Brevet FR2678041A1 — publié le 19921224

Limiteur de débit pour fluide liquide à pression variable La présente invention concerne un dispositif permettant d'assurer, dans un circuit alimenté par un liquide tel que de l'eau à pression variable, la maîtrise du débit et ceci d'une façon autonome, sans autre source d'énergie que la pression du fluide, et d'une façon silencieuse. L'invention a ainsi pour objet un limiteur de débit pour fluide liquide à pression variable, caractérisé en ce qu'il comprend un corps tubulaire extérieur, raccordable à une tuyauterie, à l'intérieur duquel est disposé un actionneur mobile comprenant au moins une portée circulaire, ledit actionneur étant déplaçable axialement à l'intérieur du corps entre une première position fermée, dans laquelle la section de passage du fluide est quasi nulle et une seconde position ouverte, située plus en aval que ladite première position, dans laquelle ladite section de passage est maximale, ladite section de passage croissant régulièrement entre ladite première position et ladite seconde position, ledit actionneur occasionnant une perte de charge de valeur croissante depuis la position où ladite section de passage est maximale jusqu'à la position où cette section de passage est quasi nulle, ladite perte de charge produisant une force F1 ayant tendance à déplacer ledit actionneur dans le sens de l'ouverture, en ce qu'au moins une chambre amont, à volume variable, comporte des parois fixes liées audit corps tubulaire et une paroi mobile liée audit actionneur, ladite chambre communiquant par un canal avec le fluide du côté amont du limiteur de débit, en ce qu'au moins une chambre de commande, à volume variable, comporte des parois fixes liées audit corps tubulaire et une paroi mobile liée audit actionneur, ladite chambre de commande communiquant par un canal avec la pression atmosphérique, en ce que la pression s'exerçant dans la chambre amont exerce sur ledit actionneur une force Fam en sens inverse de la force F1, en ce que la pression atmosphérique dans la chambre de commande exerce sur ledit actionneur une force Fat dans le même sens que la force F1, en ce que les surfaces des différentes parois mobiles sont telles que Fam-Fat = F2 > F1, cette force F2 étant une force s'exerçant dans le sens de la fermeture, et en ce que au moins un ressort, produisant une force F3, agit sur ledit actionneur dans le sens de la force F1 de façon à équilibrer en 1 permanence la force F2, le nombre et la raideur des ressorts étant choisis selon la loi de débit désiré compte tenu de la variation de pression du fluide à l'amont. Selon une réalisation préférée, ledit actionneur mobile comprend une pluralité de dites portées circulaires, chaque portée circulaire étant située en face d'une rainure circulaire de section sensiblement trapézoïdale rectangle effectuée dans ledit corps, ladite section de passage étant constituée par l'espace annulaire entre chaque portée et ladite rainure correspondante, en ce qu'un axe central fixe est disposé et fixé axialement dans ledit corps tubulaire, ledit actionneur entourant ledit axe et pouvant coulisser axialement sur lui, ledit axe portant au moins un épaulement circulaire jouant le rôle de piston fixe et partageant l'espace interne dudit actionneur en une dite chambre amont et une dite chambre de commande. Selon une réalisation préférée, permettant de limiter le diamètre du dispositif, ledit axe porte deux dits épaulements circulaires, chaque épaulement circulaire partageant chacun un espace interne en une dite chambre amont et une dite chambre de commande. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se reportant au dessin annexé dans lequel La figure 1 représente schématiquement en coupe axiale, un limiteur de débit selon l'invention. La figure 2 représente, pour un débit Q constant, la courbe de la distance x d'ouverture du limiteur en fonction de la pression P à l'amont. La figure 3 représente les courbes des forces F1 et F2 en fonction 2 de la pression P à l'amont. La figure 4 montre, dans un exemple particulier où l'on utilise trois ressorts, la courbe de la valeur de la force F3 donnée par les ressorts en fonction de la distance d'ouverture x. La figure 5 représente schématiquement en coupe axiale, un limiteur de débit selon une variante de l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit un limiteur de débit pour un fluide liquide à pression variable. Il comporte un corps tubulaire extérieur 1 muni à ses extrémités de brides 2 et 3 pour son raccordement à une tuyauterie. Par rapport à la figure 1, le sens de circulation du liquide est donné par les flèches F. A l'intérieur du corps tubulaire, est disposé un axe central fixe 4, disposé axialement et fixé au corps tubulaire 1 par des rayons 5. A l'intérieur du corps tubulaire extérieur 1, entourant et coulissant axialement sur l'axe 4 se trouve un actionneur mobile 6. L'actionneur mobile 6 porte sur sa périphérie, une pluralité, seize dans le cas représenté sur la figure 1, de portées circulaires 7. En face de chaque portée circulaire, le corps tubulaire porte intérieurement une rainure circulaire 8 dont la section a sensiblement la forme d'un trapèze rectangle. L'actionneur 6 est mobile axialement entre une première position qui est celle représentée sur la figure 1, appelée position fermée et où la section de passage du fluide entre une portée quelconque 7 et le corps tubulaire 1 est quasi nulle, et une seconde position, appelée position ouverte, située plus en aval où la section annulaire de passage du fluide entre une portée quelconque 7 et le corps tubulaire 1 est maximale. Cette seconde position, à ouverture maximale, est atteinte lorsque les portées 7 arrivent au droit du fond des rainures 8. La section de passage du fluide croit régulièrement entre la première et la deuxième position. L'axe central 4 porte deux épaulements circulaires 9 et 10 jouant chacun le rôle de piston fixe. L'actionneur 6 porte une cloison interne 11 qui sépare le volume interne de l'actionneur en deux espaces internes 12 et 13. Le piston fixe 9 partage l'espace interne 12 en une chambre amont 14 à volume variable et en une chambre de commande 15 à volume variable. De même, le piston fixe 10 partage l'espace interne 13 en une chambre amont 16 à volume variable et en une chambre de commande 17 à volume variable. Les chambres amont 14 et 16 communiquent, par un canal 18 réalisé dans l'axe fixe 4, avec le fluide du côté amont du limiteur de débit. Les chambres de commande 15 et 17 communiquent, par un canal 19 réalisé dans l'axe fixe 4 et par une conduite 20, avec la pression atmosphérique à l'extérieur du corps tubulaire extérieur 1. La pluralité de portées circulaires 7 en forme de disque occasionne entre ces disques, mobiles en translation, et le corps fixe 1 une perte de charge par des détentes étagées du fluide dans les rainures 8. Cette perte de charge, variable selon la position axiale de l'actionneur 6, soumet l'actionneur à une force F1 ayant tendance à le déplacer dans le sens de l'ouverture. Cette force F1 croit en fonction de la valeur de la pression amont Pam comme le montre la courbe F1 de la figure 3. L'actionneur 6 est en outre soumis à une force Fam en sens inverse de la force F1 par l'effet de la pression Pam s exerçant dans les chambres amont 14 et 16 et à une force Fat dans le même sens que la force F1, par l'effet de la pression atmosphérique Pat dans les chambres de commande 15 et 17. Dans les applications envisagées, la pression amont, Pam est toujours supérieure à la pression atmosphérique et l'on a Fam - Fat = F2 qui est ainsi une force s'exerçant dans le sens de la fermeture, c'est-à-dire dans le sens inverse de F1. Les surfaces des parois mobiles de l'actionneur, sur lesquelles s'exercent cet effort F2 sont choisies de telle façon que F2 > F1. Cette force F2 est linéaire et croit en fonction de la pression amont Pam comme le montre la courbe F2 de cette même figure 3. La figure 2 montre la courbe, pour une loi de débit souhaité, ici un débit Q constant, de l'ouverture x de l'actionneur en fonction de la pression Pam à l'amont. Cette ouverture est définie par la distance x entre la position actuelle de l'actionneur et sa position dans son état complètement fermé (celle représentée sur la figure 1). A chaque instant, pour que l'actionneur soit en équilibre, on doit avoir une force motrice F3 de telle sorte que F2 1 F1 + F3 donc F3 2 F2 FI. Pour une loi de débit déterminée (figure 2) et compte tenu des forces F1 et F2, la force F3 à appliquer pour chaque valeur de la pression amont Pam et donc pour chaque ouverture x nécessaire pour le débit souhaité, est parfaitement définie. En pratique, l'effort moteur F3 appliqué au système ne suit pas rigoureusement la loi qui découle des courbes des figures 2 et 3 mais une loi approchée représentée sur la figure 4. Cette loi est obtenue par le moyen de trois ressorts. Lors des pressions amont faibles, et donc pour une ouverture x grande, seul un premier ressort K1 est en fonction. Lorsque la pression amont augmente, le ressort K1 se comprime, l'ouverture x diminue et il arrive un moment où un deuxième ressort K2 entre en action en même temps que K1, enfin, la pression Pam croissant toujours et l'ouverture x diminuant, entre en jeu un troisième ressort K3 venant s'ajouter aux deux autres. Les ressorts K1 et K2 sont situés dans la chambre de commande 15 et le ressort K3 dans la chambre de commande 17. Bien entendu, pour assurer une poussée bien équilibrée par rapport à l'axe de l'actionneur 6, chaque ressort K1, K2 et K3 peut être divisé en une pluralité de ressorts répartis autour de l'axe central 4. Les ressorts K3 peuvent être constitués par des plots en élastomère. La loi de débit recherchée peut, bien entendu, être modifiée en modifiant le nombre et la raideur des ressorts. Grâce au nombre important d'étages de détente, le système est silencieux. Le système est complètement automatique n'utilisant que des ressorts comme moyens de commande. Le dispositif peut être d'un diamètre relativement faible, il suffit, pour obtenir les surfaces nécessaires à l'effort F2, de multiplier le nombre de pistons fixes tels que 9 et 10. La figure 5 montre une variante dans laquelle l'actionneur mobile est ici constitué par un axe central 21 qui comporte une série de portées circulaires représentées schématiquement par une seule portée 22. Il n'y a ici qu'une seule chambre amont 23 et une seule chambre de commande 24. Les deux chambres sont séparées par un piston mobile 25 et les chambres 23 et 24 sont délimitées par des parois fixes constituant une boite 26 fixée au corps tubulaire extérieur 1 par des rayons 27. Un canal 28 permet d'amener la pression amont à la chambre amont 23 et une conduite 29 permet d'introduire la pression atmosphérique dans la chambre de commande 24. Celle-ci est équipée de deux ressorts de commande K1 et K2. REVENDICATIONS 1/ Limiteur de débit pour fluide liquide à pression variable, caractérisé en ce qu'il comprend un corps tubulaire extérieur (1), raccordable à une tuyauterie, à l'intérieur duquel est disposé un actionneur mobile (6, 21) comprenant au moins une portée circulaire (7, 22), ledit actionneur étant déplaçable axialement à l'intérieur du corps entre une première position fermée, dans laquelle la section de passage du fluide entre ladite portée et ledit corps tubulaire est quasi nulle et une seconde position ouverte, située plus en aval que ladite première position, dans laquelle ladite section de passage est maximale, ladite section de passage croissant régulièrement entre ladite première position et ladite seconde position, ledit actionneur occasionnant une perte de charge de valeur croissante depuis la position où ladite section de passage est maximale jusqu'à la position où cette section de passage est quasi nulle, ladite perte de charge produisant une force F1 ayant tendance à déplacer ledit actionneur dans le sens de l'ouverture, en ce qu'au moins une chambre amont (14, 16, 23), à volume variable, comporte des parois fixes (9, 10, 26) liées audit corps tubulaire et une paroi mobile (11, 25) liée audit actionneur, ladite chambre amont (14, 16, 23) communiquant par un canal (18, 28) avec le fluide du côté amont du limiteur de débit, en ce qu'au moins une chambre de commande (15, 17, 24), à volume variable, comporte des parois fixes (9, 10, 26) liées audit corps tubulaire et une paroi mobile (11, 25) liée audit actionneur, ladite chambre de commande (15, 17, 24) communiquant par un canal (19, 20, 29) avec la pression atmosphérique, en ce que la pression amont s'exerçant dans la chambre amont (14, 16, 23) exerce sur ledit actionneur une force Fam en sens inverse de la force F1, et en ce que la pression atmosphérique dans la chambre de commande (15, 17, 24) exerce sur ledit actionneur (6, 21) une force Fat dans le même sens que la force F1, en ce que les surfaces des différentes parois mobiles sont telles que Fam - Fat = F2 > F1, cette force F2 étant une force s exerçant dans le sens de la fermeture, et en ce que au moins un ressort (K1, K2, K3), produisant une force F3, agit sur ledit actionneur dans le sens de la force F1 de façon à équilibrer en permanence la force F2, le nombre et la raideur des ressorts étant choisis selon la loi de débit désiré compte tenu de la variation de pression du fluide à l'amont. 2/ Limiteur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit actionneur mobile (6) comprend une pluralité de dites portées circulaires (7), chaque portée circulaire étant située en face d'une rainure (8) circulaire de section sensiblement trapézoïdale rectangle effectuée dans ledit corps, ladite section de passage étant constituée par l'espace annulaire entre chaque portée et ladite rainure correspondante, en ce qu'un axe central fixe (4) est disposé et fixé axialement dans ledit corps tubulaire, ledit actionneur (6) entourant ledit axe (4) et pouvant coulisser axialement sur lui, ledit axe portant au moins un épaulement circulaire (9, 10) jouant le rôle de piston fixe, et partageant l'espace interne dudit actionneur en une dite chambre amont (14, 16) et une dite chambre de commande (15, 17). 3/ Limiteur de débit selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit axe (4) porte deux dits épaulements circulaires (9, 10), chaque épaulement circulaire partageant chacun un espace interne en une dite chambre amont (14, 16) et une dite chambre de commande (15, 17).