<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne les soupapes à membranes pour haute pression de service dans lesquelles le canal annulaire ménagé entre la boîte de soupape et un corps de garniture intérieur fuselé, au moins approximativement aé- rodynamique, monté concentriquement dans cette boîte, est fermé par une membrane en forme de manchon.
Des soupapes de ce genre sont construites sous forme de soupapes de retenue et de soupapes de passage. Les soupapes de passage de ce type sont con- stituées en règle générale de manière que la membrane s'applique au repos contre la paroi intérieure de la boîte en ouvrant le canal annulaire ménagé entre la boî- te et le corps intérieur. La membrane est serrée aux deux extrémités dans la boî- te. Pour fermer la soupape, on peut introduire dans la chambre se trouvant à l'arrière de la membrane un fluide sous pression qui presse la membrane vers l'in- térieur sur le corps de garniture.
Dans le cas de soupapes de retenue de ce type, la membrane n'est fixée en règle générale qu'à une extrémité dans la'boîte; elle s'engage au repos par une partie de forme conique dans l'espace annulaire et s'ap- plique sous une faible tension sur le corps de garniture par un prolongement à mince paroi de cette extrémité.
Lorsqu'une soupape à membrane de ce genre doit servir à l'obturation de conduits dans lesquels il règne une haute pression de service, il faut que la membrane soit constituée avec une épaisseur de paroi appropriée afin qu'elle puis- se résister à cette pression. A cet effet, il est connu de former dans la membra- ne des fentes ou évidements disposés alternés à l'extérieur et à l'intérieur, qui s'étendent dans le sens longitudinal, pour obtenir un effet de soufflet, dans la région dont la périphérie doit varier lors de l'ouverture et de la fermeture, ain- si que de soutenir, par un col axial de la boîte ou un épaulement de la boîte, l'extrémité ou les extrémités ancrées dans celle-ci, afin d'améliorer l'ancrage.
On a maintenant constaté que lorsque, dans les soupapes de ce genre, la membrane est chargée de l'extérieur par une haute pression, à savoir par une haute pression de distribution pour la fermeture de la membrane dans le cas de soupapes de passage et par une haute pression de retour dans le cas de soupapes de retenue, puis lorsqu'il ne règne sur l'intérieur de la membrane qu'une faible pression ou même pas de pression du tout, la membrane se trouve refoulée dans l'ouverture annulaire ménagée entre le col ou épaulement de la boîte et le corps de garniture intérieur. Etant donné que la surface de la partie de la membrane refoulée dans l'ouverture annulaire est interrompue par les fentes longitudinales ou les évidements s'étendant dans le sens longitudinal, il y a danger que lâ mem- brane soit refoulée à travers l'ouverture annulaire et ainsi détériorée.
On a constaté que, même lorsque l'épaisseur de la membrane est choisie si grande qu'el- le ne puisse pas être entraînée à travers l'ouverture annulaire en raison de son volume, dans le cas où elle n'est pas fendue, il y a néanmoins danger de détério- ration de la membrane aux hautes pressions lorsque ses fentes s'étendent jusqu'à l'épaulement de la boîte qui la soutient.
Dans des soupapes de passage de ce type, on a constaté un autre phéno- mène nuisible en présence de hautes pressions. La membrane de ces soupapes com- porte des fentes en V s'étendant dans le sens longitudinal et l'angle d'ouverture de ces évidements en V est choisi de façon que les deux parois limitant les fen- tes s'appliquent l'une contre l'autre en formant ainsi une membrane à paroi pleine lorsque la membrane est rétrécie à la périphérie dans la zone médiane par une pression de distribution appliquée sur l'extérieur, dans une mesure telle qu'elle s'applique sur le corps de garniture intérieur concentrique. Pour obturer une telle soupape contre une haute pression de service, il faut une forte pression de distribution.
La pression nulle règne le plus souvent après obturation de la sou- pape au moins dans la partie du système de conduits obturés par la soupape du cô- té pression. La haute pression de distribution nécessaire pour l'obturation pro- duit donc au moins une forte courbure de la membrane dans l'ouverture annulaire
<Desc/Clms Page number 2>
tournée vers cette partie de la conduite. Or, la membrane est fortement dilatée par cette forte courbure par rapport à sa longueur originelle. On a constaté qu'en présence de cette forte dilatation longitudinale de la membrane, les fentes s'ouvrent de nouveau et que, par suite, une obturation sûre d'une soupape de cet- te construction n'est pas obtenue en présence de hautes pressions de service.
Pour éviter ces inconvénients, la membrane selon l'invention est con- stituée de manière qu'elle comporte, au voisinage du ou de chaque col de soutien de la boîte, un épaississement en forme de bourrelet annulaire avec une première zone non fendue, qui ferme l'ouverture annulaire ménagée entre le col et le corps de garniture intérieur à la manière d'un bouchon annulaire en présence d'une haute pression agissant sur la face extérieure de la membrane, avec refoulement simultané dans le sens périphérique.
Lorsqu'une pression croissante est appliquée sur la surface extérieure d'une membrane ainsi conformée, sa zone fendue longitudinalement s'applique tout d'abord par une partie devenant de plus en plus grande contre le corps de garni- ture intérieur. Si la pression s'élève encore davantage, l'épaississement en for- me de bourrelet non fendu est repoussé vers l'intérieur en recevant une compres- sion initiale. Ce bourrelet annulaire ferme ensuite l'ouverture annulaire ména- gée entre le col de la boîte et le corps de garniture intérieur à la manière d'un bouchon annulaire. Etant donné que cette partie n'est pas fendue, il n'y a pas danger que la membrane puisse être entraînée à travers l'ouverture annulaire.
Le refoulement qui se produit alors dans le sens périphérique, qui conduit à une compression initiale du caoutchouc, ne peut donner lieu à la naissance d'aucune tension de traction sur la surface du bourrelet annulaire qui se courbe dans l'ouverture annulaire, ce qui réduit au minimum le danger de détérioration de la membrane.
Au cours d'essais, des membranes de cette constitution ont résisté à des pressions bien supérieures à 100 kg au cm2; On a constaté qu'avec cette nou- velle constitution de la membrane, la limite de la pression de service n'est effectivement plus déterminée par la membrane, mais par la boîte, tandis qu'avec des membranes comportant des fentes longitudinales selon la constitution anté- rieure, la pression de service ne devait pas s'élever à plus de 10 kg au cm2 en raison de la membrane lorsque celle-ci était établie avec une paroi très épaisse.
Lorsque, dans une soupape de passage ou une soupape d'arrêt constituée selon l'invention, la pression appliquée sur l'extérieur de la membrane atteint des va- leurs élevées et lorsque la membrane se trouve ainsi étirée dans le sens longitu- dinal, l'ouverture produite de ce fait des fentes longitudinales n'a pas d'in- fluence sur l'étanchéité de la soupape, car la fermeture étanche est assurée en présence de hautes pressions par l'épaississement non fendu, fonctionnant comme bouchon annulaire de la membrane.
La paroi extérieure de la membrane est avantageusement bombée dans la région de l'épaississement, de telle façon qu'en présence de la plus haute pres- sion possible en service sur l'extérieur de la membrane une courbure reste main- tenue en coupe axiale. L'épaississement n'est avantageusement prévu que sur l'ex térieur de la membrane. Ceci a pour résultat qu'en fonctionnement normal l'épais. sissement en forme de bourrelet de la membrane est placé par sa paroi intérieure à l'extérieur de la section annulaire, de sorte que dans le cas de la soupape de retenue, pour l'ouverture, seules la partie fendue, fonctionnant de ce fait en soufflet, de la membrane et la lèvre à paroi mince s'appliquant contre le corps de garniture intérieur doivent être élargies.
Dans le cas de soupapes de passa- ge, pour la fermeture, en présence d'une pression de service normale ou faible, seule la partie fendue longitudinalement placée entre les épaississements est bombée vers l'intérieur par la pression de distribution jusqu'à ce qu'elle s'ap- plique contre le corps de garniture intérieur. C'est seulement dans le cas de hautes pressions de service qu'il est nécessaire que l'épaississement en forme de bourrelet non fendu soit également rétréci en réduisant son diamètre.
Etant don- né qu'un rétrécissement de l'épaississement en forme de bourrelet ne se produit
<Desc/Clms Page number 3>
que lorsque la partie comportant des fentes longitudinales de la membrane s'appli- que contre le corps de garniture intérieur, il n'y a pas danger que l'épaississe- ment en forme de bourrelet tende, lors du refoulement dans le sens périphérique, à former des courbures en forme de plis ou à se couder en divers points. Etant donné que l'épaississement placé à l'extérieur n'a pas d'influence sur le courant, l'épaississement en forme de bourrelet ne donne pas lieu en fonctionnement à une augmentation de la perte de pression dans le conduit muni de la soupape.
Des formes de réalisation de la soupape selon l'invention sont illus- trées schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une soupape de retenue se- lon l'invention avec la membrane en position de repos.
La figure 2 est une demi-coupe longitudinale de la même soupape avec la membrane complètement ouverte.
La figure 3 est une demi-coupe longitudinale de la même soupape en présence d'un fort retour de pression.
La figure 4 est une demi-coupe longitudinale d'une soupape de retenue dans laquelle la membrane présente une forme un peu différente.
La figure 5 montre, en coupe longitudinale, l'application de l'inven- tion à une soupape de passage.
Dans la soupape de retenue des figures 1 à 3, la boîte proprement di- te est constituée par un élément antérieur 1 et un élément postérieur 2. Un corps de garniture intérieur, désigné par 6 dans son ensemble, constitué de forme fuse- lée ou aérodynamique en coupe axiale, prend appui dans l'élément 1 de la boîte sur quatre nervures 5 réparties uniformément sur la périphérie. La partie anté- rieure 7 du corps de garniture intérieure 6 est en une seule pièce avec les ner- vures 5 et l'élément antérieur 1. La partie postérieure 8 du corps de garniture intérieur est assemblée à la partie 7 par une tige filetée 9 et un écrou 10. Les éléments de boîte 1 et 2 sont reliés à l'aide de boulons 11 répartis sur la péri- phérie.
L'ouverture annulaire 13, ménagée entre l'élément de boîte 1 et le corps de garniture intérieur 6, forme l'ouverture proprement dite de la soupape.
Une membrane en manchon, désignée dans son ensemble par 14, sert à fermer l'ouver- ture 13 de la soupape. Cette membrane 14 est essentiellement constituée par une bride de fixation 15, serrée entre les deux éléments 1 et 2 de la boîte, une par- tie médiane 16 de forme générale conique et une lèvre 17 formée à l'extrémité li- bre de la membrane. La membrane 14 est représentée au repos à la figure 1, cet état correspondant à la forme que la membrane reçoit à la vulcanisation. Seule la lèvre 17 représentée à la figure 1 n'a pas la forme qu'elle a reçue à la vul- canisation. Cette dernière forme est indiquée en traits interrompus en 17'. Lors du montage de la membrane dans la soupape, la lèvre 17 est un peu élargie, de sor- te qu'elle entoure la partie 6 avec une légère pression.
L'extrémité ancrée dans la boîte de la membrane est soutenue par un épaulement en forme de col 21 dans l'élément 1 de la boîte. La partie médiane 16 de la membrane comporte un épais- sissement 18 s'étendant vers l'extérieur. En outre, pour permettre un élargisse- ment radial de la membrane sous l'action du liquide traversant la soupape, cette partie médiane 16 présente, sur toute sa périphérie, des entailles intérieures et extérieures alternées qui ont une largeur d'un millimètre dans la forme obtenue à la vulcanisation et correspondant à la position de repos. La partie 16a, immédia- tement voisine de l'épaulement 21, de l'épaississement 16 n'est toutefois pas fen- due.
La coupe axiale de la soupape représentée à la figure 1 passe par le milieu d'une entaille extérieure de la membrane 14. 19 désigne le fond de cette
<Desc/Clms Page number 4>
entaille. La profondeur de l'entaille intérieure est indiquée par le fond 20 en traits interrompus.
Sous l'action d'un liquide traversant la soupape de gauche à droite, la partie médiane 16 de la membrane 14 s'élargit et prend une forme telle que re- présentée à la figure 2. Etant donné que la matière dont la membrane est faite est relativement molle et que la lèvre 17 n'a qu'une faible épaisseur de paroi, cette lèvre peut être suffisamment élargie dans la soupape sans perte de pression nuisible.
Dès que le courant de gauche à droite cesse, la membrane 14 reprend la position de repos représentée à la figure 1 dans laquelle la lèvre 17 s'appli- que avec une faible pression contre le corps de garniture intérieur 6. Une pres- sion accrue par rapport à celle régnant sur le côté d'entrée se produit au côté de sortie de la soupape, la partie médiane de la membrane 14 se trouvant repous- sée dans l'ouverture de la soupape. L'épaulement 21 de l'élément 1 de la boîte soutient le commencement de la partie médiane 16 de la membrane. L'épaississemen 18 empêche que la partie médiane de la membrane puisse être refoulée en arrière avec la lèvre 17 à travers l'ouverture 13 de la soupape sous l'action d'un fort retour de pression. La figure 3 représente la forme que prend la membrane lors- que la pression de retour s'élève à de très grandes valeurs.
Dans une installa- tion d'essai, pouvant produire plus de 100 kg au cm2, la membrane a sensiblement la forme représentée à la figure 3. Avec un fonctionnement très fréquent, pro- duit pour éprouver la sûreté de service, avec une pression de retour représentant le maximum pouvant être produit dans l'installation, aucune détérioration de la membrane ne fut constatée., La courbure de l'épaississement 18 s'étendant vers l'extérieur dans la position de repos de la membrane était conformée comme le montre la figure 1, de façon qu'il y ait encore une légère courbure dans la posi- tion représentée à la figure 3. Les essais ont montré. qu'avec la nouvelle con- formation de la membrane, la pression de service sûre pour les soupapes n'est plus limitée par la membrane, mais par la solidité de la boite.
L'épaississement 18 de la membrane agit pour ainsi dire comme bouchon pour l'ouverture annulaire 13. Le refoulement de l'épaississement 18 à travers l'ouverture 13 sous l'action d'une contre pression accrue est donc empêché par la grandeur du volume de l'épaississement 18 par rapport à la section de l'ouver- ture 13. En outre, l'épaulement 21 s'oppose à une déformation de la membrane 16 dans l'ouverture 13 et enfin les rainures 22 formées dans la surface du corps de garniture intérieur 6 s'opposent à un mouvement relatif entre la surface intérieu re de la membrane 14 et la surface du corps de garniture intérieur 6.
Dans la forme de réalisation représentée à la figure 4, l'intérieur de la membrane présente un épaulement 23 coopérant avec l'épaulement 21 de la boîte en présence d'un fort retour de pression. Cette forme de réalisation de la membrane est particulièrement appropriée pour de très grandes largeurs nominales avec une très grande largeur de l'ouverture 13.
Dans la soupape de passage selon l'invention représentée à la figure 5 la boîte de soupape est constituée par les deux pièces d'extrémités 31, 32 et la partie médiane 33 qui sont assemblées par des boulons 34. Le corps de garniture intérieur aérodynamique 35 est supporté dans la pièce 2 de la boîte sur des ner- vures 36 réparties régulièrement sur la périphérie. La chambre annulaire ménagée entre le corps de garniture intérieur 35 et les pièces de la boite 31 et 32 re- présente l'ouverture de soupape proprement dite qui peut être fermée par la mem- brane 37 en forme de manchon.
Dans la partie supérieure de la figure 5, la membrane 37 est représen- tée à son état de repos, c'est-à-dire dans la position qu'elle prend lorsque les pressions sont égales de tous côtés. Cette forme correspond à celle que la mem- brane reçoit à la vulcanisation. A ses extrémités, la membrane comporte des par-
<Desc/Clms Page number 5>
ties radiales 38 qui présentent un collet 39 à leur périphérie. Les collets 39 se placent dans des cavités correspondantes des pièces 31 et 32 de la boîte en servant à ancrer les extrémités de la membrane dans celle-ci. En outre, les ex- trémités de la membrane sont supportées par des épaulements 40 de la boîte. La partie médiane de la membrane sert à la fermeture de l'ouverture annulaire ména- gée entre le corps de garniture intérieur 6 et la boîte qui l'entoure.
Pour per- mettre une réduction du diamètre de la partie médiane 42 de la membrane sous l'ac- tion d'un fluide sous pression introduit dans la chambre 43 sur l'arrière de la membrane, cette partie de la membrane comporte des entailles intérieures et exté- rieures alternées qui sont réparties uniformément sur sa périphérie. La coupe axiale de la figure 5 passe par le milieu d'une entaille extérieure. La ligne 44 représente le fond de l'entaille extérieure, tandis que la ligne en trait inter- rompu 45 indique le fond d'une entaille intérieure.
Avec la forme de la membra- ne non influencée par des forces extérieures, les entailles présentent, vues en coupe transversale, des parois divergeant vers l'extérieur, cette divergence étant en fait choisie de manière qu'avec un rétrécissement radial de la partie médiane 42 de la membrane sous l'action d'une pression hydraulique introduite dans la chambre 43, lors de l'application de la partie médiane contre le corps de garniture intérieur 35, les parois des entailles intérieures et extérieures viennent s'appliquer les unes contre les autres.
Lorsqu'il y a lieu de fermer la soupape, un fluide sous pression est introduit dans la chambre 43. La pression qui est alors appliquée doit être su- périeure à la pression de service régnant dans le conduit, de façon que la par- tie médiane vienne s'appliquer contre le corps de garniture intérieur 35 pour ob- turer l'ouverture de la soupape. Lorsque de hautes pressions de service règnent dans le système de conduits, il faut introduire une pression élevée correspondan- te dans la chambre 43.
Les soupapes connues présentent le danger, qu'en cas de relâchement de la pression dans le système de conduits, une pression produite par une source étrangère refoule la membrane dans la chambre 43 dans la région de ses extrémités à travers une ou deux ouvertures annulaires ménagées entre le corps de garniture intérieure 35 et la partie 31 ou 32 de la boîte en raison de la très grande différence de pression régnant alors entre la chambre 43 et le système de conduits.
Ceci est empêché efficacement avec la constitution selon l'invention du fait que les parties de la membrane produisant l'obturation de ces ouvertures annulaires comportent à chaque fois un épaississement non fendu 46 qui est choisi en volume par rapport à l'ouverture annulaire de telle manière qu'il exerce l'action d'un bouchon ne pouvant pas être refoulé à travers l'ouverture annulaire également sous la plus grande différence de pression possible en servi- ce entre la chambre 43 et la chambre intérieure de la boîte de soupape.
L'épaississement 46 est prévu sur la paroi extérieure de la membrane et forme saillie de telle manière que la paroi extérieure ait une légère courbure en coupe axiale dans cette région dans la partie de la membrane en présence de la plus grande différence possible de pression, comme cela est indiqué à la moi- tié inférieure de la figure 5. Cette constitution de la membrane assure qu'il ne se produit pas dans la surface de la membrane de tensions de traction qui ré- duiraient la durée d'existence de la membrane. L'action de bouchon de cette par- tie épaissie 46 de la membrane 37 est efficacement aidée par l'épaulement 47 pré- vu sur l'intérieur de la membrane et coopérant avec l'épaulement 40 de la boîte.
Diverses modifications peuvent d'ailleurs être apportées aux formes de réalisation, représentées et décrites en détail, sans sortir du cadre de l'in- vention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.