Brevet FR2775750A1 — publié le 19990910

L'invention concerne une soupape à purgeur intégré réglable et en particulier une soupape à purgeur intégré réglable pour une pompe à mem- brane. On connaît des soupapes qui peuvent être utilisées comme soupapes de sécurité assurant la limitation d'une pression à l'intérieur d'une enceinte ou encore dans une chambre d'une pompe telle qu'une pompe à membrane. De telles soupapes comportent un corps de soupape, un siège de soupape dans une partie d'extrémité du corps de soupape et un clapet monté mobile dans le corps de soupape dans une direction axiale, entre une position de fermeture et une position d'ouverture de la soupape. Du fait que le fluide incompressible contenu ou admis dans l'enceinte ou la chambre de pompe, qui est généralement un liquide, peut contenir des quantités de gaz plus ou moins importantes, il est nécessaire de prévoir un dispositif de purge susceptible de s'ouvrir pour évacuer le gaz contenu dans I'enceinte ou la chambre de pompe, en même temps qu'une certaine quan- tité de fluide incompressible. En effet, le dégazage du fluide incompressible remplissant l'enceinte ou la chambre de pompe est nécessaire, en particulier pour assurer un fonctionnement satisfaisant de l'installation comportant l'enceinte ou la pompe à membrane. Dans le cas d'une chambre de pompe à membrane, le gaz contenu dans le fluide incompressible qui a tendance à s'accumuler dans la partie haute de la chambre de pompe diminue le ren- dement volumétrique de la pompe à membrane. On utilise des purgeurs qui fonctionnent généralement de manière automatique et qui sont disposés dans la partie haute des enceintes ou chambres de pompe dans lesquelles est admis le fluide incompressible. On a proposé également d'intégrer le dispositif de purge à une sou- pape telle qu'une soupape de sécurité. Le dispositif de purge est disposé à l'intérieur du clapet de la soupape et comporte un conduit de purge de direc- tion généralement axiale dont une extrémité axiale constitue un siège de purgeur et un obturateur rappelé par un ressort en position de fermeture du siège de purgeur. Lorsque du gaz s'est accumulé au voisinage de la sou- pape de sécurité à l'état fermé, la pression du gaz provoque le soulèvement de l'obturateur au-dessus du siège de purgeur et son déplacement à l'intérieur d'un tronçon du conduit de purge délimitant avec l'obturateur un orifice de sortie de purge. L'obturateur laisse alors passer le gaz et une cer- taine quantité de fluide incompressible qui s'écoule à travers l'orifice de sor- tie de purge, vers une partie du conduit de purge située en aval et vers un dispositif de récupération de purge. Le tronçon du conduit de purge, disposé dans la direction axiale, du clapet est de forme cylindrique et l'obturateur est lui-même constitué par une aiguille de forme cylindrique dont le diamètre est inférieur au diamètre du tronçon du conduit de purge. L'orifice de sortie de purge, qui est ménagé entre le tronçon du conduit de purge et l'obturateur, présente donc une forme annulaire et une section constante suivant toute la longueur du tronçon du conduit de purge. Un tel purgeur intégré au clapet d'une soupape peut comporter des moyens permettant de régler la précon- trainte du ressort de rappel de l'obturateur et donc la pression d'ouverture du purgeur. Le débit de purge dépend de la section de passage de l'orifice calibré de sortie de purge. Les caractéristiques du purgeur doivent donc être déter- minées en fonction du débit de purge à obtenir. La section de passage de l'orifice de purge et le débit de purge ne peuvent être réglés qu'en ajustant les dimensions des pièces délimitant l'orifice de purge, c'est-à-dire l'obtura- teur et le clapet de soupape dans lequel est usiné le tronçon cylindrique du conduit de purge. Dans le cas d'une soupape d'une chambre d'une pompe à mem- brane, la quantité de gaz à évacuer, lors du fonctionnement de la pompe, dépend bien évidemment de la cylindrée et des conditions de fonctionne- ment de la pompe, par exemple de la pression à l'intérieur de la chambre. Dans ce cas, si l'on utilise un purgeur intégré au clapet de soupape de type connu, le clapet et le purgeur doivent être réalisés de manière spé- cifique pour chacune des pompes, en fonction en particulier de la cylindrée de la pompe. Il n'est donc pas possible de standardiser la fabrication des éléments de pompe à membrane. En outre, si l'on modifie les conditions de fonctionnement de la pompe, il n'est pas possible d'adapter la section de l'orifice calibré et le débit de purge de manière simple et rapide. Le but de l'invention est donc de proposer une soupape à purgeur intégré réglable comportant un corps de soupape, un siège de soupape à une extrémité du corps de soupape, un clapet monté mobile dans le corps de soupape dans une direction axiale, entre une position de fermeture et une position d'ouverture de la soupape et un purgeur intégré au clapet de la soupape et comportant un conduit de purge de direction axiale dont une ex- trémité, dans la direction axiale, constitue un siège de purgeur et un obtura- teur rappelé par un moyen de rappel élastique, en position de fermeture du siège de purgeur et mobile, pour réaliser une purge, dans un tronçon du conduit de purge délimitant avec l'obturateur un orifice de sortie de purge, cette soupape pouvant être réalisée avec des éléments totalement standar- disés quel que soit le type d'installation auquel elle est destinée et pouvant permettre un réglage du débit de purge, en fonction des conditions de fonc- tionnement de l'installation. Dans ce but, le clapet de soupape est constitué de deux parties suc- cessives dans la direction axiale, reliées l'une à l'autre de manière amovible, une première partie du clapet de soupape comprenant le tronçon du conduit de purge délimitant l'orifice de sortie de purge avec l'obturateur et une se- conde partie du clapet de soupape comprenant le siège de purgeur, I'obturateur du purgeur présente une forme sphérique, - au moins une cale disposée entre les deux parties du clapet de sou- pape, dans la direction axiale, assure un réglage de la distance entre le siège de purgeur et le tronçon de conduit de purge délimitant avec l'obturateur l'orifice de sortie de purge. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemple, en se référant à la figure jointe en annexe, une soupape de sé- curité qui peut être utilisée pour éviter une surpression dans une enceinte dans laquelle un fluide est introduit par une pompe volumétrique ou dans une chambre d'une pompe telle qu'une pompe à membrane. La figure unique est une vue en coupe axiale de la soupape. La soupape, désignée de manière générale par le repère 1, comporte un corps tubulaire 2 constitué lui-même d'un fourreau 2a fermé, à l'une de ses extrémités, par un fond 3 et d'un couvercle 2b vissé dans une partie ta- raudée d'extrémité de l'alésage du fourreau 2a, à l'opposé du fond 3. L'espace interne 4 ou alésage du fourreau 2, entre le fond 3 et le cou- vercle 2b, constitue une chambre cylindrique dans laquelle est monté mo- bile, dans la direction axiale 6 de la soupape, le clapet de soupape 5. La surface externe du fourreau 2 peut présenter une forme quelcon- que. Dans un mode de réalisation préférentiel, le fourreau 2a du corps de soupape 2 présente une surface externe prismatique droite à section hexa- gonale. Le fond 3 du corps de soupape 2 est traversé, suivant la direction axiale 6, par une ouverture de passage de fluide 7. La surface interne 3a du fond 3 du corps 2 de la soupape, dirigée vers l'espace interne 4 du corps de soupape, constitue le siège de soupape sur lequel le clapet de soupape 5 vient en appui, dans la position de fermeture de la soupape, comme repré- sente sur la figure. La paroi latérale du fourreau 2a du corps de soupape 2 est traversée, dans une zone adjacente à la surface 3a constituant le siège de soupape, par des ouvertures de direction radiale 8 qui peuvent être réparties autour du corps de soupape, chacune des faces latérales de la surface prismatique externe du fourreau 2a étant traversée par une ouverture radiale 8. Dans la position de fermeture de la soupape, le clapet de soupape 5 qui vient en appui sur la surface 3a du fond 3 avec interposition d'un joint d'étanchéité 9 assure une séparation étanche entre le passage 7 de traver- sée du fond 3 et les ouvertures 8 de la soupape. La soupape 1 peut être montée dans la paroi d'une enceinte d'une installation recevant un fluide pompé par une pompe volumétrique ou dans la paroi d'une chambre d'une pompe à membrane. La paroi de l'enceinte ou de la chambre sur laquelle est montée la soupape 1 est traversée par une ouverture qui peut être taraudée dans laquelle on engage et on fixe la partie d'extrémité du fond 3 de la soupape constituant une pièce d'obturation éventuellement filetée extérieurement. L'étanchéité entre le corps de soupape et la paroi de l'enceinte ou chambre de pompe peut être assurée par un joint d'étanchéité 10. L'espace interne de l'enceinte ou de la chambre de pompe qui reçoit un fluide incompressible tel qu'un liquide est en communication directe avec le conduit 7 de passage de fluide. Le clapet de soupape 5 est rappelé dans sa position de fermeture re- présentée sur la figure 1 par un ressort hélicoïdal 11 intercalé entre le cou- vercle 2b du corps 2 de la soupape et le clapet de soupape 5. Le clapet de soupape 5 est guidé dans l'alésage 4 du corps de soupape 2, par une sur- face de glissement 13 analogue à une surface de frottement d'un piston comportant des segments d'étanchéité. En présence d'une pression de fluide supérieure à une pression no- minale dans l'enceinte ou la chambre de pompe sur laquelle est montée la soupape de sécurité 1, le clapet 5 de la soupape se soulève au-dessus de son siège 3a, à l'encontre de la force de rappel du ressort hélicoïdal 11. Le passage de fluide 7 est alors en communication avec les ouvertures 8 de la soupape, si bien que le fluide sous pression contenu dans l'enceinte ou la chambre de pompe peut être évacué vers l'extérieur de la soupape. La pression dans l'enceinte ou la chambre de pompe diminue. Lorsque la sur- pression par rapport au niveau de pression nominale prédéterminé a été éliminée, le clapet de la soupape 5 est rappelé en position de fermeture par le ressort 11. Le fluide incompressible tel qu'un liquide, introduit dans l'enceinte ou la chambre de pompe, peut renfermer des bulles d'un gaz tel que de l'air. Le gaz s'accumule, au cours du fonctionnement de la pompe, dans une partie haute de l'enceinte ou de la chambre de pompe. Pour éviter une diminution du rendement volumétrique de la pompe, il est nécessaire d'évacuer le gaz accumulé dans la chambre de pompe par un dispositif de purge. On peut utiliser un dispositif de purge intégré à une soupape de sécu- rité telle que la soupape 1, placée dans la partie haute de l'enceinte de I'installation ou de la chambre de pompe. La soupape 1 suivant l'invention comporte un dispositif de purge, dé- signé de manière générale par le repère 12, qui est intégré à la soupape et qui est disposé à l'intérieur du clapet 5 de la soupape. Selon l'invention, le clapet 5 de la soupape comporte une première partie 14 constituant un piston dont la surface de piston 13 est montée glis- sante et étanche dans l'alésage 4 du corps de soupape 2. Une seconde partie 15 du clapet de soupape 5 constitue un siège de clapet dont la sur- face d'extrémité, dans la direction axiale 6, porte le joint d'étanchéité 9 des- tiné à venir en appui sur le siège de soupape 3a dans la position de ferme- ture de la soupape. La seconde partie 15 du clapet de soupape 5 comporte une ouverture taraudée dans laquelle est vissée une partie d'extrémité filetée de la pre- mière partie 14 du clapet de soupape, de telle manière que la première par- tie 14 et la seconde partie 15 du clapet de soupape soient fixées dans le prolongement axial l'une de l'autre, suivant la direction axiale 6 de la sou- pape. De plus, la seconde partie 15 du clapet de soupape est traversée par une ouverture 17 de direction radiale débouchant dans l'ouverture taraudée de fixation de la première partie 14. L'ouverture 17 est taraudée et reçoit une vis de blocage en rotation des deux parties 14 et 15 du clapet de soupape, dans leur position d'assemblage telle que représentée sur la figure. Le ressort de rappel 11 du clapet de soupape est engagé sur une partie d'extrémité du piston 14 et vient en appui sur un épaulement de la partie centrale du piston 14 monté glissant et étanche dans l'alésage 4 du corps de soupape. La première partie 14 ou piston du clapet de soupape 5 est traversée dans la direction axiale 6 sur une partie de sa longueur par un canal 16 réa- lisé sous forme d'un trou borgne qui est mis en communication par des con- duits latéraux de direction radiale 19 avec la partie interne 4 du corps de soupape 2. Le canal 16, constituant le conduit du purgeur 12, comporte un tronçon d'extrémité 18 élargi diamétralement débouchant à l'extrémité axiale de la première partie 14 du clapet adjacente à la seconde partie 15 du clapet disposée dans le prolongement axial de la première partie 14. Le conduit de purge 16 comporte, dans le prolongement du tronçon d'extrémité 18, une seconde partie élargie diamétralement 18' dont le diamètre est cependant inférieur au diamètre du tronçon d'extrémité 18. La seconde partie 15, ou siège du clapet de soupape, est traversée, dans la direction axiale 6, par un canal en communication, à l'une de ses extrémités, avec le passage de fluide 7 de la soupape et constituant par sa seconde extrémité 20 le siège du purgeur 12 sur lequel vient en appui, dans la position de fermeture du purgeur représenté sur la figure, l'obturateur 21 du purgeur constitué par une bille sphérique. L'obturateur sphérique du pur- geur est rappelé en position de fermeture du purgeur, sur le siège 20 du purgeur, par un ressort hélicoïdal 22 disposé axialement à l'intérieur du tron- çon d'extrémité 18 et de la partie 18' du canal 16 du purgeur 12. Le tronçon d'extrémité 18 du canal 16 du purgeur se raccorde à la partie 18' du canal, par un épaulement. L'extrémité de la partie 18' du canal 16, au niveau de l'épaulement, constitue un second siège de purgeur 20' sur lequel la bille 21 vient en appui, dans une position d'éloignement maximal du siège 20. Le purgeur se referme alors du fait que la bille 21 obture le siège 20'. Entre les deux parties 14 et 15 du clapet de soupape 5, assemblées dans le prolongement axial l'une de l'autre, est disposé un empilement de cales 23 dont l'épaisseur permet de fixer la distance dans la direction axiale 6, entre le siège 20 du purgeur et la partie d'entrée du tronçon d'extrémité 18 du conduit de purge 16. Le diamètre de l'obturateur sphérique 21 du purgeur 12 est inférieur au diamètre du tronçon d'extrémité 18 du canal 16. Le tronçon d'extrémité 18 du canal 16 et l'obturateur sphérique 21 dé- limitent entre eux un passage annulaire 24 constituant un orifice de sortie de purge, lorsque la pression du gaz contenu dans l'enceinte ou chambre de pompe s'exerçant sur l'obturateur sphérique 21, à travers le passage 7 et le canal axial du siège de clapet 15, soulève l'obturateur sphérique 21 au- dessus de son siège 20, à l'encontre de la force de rappel exercée par le ressort 22. L'obturateur sphérique 21 pénètre plus ou moins profondément à I'intérieur du tronçon d'extrémité 18 du canal 16 du purgeur, suivant l'épaisseur de l'empilement de cales 23. La section de l'orifice de sortie de purge 24 ménagé entre l'entrée du tronçon d'extrémité 18 du conduit de purge 16 et l'obturateur sphérique 21 peut donc être réglée par réglage précis de l'épaisseur de l'empilement de cales 23, entre un minimum correspondant au jeu diamétral entre l'obturateur 21 et le tronçon 18 et un maximum qui peut être proche de la section totale du tronçon d'extrémité 18 du conduit de purge. Lors de son soulèvement sous l'effet de la pression du gaz pour l'ouverture du purgeur, l'obturateur 21 pénètre légèrement à l'intérieur du tronçon d'extrémité 18 du conduit de purge en ménageant un orifice de sortie de purge dont la section dépend de l'épaisseur de l'empilement de cales. Le fluide de purge s'écoule dans le conduit de purge pour être évacué par les conduits 19 à l'extrémité du conduit de purge 16. En fonction de la pression et du débit de purge, la bille 21 peut être soulevée plus ou moins au-dessus du siège de purgeur 20. Dans sa position d'éloignement maximal du siège de purgeur 20, la bille 21 vient refermer le siège 20' du purgeur. On réalise ainsi une mise en butée de la bille 21 et une interruption du fonctionnement du purgeur. On peut régler de manière très précise la section de l'orifice de sortie de purge et le débit de purge, par réglage de l'épaisseur de l'empilement de cales 23. De préférence, les cales de l'empilement 23 sont constituées par au moins une cale pelable, c'est-à-dire une cale constituée de lamelles de très faible épaisseur (par exemple 1 centième de millimètre) empilées l'une sur l'autre sous la forme d'un élément stratifié dont les différentes couches sont reliées entre elles de manière adhésive. Lorsqu'on utilise des cales pelables, on peut diminuer progressivement l'épaisseur de l'empilement de cales 23 par enlèvement successif des couches stratifiées de la cale pelable. On peut ainsi régler la hauteur de l'empilement de cales et donc la section et le débit de passage de purge. On peut également régler la hauteur de l'empilement de cales à une valeur supérieure, en remplaçant le jeu de cales pelables, par un nouveau jeu de cales pelables d'épaisseur plus importante. Le jeu de cales pelables est donc un moyen permettant d'adapter de manière très précise le débit de purge du purgeur à la cylindrée ou aux con- ditions de fonctionnement d'une pompe volumétrique à laquelle est associée la soupape. Les cales pelables permettent également de régler facilement le débit de purge, lorsque les conditions de fonctionnement de la pompe sont modi- fiées en cours d'utilisation. Pour cela, on dévisse le couvercle 2b de la soupape pour accéder au clapet de soupape 5 qui est extrait du corps de soupape. On dévisse la vis de blocage en rotation des deux parties 14, 15 du clapet de soupape et on sépare par dévissage les deux parties 14 et 15 du clapet 5. On ajuste l'épaisseur de l'empilement de cales pelables 23, par arra- chement d'un nombre parfaitement déterminé de couches des cales pela- bles ou par remplacement de l'empilement de cales pelables par un empile- ment de hauteur définie et permettant d'obtenir une section d'orifice calibré et un débit de purge déterminés. On remonte le clapet de soupape qui est ensuite réintroduit dans le corps de soupape 2. Le ressort hélicoïdal 11 est remis en place et le couver- cle 26 est revisse sur la partie d'extrémité du corps de soupape 2. La soupape suivant l'invention permet donc une adaptation parfaite à la cylindrée et aux conditions de fonctionnement d'une pompe volumétrique. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'au lieu de cales pelables, on peut utiliser d'autres formes d'empilement de cales ou encore une cale d'un jeu de cales calibrées pour régler la section de l'orifice de sortie de purge et le débit de purge du pur- geur. L'assemblage amovible des deux parties du clapet de soupape peut être réalisé d'une manière différente de celle qui a été décrite qui met en ceuvre un assemblage vissé et une vis de blocage en rotation. L'obturateur du purgeur peut être constitué par une bille ou peut pré- senter une forme légèrement différente de la forme sphérique. Toutefois, I'obturateur doit présenter une section transversale perpendiculaire à la di- rection axiale de forme circulaire et de dimension décroissante entre la par- tie centrale et au moins une partie d'extrémité axiale de l'obturateur. Bien entendu, le conduit de purge usiné à l'intérieur du clapet de soupape peut présenter une forme différente de celle qui a été décrite. L'invention s'applique à toute soupape de sécurité permettant de li- miter la pression dans une enceinte ou une chambre de pompe à mem- brane. L'invention pourrait s'appliquer également à une soupape ou à un clapet de refoulement d'une chambre de pompe à membrane. REVENDICATIONS 1.- Soupape à purgeur intégré réglable comportant un corps de sou- pape (2), un siège de soupape (3a) à une extrémité (3) du corps de soupape (2), un clapet (5) monté mobile dans le corps de soupape (2), dans une di- rection axiale (6), entre une position de fermeture et une position d'ouverture de la soupape (1) et un purgeur (12) intégré au clapet (5) de la soupape (1) et comportant un conduit de purge (16) dont une extrémité dans la direction axiale (6) constitue un siège de purgeur (20) et un obturateur (21) rappelé par un moyen de rappel élastique (22), en position de fermeture du siège de purgeur (20) et mobile, pour réaliser une purge, dans un tronçon (18) du conduit de purge (16) délimitant avec l'obturateur (21), un orifice de sortie de purge, caractérisée par le fait que le clapet de soupape (5) est constitué de deux parties successives (14,15) dans la direction axiale (6), reliées l'une à l'autre de manière amovible, une première partie (14) du clapet de.soupape (5) comprenant le tronçon (18) du conduit de purge délimitant l'orifice de sortie de purge avec l'obturateur (21) et une seconde partie (14) du clapet de soupape (5) comprenant le siège de purgeur (20), - que l'obturateur (21) du purgeur (12) présente une forme sphérique, et - qu'au moins une cale (23), disposée entre les deux parties (14, 15) du clapet de soupape (5), assure un réglage de la distance, dans la direction axiale (6), entre le siège de purgeur (20) et le tronçon (18) du conduit de purge (16) délimitant avec l'obturateur (21) I'orifice (24) de sortie de purge. 2.- Soupape suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'au moins une cale pelable (23) est disposée entre les deux parties (14, 15) du clapet de soupape (5). 3.- Soupape suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un empilement de cales (23) est disposé entre les deux parties (14, 15) du cla- pet de soupape. 4.- Soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca- ractérisée par le fait que les deux parties (14, 15) du clapet de soupape (5) sont fixées dans le prolongement axial l'une de l'autre par vissage de la première partie (14) du clapet de soupape (5) dans la seconde partie (15) du clapet de soupape (5), autour de la direction axiale (6) et par blocage en ro- tation autour de la direction axiale (6) des parties (14, 15) du clapet de sou- pape (5) I'une par rapport à l'autre. 5.- Soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca- ractérisée par le fait que la première partie (14) du clapet de soupape (5) constitue un piston monté glissant et étanche dans la direction axiale (6) à l'intérieur d'un alésage (4) du corps de soupape (2) et que la seconde partie (15) du clapet de soupape (5) constitue un siège de clapet comportant un joint d'étanchéité (9) pour sa mise en appui contre le siège de soupape (3a). 6.- Soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- ractérisée par le fait que l'obturateur du purgeur (21) est constitué par une bille. 7.- Utilisation d'une soupape suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, comme soupape de sécurité pour limiter la pression dans une enceinte dans laquelle un fluide incompressible est introduit par une pompe volumétrique. 8.- Utilisation d'une soupape suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, comme soupape de sécurité ou de refoulement d'une chambre d'une pompe à membrane.