BE529033A

BE529033A - Appareil régulateur de la pression d'écoulement d'un fluide dans un conduit avec dispositif pilote

Info

Publication number: BE529033A
Application number: BE529033A
Authority: BE
Inventors: Delbert G Faust
Original assignee: Faust Delbert Grant
Priority date: 1953-06-08
Filing date: 1954-05-21
Publication date: 1954-11-22
Also published as: CH341132A; FR1105912A; DE1090478B; US2761464A

Description

Cette invention se rapporte aux appareils régulateurs de pres- sion et concerne en particulier un appareil régulateur de ce genre avec com- mande par dispositif pilote formant un appareil à structure unitaire capable de fournir un fluide à une pression nettement déterminée comprise dans une vaste gamme de valeurs manométriques et entre des limites largement espacées au point de vue des débits d'écoulement.

En règle générale, les appareils régulateurs de pression à com- mande par ressorts ne possèdent un fonctionnement précis que dans des gammes très étroites de débits d'écoulement, le plus souvent pour les valeurs de débit faibles. En outre, les appareils régulateurs de ce genre n'ont qu'une échelle de pressions limitée pour chaque ressort employé. Si l'on veut augmenter cette échelle, il faut donc changer le ressort. De plus, ces appareils régulateurs sont sujets à des variationsprovena-at de nombreuses causes et qui nuisent à leurs caractéristiques au point de vue réglage de l'écoulement du fluide.

Enfin les ressorts sont sujets, sous une charge de compression, à une torsion et à un redressement, sans compter l'influence des changements de température, etc... qui influent sur la force d'application du ressort. Quand par ailleurs, les débits d'écoulement à travers le régulateur varient par suite des changements survenant dans la demande ou la consommation du fluide, la longueur du ressort varie ainsi que sa force d'application et par voie de conséquence la pression et les débits d'écoulement commandés par le régulateur.

Par opposition à ce qui vient d'être dit, la présente invention concerne un appareil régulateur de pression comportant un élément principal non soumis directement à la charge d'un ressort et non sujet par conséquent aux inconvénients des régulateurs de pression équipés de ressorts.

L'appareil régulateur de pression, objet de l'invention, com- porte, au contraire, une chambre pourvue d'une paroi ou d'un diaphragme flexible et communiquant avec l'espace où se trouve le clapet de commande du régulateur de pression, ladite chambre étant soumise à l'action d'une pression de fluide prédéterminée pour'appliquer la force d'actionne:ment au clapet de commande. Par l'intermédiaire de sa paroi flexible, cette chambre transmet sensiblement la même force au clapet de commande (sous la même pression de commande) quel que soit le degré de distension du diaphragme par suite des exigences variables d'écoulement du fluide à travers le régulateur. En outre, les variations de pressions primaires n'affectent que très peu le fonctionnement du clapet.

Un clapet de commande formant dispositif pilote soumis à la charge d'un ressort et apte à agir pour des caractéristiques d'écoulement très faibles est prévu pour commander avec précision la pression qui agit sur le diaphragme. Le clapet de commando formant dispositif pilote fournit la pression exactement déterminée qui doit agir sur le diaphragme quel que soit son, degré de distension. La fourniture d'une pression précise contre un diaphragme sans égard à son degré' de distension permet au régulateur ' principal de laisser passer le fluide sous une pression exactement déterminée pour une vaste gamme de débits d'écoulement et de valeurs de pression.

Comme il vient d'être dit, l'invention permet la réalisation d'un régulateur de pression de fluide capable de jouer son rôle avec l'exactitude requise pour une très vaste gamme de délits d'écoulement et d'exi - genoes au point de vue des pressions demandées, ce régulateur formant un appareil monobloc d'un seul tenant à structure unitaire et n'étant pas sujet aux fluctuations de la source fournissant le fluide.

Dans le dessin annexé la figure unique est une vue en coupe transversale de l'appareil régulateur de pression tel que le prévoit l'invention,
Cet appareil comprend un corps 10 traversé par un canal 12 se terminant d'un côté par un orifice d'entrée 14 et de l'autre coté par un orifice de sortie 16 de façon à pouvoir être branché dans un conduit par-

couru par un fluide comprimé. Un clapet 18 placé en travers du canal 12 l'ouvre ou le ferme (suivant le cas) c'est-à-dire commande le passage du fluide dans ce canal. Ce clapet 18 peut s'appliquer contre un siège 20 visséc'est-é-dire monté amoviblement dans le canal 12. Une chicane 22 encastrée par son pourtour dans la paroi du corps 10 délimite en cet endroit une chambre I formant une partie du canal 12.

Un écran 24 formant filtre est placé de façon telle dans le canal qdaucune matière étrangère pénétrant par l'orifice d'entrée .dit ne puisse atteindre le clapet 18.

Le clapet 18 comporte une paroi ou garniture faciale 26 en matière molle,de façon à obturer positivement le canal 12 quand ce clapet 18 s'applique contre son siège 20. Dans les conditions de fonctionnement normales, la paroi 26 peut être constituée par une matière analogue au caoutchouc comme la matière connue sous le nom de "Neoprène" mais cette paroi est aisément interchangeable en vue de permettre de modifier les caractéristiques de fonctionnement. Une queue 28 s'étend vers le bas.au-dessous du clapet 18 et plonge dans une creusure,10 ménagée dans un bouchon amovible 32. Un ressort 34 logé dans cette creusure 30 pousse normalement le clapet 18 vers sa position fermée.

Un canal 36 traversant le clapet 18 fait communiquer la creusure 30 avec l'espace situé du côté d'aval du clapet par l'intermédiaire d'un autre canal 38 transversal au premier et débouchant du côté d'aval du clapet 18. La queue 28 de celui-ci est maintenue de façon étanche dans la creusure 30 mais avec possibilité de va-et-vient au moyen d'une bague 40 formant joint. La creusure étanchéifiée et le canal. d'interconmunication constituent par leur ensemble un système qui équilibre sensiblement les forces de pression se manifestant en travers du clapet proprement dit.

Il suffit de vaire varier les surfaces effectives exposées à la pression primaire et à la pression secondaire en travers du clapet 18 pour modifier notablement ses caractéristiques fonctionnelles. C'est ainsi, par exemple, qu'en augmentant la surface 42 au-dessous du siège du clapet (en fait c'est le diamètre de sa queue 28 au'on diminue pour augmenter la surface effective) on oblige à prévoir de fortes charges pour:actionner initialement le clapet et obtenir ainsi une certaine caractéristique fonctionnelle.

De même, en diminuant la surface 42 (en augmentant le diamètre de la queue 28 du clapet 18) il peut être nécessaire de faire agir de très faibles charges pour amorcer le fonctionnement du clapet en sorte que les caractéristiques fonctionnelles seront notablement différentes par rapport au cas où la surface sera plus grande. Ainsi donc, le clapet peut être sensiblement équilibré quand la surface effective exposée du coté d'aval du clapet est égale à la surface exposée effective qui se trouve sous la queue 28 du clapet. Quand l'équilibre est sensiblement réalisé, les variations survenant dans la pression d'adduction (côté d'amont) sont sans effet sur l'ouverture ou la fermeture du clapet.

Dans lapratique, le clapet 18 est légèrement déséquilibré, de sorte que de très faibles forces provenant de la pression d'adduction ferment positivement le clapet quand il n'y a pas d'écoulement et qu'il suffit de charges légères pour actionner initialement le clapet.

Un prolongement supérieur 44 du clapet 18 traverse la chicane 22. Ce prolongement formant piston plongeur peut aller et venir à travers la chicane 22 dans des conditions d'étanchéité grâce à un petit diaphragme 46 occupant sa région centrale, de façon à constituer avec elle un joint étanche. Une bille 48 est maintenue dans des conditions étanches dans une dépression du sommet du piston plongeur 44. Un diaphragme flexible 50 étanchéifie le système distributeur ainsi constitué dans les limites du canal 12. Ce diaphragme 50 est maintenu écarté de la chicane 22 au moyen d'un anneau d'espacement périphérique 52 délimitant entre eux une chambre II.

La chambre II constitue ce qu'or. peut appeler ici la "chambre de commande" puisque c'est la différence entre les forces agissant sur le diaphragme 50 qui détermine le fonctionnement du clapet 18. Un second diaphragme flexible 54 est maintenu à l'écart du diaphragme 50 au moyen d'un

anneau d'espacement périphérique 56afin de ménager entre eux une chambre III. Les diaphragmes flexibles sont maintenus écartés dans leurs régions centrales au moyen d'un taquet 58 formant étrésillon placé entre eux.

La
EMI3.1
chambre III ménagée entre les deux diaphragmes flexibles 2Q et 54 communi- que avec l'atmosphère extérieure grâce à des canaux 60 pratiques à travers
EMI3.2
la paroi de l'anneau d'espacement 5o Comme les diaphragmes flexibles 50 et 54 sont des parois placées entre deux chambres où règnent des pressions sensiblement différentes, il faut que les diaphragmes soient munis chacun d'une plaque d'adossement, afin d'empêcher toute déformation qui se traduirait par un affaissement d'un diaphragme dans la chambre adjacente où règne la pression la plus basse. C'est ainsi que le diaphragme 50 est pourvu d'une plaque d'adossement contiguë 51 afin de ne pouvoir se déformer. De même, le
EMI3.3
diaphragme 54 est muni d'une plaque d'adossement contiguë 55. pour ne pouvoir s'affaisser par déformation dans la chambre III.

Un canal 62 est prévu entre la chambre II et la chambre III à
EMI3.4
travers le diaphragme 5p,o Ce canal 6. est normalement fermé par la bille z qui couronne le piston plongeur po Un orifice grêle 64 forme une dériva- tion contournant la bille et aboutissant au canal 62, de sorte qu'une petite quantité de fluide s'écoule continuellement dela chambre II vers la chambre III et dans l'atmosphère par les canaux 60
Un tube 21 traversant la chicane 22 fait communiquer la chambre II avec l'orifice de sortie 16. Ce tube 21 pénètre sur une faible distance dans cet orifice de sortie;, de sorte que le fluide traversant cet orifice crée une pression plus faible dans la chambre II en formant venturi ou par un phénomène analogue.

Quand le débit d'écoulement du fluide par l'orifice de sortie augmentela chute de pression entre la chambre I (qui est sensiblement à la pression de sortie) et la chambre II augmente, ce qui provoque un affaissement plus prononcé du diaphragme 50 et détermine une plus grande ouverture du clapet 18 c'est-à-dire augmente la capacité du régulateur, autrement dit la quantité de fluide qui traverse effectivement l'appareil.

Un canal 22 partant de l'orifice d'entrée 14 s'étend vers le haut jusqu'à l'embouchure d'un tube encastré 71 délimitant un autre canal 72. Ce tube permet l'écoulement du fluide à travers les anneaux d'espace-
EMI3.5
ment 52. et µµ et les diaphragmes 50 et 54s il est étanchéifié à l'endroit où il traverse les anneaux d'espacement par une bague inférieure 73 formant
EMI3.6
joint et par une bague supérieure z4 formant de même joint. Le canal ,2, aboutit à un autre canal 76 s'étendant obliquement par rapport au précé dent et aboutissant à un canal transversal 78 à paroi échelonnée condui sent à un clapet de commande pilote soumis à la charge d'un ressort. Un bou-
EMI3.7
chon fileté lfl est monté dans l'embouchure externe du canal 8 pour permet- tre leur nettoyage, etc...

Le régulateur pilote soumis à la charge d'un ressort comprend une bille 85 s'appuyant contre la paroi d'une cage 82 pourvue d'un siège
EMI3.8
84. Un ressort 80. pousse normalement la bille 85. contre son siège 84 et contre un piston plongeur 86. L'extrémité supérieure de celui-ci s'appuie contre un taquet 88 encastré dans un diaphragme 87. Ce taquet 88 est foré d'un canal 0. normalement fermé par l'extrémité supérieure du piston plon-
EMI3.9
geur 860 Un ressort g2 est appuyé contre un épaulement 91 relié au diaphragme 87.. La force d'application du ressort 92 contre le diaphragme est commandée au moyen d'une vis de réglage 94 placée à l'extrémité supérieure de ce res-
EMI3.10
sort po Un gros canal 81 fait communiquer la chambre de la bille avec une chambre IV.

Un canal grêle 83 établit une communication entre la chambre de commande du régulateur pilote qui se trouve sous le diaphragme 87
EMI3.11
avec la chambre IV. Un orifice grêle 2J. traversant le taquet 8 du diaphra- gme 87 permet à tout moment l'écoulement d'une faible quantité de fluide provenant de la chambre de commande (située sous le diaphragme 87) du régulateur piloteo Cet écoulement constant augmente notablement la précision du régulateur. Celui-ci fonctionne donc selon un débit ininterrompu mais

très faible (en raison de l'écoulement constant) et le régulateur pilote commande avec précision la pression régnant dans la chambre IV et par conséquent la force pesant sur le diaphragme 54.

L'écoulement constant permet à la bille 85 de ne s'appuyer contre le siège 84 qu'instantanément. Autrement dit, la bille est animée d'un mouvement constant au cours du fonctionnement. Ce mouvement constant permet une plus grande précision en assurant la pression désirée dans la chambre IV. Le régulateur pilote est ce qu'on peut appeler un régulateur à décompression puisqu'il comporte un canal 90 obviant à la poussée brusque de reflux. Quant aux poussées de pression plus faibles, l'écoulement constant y fait face.

Le régulateur pilote soumis à la charge d'un ressort et fonctionnant pour des débits d'écoulement très faibles soumet la chambre IV à une pression propre à influer indirectement sur l'écoulement du fluide selon une vaste gamme de valeurs du débit en question à travers le régulateur principal.

Les deux régulateurs conjugués comportent une commande d'écoulement constante de sorte que le régulateur principal réagit à de très faibles changements dans la demande du fluide et fournit le fluide à lapression désiréeo Si un régulateur ne comporte pas un écoulement constant,le clapet peut s'appliquer contre son siège pendant un notable laps de temps et par suite de la déformation du siège, de la cohésion entre les deux et d'autres facteurs encore, une pression initiale de plus grande amplitude que la pression de fonctionnement est nécessaire pour ouvrir le clapet. Ceci se traduit par une brusque chute de pression lors de l'ouverture du clapet. L'écoulement constant l'empêche et assure une commande précise et sans à-coups à partir de l'ouverture du clapet vis-à-vis de débits d'écoulement élevés.

Le régulateur pilote alimente la chambre IV en fluide sous une pression précise quel que soit le degré de distension du diaphragme 54. Ceci assure l'action d'une force uniforme sur le clapet 18 dans toute la gamme des débits d'écoulement et des pressions intéressant le régulateur principal. Celui-ci se laisse donc traverser par des débits de fluide s'étendent sur une vaste cgamme et à une pression prédéterminée. En d'autres termes, le régulateur fonctionne pour une gamme de pressions considérable.

Comme le clapet du régulateur principal agit sous une force uniforme, la capacité de l'appareil dépasse notablement celle d'un régulateur de dimen- sions équivalentes soumis à la charge d'un ressort.

Les détails de construction de l'appareil peuvent être modifiés de diverses façons,sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences mécaniques.

REVENDICATIONS.

1.- Appareil régulateur de la pression d'écoulement d'un fluide dans un conduit comprenant un corps traversé par un canal s'étendant entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie et commandé par un clapet obturateur monté à va-et-vient qui ferme ou ouvre ce canal selon sa position et caractérisé par un premier élément associé avec ce clapet pour équilibrer sensiblement la pression qui y règne avec la pression à la sortie, un second élément comprenant une première chambre comportant une première paroi flexible servant à actionner le clapet et à y faire passer le fluide sous une pression prédéterminée.,

et un troisième élément comprenant un régulateur de pression soumis à la charge d'un ressort pour alimenter ladite première chambre en fluide sous une pression prédéterminée par un canal associé avec le corps de L'appareil et allant de l'orifice d'entrée audit régulateur de pression soumis à la charge d'un ressort.

Claims

2. - Appareil régulateur de pression suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le second élément comprend plusieurs chambres comportant des parois flexibles à interconnection pour l'actionnement du clapet obturateur. <Desc/Clms Page number 5>

3.- Appareil régulateur de pression suivant la revendication 2, caractérisé par une seconde chambre communiquant avec l'orifice de sortie, de telle sorte que le fluide s'échappant par cet orifice abaisse la pression régnant dans cette seconde chambre, une troisième chambre ouverte sur l'atmosphère étant séparée de cette seconde chambre par une seconde paroi flexible, ladite première paroi flexible séparant ladite première chambre de la troisième chambrelesdites parois flexibles étant jonctionnées par un organe de liaison leur permettant de se mouvoir ensemble, ladite se- conde paroi flexible étant reliée au clapet obturateur par l'intermédiaire d'un piston plongeur associé avec un clapet de décompression grâce auquel la pression excessive est réduite entre l'orifice de sortie et ladite troi- sième chambre,

le dispositif de décompression soumis à la charge d'un ressort comprenant une bille formant clapet conjugué au ressort exerçant la charge et un clapet de décompression influant sur la pression excessive du fluide qui franchit ce régulateur à ressort.

4.- Appareil régulateur de pression suivant la revendication 3 , caractérisé en ce que le clapet obturateur est muni d'une queue s'étendant à l'opposé dudit piston plongeur et pourvue d'une garniture d'étanchéi- té placée entre elle et la paroi du corps de l'appareil, afin de délimiter sous cette queue une chambre renfermant un ressort poussant le clapet vers sa position de fermeture, un canal pratiqué dans cette queue et ce clapet assurant une communication entre ladite chambre et le coté de sortie de l'appareilo 5.- Appareil régulateur de pression suivant la revendication 4,

caractérisé par un canal de dérivation contournant le clapet de décom- pression pour permettre le passage d'une petite quantité de fluide à partir de l'espace situé du côté de la sortie, la bille formant- clapet étant associée avec un diaphragme soumis à la charge d'un ressort, le clapet de décompression étant relié à ce diaphragme et à cette bille pour influer sur la pression excessive se manifestant à travers le régulateur à ressort.

6.- Appareil régulateur de pression suivant les revendications 3, 4 ou 5 , caractérisé par un canal faisant communiquer la première chambre précitée et l'espace délimité par ledit diaphragme pour propager dans cet espace la pression de commandée 7.- Appareil régulateur de pression suivant la revendication 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un prolongement du clapet obturateur peut aller et venir de façon étanche à travers une chicane séparant ladite seconde chambre du canal, ce prolongement qui forme le piston plongeur étant normalement appuyé contre ladite seconde paroi flexible et obturant un canal faisant partie du clapet de décompression, un tube qui traverse ladite chicane pénétrant dans l'espace de sortie,

de sorte que le fluide qui sort et qui passe dans ce tube produit un effet semblable à celui' d'un venturi, ce qui diminue la pression régnant dans ladite seconde chambre.