Brevet FR2663396A1 — publié le 19911220

i CONSTRUCTION DE SOUPAPE ATTENUANT LE BRUIT La présente invention concerne une construction de soupape "silencieuse", destinée à être utilisée conjointe- ment à des éléments d'étranglement d'une soupape réductri- ce Les constructions décrites dans le brevet US 4,921,014 illustrent un type de soupape auquel l'amélioration consti- tuée par la présente invention peut s'appliquer, aussi, la description dudit brevet est incorporée ici à titre de ré- férence. Généralement, l'on peut dire qu'une soupape adaptée à être utilisée dans la présente invention peut comprendre une succession ou un emboîtement d'anneaux concentriques empilés radialement, o un champignon est guidé dans l'alé- sage de l'anneau le plus à l'intérieur Les anneaux forment des étages successifs de passages radiaux répartis circon- férentiellement et axialement, avec une connexion par tubu- lures de plusieurs passages de chaque étage à l'étage sui- vant Pour une réduction de pression progressive, la super- ficie totale de section collectrice va en augmentant, pour les passages de chaque étage successif Dans une applica- tion de diminution de la pression, la position du champi- gnon détermine le volume du flux d'admission ou flux d'amont à distribuer par une partie ou la totalité des pas- sages de l'anneau interne, et les étages successifs servent de fractions progressives de diminution de la pression sou- haitée Le flux d'échappement ou flux d'aval à partir de la soupape passe via un collecteur circonférentiel autour de l'anneau à passages multiples le plus à l'extérieur. Malgré les améliorations obtenues avec les construc- tions de soupape selon ledit brevet, il est nécessaire de réduire encore le niveau de bruit et de permettre un entre- tien plus facile, par démontage pour un nettoyage périodi- que afin de garantir une capacité d'écoulement de par leur construction aux passages de tous les étages. La présente invention a pour objectif de proposer une soupape améliorée du type indiqué, et particulièrement adaptée à une construction à petite échelle. Un autre objectif est de proposer un montage at- ténuant les bruits pour une soupape du type indiqué. Un objectif spécifique est d'atteindre les objectifs ci-dessus avec une construction dans laquelle la soupape même est efficacement suspendue élastiquement dans une en- veloppe ou boftier de confinement des bruits. Un autre objectif spécifique est d'atteindre l'objec- tif spécifique ci-dessus en permettant un réglage sélectif de la suspension élastique. Un objectif d'ensemble est d'atteindre les objectifs ci-dessus avec une construction de soupape qui comprend une étanchéité supérieure des connexions entre les étages suc- cessifs, tout en facilitant le démontage et l'entretien de toutes les éléments de la soupape. La présente invention atteint ces objectifs en propo- sant un bottier en deux parties pour la soupape à étages multiples indiquée, dans lequel les parties séparables du boftier forment une cavité pour contenir les étages emboi- tés de la soupape La cavité est cylindrique et comporte (i) des surfaces de paroi d'extrémité axiale qui sont es- pacées au-delà de la longueur axiale des étages successifs de la soupape et (ii) une surface de collecteur circonfé- rentielle avec jeu radial relativement aux multiples pas- sages radiaux du corps tubulaire externe Un matériau dé- formable élastiquement est intercalé entre la paroi d'ex- trémité respective des étages successifs et les surfaces de paroi d'extrémité de la cavité, et le matériau déformable est ouvert en son centre pour loger le champignon Le bol- tier prévoit une connexion d'orifice d'admission à une extrémité de l'alésage le plus interne des étages succes- sifs, et la surface de collecteur du bottier comporte une connexion d'orifice d'échappement à la zone de jeu radial. Les deux parties du boîtier sont engagées par vissage afin de permettre une application sélective de charge de com- pression sur le matériau déformable élastiquement. La présente invention va maintenant être décrite de façon détaillée pour les modes de réalisation préférée, avec référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une coupe longitudinale d'une cons- truction de soupape de la présente invention, à grande échelle; La figure 2 est une coupe longitudinale de la portion à étages multiples de la soupape de la figure 1; La figure 3 est une vue isométrique éclatée d'éléments de la portion à étages multiples de la figure 2; La figure 4 est une vue similaire à la figure 2, pour illustrer une modification; et La figure 5 est une vue isométrique éclatée, comme la figure 3 mais spécifique à la modification de la figure 4. Sur la figure 1, un ensemble emboîté concentriquement d'étages multiples de passages de réduction de pression est représenté suspendu au sein d'un bottier de confinement relativement massif qui consiste en une partie de boîtier en U 11 et une partie de fermeture annulaire 12 raccordée par vissage en 13 au bord ou portion d'extrémité ouverte 14 de la partie de bottier 11; une circulation de fluide sous pression est ménagée entre une connexion d'orifice d'admis- sion à haute pression A et une connexion d'orifice d'échap- pement à pression réduite B en fonction d'un position- nement réglable axialement d'une soupape à champignon P, comme il apparaîtra ci-dessous L'ensemble emboîté 10 est conforme aux spécifications du brevet précité et est illus- tré sur les figures 2 et 3 comme comprenant un élément tu- bulaire interne 15 comportant un alésage de guidage de champignon cylindrique 16, et plusieurs autres éléments tubulaires 17, 18 assemblés à lui Tous les éléments tubu- laires 15, 17, 18 sont de la même longueur axiale, de ma- nière que l'ensemble emboîté présente un profil cylindri- que, avec des parois d'extrémité circulaires identiques. Comme représenté, l'élément tubulaire interne 15 est caractérisé par des collerettes identiques 19, 19 ' aux ex- trémités axiales d'une surface de corps cylindrique 20, et plusieurs ensembles de passages 21 axialement espacés s'étendent radialement à partir de l'alésage 16 à travers la surface du corps 20 L'élément tubulaire suivant 17 peut être de forme identique sur sa surface de corps exter- ne 22, entre des collerettes d'extrémité espacées 23, 23 ', mais est représenté en outre avec une surface de corps in- terne 24 qui est effectivement évidé relativement aux por- tions internes radialement des collerettes 23, 23 ' Comme l'élément tubulaire interne 15, le corps de l'élément tubu- laire suivant 17 comporte plusieurs ensembles de passages axialement espacés, s'étendant radialement à travers le corps de l'élément 17; le nombre de passages 25 est supé- rieur au nombre de passages 21 dans le corps de l'élément , de manière que la superficie totale de section des pas- sages 25 soit plus grande que la superficie totale de sec- tion des passages 21. Aux extrémités axiales respectives de l'ensemble em- boîté 10, les surfaces cylindriques opposées des colleret- tes adjacentes 19/23 et 19 '/23 ' sont à ajustement glissant, de manière à faciliter le montage et le démontage, ainsi que l'inspection, le nettoyage ou d'autres opérations d'en- tretien. De la même manière, l'élément tubulaire externe 18 comporte une surface de corps cylindrique interne évidé 26, entre des collerettes d'extrémité 27, 27 ', et plusieurs en- sembles de passages 28 axialement espacés, s'étendent ra- dialement de la surface du corps 26 à la surface cylindri- que externe 29 de l'élément tubulaire externe 18 De nou- veau, les surfaces cylindriques opposées des collerettes adjacentes 23/27 et 23 '/27 ' sont à ajustement glissant, de manière à faciliter le montage et le démontage, et le nombre de passages radiaux 28 dans le corps de l'élément tubulaire externe 18 est supérieur au nombre de passages radiaux 25 dans l'élément tubulaire 17. La zone 29 entre les surfaces à ajustement glissant aux collerettes adjacentes 19/23 et 19 '1/23 ' forme un pre- mier collecteur annulaire continu circonférentiellement destiné à recevoir une décharge de fluide du premier étage par l'intermédiaire des passages 21 de l'élément tubulaire interne 15, et à distribuer uniformément ce flux de déchar- ge du premier étage aux passages 25 de l'étage suivant 17. De même, la zone 30 entre les surfaces à ajustement glis- sant aux collerettes adjacentes 23/27 et 23 '/27 ' forme un second collecteur annulaire continu circonférentiellement destiné à recevoir une décharge de fluide du second étage par l'intermédiaire des passages 25 du second élément tubu- laire 17, et à distribuer uniformément ce flux de décharge du second étage aux passages 28 de l'étage externe suivant 18 La décharge globale des passages 28 se fait jusqu'à un autre collecteur annulaire, comme décrit ultérieurement. La description des éléments à ajustement glissant 15, 17, 18 des étages est complète si l'on mentionne les rai- nures continues circonférentiellement, ouvertes axialement, 31, 32, 33, dans les surfaces de paroi d'extrémité axiale des éléments 15, 17, 18, pour recevoir un joint torique élastomère ( 31 ', 32 ', 33 ') de taille appropriée dans chaque rainure L'ensemble 10 assemblé est donc de profil cylin- drique droit, excepté le léger renflement continu circonfé- rentiellement d'un joint torique dans chacune des rainures. En se référant à présent à la figure 1, les parties de bottier 11, 12 apparaissent comme formant une cavité géné- ralement cylindrique dans laquelle l'ensemble 10 assemblé est suspendu, par et entre des disques annulaires relati- vement épais 35, 36 d'un matériau élastique, étant chacun étant ouvert en son centre pour épouser le diamètre de l'alésage 16 de l'élément tubulaire interne 15; le diamètre extérieur des disques 35, 36 épouse le diamètre extérieur de l'ensemble à multiples étages assemblé 10 Pour le dis- que 35, un bossage central s'étend axialement vers l'exté- rieur afin de placer un bouchon annulaire 37, et un joint torique élastomère 38 est représenté comme étant comprimé entre la surface externe du bouchon 37 et la paroi cylin- drique d'un évidement central court au fond de la cavité en U de la partie de boîtier 11; le disque 35 est en outre situé dans un autre évidement de plus grand diamètre au fond de cette cavité en U Pour le disque 36, un logement court axialement dans la face d'une plaque circulaire 40 forme une bordure circonférentielle 41 pour placer le dis- que 36 La plaque 40 comporte un alésage de guidage de champignon central 43 épousant le diamètre de l'alésage de guidage 16 de champignon de l'élément tubulaire interne 15, et un élément de guidage tubulaire 42 est représenté comme étant d'un seul tenant avec la plaque 40, formant une ex- tension axialement vers l'extérieur de l'alésage de guidage 43 de la plaque 40. Une rondelle 44 est intercalée entre l'élément de fer- meture 12 et la plaque 40, pour une action de serrage par compression uniformément répartie sur les disques élasti- ques 35, 36, lors de l'avancée par vissage de l'élément de fermeture 12 dans l'extrémité autrement ouverte de la par- tie de boîtier 11. Le champignon P est illustré comme comprenant une por- tion cylindrique allongée 45 tirant parti du guidage de po- sitionnement des alésages 16 et 43, tout le long de sa course commandée, conformément à la force d'actionnement appliquée sur une portion 46 accessible extérieurement du champignon Pour la position illustrée sur la figure 1, le champignon a recouvert tous les passages de l'élément tubu- laire interne 15, fermant donc la soupape Cependant, lors d'une descente suffisante, la portion de soupape tronconi- que caractéristique 47 du champignon commence à dégager les passages d'ouverture initiale 21 de l'élément tubulaire in- terne, commençant alors à exposer la soupape au flux en provenance d'un passage d'admission 48 dans le bottier Il. Après être passé dans tous les étages de l'ensemble 10, le flux de fluide est reçu dans un autre collecteur annulaire 49, selon un contour interne circonférentiellement continu d'une bordure 14, et avec des orifices de décharge externe dans la bordure 14. Le bottier 11, 12 et ses étages multiples 10, avec les disques élastiques 35, 36 et la plaque 40, constitue un en- semble de traitement unitaire, complet avec un joint to- rique interne 52 du champignon P (sur la portion d'alésage de guidage 53 de la partie de bottier 11), un joint torique interne 54 du champignon P (sur la portion d'alésage de guidage 43 de la plaque 40 et son extension tubulaire), et un autre joint torique interne 55 de la plaque 40 (sur une portion d'alésage cylindrique lisse de la bordure 14 de la partie de bottier 11) La charge de compression des disques , 36 sur les joints toriques aux parois d'extrémité de l'ensemble 10 à étages multiples est facilement appliquée par le couple de torsion de l'avance du filetage en 13, et par une clé accédant aux alésages d'accès diamétralement opposés 56 dans la partie de fermeture 12 Bien évidemment, un enlèvement par dévissage de la partie de fermeture 12 de la partie de bottier 11 libère tous les éléments pour un démontage complet, une inspection et un entretien, ainsi que pour une mise à l'épreuve et un calibrage ultérieurs, pour être prêts à être réinstallés, comme dans l'alésage 57 de la plus grande structure 58, dont une portion est illustrée sur la figure 1. La plus grande structure 58 est représentée comme dé- livrant un flux d'admission au passage 48 de la partie de bottier 11, via un alésage 59 de la connection de l'orifice d'admission A à une zone de collecteur circonférentielle , et la totalité du passage du flux d'admission est as- surée par des joints toriques 61, 62 au-dessus et en des- sous de la zone de collecteur 60 De même, des joints to- riques 62, 63 au-dessus et en dessous d'une autre zone de collecteur 64 garantissent la totalité du passage du flux de décharge via les orifices 50 jusqu'à la connexion de l'orifice de sortie B. Le mode de réalisation de l'ensemble 10 ' des figures 4 et 5 est identique à celui des figures 2 et 3, excepté pour le positionnement et l'utilisation des joints tori- ques En particulier, les joints toriques sur les figures 4 et 5 sont situés dans des rainures circonférentielles ouvertes radialement vers l'extérieur 65, 66 dans les sur- faces cylindriques convexes respectives des éléments tubu- laires 15 ' et 17 ', et ces joints sont identifiés par une référence avec une prime ( 65 ', 66 ') qui correspond à la référence des rainures dans lesquelles ils sont ajustés. Dans cette configuration, il est entendu que, lorsque l'en- semble 10 ' à étages multiples des figures 4 et 5 est as- semblé sur le boîtier 11, 12 de la figure 1, les disques élastiques 35, 36 s'emboîtent en continu dans les zones d'extrémité respectives de l'ensemble assemblé, et avec une charge de compression axiale, déterminée par l'avance par vissage de la fermeture 12 en 13. Comme décrit dans le brevet 4,921,014, chacun des pas- sages radiaux des éléments tubulaires respectifs est de préférence configuré comme un diffuseur tronconique, s'étendant d'une entrée interne radialement à une sortie externe radialement Par exemple, cette extension peut être de 1:2 en diamètre ( 1:4 en superficie de section), par exemple de 0,25 mm ( 0,010 pouces) de diamètre à 0,50 mm ( 0,020 pouces) de diamètre Ces exemples de dimensions s'appliquent à une structure de soupape comportant un en- semble 10 ou 10 ' d'un diamètre extérieur aussi petit que 4,7 mm ( 3/16 è de pouce). Le matériau élastique en 35, 36 peut être élastomère, d'une dureté d'au moins 90 La présente invention s'est avérée satisfaisante avec des produits appelés respective- ment Navydamp et Isodamp, commercialisés par EAR Division de Cabot Corporation, Indianapolis, Indiana. Il est entendu que les ensembles 10, 10 ' à trois éta- ges ne sont donnés qu'à titre d'exemple, le nombre d'étages étant fonction des caractéristiques de fonctionnement sou- haitées pour des applications spécifiques. REVENDICATIONS 1 Structure de soupape atténuant les bruits, comprenant un corps cylindrique d'éléments tubulaires emboîtés ( 15, 17, 18), lesdits éléments tubulaires formant collectivement des parois d'extrémité radiale espacées lorsqu'ils sont em- boîtés, un champignon (P) guidé par l'alésage ( 16) du plus interne desdits éléments tubulaires, lesdits éléments tubu- laires comportant plusieurs passages généralement radiaux ( 21, 25, 28) et des rainures de collecteur circonférentiel ( 31, 32, 33) aux zones d'interface entre les éléments, un boîtier de soupape comprenant des parties séparables ( 11, 12) formant une cavité cylindrique renfemant l'ensemble em- boîté des éléments tubulaires, ladite cavité comportant (i) des surfaces de paroi d'extrémité axiale qui sont es- pacées au-delà de la longueur axiale de l'ensemble emboîté d'éléments tubulaires et (ii) une surface de collecteur circonférentielle avec jeu radial relativement aux multi- ples passages radiaux du corps tubulaire externe, un maté- riau déformable élastiquement intercalé entre les parois d'extrémité respectives dudit ensemble et les surfaces de paroi d'extrémité de la cavité, ledit matériau déformable étant ouvert en son centre pour loger ledit champignon, le- dit boîtier comportant une connexion d'orifice d'admission (A) à une extrémité de l'alésage ( 16) dudit élément tubu- laire, et ledit boîtier comportant une connexion d'orifice d'échappement (B) audit espacement radial via une portion de ladite surface de collecteur. 2 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 1, dans laquelle ledit boîtier est un boîtier en U comportant (a) une paroi de fermeture d'extrémité for- mant une des surfaces de paroi d'extrémité de la cavité et dotée de ladite connexion d'orifice d'admission (A) et (b) il d'une paroi de bordure cylindrique dotée de ladite con- nexion d'orifice d'échappement (B), et un élément de ferme- ture circulaire formant l'autre surface de paroi d'extrémi- té de la cavité et retenu par ladite bordure. 3 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 2, dans laquelle ledit élément de fermeture est retenu en compression axiale dudit matériau déformable élastiquement. 4 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 3, dans laquelle l'extrémité ouverte externe axialement de ladite bordure est taraudée, et dans laquelle ledit élément de fermeture comprend un disque de serrage avec un filetage externe engagé avec le taraudage de la bordure. 5 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 4, dans laquelle une plaque circulaire ( 40) est intercalée entre ledit disque de serrage et le matériau dé- formable adjacent axialement et la paroi d'extrémité dudit ensemble, l'alésage de ladite bordure comportant une por- tion intermédiaire cylindrique à guidage par ajustement glissant relativement à la périphérie de ladite plaque cir- culaire, de manière que ladite plaque constitue une paroi d'extrémité de ladite cavité. 6 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 5, dans laquelle ladite plaque circulaire est une collerette annulaire formée d'un seul tenant avec une portion de guidage ( 43) de champignon s'étendant axialement qui est espacée radialement du taraudage de ladite bordure, et dans laquelle ledit disque de serrage comprend une por- tion annulaire reçue dans l'espace radial entre ladite por- tion de guidage du champignon et le taraudage de ladite bordure. 7 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 1, dans laquelle ledit matériau déformable élastiquement comprend des disques annulaires distincts ( 35, 36), lesdits disques étant intercalés entre les parois d'extrémité respectives de l'ensemble emboîté et les surfa- ces de paroi d'extrémité de la cavité. 8 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 7, dans laquelle chaque élément tubulaire ( 15, 17, 18) comporte une surface plane radiale annulaire à cha- cune de ses extrémités axiales et est doté d'une rainure continue circonférentielle ( 31, 32, 33) ouverte vers l'ex- térieur entre les limites radiales de chacune de ses surfa- ces planes radiales, et un joint torique élastomère ( 31 ', 32 ', 33 ') dans chacune desdites rainures, lesdits disques annulaires étant en engagement de compression axiale avec lesdits joints toriques. 9 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 1, dans laquelle les passages radiaux et les rainures de collecteur desdits éléments s'étendent sur une distance axiale qui n'atteint pas chaque extrémité axiale, les portions d'extrémité axiales adjacentes radialement desdits éléments étant cylindriques et continues circonfé- rentiellement, de manière qu'une paire de surfaces opposées radialement existe à chaque extrémité axiale des éléments adjacents radialement, une des surfaces cylindriques de chacune desdites paires comportant une rainure continue circonférentiellement, et un joint torique élastomère dans chacune desdites rainures et constituant une étanchéité continue circonférentiellement entre les surfaces cylindri- ques de chaque paire. Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 5, dans laquelle ladite plaque ( 40) comporte un alésage de guidage central ( 43) pour le guidage de posi- tionnement d'une extrémité dudit champignon. 11 Structure de soupape atténuant les bruits selon la re- vendication 1, dans laquelle les parties séparables sur chaque côté axial dudit ensemble emboîté comportent des alésages de guidage centraux permettant un guidage de po- sitionnement dudit champignon sur les deux côtés axiaux dudit ensemble.