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PERFECTIONNEMENTS AUX SOUPAPRES DE CONTROLE DE L'ECOULEMENT DES FLUIDES.
La présente invention est relative aux soupapes de contrôle de l'é- coulement de fluides;,, et plus particulièrement aux dispositifs de soupapes pour contrâ'ler l'écoulement de fluides en amont de la soupape, dans lesquelles un diaphragme flexible est prévu lequel présente un orifice dans le diaphragme même ou dans un élément porté par lui, à travers lequel orifice le fluide s'é- ioule vers une soupape de contrôle actionnée par le diaphragme d'après la dif- férence de pressions sur-ses côtés opposés due à l'écoulement du fluide à tra- vers 1-'orifice.
L'un des objets de la présente invention est de prévoir des moyens pour le réglage facile de la position axiale du siège de la soupape par rapport à la soupape de contrôle dans le but de régler le taux de l'écoulement du flui- deo
Un autre objet de l'invention est de prévoie des moyens visuels indiquant la position du siège de la soupape par rapport à la soupape de con- trôle.
Un autre objet encore de 1'invention est de prévoir une soupape actionnée par le fluide¯, laquelle quoique destinée en premier lieu au contrô- le de la pression du fluide en amont ou à l'avant de la soupape de contrôle, puisse être utilisée en sens opposé afin de contrôler la pression du fluide en aval ou à l'arrière de la soupape de contrôle.
Une soupape de contrôle de l'écoulement du fluide suivent la pré- sente invention comprend un diaphragme flexible prévu avec un. orifice à travers lequel le fluide s'écoule vers .une soupape de contrôle actionnée par le diaphrag- me d'après la différence de pressions sur ses côtés opposés due à l'écoulement du fluide à travers cet orifice, et des moyens de réglage du taux de l'écoule- ment du fluide le long de ladite soupape de contrôle.
Les moyens de réglage du taux d'écoulement peuvent comprendre un siège de soupape de contrôle réglable axialement apte à être déplacé par rap- port à la soupape de contrôle par des moynes actionnés à la main.
Les moyens de réglage du taux de l'écoulement peuvent être eombi-
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nés avec des moyens visuels indiquant le degré de réglage qui a été effectué et qui peut être indiqué en termes de la pression différentielle spécifique à travers l'orifice. Les moyens indicateurs visuels comprennent une échelle graduée contre laquelle les positions axiales du siège réglable de soupape sont indiquées de manière que chaque position du siège de soupape corresponde à une pression différentielle spécifique à travers l'orifice de mesure-
L'invention sera comprise plus facilement en se reportant aux des- sins ci-joints qui montrent un mode préféré de réalisation.
Dans les dessins, Fig. 1 montre une vue verticale en coupe de l'appareil, et Fig. 2 montre une vue fragmentaire en coupe le long de la ligne 2-2 de la Fig. 1.
En se reportant aux dessins,. un carter métallique est montré enfer- mant un dispositif 10 d'orifice de mesure et un dispositif 11 de soupape de contrôle. Le carter métallique comprend une enveloppe cylindrique de soupape 2 à rebord fixée à une lumière d'échappement 13, et une plaque bombée 14 for- mant couvercle et ayant une lumière d' addition 15 qui y est formée centralement.
Un diaphragme flexible 16 est serré à sa partie périphérique entre l'enveloppe 12 et la plaque de couvercle 14 au moyen de boulons de serrage 17. Le dispo- sitif 10 de l'orifice de mesure est enfermé dans la partie à rebord du carter métallique et est fixé d'une manière étanche au fluide au centre du diaphragme 16. Le dispositif 10 comprend un élément 18 en forme d'auge et à orifices et est prévu avec un rebord externe 19 formant un siège annulaire pour le diaphrag- me 16.
Un collier 20 fileté à l'extérieur et à l'intérieur s'étend vers le haut depuis le rebord 19 et est prévu sur la partie externe avec un anneau de serrage 21 pouvant être serré par vissage sur un anneau de fermeture 22 inter- calé entre le diaphragme 16 et l'anneau de serrage 21, en fixant ainsi d'une manière efficace l'élément 18 au diaphragme 16. Le rebord 19 se continue vers l'intérieur de l'élément 18 en forme d'auge pour former un siège annulaire 19a pour un disque de mesure 23 présentant des ouvertures et fixé en place d'une manière amovible au moyen d'un anneau de serrage 24 fileté dans le collier 20.
La partie inférieure de l'élément 18 en forme d'auge peut avoir une forme hé- misphérique et est prévu avec des lumières 25 connectant la cavité 18a définie par l'élément 18 avec un espace annulaire 12a défini par le carter 12 de la soupape de contrôle. Une tige 26 d'actionnement de la soupape de contrôle s'étend vers le bas depuis l'élément 18 et s'appuie contre un'tampon ou plaque 27 à ressort formant partie du dispositif 11 de la soupape de contrôle.
Des moyens sont prévus pour s'opposer au mouvement axial du diaphrag- me 16 et du dispositif 10 de l'orifice de mesure qui lui est connecté, quand il est placé sous la pression du fluide, ces moyens comprenant un ressort héli- coidal 18 comprimé entre le rebord 19 et une paroi de séparation 29 formant partie de l'élément d'échappement 13. Alternativement, on pourra employer plus d'un seul ressort hélicoïdal comprimé, et dans ce cas les ressorts seraient placés concentriquement l'un par rapport à l'autre pour réduire au minimum toute pulsation ou vibration produite par le fluide venant frapper le diaphragme 16.
La soupape de contrôle Il comprend une lumière réglable d'échappe-' ment 35, un siège de soupape 31 et un élément de soupape qui peut comprendre une soupape à double effet ayant un corps cônique supérieur 32 et un corps su- périeur cônique 33 reliés entre eux au moyen d'une tige de soupape 34 qui s'é- tend au-dessus du corps 32 et est reliée au tampon ou plaque à ressort 27.
La lumière d'échappement 35 comprend un récipient tubulaire ayant à sa partie inférieure une cavité 36 et une tige d'actionnement 37 s'étendant vers le bas vers le carter métallique et en dehors de celui-ci. La lumière d'échappement 35 est montée de manière à recevoir un mouvement axial dans une ouverture for- mée dans la paroi 29, ainsi qu'une boite de bourrage de type usuel comprenant un presse-étoupe 30 et une bague de bourrage 39, et qui peut être prévue dans la paroi 29 afin de sceller d'une manière étanche la lumière 13 à l'égard de l'espace annulaire défini par le carter 12.
La lumière d'échappement 35 est prévue avec des orifices d'échappement 40 connectant la cavité 36 avec l'in- térieur de l'élément d'échappement 13 et est de plus prévue avec un conduit tubulaire 41 s'étendant vers l'intérieur, et dont l'une des extrémités est fer- mée par une paroi 41a et dont l'autre extrémité est ouverte à l'espace 12a au moyen d'une lumière 42 formée dans la paroi de Isolément 35 La paroi supérieu-
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re du conduit 41 est prévue avec un trou fileté gauche pour recevoir l'extré- mité inférieure filetée d'une manière similaire du siège tubulaire de soupape 31 et prévùe avec des lumières d'échappement 44 formées dans sa paroi et ayant un siège inférieur .45 et un siège supérieur 46.
Une boite de bourrage est pré- vue d'une manière appropriée de manière à entourer le siège 31 et comprenant une bague de bourrage 47 et un presse-étoupe 48 logé dans un trou fileté à l'ex- trémité supérieure de l'élément 35. Un ressort hélicoïdal 49 légèrement com- primé entoure l'élément de soupape et est enfermé entre le tampon 27 et l'ex- trémité supérieure de l'élément 35 dans le but de maintenir les soupapes 32 et 33 normalement éloignées des sièges 45 et 46 en l'absence de pression du fluide sur le diaphragme 16.
On doit faire en sorte que la force de compres- sion du ressort 49 soit plus grande que toute contre-pression de fluide sur l'élément de soupape, pouvant se produire lors du fonctionnement, comme con- séquence de la différence de pression pouvant se produire à -travers les lumiè- res d' admission et d' échappement des soupapes connectées 32 et 33. On se ren- dra compte par la description si-dessus qu'un mouvement axial du diaphragme et du dispositif 10 de l'orifice de mesure sera transmis à la tige de soupape 34 et servira ainsi à augmenter ou à diminuer la levée des soupapes de leurs sièges.
De plus, le conduit tubulaire 41 fournit une lumière d'admission à la soupape inférieure 33, et la cavité interne définie par le siège tubulaire 31 et les lumières 44 fournit les lumières d'échappement des sièges 45 et 46 coaxiaux et concentriques à l'axe de la soupape. Afin de faciliter le montage du dispositif de soupapes la soupape inférieure 33 peut avoir un diamètre plus petit que celui de la soupape supérieure 32, en permettant ainsi à l'extrémité inférieure de la tige de soupape 34 d'être insérée facilement à travers le siè- ge de soupape supérieur 46.
La lumière d'échappement 13 est prévue avec un orifice d'échappement 50 et .est solidaire avec sa paroi inférieure d'un anneau 51 fileté à l'intérieur et à l'extérieur, le filet interne recevant une boîte de bourrage 52 de type usuel entourent la tige d'actionnement 37 partant de l'élément 35. Un manchon tubulaire 53 est fixé à son extrémité supérieure sur le filet.externe de l'an- neau 51 et est prévu avec une console de support 54 qui y est fixée et qui pré- sente un bossage 55 disposé centralement et à filet gauche pour recevoir un filet similaire de la tige d'actionnement 37. Le manchon 53 porte à son extré- mité externe une échelle graduée 56.
Un indicateur 57 mobile axialement sur la partie filetée de la tige d'actionnement 37 et empêché de tourner au moyen d'une fente 58 formée dsns le manchon 53, se déplace sur l'échelle 56 quand la tige 37 se meut vers l'intérieur ou vers l'extérieur. Une poignée d'action- nement 43 est fixée à l'extrémité externe de la tige 37.
L'arrangement décrit ci-dessus peut être modifié en supprimant le ressort 49 ainsi que le tampon à ressort 27 et en établissant une connexion solidaire directe entre la tige de soupape 34 et-la tige d'actionnement 26.
De plus, quoiqu'il soit préférable d'employer une paire de soupapes et de siè- ges de soupapes afin de diminuer l'importance de la variation de charge due au changement des différences de pression à travers les lumières d'admission et d'échappement des soupapes, un arrangement alternatif pourra être employé qui consistera en une seule soupape et siège de soupape de dimensions appropriées.
Dans un tel cas, il est préférable d'employer un diaphragme flexible de dimen- sions plus grandes que celles montrées dans les dessins afin de réduire au mi- nimum toute variation de la pression différentielle contrôlée. L'appareil est adapté de manière à pouvoir être incorporé au moyen de la lumière d'admission 15 et de la lumière d'échappement 50, dans la conduite d'un système fluide afin de contrôler la pression en amont de la soupape de contrôle. La disposition de l'appareil est telle que lorsque le régime de l'écoulement est établie, le fluide s'écoule à travers la lumière d'admission 5 dans la cavité au-dessus du diaphragme 16 et de 1à, par le disque à ouvertures 23 dans la cavité 18a.
Le fluide s'écoule ensuite de la cavité 18a à travers les lumières 25 dans l'espace annulaire ou cavité définie par le carter cylindrique 12. La cavité mentionnée en dernier lieu avec le conduit 41 forme la lumière d'admission de la soupape à double effet et le fluide s'écoule depuis ladite cavité à travers les lumières définies par les sièges supérieur et inférieur 46 et 45 et de là, dans la cavité interne définie par le siège tubulaire 31 et de 1à, par les
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lumières d'échappement 44, dans la cavité 36 dans la partie inférieure de l'é- lément 35. Les lumières 40 permettront au fluide de s'écouler dans la lumière d'échappement 13 et de 1à à travers la lumière principale d'échappement 50 hors de l'appareil.
Le fonctionnement de l'appareil en vue d'effectuer un contrôle différentiel continu et la méthode de réglage du taux d'écoulement du fluide sont comme suit.
Dans tous les systèmes de contrôle de l'écoulement du fluide exis- te cette condition préalable essentielle que le système d'écoulement doit per- mettre un taux d'écoulement plus grand en l'absence d'une soupape de contrôle que celui spécifié comme représentant le rapport contrôlé désiré. De plus, on peut se rendre compte que, pour toute dimension de l'orifice de mesure la valeur de la pression différentielle créée à travers l'orifice par l'écoulement du fluide est une fonction du taux d'écoulement et dans cet exemple,, lorsqu'on emploie un diaphragme la pression différentielle est également imposée à tra- vers le diaphragme flexible et est opposée par le ressort hélicoïdal comprimé qui s'appuie contre le côté inférieur du diaphragme et orifice.
L'on comprendra facilement que, puisque le degré de compression du ressort hélicoïdal comprimé 28 est une fonction linéaire de la charge impo- sée le mouvement axial ou retrait de la plaque d'orifice 23 et de son dispo- sitif doit nécessairement être une fonction linéaire du changement de pression différentielle à travers le diaphragme flexible 16 et plaque d'orifice 23, cette pression différentielle à son tour étant fonction du taux de l'écoulements Il s'ensuit par conséquent qu'indépendamment de la grandeur de l'orifice de mesu- re, il y a une position axiale déterminée du dispositif de l'orifice et de la tige d'actionnement 26 de soupape qui lui est connectée, car toute pression différentielle.et tout changement du taux sont immédiatement accompagnés d'un changement de la disposition.
Comme la tige d'actionnement 26 de la soupape est axialement connectée au dispositif de l'orifice et qu'elle actionne le mou- vement de la.soupape., le mouvement axial des soupapes 32 et 33 est régi d'une manière analogue à cele de l'orifice. Le grand ressort hélicoïdal 28 est cons- truit de telle manière que le mouvement axial de la tige 26 d'actionnement de la soupape pour toutes les pressions -différentielles permises entre deux li- mites dans les mesures industrielles', est très grand par rapport au très faible mouvement de. soupape qui est nécessaire pour effectuer l'ouverture entière de la lumière entre les soupapes 32 et 33 et leurs sièges 45 et 46 en partant de la position assise des soupapes sur leurs sièges.
La position des sièges de soupape peut être réglée axialement à la main par une rotation de la tige 37 à laquelle ils sont connectés comme dé- crit ci-dessus. Le mouvement axial des dits sièges de soupape est limité au mouvement des soupapes endéans les limites de pression différentielle permises dans les mesures industrielles. Comme les taux de l'écoulement du fluide à travers l'orifice de mesure et entre les soupapes et leurs sièges sont les mêmes, il s'ensuit que pour toute position choisie des sièges de soupape, la pression différentielle représente pour tous les buts pratiques une valeur spé- cifique et par conséquent le taux de l'écoulement (dans le cas d'un gaz ayant une pression statique déterminée) est également spécifique.
Pour le contrôle plus précis de l'écoulement d'un gaz, existe la condition préalable essentielle pour un contrôle direct de l'écoulement que la pression statique soit maintenue d'une manière uniforme, si nécessaire par d'autres moyens. Si la pression statique est maintenue uniforme, alors l'ap- pareil décrit ici contrôle entre des limites précises la pression différentiel- le à travers l'orifice de mesure en contrôlant ainsi d'une manière effective et continue le taux de fluide compressible.
Pour un écoulement de liquide, le contrôle est indépendant de la pression statiqueo
L'appareil tel que décrit ci-dessus n'est qu'un mode possible de réalisation de l'invention et dans ce cas la pression différentielle contrô- lée est celle qui est différentielle à travers l'orifice de mesure à la pres- sion statique existant en amont des' soupapes de contrôle. L'appareil peut être utilisé à l'état renversé de telle manière que la pression différentielle con-
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frôlée soit celle à travers l'orifice de mesure à la pression statique existant à l'arrière des soupapes de contrôle. Il peut être préférable, d'après les conditions locales, d'utiliser un tel arrangement alternatif de l'invention.
Le principe général de l'invention n'en est cependant pas affecté car c'est toujours le taux d'écoulement du fluide qui est contrôle directement par un contrôle de la pression différentielle à travers l'orifice de mesure.