Brevet FR2644221A3 — publié le 19900914

FR 2644221 A3 19900914 FR 9002861 A 19900307 Soupape de commande La présente invention se rapporte à une soupape de commande 9 membrane dans laquelle la membrane joue à la fois le rôle d'un actionneur et celui d'un obturateur. Cette soupape est une soupape de régulation possédant des caractéristiques proportionnelles et intégrales, et dans laquelle le dispositif d'obturation est constitué par une membrane concave en matière élastique, dont la position détermine l'ouverture de la conduite dans laquelle la soupape est intercalée, et qui est commandée par une soupape pilote et par un robinet 9 pointeau intercalés dans un circuit dérivé. De cette façon, il est possible d'utiliser la soupape pour un grand nombre d'applications différentes, en changeant simplement le type de la soupape pilote, ce qui apporte des avantages considérables puisqué, le corps de la soupape principale étant le même pour toutes les applications, le nombre des pièces tenir en stock est considérablement réduit. La caractéristique de l'invention consiste dans la structure particulière et dans l'agencement particulier des éléments, qui ouvrent h la soupape un très large champ d'utilisation pratique, comparativement aux constructions déjà connues. Selon les techniques actuelles, on contact un certain nombre de types de soupapes parmi lesquels on peut citer en particulier les soupapes dites à membrane. Ces soupapes sont des soupapes dans lesquelles l'orifice de sortie peut être obturé en poussant une membrane déformable contre un siège. Dans ces soupapes, la membrane sépare entièrement du fluide les dispositifs d'actionnement, qui sont généralement d'un type mécanique. Dans d'autres types de soupapes, le dispositif d'obturation est constitué par un obturateur métallique qui est relié, par exemple par une tige ou une tringle rigide, à une membrane qui commande les mouvements de l'obturateur pour libérer ou arrêter l'écoulement du fluide. Dans les deux cas, il s'agit de soupapes qui comprennent deux dispositifs différents, à savoir le dispositif de fermeture ou obturateur et son dispositif d'actionnement, ou l'actionneur en particulier dans les cas où elles doivent être actionnées automatiquement, ces soupapes présentent l'inconvénient d'être d'une construction qui est quelquefois compliquée et qui, de toute façon, est encombrante dans de nombreux cas. Pour éviter ces inconvénients, la présente invention propose un type de soupape à membrane dans lequel la membrane joue le rôle 9 la fois d'obturateur et d'actionneur. Cette soupape est une soupape dans laquelle, grâce à des moyens de réglage appropriés, c'est la pression même du fluide qu'il s'agit d'intercepter qui commande les mouvements de la membrane. Plus précisément, selon l'invention, la soupape est composée d'une chambre, intercalée dans la conduite, et qui est divisée en deux parties par une membrane fai- te d'une matière déformable. Une branche dérivée, dans laquelle sont intercalés un robinet à pointeau et une soupape pilote, relie la conduite principale 9 la partie de la chambre dans laquelle est également logé un ressort qui agit sur la membrane De cette façon, la membrane est soumise, sur une face, à l'action du fluide à intercepter et, sur l'autre face, à l'action du fluide arrivant de ladite branche dérivée et à l'action du ressort. En agissant de façon voulue sur le robinet b pointeau et sur la soupape pilote, il est possible d'ajuster le fonctionnement de la soupape. L'invention sera à présent décrite en détail en se reportant en particulier aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue éclatée de la soupape selon l'invention les figures 2 et 3 représentent schématiquement des coupes de la soupape selon l'invention, dans les positions d'ouverture et de fermeture respectivement. Selon l'invention, la soupape comprend un corps principal, indiqué dans son ensemble par I, destiné à être intercalé dans une conduite 2 et qui est subdivisé en deux parties par une membrane élastique. La partie inférieure comprend un fond 4 qui présente lui-même une série de nervures ou cloisons 4 possédant un bord supérieur curviligne pour permettre à la membrane 3 de s'appuyer sur toute sa longueur contre les bords supérieurs 5 desdites cloisons 4 lorsqu'elle est repoussée vers le bas. Sur son côté supérieur, la soupape est fermée à l'aide d'un chapeau 6 qui définit la paroi extérieure de la partie supérieure du corps de la soupape. Dans cette chambre supérieure, se trouve un ressort hélicoidal 7, ou élément équivalent, qui agit par l'intermédiaire d'une rondelle inférieure a sur la membrane 6, en la repoussant vers le bas. Une branche dérivée 9, prévue sur le corps 1, relie les extrémités opposées de la chambre inférieure l'une 9 l'autre. Un tube central 10 relie cette branche dérivée à la chambre supérieure. Sur la longueur de la branche dérivée, se trouvent un filtre 11, un robinet à pointeau 12 et une soupape pilote 13 d'un type connu et qui est choisi en fonction du système que l'on veut utiliser pour piloter la soupape 1. Pendant le fonctionnement, la soupape pilote ouvre ou ferme la branche dérivée 9, en provoquant une variation de la pression à l'intérieur de la chambre supérieure. Cette variation provoque par conséquent un déplacement de la membrane 3, pour la faire passer de sa position de fermeture, représentée sur la figure 3, dans laquelle la membrane est en contact avec le bord 5, pour s'opposer au passage du fluide, à une position d'ouverture dans laquelle la membrane plus ou moins écartées desdites cloisons 4. Ce fonctionnement sera mieux expliqué à l'aide de l'exemple suivant On supposera que la soupape se trouve initialement dans sa position de fermeture, comme représenté sur la figure 3, le fluide remplissant alors le côté supérieur de la chambre. Dans ce cas, la membrane est soumise, sur sa face supérieure, à une force qui est égale à la pression amont du fluide multipliée par l'aire totale de la membrane et à laquelle s'ajoute la force exercée par le ressort. Sur sa face inférieure, elle n'est soumise qu'à une force qui est égale à la pression amont et à la pression aval du fluide, multipliées par les aires sur lesquelles ces pressions agissent. Dans ce cas, la force qui repousse la membrane vers le bas est prédominante, de sorte qu'elle maintient la membrane fermée. On supposera que, dans cette situation, l'uÙili- sateur devient actif, en provoquant une réduction de la pression en aval de la soupape (sur la droite sur le dessin). Dans ce cas, la soupape pilote 13 s'ouvre, en laissant le fluide s'écouler le long de la branche déri vee 9. Entant donné que l'étranglement établi dans le robinet à pointeau 12 détermine une perte de charge ou chute de pression dans la partie de gauche de la branche dérivée, la plus forte pression du liquide présent dans la chambre oblige ce liquide à s'écouler le long des conduites 10 et 9, en déterminant une diminution de la pression dans la conduite au-dessus de la membrane, et en permettant ainsi à la pression de fluide régnant dans la conduite principale de repousser la membrane vers le haut, dans la mesure nécessaire pour satisfaire le besoin en aval. bu maximum de son ouverture, la membrane atteint la position représentée sur la figure 3. Lorsque la consommation de l'utilisateur est réduite en aval de la soupape, la soupape pilote 13 otran- gle ou ferme la branche dérivée 9 ; sa pression amont et, par conséquent, la pression régnant dans la chambre supérieure croissent et tendent à atteindre une valeur égale à la pression du fluide contenu dans le corps de la soupape. Dans cette situation, dans laquelle les pressions régnant sur les deux faces de la membrane sont équilibrées, la membrane est poussée par la force exercée par le ressort 6. Lorsque la membrane entre en contact avec le bord 5 de la cloison 4, il se produit une réduction de la force exercée par la pression de la chambre inférieure, puisque l'aire de la surface de la membrane sur laquelle cette pression agit, est diminuée de l'aire des bords 5 ; de cette façon, la membrane se stabilise dans sa position de fermeture. Pendant l'action de régulation de la soupape, le robinet à pointeau 12, dont la position d'étranglement a été convenablement réglée, se comporte comme un régulateur de la vitesse d'action de la soupape. Ceci Permet d'obtenir la stabilisation dans une position de régulation intermédiaire, ou une fermeture lente et commandée de la soupape, en évitant de cette fa çon les dangereux coups de bélier. Les avantages offerts par ce type de soupape sont considérables : etant donné que la fermeture se produit entre une surface élastique (la membrane est fabriquée en une matière souple telle que le caoutchouc EPDM ou le VITON) et un siège métallique rigide, l'obturation totale est assurée sans aucun risque de détérioration dans le cas de la présence d'inclusions solides dans le -fluide. On obtient ainsi une soupape à écoulement régulier et dépourvu de turbulences et, en cas de perte de la pression de la conduite, la soupape se ferme automatiquement sous l'effet du ressort. Ceci évite que la conduite ne se vide et supprime les inconvénients consécutifs résultants du désamorçage de la pompe. D'un point de vue pratique, la soupape, qui peut être montée aussi bien dans la position horizontale que dans la position verticale, apporte des avantages remarquables puisqu'elle peut être adaptée à de nombreuses applications différentes par simple changement du type de soupape pilote. Par conséquent, il suffit de tenir en stock un nombre limité de soupapes puisqu'il suffit de disposer de quelques types de soupapes pilotes pour répondre à tous les besoins possibles. Finalement, la soupape selon l'invention joue en meme temps le rôle d'obturateur et d'actionneur, et elle constitue ainsi un dispositif d'une construction simple, composé d'un petit nombre de pièces et qui, par conséquent, apporte l'avantage d'un cott modique et d'un entretien plus facile. La forme spéciale de la membrane permet à cette membrane de prendre toutes les positions entre les positions maximales d'ouverture et de fermeture, positions qui sont déterminées par l'action du ressort et par le fluide d'asservissement qui est le fluide même qui circule dans la conduite interceptée par la soupape. Dans ce cas, le fluide d'asservissement agit dans la chambre supérieure avec des valeurs de pression qui sont convenablement déterminées par la soupape pilote. Pendant que la soupape s'ouvre, la position de la membrane est déterminée par la pression qui agit sur la face inférieure de la membrane. Le ressort 7 à constante variable absorbe une force plus que proportionnelle à l'élévation de la membrane et, par conséquent, proportionnelle aux forces dynamiques appropriées pour assurer une régulation proportionnelle, et ceci sans oscillations de la membrane, lorsque la pression du fluide d'asservissement varie. Selon les paramètres qui fixent l'ouverture et la fermeture de la soupape principale, la soupape pilote 13 agit sur le débit du fluide d'asservissement pour faire varier la pression exercée sur la membrane de façon à la laisser se déplacer dans la mesure nécessaire pour adopter le degré d'ouverture de la soupape au débit demandé. Lorsque la soupape atteint le degré d'ouverture correspond au débit demandé, la soupape pilote se rétablit de sorte que le débit de commande redevient égal à la valeur qu'il possédait avant l'action de régulation. Les figures 4 à 13 montrent schématiquement un certain nombre de différentes applications de la soupape selon l'invention, uniquement pour donner quelques exemples. La figure 4 montre l'exemple d'un détendeur, équipé d'un électro-aimant pour la fermeture à distance de la soupape principale ; la figure 5 représente une soupape à commande électro-hydraulique à vitesse de fermeture ajustable pour éviter les coups de bélier ; la figure 6 représente une soupape à commande électro-hydraulique équipée d'une électrovalve normalement fermée ; la figure 7 montre une soupape de commande du niveau ; la figure 8 montre une soupape à commande êlec- tro-hydraulique équipée d'un robinet manuel de contrôle ; la figure 10 montre un détendeur pilote à gamme divisée pour obtenir une large gamme de réglage de la pression ; la figure 12 montre une soupape de réglage du niveau ; la figure 13 montre une soupape de commande à commande électropneumatique. REVENDICTIONS 1. Soupape de commande actionnée 'par membrane, caractérisée en ce que la membrane (3) joue en même temps le rôle d'obturateur et d'actionneur. 2. Soupape selon la revendication l, caractérisée en ce que le fluide commandé par la soupape est luimême appliqué à ladite membrane (3) pour actionner la soupape (1). 3. Soupape de commande 9 membrane caractérisée en ce qu'elle comprend : - une chambre comprenant une entrée de fluide et une sortie de fluide, divisée en deux parties par une membrane élastique (3) qui est fixée le long de son périmètre au niveau du bord supérieur de ladite chambre pour diviser cette dernière en deux parties, le fluide à commander s'écoulant dans la partie inférieure de ladite chambre ; - une branche dérivée (9) capable de relier l'entrée et la sortie de ladite chambre l'une à l'autre - un tube (10) qui relie ladite branche dérivée (9 > à la partie supérieure de ladite chambre - un robinet pointeau (12) et une soupape pilote (13) intercalés dans ladite branche dérivée (9) : le premier (12) en amont et la deuxiime (13) en aval dudit tube (10) qui relie la branche dérivée (9) à la partie supérieure de la chambre - un ressort (7) qui repousse ladite membrane vers la partie inférieure de la chambre - la partie inférieure de la chambre étant fermée par des parois (4) qui forment des cloisons et qui possèdent un bord supérieur (5) de forme curviligne, lesdites cloisons se terminant, à leur extrémité, en contact avec ledit périmètre de la membrane.