Brevet FR2833061A1 — publié le 20030606

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine de la régulation de l'écoulement d'un fluide dans un conduit, un tuyau ou analogue, et a pour objet un dispositif de régulation de débit dans une portion de conduit ou similaire. On connaît déjà de nombreuses réalisations de clapets ou de vannes papillon dans lesquelles le débit est régulé au moyen d'un corps discoïdal installé dans une portion de conduit, et monté sur un axe de rotation, lui permettant d'être déplacé par pivotement entre une position de fermeture dans laquelle il bloque et obstrue totalement le passage (position généralement perpendiculaire à la direction du flux) et une position d'ouverture, perpendiculaire à la position précédente et dans laquelle il oppose une résistance minimale au flux de fluide. De telles réalisations de clapets ou de papillons sont notamment décrites dans la demande de brevet français n 00 02644 et dans la demande de brevet PCT n WO 01/16473 au nom de la demanderesse. Toutefois, dans ces dispositifs de régulation connus, l'évolution du débit en fonction de l'ouverture (c'est-à-dire du pivotement) du corps de clapet est toujours identique (sensiblement proportionnelle), puisque la forme dudit corps est nécessairement adaptée à la section du conduit pour pouvoir obturer ce dernier en position de fermeture. Or, dans certaines applications, il peut être souhaitable d'avoir une évolution différente de celle découlant de l'interstice variable formé entre le corps pivotant et la face interne de la paroi. Ainsi, dans certains systèmes de régulation de débit, lors de l'ouverture du papillon, l'évolution de la section de passage du fluide peut s'avérer trop rapide pour certaines applications nécessitant une large plage utile de débit en début d'ouverture. Dans ce cas, il faudrait concilier un papillon à forte section pour les forts débits en pleine ouverture et un papillon à faible section pour les faibles débits à faible ouverture. La présente invention a notamment pour but de surmonter les limitations précitées et de fournir, en particulier, une solution simple permettant de répondre au souhait précité. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de régulation du débit dans une portion de conduit ou analogue, comprenant un clapet ou un papillon composé d'un corps, sensiblement du type plaquette ou analogue, monté sur un axe support et de rotation et pouvant être déplacé entre une position d'obturation maximale, éventuellement d'obturation totale, et une position d'obturation minimale par pivotement autour dudit axe, caractérisé en ce qu'au moins une forme ou structure au moins partiellement obstructive, proéminente dans le passage interne de ladite portion de conduit et réduisant localement la section de passage de cette dernière, est présente au niveau de la face interne de la paroi de ladite portion de conduit et comporte au moins une zone de surface coopérante, épousant intimement une partie au moins de la surface imaginaire balayée par un segment au moins du bord extérieur périphérique du corps de clapet ou de papillon lors de son pivotement. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ciaprès, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de régulation selon un mode de réalisation de l'invention, monté dans une portion de conduit ; La figure 2 est une vue selon la flèche A (direction d'écoulement ou de circulation) du dispositif représenté sur la figure 1, et, La figure 3 représente des courbes de débit à pression d'entrée constante pour un dispositif de régulation, respectivement, tel que représenté sur les figures 1 et 2 (courbe en trait interrompu) et sans forme ou structure obstructive selon l'invention (courbe en trait continu). Les figures 1 et 2 du dessin annexé 4 représentent donc un dispositif de régulation du débit dans une portion de conduit 1 ou analogue, comprenant un clapet ou un papillon composé d'un corps 2, sensiblement du type plaquette ou analogue, formé ou monté fixe sur un axe 3 de support et de rotation et pouvant être déplacé entre une position d'obturation maximale, éventuellement d'obturation totale, et une position d'obturation minimale par pivotement autour dudit axe 3, ce dernier étant actionné en rotation par un organe extérieur. Conformément à l'invention, au moins une forme ou structure 4, 4', au moins partiellement obstructive, proéminente dans le passage interne de ladite portion de conduit 1 et réduisant localement la section de passage de cette dernière, est présente au niveau de la face interne de la paroi l'de ladite portion de conduit 1 et comporte au moins une zone de surface 5 coopérante, épousant intimement une partie au moins de la surface imaginaire balayée par un segment au moins du bord extérieur périphérique 6 du corps 2 de clapet ou de papillon lors de son pivotement. Selon une première caractéristique de l'invention, la ou les zone (s) de surface coopérante (s) 5 de ladite au moins une forme ou structure obstructive proéminente 4, 4's'étend (ent) à partir de la zone 1"de la face interne de la paroi l'de la portion de conduit 1 en contact avec le corps 3 du clapet ou papillon en position d'obturation maximale, et au plus jusqu'au plan comprenant, d'une part, l'axe de rotation 3 et, d'autre part, la direction d'écoulement D ou l'axe longitudinal X de ladite portion de conduit 1. La section de passage vue par le fluide circulant dans la portion de conduit 1 sera donc définie en coopération par le corps 2 et la ou les forme (s) ou structures obstructive (s) 4,4'. Ladite section peut être aisément visualisée par projection sur un plan perpendiculaire à ladite direction d'écoulement D. En agissant sur la taille, la configuration et l'aspect de la ou des forme (s) ou structure (s) obstructive (s) 4,4', l'évolution de la section de passage et donc du débit en fonction de l'inclinaison du corps 2 de clapet ou de papillon pourra être modifiée et adaptée à des profils très variés, avec des progressions (constantes ou non), des limitations, etc. Toutefois, de manière préférée, la configuration de la ou des zone (s) de surface coopérante (s) 5 de chaque forme ou structure obstructive 4,4', éventuellement subdivisée en plusieurs régions distinctes, est telle que la longueur totale de la ou des portion (s) de ligne ou de bande de cette ou de ces zone (s), qui est (sont) en contact avec le corps 2 du clapet ou papillon pour chaque position de ce dernier dans une plage angulaire donnée, décroît lorsque ledit corps 2 est pivoté de sa position d'obturation maximale vers sa position d'obturation minimale. Ainsi, chaque forme ou structure 4,4'présente un aspect effilé de sa base (au niveau de la face interne de la paroi 1') vers son sommet (extrémité la plus interne) et donc la section de passage croît de plus en plus rapidement au fur et à mesure du pivotement du corps de clapet ou de papillon 2 vers sa position ouverte. Afin de conserver une section de passage importante en position d'obturation minimale du corps 2, tout en permettant une régulation fine de l'écoulement en début d'ouverture du clapet ou du papillon, la ou les zone (s) de surface coopérante 5 s'étend (ent), vue depuis le corps 2 du clapet, sur une plage angulaire d'au plus 450 à partir de la position d'obturation maximale perpendiculaire à la direction d'écoulement D ou à l'axe longitudinal X de la portion de conduit 1. Conformément à une variante de réalisation avantageuse de l'invention, et comme le montre la figure 2 des dessins annexés, chaque forme obstructive proéminente 4,4'présente au moins une découpe, un renfoncement 7 et/ou un passage traversant dans la direction d'écoulement D, débouchant au niveau de la zone de surface coopérante 5 et définissant en coopération avec le corps 2 la section de passage de ladite portion de conduit 1 au niveau dudit clapet ou papillon concerné, lorsque ledit corps 2 de clapet ou de papillon est en contact avec ladite forme 4,4'. Pour permettre également une régulation à proximité immédiate de sa position d'obturation totale, au moins un renfoncement ou une découpe 7 s'étend jusqu'à la face interne de la paroi l'de la portion de conduit (s). Ainsi, immédiatement après décollement du corps de clapet 2 de sa position d'obturation totale (perpendiculaire à la direction d'écoulement D sur les figures 1 et 2), une section de passage limitée mais non nulle sera définie, avec des caractéristiques géométriques parfaitement déterminées. Selon un mode de réalisation préféré, représenté aux figures 1 et 2 des dessins annexés, ledit dispositif de régulation comporte deux formes ou structures obstructives 4 et 4'situées de part et d'autre du plan contenant, d'une part, la direction d'écoulement D ou l'axe longitudinal X de la portion de conduit 1 et, d'autre part, l'axe support et de rotation 3 du corps 2 de clapet ou de papillon, l'une en amont et l'autre en aval dudit axe de rotation 3. Les formes ou structures obstructives 4 et 4', pourront présenter différents types de constitutions et d'aspects extérieurs tels que, par exemple, un corps creux ou plein, une simple portion de paroi ou un corps volumique, un aspect profilé ou non, etc. Conformément à une variante de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, représentée aux figures des dessins annexés, chaque forme ou structure obstructive 4,4'présente, vue en section dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation 3, une configuration en coin, avec un côté en forme d'arc de cercle correspondant à une ou à la zone de surface coopérante 5, ledit coin étant dirigé vers l'amont pour la forme ou structure 4 située en amont de l'axe de rotation 3 et dirigé vers l'aval pour la forme ou structure 4'située en aval de l'axe de rotation 3. Grâce à une telle configuration des formes ou structures 4 et 4', la perturbation de l'écoulement sera limitée, notamment en position d'ouverture maximale du clapet ou papillon. Bien que représentée sur la figure 2 avec un seul renfoncement 7 en forme d'encoche à section triangulaire, chaque forme ou structure 4,4' pourra bien entendu comporter plusieurs tels renfoncements, éventuellement de formes, de sections et de tailles différentes. Selon une première variante de construction, chaque forme ou structure obstructive 4, 4'est rapportée sur la face interne de la paroi l'de la portion de conduit 1, par fixation mécanique, collage ou autre. Selon une seconde variante de construction, chaque forme ou structure obstructive 4,4'est réalisée d'un seul tenant avec la paroi l'de la portion de conduit 1, le cas échéant obtenue par déformation de cette paroi 1'. Par ailleurs, l'invention peut s'appliquer à des portions de conduits 1 de sections variées, associées à des corps de clapet ou de papillon 2 de formes correspondantes, à savoir : rectangulaire, carrée, elliptique, ou autre. De manière courante, toutefois, le corps 2 de clapet ou de papillon présentera une configuration discoïdale à pourtour ou bord périphérique 6 circulaire, la ou les zone (s) de surface coopérante (s) 5 de la ou des forme (s) ou structure (s) obstructives 4,4'étant supportée (s) par une sphère. Ainsi, dans la plupart des cas d'application et comme le montrent les figures des dessins, les formes obstructives 4 et 4'forment des profils évolutifs avec une zone de surface de contact 5 sphérique reprenant la courbure du corps 2 du papillon. La surface coopérante 5 est suffisamment proche du papillon pour être en frottement avec celui-ci et assurer ainsi une étanchéité durant l'ouverture du papillon. Ces formes 4,4'ne sont actives qu'en début d'ouverture du papillon (cf. figure 1). Dans ce cas, il n'y a toujours pas de section de passage pour le fluide. Cette section est créée dans la forme sphérique par une encoche 7 (figure 2) d'une dimension telle que la surface projetée dans l'axe du conduit soit la section de passage désirée à un angle donné. Selon la forme de l'encoche, on peut donc obtenir la progressivité souhaitée. La figure 3 montre, de manière comparative, l'évolution du débit en fonction de l'ouverture du corps 2 du papillon pour une même nortion de conduit 1 avec et sous formes 4.4'. nour une nression d'entrée REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation du débit dans une portion de conduit ou analogue, comprenant un clapet ou un papillon composé d'un corps, sensiblement du type plaquette ou analogue, monté sur un axe support et de rotation et pouvant être déplacé entre une position d'obturation maximale, éventuellement d'obturation totale, et une position d'obturation minimale par pivotement autour dudit axe, caractérisé en ce qu'au moins une forme ou structure (4,4') au moins partiellement obstructive, proéminente dans le passage interne de ladite portion de conduit (1) et réduisant localement la section de passage de cette dernière, est présente au niveau de la face interne de la paroi (1') de ladite portion de conduit (1) et comporte au moins une zone de surface (5) coopérante, épousant intimement une partie au moins de la surface imaginaire balayée par un segment au moins du bord extérieur périphérique (6) du corps (2) de clapet ou de papillon lors de son pivotement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les zone (s) de surface coopérante (s) (5) de ladite au moins une forme ou structure obstructive proéminente (4, 4') s'étend (ent) à partir de la zone (l") de la face interne de la paroi (1') de la portion de conduit (1) en contact avec le corps (3) du clapet ou papillon en position d'obturation maximale, et au plus jusqu'au plan comprenant, d'une part, l'axe de rotation (3) et, d'autre part, la direction d'écoulement (D) ou l'axe longitudinal (X) de ladite portion de conduit (1). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la longueur totale de la ou des portion (s) de ligne ou de bande de la ou des zone (s) de surface coopérante (s) (5) de chaque forme ou structure obstructive proéminente (4, 4'), qui est (sont) en contact avec le corps (2) du clapet ou papillon pour chaque position de ce dernier dans une plage angulaire donnée, décroît lorsque ledit corps (2) est pivoté de sa position d'obturation maximale vers sa position d'obturation minimale. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce la ou les zone (s) de surface coopérante (5) s'étend (ent), vue depuis le corps (2) du clapet, sur une plage angulaire d'au plus 450 à partir de la position d'obturation maximale perpendiculaire à la direction d'écoulement (D) ou à l'axe longitudinal (X) de la portion de conduit (1). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque forme obstructive proéminente (4,4') présente au moins une découpe, un renfoncement (7) et/ou un passage traversant dans la direction d'écoulement (D), débouchant au niveau de la zone de surface coopérante (5) et définissant en coopération avec le corps (2) la section de passage de ladite portion de conduit (1) au niveau dudit clapet ou papillon concerné, lorsque ledit corps (2) de clapet ou de papillon est en contact avec ladite forme (4, 4'). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins un renfoncement ou une découpe (7) s'étend jusqu'à la face interne de la paroi (1') de la portion de conduit (s). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux formes ou structures obstructives (4 et 4') situées de part et d'autre du plan contenant, d'une part, la direction d'écoulement (D) ou l'axe longitudinal (X) de la portion de conduit (1) et, d'autre part, l'axe support et de rotation (3) du corps (2) de clapet ou de papillon, l'une en amont et l'autre en aval dudit axe de rotation (3). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque forme ou structure obstructive (4,4') présente, vue en section dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation (3), une configuration en coin, avec un côté en forme d'arc de cercle correspondant à une ou à la zone de surface coopérante (5), ledit coin étant dirigé vers l'amont pour la forme ou structure (4) située en amont de l'axe de rotation (3) et dirigé vers l'aval pour la forme ou structure (4') située en aval de l'axe de rotation (3). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque forme ou structure obstructive (4,4') est rapportée sur la face interne de la paroi (1') de la portion de conduit (1). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque forme ou structure obstructive (4,4') est réalisée d'un seul tenant avec la paroi (1') de la portion de conduit (1), le cas échéant obtenue par déformation de cette paroi (l'). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps (2) de clapet ou de papillon présente une configuration discoïdale à pourtour ou bord périphérique (6) circulaire, la ou les zone (s) de surface coopérante (s) (5) de la ou des forme (s) ou structure (s) obstructives (4,4') étant supportée (s) par une sphère.