Brevet FR2814821A1 — publié le 20020405

La présente invention pour le contrôle des débits fluides, concerne un appareil polyvalent autopiloté à diaphragme élastique plat. Dans une catégorie de vannes et électrovannes à membrane autopilotées, le flux fluide est dévié pour attaquer, sous un angle de 45 à 90 une membrane placée en travers d'un coude, soumise à contre-pression réglable sur l'autre face, ce qui crée un encombrement important du fait du non-alignement des tubulures d'entrée et de sortie nécessaire au raccordement et de l'élargissement important du corps d'appareil pour écraser la veine fluide en vue de limiter le débattement de la membrane. Dans une deuxième catégorie, il doit contourner un obstacle profilé de déviation vers la périphérie de celui-ci, sous un manchon élastique entourant cet obstacle et soumis à contrepression réglable sur son autre face, cet obstacle ayant le diamètre de la conduite, donc gros volume mort au centre de l'appareil. Une troisième catégorie fait appel à une pression extérieure pour contrôler le débit, l'appareil ne peut donc pas fonctionner de manière autonome. Cette invention à usages multiples dans ce secteur d'activité, remédie à ces inconvénients en ce que le trajet du fluide est rectiligne de la tubulure d'entrée à celle de sortie situées sur le même axe, d'ou encombrement moindre, facilités de branchement et dimensionnement encore minimisé du fait de la double action du moyen élastique de réglage sur la veine fluide qui amène un étirement de ce moyen élastique réduit de moitié par rapport à la vanne à membrane classique, procurant ainsi une excellente tenue dans le temps. Le réglage du débit se fait sans pression d'appoint grâce au passage dans le moyen élastique qui est un diaphragme plat au repos agissant par pincement de la veine fluide et soumis à la contre-pression du fluide prise en amont de ce diaphragme qui est modelé, mis en forme par lui sans turbulences et avec perte de charge très faible. C'est la chaussure (le diaphragme) qui s'adapte au pied (la veine fluide). L'énergie de commande est insignifiante puisque servant uniquement à doser la contre-pression assurant l'autopilotage par action sur un petit orifice, s'agissant ici de pression et non de débit. L'organe de contôle est donc de section des centaines de fois plus petite que celle de la conduite raccordée, pouvant aller à plusieurs dizaines de milliers de fois dans le cas de mise en cascade d'au moins deux appareils où l'appareil principal est piloté par un autre placé sur son conduit de pilotage, donc aussi petit que ce conduit. Les avantages de cette invention sont nombreux : - utilisations multiples. - réglage de débit par pincement du flux fluide. - canalisations d'entrée et de sortie sur le même axe d'où facilités de branchement ; - flux fluide absolument rectiligne dans le corps d'appareil d'où silence de fonctionnement du fait de l'absence de turbulences. - encombrement réduit par rapport à une vanne ou électrovanne classique de même section. - énergie de commande insignifiante par l'autopilotage et l'absence de grosses pièces à mouvoir. - perte de charge réduite. - usure non mesurable en raison de l'absence de pièces mécaniques mobiles procurant un entretien quasi nul. - coût très bas de fabrication en raison de l'utilisation d'un corps d'appareil en deux pièces symétriques, brutes d'estampage ou de fonderie. L'aspect de l'appareil, sans grosses protubérances, est, selon un mode préféré de réalisation, un corps allongé, de forme intérieure tubulaire elliptique, comportant à chaque extrémité sur le même axe, une tubulure de raccordement, et, sur ce corps ou à l'intérieur, un organe miniature mécanique, électromécanique ou électronique de réglage du débit. Pour fonctionner, il utilise deux membranes élastiques planes qui forment le coeur de cet appareil, le diaphragme de réglage. Elles sont face à face, en contact, tendues par deux bords opposés au centre d'un volume rigide clôt allongé et elliptique, le séparant en deux cavités. Les deux bords libres adjacents sont écartés, et, il est introduit quelque peu de part et d'autre, sur le même axe qui est sur le plan de joint des membranes, deux manchons tubulaires droits, rigides, elliptiques à cette extrémité, formant les tubulures d'entrée et de sortie, plaquant les membranes contre la paroi interne du volume et qui, par leur relatif aplatissement, étirent faiblement celles-ci à ces à ces endroits. La partie des membranes située à peu près au centre, entre les manchons, reste en contact horizontal puisque non étirée par l'introduction de ceux-ci, et forme le diaphragme chargé de resserrer plus ou moins le flux fluide circulant directement d'une tubulure à l'autre entre ces deux membranes soumises à la contre-pression réglable de ce fluide, agissant depuis les deux cavités de ce volume d'où seules sortent les tubulures de raccordement sur le même axe. Ce volume est en relation avec la pression du fluide d'entrée par un petit conduit permanent de communication et avec la tubulure de sortie par un petit conduit de pilotage sur lequel est placé l'organe miniature de réglage de la contrepression assurant l'autopilotage qui est l'auto-contrôle du niveau d'étirement du diaphragme en jouant sur sa force élastique de rappel au repos, qui lui, contrôle directement le débit fluide principal. Les tubulures sont maintenues dans le corps d'appareil par un système commun aux deux parties. Par rapport à la vanne à membrane unique classique coudée qui étrangle le flux fluide contre une nervure interne, ici, il y a deux membranes fonctionnant en phase par rapport à l'axe horizontal de l'appareil, avec entrée et sortie alignée, sur le plan de contact de ces membranes, celles-ci se rapprochant ou s'éloignant de la même valeur, et, par cette double action, agissant par pincement de la veine fluide, donc un débattement réduit de moitié par rapport à la vanne à membrane plane unique. Il s'en suit de ce fait un travail deux fois plus faible de ces dernières conforté par l'expansion de la veine fluide provoquée par la section elliptique interne choisie volontairement plus importante dans ce but, et, par suite, une perte de charge très faible et une excellente tenue dans le temps. Cet appareil est représenté à titre d'exemple non limitatif sur les dessins annexés pour illustrer son fonctionnement et une conception possible. Pour ne pas les surcharger, les trous et vis d'assemblage ne sont pas représentés de même que l'anneau elliptique de maintien de la tubulure de sortie sur les vues de la planche 2. - la figure 1 est la vue de dessus coupe A. A par le plan de joint des membranes. - la figure 2 est la vue de face coupe B. B. - la figure 3 est celle de gauche depuis l'entrée, coupe C. C, au niveau du diaphragme en position de fermeture. - la figure 4 est la même vue, mais en coupe D. D, au niveau du cône support du diaphragme en position fermée. Le corps d'appareil est formé de deux coquilles symétriques (1) et (2) rigides, allongées, prises chacune entre deux brides longitudinales (1A) et (2A) permettant l'assemblage. La cavité de ces coquilles est d'ouverture rectangulaire et de section intérieure demi-elliptique dans le sens transversal, rectangulaire dans le sens longitudinal, le petit côté de l'ouverture étant le grand diamètre de l'ellipse, ces coquilles formant lors de l'assemblage, un tube de section intérieure elliptique de préférence plus grande que celle de la conduite raccordée pour provoquer par cet accroissement de section, une expansion de la veine fluide et offrant une ouverture elliptique à chaque extrémité, sur le même axe, avec, sur le corps, les arrêtes diamétralement opposées des brides d'assemblage. Elles sont réalisables par moulage, estampage, ou mécano-soudure. Le diaphragme est composé de deux membranes élastiques planes (4) et (5) interposées entre les deux surfaces conjuguées de jointement sensiblement planes des coquilles pour former un encastrement périphérique étanche. Chaque membrane est appliquée, tendue, par deux grands bords opposés, sur chaque coquille, entre les brides d'assemblage côté creux, sur toute la longueur et forme ainsi, pour chaque coquille, et, avant assemblage, une cavité (6) et (7) ouverte à ses extrémités, entre le plan des membranes et la paroi interne des coquilles. Ces dernières, ainsi équipées, sont assemblées face à face côté membrane autour de l'extrémité de deux manchons tubulaires droits et rigides (8) et (9) placés sur l'axe longitudinal du corps d'appareil, suffisamment espacés l'un de l'autre, ceux-ci servant de tubulures pour le raccordement aux canalisations et qui, à cet endroit, sont de section et forme extérieure identiques à l'intérieur de ce corps équipé des membranes et obturent donc les ouvertures présentées par ses deux extrémités, cet assemblage étirant les membranes au niveau des manchons qui plaquent celles-ci contre la paroi interne des coquilles à cet endroit et qui, en les étirant, leur donne une position oblique (fig. 2) entre les manchons et leur partie droite non étirée. Ils comportent un dispositif de maintien commun au corps d'appareil. Au niveau de la partie droite des membranes, celles-ci forment deux lèvres élastiques horizontales dans le sens transversal, à entrée arrondie dans cette position qui est celle de fermeture, formant le diaphragme de réglage (10). Elles sont donc en contact transversal sur une zone étroite de la longueur de celles-ci ; les deux arrêtes internes des coquilles sont chanfreinées dans la zone non en face des manchons. Ces manchons sont composés de deux parties tubulaires alignées. La première est la tubulure extérieure au corps d'appareil, de forme cylindrique qui permet, par filetage ou pose d'une bride, le raccordement à la canalisation. La seconde est celle qui est prisonnière du corps d'appareil, serrée sous membranes et coquilles. C'est une tubulure de forme elliptique de longueur suffisante pour une bonne tenue dans le corps d'appareil ; ces deux parties sont raccordées entre elles par une partie évoluant progressivement de la forme cylindrique à la forme elliptique permettant au flux d'entrée de passer sans turbulences ni décollements de filets fluides d'une canalisation cylindrique, à la forme elliptique très large, de section plus grande que celle de la conduite raccordée pour provoquer une expansion de la veine fluide assurant un écoulement avec perte de charge très limitée grâce au faible étirement des membranes quand le débit est maximum. Ces tubulures sont estampées, moulées, ou réalisées en mécano-soudure. Pour un écoulement laminaire du fluide, sans arrêtes sur son passage, les manchons présentent, dans la partie elliptique intérieure, une forme évasée jusqu'à cette extrémité de la tubulure, la paroi s'amincissant jusqu'à obtenir une arrête fine non tranchante, sauf s'ils sont encastrés dans l'épaisseur des extrémités des coquilles où a été réalisé un chambrage. Un des dispositifs possibles de maintien des manchons dans le corps, représenté sur les dessins annexés, est constitué d'une rainure de faible largeur située sur chaque extrémité elliptiques externes des manchons et au voisinage des extrémités elliptiques internes des coquilles, celles, sur ces dernières, étant d'un peu plus grande section, un anneau (11) elliptique, rigide, élastique et fendu étant placé dans la rainure des deux manchons avant assemblage, faisant saillie autour de ces manchons et devant s'emboîter dans la rainure du corps d'appareil, avec interposition des membranes. Au moment de l'assemblage, les manchons ont leur anneau placé en face de chacune des rainures du corps d'appareil et, ceux-ci, pris entre manchons et coquilles avec interpositions des membranes forment le dispositif de maintien grâce a ces anneaux emboîtés dans les deux partie renforçant aussi l'étanchéité par le coincement des membranes dans les rainures du corps. Selon d'autres modes de maintien possible des manchons non représentés, le corps d'appareil et les manchons ne comportent pas les rainures ; ces derniers peuvent être maintenus après assemblage par plusieurs vis ou rivets traversant coquilles, membranes et manchons, ou par des tiges extérieures retenant les deux manchons en les reliant entre eux ou à des points de fixation sur le corps d'appareil, ou bien encore par une bride elliptique fixée sur la partie elliptique des manchons, côté partie cylindrique et maintenue par vis sur chaque coquille après assemblage. La partie elliptique de la tubulure de sortie se prolonge à l'intérieur du corps d'appareil pour former, depuis cette base elliptique, une sorte de cône (12) se terminant par une arrête de fermeture de ce cône, située sur le plan de joint des membranes, perpendiculaire à l'axe longitudinal du corps d'appareil. Il sert de support à ces dernières lors de la fermeture du débit, et pour pouvoir laisser passer le fluide à l'ouverture, il doit être ajouré pour former une grille celle-o étant crée sous forme de lumières sensiblement parallèles au corps d'appareil et perpendiculaires au plan de joint des membranes. Les cloisons de la grille ainsi formées par les lumières sont profilées pour un écoulement laminare du fluide et un bon contact avec les membranes en position de fermeture. La largeur des lumières est fonction de la pression et de l'épaisseur de ces membranes. Si l'appareil est utilisé exclusivement en tout ou rien comme dans les électrovannes ou les clapets anti-retour par exemple, il y a avantage à créer dans le cône, au lieu et place des lumières, un méplat en face de chaque membrane, une grande ouverture y étant réalisée. Dans ce cas, ces dernières peuvent être rigidifiées, armées et comporter un clapet rigide ou mi-dur intégré ou collé sur la face en regard de la cavité, prenant appui sur le pourtour des ouvertures ou pénétrant comme un bouchon caoutchouté par la membrane à l'intérieur de celle-ci. Pour limiter la perte de charge due à la présence de la grille il y a lieu de réaliser des lumières très larges, incompatibles avec la haute pression par son action sur les membranes minces ou non, aussi, pour qu'en pareil cas celles-ci soit toujours soutenue, elles peuvent être armées cet à dire équipées de renfort, minces, rigides mais souples sous forme de lamelles, plaques ou fils intégrés dans l'épaisseur ou collés sur la face qui sera en regard de la cavité les lamelles ou les fils étant placés plutôt dans le sens transversal ou oblique par rapport à l'axe longitudinal du cône sauf si, pour les lamelles, celles-ci sont plus large que les lumières. La longueur du corps d'appareil est sensiblement égale à celle de la partie elliptique des deux manchons prise dans le corps augmentée de la petite partie droite où les membranes sont en contact et forment les lèvres du diaphragme, de la longueur du cône prolongeant et fermant la tubulure de sortie, et de la base du triangle formé par la partie de membrane oblique côté arrivée. Les cavités sont reliées entre elles et avec la tubulure d'entrée par un petit conduit permanent de communication situé dans les brides d'assemblage ou par un petit tube extérieur. Pour simplifier la réalisation des liaisons précitées cette communication est, de préférences, obtenue grâce à un petit orifice calibré (13) situé dans chaque membranes, côté entrée près du plan de joint, dans leur partie oblique, en regard de la tubulure, cet orifice étant serti d'un oeillet calibré pour une meilleure tenue et un bon calibrage de ces deux orifices de qui dépend le temps de réponse, celui-ci étant conditionné par le temps d'emplissage ou de vidange des cavités. Comme ces dernières communiquent entre elles, une seule est reliée à la tubulure de sortie par un petit conduit de pilotage (14) sur lequel est situé l'organe miniature de réglage. Dans le cas d'électrovanne ou de clapet anti-retour, si une réponse rapide est souhaitée, le conduit de pilotage est de section suffisante, à calculer en fonction de la capacité des cavités de commande. Pour utiliser l'appareil comme clapet anti-retour, la sorte devient l'entrée, le conduit de pilotage est ouvert, celui de communication est fermé ou n'existe pas. Pour utiliser l'appareil en vanne ou électrovanne à double sens, il faut un cône support intérieur sur les deux manchons et un organe de contrôle sur les deux conduits reliant cavités et tubulures. REVENDICATIONS 1. Pour le contrôle des débits fluides, appareil polyvalent autopiloté comprenant un assemblage de deux coquilles rigides formant le corps d'appareil et un moyen élastique de réglage du débit interposé entre les deux surfaces conjuguées de jointement sensiblement planes des coquilles pour former un encastrement périphérique étanche, ce moyen élastique étant soumis à la contre-pression ajustable du fluide agissant dans un volume en regard de ce moyen élastique, volume relié à la tubulure d'entrée par un conduit permanent de communication, et contre-pression réglable par un organe miniature de contrôle situé sur le conduit de pilotage reliant cette cavité à la tubulure de sortie qui comporte un support dudit moyen élastique de réglage, caractérisé : - en ce que, le corps d'appareil est formé de deux coquilles (1) et (2) rigides, symétriques, allongées, prises chacune entre deux brides longitudinales d'assemblage (1A) et (2A), - en ce que le moyen élastique de réglage agissant par pincement de la veine fluide est un diaphragme composé de deux membranes planes (4) et (5) pouvant être rigidifiées, armées , chacune tendue par deux grands bords opposés, entre les brides d'assemblage de chaque coquille, côté creux, - en ce que, deux manchons tubulaires (8) et (9) droits et rigides, sis sur l'axe longitudinal du corps d'appareil, suffisamment espacés l'un de l'autre, servent de tubulures de raccordement aux canalisations et comportent un dispositif de maintien commun au corps d'appareil formé des deux coquilles assemblées face à face côté membranes, autour de leur extrémités elliptique, - en ce que, un orifice permanent de communication (13) sis dans chaque membrane, relie à la pression de la tubulure d'entrée les deux cavités (6) et (7) formées par l'assemblage et situées de part et d'autre du diaphragme, - en ce que, une sorte de cône support des membranes se terminant par une arrête de fermeture de ce cône, située sur le plan de joint des membranes, perpendiculaire à l'axe longitudinal du corps d'appareil est formé par le prolongement intérieur de la tubulure de sortie qui lui donne une forme de base elliptique et, est ajouré différemment selon l'usage de l'appareil. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les deux coquilles constituant le corps d'appareil font apparaître une cavité, d'ouverture rectangulaire, et de section intérieure demi-elliptique dans le sens transversal, rectangulaire dans le sens longitudinal, le petit côté de l'ouverture étant le grand diamètre de l'ellipse et, formant lors de l'assemblage, un tube de section intérieure elliptique de préférence plus grande que la section de la conduite raccordée. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les tubulures d'entrée (8) et de sortie (9), sont composées d'une partie cylindrique exténeure au corps d'appareil et d'une partie elliptique épousant la forme intérieure du corps d'appareil équipé des membranes, cette partie ayant une forme intérieure évasée jusqu'à obtenir une arrête fine non tranchante, ces deux parties raccordées entre elles, évoluant progressivement d'une forme à l'autre. 4. Appareil selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, un dispositif de maintien des manchons dans le corps d'appareil est constitué d'une rainure de faible largeur située au voisinage des extrémités elliptiques internes des coquilles celle, positionnée sur ces dernières, étant d'un peu plus grande section et un anneau elliptique (11), rigide, élastique et fendu étant placé dans la rainure des manchons avant assemblage et faisant saillie autour de ceux-ci ; 5. Appareil selon les revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que, un autre dispositif de maintien des manchons, est composé de vis ou rivets traversant coquilles, membranes et manchons, ou par des tiges retenant les manchons en les reliant, entre eux ou à des points de fixation sur le corps d'appareil, ou bien encore par une bride elliptique fixée sur cette partie des manchons au voisinage de la partie cylindrique et vissée sur chaque coquille après assemblage. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, selon un usage de l'appareil, une grille est obtenue par la création dans le cône support, de lumières sensiblement parallèles au corps d'appareil et perpendiculaires au plan de joint des membranes, les cloisons de la grille étant profilées. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, selon un autre usage de l'appareil, de grandes ouvertures sont crées dans le cône, une en face de chaque membrane. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que, un clapet rigide ou midur est intégré dans chaque membrane ou collé sur chacune d'elles, sur la face en regard de la cavité. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que des lamelles minces ou des fils rigides et souples peuvent être intégrés dans l'épaisseur des membranes ou collés sur chacune des faces non en contact. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque membrane, comporte, sur la partie oblique, près du plan de joint, en regard de la tubulure d'entrée, un orifice serti d'un oeillet calibré.