Brevet FR2626338A1 — publié le 19890728

"Réservoir de pression à soupape" La présente invention concerne d'une manière générale les réservoirs de pression du type de ceux utilisés, par exemple, comme accumulateurs ou transmetteurs de pression. Elle vise plus particulièrement le cas o un tel réservoir de pression comporte un corps rigide, et, dans celui-ci, un séparateur Plastiquement déformable qui en partage le volume intérieur en deux chambres distinctes, à savoir, une chambre de gaz et une chambre de liquide, avec, pour communication de la chambre de liquide avec l'extérieur du corps rigide, en pratique pour desserte d'un circuit, une ouverture du corps rigide contrôlée par une valve comportant une soupape dont la tête s'étend à l'aplomb d'un siège de clapet entourant ladite ouverture et qui est soumise à des moyens élastiques la sollicitant en direction opposée audit siège de clapet. En service, la valve est normalement ouverte, avec la tête de sa soupape maintenue écartée de son siège de clapet par les moyens élastiques qui lui sont associés, en général un simple ressort du genre ressort à boudin, et la chambre de liquide se trouve remplie de liquide A.une pression qui, égale & celle régnant dans le circuit desservi, est équilibrée par la pression dans la chambre de gaz. Si, cependant, une dépression apparaît dans le circuit desservi, il y a, de sa part, un appel de liquide qui tend à vider la chambre de liquide du liquide qu'elle contient. Sous la sollicitation de la pression régnant dans la chambre de gaz, le séparateur élastiquement déformable est l'objet d'une expansion, qui le conduit à s'appliquer sur la tête de la soupape contrôlant l'ouverture de liquide - correspondante. En vue de cette application, la surface supérieure de cette tête, qui, en plan, a un contour circulaire, est usuellement plus ou moins bombée. En pratique, elle est usuellement en forme de calotte sphérique. Mais, a ce jour, elle reste toujours relativement plate, la calotte sphérique correspondante ayant un rayon largement supérieur au diamètre hors tout de son contour. Quoi qu'il en soit, du fait des effets conjugués, d'une part, de la pression de contact dont elle est l'objet de la part du séparateur élastiquement déformable dès que celui-ci vient ainsi s'appliquer sur la surface supérieure de sa tête,.et, d'autre part, de la succion dont elle est par ailleurs l'objet, par en dessous, du fait du liquide sortant, la soupape de la valve contrôlant l'orifice de liquide tend, malgré l'action des moyens élastiques la sollicitant en direction opposée à son siège, a se fermer, et il est nécessaire qu'il en soit ainsi pour éviter une extrusion du séparateur Plastiquement déformable dans le circuit desservi qui serait évidemment préjudiciable à une bonne tenue de l'ensemble. Mais, pour certaines applications, au moins, il y a intérêt à ce que la soupape reste aussi completement ouverte que possible aussi longtemps que possible, pour que le débit de liquide sortant, communément dit de restitution, soit maximal avant sa fermeture, et que, ainsi, l'efficacité du réservoir de pression soit elle-même optimale. Pour retarder la fermeture de la soupape, il est usuel d'augmenter la raideur des moyens élastiques qui la maintiennent ouverte. Mais, sans autre, et l'expérience le confirme, il peut en résulter un rapide endommagement du séparateur élastiquement déformable. En effet, eu égard a la résistance alors offerte par les moyens élastiques de raideur accrue, ce séparateur élastiquement déformable, lorsqu'il s'applique à la surface supérieure de la tête de la soupape, vient très rapidement épouser en totalité celle-ci, au risque, d'une part, de se blesser au contact de l'arete, toujours relativement aiguë, qui la délimite, et au risque, d'autre part, après contournement de cette arête, d'être-l'objet d'un pincement entre cette tête de soupape et le siège de celle-ci, au préjudice, dans l'un et l'autre cas, de son intégrité, et, donc, de sa longévité. La présente invention est fondée sur la découverte que, par un simple choix préférentiel de dimensions géométriques, il est possible d'écarter de tels risques, tout en augmentant les performances de l'ensemble. Elle a pour objet un réservoir de pression mettant en oeuvre un tel choix de dimensions géométriques. Ce réservoir de pression est du genre comportant un corps rigide, et, dans celui-cie un séparateur élastiquement déformable qui en partage le volume intérieur en deux chambres distinctes, a savoir une chambre de gaz et une chambre de liquide, avec, pour communication de la chambre de liquide avec l'extérieur du corps rigide, une ouverture dudit corps rigide contrôlée par une valve comportant une soupape dont la tête s'étend à l'aplomb d'un siège de clapet entourant ladite ouverture et qui est soumise à des moyens élastiques la sollicitant en direction opposée audit siège de clapet, et il est d'une manière générale caractérisé en ce que, la surface supérieure de ladite tête de la soupage étant formée, au moins dans sa zone centrale, par une calotte sensiblement sphérique de rayon R -et ayant en plan un contour circulaire de diamètre D, ledit rayon R et ledit diamètre D sont entre eux dans la relation suivante 08 Par exemple, la surface supérieure de cette tête de soupape est formée, dans sa totalité, d'une telle calotte sensiblement sphérique de rayon R. En variante, et suivant un développement de l'invention, elle est formée, dans sa zone centrale, d'une telle calotte sensiblement sphérique de rayon R, ayant en plan un contour circulaire de diamètre D et, Ds étant- son diamètre hors tout, elle comporte, annulairement, autour de cette zone centrale, une zone périphérique qui s'étend, axialement, sur une hauteur H comprise entre Q et Ds/3. L'expérience montre, et le calcul confirme, que, du bombé de la surface supérieure de la tête de soupape ainsi plus accentué qu'il est normalement admis, il résulte que, à chaque instant; la pression suivant laquelle le séparateur élastiquement déformable s'applique à cette surface supérieure est avantageusement plus uniforme et que la force résultante correspondante est avantageusement plus grande que ce qui est observe, les conditions, étant égales par ailleurs, avec une surface supérieure'de tête de soupape plus plate. Cette force résultante étant ainsi plus élevée, la raideur des moyens élastiques & effet antagoniste auxquels est par ailleurs soumise cette soupape peut avantageusement être elle-même plus- élevée, sans qu'il en résulte un quelconque risque de pincement -pour le séparateur élastiquement déformable en adoptant, suivant l'invention, la valeur indiquée ci-dessus pour le rayon R. Il est ainsi avantageusement possible, en doublant par exemple la raideur des moyens élastiques mis en oeuvre, les autres paramèetres en jeu demeurant par ailleurs constants, d'augmenter de 40 % le débit limite de restitution par rapport à ce qu'il est dans les réalisations comparables connues & ce jour. Corollairement, la fermeture de la soupape se trouvant retardée du fait de la raideur ainsi accrue des moyens élastiques qui la maintiennent ouverte, le volume de liquide qu'est susceptible de restituer le réservoir de pression avant cette fermeture est lui-même accru, au bénéfice de son efficacité, notamment s'il s'agit d'un réservoir de pression disposé à l'hbrizontale. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en reference aux dessins schématiques annexés sur lesquels: la figure I est une vue en coupe axiale d'un réservoir de pression suivant l'invention, pour la configuration normale du séparateur élastiquement déformable qu'il comporte; la figure 2 reprend, à échelle supérieure, le détail de la figure 1 repéré par un encart II sur celle-ci, pour la configuration que prend le séparateur élastiquement déformable lorsqu'il s'applique à la surface supérieure de la tête de la soupape associée; la figure 3 est une vue qui, analogue & celle de la figure 2, se rapporte à l'art antérieur; la figure 4 est un diagramme illustrant les résultats obtenus avec le réservoir de pression suivant l'invention; la figure 5 est une vue partielle, en élévation, de la tête de la soupape équipant le réservoir de pression suivant l'invention, pour une variante de réalisation de cette tête de soupape. Tel qu'illustré sur ces figures, le réservoir de pression suivant l'invention comporte, de manière connue en soi, un corps rigide 10, avec, dans celui-ci, un séparateur élastiquement déformable 11 qui en sépare le volume intérieur en deux chambres distinctes, a savoir une chambre de gaz 12 et une chambre de liquide 13. Dans la forme de réalisation représentée, le corps rigide 10 est allongé, en présentant une partie médiane globalement cylindrique et deux extrémités globalement hémisphériques, et il est réalisé d'un seul tenant, par. exemple par formage. Au centre de son extrémité supérieure, il comporte axialement une ouverture 14A, et au centre de son extrémité inférieure, il comporte axialement, dans l'alignement de la précédente, une ouverture 14B. Conjointement, le séparateur Plastiquement déformable 11, qui est usuellement en une matière synthétique, du genre élastomère par exemple, choisie pour présenter une certaine élasticité et une étanchéité suffisante au gaz, est en forme de vessie. Par son débouché 15, qui est circulaire, et qui est établi autour de l'ouverture 14A supérieure du corps rigide 10, il est rapporté, intérieurement, dans ce corps rigide , un support 16 plaquant à cet effet ce débouché 15 contre la surface intérieure de ce corps rigide 10. Par exemple, et tel que représenté, ce support 16 présente axialement un embout 17, par lequel il traverse l'ouverture 14A du corps rigide 10, et par lequel il coopère, au-delâ de celui-ci, avec des moyens propres à l'assujettir de manière convenablemeht étanche à ce corps rigide 10. La chambre de gaz 12-est constituée par le volume intérieur de la vessie que forme le séparateur élastiquement d:formable 11 ainsi mis en oeuvre, et, pour sa mise en clharge, l'embout 17 du support 16 de celui-ci présente, axialement, un perçage 18 dûment contrôlé par une valve non visible sur les figures. Ces dispositions sont bien connues par elles-mêmes, et, ne faisant pas partie en soi de la présente invention, elles ne seront pas décrites plus en détail ici. De manière également connue, l'ouverture 14B du corps rigide 10,.qui est destinée à permettre une communication, avec l'extérieur de ce corps rigide 10, de la chambre de liquide 13, celle-ci se trouvant définie par la partie du volume intérieur de ce corps rigide. 10 qui est extérieure à la vessie que forme le séparateur élastiquement déformable 11, est contrôlée par une valve 20, et celle-ci comporte une soupape 21 dont la tête 22 s'étend à l'aplomb d'un siège de clapet 23 entourant ladite ouverture 14B et qui est soumise à des moyens élastiques 24 la sollicitant en direction opposée & ce siège de clapet 23. Par exemple, le siège de clapet 23 appartient à un embout 25, qui est convenablement assujetti au corps rigide , en s'étendant de part et d'autre de l'ouverture.14B de celui-ci, et qui présente, d'une part, axialement, pour le guidage de la soupape 21,-un perçage 26 dans lequel est engagée & coulissement la queue 27 de cette soupape 21, et, d'autre part, parallèlement à ce perçage axial 26, un ou plusieurs perçages 28 propres A une communication de la chambre de liquide 13 avec l'extérieur. En pratique, c'est par un tel embout 25 que le réservoir de pression ainsi constitué est adapté a être rapporté sur le circuit à desservir, soit, par exemple, que cet embout 25 appartienne à un raccord en T inséré sur un tel circuit, soit qu'il puisse lui-même être rapporté sur un tel raccord. Conjointement, dans la forme de réalisation représentée, les moyens élastiques 24 associés à la soupape 21 sont constitués par un ressort du type ressort à boudin, qui, prenant appui sur un épaulement 30 de l'embout 25, porte sur la surface inférieure de la tête 22 de la soupape 21, autour de la queue 27 de celle-ci. De manière, enfin, également connue en soi, la surface supérieure 31 de cette tête de soupape 22 est formée, au moins dans sa zone centrale, par une calotte sensiblement sphérique, et elle a, en plan, un contour circulaire. Dans la forme de réalisation plus particuliàrement représentée sur les figures 1 et 2, la surface supérieure 31 de la tête de soupape 22 est formée, dans sa totalité, par une telle calotte sensiblement sphérique. Soit R le rayon de cette calotte sensiblement sphérique, D le diamètre de son contour circulaire et Ds le diamètre hors tout du contour circulaire de l'ensemble de la surface 31 concernée. Dans le cas o, comme en l'espèce, la calotte sphérique de rayon R s'étend sur la totalité de la surface 31, ces contours circulaires sont confondus. En pratique, le contour circulaire correspondant se trouve matérialisé par une arête 32 plus ou moins adoucie. Suivant l'invention, le rayon R et le diamètre D sont entre eux dans la relation suivante: 0,8 Par exemple: R #D C'est le cas dans la forme de réalisation représentée, dans laquelle, cependant, le rayon R est légèrement inférieur au diamètre D. Pour apprécier l'originalité d'un tel choix de- dimensions géométriques, on se reportera à la figure 3, qgui illustre l'art antérieur. Ainsi qu'on le voit sur cette figure 3, le rayon de la calotte sphérique formant la surface supérieure 31 de la tête d'une soupape est, usuellement, largement supérieur au diamètre de son contour, en sorte que cette surface supérieure 31 est beaucoup plus plate. t* Tel que l'illustrent des flèches P sur les figures 2 et 3, le bombé plus accentué, suivant l'invention, de cette surface supérieure 31, conduit avantageusement, lorsque le séparateur Plastiquement déformable Il s'y applique, & une pression de contact P qui est plus uniforme, et qui, dans la zone centrale au moins de cette surface supérieure 31, est plus élevée. La force résultante est, dès lors, elle-même plus grande. Il en résulte que, les conditions étant égales par ailleurs, la raideur des moyens élastiques 24 mis en oeuvre peut être augmentée, et par exemple doublée. Il en résulte, également, que, tel qu'illustré à la - figure 2, le séparateur élastiquement déformable Il n'atteint en pratique jamais, avant que la-soupape 21 soit fermée, l'arête 32 délimitant la surface supérieure 31 de la tête 22 de celle-ci, tandis que, lorsque, tel que representé à la figure 3, cette surface supérieure 31 est plus plate, il atteint rapidement, avant cette fermeture, cette arête 32 et peut dès lors être l'objet d'un pincement au-delà de celle-ci lors de cette fermetrue. Du fait de la raideur accrue des moyens élastiques 24, et tel qu'illustré par le diagramme de la figure 4, sur 1aquelle est porté, en abscisses, le débit de restitution Q, et, en ordonnéAes, le volume résiduel V subsistant, suivant une courbe I pour le réservoir de pression suivant l'invention et une courbe Il pour un réservoir de pression comparable de type connu antérieurement, le débit limite de restitution Q est, avec un réservoir de pression suivant l'invention, plus élevé, et, conjointement, le volume résiduel V est plus faible. Du fait, par ailleurs, que le séparateur élastiquement déformable 11 n'atteint pas l'areête 32 de la tête de soupape 22, ce séparateur élastiquement déformable 11 se trouve avantageusement ména#é. Pour qu'il en soit plus sûrement ainsi, c'est-&-4ire pour que le séparateur élastiquement déformable Il soit plus sûrement épargné, la raideur des moyens élastiques 24 auxquels est soumise la soupape 21 préférentiellement est choisie de manière à ce que la pression de contact P suivant laquelle ce séparateur élastiquement déformable 11 est susceptible de s'appliquer sur la tête 22 de cette soupape 21 soit comprise, pour les séparateurs élastiquement déformables les plus usuels, entre 0,02 et 0,04 MPa. Dans la variante de réalisation de la figure 5, la surface supérieure 31 de la tête 22 de la soupape 21 est formée, dans sa zone centrale 33, d'une calotte sensiblement sphérique de rayon R ayant en plan un contour circulaire de diamètre D, inférieur à Ds, et elle comporte, annulairement, ' autour de cette zone centrale 33, une zone périphérique 34 qui s'étend, axialement, sur une hauteur H comprise entre 0 et Ds/3. Lorsque cette hauteur axiale H est nulle, on retrouve la forme de réalisation précédente. Quoi qu'il en soit, et comme précédemment, le rayon R et le diamètre D, en plan, du contour circulaire de la calotte sphérique formant la zone centrale 33 de la tête de soupape 22 sont entre eux dans la relation suivante: 0,8 Comme précédemment, également, le rayon R est, par exemple, voisin du diamètre D. Mais, du fait du bombé encore globalement plus accentué de la surface supérieure 31 de la tête de soupage 22, il est alors avantageusement possible de mettre en oeuvre des moyens élastiques de raideur encore plus grande, en adoptant, par rapport à D, un rayon R répondant & la relation prescrite, et donc d'augmenter encore le débit limite de restitution P, au prix, il est vrai, d'une fatigue un peu plus accentuée pour le séparateur Plastiquement d6formable 11, *ce qui, au moins pour certaines applications, est sans conséquence, et ne constitue donc pas un inconvénient.-- De preférence, la zone périphérique 34 que présente dans ce cas la 'surface supérieure 31 de la tête de soupape 22 est conique et cette zone périphérique 34 et la zone centrale 33 qu'elle prolonge se raccordent tangentiellement l'une à l'autre. Soit C le demi-angle au sommet du cône auquel appartient la zone périphérique 34. Il y a, entre les divers paramètres en cause, les relations suivantes, qui permettent de les déterminer les uns par rapport aux autres. Ds - D 2t=gCE Quoi qu'il en soit, la zone périphérique 34 agissant en quelque sorte & la manière d'une rehausse, il y a peu de risque, dans ce cas, que le séparateur élastiquement d6formable 11 atteigne jamais, ou, au moins, autrement qdiavec une pression de contact P sensiblement nulle,- le contour 32 de l'ensemble. Il y a donc peu de risque qu'il soit l'objet d'un quelconque pincement à la fermeture de la soupape 21. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution. REVENDICATIONS 1. Réservoir de pression du genre comportant un corps rigide (10), et, dans celui-ci, un séparateur élastiquement déformable (11) qui en partage le volume intérieur en deux chambres distinctes, A savoir, une chambre de gaz (12) et une chambre de liquide (13), avec, pour communication de la chambre de liquide (13) avec l'extérieur du corps rigide (10), une ouverture (14B) dudit corps rigide (10) contrôlée par une valve (20) comportant une soupape (21) dont la tête (22) s'étend à l'aplomb d'un siège de clapet (23) entourant ladite ouverture (14B) et qui est soumise à des moyens élastiques (24) la sollicitant en direction opposée audit siège de clapet (23), caractérisé en ce que, la surface supérieure (31) de la tête (22) de la soupape (21) étant. formée, au moins dans sa zone centrale, par une calotte sensiblement sphérique de rayon R et ayant en plan un contour circulaire de diamètre D, ledit rayon R et ledit diamètre D sont entre eux dans la relation suivante: 0,8 2. Réservoir de pression suivant la revendication 1, caractérisé en ce que R# D 3. Réservoir de pression suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, caractérisé en ce que la.surface supérieure (31) de la tête (22) de la soupape (21) est formée, dans sa totalité, d'une calotte sensiblement sphérique de rayon R. 4. Réservoir de pression suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, caractérisé en ce que la surface supérieure (31) de la tête (22) de la soupape (21) est formée, dans sa zone centrale (33), d'une calotte sensiblement sphérique de rayon R ayant en plan un contouX circulaire de diamètre D et, Ds étant son diamètre hors tout, elle comporte, annulairement, autour de cette zone centrale (33), une zone périphérique (34) qui s'étend, axialement, sur une hauteur H comprise entre 0 et Ds/3. 5. Réservoir de pression suivant la revendication 4, caractérisé en ce que-la zone périphérique (34) de la surface supérieure (31) de la tête (22) de la soupape (21) est conique. 1 6. Réservoir de pression suivant l'une quelconque des revendications 4, 5, caractérisé en ce que la zone centrale (33) et la zone périphérique (34) de la surface supérieure (31) de la tate (22) de la soupape (21) se raccordent tangentiellement l'une A l'autre. 7. Réservoir de pression suivant l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que la raideur des moyens élastiques (24) auxquels est soumise la soupape (21) est choisie de manière & ce que la pression de contact (P) suivant laquelle le séparateur élastiquement déformable (11) est suscepti1ble de s'appliquer sur la tête (22) de ladite soupape (21) soit comprise entre 0,02 et 0,04 MPa,