi- cation 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une valve d'arrêt (70) de gonflage, montée en canalisation et vissée dans ledit second trou taraudé. 16. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 14, caractérisé en ce que ladite chicane rigide comprend un corps tubulaire allongé (78) en matière rigide, non expansible, définissant ladite partie de paroi, d'une longueur supérieure à celle du corps allongé du boîtier et d'une dimension extérieure lui permettaent de s'ajuster dans ladite ouverture de la seconde extré- mité du corps allongé du bottier et dans la cavité, une extrémité (84) du corps tubulaire de la chicane étant filetée extérieurement afin d'être reçue dans le premier trou taraudé du corps du bottier. 17. Suppresseur d'à-coups selon la revendica- tion 16, caractérisé en ce que la vessie tubulaire entoure coaxialement une partie du corps tubulaire de la chicane à l'intérieur de la cavité et est réalisée d'une seule pièce avec des première et seconde brides d'extrémité (74, 88) qui sont comprimées de façon hermétique entre le bottier et la chicane rigide lorsque ladite extrémité filetée extérieurement de la chicane est vissée dans le premier trou taraudé du corps du boîtier. 18. Suppresseur d'à-coups selon la revendi- cation 17, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une bague (76) de serrage entourant l'une (74) des première et seconde brides, l'autre extrémité de la vessie étant coincée entre la chicane et le corps du bottier.