FR2999666A1 - Dispositif pour amortir les oscillations de pression et absorber la pression de la glace dans un volume de liquide - Google Patents

Abstract

Dispositif (1) pour amortir les oscillations de pression et absorber la pression de la glace dans un volume de fluide comprenant un boîtier (10) et un module amortisseur de pulsations (3, 33), le module d'amortissement de pulsations (3, 33) ayant une membrane (12, 120) déformable élastiquement qui, à l'état assemblé avec le boîtier (10), forme une chambre à fluide (14) dont le volume est variable en fonction de la pression régnant dans la chambre et qui la sépare d'un volume (15), dispositif caractérisé en ce que le module d'amortissement de pulsations comporte un élément d'appui (16, 160) pour soutenir la membrane, l'élément d'appui étant logé dans la cavité (15) et comportant un ressort (122).

Description

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif pour amortir les oscillations de pression et absorber la pression de la glace dans un volume de fluide comprenant un boîtier et un module amortis- seur de pulsations, le module d'amortissement de pulsations ayant une membrane déformable élastiquement qui, à l'état assemblé avec le boîtier, forme une chambre à fluide dont le volume est variable en fonction de la pression régnant dans la chambre et qui la sépare d'un volume.

Etat de la technique Dans de nombreux domaines de la technique on utilise des systèmes pour transférer des matières actives ou de fonctionnement et/ou des matières auxiliaires. Il faut éviter alors des chocs de pression (coups de bélier) dans les systèmes pour éviter d'endommager les com- posants. Si en outre la matière de fonctionnement et/ou la matière auxiliaire risque de geler à la température à laquelle le système est exposé il faut prendre des mesures pour éviter les dommages générés par le développement de la glace et son augmentation consécutive de volume.

A titre d'exemple, dans le domaine automobile, on effec- tue le post-traitement des gaz d'échappement par une réduction catalytique sélective (réduction SCR). Pour cela notamment dans le cas des moteurs thermiques à auto-allumage, il faut réduire les oxydes d'azote des gaz d'échappement par des agents de traitement et/ou auxiliaires notamment un agent réducteur pour obtenir de l'azote et de l'eau comme agent de traitement et/ou auxiliaire, on utilise souvent une solution aqueuse d'urée par exemple diffusée sous la marque AdBlue. Par décomposition thermique de l'urée, on obtient dans la conduite des gaz d'échappement, l'agent réducteur proprement dit à savoir de l'ammoniaque NH3 à l'état gazeux. L'agent de fonctionnement et/ou auxiliaire est stocké dans un réservoir pour être injecté par un module de transfert et/ou un module de dosage dans la conduite des gaz d'échappement. Un tel dispositif de dosage d'un agent réducteur est con- nu selon le document DE 19946900 Al. Dans ce système on rencontre des pointes de pression à chaque course de la pompe de transfert. On peut en outre avoir des pulsations de pression si l'agent réducteur n'est pas injecté dans la conduite des gaz d'échappement avec le même débit que le débit de la pompe. Ces variations de pression sont atténuées par un amortisseur de pulsations de pression. En l'absence d'éléments d'amortissement des pulsations de pression, les bulles d'air enfermées dans le système peuvent suffire pour assurer l'amortissement. Mais ces inclusions d'air sont toutefois évacuées du système au fur et à mesure du fonctionnement et ne sont plus alors disponibles pour amortir. En outre et comme déjà indiqué dans le cas d'un agent de fonctionnement et/ou auxiliaire aqueux notamment d'une solution aqueuse d'urée il faut prendre des mesures au cas où cet agent gèle. Pour cela, en général il faut des composants supplémentaires qui par exemple refoulent l'agent de fonctionnement et/ou auxiliaire des canons hydrauliques en retour dans le réservoir par in- version du sens de transfert. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux incon- vénients, des solutions connues et a ainsi pour objet un dispositif d'amortissement des oscillations de pression du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le module d'amortissement de pulsations comportant un élément d'appui pour soutenir la membrane, l'élément d'appui étant logé dans la cavité et comportant un ressort.

En d'autres termes, l'invention a pour objet un dispositif d'amortissement des oscillations de pression et pour absorber la pression de la glace dans un volume d'agent de fonctionnement et/ou auxiliaire qui comprend un boîtier et une membrane, la membrane développant dans tous les cas avec le boîtier avec un volume de guidage de liquide qui sépare celui-ci d'au moins une cavité et ce dispositif com- prend un élément d'appui de mise en forme qui soutient la membrane. L'élément d'appui comporte avantageusement un ressort de compression qui permet d'obtenir une augmentation définie de pression par volume de course et une réduction définie des pointes de pression dans un système hydraulique/pneumatique installé dans les canaux de liquide d'un tel système. De façon particulièrement avantageuse, la membrane s'applique latéralement sur le ressort ce qui permet en plus de la varia- tion longitudinale de longueur du ressort, également une variation per- pendiculaire à l'axe central du dispositif de l'élasticité du ressort pour amortir des variations de pression. De façon particulièrement avantageuse, à l'état installé précontraint, le ressort fait partie de l'élément d'appui dans cet élément d'appui ou un montage précontraint du ressort dans le module d'amortissement de pulsation ou au moins un montage précontraint dans le boîtier. On réalise de cette manière une force de libération définie du ressort de compression se traduisant par une caractéristique d'amortissement reproductible et réglable de manière ciblée par la pré- contrainte ou dimensionné du ressort. Suivant une autre caractéristique avantageuse à l'état installé le ressort est précontraint. Suivant une autre caractéristique avantageuse le ressort a une forme bombée.

Suivant une autre caractéristique avantageuse l'élément d'appui comporte au moins deux organes d'appui entre lesquels est inséré le ressort. Suivant une autre caractéristique avantageuse les deux organes d'appui se guident réciproquement.

Suivant une autre caractéristique avantageuse l'un des organes d'appui a un cylindre de guidage et l'autre organe d'appui a une tige de guidage de façon que la tige de guidage glisse dans le cylindre de guidage. Suivant une autre caractéristique avantageuse l'installation de transfert de fluide notamment d'une solution aqueuse d'urée pour le post traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique caractérisé par un dispositif intégré pour amortir les oscillations de pression et recevoir la pression de la glace dans un volume de fluide ayant une membrane déformable élastiquement qui, à l'état as- semblé avec le boîtier forme une chambre à fluide dont le volume est variable en fonction de la pression régnant dans la chambre et qui la sépare d'un volume, le module d'amortissement de pulsations comportant un élément d'appui pour soutenir la membrane, et l'élément d'appui étant logé dans la cavité avec un ressort.

L'invention a également pour objet un procédé de réalisa- tion d'un dispositif d'amortissement des oscillations de pression et pour absorber la pression de la glace dans un volume de liquide comme défini ci-dessus est installé à l'état pré-assemblé dans le boîtier. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de dispositifs d'amortissement des oscillations de pression d'un volume de liquide représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif d'amortissement des oscillations de pression, - la figure 2 est une demi-coupe d'un module d'amortissement de pulsation, et - la figure 3 montre un chronogramme de la pression. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un dispositif 1 pour amortir les oscil- lations de pression à l'aide d'un élément d'appui représenté schématique selon une vue de côté coupée. Le dispositif comprend un boîtier 10 ayant un volume intérieur cylindrique dont le haut se termine par une forme de coupelle. Le boîtier est par exemple intégré dans le boîtier d'une pompe de transfert de fluides. L'axe géométrique ou axe longitu- dinal du volume intérieur cylindrique est tracé en traits interrompus et porte la référence 30. Le volume intérieur du boîtier 10 reçoit un module d'amortissement de pulsations 3 ayant une membrane déformable 12 dont la forme correspond pour l'essentiel à la forme du volume inté- rieur du boîtier 10. L'expression « essentiel/essentiellement » signifie qu'entre la membrane et le boîtier il subsiste un intervalle dont les dimensions ne sont pas nécessairement identiques sur toute la surface intérieure du boîtier. L'intervalle entre la membrane et le boîtier forme une chambre à fluide 14 qui est remplie avec le liquide ou dans le cas d'un montage dans une installation hydraulique ou pneumatique, avec de l'agent de fonctionnement et/ou auxiliaire sollicité par les oscillations de pression. L'extrémité inférieure de la membrane 12 comporte un bourrelet d'étanchéité 13 qui assure l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur de la chambre à fluide 14 entre la membrane 12 et le boîtier 10. La membrane 12 est soutenue du côté non tourné vers la chambre à liquide par un élément de support 16 élastiquement déformable, représenté schématiquement et qui constitue un autre élément du module amortisseur de pulsations 3. L'élément d'appui est logé dans la cavité 15. L'extrémité inférieure de l'élément d'appui 16 est munie d'une région en forme de disque 17 qui ferme le volume intérieur du boîtier 10. Le bourrelet d'étanchéité 13 de la membrane 12 forme un canal annulaire 26; dans la région du canal annulaire 26 se trouvent les conduites d'arrivée 22, 24 reliant la chambre à fluide 14 aux canaux d'une installation hydraulique ou pneumatique. Le développement du canal annulaire 26 évite que la membrane 12 ne bloque les ouvertures 22, 24 sous l'effet d'une déformation liée à la pression et/ou à la température et interdise ainsi le passage du liquide entre les deux ouvertures 22, 24. Un autre endroit pour le boîtier 10 muni d'une ouverture sans être bloquée par la membrane 12 se trouve dans la zone supérieure et porte la référence 23. Selon un développement, dans le cas où une conduite d'arrivée est reliée au point 23, on supprime l'une des ouvertures 22, 24 dans la région inférieure. En cas d'augmentation de pression dans la chambre à fluide 14 la membrane 12 est pressée contre l'élément d'appui 16. L'air de l'élément d'appui 16 peut s'échapper par le perçage d'évacuation 20. Après suppression de la charge en pression, le perçage de ventilation 20 permet de nouveau à l'air à pénétrer dans l'élément d'appui en évitant ainsi que ne se développe une dépression qui interdirait le retour de la membrane 12 dans sa forme initiale. La forme du boîtier de la mem- brane est choisie pour que dans chaque état, la membrane développe un volume de fluide entre la membrane et le boîtier. L'expression « dans chaque état de la membrane » indique expressément que la chambre à fluide est développée à la fois l'état hors pression (c'est-à-dire unique- ment avec précontrainte de la membrane et aussi sous l'effet de la pres- sion du fluide et/ou d'une variation de température produisant une certaine déformation de la membrane. La structure d'appui de mise en forme du dispositif donne à la membrane en cas de déformation liée à la pression et de suppression de la contrainte de pression, la relaxation de la membrane, c'est-à-dire qu'elle soutient le retour dans la forme ini- tiale. Selon une variante de réalisation, le canal annulaire 26 réalisé dans la membrane peut être supprimé. Dans ce cas, l'élément d'appui a un petit diamètre approprié à la hauteur des conduites d'arrivée et de sortie 22, 24 pour qu'une membrane cylindrique de forme et de dimension appropriée lorsqu'elle est tirée sur l'élément d'appui soit élargie radialement moins fortement ou précontraint à hauteur des conduites d'entrée et de sortie 22, 24 que cela est le cas plus haut en direction la terminaison en forme de coupelle.

Les matières appropriées pour la membrane, sont les élastomères tels que le caoutchouc, butadiène acrylonitrile (NBR), le caoutchouc, butadiène acrylonitrile hydruré (HNBR), le caoutchouc, chlore-butadiène (CR), le caoutchouc éthylène propylène-diène (EPDM), le caoutchouc épichlorohydrique (ECO) et le caoutchouc au fluor (FKM).

Pour le choix pratique de la matière pour la membrane il faut tenir compte de la plage de température de fonctionnement et de la compatibilité avec l'agent de fonctionnement et/ou auxiliaire utilisé. Lorsqu'on utilise une solution aqueuse d'urée tel que le liquide AdBlue comme liquide ou comme agent de fonctionnement et/ou auxiliaire, à cause de leur tenue chimique, on utilise par exemple du caoutchouc butadiène acrylonitrile hydruré (HNBR) ou du caoutchouc éthylène-propylènediène (EPDN). La figure 2 montre un module amortisseur de pulsations 33 selon une vue de côté, coupée, et comme la structure est essentiel- lement symétrique en rotation, seule la moitié droite par rapport à l'axe géométrique 30 est représentée. La figure montre le module à l'état sollicité en pression. Dans cet état, la membrane 120 du module s'applique étroitement contre le ressort de compression 122 de l'élément d'appui 160 et deux organes d'appui sont emmanché l'un dans l'autre.

Le ressort 122 se trouve en effet entre l'organe d'appui inférieur 131 et l'organe d'appui supérieur 132 de l'élément d'appui ; la tige de guidage 133 de l'organe d'appui supérieur 132 glisse dans le cylindre de guidage 130 de l'organe d'appui 131. L'extrémité libre de la tige de guidage 133 comporte un crochet 138 qui, lorsque le dispositif n'est pas sollicité par la pression du fluide, limite la détente du ressort par l'accrochage dans l'épaulement 136 interne du cylindre de guidage 130. La membrane 120 est serrée de manière étanche au fluide par son bourrelet d'étanchéité comme représenté à la figure 1 entre l'organe d'appui inférieur 131 et le boîtier 110 ; par son extrémité 10 opposée à celle du bourrelet d'étanchéité 13, supérieur, la mem- brane est déployée dans un plan perpendiculaire à l'axe géométrique 30, par exemple sous la forme d'une zone d'appui 134 circulaire et à bords circulaires de l'organe d'appui supérieur 132 par un déploiement longitudinal. La région 17 en forme de disque déjà présentée à la figure 1 de l'élément d'appui est portée dans le module 33 par l'organe d'appui inférieur 131 ou fait partie intégrante de cet organe d'appui inférieur. Le bourrelet d'étanchéité ou le joint profilé 13 de la membrane 120 sert à éviter toute fuite de l'extérieur de la chambre à fluide, à partir de l'organe d'appui inférieur 131 et notamment de sa région en forme de disque en étant soutenu ou appuyé. Le ressort 122 a un diamètre va- riant le long de l'axe géométrique 30 qui diminue vers les extrémités s'appuyant contre les deux organes d'appui en ayant ainsi une forme bombée. Partant de la région d'appui 134, le rayon du ressort augmente dans la première partie 123 sur un court segment en direc- tion de l'organe d'appui inférieur 131 suivant une variation sensiblement linéaire. Ensuite on a une seconde partie 124 dans laquelle le rayon du ressort continue d'augmenter sensiblement de façon linéaire mais avec une pente moindre par spire que dans le premier étage 123.

Dans la troisième partie 125 plus courte que celle de la seconde partie 124 le rayon du ressort diminue fortement par spire. Cette forme sert notamment dans la région de la troisième partie à la hauteur des entrée et sortie 22, 24 pour garantir toujours l'accès libre à la chambre à fluide 14. Cela est assuré dans chaque état de fonctionnement de l'amortisseur de pulsation car la membrane avec l'élément d'appui est logé de manière précontrainte dans le boîtier 10 et que par le côté opposé à l'élément d'appui elle copie plus ou moins la forme de l'organe d'appui, c'est-à-dire du ressort de compression et notamment à hauteur de l'entrée ou de la sortie 22, 24 son diamètre est réduit pour ainsi res- ter écarté des orifices d'entrée et de sortie 22, 24 du boîtier. La distance entre les spires du ressort est suffisamment petite pour que la membrane ne risque pas d'être poussée dans l'intervalle des spires mais qu'elle reste toujours soutenue. Le module d'amortissement de pulsation 33 amortit les oscillations de pression d'un fluide qui traverse la chambre à fluide ou se trouve dans cette chambre. Cela est réalisé d'une part par la membrane 120 s'appliquant contre le ressort de compression et d'autre part en ce que le ressort de compression présente une force fixée dans la plage de la pression du fluide. L'élément décisif est que la géométrie particulière du ressort qui évite que dans le cas d'une application de la pression, la membrane forme des plis et risque d'être endommagée à la longue. Les rétrécissements vers les extrémités du ressort c'est-à-dire la forme bombée du ressort par exemple sous la forme de l'échelonnement par partie 123-125 décrit ci-dessus du rayon des spires, constitue des éléments décisifs. La géométrie de l'organe d'appui, celle du boîtier celle du ressort sont conçues pour une durée de vie longue évitant toute usure accidentelle. Les deux organes d'appui 131, 132 se rétractent sous l'effet de l'augmentation de la pression dans le fluide et ainsi de l'augmentation de la pression exercée sur la membrane pour avoir ainsi une évolution à faible frottement de la membrane dans le boîtier. Le ressort 122 est conçu pour qu'au montage cela exclu toute erreur d'assemblage. Le montage des composants est garanti par une liaison de type baïonnette qui en plus comprime le ressort selon sa longueur d'extension. Cela permet au ressort, à l'organe d'appui et à la membrane, d'être pré-assemblés comme module pré-assemblé ou comme module ou comme module amortisseur de pulsations 33 et d'être ensuite logés comme une seule pièce dans le boîtier 10 qui lui-même fait partie du boîtier, par exemple celui d'une pompe. La matière de la membrane 120 est un élastomère spécialement glissant pour ré- duire les forces nécessaires à l'emmanchement de la membrane sur le ressort précontraint par une mise en place par verrouillage de type baïonnette. La figure 3 montre un diagramme donnant la pression en fonction du temps dans une installation hydraulique. Dans l'installation hydraulique telle que par exemple une installation pour transférer et doser un agent de fonctionnement et/ou auxiliaire, cet agent est transféré par une pompe de transfert pour être dosé par une unité de dosage, par exemple dans l'installation de post-traitement des gaz d'échappement. A chaque course de la pompe de refoulement on aura des pointes de pression. De plus la pompe de refoulement et le module de dosage ne sont pas nécessairement synchronisés l'un sur l'autre, c'est-à-dire que la pompe de transfert ou de refoulement peut débiter un volume plus important que celui utilisé par le module de dosage. L'axe dés ordonnées (p) du diagramme donne la pression dans le système hy- draulique et l'axe des abscisses (t) représente le temps. Dans l'état re- présenté, la pompe de transfert débite du liquide de fonctionnement ou liquide auxiliaire bien que le module de dosage diminue à ce moment. Le volume transféré d'agent de fonctionnement et/ou auxiliaire est reçu par l'élément amortisseur selon l'invention. Cela se traduit par une augmentation de pression qui est mise en évidence par la référence 34. La pointe de pression qui se produit à chaque course de transfert est atténuée par l'élément d'amortissement selon l'invention et porte la référence 32 dans le diagramme. Ce comportement en amortissement est assuré sur toute la plage de pression. Normalement des amortisseurs de pression ont la propriété n égative une caractéristique d'amortissement qui varie aux pressions élevées. Le dispositif selon l'invention peut s'utiliser dans une unité de transfert d'un système de port-traitement des gaz d'échappement pour avoir avant tout un système sans pointe de pres- sion gênante et évitant le dommage par la glace dans des enceintes tra- versées par un fluide. D'autres possibilités d'application sont celles de la technique médicale, la thermique et globalement dans un grand nombre de dispositifs hydrauliques et pneumatiques.35 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Dispositif d'amortissement des oscillations de pression 3 Module amortissant les pulsations 10 Boîtier 12 Membrane déformable 13 Bourrelet d'étanchéité 14 Chambre à fluide 16 Elément d'appui déformable élastiquement 17 Région en forme de disque de l'élément d'appui 20 Perçage d'évacuation d'air 22, 24 Orifices 23 Orifice supérieur 26 Canal annulaire 30 Axe géométrique 33 Module amortisseur de pulsations 60 Elément d'appui 120 Membrane 122 Ressort de compression 130 Cylindre de guidage 131 Organe d'appui inférieur 132 Organe d'appui supérieur 133 Tige de guidage 134 Région d'appui 136 Epaulement 138 Crochet 160 Elément d'appui30

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1°) Dispositif (1) pour amortir les oscillations de pression et absorber la pression de la glace dans un volume de fluide comprenant un boîtier (10) et un module amortisseur de pulsations (3, 33), le module d'amortissement de pulsations (3, 33) ayant une membrane (12, 120) déformable élastiquement qui, à l'état assemblé avec le boîtier (10), forme une chambre à fluide (14) dont le volume est variable en fonction de la pression régnant dans la chambre et qui la sépare d'un volume (15), dispositif caractérisé en ce que le module d'amortissement de pulsations comportant un élément d'appui (16, 160) pour soutenir la membrane, l'élément d'appui étant logé dans la cavité (15) et comportant un ressort (122).
2. 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (120) est dimensionnée pour qu'elle s'applique latérale- ment contre le ressort (122) au moins dans l'état sollicité par la pres- sion du fluide.
3. 3°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à l'état installé, le ressort (122) est précontraint.
4. 4°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort (122) a une forme bombée.
5. 5°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'appui (160) comporte au moins deux organes d'appui (131, 132) entre lesquels est inséré le ressort (122).356°) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux organes d'appui (131, 132) se guident réciproquement (130, 133). 7°) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'un des organes d'appui (131) a un cylindre de guidage (130) et l'autre organe d'appui (132) a une tige de guidage (133) de façon que la tige de guidage (133) glisse dans le cylindre de guidage (130). 8°) Installation de transfert de fluide notamment d'une solution aqueuse d'urée pour le post traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique caractérisé par un dispositif intégré (1) pour amortir les oscil- lations de pression et recevoir la pression de la glace dans un volume de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un boîtier (10) et un module amortisseur de pulsation (3, 33), ayant une membrane (12, 120) déformable élastiquement qui, à l'état assemblé avec le boîtier (10) forme une chambre à fluide (14) dont le volume est variable en fonction de la pression régnant dans la chambre et qui la sépare d'un volume (15), le module d'amortissement de pulsations comportant un élément d'appui (16, 160) pour soutenir la membrane, et l'élément d'appui étant logé dans la cavité (15) avec un ressort (122). 9°) Procédé de réalisation d'un dispositif (1) pour amortir les oscillations de pression et absorber la pression de la glace dans un volume de fluides selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le module amortisseur de pulsations (3, 33) est installé pré-assemblé dans le boîtier (10).