CH622111A5

CH622111A5 - Fluid outflow regulator

Info

Publication number: CH622111A5
Application number: CH474378A
Authority: CH
Inventors: Pierre Lezier; Andre Lezier
Original assignee: Pierre Lezier; Andre Lezier
Priority date: 1977-05-06
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1981-03-13
Also published as: FR2389933A1; GB1598896A; FR2389933B1; DE2819876A1

Description

La présente invention concerne les régulateurs d'écoulement de fluide, et plus particulièrement les régulateurs de pression de fluide en écoulement.

On connaît bon nombre de régulateurs d'écoulement de fluide fondés sur le principe de la commande d'écoulement en fonction d'une pression de référence du circuit, par exemple la pression aval, ou en fonction de pressions différentielles images du débit du fluide en écoulement.

Quel que soit le principe de la commande adopté, ces régulateurs se trouvent confrontés aux problèmes posés par l'équilibrage du bloc obturateur en fonction des plages de pressions ou de débits du fluide à réguler. Ces problèmes d'équilibrage ont été partiellement résolus par l'utilisation d'obturateurs à double plateau ou de pistons d'équilibrage, dans le cas de bloc obturateur à déplacement linéaire, ou par des cylindres doubles perforés dans le cas d'obturateurs à déplacement angulaire. Il en résulte systématiquement une complexité structurale des organes sensibles se répercutant non seulement sur les coûts de fabrication mais également sur des risques de panne.

Par ailleurs, selon le type de régulation adopté, les plages de fonctionnement varient soit entre des débits presque nuls et des débits de l'ordre de 2 m3/s soit dans des gammes de vitesse autour de 2 m3/s mais avec une efficacité très diminuée à des débits presque nuls. Or, dans les installations à grande échelle, telles que les circuits de distribution urbains ou les canaux d'irrigation, les vitesses d'écoulement sont de plus en plus rapides. Par ailleurs, la possibilité de réguler un écoulement à débits faibles permet des économies considérables.

Des régulateurs électroniques à asservissement ont également été proposés pour améliorer les performances et couvrir des gammes d'utilisation plus larges, mais, outre que ces régulateurs nécessitent des sources de puissance auxiliaires, leur coût d'achat et d'entretien sont considérablement élevés.

La présente invention a pour but d'obvier à ces divers inconvénients en proposant un régulateur d'écoulement de fluide utilisant comme seule source d'énergie celle du fluide à réguler, qui soit de construction simple et robuste, qui autorise un bon fonctionnement dans une large plage de débits, notamment jusqu'à des débits très faibles, voire nuls, et qui soit insensible à la valeur absolue des pressions des fluides à réguler.

Pour ce faire, et selon la présente invention, le régulateur présente les caractéristiques spécifiées à la revendication 1.

La forme cylindrique creuse du bloc obturateur permet en effet de diminuer les variations des surfaces de ce bloc obturateur soumises aux diverses pressions, seule la tranche relativement fine du bord avant du cylindre obturateur étant soumise au régime transitoire s'établissant entre les pressions amont et aval du régulateur.

La face avant du bord annulaire du piston cylindrique creux peut être biseautée.

La forme biseautée de ce bord avant du piston cylindrique permet ainsi, d'une part de déterminer avec précision la surface annulaire du bloc obturateur soumise à la pression amont entre les positions d'ouverture et de fermeture, et d'autre part d'améliorer l'écoulement laminaire du fluide au droit de la striction entre ce bloc obturateur et le siège, et donc de rendre les forces axiales exercées sur le cylindre plus indépendantes du débit du fluide.

Le piston cylindrique creux peut être monté de façon à pouvoir coulisser de façon étanche le long de sa paroi externe dans le carter, la paroi interne du piston creux étant susceptible de coulisser de façon étanche le long d'un disque stationnaire coaxial au piston et solidaire du carter.

Le disque stationnaire permet ainsi d'isoler le fond du piston cylindrique obturateur de la pression amont et, de ce fait, d'affranchir le bloc obturateur des efforts axiaux induits par cette pression en lui procurant ainsi une souplesse de déplacement et une vitesse de réponse indépendantes de la valeur absolue de cette pression, même si cette dernière est élevée. Le piston obturateur n'est donc soumis qu'aux pressions différentielles exercées de part et d'autre de son fond, c'est-à-dire précisément des pressions de commande images des pressions de référence du fluide à réguler. Un tel régulateur permet ainsi une régulation d'écoulement à réponse rapide et avec un minimum de jeux d'établissement d'équilibre de pression avec des débits variant depuis 0 m/s jusqu'à plus de 6 m/s.

La présente invention sera mieux comprise au vu de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels:

la figure 1 représente de façon schématique un régulateur à bloc obturateur cylindrique creaux selon la présente invention ; et la figure 2 représente, également de façon schématique mais

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à une échelle agrandie, la zone de striction entre le siège et le bloc obturateur.

Le régulateur représenté de façon schématique sur la figure

1, comprend de façon traditionnelle une canalisation d'amenée ou d'entrée 1 comportant des moyens de solidarisation à un élément de conduite ou de canalisation, par exemple une bride

2, et une canalisation de sortie 3, comportant également une bride 4 permettant sa solidarisation à un autre élément de canalisation. La canalisation d'amenée 1 débouche dans une première chambre 5, formée dans la partie inférieure 6 du carter, cette première chambre 5 étant en communication avec une deuxième chambre annulaire 7, par l'intermédiaire d'un col cylindrique 8 et d'une zone de striction définie entre un bloc obturateur à déplacement linéaire et un siège annulaire 10 disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe du col cylindrique 8 et présentant un diamètre interne supérieur au diamètre de ce col.

Le bloc obturateur à déplacement linéaire se présente sous la forme d'un piston cylindrique creux formé par une paroi latérale cylindrique 11 et un fond plat 12, l'ensemble du bloc obturateur 9 étant concentrique au col 8 et susceptible de se déplacer le long de son axe de symétrie à l'intérieur du carter 6 en coulissant contre un joint annulaire glissant 13 monté dans le carter 6 et coopérant avec la face externe 14 de la paroi longitudinale 11 du bloc obturateur 9. Un disque stationnaire 15, solidaire du carter 6, par exemple par une tige 16, est positionné à l'intérieur du bloc obturateur 9, le diamètre extérieur du disque 15 étant légèrement inférieur au diamètre interne du piston cylindrique 9 formé par la face interne 17 de la paroi longitudinale 11, le piston cylindrique 9 étant également susceptible de coulisser de façon étanche par rapport au disque stationnaire 15 par l'intermédiaire d'un joint annulaire glissant 18 monté sur la périphérie du disque stationnaire 15.

Outre la chambre de stabilisation, ou chambre haute pression 5, et la chambre annulaire 7, ou chambre de basse pression, le régulateur comprend une chambre supérieure, ou chambre de commande, 19 formée entre la paroi supérieure du fond 12 du piston cylindrique 9 et la partie supérieure du carter, et une chambre d'équilibrage 20 située entre la paroi interne du fond 12 du piston cylindrique 9 et la face supérieure du disque stationnaire 15.

Le bord avant de la paroi longitudinale 11 du piston cylindrique 9 présente une face biseautée 21 formant un angle aigu avec une directrice de la face interne 17 du piston cylindrique 9 et raccordant cette face interne 17 à la face externe 14 en formant une arête annulaire 22 de même diamètre que le diamètre interne de la paroi longitudinale 11 du piston cylindrique 9. De cette façon, la zone de striction entre les parties haute pression et basse pression du régulateur est délimitée avec précision entre le plan de l'arête 22 et la plan de la face supérieure du siège annulaire 10. Cette configuration permet, d'une part d'améliorer l'écoulement laminaire du fluide au droit de cette striction, comme représenté par les flèches sur la figure 2, mais également d'éviter que la surface du piston cylindrique soumise à la pression amont ne varie substantiellement entre les positions d'ouverture et de fermeture du bloc obturateur, cette surface étant sensiblement limitée à l'arête 22 du cyclindre, la face biseautée 21 du piston cylindrique étant pratiquement intégralement soumise à la pression aval régnant dans la chambre annulaire 7 du fait de la détente laminaire opérée entre l'arête 22 et le joint 10. Le fond 12 du piston cylindrique 9 étant isolé de la haute pression régnant dans la chambre 5 par le ? disque stationnaire 15 et de la basse pression régnant dans la chambre annulaire 7 par le joint 13, le piston cylindrique 9 n'est soumis à aucune poussée axiale de la part de ces pressions, les efforts induits sur les parois longitudinales 11 du piston cylindrique 9 s'équilibrant du fait de la configuration de révolution de m ce piston et n'affectant pas ainsi ses capacités de déplacement le long de son axe de symétrie.

La commande du déplacement du bloc obturateur 9 en fonction de paramètres du fluide en écoulement est effectué au moyen de la pression régnant dans la chambre de commande 19. i5 Cette chambre 19 comporte un orifice 23 susceptible d'être connecté, par une canalisation 24 (esquissée en pointillés), soit à une prise de pression située dans un endroit de la canalisation où l'on veut réguler la pression, par exemple la pression aval au niveau de la conduite 3, soit à toute autre source de pression 20 dépendant d'une pression caractéristique du fluide en écoulement à réguler. En supposant que la canalisation 24 est reliée à une prise de pression aval de l'installation, toute variation du débit dans l'installation entraînera une variation de cette pression aval, cette variation se traduisant à son tour par un déplacées ment du bloc obturateur 9 modifiant la section de striction du régulateur de façon à contrebalancer la variation de cette pression aval. Pour assister les déplacements du bloc obturateur 9 celui-ci est avantageusement sollicité en permanence par un moyen de poussée mécanique, constitué, par exemple par un 3o ressort 25 l'effort réglable résultant étant transmis par l'intermédiaire d'une tige 26 fixée au fond 12, cette tige traversant la paroi supérieure de la chambre 19 à travers un joint d'étan-chéité 27. En place et lieu du ressort 25, un contre-poids peut également permettre d'équilibrer la poussée exercée sur le bloc 35 obturateur 9 par le fluide sous pression se trouvant dans la chambre de commande 19. Pour parfaire cet équilibrage, la chambre d'équilibrage 20 est reliée, par l'intermédiaire d'un orifice 28 et d'une canalisation 29, soit à l'air libre, soit à une source de gaz sous-pression selon l'importance de la pression de •io commande régnant dans la chambre de commande 19.

En variante, pour faire fonctionner le régulateur comme stabilisateur de débit, il est possible de raccorder les canalisations 24 et 29 des chambres 19 et 20, aux prises de pression d'un organe déprimogène, constitué par exemple d'un élément ven-45 turi ou d'un diaphragme, disposé dans une canalisation de l'installation à commander de façon à asservir le déplacement du bloc obturateur 9 aux variations de pression induites par les variations de la vitesse d'écoulement.

50 Pour éviter que les grandes vitesses d'écoulement du fluide au droit de la striction, notamment en raison de leur caractéristique laminaire, n'induisent, du fait de la cavitation, une usure anormale des sièges 10, celui-ci est disposé dans son logement 30 de telle sorte que la face supérieure 31 du siège soit située 55 dans un plan sensiblement en retrait par rapport au plan 32 de la structure de carter dans lequel est ménagé le logement 30, la zone de striction étant en fait délimitée entre ce plan 32 et l'arête 22 du bloc d'obturateur 9.

C

1 feuille dessins

Claims

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1. Régulateur d'écoulement de fluide comportant une tuyauterie d'amenée, une tuyauterie de sortie, des moyens de raccordement de tuyauteries à des canalisations, un carter, un bloc obturateur mobile dans le carter et susceptible de coopérer 5 avec un siège disposé dans le carter pour établir de façon sélective une communication entre la tuyauterie d'amenée et la tuyauterie de sortie, ce bloc obturateur étant sollicité par une pression de pilotage, caractérisé en ce que le bloc obturateur est constitué d'un piston cylindrique creux comportant une face in formant fond susceptible de se déplacer suivant son axe de symétrie pour coopérer par la face avant du bord annulaire opposée au fond avec un siège annulaire disposé suivant un plan sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du bloc obturateur. 15

2. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston cylindrique creux est monté de façon à pouvoir coulisser le long de sa paroi externe cylindrique dans le carter, et le long de sa paroi interne de façon étanche contre un disque stationnaire solidaire du carter. 20

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REVENDICATIONS

3. Régulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face externe du fond du piston cylindrique creux est soumise à une pression fonction d'une pression caractéristique du fluide en écoulement à réguler.

4. Régulateur selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- 25 risé en ce que la face avant du bord annulaire du piston cylindrique creux est biseautée.

5. Régulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le siège annulaire est disposé dans un logement du carter de façon que la face du siège coopérant avec l'arête de la face 30 biseautée du piston cylindrique creux soit en retrait par rapport au plan défini par les bords de ce logement.

6. Régulateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le piston cylindrique creux est soumis à l'action d'un moyen de rappel tendant à s'opposer à la force de la 35 pression à réguler.

7. Régulateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre formée entre la face interne du fond du piston creux et le disque stationnaire est reliée à une source de pression. 40

8. Régulateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la face interne du fond du piston creux est soumise à une pression fonction du débit du fluide en écoulement à réguler.

9. Régulateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les faces du fond du piston creux sont soumises à des pressions 45 différentielles fonction du débit du fluide à réguler.