Brevet FR2651341A1 — publié le 19910301

SEGULATEUR DE DEBIT OU DE PRESSION L'invention concerne un régulateur de débit ou de pression dans lequel l'entrée et la sortie de fluide sous pression communiquent entre elles selon un mode tel qu'un piston de régulation mobile en translation commande les sections droites d'un orifice de commande et d'un trou de sécurité qui est ouvert et fermé selon que l'orifice de commande est respectivement fermé ou ouvert, le piston de régulation étant chargé élastiquement dans le sens d'ouverture de l'orifice de commande et présentant deux surfaces de commande agissant en opposition, lesquelles sont exposées à une pression plus haute ou plus basse, de manière telle que la pression plus haute agisse contre la force élastique, la pression plus haute et la pression plus basse étant prélevées en amont et en aval d'un diaphragme de mesure, dans le cas où le régulateur opère en tant que régulateur de débit, tandis que, dans le cas où le régulateur opère en tant que régulateur de pression, la pression de sortie constitue la pression plus haute et une pression plus faible, telle que la pression ambiante, constitue la pression plus basse. Un tel régulateur est connu, en tant que régulateur de débit, par le brevet allemand DE-C 34 20 194 (IP-1344). Dans ce cas, un trou de securité assure la fourniture suffisante de fluide hydraulique au côté sortie dans le cas de la sécurité positive, donc par exemple Si, lors d'une défaillance du ressort due à sa rupture ou à son relcbement, ou dans le cas d'un accroissement important de la viscosité du fluide hydraulique, le piston de régulation ferme le trou de régulation. Pour une certaine pression différentielle, le trou de sécurité est complètement ouvert et le régulateur est alors amené à opérer en dehors de la plage de régulation. Si la pression différentielle diminue, par exemple par inactivation de l'alimentation hydraulique ou par diminution de la viscosité due à l'échauffement, le piston de régulation réalisé sous la forme d'un anneau revient dans la plage de régulation, sous l'effet de la force élastique. Dans le régulateur de débit connu, le trou de sécurité est disposé de manière qu'en cas de fermeture de l'orifice de commande le débit au diaphragme de mesure s'annule, et par conséquent aussi la pression différentielle engendrée par ce débit, de sorte que seul le ressort ramène constamment le piston de régulation dans la plage de régulation. Le trou de sécurité possède ici la fonction d'une dérivation On connaît d'autres types de construction dans lesquels le trou de sécurité ne peut toutefois, par principe, pas être agencé en tant que dérivation. L'agencement d'un tel trou de sécurité est néanmoins tout à fait désirable, par exemple dans le cas des régulateurs de pression pour réguler la pression d'huile dans des machines ou moteurs à combustion interne. L'invention a danc pour but de pourvoir de trous de sécurité les autres types de construction connus pour des régulateurs, et cela de manière telle qu'après avoir quitté la plage de régulation, par exemple lors de l'occurrence de crêtes de pression, le piston de régulation revienne dans sa plage de régulation. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que 1.1 le trou de sécurité est agencé de manière que a) dans le cas ou le régulateur opère en tant que régulateur de débit, l'écoulement passant par le trou de sécurité traverse constamment le diaphragme de mesure; b) dans le cas ou le régulateur opère en tant que régulateur de pression, le trou de sécurité débouche dans le volume se trouvant en communication avec la surface de commande exposés à la pression plus haute; et par le fait que 2.2 la section droite du trou de sécurité est au maximum telle qu'en cas d'ouverture complète du trou de sécurité la force de poussée résultante reste toujours inférieure à la force de rappel élastique. L'invention offre cet avantage que c'est seulement par le dimensionnement de la section droite du trou de sécurité que la pression établie du côté sortie, ou selon le cas la vitesse d'écoulement au diaphragme de mesure, peut être limitée de manière que la force élastique résiduelle ramène toujours le piston de régulation dans sa plage de régulation, et que l'alimentation d'huile reste alors active. Aucune autre disposition supplémentaire n'est nécessaire.Dans le cas d'un régulateur de pression, l'augmentation de pression côté sortie, attaquant dans le sens de l'ouverture le trou de sécurité sur le piston de régulation, est limité, et dans le cas d'un régulateur de débit, la pression différentielle attaquant le diaphragme de mesure devient au maximum telle que, du fait du dimensionnement étroit du trou de sécurité, le piston de régulation revienne seul sous l'effet de sa charge élastique, dans sa plage de régulation après l'occurrence d'une crête de pression.Le dimensionnement exact du trou de sécurité exige aussi la prise en considération de la consommation du côté sortie du régulateur, puisque c'est la section droite du trou de sécurité qui limite la pression établie à chaque fois en fonction de la consommation, du côté sortie du régulateur, ou, selon le cas, le débit, dépendant de la charge, au diaphragme de mesure du régulateur. Par exemple, la plage de régulation d'un tel régulateur de pression est comprise entre 4 et 2 bars. Ceci étant, si la section droite du trou de sécurité est assez étroite pour que, tout en tenant compte de la consommation côté sortie, la pression établie par le trou de sécurité ouvert reste inférieure à 2 bars, on est alors assuré que l'anneau ou encore le piston de réglage pourra toujours être ramené dans la plage de réglage. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux dessins annexés dont les figures representent : - les figures 1 et 2, respectivement un régulateur de pression et un régulateur de débit; et - les figures 3 à 6 des régulateurs pour montage encastre. Les figures 1 et 2 montrent un régulateur pour le réglage de débit figure 2) ou de pression A cette fin, le piston de régulation 9 présente deux arêtes de commande 1Q, 17, la première de ces deux arêtes de commande coopérant avec l'orifice de commande 8, et l'autre de ces deux arêtes de commande coopérant avec le trou de sécurité , 16. Un point essentiel ici est que lors d'un mouvement du piston dans le sens de la fermeture de l'orifice de commande 8 le trou de sécurité conjugué est ouvert dans le sens opposé, et cela de manière à être déjà ouvert avant que l'orifice de commande soit complètement fermé.Cela est obtenu par le fait que la distance entre les arêtes de commande 10 et 17 est légèrement plus grande que la plus petite distance entre l'orifice de commande et le trou de sécurité. il se produit donc un recoupement pendant la fermeture et l'ouverture de l'orifice de commande et du trou de securité. Chaque piston de commande selon les figures 1 et 2 se trouve sous l'inflllence d'un ressort de compression précontraint il qui tend à déplacer le piston de commande dans le sens correspondant à l'ouverture de l'orifice de commande. Lorsqu'il est déplacé dans le sens de l'ouverture de l'orifice de commande, le piston de régulation passe en même temps par-dessus le trou de sécurité 10 qu'il franchit dans le sens de la fermeture. Chaque piston de commande présente une surface de pression 20 ainsi qu'une surface de contrepression 21, la surface de pression 20 provoquant, lors de l'application de pression, Ee déplacement du piston de régulation dans le sens correspondant à la fermeture de l'orifice de commande 8. Par contre, en cas de sollicitation par pression, la surface de contrepression 21 provoque un déplacement du piston de régulation dans le sens du déplacement sous l'effet de la force du ressort.Dans les deux cas, le piston de régulation est finalement attaqué par une différence de pression qui amène le piston de régulation à une position axiale déterminée, en fonction de la force du ressort, cette différence de pression étant, dans le cas du régulateur de pression selon la figure 1, formée par la différence entre la pression de sortie et la pression ambiante. La valve de mise à l'évent 13 a pour effet que seule la pression ambiante est présente sur la surface de contrepression 21, tandis que la pression régnant dans la conduite de sortie du régulateur est présente à la surface de pression 20.Au lieu de la pression ambiante, une pression de précontrainte quelconque peut solliciter la surface de contrepression 21 aussi longtemps que la différence de pression entre la pression de sortie et la contrepression est suffisamment grande pour déplacer le piston de régulation contre la force élastique dans le sens de la fermeture de l'orifice de commande 8. Dans la conduite d'huile côté entrée du régulateur de débit est agencé le diaphragme de mesure 18, cet agencement étant tel que la totalité du m courant d'huile du côté entrée doive passer par ce diaphragme de mesure. Les conduites de mesure, respectivement 22 et 23, partent respectivement du côté amont et du côté aval du diaphragme de mesure.On peut voir que la conduite de commande 22 branchée en amont du diaphragme de mesure est sollicitée par la pression régnant dans la conduite avant le diaphragme de mesure, tandis que la conduite de commande 23 partant en aval du diaphragme de mesure est sollicitée par la pression plus faible régnant dans la conduite en aval du diaphragme de mesure. La conduite de commande 22, celle avec la pression plus haute, est en communication avec le volume terminé par la surface de pression 20, tandis que la conduite de commande débouche dans le volume fermé du ressort, volume dans lequel se trouve la surface de contrepression 21. Là encore, il est essentiel que le piston de régulation 9 soit sous l'influence du ressort de compression 11 dans le sens de l'ouverture ae l'orifice de commande 8, et t que la pression plus haute, en amont du diaphragme de mesure, sollicite la surface de pression 20 dans le sens de la fermeture de l'orifice de commande 8, contre la force élastique. La pression plus basse, en aval du diaphragme de mesure, est amenée via la deuxième conduite de commande 23 dans le volume fermé du ressort et sollicite la surface de contrepression 21 dans le sens de l'ouverture de l'orifice de commande 8. Un accrsissement de la pression en aval du diaphragme de mesure conduit donc à un mouvement du piston de régulation 9 dans le sens de l'ouverture de l'orifice de commande 8. Les figures 3 à 6 représentent une valve ou régulateur 4 pour montage encastré. La valve pour montage encastré selon les Les figures 3, 4 et 4b est un régulateur de pression, et la valve selon les figures 5 et 6 est un régulateur de débit. Chaque régulateur pour montage encastré présente un corps de valve 15. Le corps de valve 15 est adapté avec ajustement dans le bloc-machine 3. par sa partie élargie. La partie élargie pour insertion 5 prend une assise étanche dans le trou 2 qui constitue la conduite hydraulique à l'intérieur du blocmachine. il peut s'agir, par exemple, d'une conduite d'huile de lubrification à l'intérieur du circuit d'huile de lubrification d'un moteur à combustion. Le sens de l'écoulement est indiqué par les flèches 3. Un téton 6, plus étroit que la partie d'insertion élargie, est orienté, en partant de l'élargissement, vers l'aval dans le cas des figures 3 à 5 et vers l'amont dans le cas de la figure 6, en considérant le sens de l'écoulement 3. Les régulateurs selon les figures 3 à 5 présentent un trou axial 7 ouvert à l'écoulement arrivant, ce trou traversant complètement la partie élargie et allant jusque dans le téton aminci.En cet endroit, à l'aide de l'orifice de commande radial 8, ce trou est en communication avec la partie de la conduite d'huile située en aval. Dans le cas de la figure 6, le courant d'écoulement passe par contre par l'ouverture de commande 8 pour entrer dans le canal axial 7 et sortir en direction axiale, en aval du point d'entrée. Un piston de régulation, réalisé sous la forme d'un anneau coulissant 9, prend assise sur le téton aminci, 6. Dans le cas des régulateurs de pression (figures 3, 4a, 4b) cet anneau coulissant est guide, par Sa périphérie intérieure et par sa périphérie eétérieure, à chaque fois à la manière d'un piston et avec étanchéité, sur le téton et dans le trou de la conduite dthuile 2.Dans le cas des régulateurs de débit, l'anneau coulissant présente extérieurement un bourrelet annulaire 19 qui forme, avec la conduite d'huile entourante, un interstice d'étranglement annulaires autrement dit un diaphragme de mesure 18, pour engendrer une différence de pression dans le fluide en écoulement.Tous les anneaux cuuSis a n-s possèdent un gradin diamétral qui part du collet 12 situé en amont (figures 3, 4a, 4b) ou du bourrelet 19 (figures 5 et 6 > . On peut voir qu'entre la périphérie intérieure de la conduite d'huile et la périphérie extérieure du gradin diamétral sur l'anneau coulissant il y a un volume d'écoulement annulaire pour le fluide hydraulique. Dans la région axiale du gradin diamétral, l'anneau coulissant possède des trous radiaux 10 agencés de manière à libérer une section déterminée entre les ouvertures de commande radiales 8 du corps de valve et la conduite d'huile située en aval 2, en fonction de la position de l'anneau coulissant. Les trous radiaux 10 de l'anneau coulissant 9 forment donc les arêtes de commande pour la commande des sections droites des orifices de commande 8 du téton 6.Au moyen du ressort de compression 11, l'anneau coulissant prend appui contre la partie encastrée élargie 4 (figures 3, 4b, 6) ou selon le cas contre l'anneau d'arrêt élastique 14 figure 5), et cela de manière telle que le ressort agisse contre la pression côté aval (figures 3, 4a, 4b) ou, selon le cas, contre le sens de l'écoulement (figures 5, 6 > , cela dans le sens d'une ouverture complète des orifices de commande radiaux 8. Dans le cas des régulateurs de pression (figures 3, 4a, 4b), un espace annulaire fermé de tous côtés est formé entre la partie insert élargie 5 et la face frontale du bourrelet 12 de l'anneau coulissant tournée vers le ressort. A l'aide du collet 12 du piston, cet espace annulaire est étanché par rapport au côté sortie du canal d'huile. Cet espace annulaire est simplement relié, via le canal de décharge 13, au retour non représenté, et est ainsi soustrait à l'action de la pression du côté sortie. Par suite, l'anneau coulissant est sollicité par la différence de pression entre le côté sortie du régulateur et le retour, de sorte qu'il est déplace en translation à une position axiale déterminée, en fonction de la force du ressort. A cette fin, l'anneau présente pour la pression de sortie une surface de pression 20 ainsi que, pour la pression de retour plus faible, une surface de contrepression 21. Dans le cas des régulateurs de débit, l'écoulement de l'huile sous pression a pour effet qu'il s'établit, à l'endroit du diaphragme-étrangleur, une pression différentielle qui, en fanction de la force du ressort, amène l'anneau coulissant à une position axiale déterminée.La surface de pression et la surface de contrepression sont respectivement les surfaces annulaires du bourrelet en amont et en aval du diaphragme annulaire. Dans le cas des régulateurs de pression, le trajet de coulissement du piston coulissant est limité coté aval (figures 3, 4a, 4b > , tandis que dans le cas des régulateurs de débit, ce trajet est limité du côté amont Dans le cas de la figure 4b, le trou de sécurité 16 est également situé en amont, avant les orifices de commande radiaux, et l'arête de commande conjuguée est la surface frontale du collet de piston 12 tournée vers le côté sortie du régulateur. Dans le cas des régulateurs de débit (figures 5 et 6 > , le trou radial de sécurité se trouve à chaque fois, en considérant le sens de l'écoulement 3, avant les orifices de commande 8, toutefois de façon telle que le débit dans le diaphragme de mesure, lorsque l'orifice de commande est fermé, soit aussi le débit passant par le trou de sécurité Fonctionnement :: s'il y a décroissance de la pression côté sortie, ou encore de la vitesse d'écoulement au diaphragme de mesure, le ressort li déplace le piston de régulation et les orifices de commande s'agrandissent. 1l en résulte que la section libre de l'orifice de commande 8 augmente et que de l'huile sous pression peut s'écouler en plus, ce qui a pour effet que la pression du côté sortie, ou encore la vitesse d'écoulement à l'endroit du diaphragme de mesure, va encore augmenter jusqu'à ce que le piston de régulation soit repoussé contre le ressort à un point tel que les forces appliquées au piston de régulation soient en équilibre.Cet équilibre de forces dépend de la précontrainte du ressort 11, de sorte que, côté sortie, la montée en pression ou, selon le cas, la vitesse d'écoulement, dépend également de la précontrainte du ressort. Afin que, par exemple dans le cas d'une rupture de ressort, l'établissement de la pression ou, selon le cas, la vitesse d'écoulement soient assurés, le trou de sécurité 16 aménagé à l'intérieur du trajet de coulissement du piston de régulation 9 crée une autre communication entre entrée et sortie du régulateur L'arête de commande conjuguée 17 du piston de régulation passe alors par-dessus ce trou de sécurité qui commence donc A s 'ouvrir lorsque le piston de régulation est dans la région de sa position de fermeture, peu avant le recouvrement des orifices de commande radiaux 8. Dans le cas d'un accroissement de la pression côté sortie, dans la conduite d'huile 2, ou encore en cas d'augmentation de la vitesse d'écoulement au diaphragme de mesure 18, par exemple du fait de l'occurrence de pointes de pression, le piston de régulation est alors déplacé contre la force du ressort, à un point tel que les orifices radiaux de commande 8 soient complètement recouverts et par conséquent fermés. I1 se produit en même temps une ouverture complète du trou de sécurité 16, ce qui assure certes la communication du côté entrée et du côté sortie du régulateur, bien qu'il y ait lieu de tenir compte de ce qu'une quantité correspondante d'huile sous pression va s'écouler en complément et conduire à un accroissement correspondant de la valeur de la pression du côté sortie ou, selon le cas, à un accroissement de la vitesse au diaphragme-étrangleur. Cette montée de pression, ou encore cette augmentation de vitesse, a pour conséquence une pression différentielle attaquant le collet 12 ou encore le bourrelet 19 de l'anneau, ou encore les surfaces de commande 20 et 21 du piston de régulation, cette pression différentielle maintenant l'anneau ou encore le piston de régulation en position d'ouverture maximale, contre la force persistante du ressort.Ceci étant, afin d'éviter que la pression du côté sortie, ou encore la vitesse d'écoulement en tenant compte de la consommation du côté sortie, augmente à un point tel que le piston de régulation ne puisse plus revenir dans la plage de régulation, c'est-à-dire dans la plage dans laquelle, par exemple dans le cas du piston coulissant, les trous radiaux 10 communiquent avec les orifices de commande radiaux 8, la section droite du trou de sécurité peut avoir une taille au maximum telle que la pression différentielle attaquant le piston de régulation reste toujours plus faible que la force élastique de rappel encore présente.Grâce à une section droite suffisamment étroite, l'établissement de la pression du coté sortie, ou encore la vitesse d'écoulement à l'interstice d'étranglement1 est limité de manière telle qu'en dépit de ce que l'huile de lubrification continue à s'écouler côté sortie afin de couvrir le besoin d'huile de lubrification, l'anneau coulissant ou encore le piston de régulation soit ramené dans la plage de régulation sous l'effet de la force élastique encore présente. Le dimensionnement de la section droite du trou de sécurité doit s'effectuer, dans le cas des régulateurs de pression, en tenant compte de la consommation d'huile sous pression du côté sortie et, dans le cas des régulateurs de débit, en tenant compte du débit d'huile sous pression en fonction de la charge. Dans le cas des régulateurs de pression, la pression minimale possible du côté sortie existe alors lorsque la consommation du coté sortie est à son maximum. Si, par exemple, la consommation maximale du côté sortie provoque, dans la plage de régulation du piston de régulation, une pression de sortie de 2 bars, la formation de la pression rendue possible par l'ouverture complète du trou de sécurité doit être inférieure à 2 bars, la consommation d'huile de lubrification du côté sortie du régulateur a pour effet qu'il ne peut plus s'écouler, par le trou de sécurité, qu'une 1R d'huile de lubrification si petite que la pression du côté sortie décroît à un point tel que la force de pression résultante se trouve inférieure à la force élastique de rappel. Par suite, le ressort de compression contraint ramène le piston de régulation dans sa plage de régulation. Ce qui vient d'être exposé s'applique, également de manière analogue, aux régulateurs de débit. n y a toutefois lieu de tenir compte de ce que le débit d'huile sous pression autorisé par le trou de sécurité 16 passe aussi par le diaphragme de mesure. lorsque le trou de sécurité 16 est complètement ouvert, le piston de régulation 9 se trouve complètement en dehors de sa plage de régulation. Ceci étant, si le débit maximal possible par le diaphragme de mesure 18 était très important, il en résulterait une pression différentielle accrue au diaphragme de mesure, et cette pression différentielle maintiendrait le piston de régulation à la position complètement ouverte.Le courant maximal possible dépend, là encore1 de la pression d'entrée maximale possible prédéterminée1 en avant du diaphragme de mesure, ainsi que de la pression maximale pouvant être obtenue à la sortie du régulateur de débit. La pression de sortie du régulateur de débit dépend, entre autres, des résistances à l'écoulement ou pertes de charge présentées par le système de conduite(s) du côté sortie. le dimensionnement reduit de la section droite du trou de sécurité 16 a pour effet que le courant d'huile sous pression à l'endroit du diaphragme de mesure est simplement maintenu à un niveau tel que la chute de pression dans le diaphragme de mesure soit limitée. Il en résulte que la force de pression résultante attaquant le piston de régulation 9 dans le sens de la fermeture des orifices de commande 3 reste constamment inférieure à la force élastique 11 agissant dans le sens de l'owverture des orifices de commande 8, de sorte que, là encore, le piston de régulation revient dans sa plage de régulation. P > fl) ICAT ION Régulateur de débit ou de pression dans lequel l'entrée et la sortie de fluide sous pression communiquent entre elles selon un mode tel qu'un piston de régulation mobile en translation commande les sections droites d'un orifice de commande (8) et d'un trou de sécurité (16) qui est ouvert ou fermé selon que l'orifice de commande (8 > est respectivement fermé ou ouvert, le piston de régulation (9) étant chargé élastiquement dans le sens d'ouverture de l'orifice de commande et présentant deux surfaces de commande agissant en opposition, lesquelles sont exposées à une pression plus haute ou plus basse, de manière telle que la pression plus haute agisse contre la force élastique, la pression plus haute et la pression plus basse étant prélevées en amont et en aval d'un diaphragme de mesure (18), dans le cas où le régulateur opère en tant que régulateur de débit, tandis que, dans le cas où le régulateur opère en tant que régulateur de pression, la pression de sortie constitue la pression plus haute et une pression plus faible, telle que la pression ambiante, constitue la pression plus basse, caractérisé par le fait que 1.1 le trou de sécurité dans le cas où le régulateur opère en tant que régulateur de débit, l'écoulement passant par le trou de sécurité traverse constamment le diaphragme de mesure (18); ; b) dans le cas où le régulateur opère en tant que régulateur de pression, le trou de sécurité C16) débouche dans le volume se trouvant en communication avec la surface de commande exposée à la pression plus haute; et par le fait que 2.2 la section droite du trou de sécurité (16) est au maximum telle qu'en cas d'ouverture complète du trou de sécurité la force de poussee resultante reste toujours inférieure à la force de rappel élastique.