Brevet FR2705424A1 — publié le 19941125

"Clapet anti retour avec limiteur de débit". Dans certains circuits hydrauliques, et par exemple dans les circuits alimentant les vérins hydrauliques, utilisés dans les engins de travaux publics ou dans les engins de manutention, pour lever, abaisser ou déplacer des charges ayant des valeurs variables, d'une application à une autre, ou offrant des résistances variables, il est connu d'interposer un limiteur de débit entre le groupe hydraulique et au moins l'une des chambres du ou des vérins. L'invention concerne les limiteurs de débit composés: - d'un corps comportant une chambre interne communiquant par au moins un canal radial avec une partie du circuit hydraulique, et par un canal axial, avec l'autre partie du même circuit, - d'un clapet, à rappel par ressort et pilotage hydraulique différentiel, pouvant occuper une position de fermeture en appui sur un siège du corps, lorsque le fluide circule dans le sens bénéficiant de la régulation de son débit, et une position d'ouverture, lorsque le fluide circule dans l'autre sens, - et d'un tiroir, à rappel par ressort et pilotage hydraulique différentiel, assurant la régulation du débit par déplacement longitudinal d'une arête de régulation, par rapport à des alésages communiquant avec la partie amont du circuit hydraulique, cette arête de régulation étant juxtaposée à une gorge externe qui, ménagée entre deux portées de guidage du tiroir, communique, par des alésages radiaux et un alésage axial du tiroir, avec la partie aval du même circuit hydraulique. Dans les limiteurs de débit montés en cartouche, du type de ceux décrits dans FRA2 657 140, le clapet anti retour est disposé à l'intérieur du tiroir, qui est lui-même monté coulissant dans le corps de la cartouche. Cet agencement donne au fluide des circuits de passage complexe qui, sous des débits élevés supérieures à 80 I/mn, entraînent des pertes de charges importantes, même lorsque le limiteur est en position de passage libre, c'est à dire avec son clapet anti retour soulevé. Il en résulte que l'application des limiteurs de débit en cartouche est limitée et qu'ils ne peuvent pas être utilisés dans les installations exigeants, en passage libre, de forts débits. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un clapet anti retour avec limiteur de débit procurant, en passage libre, des pertes de charges réduites et ne mettant en oeuvre, à part le corps, que des pièces de révolution, de formes simples, faciles à réaliser et robustes. A cet effet, le clapet anti retour avec limiteur de débit incorporé, selon l'invention, est du type décrit ci-dessus, mais s'en différencie par les points suivants: - la chambre interne est ménagée entre un premier canal axial, communiquant avec le circuit hydraulique et dont le bord forme siège pour le clapet, et un alésage axial qui, ayant un plus grand diamètre que le premier, est obturé par un bouchon et constitue moyen de guidage du clapet, tout en formant, entre le clapet et le bouchon, une chambre de pilotage de ce clapet, - tandis que, le clapet est muni, d'une part, d'un alésage axial dont une extrémité communique avec la partie du circuit hydraulique qui est en aval dans le sens de régulation, et dont l'autre extrémité est obturée par un bouchon, et, d'autre part, de plusieurs alésages radiaux faisant communiquer son alésage axial avec la chambre du corps, - et que le tiroir de régulation est monté, avec des moyens de rappel, dans l'alésage axial du clapet, et comporte, dans son alésage axial communiquant avec le canal axial du corps, d'une part, un ajutage, et, d'autre part, le débouché d'au moins un canal de mise en pression d'une chambre qui, ménagée dans le clapet entre le bouchon de ce clapet et le tiroir, assure le pilotage de ce tiroir. Grâce à la structure de cette construction, et notamment grâce à l'inclusion du tiroir à l'intérieur du clapet, les canaux aboutissant à la chambre du corps peuvent posséder de fortes sections transversales et la chambre de ce corps peut être suffisamment dimensionnée de manière à engendrer le moins possible de pertes de charge lorsque le clapet est éloigné de son siège et que le fluide traverse le corps dans le sens n'exigeant pas de régulation du débit. Cette structure ne perturbe en rien le fonctionnement de la régulation puisque le tiroir et ses moyens d'actionnement ont des dimensions suffisantes pour réagir aux variations des pressions amont et aval. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution du clapet selon l'invention. Figures 1, 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinale d'une première forme d'exécution du clapet lorsqu'il est, respectivement, en position de repos, en position de régulation avec course maximale du tiroir, et en position de passage libre avec course d'ouverture maximale, Figures 4, 5, 6, 7 et 8 sont des vues en coupe longitudinale montrant d'autres formes d'exécution du clapet selon l'invention, Figure 9 est une vue partielle en coupe transversale montrant, à échelle agrandie, une variante d'exécution des moyens de mise en pression de la chambre de pilotage mise en application dans des clapets des figures 6 à 8. De manière générale, le clapet selon l'invention est composé d'un corps 2, d'un clapet 3 et d'un tiroir 4 disposé à l'intérieur du clapet. Le corps 2 comporte une chambre interne 5 dans laquelle débouche un canal radial 6. Cette chambre est interposée entre un canal axial 7 et un alésage axial 8 de plus grand diamètre que le premier, obturé par un bouchon fileté 9. Ce bouchon délimite, avec le bouchon 10 du clapet 3, une chambre 12 de pilotage du clapet 3. Le débouché du canal 7 dans la chambre 5 forme une arête circulaire 13 qui, visible en détails figure 3, constitue siège pour le nez tronconique 14 du clapet 3. Les canaux 6 et 7 du corps 2 sont, de façon connue, reliés aux deux parties d'un même circuit hydraulique, raccordé à l'une des chambres d'un récepteur hydraulique, et par exemple un vérin. Lorsque le fluide hydraulique traverse le corps en allant du canal 6 au canal 7, il bénéficie de la régulation procurée par le tiroir 4, tandis que, lorsqu'il circule en sens inverse, il provoque le soulèvement du clapet 3 pour obtenir le passage libre montré à la figure 3. Le clapet 3 comporte un alésage axial 15 qui, débouchant dans le canal axial 7 du corps, et fermé à son autre extrémité par le bouchon 10. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 3 et 8, l'alésage se prolonge, en direction du bouchon 10, par un alésage 16 de plus grand diamètre avec lequel il se raccorde par un épaulement 17. Dans les autres formes d'exécution, l'alésage 15 s'étend sur la plus grande partie de la longueur du clapet, mais communique avec le canal axial 7 du corps par un alésage 18 ménagé dans la paroi diamétrale 19 du nez de ce clapet. Le clapet est guidé en translation par sa partie postérieure montée coulissante dans l'alésage axial 8 du corps 2. La partie antérieure du clapet, comportant le nez 14, a un diamètre extérieur inférieur à celui de sa partie postérieure pour favoriser la circulation du fluide autour de lui dans la chambre du corps. Suivant une caractéristique de l'invention, la partie postérieure du clapet 3 ou l'alésage 8 comporte des usinages, tels que rainures ou méplats longitudinaux, permettant de former entre ce clapet et la paroi de l'alésage 8, des canaux mettant en communication la chambre de pilotage 12 avec la chambre interne 5, et en conséquence avec le canal radial 6 raccordé au circuit hydraulique. Un tel usinage est représenté en 20 à la figure 9. La partie antérieure du clapet comporte plusieurs alésages radiaux 22 qui, régulièrement répartis angulairement dans un même plan diamétral, font communiquer son alésage axial 15 avec la chambre 5, et en conséquence avec l'une des parties du circuit hydraulique. Enfmin, le clapet 3 est associé à un ressort de rappel 23 qui est interposé entre son bouchon 10 et celui du corps 2. Le tiroir 4, qui est monté avec ses moyens de rappel 24 à l'intérieur du clapet 3, est constitué, dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 3, par un corps 25 avec une queue cylindrique 26. Le corps 25 comporte deux portées cylindriques 27, montées coulissantes et de manière étanche dans l'alésage 15. Elles sont séparées l'une de l'autre par une gorge 28, dont l'un des bords forme arête de régulation 28a. Le fond de la gorge est traversé par des alésages axiaux 29 communiquant avec une chambre centrale 30. Cette chambre communique elle-même, du côté du canal 7 du corps, avec un alésage fileté destiné à recevoir un ajutage 32 et de l'autre côté, avec un alésage axial 33 recevant un ajutage calibré 34. Le canal axial 35 de l'ajutage 34 a un plus petit diamètre que celui de l'ajutage 32. Les moyens de rappel du tiroir sont constitués par un ressort 24 qui est interposé entre une collerette 36, solidaire de la queue 26 du tiroir, et une coupelle 37, montée coulissante sur cette queue. On notera que la coupelle 37 peut venir en appui contre la face diamétrale postérieure du corps 25 du tiroir, mais aussi contre l'épaulement 17, ménagé entre les alésages 15 et 16 du clapet. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 3, les moyens de rappel du tiroir sont disposés dans la chambre de pilotage 40 qui est formée, dans l'alésage 16 du clapet, entre le bouchon 10 de ce clapet et le corps 25 du tiroir. Au repos, l'ensemble du mécanisme est dans la position représentée à la figure 1, avec le clapet en appui sur le siège 13, sous la poussée de son ressort 23, et avec le tiroir dans la position représentée à la figure 1, c'est à dire avec son arête de régulation 28a à proximité immédiate des alésages radiaux 22 du corps du clapet. Lorsque le fluide circule dans le sens de la flèche 41, c'est à dire pénètre dans le corps par le canal 6, il traverse les alésages radiaux 22 du clapet, ceux 29 du tiroir, pénètre dans la chambre 30 et, de là, rejoint le canal 7 du corps en traversant l'ajutage 32. La pression d'origine Po régnant dans le canal 6 se transmet dans la chambre de pilotage 12 du clapet par les canaux longitudinaux 20. Dans ces conditions, le clapet est maintenu sur son siège, puisque la pression Po s'exerçant sur la section transversale T, délimitée par le siège 13, reçoit un effort qui est supérieur à celui s'exerçant sur la partie antérieure de ce clapet correspondant au produit de la même section T du siège 13 par la pression utile Pu régnant dans l'alésage 7, et cela d'autant plus que Pu est inférieur à Po, compte tenu des pertes de charges engendrées par la traversée du dispositif. Le passage du fluide dans l'ajutage 32 engendre, en amont de ce gicleur et dans la chambre 30 du tiroir, une pression Pg qui, par l'alésage 33 et le canal 35 du gicleur 34, s'établit dans la chambre 40 de pilotage du tiroir. Cette pression Pg, qui s'applique sur la totalité de la section S du corps 25 du tiroir, conduit à un effort longitudinal tendant à faire déplacer ce tiroir dans le sens de la flèche 42 de figure 2 contre l'action de son ressort de rappel 24. Durant ce déplacement, l'arête 28a de ce tiroir obture progressivement les alésages 22 du clapet 3 jusqu'à parvenir à une position d'équilibre assurant la régulation, avec possibilité de les occulter complètement, comme montré à la figure 2. Dans les conditions de régulation du débit, les efforts sollicitant le tiroir 4 comprennent des efforts d'ouverture composés: - de l'effort de rappel Fr du ressort 24, - de l'effort résultant de la pression Pu s'appliquant sur la section S du tiroir 3, de valeur égale à Pu x S, - et d'un effort de fermeture correspondant au produit de la pression Pg s'exercant de l'autre côté sur la section S de ce même tiroir, soit Pg x S. Al'équilibre, Pgx S = Pux S + Fr ce qui donne Pug- Pu = Fr/S or, à l'équilibre Fr/S étant constant, il apparaît que Pg - Pu est constant. Ce développement démontre que le dispositif, ainsi conçu, maintient de part et d'autre du gicleur 32 une chute de pression constante et que le débit dans le gicleur 32 et, donc dans le dispositif, est constant. Lorsque le fluide circule dans le sens de la flèche 43 de figure 3, c'est à dire traverse le corps 2 en allant du canal 7 au canal 6, et que le clapet 3 est sur son siège, la pression Pu s'exerçant dans le canal 7, est supérieure à la pression Po s'exercant dans l'alésage 6. L'ensemble du clapet 3 est donc soumis, du côté du canal 7, à la pression Pu, qui s'applique sur la section T du siège 13, et dans la chambre interne 5 du corps 2, à la pression Po qui produit des effets sur la même section T. Il en résulte que le clapet 3 s'ouvre, c'est à dire s'éloigne de son siège 13 lorsque Pu - Po > Fo/T, expression dans laquelle Fo correspond à l'effort du ressort de rappel 23 qui, par nature, est très faible. La figure 3 montre que, compte tenu du dimensionnement important pouvant être donné aux canaux 6 et 7, et à la chambre 5, l'ouverture du clapet 3 procure immédiatement une section de passage importante entraînant de faibles pertes de charge, lorsque le fluide circule en passage libre dans le sens de la flèche 43. Il ressort donc de ce qui précède que le dispositif de régulation, selon l'invention, permet bien d'obtenir, en passage contrôlé, une régulation du débit satisfaisante, et, en passage libre, de faibles pertes de charges qui, à titre d'exemple, avec des canaux 6 et 7 ayant un diamètre de 20 mm, sont de l'ordre de 3 bars avec un débit de 2001/mn. Les formes d'exécution représentées en référence aux figures 4 à 8 sont des variantes de conception de l'appareil qui peuvent être choisies en fonction des conditions de montage rencontrées dans les différentes utilisations du dispositif. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 4 à 6, le ressort de rappel 44 du tiroir 4 est interposé entre la paroi diamétrale 19 du nez du clapet 3 et un épaulement 45 ménagé au fond d'un alésage 46 réalisé dans le tiroir 4. En pratique, cet alésage 46 a un diamètre suffisant pour servir de logement au ressort 44 et en assurer le guidage. On notera que le ressort ne s'appuie pas directement contre l'épaulement 45, mais qu'il plaque contre cet épaulement une rondelle perforée 32a, assurant la même fonction que le gicleur 32 de la forme d'exécution des figures 1 à 3. Exceptées d'autres différences de forme, le dispositif fonctionne de la même façon que celui décrit précédemment. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 5 et 7, le ressort de rappel 48 est interposé entre la paroi 19 du clapet et un épaulement 49 raccordant le corps du tiroir 4 à un nez cylindrique 51. L'ajutage 32b est disposé dans un alésage axial 50 du tiroir 4. De manière générale, les formes d'exécution représentées aux figures 6, 7 et 8 se différencient de celles précédemment décrites par les moyens utilisés pour mettre en communication la chambre 40 de pilotage du tiroir avec la chambre 30 du tiroir ou avec l'alésage 33 la constituant ou la prolongeant dans ce tiroir. En effet, dans ces formes d'exécution, et comme montré plus en détails à la figure 9, l'alésage 33 communique par au moins un, et de préférence deux canaux radiaux 52 avec une gorge périphérique 53 ménagée à proximité de son extrémité qui jouxte la chambre 40. Dans ces conditions, la mise en pression de la chambre 40 dépend du jeu J montré à la figure 9, ménagé entre le tiroir 4 et l'alésage interne 15 du clapet dans lequel le tiroir coulisse. La maîtrise de ce jeu, sur la portée de faible longueur ménagée entre 7 les canaux 52 et la face extrême postérieure du tiroir, permet de contrôler le transfert des ordres de pression entre la chambre centrale du tiroir, situé en amont du gicleur 32-32a-32b-32c, et la chambre de pilotage 40, dans laquelle s'applique la pression Pg contrôlant les mouvements de ce tiroir.5 Les diverses figures montrent que le gicleur 32-32a-32b-32c-32d peut présenter différentes formes. Bien entendu, le diamètre interne de son canal axial est adapté au besoin de l'installation sur laquelle le dispositif est monté et, à cet effet, le gicleur, comme d'ailleurs celui 32 de la forme d'exécution des figures 1 à 3, est interchangeable. REVENDICATIONS 1. Clapet anti retour avec limiteur de débit du type composé: - d'un corps (2) comportant une chambre interne (5) communiquant par au moins un canal radial (6) avec une partie du circuit hydraulique, et par un canal axial (7), avec l'autre partie du même circuit, - d'un clapet (3), à rappel par ressort et pilotage hydraulique différentiel, pouvant occuper une position de fermeture en appui sur un siège (13) du corps, lorsque le fluide circule dans le sens bénéficiant de la régulation de son débit, et une position d'ouverture, lorsque le fluide circule dans l'autre sens, - et d'un tiroir (4), à rappel par ressort (23) et pilotage hydraulique différentiel, assurant la régulation du débit par déplacement longitudinal d'une arête de régulation (28a), par rapport à des alésages communiquant avec la partie amont du circuit hydraulique, cette arête de régulation (28a) étant juxtaposée à une gorge externe (28) qui, ménagée entre deux portées (27) de guidage du tiroir, communique, par des alésages radiaux (29) et un alésage axial du tiroir, avec la partie aval (7) du même circuit hydraulique, caractérisé en ce que: - la chambre interne (5) est ménagée entre le canal axial (7), communiquant avec le circuit hydraulique et dont le bord forme siège (13) pour le clapet, et un alésage axial (8) qui, ayant un plus grand diamètre que le premier, est obturé par un bouchon (9) et constitue moyen de guidage du clapet (3), tout en formant, entre le clapet et le bouchon, une chambre (40) de pilotage de ce clapet, - tandis que, le clapet (3) est muni, d'une part, d'au moins un alésage axial (15) dont une extrémité communique avec la partie du circuit hydraulique qui est en aval dans le sens de régulation, et dont l'autre extrémité est obturée par un bouchon (10), et, d'autre part, de plusieurs alésages radiaux (22) faisant communiquer son alésage axial avec la chambre (5) du corps, - et que le tiroir de régulation (4) est monté, avec ses moyens de rappel, dans l'alésage axial (15) du clapet (3), et comporte, dans son alésage axial (30-33) communiquant avec le canal axial (7) du corps (2), d'une part, un ajutage (32-32a-32b-32c-32d), et, d'autre part, le débouché d'au moins un canal (35-52) de mise en pression d'une chambre (12) qui, ménagée dans le clapet (3), entre le bouchon (10) de ce clapet et le tiroir (4), assure le pilotage de ce tiroir. 2. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (12) de pilotage du clapet communique avec la chambre interne (5) du corps (2) par des usinages longitudinaux (20) ménagés, entre l'alésage axial (8) du corps (2) et le clapet (3), et formés sur le clapet (3) ou dans l'alésage (8). 3. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le canal de mise en pression de la chambre de pilotage (40) du tiroir (4) est formé par l'alésage axial (35) d'un ajutage calibré (34) fixé dans un alésage axial (33) du tiroir (4) communiquant avec les alésages radiaux (29) de ce tiroir. 4. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le canal de mise en pression de la chambre de pilotage (40) du tiroir (4) est formé par au moins un canal radial (52) qui, débouchant dans une gorge périphérique (53), ménagée dans le tiroir (4) et à proximité de son extrémité côté chambre de pilotage (40), débouche également dans un alésage axial (33) communiquant avec les alésages radiaux (29) de ce tiroir. 5. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ressort de rappel (44) du tiroir (4) est disposé entre la paroi diamétrale (19) formant le nez du clapet (3) et un épaulement (45), ménagé au fond d'un alésage axial (46) du tiroir, alésage recevant en partie ce ressort. 6. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ressort de rappel (48) du tiroir (4) est disposé entre la paroi diamétrale (19) du nez du clapet (3) et un épaulement externe (49) du tiroir (4), et est guidé par un nez cylindrique et central (49), saillant axialement de l'extrémité correspondante de ce tiroir. 7. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ressort de rappel (24) du tiroir (4) est disposé dans la chambre de pilotage (12) de ce tiroir et autour d'une queue cylindrique (26) solidaire de ce dernier, entre, d'une part, une collerette (36) solidaire de l'extrémité de la queue (26), et, d'autre part, une coupelle (37) montée coulissante sur cette queue et pouvant venir en appui contre un épaulement de la queue du tiroir et contre un épaulement (17) de raccordement entre l'alésage axial (15) du clapet guidant le tiroir (4) et un alésage interne (16), de plus grand diamètre et délimitant la chambre de pilotage (12).