Brevet FR2909635A1 — publié le 20080613

DISPOSITIF DE FLOTTABILITE REGLABLE La présente invention a pour objet des dispositifs de flottabilité à volume constant et réglable. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la réalisation de tels dispositifs de flottabilité réglables destinés à toute entité submersible, apte à s'immerger à différentes profondeurs, tel qu'un plongeur sous-marin qui doit compenser à tout moment, soit un excédent de poids pour ne pas couler, soit un surplus de flottabilité pour ne pas remonter en surface. On connaît en effet des bouées de stabilisation utilisées en particulier par les plongeurs autonomes qui, lors de leur changement de profondeur en cours de plongée, doivent compenser manuellement le volume de leur bouée, soit en injectant de l'air provenant du détendeur premier étage de leur bouteille de gaz, soit en purgeant la bouée en agissant sur des vannes de purge situées en différents endroits de celle-ci ; et cela est nécessaire à chaque changement de profondeur car le volume d'air/gaz de la bouée se modifie avec les variations de pression liées à ce changement de profondeur et doit donc être ajusté en permanence sous peine de ne pas permettre au plongeur de se stabiliser à la profondeur souhaitée. De plus, une telle bouée étant réalisée à partir d'une vessie souple en général en polyuréthane, l'air/gaz est toujours situé dans sa partie haute, ce qui rend difficile les mouvements du plongeur qui porte ladite bouée et, lorsque celle-ci est dégonflée, sa forme est généralement peu hydrodynamique. Le problème posé est donc de réaliser un dispositif de flottabilité réglable dans une plage 2909635 2 prédéterminée, à une valeur voulue de volume qui doit rester ensuite constant lors de changement de profondeur sans intervention de l'opérateur, offrant alors à celui-ci une réserve de flottabilité constante quels que soient 5 les déplacements ascendants et descendants de l'entité submersible auxquels le dispositif est associé ; et quand cette entité est le plongeur opérateur lui-même, ce dispositif doit lui permettre une aisance de mouvement et avoir une forme la plus hydrodynamique possible. 10 Une solution au problème posé est un dispositif de flottabilité à volume constant et réglable destiné à tout entité submersible, apte à s'immerger à différentes profondeurs, et comportant au moins un flotteur à membrane souple rempli d'un gaz et dont la pression est 15 régulée en fonction de la profondeur d'immersion, et tel que : - cette membrane est élastique et délimite un volume de gaz qui est fonction de l'élasticité de cette membrane et de la pression relative intérieure dudit 20 volume par rapport à la pression ambiante externe, un système détendeur-déverseur assure l'alimentation et la purge dudit gaz vers ou depuis ledit volume interne du flotteur. Dans un mode préférentiel de réalisation ledit 25 flotteur comporte un embase rigide sur laquelle est fixée et tendue ladite membrane souple, celle-ci déterminant avec ladite embase rigide ledit volume de gaz du flotteur, et le détendeur-déverseur est un régulateur d'alimentation et de purge de gaz, de telle façon que la 30 pression interne de celui--ci dans le volume du flotteur relativement par rapport à la pression ambiante extérieure est quasi maintenue à une valeur prédéterminée 2909635 3 correspondant à un volume de flottabilité voulu et donc constant. De plus, selon la présente invention le matériau dans lequel est réalisée la membrane élastique est choisi 5 tel que son module d'élasticité reste quasi constant dans la zone de déformation permettant d'obtenir le volume de flottabilité voulu, cette déformation étant une fonction quasi monotone et biunivoque de la pression relative interne du flotteur. 10 D'autres particularités et caractéristiques de la présente invention sont précisées dans le cadre de la description et des figures ci-après. Le résultat est un nouveau dispositif de flottabilité qui permet de garder automatiquement un 15 volume constant à une valeur choisie par l'opérateur, tel qu'un plongeur, quelle que soit l'immersion de celui-ci. Un tel dispositif peut comporter plusieurs flotteurs aptes à être répartis autour d'une entité submersible, tel que le plongeur lui-même, de telle façon 20 qu'en immersion leur centre de poussée totale résultant soit quasi confondu avec le centre de gravité de ladite entité ou du plongeur, lui permettant des changements de position plus faciles. Les caractéristiques du flotteur selon l'invention 25 lui donne une forme hydrodynamique quel que soit son volume de gonflage et la conception du détendeurdéverseur permet une diminution de la taille des vannes de purge par rapport à ceux des bouées à volume constant actuel, qui, du fait de leur fonctionnement à faible 30 pression différentielle, nécessitent de gros diamètres de passage d'air/de gaz. 2909635 4 On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt. 5 La description et les dessins ci-joints représentent des exemples de réalisation de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de la présente invention, tel qu'en 10 particulier dans la forme et la réalisation des flotteurs et de leur embase. Les figures 1A et 1B représentent un dispositif suivant l'invention et équipant un plongeur. Les figures 2A à 2F représentent différentes vues 15 d'un flotteur suivant l'invention. Les figures 3A et 3B représentent respectivement une vue en perspective et une vue en coupe, suivant A, A' de la figure 3A, d'un détendeur-déverseur suivant la présente invention. 20 Dans la présente description, on considérera que l'entité submersible est un plongeur 19 portant une bouteille ou réserve de gaz ou d'air 32 sur son dos, tel que représenté sur la figure 1B, apte à alimenter, grâce à un détendeur premier étage 311 et un régulateur 25 détendeur-déverseur 20, différents flotteurs 11 reliés en parallèle tels que les trois représentés sur la figure 1, l'un sur la poitrine du plongeur 19 et les deux autres de part et d'autre de la bouteille réservoir 32. Le régulateur 20 prend référence sur la pression 30 ambiante 33 externe et permet, tel que défini ci-après, le réglage de la pression différentielle entre 2909635 5 l'intérieur des flotteurs 11 et ladite pression externe ambiante ci-après. Cette pression différentielle étant ainsi régulée, le volume des flotteurs 1l, qui peut varier de 0 à 6 5 litres par exemple pour une pression réglable variant de 0 à 1 bar, reste constant quelle que soit l'immersion. Pour cela chaque flotteur 11 comporte une membrane souple 23 élastique, fixée et tendue sur une embase rigide 25. De préférence ladite embase rigide 25 est 10 convexe et la membrane élastique 23 est disposée et mise en prétension contre la face convexe de cette embase 25 avant tout remplissage de gaz ou d'air. Pour assurer une bonne étanchéité entre la membrane élastique et ladite embase, celle-ci comporte 15 une moins une nervure 26 périphérique qui coopère avec une gorge 22 d'une contre-bride 21 qui est fixée sur l'embase rigide à l'extérieur de la nervure 26 en prenant en sandwich le bord de ladite membrane 23. La fixation entre l'embase, la membrane et la 20 contrebride peut se faire par serrage de boulons 34 traversant ces trois éléments et sans nécessiter un fort serrage du fait des caractéristiques ci-dessus nervure-gorge. La tension initiale de la membrane, réalisée de 25 préférence en élastomère à haute limite élastique et à forte élongation, est calculée pour permettre un travail de cette membrane 23 dans une zone où son module d'élasticité est à peu près constant ou tout au moins de telle sorte que sa déformation est une fonction monotone 30 et biunivoque de la pression : l'épaisseur et les caractéristiques mécaniques de la membrane sont choisies pour avoir un volume donné à la pression maximum de 2909635 6 sortie, vers le flotteur 11, choisie pour le régulateur 20. L'air ou le gaz est injecté, entre la surface convexe de l'embase rigide 25 et la membrane, à travers 5 un orifice d'entrée/sortie 28 et une connexion 30 reliant chaque flotteur 11 au régulateur détendeur-déverseur 20, afin d'obtenir un volume intérieur 29 prédéterminé. L'embase 25 convexe comporte des raidisseurs 27 dans sa partie concave externe dimensionnée pour éviter 10 toute déformation de l'embase lors de la mise sous pression. Pour améliorer l'étanchéité la membrane 23, obtenue par moulage, celle-ci peut comporter un renflement 24 qui pénètre dans la gorge 22 de la contre-bride 21 dans laquelle il est écrasé par la nervure 26 de 15 l'embase 25. La figure 2A est une vue éclatée d'une embase, d'une membrane et d'une contre-bride constituant un flotteur 11 avec une vue de détail 2B ; les figures 2C et 2D représentent les mêmes éléments que les figures 2A et 20 2B mais une fois assemblés par un système tel que des boulons écrous 34 ou tout autre système de serrage. La figure 2E est une vue d'un flotteur 11 en position active avec de l'air ou du gaz insufflé dans son volume intérieur 29 et la figure 2F est une vue de dessous de la 25 partie concave de l'embase 25 à titre d'exemple. Suivant les figures 3A et 3B, le système détendeur-déverseur 20 suivant l'invention est constitué d'un seul bloc régulateur, comportant un corps ou enveloppe externe 1 constitué de plusieurs parties dont 30 une centrale creuse lb de forme cylindrique recevant les éléments ci-après, et des extrémités la, 1, vissées et fermant cette partie centrale : dans celle-ci le clapet 2909635 7 de purge 7, permettant au gaz de s'échapper vers l'extérieur 33 à travers les orifices de purge 332, depuis l'intérieur du flotteur 11 à travers la connexion 30 de celui-ci vers l'orifice 302 du détendeur-déverseur 5 20, est intégré au piston de réglage de pression 6 qui porte le siège 9 du clapet de purge 7, et qui assure également la commande du clapet d'alimentation 2 en gaz ou air par les orifices 312 en provenance du détendeur 311 et vers l'intérieur du flotteur 11 par lesdits 10 orifices 302 ;le clapet 2 et les orifices 312 étant situés dans une partie d'extrémité 1, du corps 1. Chaque clapet de purge 7 et d'alimentation 2, comportant un joint solidaire d'une face d'un piston venant en appui contre son siège de fermeture, est 15 compensé, c'est-à-dire que la surface intérieure délimitée par ledit siège d'appui sur la face du piston porte-joint est égale à la surface de la face opposée du piston et soumise à la même pression aval grâce à un perçage réalisé dans ledit piston et faisant communiquer 20 les deux dites faces, la pression amont ne s'exerçant que sur une partie au moins des faces latérales du piston. Ainsi l'effort d'ouverture desdits clapets ne dépend ni de la pression amont ni de la pression aval, mais seulement de l'effort de compression des ressorts 16 et 25 17 qui assurent l'étanchéité desdits clapets sur leur siège d'appui. Lesdits ressorts sont choisis avec des constantes de raideur les plus faibles possible afin de réduire l'erreur de réglage du différentiel de pression amont et aval qui assurera l'ouverture des clapets : par 30 exemple pour un piston de 20 cm2, une force de compression des ressorts de 5 Newton représente une insensibilité de réglage de 0,025 bar. 2909635 8 Le ressort 16 hélicoïdal est en appui à une des ses extrémités à l'intérieur du piston 6 et à son autre extrémité sur le clapet de purge 7, lequel clapet étant limité dans son déplacement, provoqué par la poussée du 5 ressort 16, par une butée 10 solidaire du corps 1, grâce à une vis 12 décrite ci-après et portée par la partie la d'extrémité de celui-ci opposée à celle 1, portant le clapet 2, et disposée du côté du ressort 8 défini ci-après. 10 Le ressort 17 hélicoïdal est en appui quant à lui à une de ses extrémités contre le corps 1 du bloc régulateur 20 et à son autre extrémité sur le clapet d'alimentation 2, le siège 4 dudit clapet étant solidaire du corps 1 du bloc régulateur 20. 15 Un troisième ressort 8 hélicoïdal, tel qu'évoqué ci-dessus, est en appui à une de ses extrémités sur une butée 13 solidaire du corps 1 du bloc régulateur 20 et réglable par une molette 15, et à son autre extrémité sur le piston 6, lequel piston étant équilibré d'un côté par 20 son ressort 8 et la pression ambiante externe 33, et de l'autre côté par la pression de gonflage du flotteur 11. Ainsi le mode de fonctionnement d'un tel détendeur-déverseur est tel que l'air ou le gaz d'alimentation arrivant par l'orifice 312 passe par le 25 clapet 2 pour gonfler les flotteurs 11 à travers une chambre 18 fermée par le piston 6 : celui-ci est donc équilibré par l'action du ressort 8 en appui sur la butée 13 réglable par la molette 15 agissant sur une vis 12 en appui sur un roulement de butée 14 et la pression 30 hydrostatique d'un côté, et l'action de la pression de gonflage du flotteur de l'autre côté. 2909635 9 Si lors d'un changement de profondeur, tel qu'une immersion plus importante, la pression à l'intérieur du flotteur 11 devient alors plus faible que l'action du ressort 8 additionné de l'action de la pression 5 hydrostatique qui a en effet alors augmenté, le piston 6 se déplace avec la tige 3 qui vient pousser et entraîner l'ouverture du clapet 2 équilibrée de chasse et qui vient admettre de l'air ou du gaz d'alimentation dans le flotteur 11 jusqu'à ce que l'équilibre du piston 6 vienne 10 refermer le clapet 2 d'alimentation ou de chasse. Une butée 5 limite le déplacement du piston 6 en cas de déséquilibre important, afin de limiter l'effort sur la tige 3. En sens inverse, tel que lors d'une diminution de 15 la profondeur d'immersion, si la pression dans le flotteur 11 est plus forte que l'action du ressort 8 additionné de l'action de la pression hydrostatique qui a alors en effet diminué, le piston 6 se déplace dans l'autre sens et la tige 10 qui est fixe vient alors 20 bloquer le clapet équilibré de purge 7 qui vient laisser échapper l'air provenant du flotteur 11 jusqu'à ce que l'équilibre du piston vienne refermer le clapet de purge 7. Les tiges 10 et 3 sont réglables afin d'ajuster la 25 sensibilité du détendeur déverseur 20 à l'ouverture des clapets de chasse ou d'alimentation et de purge. REVENDICATIONS 1. Dispositif de flottabilité à volume constant et réglable destiné à tout entité (19) submersible, apte à s'immerger à différentes profondeurs, et comportant au moins un flotteur (11) à membrane souple (23) rempli d'un gaz et dont la pression est régulée en fonction de la profondeur d'immersion, caractérisé en ce que : - cette membrane (23) est élastique et délimite un volume de gaz (29) qui est fonction de l'élasticité de cette membrane (23) et de la pression relative intérieure dudit volume par rapport à la pression ambiante externe, un système détendeur-déverseur (20) assure l'alimentation et la purge dudit gaz vers ou depuis ledit volume interne (29) du flotteur (11). 2. Dispositif de flottabilité réglable selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit flotteur (11) comporte une embase rigide (25) sur laquelle est fixée et tendue ladite membrane (23) souple, celle-ci déterminant avec ladite embase rigide (25) ledit volume (29) de gaz du flotteur (11). 3. Dispositif de flottabilité suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau dans lequel est réalisée la membrane élastique (23) est tel que son module d'élasticité reste quasi constant dans la zone de déformation permettant d'obtenir le volume de flottabilité voulu, cette déformation étant une fonction quasi monotone et biunivoque de la pression relative interne du flotteur (11). 2909635 11 4. Dispositif de flottabilité selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'embase rigide (25) dudit flotteur (11) est convexe et la membrane élastique (23) est disposée et mise en 5 prétension avant tout remplissage de gaz. 5. Dispositif de flottabilité suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'embase rigide (25) comporte au moins une nervure (26) périphérique qui coopère avec au moins une gorge 10 (22) d'une contre-bride (21) qui est fixée sur la base rigide à l'extérieur de la nervure (26) en prenant en sandwich ladite membrane (23). 6. Dispositif de flottabilité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en que 15 le détendeur-déverseur (20) est un régulateur d'alimentation et de purge de gaz de telle façon que la pression interne de celui-ci dans le volume du flotteur (11), relativement par rapport à la pression ambiante extérieure, est quasi maintenue à une valeur 20 prédéterminée correspondant à un volume de flottabilité voulu. 7. Dispositif de flottabilité suivant l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs flotteurs (11) aptes à être 25 répartis autour de l'entité submersible (19) de telle façon qu'en immersion _Leur centre de poussée total résultant soit quasi confondu avec le centre de gravité de ladite entité (19). 8. Dispositif de flottabilité suivant l'une 30 quelconques des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système déverseurdétendeur (20) est constitué d'un seul bloc régulateur dans lequel le clapet de purge 2909635 12 (7) permettant au gaz d'échapper vers l'extérieur du flotteur (11) est intégré au piston de réglage de pression (6) qui porte le siège (9) du clapet de purge (7) et qui assure également la commande du clapet 5 d'alimentation (2) en gaz vers l'intérieur du flotteur (11). 9. Dispositif de flottabilité suivant la revendication 8, caractérisé en ce que chaque clapet de purge (7) et d'alimentation (2), comportant un joint 10 solidaire d'une face d'un piston venant en appui contre son siège de fermeture, est compensé, la surface intérieure délimitée par ledit siège d'appui sur la face du piston porte-joint étant égale à la surface de la face opposée du piston et soumise à la même pression aval 15 grâce à un perçage réalisé dans ledit piston et faisant communiquer les deux dites faces, la pression amont ne s'exerçant que sur une partie au moins des faces latérales du piston. 10. Dispositif de flottabilité suivant l'une 20 quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le bloc régulateur (20) comporte : - un ressort (8) hélicoïdal en appui à une de ses extrémités sur une butée (13) solidaire du corps (1) du bloc régulateur (20) et réglable par une molette (15) et 25 à son autre extrémité sur le piston (6), lequel piston étant équilibré d'un côté par son ressort (8) et la pression ambiante externe, et de l'autre côté par la pression de gonflage du flotteur (11), - un ressort (16) hélicoïdal en appui à une de ses 30 extrémités à l'intérieur du piston (6) et à son autre extrémité sur le clapet de purge (7), lequel clapet étant limité, dans son déplacement provoqué par la poussée du 2909635 13 ressort (16), par une butée (10) solidaire du corps (1) du bloc régulateur (20) et disposé du côté du ressort (8), - un ressort (17) hélicoïdal en appui à une de ses 5 extrémités contre le corps (1) du bloc régulateur (20) et à son autre extrémité sur le clapet d'alimentation (2), le siège (4) dudit clapet étant solidaire du corps (1) du bloc régulateur (20).