Brevet FR2904987A1 — publié le 20080222

[0001] La présente invention est fondée sur une méthode de régulation des veines fluides, qui est garantie à l'épreuve de pressions différentielles critiques, et qui, adaptée spécifiquement à chaque application, et en fonction des conditions d'utilisation', suivant les règles de l'art, aboutit à une solution tangible. L'innovation porte sur la primauté d'une démarche inventive aboutie de conceptualisation du principe de jalonnement de la pression différentielle maximale admissible par des intervalles égaux au seuil critique2, conceptualisation, qui autorise la traduction des hypothèses mathématiques du domaine de l'abstraction, en contraintes de conception, concrètes; cette démarche aboutit à une solution tangible, appelée modèle. Les contraintes de conception issues de la démarche inventive, bornent, tout à la fois, les limites du concret, le périmètre des revendications et celui des applications industrielles couvertes, en une complétude parfaite. [0002] Le dispositif, aboutissement tangible de la démarche méthodologique, objet de la présente revendication, se décompose en au moins deux éléments jointifs, assemblés et jointoyés par tous moyens, assemblage formant paroi interposée en restriction à la veine fluide, de telle manière à circonscrire, un intérieur et un extérieur, bornes du modèle, et en ce que cet assemblage comporte, sur tout ou partie du volume, une ou plusieurs séries de chambres, dont les pertes de charges sont similaires3, de telle manière à valider l'hypothèse de chambres d'égale pression différentielle, et en ce que cet assemblage est réalisé de telle manière à ce que les dites chambres soient disjointes et reliées entre elles par un ou plusieurs orifices, et de telle manière à ce que la première chambre d'une série soit reliée par un ou plusieurs orifices à une borne, comme la dernière chambre soit à l'autre, et donc, de telle manière à ce que le parcours du fluide au travers du modèle soit jalonné de chambres, et en que ce qu'il est intrinsèquement garanti à l'épreuve de pressions différentielles critiques, par application du principe de jalonnement de la pression différentielle maximale admissible par des intervalles égaux au seuil critique, qui implique que le nombre de chambres suffisant pour se prémunir de pressions différentielles critiques, soit égal à l'arrondi à la valeur entière supérieure de la division de la pression différentielle maximale admissible vue de la sortie4, par le seuil critique5. [0003] Le dispositif, aboutissement de la présente démarche inventive assure une fonction de régulation, intrinsèquement statique, éventuellement dynamique par adjonction de dispositifs annexes indépendamment conçus à cet effet, des débits et des vélocités, voire des pressions de flux de fluides circulant dans des conduits fermés, et garantit, qu'un seuil critique de pressions différentielles induisant, des turbulences bruyantes, voire des vélocités proscrites, n'est en 2904987 002 aucun cas dépassé au travers du dispositif, même si la pression différentielle maximale admissible dépasse théoriquement ce seuil critique, aux bornes du dispositif. La régulation du débit et de la vélocité, voire de la pression, est obtenue, d'après calculs et selon les règles de l'art, par 5 variation du nombre et du dimensionnement des orifices et des chambres6, dont le dispositif est spécifiquement jalonné. Ainsi, soit le dispositif, issu de la présente démarche inventive, est spécifiquement conçu pour une application et en fonction de conditions d'utilisation déterminées, les spécifications du dispositif, et accomplit sa fonction de régulation de ~o manière autonome, soit encore, les éléments constitutifs du dispositif tels que caractérisés ci avant, sont conçus spécifiquement, pour être assemblés avec d'autres dispositifs mécaniques, et éventuellement électroniques, en plus d'enveloppes, fixes ou mobiles, extérieures ou intérieures; assemblage final constitué pour assurer, entre autres, la 15 fonction globale de régulation du débit, de la vélocité, voire de la pression, par obturation de plus ou moins d'orifices en entrée ou en sortie du dispositif issu de la présente démarche inventive. [0004] Dans le domaine des régulateurs de veines fluides, une pression 20 différentielle dépassant un seuil critique, est à proscrire car, sans vouloir entrer dans les détails, au delà de ce seuil se manifestent des phénomènes bruyants accompagnés de variations brutales de température et de pression, et leurs corollaires d'érosion et de fissuration, susceptibles de dommages, voire de destruction du matériel. Selon les normes 25 internationales, de tels phénomènes sont formellement proscrits dans les organes de régulation. Ainsi, malgré des dommages occasionnés bien visibles, ces phénomènes sont peu pris en considération en l'état de l'art, car ils sont difficiles, sans compter, coûteux, à pallier, alors qu'ils ne sont pas supposés se produire. Leur prise en compte en l'état de l'art relève du 30 remède empirique, plus que d'une démarche scientifique menée depuis la cause du problème, jusqu'à la concrétisation de la solution. L'objet de l'invention est de proposer une démarche méthodologique de conception d'un modèle concret, issu d'une modélisation mathématique, du problème posé par une pression différentielle critique. L'approche méthodologique 35 repose sur la conceptualisation du principe de jalonnement de la pression différentielle maximale admissible, vue de la sortie, en un nombre d'intervalles égaux au seuil critique; s'il s'agit bien d'une simple division de l'un par l'autre, personne jusqu'ici ne peut prétendre avoir mesuré l'étendue des implications de l'application de ce principe, aussi simple soit- 40 il, à une réalisation concrète, et ainsi, borné les contraintes de conception, en une méthode. Certains dispositifs utilisent bien un échelonnement de pressions, selon des principes de calcul du nombre de paliers plus ou moins complexes, mais qui diffèrent de la méthode détaillée ici, en sa simplicité ou sa complétude, d'autres utilisent intuitivement des 2904987 003 assemblages d'éléments comportant éventuellement de multiples perçages plus ou moins coaxiaux, radiaux, ou sécants, voire même des chambres en empilages ou en chicanes, mais aucune réalisation concrète ne se garantit à l'épreuve de pressions différentielles critiques en s'appuyant sur le 5 principe exposé et sur les contraintes issues des hypothèses émises, conditions sine qua non, pour s'autoriser à appliquer un principe, jusqu'ici, au mieux, mal appréhendé, au pire, volontairement ignoré. Certaines solutions de régulation, qui prennent explicitement en considération de tels phénomènes bruyants, ont été publiées, et s'appuient sur de fructueuses 10 expérimentations universitaires. Ces solutions ne sont cependant pas apparentées avec l'objet de la présente invention, car elles n'ont aucun point commun avec sa démarche de conception transcendantale. Méthodique, déterministe, intrinsèquement fiable et adaptable à la plupart des cas rencontrés dans l'industrie, la solution, aboutissement de la 15 méthode, est voulue directement exploitable et conforme aux normes. Ainsi exposé, l'aboutissement de la démarche inventive représente une innovation méthodologique, par rapport aux solutions proposées jusqu'alors. Une rigueur méthodologique, gage de fiabilité, alliée à une modélisation de la solution, gage de complétude, assure une manifeste 20 supériorité à l'invention, magistralement démontrée par sa simplicité inhérente, gage d'efficacité. En contraste avec son ingénuité apparente, son ingéniosité transcendantale offre une avancée concrète dans le domaine de la prévention des turbulences bruyantes et de la régulation de pressions différentielles critiques, et un champ d'application aussi vaste 25 que l'étendue de ses bénéfices potentiels. La solution obtenue n'a pas la prétention d'être unique, mais revendique, de par sa nature transcendantale, une place privilégiée dans son domaine, comme choix en première intention et référence comparative, en un mot, comme modèle. 30 [0005] Applications industrielles [0006] La présente démarche inventive, autrement appelée méthode, s'applique au cas par cas, selon les spécifications; un modèle préférable issu de la méthode apparaît en illustration (Fig.1 et Fig. 2), sous forme 35 d'une variante cylindrique, mathématiquement exacte, (qui est ici aussi conçue en fonction de spécifications précises). Les possibilités d'applications industrielles sont aussi variées que peuvent l'être, les organes de régulation, auxquels la méthode peut être appliquée, pour assurer une fonction globale de régulation, dynamique ou non, fonction qui 40 peut éventuellement s'étendre, depuis la fermeture complète et jusqu'à l'ouverture complète, malgré des pressions différentielles éventuellement critiques. Dans sa version la plus simple, un dispositif conçu selon la méthode objet de la revendication, est inséré, à l'image d'une cartouche filtrante par exemple, en restriction à la circulation d'un fluide dans un 2904987 004 conduit fermé, dont il peut éventuellement adopter la forme, et soit, il occupe un volume plus faible que le conduit, de manière à ménager un volume résiduel pour la sortie du fluide, soit, il est placé dans un évasement spécifique attaché au conduit. Le dispositif en question 5 constitue dans tous les cas, une paroi, qui restreint le débit, la vélocité voire la pression du fluide, par le nombre et le dimensionnement des orifices et des chambres, qu'il comporte. II n'y a aucune limite, que ce soit de taille, de forme, de conditions d'utilisation, ou autres, à l'application de la présente méthode; la seule contrainte étant que le dispositif issu de la ~o méthode, puisse s'interposer à la veine fluide et y faire restriction. Une variante plus sophistiquée du modèle peut, en prévention de conditions d'utilisation critiques à l'ouverture ou à la fermeture, être incorporée, en tout ou portion d'un élément de vanne tel qu'un boisseau rotatif', sphérique par exemple, en un assemblage d'éléments déplacé, par rotation dans cet 15 exemple, de telle manière à s'interposer et faire restriction à la veine fluide, éventuellement, avant qu'une ouverture à plus faible perte de charge soit effectuée, après élévation de la pression en aval, et disparition de la criticité, par exemple. Des applications à vocation plus universelle sont également envisagées, l'objectif étant de minimiser le coût de fabrication et 20 la perte de charge du modèle, pour élargir le domaine d'application de la méthode; par exemple dans la prévention des coups de bélier dans les tuyauteries, qui sont les manifestations au quotidien de l'universalité du phénomène mis en cause. 25 [0007] Renvois : [0008] 1 Les conditions d'utilisation représentent les données du problème et l'inconnue recherchée, à savoir, la quantité à réguler, l'application comprend ici toutes les contraintes internes, telles que le type d'organe de 30 régulation, la taille et la géométrie des éléments, par opposition aux contraintes externes, représentées par les conditions d'utilisation; nature du fluide, température, débit, vélocité, pressions en entrée et en sortie. [0009] 2 Au-delà d'un rapport, fonction de la nature du fluide, entre la 35 pression en entrée et la pression en sortie d'un conduit fermé se manifestent des turbulences bruyantes, entre autres phénomènes formellement à proscrire. Ce rapport, ou des spécifications de vélocités maximales encore plus contraignantes, définissent un seuil de pression différentielle à ne pas dépasser, ci-après dénommé seuil critique . 40 [0010] 3 Le terme similaire indique une approximation, que la pratique s'autorise, mais que réprouve la rigueur mathématique; en toute rigueur, les chambres doivent être d'égales pertes de charges, (ce que garantit l'égalité stricte des pertes de charge des chambres représentées dans les 2904987 005 illustrations Fig.1 et Fig.2). Toutefois, si l'on considère une variation spatiale de l'exemple en illustration; deux chambres toriques coaxiales et d'identique diamètre hydraulique, supposées disjointes, et dont les diamètres extérieurs varient avec leur position relative; l'approximation 5 d'une égalité de leur perte de charge, est tolérable dans la mesure où leurs diamètres extérieurs sont très voisins, à savoir, quand elles sont adjacentes. Si une certaine tolérance est admise par rapport à l'hypothèse, il n'en reste pas moins qu'une égalité, même approximative, de la perte de charge des chambres, est requise pour pouvoir poursuivre la méthode. 10 [0011] 4 La périphrase pression différentielle maximale admissible vue de la sortie est utilisée pour signifier que la perte de charge propre au modèle objet de l'invention, est prise en compte dans le calcul, en déduction de la pression maximale en entrée, mesurée en prenant pour 15 référence la pression minimale en sortie. Il suffit dans un premier temps d'estimer la perte de charge du modèle pour en réaliser une première version, le modèle à l'échelle, afin de mesurer physiquement la perte de charge réelle, et de réintroduire cette donnée dans les calculs de conception. Au bout d'un nombre d'itérations limité par l'incertitude sur un 20 nombre de chambres nécessairement très limité, la solution obtenue est mathématiquement exacte et physiquement mesurée, ce qui apporte la garantie revendiquée. L'ingéniosité de la méthode consiste à prendre l'hypothèse de chambres d'égales pertes de charges, pour éviter un calcul de pertes de charge en régime turbulent, au travers de géométries 25 complexes de surcroît, sur lequel l'état de l'art ne peut offrir aucune garantie, (ce que confirment la diversité et le manque de clarté des solutions proposées jusqu'à présent). [0012] 5 La méthode consiste à déterminer, entre les bornes du modèle, à 30 savoir, entre la pression maximale en entrée vue de la sortie et la pression minimale en sortie, un nombre d'intervalles de pression différentielle égale au seuil critique, de telle manière à s'autoriser à appliquer le principe, sachant que les pressions différentielles en série s'additionnent; la pression différentielle maximale admissible vue de la sortie est égale au 35 nombre d'intervalles suffisant pour se prémunir de pressions différentielles critiques, multiplié par la pression différentielle aux bornes de ces intervalles, à savoir au seuil critique; soit en d'autres termes, et compte tenu des hypothèses émises: le nombre d'intervalles suffisant pour se prémunir de pressions différentielles critiques est égal à l'arrondi à la 40 valeur entière supérieure de la division de la pression différentielle maximale admissible vue de la sortie, par le seuil critique; ce qui donne le nombre de chambres. 2904987 006 [0013] 6 Le terme chambre est entendu comme une cavité qui circonscrit un intérieur et un extérieur, et délimite ainsi un volume clos, ayant au moins une entrée et une sortie, sous la forme d'orifices, qui imposent une restriction à la veine fluide; un perçage, par exemple, est 5 considéré du point de vue de l'invention, comme un orifice, s'il perfore, et non comme une chambre, s'il ne communique pas avec un orifice de sortie. Le terme orifice est utilisé pour désigner le passage dans une paroi dont l'emplacement et le diamètre hydraulique correspondent à la restriction de plus petite section à la veine fluide. 10 [00014] ' L'exemple est volontairement peu détaillé, car il ne représente qu'une des multiples variantes du modèle pour ce type de vanne, variantes qui sont fonction de sa taille, de sa géométrie et des conditions d'utilisation; il faut, par exemple, un diamètre du tournant suffisant, pour disposer sur 15 son périmètre, le nombre d'orifices calculé en fonction des spécifications, et éventuellement faire preuve de beaucoup d'astuce. [0015] Annotations des figures 20 [0016] Fig.1 : Vue éclatée d'un dispositif cylindrique, aboutissement de la démarche inventive selon les revendications, à paroi symétrique double (numérotée 1, pour l'élément intérieur, et 2, pour l'élément l'extérieur), et chambres toriques alternes, deux à deux en séries, superposées coaxialement. 25 [0017] Fig. 2 : Vue détaillée du dispositif illustré en figure Fig.1, éléments 1 et 2 joints, où sont mis en évidence les orifices qui relient, deux à deux, les chambres superposées, et le décalage de niveau entre entrées et sorties des séries de chambres. 3o Revendications 1. L'unique revendication porte sur tout dispositif, interposé en restriction à une veine fluide, dans la mesure où ce dispositif assure, entre autres, éventuellement, une fonction de régulation, du débit, de la vélocité, voire de la pression, et dès lors que ce régulateur de veine fluide peut se prévaloir d'une garantie à l'épreuve de pression différentielle critique fondée sur la méthode exposée dans la partie description ci avant, lo méthode qui impose au dispositif, l'ensemble de contraintes de conception suivant : [0020] Le dispositif, aboutissement tangible de la méthode exposée, appelé modèle, est caractérisé, [0021] en ce qu'il se décompose en au moins deux éléments jointifs, assemblés et jointoyés par tous moyens, assemblage formant paroi interposée en restriction à la veine fluide, de telle manière à circonscrire, un intérieur et un extérieur, bornes du modèle, 20 [0022] et en ce que cet assemblage comporte, sur tout ou partie du volume, une ou plusieurs séries de chambres, dont les pertes de charges sont similaires, de telle manière à valider l'hypothèse de chambres d'égale pression différentielle, 25 [0023] et en ce que cet assemblage est réalisé de telle manière à ce que les dites chambres soient disjointes et reliées entre elles par un ou plusieurs orifices, et de telle manière à ce que la première chambre d'une série soit reliée par un ou plusieurs orifices à une borne, comme la 3o dernière chambre soit à l'autre, et donc, de telle manière à ce que le parcours du fluide au travers du modèle soit jalonné de chambres, [0024] et en ce qu'il est intrinsèquement garanti à l'épreuve de pressions différentielles critiques, par application du principe de 35 jalonnement de la pression différentielle maximale admissible par des intervalles égaux au seuil critique, qui implique que le nombre de chambres suffisant pour se prémunir de pressions différentielles critiques, soit égal à l'arrondi à la valeur entière supérieure de la division de la pression différentielle maximale admissible vue de la 40 sortie, par le seuil critique. 7 pages, 24 paragraphes, 2740 mots 007 15 45