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Perfectionnements aux régulateurs de pression à membrane
La présente demande est relative à un perfection- nement concernant les régulateurs de pression dans lesquels la sortie du fluide (liquide ou gaz) dont on veut abaisser la pression à une valeur déterminée, est oontrôlée par une soupape commandée par une membrane déformable se déplaçant sous l'influence de la pression de sortie dudit fluide.
Si, dans ces dispositifs, on veut réaliser, avec une certaine précision, le réglage de la pression de sortie dudit fluide, il est nécessaire d'avoir des déplace- ments assez faibles de la membrane contrôlant la soupape,
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ce qui nécessite d'avoir une soupape présentant une section relativement grande, afin.que ladite soupape donne un débit suffisant pour une levée relativement faible.
Si les dimensions de la'soupape sont notables, la poussée exercée par le fluide sur la fa.ce d'entrée de ladite soupape n'est pas négligeable. Cette poussée tend à provoquer soit l'ouverture, soit la fermeture de ladite soupape, suivant le montage de celle-ci.
La pression dtentrée est généralement une pression va- riable et l'effort qu'elle exerce sur la face d'entrée de la soupape est une source d'imprécision dans le réglage de la pression de sortie. L'erreur ainsi introduite est d'autant plus importante que la pression d'entrée est plus grande.
L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en éliminant l'influence de la pression d'entrée sur la soupape par l'équilibrage des efforts auxquels est soumise la face d'entrée de ladite soupape.
L'invention consiste à soumettre une membrane ou un système de membranes à la pression d'entrée et à relier méàani- quement ladite membrane ou ledit système de membranes à la soupape, les surfaces de ladite membrane ou desdites membranes et les liaisons mécaniques entre celles-ci et la soupape étant déterminées de telle sorte que les efforts exercés par la pression d'entrée sur ladite soupape et ladite ou lesdites membranes se fassent équilibre.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple fera bien comprendre la manière dont peut être réalisée l'invention.:
La fig. 1 représente schématiquement en coupe longitudi- nale un dispositif réalisant l'invention au moyen d'une seule membrane d'équilibrage.
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La fig. 2 représente une variantede la fig. 1 dans laquelle la membrane d'équilibrage est reliée à la soupape par un système de 1 eviers,
La fig, 3 représente une variante de la fig, 1 dans laquelle l'équilibrage est réalisé par l'action différentiel- le de deux membrands.
Les fig. 4 et 5 représentent des variantes de réalisa- tion du dispositif de la fig. 3.
La fig. 6 représente une variante de la fig. 5 dans laquelle la soupape est solidaire des membranes d'équilibra- ge et de la membrane du régulateur.
Les fig. 7 et 8 représentent des variantes des fig.3 et 4 dans lesquelles une membrane a été supprimée, une des membranes d'équilibrage jouant à la fois le rôle de membrane du régulateur.
La fige 9 représente une variante de la fig. 3 compor- tant une modification des transmissions mécaniques.
La fig, 10 représente une variante de la fig. 5.
Sur la fig. 1,'le fluide dont on veut abaisser et régler la pression est amené par le conduit 1 à la chambre 2. Ce fluide s'écoule dans la chambre 3, l'écoulement étant contrôlé par la soupape 4. La soupape 4 est reliée à une membrane déformable 5 par la tige 6. La chambre 3 est munie d'un conduit de sortie 7 se rendant aux appareils d'utilisation. La membrane 5 est,par exemple, chargée par un ressort 8. Le ressort 8 peut dtailleurs être supprimé si l'on désire réaliser une sortie du fluide sous pression nulle ; il peut également être remplacé par l'action d'un poids, Du côté opposé à la tige 6, la soupape 4 porte une tige 9 fixée à son extrémité à la membrane 10 fermant la chambre 2.
La surface de la membrane 10 est égal à la
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surface de la face d'entrée de la soupape 4. De cette ma- nière, l'ensemble des efforts qui s'exercent sur l'équipage mobile constitué par la soupape 4 et les deux tiges 6 et 9, comprend: 1 - la puussée du fluide de sortie s'exerçant sur la membrane 5; 2 - la poussée du fluide de sortie s'exerçant sur la face de sortie de la soupape 4 ; 3 - la poussée du fluide d'entrée sur la face d'entrée de la soupape 4; 4 - la poussée du fluide d'entrée sur la membrane 10 ; 5 - la pression du ressort 8.
La surface de la membrane 10 étant égale à la surface de la face d'entrée de la soupape 4, les poussées sur ces deux éléments s'équilibrant et l'influence de la pression dtentrée sur les déplacements de la soupape 4 est 'éliminée.
La soupape 4 se stabilise dans une position qui correspond à un débit tel que la pression de sortie qui s'exerce sur la membrane 5 et la face de sortie de la soupape 4 équilibre la pression du ressort 8.
Bien que l'on utilise de préférence une soupape relati- vement grande pour éviter de grands déplacements de la membrane 5, la surface de cette soupape est généralement trop petite pour que l'on puisse réaliser une membrane 10 de même surface. Les déplacements que peut subir une membrane sont, en effet, d'autant plus faibles que cette membrane est plus petite et une membrane 10 de la dimension de la soupape ne permettrait généralement pas une levée suffisante de ladite soupape.
La fig. 2 représente une variante de la fig, 1 où la membrane d'équilibrage 10 est reliée à la tige 9 de la sou- pape 4 par un levier 11. Poux obtenir l'équilibrage \;'1 il faut
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alors que la surface de la membrane 10 et la surface dtentrée de la soupape 4 soient inversement proportionnelles aux bras de levier correspondants. En choisissant le rapport des bras de levier d'une manière convenable, on pourra prendre une membrane 10 de surface plus grande que la sou- pape 4.
Il faut remarquer, en outre, que la démultiplication introduite par le levier conduit non seulement à une membrane plus grande, mais également à des déplacements de ladite membrane plus faibles, ce qui contribue encore à améliorer le fonctionnement de la membrane et permet de s'en tenir à des dimensions relativement faibles.
Au lieu de démultiplier l'effort transmis par la membra- ne d'équilibrage à la soupape, on peut encore, pour éviter l'emploi de membranes trop petites, utiliser l'action diffé- rentielle de deux membranes soumises à la pression d'entrée et agissant en sens inverse.
Ce mode de réalisation a été représenté à la fig. 3.
Sur la fig. 3, la membrane unique d'équilibrage est remplacée par deux membranes 12 et 13 dont les surfaces présentent une différence égale à la surface de la face d'entrée de la sou- pape @. Les membranes utilisées sont de préférence des membra- nes inextensibles ne présentant pas de réaction élastique. Les membranes 12 et 13 font partie de la paroi d'une chambre 14
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à l'lnt6r10ur do luquollo Out Lraostniso 1:. profJ8ioll (1? ciitr(,e par le conduit 115 relié au conduit 1. Les faces extérieures des membranes 12 et 13 sont baignées par la pression atmosphé- rique. Les déplacements des membranes 12 et 13 sont solidaires et sont également solidaires des déplacements de la membrane 5 et de la soupape 4, 1 ensemble de ces éléments Mobiles étant réuni par une tige unique 15.
Les membranes 12 et 13
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transmettent à la tige 15 un effort égal à la différence entre les poussées exercées par la fluide d'entrée sur les membra- nes 12 et 13, c'est à dire un effort résultant qui est égal au produit de la surface d'entrée de la soupape 4 par la pression d'entrée et qui, par conséquent, équilibre la poussée du fluide d'entrée sur la soupape 4. Comme dans le cas de la fig, 1, les efforts provenant de la pression d'entrée sont éliminés et les seuls efforts agissant sur le déplacement de la soupape 4 sont la pression du ressort 8 et les poussées exercées par la pression de sortie sur la membrane 5 et la face de sortie de la soupape 4.
Les trois membranes 12, 13 et 5 pourront être disposées dans une boîte unique 16 dont le, compartiment médian 17 communique avec l'atmosphère par un ou plusieurs orifices 18, Il va de soi que la pression du fluide d'entrée pourrait aussi bien être transmise aux faces exté- rieures des membranes 12 et 13, les faces de ces membranes qui se font face étant soumises à la pression atmosphérique.
La pression qui s'exerce sur les faces intérieures des membranes 12 et 13, dont l'action différentielle équilibre la pression du fluide sur la face dtentrée de la soupape, n'est pas nécessairement la pression atmosphérique. Ces faces extérieures peuvent .être soumises à une pression constante différente de la pression atmosphérique ou encore à la pres- sion de sortie du fluide qui, d'ailleurs, est sensiblement constante par le fonctionnement même du dispositif décrit.
La fig. 4 représente une variante de la fig. 3 où l'une des membranes d'équilibrage est baignée sur sa face extérieure par le fluide sortant. La chambre 14 qui communi- que avec le conduit d'entrée 1 est fermée, d'une part, par la membrane 13 dont la face extérieure est baignéejpar l'air atmosphérique et, d'autre part, par une membrane 19 qui, au
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point de vue de l'équilibrage, joue le rôle de la membrane 12 de la fige 30
Sur la fige 4, la membrane 19 sépare la chambre 14 de la chambre 3 par laquelle s'effectue la sortie du fluide.
La pression atmosphérique qui s'exerçait sur la face extérieure de la membrane 12 à la figo 3 est remplacée par la pression du fluide sortante La tige 15 qui réunit les trois membranes 5, 19 et 13 commande les déplacements de la soupape 4 guidée en 29 par l'intermédiaire d'un levier 20. La tige 15 pourra être guidée au moyen du piston 27 se déplaçant dans le cy- lindre 28.
On déterminera les surfaces des membranes 19 et 13, ainsi que les bras du levier 20 de manière que la poussée exercée par le fluide d'entrée sur la soupape 4 soit équili- brée par la différence entre les poussées exercées par le- dit fluide d'entrée sur les membranes 19 et 13. De cette manière, l'influence de la pression d'entrée est encore éliminée et la soupape se stabilise dans une position telle que la pression du ressort 8 soit équilibrée par la résultante des pressions exercées par le fluide de sortie sur les membra- nes 5 et 19 et sur la face de sortie de la soupape 4. La pression de sortie se stabilisera donc encore à une valeur oonstante indépendante de la pression d'entrée.
Sur la fig. 4, la surface utile, sur laquelle s'exerce la pression du fluide de sortie pour équilibrer la charge du ressort 8, ést égale à la surface de la membrane 5 diminuée de la surface de la membrane 19 et de la surface de la soupape 4, tandis que dans le dispositif de la fig.3, cette surface utile est égale à la surface totale de la membrane 5 dimi- nuée seulement de la surface de la soupape .
Comme on est conduit, pour des raisons que l'on a exposés ci-dessus, à
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prendre des membranes 19 et 13 de dimensions relativement assez grandes, le dispositif de la fig. 4 conduit à utili- ser une membrane 5 plus grande que dans la fig. 3 pour une même tension du ressort 8, tension qui ne peut pas être abais- sée au dessous d'une certaine valeur pour des considérations de tarage. C'est pourquoi on préfère généralement, lorsque l'on veut réaliser un appareil peu encombrant, utiliser le dispositif représenté à la fig. 5 dans laquelle les deux membranes d'équilibrage sont baignées extérieurement par le fluide sortant.
La fig. 5 diffère de la fig. 4 par la présence d'une chambre 21 adjacente à la face extérieure de la membrane 13 et communiquant avec la sortie du fluide par un conduit 22.
Dans ce dispositif, les poussées exercées par le fluide d'entrée sont nulles comme dans les dispositifs précédents, mais la surface utile sur laquelle s'exerce la pression de sortie est augmentée de la surface de la membrane 13 par rapport à la surface utile dans le dispositif de la fig.4.
La poussée exercée par le fluide de sortie sur la surface 13 se transmet, en effet, directement à la tige 15, De même que les poussées du fluide d'entrée sur les membranes 19 et 13 d'une part, et sur la face d'entrée de la soupape 4 Vautre part, s'équilibrent grâce aux dimensions de ces divers élé- ments et des bras de levier 20, les poussées exercées par le fluide sortant sur les faces extérieures des mêmes membranes 13 et 19 et sur la face de sortie de la soupape 4 se font équilibre, si bien que l'ensemble de l'équipage mobile est soumis seulement à la poussée du fluide de sortie sur la membrane 5 d'une part, et à l'effort antagoniste du ressort 8 d'autre part.
La soupape se stabilise dans une position où ces deux efforts s'équilibrent, c'est à dire pour une valeur
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constante de la pression de sortie,,
La surface de la membrane 5 participant intégralement à la commande de la soupape 4, ce dispositif conduit à des di- mensions plus réduites que les dispositifs précédents.
La fig. 6 montre une variante de la fige 5 dans laquel- le on supprime le renvoi de commande par levier entre la tige 15 et la soupape 4. Sur cette figure, la soupape 4 est portée par l'extrémité de la tige 15.
Dans les figures précédentes;, la membrane effectuant le réglage proprement dit de la pression de sortie d'une part, et les membranes d'équilibrage de la soupape d'autre part étaient distinctes, mais il peut en être autrement, la membrane de réglage de pression étant confondue avec l'une des membranes d'équilibrage, comme le montre la fige 7.
Le dispositif représenté à la fige7 dérive du dispo- sitif représenté à le fig. 3 par fusion des membranes 13 et 5 en une seule membrane 23, les membranes 13 et 5 ayant les mmes dimensions et le compartiment 17 étant supprimé.
Le dispositif ainsi constitué fonctionne exactement de la même manière que le dispositif de la fige 3.
De même, la fige 8 représente une variante du disposi- tif de la fig. 4 dans laquelle les membranes 5 et 13 sont remplacées par une seule membrane 24.
Il est bien entendu que les liaisons mécaniques entre les diverses membranes et la soupape pourront être réalisées de bien des manières sans sortir pour cela de l'invention.
A titre d'exemple, on a représenté à la fig, 9 une variante de la fig. 4 dans laquelle les membranes dtéquilibrage 19 et 13 transmettent directement leurs mouvements à la soupape 4 par une tige 25, les mouvements de la membrane 5 étant transmis à la soupape 4 par le levier 20. La Meilleure liaison
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mécanique à adopter dépendra du cas concret que l'on aura à traiter. Elle dépendra notamment de la pression de sortie que l'on veut réaliser, des dimensions de membranes admissibles et de considérations relatives au tarage du ressort antago- niste.
Dans les dispositifs que l'on a décrits, l'influence de la pression d'entrée n'est éliminée que si le fluide contrô- lé par la soupape exerce effectivement sur la face d'entrée de celle-ci une pression égale à la pression qui s'exerce sur la membrane ou sur 'les membranes d'équilibrage. En réalité, si la vitesse du fluide au voisinage de la soupape est grande, il se produit un abaissement de la pression du fluide sur cette soupape, abaissement qui, dans une certaine mesure, dépend de la forme de la soupape.
Pour compenser l'influence de cet abaissement de pression, il est prévu d'animer d'une certaine vitesse le fluide qui baigne la membrane ou les membranes d'équilibrage; de cette manière, on crée sur lesdites membranes une diminution de pression due à la vitesse et cette diminution de pression peut compen- ser l'effet de la diminution de pression qui s'exerce sur la soupape pendant le même temps.
En outre, on utilisera de préférence des soupapes en forme de disques comme on l'a représenté aux fig. 4,5 et 9.
Ces soupapes offrent une grande section de passage pour une faible levée de la soupape,
On a représenté à la fig. 10 une variante du dispositif de la fig. 5 dans laquelle une certaine vitesse s'établit dans le compartiment 14. A cet effet, le conduit 1 débouche dans le compartiment 14 à l'extrêmité opposée à la soupape 4. On règle l'épaisseur du compartiment 14 de manière à compenser approximativement l'effet de la diminution de
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pression sur la soupape 4 par une diminution de pression semblable sur les membranes 13 et 19 du fait de la vitesse.
Dans une demande antérieure en Belgique du pour Il Régulateur de pression du combustible pour moteurs @ combustion interne", la. Demanderesse a indiqué qu'il était possible d'obtenir une pression indépendante de l'orientation et des forces d'inertie non pas à l'intérieur même du dispo- sitif régulateur, mais en un point extérieur situé dans le conduit de sortie. On remarquera que dans les dispositifs faisant l'objet de la présente demande, les inclinaisons et les forces dtinertie transmettent aux différentes membra- nes des variations de charge indépendantes de l'ouverture de la soupape, pourvu que cette soupape ne soit pas entièrement fermée.
Au point de vue de l'influence des forces d'inertie et des inclinaisons, tout se passe donc comme si la soupape n'existait pas et tout ce qui a été indiqué dans la demande antérieure précitée est applicable aux dispositifs de la présente demande.
On pourra donc, en chargeant l'équipage mobile de l'un quelconque des dispositifs ci-dessus décrits par l'action simultané d'un ressort et d'un poids, l'un;,de ces deux or- ganes pouvant être supprimé dans des uas particuliers, réaliser, en un point déterminé du conduit de sortie, une pression de cortie indépendante des efforts d'inertie et des inclinaisons.
Dans l'application principale de l'invention, qui est l'alimentation en combustible des moteurs à combustion in- terne sous une pression déterminée, on pourra placer en ce point un gicleur ou, d'une manière plus générale, un orifice alimenté en combustible pur et à la sortie duquel le combu- stible est mélangé d'air. Le débit de cet orifice sera ainsi
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soustrait aux effets des inclinaisons et des forces d'inertie.
On pourra d'ailleurs, comme dans la demande à laquelle on s'est référé ci-dessus, placer ledit gicleur ou ledit orifice en un point où est éliminée seulement l'influence des forces d'inertie ou des inclinaisons parallèles à un plan vertidal déterminé ( dans le cas d'un moteur d'aviation, par exemple, parallèle au plan de symétrie de 1?avion),
A titre d'exemple, on a représenté à la fig. lo un équi- page mobile chargé par Inaction simultanée du ressort 8 et d'un poids:? 6. Le poids 26 a la forme d'un disque fixé à la tige 15, ce qui permet de ne pas augmenter exagérément le volume de l'appareil par la présence de ce poids.
Sur cette figure, l'équipage mobile présentant une masse notable, il peut être utile de le guider au moyen d'un piston 27 se déplaçant dans le cylindre 28.
REVENDICATIONS 1 - Un dispositif pour abaisser la pression d'un fluide à une valeur déterminée indépendante du débit, comprenant une soupape contrôlant ledit débit et reliée à une membrane sou- mise sur l'une de ses faces à la pression qui règne dans ledit fluide en aval de ladite soupape, caractérisé en ce qu'il comprend une membrane soumise sur l'une do ses faces à la pression qui règne en amont de ladite soupape et reliée mécaniquement à celle-ci, la surface de ladite membrane sou- mise à la pression d'amont et la liaison entre cette membrane et ladite soupape étant telles que la pression qui s'exerce sur la face de ladite membrane soumise à la pression d'amont et sur la face d'entrée de ladite soupape se fassent équilibre.
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