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Perfectionnements aux valves.
La présente invention concerne des valves de décompres- sion de fluide destinées à être utilisées dans des dispositifs hydrauliques tels que des pompes ou des vérins hydrauliques ou dans des chambres ou des conduites soumises à une pression hydrau- lique, où l'on désire régler la pression entre des limites très précises.
Une telle valve s'utilise par exemple dans un étançon hydraulique. Un type d'étançon hydraulique comprend un plongeur coulissant dans un cylindre, le plongeur comprenant une pompe qui, lorsque l'étançon doit être étendu, transfère du fluide hydraulique d'un réservoir dans le plongeur par une valve prin-
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cipale vers une chambre de pression formée entre le plongeur et le fond du cylindre. Lorsque l'étançon est étendu contre le ciel d'une galerie de mine, il doit pouvoir céder élastiquement si le ciel se tasse ou se déplace. Ce déplacement du ciel de la galerie exerce des forces très élevées et si l'étançon était rigide, il risquerait de fléchir ou de lâcher brusquement.
Afin de permettre à l'étançon de céder élastiquement, ' une valve de décompression est placée dans un passage raccordant' la chambre de pression au réservoir et,la valve est réglée pour s'ouvrir afin de permettre au fluide hydraulique de revenir de la chambre de pression dans le réservoir et le plongeur rentre légèrement dans le cylindre si la pression qui règne dans la chaos... lire de pression dépasse une certaine valeur. La valve se ferme lorsque la pression a diminué.
Afin de permettre à l'étançon de résister sans inter- ruption au déplacement du ciel de la galerie même lorsqu'il cède élastiquement, il est essentiel que la pression dans la chambre de pression soit réglée dans des limites très précises et ne puisse pas tomber brusquement. Cela étant, la valve de décompres- sion ne doit rester ouverte que pendant très peu de temps malgré qne la pression dans la chambre de pression reste élevée.
Dans ce cas, la valve doit se rouvrir immédiatement, l'ouverture et la fermeture rapides contribuant à offrir une résistance cons- tante à la contraction à l'étançon.
Une valve de décompression de fluide suivant l'inven- tion comprend un obturateur normalement maintenu sur un siège, pour couper toute communication entre les passages d'entrée et de sortie de la valve, par un ressort logé dans une chambre adja- cente à l'obturateur et communiquant avec le passage d'entrée, lorsque l'obturateur est dégagé de son siège et avec le passage de sortie.
Les dimensions relatives des passages communiquant avec la chambre à ressort sont de préférence calculées et pro- portionnées de façon oue lorsque l'obturateur est dégagé de son
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siège, la vitesse d'écoulement du fluide par la chambre à ressort vers le passage de sortie est en substance égalé à la vitesse d'écoulement du fluide passant directement au passage de sortie.
Cette particularité contribue à empêcher toute turbulence du fluide et l'établissement de conditions instables au niveau de l'obturateur. On a constaté que la diminution de la turbulence et la stabilisation accrue du fluide permettent de déplacer l'obturateur vers son siège pour fermer la valve plus rapidement que si les conditions d'écoulement du fluide étaient soins stables.
Cela étant, pour chaque ouverture de l'obturateur, une petite quantité de fluide seulement est libérée et aucune chute de pres- sion soudaine ne se produit.
L'étranglement de la circulation du fluide dans la valve est de préférence obtenu non pas en étranglant la section du passage de sortie mais plutôt en prévoyant une partie relati- vement longue du passage de sortie au delà du point où la chambre à ressort communique directement avec le passage. Le passage de sortie peut avantageusement être formé entre le corps principal de la valve et le manchon entourant ce corps et espacé de ce dernier.
L'obturateur comprend de préférence une bille placée à une extrémité d'un plongeur coulissant dans un alésage qui s'étend entre la chambre de ressort et le siège de la valve. Une faible tolérance diamétrale, par exemple 0,001 pouce (0,025 mm), est prévue entre le plongeur et la paroi de son alésage et entre l'obturateur et l'alésage pour former un passage annulaire permet- tant au fluide de s'échapper de l'entrée vers la chambre à ressort lorsque l'obturateur est soulevé de son siège.
Un exemple d'une valve de décompression suivant l'in- vention destinée à être incorporée dans un étançon hydraulique sera décrit ci-après avec référence au dessin annexé, dans lequel :
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la fig. 1 est une coupe verticale de la valve; et, la fig. 2 est une coupe de la partie supérieure de la valve dont l'intérieur est entaillé pour la clarté.
Le type d'étançon avec lequel la valve est utilisée comprend essentiellement un cylindre et un plongeur travaillant dans le cylindre et mobile sous l'action d'un fluide hydraulique tel que de l'huile, transféré par une pompe d'un réservoir contenu dans le plongeur par une valve principale dans la tête du plongeur vers une chambre de pression ménagée entre le fond du cylindre et la tête du plongeur.
La valve de décompression représentée dans le dessin est destinée à être montée dans la tête du plongeur et à la traverser, son entrée s'ouvrant dans la chambre de pression et sa sortie s'ouvrant dans le réservoir de fluide contenu dans le plongeur de sorte que, lorsque la pression dans la chambre de pres- sion dépasse une limite prédéterminée, la valve de décompression s'ouvre pour permettre à du fluide de s'échapper du réservoir, décomprimant ainsi la chambre de pression et permettant à l'étan- çon de se contracter légèrement.
La valve de décompression qui a la forme d'une cartou- che, comprend un corps principal 2 entouré par un manchon cylin- drique 4, un intervalle annulaire 6 formant un passage de sortie étant ménagé entre le manchon et le corps. Le corps 2 est pourvu d'un plat 6A sur une partie de sa longueur axiale, de sorte qu'une partie du passage de sortie annulaire est plus large que le reste, cette 'partie formant le canal de soztie 'principal,
La valve comporte à son extréaité inférieure un bloc 8 monté dans le corps et comportant un alésage central dont l'ex- trémité inférieure 10 forme le passage d'entrée.
Une bague 12 est logée dans l'alésage du bloc 8 et la face supérieure de la bague forme un siège pour un obturateur 14 formé d'une bille.
La bille supporte un plongeur 16 coulissant dans un alésage ménagé dans la partie supérieure du bloc 8 et dont l'extrémité
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supérieure s'étend juste au-dessus du bloc lorsque son extrémité inférieure porte sur la bille dans une position dans laquelle la bil.te repose sur son siège.
La bille 14 est sollicitée sur son siège par un ressort 18 logé dans une chambre 20 et réagissant entre un chapeau 22 monté sur la face supérieure du plongeur et une vis de réglage 28 vissée dans la paroi intérieure du corps de la valve de manière à pouvoir être réglée pour modifier la tension du ressort. L'ex- trémité supérieure de la chambre à ressort est fermée par un bou- chon 30 pourvu d'un joint torique servant à empêcher du fluide de s'échapper de la chambre.
Une faible tolérance est prévue entre le plongeur et l'alésage et procure un passage de communication entre l'entrée 10 et la chambre 20 lorsque la bille est dégagée de son siège.
Ce passage est très étroit, par exemple 0,001 à 0,002 pouce (0,025 à 0,050 mm) et n'est pas pas représenté dans le dessin.
La chambre à ressort 20 s'ouvre dans le passage de sor- tie 6 par un orifice 32. Le passage de sortie communique aussi directement avec le passage d'entrée lorsque la bille est dégagée de son siège, par un orifice 34, une chambre annulaire 36 et deux passages 38 qui s'ouvrent au-dessus du siège de l'obturateur. On a constaté que la chambre annulaire diminue la turbulence et la formation de bulles d'air dans le fluide sous la pression passant par les passages 38 dans le passage de sortie ce qui a pour effet de diminuer les effets de cavitation qui s'exercent sur la bille 14.
Lorsque la bille est dégagée de son siège, du fluide s'écoule dans le passage de sortie directement par les passages 38, la chambre annulaire 36 et l'orifice 34 et indirectement par la chambre à ressort 20 et l'orifice 32. Les dimensions et les positions relatives de (a) le passage de sortie 6 et (b) l'orifice 32 sont calculées de façon que, pour un débit donné de fluide dans les passages 38 et par le plongeur 16, la vitesse de fluide qui pénètre dans le passée de sortie par l'orifice 32 soit en substance égale à la vitesse en ce point du fluide qui a pénétré dans le passage
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de sortie par l'orifice 34.
L'étranglement du fluide qui passe par la valve est // assuré par la longueurdu passage 6 et non pas par un effet d'étranglement obtenu au moyen d'un orifice étranglé. La lon@eur de la sortie 40 du passage 6 qui est placé à l'extrémité suprieure du passage n'est pas critique pourvu qu'il ne soit pas suff. am- ment étranglé pour créer une contre-pression.
En pratique, lorsque le plongeur de l'étançon a été étendu hors du cylindre et est réglé contre un ciel de galerie de mine, la chambre de pression de l'étançon est remplie de @ fluide hydraulique sous pression. Dans ces conditions normale @ la pression de ce fluide qui agit sur le dessous de la bille 14 est insuffisante pour soulever la bille de son siège en surmontant la pression du ressort 18. Mais si le ciel de la galerie se déplace ou se tasse légèrement en exerçant une pression très élevée sur le dessus du plongeur, le fluide contenu dans la chambre de pression est soumis à une pression supérieure à la pression du ressort 18.
Dans ce cas, la bille 14 est dégagée de,son siège et se soulève en comprimant légèrement le ressort 18. '
Du fluide sous pression peut alors passer de la chambre à pression de l'étançon au réservoir par le passage d'entrée 10, les passages 38, la chambre 36 et l'orifice 34 ainsi que le pas- sage de sortie 6. En même temps, du fluide passe de la chambre de pression dans la chambre à ressort 20 par le passage de commu- nication formé par la tolérance prévue entre le plongeur 16 et l'alésage du bloc 8. Comme le fluide qui passe dans la chambre à ressort se mélange en substance sans turbulence sensible au fluide contenu dans le passage de sortie et comme la pression qui agit sur l'obturateur tombe rapidement, la bille 14 est rapidement rappelée sur son siège par le ressort 18.
En fait, l'obturateur reste ouvert uniquement pendant un court laps de temps et, par conséquent, une très faible quan- tité dfluide sort de la chambre de pression pour une ouverture quelconque de la valve de décompression. Si, lorsque la valve
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est fermée, la pression reste encore supérieure à la valeur cri- tique par suite, par exemple, d'un déplacement du ciel de la gale- rie qui se poursuit, l'obturateur est rouvert pour une autre courte période pour permettre à une autrepetite quantité de fluide de s'échapper de la chambre de pression de l'étançon. De cette façon, le risque de perdre une trop grande quantité de fluide hydraulique ou de pression dans la chambre est réduit au minimum.
La valve de décompression s'ouvre et se ferme très rapidement et la pression dans la chambre reste toujours suffi- samment élevée pour assurer que l'étançon offre une résistance élevée et presque constante au déplacement du ciel.
A titre d'exemple des limites étroites du fonctionnement de la valve, si la pression dans la chambre de pression passe à 4600 livres/pouce carré (323 kg/cmê), la valve s'ouvre et se referme avant que la pression tombe à 4540 livres/pouce carré (320 kg/cmê). @ On 4 constaté que la présence d'un orifice dans la paroi de la chambre à ressort pour permettre à cette chambre de communiquer avec le passage de sortie' diminue la turbulence et aide à maîtriser les ondes de choc, avec le résultat que l'obtu- rateur se ferme rapidement sans être"étiré" ou autrement détérioré.
La partie requise de l'orifice 32 et la longueur ainsi que les dimensions du passage de sortie 6 peuvent être déterminées expérimentalement pour n'importe quelle valve particulière afin d'assurer l'égalisation de la vitesse du fluide sortant de la chambre à ressort avec celle du fluide déjà présent dans le passa- ge de sortie. Les dimensions suivantes ne sont données qu'à titre d'exemple.
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Diamètre <SEP> extérieur <SEP> du <SEP> plongeur <SEP> 16 <SEP> = <SEP> 0,248 <SEP> pouce
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<tb> (6,30 <SEP> mm)
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<tb> Diamètre <SEP> intérieur <SEP> du <SEP> bloc <SEP> 8 <SEP> = <SEP> 0,251 <SEP> pouce <SEP> (6,38 <SEP> mm)
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<tb> Diamètre <SEP> des <SEP> passages <SEP> 38 <SEP> = <SEP> 1/16 <SEP> à <SEP> 1/8 <SEP> pouce
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<tb> (1,6 <SEP> à <SEP> 3,18 <SEP> mm) <SEP> sous <SEP> un
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<tb> angle <SEP> de <SEP> 30
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<tb> Diamètre <SEP> de <SEP> l'orifice <SEP> 54 <SEP> = <SEP> 1/16 <SEP> à <SEP> 3/lo <SEP> pouce
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<tb> (1,6 <SEP> à <SEP> 4,76 <SEP> mm)
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Diamètre de l'orifice 32 = 1/16 à 3/16 pouce (1,6 à 4,76 mm)
Longueur axiale du passage 6 entre les orifices 42 et 32 = 2 pouces (5 cm)
Largeur radiale du passage annulaire 6 sur la majeure partie, c'est-à-dire sa partie annulaire = 0,002 pouce (0,05 mm) et pour le secteur élargi, 0,013 pouce (0,33 mm).
La valve de décompression suivant l'invention peut être utilisée non seulement dans des étançons mais pour n'impor- te quel dispositif hydraulique ou il est souhaitable de régler la pression entre des limites étroites.
REVENDICATIONS.
1.- Valve de décompression de fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend un obturateur sollicita sur un siège pour couper toute communication entre l'entrée de la valve et la sortie par un ressort logé dans une chambre qui communique avec le côté sortie du siège de la valve et, lorsque l'obturateur est soule- vé de son siège, avec le coté entrée du siège.