Brevet FR2778760A1 — publié le 19991119

La présente invention concerne un régulateur de la pression d'un fluide dans une partie de canalisation située en aval de ce régulateur. Généralement, les régulateurs de pression connus comportent un corps définissant entre deux raccords d'extrémité alignés un canal de passage qui comporte un siège et un clapet dont la position par rapport au siège est asservie à une valeur de consigne, réglable ou non, de la pression devant régner dans la partie du canal située en aval du siège. Les moyens pour réaliser cet asservissement sont constitués par des organes de manoeuvre du clapet qui agissent sur lui de manière antagoniste. L'un d'eux est un ressort tendant à écarter le clapet de son siège, ce ressort étant réglable ou non et constituant le moyen d'établissement d'une valeur de consigne, l'autre étant une surface attelée au clapet et soumise à la pression aval à réguler, tendant à rapprocher le clapet de son siège contre l'effort développé par le ressort. Lorsque la pression atteint la valeur de consigne le clapet se ferme et la pression aval cesse de croître. Lorsqu'elle chute, l'effet du ressort est prépondérant et la section de passage du fluide augmente ce qui restaure la pression aval. Dans la plupart des cas, notamment pour permettre un ajustement simple de la consigne, le clapet est disposé perpendiculairement à la ligne des extrémités de raccorde- ment du dispositif. L'écoulement du fluide est perturbé au niveau de cet ensemble siège - clapet, ce qui crée une perte de charge importante à cet endroit. On a constaté par ailleurs que la possibilité de réglage d'un tel régulateur n'est pas une exigence impéra- tive du marché et qu'il existe un besoin de régulateurs à consigne fixe qui soient le plus compact possible et qui soient source d'une perte de charge minimale. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un régulateur de pression d'un fluide comprenant un corps dans lequel est ménagé un canal de passage du fluide, possédant un tronçon d'entrée et un tronçon de sortie coaxiaux, et une portion centrale reliant lesdits tronçons et comportant un organe de restriction variable de sa section de passage, la portion centrale étant une chambre annulaire comprise entre deux parois coaxiales aux tronçons, l'organe de restriction variable de la section de la chambre annulaire comprenant un élément de paroi de la chambre annulaire déformable élastiquement entre un état de repos dans lequel il est écarté de l'autre paroi de la chambre pour définir avec celle-ci une section de passage maximale et un état de déformation maximale dans lequel il est en contact avec cette autre paroi et obture le passage, et comprend des moyens de compression de l'élément déformable formés par une butée fixe de la chambre annulaire et une butée mobile axialement dans cette chambre et solidaire d'un piston dont une face est soumise à une pression aval en référence à un sens de passage du fluide.20 Ainsi, le fluide à la pression aval commande l'expansion radiale de l'élément de paroi déformable - et donc la restriction du conduit - en exerçant un effort de déplacement du piston. La structure particulière du régula- teur permet l'obtention d'un canal de passage rectiligne. Le régulateur de pression selon l'invention ne perturbe donc que peu ou pas l'écoulement du fluide qui le traverse. Les pertes de charge dans le circuit sont par conséquent limitées. De plus, la structure du régulateur de pression est simple de sorte que sa réalisation est peu onéreuse. Selon un mode de réalisation préféré, le corps comporte au niveau de la chambre annulaire, une paroi externe cylindrique, une paroi interne cylindrique coaxiale à et espacée de la paroi externe, un épaulement fixe en saillie de la paroi interne dans le passage annulaire et tourné vers l'aval pour former la butée fixe, le piston étant formé par un manchon coulissant le long de la paroi interne, dont une extrémité axiale est tournée vers l'épaulement fixe et constitue la butée mobile et dont une autre extrémité axiale est fermée et présente une face soumise à la pression aval du fluide, l'élément de paroi déformable étant constitué par la partie d'un élément torique élastiquement déformable tournée vers la paroi externe, ledit élément torique étant placé entre les deux butées. On notera que le caractère élastiquement déformable de cet élément de paroi peut être intrinsèque, c'est-à-dire tenant à la nature et aux dimensions du matériau qui le constitue. Il peut être extrinsèque, c'est-à-dire que le matériau est déformable de matière non élastique mais qu'un élément élastique rapporté agit sur lui pour lui faire reprendre un état initial. Il peut être enfin mixte, c'est- à-dire que l'élément déformable possède une élasticité lui permettant de recouvrer une certaine forme initiale aidé en cela par un élément extérieur. L'élasticité globale de cet élément constitue l'effort à vaincre par la butée mobile sous l'effet de la pression aval pour fermer le passage et en conséquence constitue la valeur de consigne du régula- teur On comprend alors que cette valeur sera fixée par construction du fait du choix du matériau et/ou du choix de l'élément élastique auxilliaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une première réalisation possible de l'invention; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'une deuxième réalisation possible; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un régulateur de pression selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément déformable étant dans son état de repos; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, l'élément déformable étant dans son état de déformation maximale. En référence à la figure 1, le régulateur de pression selon la première réalisation comprend un corps 1 traversé par un canal de passage 2. Le canal de passage 2 comprend une portion d'entrée et une portion de sortie, respectivement formées par un percage 3 et un percage 4 coaxiaux, encadrant une chambre annulaire 5 délimitée par une paroi externe formée par une paroi cylindrique 6 du corps 1 et par une paroi interne espacée de la paroi externe et formée par un appendice cylindrique 7 s'étendant coaxialement à la paroi 6 dans le corps 1. L'appendice cylindrique 7 est relié au corps 1 par un voile perforé 8 s'étendant transversalement dans le canal de passage 2. Une bague 9 est montée sur l'appendice cylindri- que 7 et forme un élément de paroi interne de la chambre annulaire 5. La bague 9 s'étend de façon adjacente à une surface 15 du voile 8. La bague 9 est en un matériau élastiquement déformable et a ici une section en C à convexité tournée vers l'extérieur. Bien entendu la section de la bague pourrait avoir d'autres formes, par exemple circulaire creuse ou pleine, semi-circulaire pleine, etc... Un manchon 10, en forme de coupelle, coiffe l'appendice 7. Le manchon 10 est monté pour coulisser entre une première position dans laquelle l'extrémité 11 du manchon 10 faisant face à la surface 15 du voile 8 presse la bague déformable 9 contre cette surface et une seconde position dans laquelle le manchon 10 est en retrait en35 appui contre des butées 13 sétendant en saillie dans le corps 1. Lorsque le manchon est dans sa première position, la bague déformable 9 est dans un état de déformation maximale et la portion périphérique 14 de la bague déforma- ble 9 est au contact de la paroi 6 du corps 1. Lorsque le manchon 10 est dans sa deuxième position, la bague déforma- ble 9 est dans un état de repos et la portion périphérique 14 est écartée de la paroi 6. Le manchon 10 constitue ainsi un moyen de compression de la bague déformable à l'encontre de l'effet ressort que constitue son élasticité propre et qui forme le seuil de consigne du régulateur. Le régulateur de pression est raccordé au circuit de fluide de façon que le fluide s'écoule dans le canal de passage 2 selon le sens de passage E. La surface d'extré- mité 12 du manchon 10 opposée à l'extrémité 11 est alors soumise à une pression aval du fluide. On comprend que lorsque la pression aval du fluide exerce sur la surface d'extrémité 12 un effort propre à déformer le matériau constituant la bague 9, le manchon 10 est amené dans sa première position. La bague déformable 9 est alors dans son état de déformation maximale, compressée entre la surface 15 formant une butée fixe et l'extrémité 11 formant une butée mobile. Le canal de passage 2 est obturé et la pression aval du fluide diminue. Lorsque l'effort exercé par le fluide à la25 pression aval diminue jusqu'à être inférieur à l'effet ressort du matériau constituant la bague 9, la bague 9 revient dans son état de repos et ramène le manchon 10 dans sa deuxième position en appui des butées 13. Le canal de passage 2 est alors dégagé. Dans cette explication, on aura négligé de prendre en compte l'effet de la pression amont sur la bague, cette approximation étant tout à fait justifiée par l'importance mineure de cet effet dans la pratique. Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront dans la suite de la descrip- tion des références numériques identiques. En référence à la figure 2, le régulateur de pression selon la deuxième réalisation comprend, de façon analogue au régulateur de pression décrit précédemment, un corps 1 traversé par un canal de passage 2. La chambre annulaire 5 est délimitée par une surface externe formée par une paroi cylindrique 6 du corps 1 et par une paroi interne formée par un appendice cylin- drique 7 s'étendant coaxialement à la paroi 6 dans le corps 1. L'appendice cylindrique 7 est relié au corps 1 par des bras 8 s'étendant transversalement dans le canal de passage 2. Une bague 9 est montée sur la surface interne de la paroi cylindrique 6 du corps 1 et forme un élément de paroi externe de la chambre annulaire 5. La bague 9 s'étend de façon adjacente à un épaulement annulaire 15 saillant de la surface interne de la paroi cylindrique 6. La bague 9 est en un matériau élastiquement déformable et a ici une section en C à convexité tournée vers l'intérieur. Un piston 10, en forme de bague, est monté pour coulisser le long de la surface interne de la paroi cylindrique 6 entre une première position dans laquelle l'extrémité 11 du piston 10 faisant face à l'épaulement annulaire 15 presse la bague déformable 9 contre cet épaulement et une seconde position dans laquelle le piston est en retrait et en appui contre les bras 8. Lorsque le piston est dans sa première position, la bague déformable 9 est dans un état de déformation maximale et la portion périphérique 14 de la bague déformable 9 est au contact de la surface externe de l'appendice cylindrique 7. Lorsque le piston 10 est dans sa deuxième position, la bague déforma- ble 9 est dans un état de repos et la portion périphérique 14 est écartée de l'appendice cylindrique. Dans ce cas, on aura pris la précaution de lier la bague 9 de manière étanche au piston 10 de manière qu'une portion de la face supérieure de ce piston soit soustraite à l'effet de la pression du fluide afin que cette pression s'exerce sur une surface à la base du piston plus grande que celle qu'offre à cette pression la face supérieure de ce piston. Le contact de la bague 9 avec l'épaulement 15 est maintenu étanche. Le fonctionnement du régulateur de pression selon la deuxième réalisation est identique au fonctionnement du régulateur précédemment décrit. En référence aux figures 3 et 4, le régulateur de pression selon le mode de réalisation préféré comprend un corps 1 tubulaire fermé par un couvercle 20 et traversé par un canal de passage 2 d'axe central 21 ayant des portions d'entrée et de sortie coaxiales qui sont respectivement15 formées par un percage 3 réalisé dans le corps 1 et un perçage 4 réalisé dans le couvercle 20. Les perçages 4 et 3 comportent une portion d'extrémité taraudée. Le corps 1 et le couvercle 20 pourraient aussi être pourvus d'une extrémité filetée.20 Les portions d'entrée et de sortie encadrent une chambre annulaire 5 coaxiale à celles-ci. La chambre annulaire 5 est délimitée par une paroi externe formée par une paroi 6 du corps 1 et par une paroi interne espacée de la paroi externe et formée par un appendice cylindrique 7. L'appendice cylindrique 7, s'étendant le long de l'axe central 21, est tubulaire et délimite un espace interne. L'appendice cylindrique 7 est porté par un voile 8 s'étendant transversalement dans le canal de passage 2. Le voile 8 a un bord périphérique pincé entre le corps 1 et le couvercle 20. Un épaulement annulaire 15 s'étend en saillie de la surface externe de l'appendice cylindrique 7. Un élément déformable 9 est porté par l'appendice cylindrique 7 de façon adjacente à l'épaulement annulaire 15. L'élément déformable 9 est en matériau élastique tel qu'un élastomère et a une forme torique creuse. L'élément déformable pourrait également être plein et avoir d'autres formes. Un piston comprenant un manchon 10 en forme de coupelle est monté sur la portion d'extrémité de l'appen- dice cylindrique 7 opposée au voile 8 pour coulisser entre une première position dans laquelle le bord circulaire 11 du manchon 10 opposé au fond plaque l'élément déformable 9 contre l'épaulement annulaire 15 et une deuxième position dans laquelle le manchon 10 est en appui de butées 13 s'étendant en saillie à l'intérieur de la paroi 6. Le manchon 10 constitue ainsi un moyen de déformation de l'élément déformable 9. Le manchon 10 et l'appendice cylindrique 7 sont réalisés en un matériau thermoplastique autolubrifiant ou à faible coefficient de friction. Les frottements entre ces pièces en mouvement relatif sont donc faibles et n'engen- drent qu'une usure minime. D'autres matériaux, par exemple métalliques, sont également utilisables. Un ressort de compression 16 est interposé entre le fond de l'espace interne de l'appendice cylindrique 7 et le fond du manchon 10. Le ressort 16 tend à plaquer le manchon 10 contre les butées 13. Les butées 13 permettent de limiter l'amplitude du déplacement du manchon 10 selon une direction opposée à l'épaulement annulaire 15. Des trous 17 traversent le voile 8 pour permettre l'écoulement du fluide. Une chemise rapportée 18 s'étend intérieurement dans le corps 1. La chemise 18 a une surface interne 19 débouchant en regard de la partie périphérique 14 de l'élément déformable 9 tournée vers la paroi 6 du corps 1. On notera que l'usinage de la chemise étant plus simple à réaliser que celui du corps tubulaire, il est aisé d'obte- nir une surface interne présentant un bon état de surface. En fonctionnement, le régulateur de pression est inséré dans un circuit de fluide sous pression par ses raccords 3 et 4. La partie en aval du circuit comprendra par exemple un robinet. Lorsque l'élément déformable est dans son état de repos tel que représenté à la figure 3, le fluide s'écoule au travers des trous 17 selon le sens d'écoulement indiqué aux figures par la flèche E. Le manchon 10 est ainsi situé en aval de l'élément déformable de sorte que la face d'extrémité 12 du manchon 10 opposée au bord circulaire 11 est soumise à une pression aval du fluide. La pression de fluide en aval du régulateur de pression dépend directement de la raideur de l'ensemble élastique élément 9 - ressort 16 et ce, sensiblement quelle que soit la pression du fluide en amont du régulateur. On comprend en effet que lorsque l'effort exercé par l'ensem- ble élément 9 - ressort 16 sur le manchon 10 est supérieur à l'effort exercé par le fluide sous pression sur la face d'extrémité 12 du manchon 10, le manchon 10 est amené vers les butées 13. L'élément déformable 9 est alors dans un20 état de repos dans lequel la partie périphérique 14 est écartée de la surface interne 19 du canal de passage 2 et définit avec cette dernière une section de passage annulai- re. Lorsque le robinet est fermé, la pression aval du fluide a tendance à augmenter, de telle sorte que le fluide sous pression exerce sur la face d'extrémité 12 du manchon un effort supérieur à l'effort qu'exerce l'ensemble élastique 9 - 16 sur le manchon 10. Le manchon 10 est alors déplacé vers l'épaulement annulaire 15 et presse l'élément déformable 9 contre l'épaulement annulaire 15. Le déplace- ment du manchon 10 provoque ainsi l'expansion radiale de l'élément déformable 9 comme représenté à la figure 2. La partie périphérique 14 de l'élément déformable 9 est alors en appui contre la surface interne 19 du canal de passage35 2. Le canal de passage 2 est alors obturé (figure 3). Lors de l'ouverture du robinet, la pression aval du fluide diminue jusqu'à ce que l'effort qu'exerce le fluide sous pression sur la face d'extrémité 12 du manchon soit inférieur à l'effort qu'exerce l'ensemble élastique 9 16 sur le manchon 10. Le manchon 10 est alors déplacé en direction des butées 13 de sorte que l'expansion radiale de l'élément déformable 9 diminue. Ce faisant, le canal de passage 2 est progressivement dégagé et permet l'écoulement du fluide vers le robinet (figure 4). La régulation de la pression est ainsi obtenue par le maintien d'un équilibre entre l'effort exercé par le ressort 16 et l'effort exercé par le fluide sous pression sur la face d'extrémité 12 du manchon 10. On notera qu'on a prévu dans cette exemple de réalisation un élément 9 élastiquement déformable pour qu'il retrouve par lui-même son état de repos en l'absence de sollicitation. Ce n'est pas sortir du cadre de l'inven- tion que de prévoir un élément déformable 9 mais non élastique. Dans ce cas, la déformation subie et le retour à une position "non déformée" seraient obtenus par le déplacement du piston auquel l'élément déformable 9 serait attaché, ainsi qu'à l'épaulement 15. De manière symétrique, on pourrait éliminer le ressort 16 et prévoir que ce soit l'élément déformable 9 qui en exerce la fonction. L'élément déformable assurerait alors d'une part la restriction de la section du canal de passage et provoquerait d'autre part le retour du manchon vers sa deuxième position lorsque l'effort exercé sur le manchon par l'élasticité du matériau constituant l'élément déformable est supérieur à l'effort exercé par la pression aval du fluide. Le régulateur de pression selon l'invention serait alors de constitution particulièrement simple. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inven- tion tel que défini par les revendications. En particulier, bien que le régulateur de pres- sion ait été décrit comme étant réalisé par assemblage, on peut imaginer de le réaliser par moulage par injection de5 façon à limiter le nombre de pièces. REVENDICATIONS 1. Régulateur de pression d'un fluide comprenant un corps (1) dans lequel est ménagé un canal de passage (2) du fluide, possédant un tronçon d'entrée (3) et un tronçon de sortie (4) coaxiaux, et une portion centrale reliant lesdits tronçons et comportant un organe de restriction variable de sa section de passage, caractérisé en ce que la portion centrale est une chambre annulaire (5) comprise entre deux parois coaxiales aux tronçons, et en ce que l'organe de restriction variable de la section de la chambre annulaire comprend un élément de paroi (9) de la chambre annulaire déformable élastiquement entre un état de repos dans lequel il est écarté de l'autre paroi de la chambre (6; 7) pour définir avec celle-ci une section de passage maximale, et un état de déformation maximale dans lequel il est en contact avec cette autre paroi et obture le passage, et comprend des moyens de compression de l'élément de paroi déformable formés par une butée fixe (15) de la chambre annulaire et une butée (11) mobile axialement dans cette chambre et solidaire d'un piston (10) dont une face (12) est soumise à une pression aval en référence à un sens de passage (E) du fluide. 2. Régulateur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (1) comporte au niveau de la chambre annulaire (5), une paroi externe cylindrique (6), une paroi interne (7) cylindrique coaxiale à et espacée de la paroi externe, un épaulement fixe (15) en saillie de la paroi interne dans le passage annulaire et tourné vers l'aval et formant la butée fixe, en ce que le piston est formé par un manchon (10) coulissant le long de la paroi interne (7), dont une extrémité axiale (11) est tournée vers l'épaulement fixe et constitue la butée mobile et dont une autre extrémité axiale est fermée et présente une face (12) soumise à la pression aval du fluide, l'élément de paroi déformable étant constitué par la partie (14) d'un élément torique élastiquement déformable (9) tournée vers la paroi externe, ledit élément torique étant placé entre les deux butées. 3. Régulateur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi interne (7) est tubulaire et a un espace interne servant de logement à un ressort (16) en appui sur le fond du manchon (10) et s'étendant parallèlement à une direction axiale de la paroi interne. 4. Régulateur de pression selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le corps (1) est fermé par un couvercle (20) pourvu d'un orifice (3) et bridé sur une extrémité du corps, la paroi interne de la chambre annulaire (5) étant formée par un appendice cylindrique (7) porté par un voile percé (8) s'étendant transversalement dans le corps (1) et ayant un bord périphérique pincé entre le corps et le couvercle. 5. Régulateur de pression selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps (1) est revêtu intérieu- rement d'une chemise (18) dont la surface interne (19) forme la surface interne de la paroi externe (6) de la chambre annulaire (5).