Brevet FR2641840A1 — publié le 19900720

Soupape pour buse d'atomisation sous pression d'une installation de chauffage. La présente invention concerne une soupape comprenant un bottier qui comporte un siège de soupape et une chambre de soupape qui s'y raccorde, et présentant un canal d'écoulement allant à la sortie, ainsi qu'un corps de fermeture s'ouvrant en.direction du courant et monté de façon mobile en direction axiale à l'encontre de la force d'un ressort dans la chambre de soupape, notamment pour être incorporée à une buse 0 d'atomisation sous pression d'une installation de chauffage. Une telle soupape est connue par exemple par le DE-OS 33 08 153. Dans la soupape d'arrêt décrite dans ce document, le canal d'écoulement commence dans la paroi périphérique de la chambre de soupape, à la hauteur du siège de soupape. La soupape d'arrêt, qui est incorporée à une buse d'atomisation sous pression d'une installation de chauffage au mazout, comprend un corps de fermeture pouvant être déplacé dans deux positions d'extrémité, un ressort savonnette constitué comme une membrane agissant sur ce dernier et qui maintient la soupape d'arrêt fermée à l'état de repos. Ce n'est que lorsque la pression d'admission 0 dépasse une pression prédéterminée, telle qu'elle est nécessaire pour l'atomisation, que le ressort revient élastiquement en arrière et ouvre la soupape d'arrêt. Si la pression d'admission baisse, la soupape d'arrêt se ferme automatiquement. Le ressort savonnette est logé dans la position d'ouverture en partie dans un évidement du c8ne de la buse, de manière à pouvoir occuper une position d'extrémité correspondant à la position d'ouverture de la soupape d'arrêt. Pour que le mazout de fuite parvenant dans l'évidement puisse s'en écouler, le c6ne de la buse comprend un alésage central de désaération qui conduit à l'ouverture de la buse. Avec cette soupape connue se pose cependant le problème venant du fait que lorsque le brûleur est arrêté, du mazout sorte de façon incontr6lée de la buse. Si l'évidement est fermé vers l'extérieur, le mazout de fuite s'y maintient et la soupape ne fonctionne pas de façon satisfaisante. Le but de la présente invention est de constituer une soupape du - 2 - type mentionné dans le préambule de manière que le fluide puisse s'écouler par la soupape seulement quand est atteinte une pression de consigne déterminée, mais qu'immédiatement après l'arrêt d'une pompe montée dans la conduite d'amenée à la soupape, du liquide ne puisse plus sortir par la sortie de la chambre de soupape. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que la section transversale de la chambre de soupape dans une section de guidage se raccordant au siège correspond à la section transversale du corps de fermeture, et du fait que le corps de fermeture ne libère le canal d'écoulement qu'au-delà de cette section dé guidage. Dans cette soupape constituée selon l'invention, il convient de différencier dans l'ensemble trois états de l'état de fermeture dans la chambre de soupape: a) En position de fermeture, le siège de soupape qui se trouve à l'extrémité du canal d'admission est totalement fermé par le corps de fermeture chargé par un ressort. La section transversale du siège de soupape est beaucoup plus petite que la section transversale du corps de fermeture. Pour cette raison, il faut une pression d'admission P1 plus élevée pour éloigner le corps de fermeture du siège. L'ouverture a lieu quand l'inégalité suivante est respectée: f. Xl o f = constante élastique - x1 = course du ressort dans la position de fermeture, P1 = pression d'admission A1 = surface du corps de fermeture sur laquelle est appliquée la pression d'admission en position de fermeture. b) Des positions intermédiaires de très courte durée apparaissent quand le corps de fermeture s'éloigne du siège de soupape. Du liquide s'écoule dans la chambre de soupape, d'abord dans la section de guidage raccordée au siège dont la section transversale correspond à la section du corps de fermeture. Pour permettre le mouvement du corps de fermeture depuis le siège de soupape vers les positions intermédiaires, il est nécessaire que le corps de fermeture présente un certain jeu par rapport à la section de - 3- guidage, c'est-à-dire que la section transversale du corps de fermeture soit de dimensions légèrement inférieures à celles de la section transversale de la section de guidage. De ce fait, le liquide pénètre également dans la partie de la chambre de soupape qui est au-delà de la section de guidage et y fait monter la pression d'échappement P2. A partir de ce moment, la pression d'admission P1 agit sur une surface importante A2 du corps de fermeture. En outre, une force antagoniste qui dépend du débit Q agit sur le corps de fermeture, de manière à obtenir l'inégalité suivante: f. x " A2(P1 - P2) - F o f = constante élastique x - course du ressort P1 - pression d'admission P2 - pression d'échappement au-delà du corps de fermeture A2 ' surface du corps de fermeture soumise à la pression d'admission P1 dans la position d'ouverture F = force antagoniste déterminée par le courant F = Q. c./2.. p1 o Q - courant volumique c constante f = poids spécifique du fluide c) Le corps de fermeture se déplace alors rapidement à nouveau vers sa position d'ouverture, c'est-à-dire jusque dans la partie de la chambre de soupape qui est au-delà de la section de guidage, dont la section transversale correspond à la section transversale du corps de fermeture. Il parvient dans la région du canal d'écoulement et le libère, ce qui fait que l'on obtient une section d'écoulement libre dans la chambre de soupape. De ce fait, la force antagoniste déterminée par le courant augmente considérablement, et il en résulte un équilibre, la pression différentielle (P1 - P2) présentant une valeur notablement inférieure à celle de la pression d'ouverture du fait que la surface A2 du corps de fermeture qui est soumise à la pression dans la position d'ouverture est beaucoup plus importante que dans - 4- la position de fermeture. La formule s'établissant à ce moment est la suivante: f. x2 = A2 ' (P1 P2) - F2 Cette formule caractérise la position d'ouverture du corps de fermeture dans la chambre de soupape. L'équilibre des forces ainsi obtenu dans la chambre de soupape est perturbé dès que la pompe qui établit la pression de refoulement est arrêtée. Alors que la pression statique de même que la pression dynamique tombent directement à la suite, la force élastique déplace le corps de fermeture vers la position de fermeture en passant par les positions intermédiaires. Quand le corps de fermeture atteint la section de guidage de la chambre de soupape, la force antagoniste F diminue fortement, et la soupape se ferme rapidement. La soupape réagit de ce fait sans retard et fiablement aux-conditions de pression qui ont été modifiées. Grâce à la soupape selon l'invention, il est exclu qu'après arrêt de la pompe de refoulement, du fluide puisse encore sortir de façon incontrôlée par la sortie de la chambre de soupape ou par une buse montée à la suite. Il s'est avéré comme particulièrement avantageux que le canal d'écoulement soit formé par une ou plusieurs rainures longitudinales dans la paroi interne de la chambre de soupape, qui commencent à une certaine distance axiale du siège. Ces rainures longitudinales augmentent la section transversale d'écoulement libre de la chambre de soupape, le courant volumique et de ce fait la force antagoniste étant augmentés. Par ailleurs, la surface du corps de fermeture qui est soumise à la pression présente la plus grande valeur possible, ce qui fait que la différence de pression de chaque c6té du corps de fermeture dans sa position d'ouverture est très faible par comparaison avec la pression d'ouverture. Si la direction du courant dans la soupape selon l'invention est tournée sur 90 , il s'est avéré valable de constituer le canal d'écoulement sous forme d'un alésage transversal du boîtier, dont l'ouverture débouche à une certaine distance axiale du siège. Selon un mode de réalisation préféré, il est fait en sorte que la section transversale de la chambre de soupape présente au-delà de la section de guidage une partie élargie, et un piston servant de corps de fermeture présente une première section correspondant au diamètre de la section de guidage et une seconde section correspondant au diamètre de la partie élargie, et au moins une partie du côté externe de la seconde section est décalée radialement vers l'intérieur pour former le canal d'écoulement. Cette chambre de soupape comprend donc deux diamètres internes différents, la section de guidage présentant un diamètre interne plus petit que celui de la partie élargie qui s'y raccorde. De son c6té, le piston comprend à son extrémité qui est tournée vers le siège une première section de diamètre externe plus réduit et qui correspond à la section de guidage avec un certain jeu. En particulier, le piston peut présenter sur son c8té extérieur et en vue de la formation du canal d'écoulement un à-plat orienté en direction axiale. Il est facile de réaliser un tel piston par tournage et meulage. Lorsque la soupape de l'invention est utilisée dans une buse d'atomisation sous pression d'une installation de chauffage, il est recommandé que le bottier de la soupape soit monté dans un bottier de la buse d'atomisation sous pression et soit fixé par un élément de W0 filtre maintenu à l'aide d'un anneau à bride. Grâce à cet agencement, le mazout passe directement de l'élément de filtre à la soupape et de là directement à la buse d'atomisation. Grâce à cette soupape, on obtient ce résultat que le mazout n'est envoyé à la buse que lorsque la pression d'atomisation est suffisante, et qu'aucune quantité de mazout !5 ne puisse fuir de façon incontrôlée de la buse d'atomisation après arrêt de la pompe de refoulement. L'invention va maintenant être décrite dans ce qui suit à l'aide de modes de réalisation préférés, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de la soupape de l'invention, en position de fermeture, la figure 2 montre le mode de réalisation de la soupape de la figure 1 en position d'ouverture, la figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de la soupape de l'invention, 26 41840 - 6- la figure 4 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de la soupape de l'invention, et la figure 5 représente une buse d'atomisation sous pression d'une installation de chauffage comprenant la soupape. de l'invention. La soupape 1 montrée à la figure i comprend un bottier 2 avec un siège de soupape 3, une chambre de soupape 4 qui s'y raccorde et qui présente une sortie 5. Dans la position de fermeture montrée à la figure 1, la bille 6 servant de corps de fermeture ferme l'entrée 7. Pour des raisons de clarté, le ressort 8 est représenté à l'extérieur de la chambre de soupape 4. Ce ressort 8 presse la bille 6 en position de fermeture contre le siège de soupape 3. Le côté interne 9 de la chambre de soupape 4 comprend des rainures longitudinales 10 qui agrandissent partiellement le diamètre interne de la chambre de soupape. Dans la section de guidage 11 de la chambre de soupape 4 qui se raccorde au siège de soupape 3, sa section transversale correspond à la section transversale de la bille 6, la section transversale de la section de guidage 11 de la chambre de soupape 4 étant en fait légèrement supérieure à la section transversale.de la bille 6. Ainsi, la possibilité de mouvement de la bille 6 est assuré dans cette section. Par exemple, le jeu est compris entre 2/100 et 3/100 de mm. Au-delà de cette section de guidage 11, les rainures longitudinales 10 augmentent la section d'écoulement libre de la la chambre de soupape 4. La pression d'admission P1 est appliquée à la surface relativement petite A1 de la bille 6. Dans la position d'ouverture montrée à la figure 2, la bille 6 s'est déplacée avec son diamètre "d" dans la région de début des rainures longitudinales 10 de la chambre de soupape 4 à l'encontre de la force du ressort 8. La surface plus importante A2 est alors soumise à la pression P1 du liquide. Pour cette raison, la différence de pression (P1 - P2) appliquée à la bille 6 est inférieure à la pression d'ouverture. Pendant le mouvement de la bille 6 de la position de fermeture montrée à la figure 1 à la position d'ouverture montrée à la figure 2, le fluide passe autour de la bille 6 et parvient dans la section de la chambre de soupape 4 qui est au-delà de la bille 6. Les rainures 26 41840 -7- longitudinales 10 augmentent alors la section d'écoulement libre de la chambre de soupape 4 et la force antagoniste monte dans la chambre de soupape 4 en raison du débit plus important, ce qui fait que la bille 6 parvient dans la région de début des rainures longitudinales 10. On est ainsi assuré que le fluide ne sort de la chambre de soupape 4 que pour une pression de consigne désirée. Si la pression de refoulement P1 baisse à l'entrée 7 de.la chambre de soupape 4, la force antagoniste baisse également et la bille 6 se déplace immédiatement après cette chute de pression vers la position de fermeture montrée à 0 la figure 1. Ainsi, on est assuré qu'après une baisse de la pression de refoulement PIl aucune quantité de fluide ne peut plus sortir par la sortie 5 de la chambre de soupape 4. La soupape 15 représentée à la figure 3 comprend un bottier 16 et dans ce bottier 16 une chambre de soupape 17 avec un siège de soupape 18. Dans la chambre de soupape 17 se déplace une bille 19 servant de corps de fermeture et à l'encontre de la force d'un ressort qui n'est pas représenté depuis la position de fermeture I indiquée en tiretés continu vers la position d'ouverture II. Ce n'est que dans la position d'ouverture Il que l'alésage transversal 20 constitué dans le bottier D 16 est libéré. Il ouvre ou augmente la section d'écoulement libre de la chambre de soupape 17 et forme ainsi le canal d'écoulement allant à la sortie 21. Cette dernière est reliée à l'extrémité libre de la chambre de soupape 17. Une pompe de refoulement non représentée envoie du fluide à l'entrée 22. Comme la surface de la bille 19 qui est soumise à la pression à l'entrée est très petite, il faut que la pression d'ouverture soit élevée. Dès que cette dernière est atteinte, la bille 19 se déplace dans la chambre de soupape 17 de la position de fermeture I à la position d'ouverture II à l'encontre de la force du ressort qui ) n'est pas représenté. Tant que la bille 19 se trouve par son diamètre "d" au-dessous de l'alésage transversal 20, c'est-à-dire dans la section de guidage, une quantité réduite de fluide s'écoule dans la section de guidage vers la sortie 21 de la soupape 15. Mais dès que la bille 19 se trouve par son diamètre "d" au-dessus de l'alésage transversal 20, le canal d'écoulement qui passe par l'alésage 26 41840 - 8- transversal 20 se trouve libéré, et la force antagoniste augmente dans la chambre de soupape. Ce n'est qu'alors que le fluide s'écoule par la sortie 21 de la soupape 15. Si la pression de refoulement à l'entrée 22 de la soupape 15 baisse, la bille 19 revient immédiatement de sa position d'ouverture II à sa position de fermeture I. Dès que la bille 19 parvient par son diamètre "d" au-dessous de l'alésage transversal , aucune quantité de fluide ne s'écoule plus par la sortie 21 de la soupape 15. La soupape 25 montrée à la figure 4 comprend un bottier 26 et une chambre de soupape 27 prévue à l'intérieur, avec un siège de soupape 28. La chambre de soupape 27 se subdivise en une section de guidage 29 de diamètre interne plus faible et en une partie élargie 30 de diamètre interne plus important, les deux étant reliées l'une à l'autre par un gradin 31. Le fluide s'écoule de l'entrée 32 de la chambre de soupape 27 jusqu'à la sortie 33. Dans la chambre de soupape 27 est monté un piston 34 constitué essentiellement sous forme d'un piston creux. Il comprend à l'intérieur un ressort 35 à l'encontre de la force duquel le piston 34 se déplace vers la position d'ouverture. Il comprend une première section 36 dont le diamètre correspond à celui de la section de guidage 29 et une seconde section 38 reliée à cette dernière par un gradin 37 - dont le diamètre interne correspond à celui de la partie élargie 30. Dans une partie du côté externe 36 de la seconde section 38, le piston 34 comprend un à-plat 39 en direction axiale. Il se forme ainsi entre l'à-plat 39 et la paroi de la partie élargie 30 un canal d'écoulement allant à la sortie 33. Un élément d'étanchéité 40 prévu sur le côté frontal inférieur du piston 34 rend la chambre de soupape 27 étanche dans la position de fermeture. Dans la position de fermeture, le piston 34 repose par son élément d'étanchéité 40 sur le siège 28. Le piston 34 se dégage de cette position en passant par des positions intermédiaires, la première section 37 étant toujours dans la section de guidage 29 dans la position d'ouverture représentée à la figure 4. Comme le diamètre externe de la première section de piston 36 est légèrement sous-dimensionné par rapport au diamètre interne de la section de -9- guidage 29 de la chambre de soupape 27, une faible quantité de fluide s'écoule vers la sortie 39 par ces positions intermédiaires qui ne durent qu'un court instant. Dès que le côté frontal du piston 34 a dépassé le gradin 31, le canal d'écoulement situé entre la paroi interne de la partie élargie 30 de la chambre de soupape 27 et l'à-plat 39 du piston 34 se trouve libéré et le courant volumique qui passe par la chambre de soupape 27 est augmenté. Si la pression de refoulement à l'entrée 32 baisse, le piston 34 revient à sa position de fermeture en passant par les positions intermédiaires. 0 La buse d'atomisation sous pression 50 représentée à la figure 5 et appartenant à une installation de chauffage comprend un bottier de buse 51 comprenant un anneau à bride 52 constitué à son extrémité arrière et à l'aide duquel est fixé un filtre 53. A l'intérieur, le filtre 53 qui peut être constitué en un matériau poreux comporte un canal d'écoulement 54. Au filtre 53 se rattache la soupape 55 dans la direction de l'écoulement, soupape qui est constituée sous forme d'un insert dans le bottier de buse 51 et qui comprend sur son côté extérieur une rainure annulaire 56 avec un élément d'étanchéité 57. La soupape 55 est constituée sous forme d'un clapet à bille comme dans le 0 mode de réalisation des figures 1 ou 2. La description de cette soupape est donc donnée dans la description des figures 1 et 2. Les parties correspondantes de la soupape 55 sont caractériséespar des références augmentées de 60. Du côté de la sortie, un disque de filtration 71 destiné à la filtration secondaire du mazout est raccordé à la soupape 55. Le disque de filtration 71 comprend un canal d'amenée central 72, plusieurs canaux de filtration radiaux 73 et un canal annulaire de sortie 74. Le canal annulaire 74 est formé entre la paroi interne du bottier 51 et un disque élastique 75 dont le diamètre externe est plus faible que le diamètre interne du bottier 51. Au disque élastique 75 se 0 raccorde le cône 76 de la buse comportant de son côté-une rainure de formation de jet. Le parcours d'écoulement du mazout va du canal annulaire 74 et par l'intermédiaire de la rainure à jet 77 jusqu'à l'embouchure 78 de la buse constituée dans la plaque 79 qui est appliquée de façon étanche contre le bottier 51 par l'intermédiaire d'une garniture 80. 26 41840 - 10 - Une pompe de refoulement de mazout non représentée refoule le mazout par la conduite d'admission vers la buse d'atomisation sous pression 50 en passant par le filtre 53 monté dans le canal d'écoulement 54 allant à la soupape 55. Comme la surface de la bille 66 qui est soumise à la pression à l'entrée 67 de la chambre de soupape 64 est petite, il faut que la pression d'ouverture soit nécessairement élevée. Si cette pression d'admission est atteinte, la bille 66 passe de la position de fermeture montrée à la figure 5 et par l'intermédiaire des positions intermédiaires dans la section de guidage de la chambre de soupape 64 dont le diamètre interne correspond au diamètre externe de la bille, vers une position d'ouverture. Dans ces positions intermédiaires, aucune quantité de mazout ne parvient dans la section de la chambre de soupape 64 située au-delà de cette section. Ce n'est que lorsque le diamètre "d" de la bille 66 est parvenu dans la région à rainure longitudinale 70 sur le côté interne 64 de la chambre de soupape 64 que que le canal d'écoulement formé par la rainure longitudinale 70 est libéré et que le mazout s'écoule par ce canal d'écoulement vers la sortie 65 de la chambre de soupape 64. Grâce au canal d'écoulement, le courant volumique de mazout augmente, ce qui a pour conséquence une augmentation de la force antagoniste. Si la pompe de refoulement est arrêtée, la pression dynamique et la pression statique baissent dans la chambre de soupape 64, et la bille 66 revient à nouveau de sa position d'ouverture à sa position de fermeture. Dès que la bille 66 a quitté la région de la rainure longitudinale 70, aucune quantité de mazout ne parvient plus dans la partie de la chambre de soupape 64 qui est située au-delà de la bille 66. Ainsi, il est exclu que du mazout de fuite sans pression parvienne jusqu'à l'embouchure 78 de la buse par la sortie 65 de la chambre de soupape 64 en passant par le disque de filtration 71, le disque élastique 75, le canal annulaire 74 et la rainure à jet 77, et fuit à partir de l'embouchure 78 de la buse. 26 41840 - il - REVENDICATIONS 1. Soupape comprenant un bottier qui comporte un siège de soupape et une chambre de soupape qui s'y raccorde, et présentant un canal d'écoulement allant à la sortie, ainsi qu'un corps de fermeture s'ouvrant en direction du courant et monté de façon mobile en direction axiale à l'encontre de la force d'un ressort dans la chambre de soupape, notamment pour être incorporée à une buse d'atomisation sous pression d'une installation de chauffage, caractérisée en ce que la section transversale de la chambre de soupape (4; 17; 27; 64) dans une section de guidage (11; 29) se raccordant au siège (3; 18; 28; 63) correspond à la section transversale du corps de fermeture (6; 19; 34; 66), et en ce que le corps de fermeture ne libère le canal d'écoulement (10; 20; 37; 70) qu'au-delà de cette section de guidage. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal d'écoulement est formé par une ou plusieurs rainures longitudinales (10; 70) dans la chambre de soupape (4; 64), qui commencent à une certaine distance axiale du siège (3). 3. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal d'écoulement est constitué sous forme d'un alésage transversal (20) dont l'embouchure est disposée à une certaine distance axiale du siège (18). 4. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la section transversale de la chambre de soupape (27) présente au-delà de la section de guidage (29) une partie élargie (30), et en ce qu'un piston (34) formant le corps de fermeture présente une première section (36) correspondant au diamètre de la section de guidage (29) et une seconde section (38) correspondant au diamètre de la partie élargie, et au moins une partie du côté externe de la seconde section est reportée radialement vers l'intérieur pour former le canal d'écoulement. }0 5. Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que le piston (34) comprend sur son côté extérieur et en vue de la formation du canal d'écoulement un à-plat (39) orienté en direction axiale. 6. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le bottier (2, 16, 26, 62) de la soupape est monté dans un bottier (51) de la buse d'atomisation sous pression (50) - 12 - et est fixé par un élément de filtre (53) maintenu à l'aide d'un anneau. à bride (52).