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"APPAREIL làIlS3I'JÀFI ùUT0fl,àTIQVIiB?<'T SOUS PRESSION UNE CONDUITE DESCENDANTE DE FLUIDE Ii,10 0il?X3SSIBL3"
La présente invention est relative à un appareil destiné à maintenir automatiquement et indépendamment du débit, la pres- sion en un point donné d'une conduite descendante de fluide incom- pressible, à une valeur choisie à l'avance et réglable à volonté.
Lorsqu'il s'agit de transporter à de grandes distances un fluide incompressible, on sait qu'il est nécessaire d'étudier soi- gneusement la ligne des pressions le long de la tuyauterie si l'on veut maintenir celle-ci entièrement pleine de liquide et éviter que ce liquide ne soit mélangé à un gaz ou à une vapeur.
Dans l'étude de cette ligne des pressions,on doit avoir soin que la pression dans la tuyauterie soit partout au moins é-
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gale à la pression atmosphérique. Faute de cette précaution, tout manque d'étanchéité dans la tuyauterie ou ses organes accessoires, au lieu de se traduire par une fuite de liquide vers l'extérieur, facile à déceler et par conséquent à réparer, aurait pour conséque ce une entrée d'air dans la tuyauterie, entrée d'air qui peut avoir des conséquences graves ainsi qu'on l'indiquera plus loin.
En outre, lorsque le fluide peut atteindre dans la tuyau- terie une température pour laquelle sa tension de vapeur est supé- rieure à la pression atmosphérique, il faut encore qu'en tout poind de la tuyauterie, la pression soit toujours supérieure à la ten- sion de vapeur correspondant 3. la température la plus élevée qui puisse être atteinte en ce point. Si cette condition n'était pas remplie, le liquide se transformerait en vapeur en tous les points où sa température correspondrait à une tension de vapeur plus for- te que la pression régnant à cet endroit.
Dans l'un ou l'autre cas, on voit qu'un tracé défectueux de la ligne des pressions a pour conséquence la présence dans la conduite d'une phase gazeuse au contact de la phase liquide, ce qui peut entraîner des inconvénients graves et multiples.
Tout d'abord, le débit dans la conduite se trouve réduit puisqu'elle doit avoir à transporter, outre le liquide, soit de l'air, soit de la vapeur saturante dont le volume est considérable ment plus grand que celui du liquide.
En second lieu, l'alternance de masses liquides et de mas ses gazeusesdans une même tuyauterie est une cause de chocs qui risquent d'être préjudiciables aux appareils plus ou moins délicat; qui peuvent se trouver sur la tuyauterie en aval du point où le +., s'est produit ou introduit. En particulier, une pompe centrifuge s'emballera au passage du gaz et sera freinée brusquement au pas- sage du liquide, ce qui peut provoquer une usure prématurée des ailettes voire même leur rupture, pour une raison analogue à celle bien connue des "coups u'eau" dans les turbines à vapeur.
Enfin, lorsque le fluide contenu dans la tuyauterie est de l'eau et que le fluide parasite est de l'air, (ce qui est un cas très fréquent) des corrosions peuvent prendre naissance à l'inté-
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rieur de la tuyauterie dont le métal est soumis alternativement à l'action de l'eau et à celle de l'air.
Pour ces différentes raisons on doit chercher à éviter 1' introduction d'air ou la production de vapeur dans la tuyauterie et, dans ce but, maintenir la pression à une valeur convenable pour tous les points, et pour toutes les valeurs du débit,
Un procédé connu pour parvenir à ce résultat consiste à déterminer le point de la tuyauterie où les conditions sont les plus défavorables, c'est-à-dire le point tel que si la pression y est supérieure au minimum nécessaire, la pression en n'importe quel autre point sera ipso factoplus grande que ce minimum. On place en ce point un organe manométrique dont les impulsions sont transmises hydrauliquement, pneumatiquement ou électriquement à un servo-mo- teur qui commande un robinet placé en un point judicieusement choi- si de la tuyauterie.
L'ouverture ou la fermeture de ce robinet ont été calculées en fonction de l'impulsion manométrique correspondan- te de telle sorte qu'elles maintiennent à la valeur désirée la près sion au point choisi.
L'inconvénient de ce procédé est la nécessité d'avoir un tube ou une ligne de liaison entre l'organe manométrique et le ser- vo-moteur du robinet. Cette liaison est tout d'abord une cause de dépense si le point où est prise l'impulsion manométrique est éloi- gné de celui où se trouve le robinet. C'est aussi un risque de dé- rangement par suite a' une rupture possible de cetube ou de cette ligne, qu' il est donc nécessaire de vérifier et d'entretenir périodiquement.
La présente invention a pour objet un dispositif permet- tant d'obtenir le même résultat en évitant la sujétion d'une liai- son entre le point où l'on veut régler la pression et celui où se trouve le robinet de réglage.
Les figures des dessins ci-joints qui sont destinés 9. fai- re comprendre plus clairement l'objet de l'invention sans en limi- ter d'aucune manière la portée, représentent : La fige 1 un schéma de la tuyauterie montrant comment varie la li- gne des pressions suivant le débit; la fig. 2 le même schéma montrant comment varie la ligne des pres-
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sions une fois qu'on a installé l'appareil faisant 4'objet de l'in vention : les fig. 3 et 4, un schéma de principe et une variante de l'appa- reil suivant l'invention; les fig. 5 et 6 des exemples de réalisation de l'invention; la fig. 7 un appareil auxiliaire.
Sur la fige 1, on a représenté en 1,2,3, une tuyauterie dont la partie 1,2 est descendante alors que la partie 2,3 est sen siblement horizontale. A son origine en 1 la tuyauterie reçoit un certain débit d'eau, au moyen par exemple d'une pompe 4. A son ex- trémité 3, la tuyauterie débouche à la pression atmosphérique. On sait calculer la perte de charge dans la tuyauterie 1,2,3 pour un certain débit. Si l'on porte cette perte de charge en 5,6 à la mê- me échelle que les altituaes de la tuyauterie, la longueur 1,6 re- présentera la charge dans la tuyauterie au point 1. De même pour tous les autres points de la tuyauterie 1,2,3. On peut ainsi tra- cer la ligne des pressions 6,3.
Sur la fig. 1, la ligne des pres- sions a été choisie rectiligne par mesure de simplification, ce qui revient à supposer que la tuyauterie 1,2,3 a partout le même dia- mètre, mais il est certain que les conclusions qui vont suivre s'la pliqueraient tout aussi bien quelle que soit la forme de cette li- gne.
Pour le débit considéré, la ligne des pressions 6,3 est toujours située au dessus de la tuyauterie 1,2,3 ce qui implique que la charge est toujours positive ; pour un débit plus fai- ble, pour lequel la perte de charge dans la tuyauterie serait re- présentée par la longueur 5,7 et la ligne des pressions par la droi te 7,3, il n'en serait plus de même. La ligne des pressions et la tuyauterie se coupent au point 8 ce qui montre que toute la partie de la tuyauterie comprise entre le point i et le point 8 se trou- ve en dépression.
D'une façon plus générale, pour une tuyauterie ayant une forme telle que 1,2,3, il y aura dépression dans la tuyauterie cha que fois que le débit aura une valeur inférieure à celui pour le- quel la perte de charge dans la tuyauterie est égale à la longueur 5,1. Ce débit représente le débit minimum qui peut passer dans la tuyau-
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t erie sans risque d'entrée d'air par manque d'étanchéité.
Si, en outre, le liquide était susceptible de se vaporiser dans la tuyauterie, il faudrait porter vers le haut à partir du point 1 une longueur 1,9 représentant la tension de vapeur pour la température la plus élevée pouvant rogner au point 1. Le débit minibus dans la tuyauterie serait alors celui pour lequel la per- te de charge est représentée par la longueur 5,9.
Dans l'exemple considéré, le point auquel il faut mainte- nir la pression est le point initial 1. Il n'en est pas toujours nécessairement ainsi ; par exemple, si la tuyauterie comportait un ou plusieurs passages en forme de siphon, le point à considérer pourrait être le sommet de l'un deux. Dans tous les cas, le tracé de la ligne des pressions renseignera sur le point qui doit être choisi.
La fig. 2 montre comment l' installation d'un robinet au point 10 permet de déformer la ligne des pressions de telle façon qu'elle passe toujours au dessus de la conduite. Si ce robinet crée une perte de charge représentée par la longueur 11,12 la li- gne des pressions prendra la forme 9,12,11,3 telle que la droite 9 12 soit parallèle à la droite 7,il.
Cette perte ae charge 11, 12 peut être réalisée automati- quement suivant un procédé connu én commandant la position du ro- binet 10 par un organe manométrique placé au point 1 et réglé pour la charge 1,9 de telle façon que si la charge au point 1 est plus grande que cette valeur, le robinet s'ouvre et vice versa. L'ouver ture du robinet 10 a pour conséquence une diminution de la perte de charge 11,12 ce qui ramène au point 9 le point de départ de la ligne des pressions.
L'objet de l'invention est un appareil permettant d'obte- nir le même résultat sans organe manométrique placé au point 1.
La figure 3 représente schématiquement cet appareil qui est constitué essentiellement par un corps de robinet 13 à l'inté- rieur duquel est une cloison 13' présentant une ouverture 15 for- mant siège pour recevoir une soupape 14 non équilibrée. La soupa- pe 14 est montée sur une tige 16 coulissant entre des presse-étou- pe 16', 16" et 16"" et est reliée à une extrémité à un organe ten
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dant à la fermer ; sur la fige 3 cet organe est un poids 17, mais il pourrait tout aussi bien être un ressort, un piston ou n'impor te quel autre dispositif créant une force.
A son autre extrémité, la tige 16 est reliée à une membrane 18 contenue dans une boîte i9
La soupape 14 est disposée de telle façon que l'eau circu lant dans le corps du robinet, de l'orifice d'entrée 20 à l'orifi ce de sortie 21 passe sous la soupape 14, c'est-à-dire que le mou vement de l'eau tend à l'ouvrir.
Un diaphragme 22 est monté sur la tuyauterie amenant l'ea à l'orifice d'entrée 20 et des tubes 23 et 24 reliés respective- ment à la face amont et à la face aval de ce diaphragme transmet- tent les pressions correspondantes de l'eau sous et sur la membre, ne 18.
La force agissant sur la soupape 14 (c'est-à-dire sur la fig. 3, le poids 17) est calculée de façon à équilibrer une color ne d'eau ayant une hauteur égale à la longueur 5,9 de la fig. 2.
Dans ces conditions, la soupape fonctionnerait exactement de la même façon qu'une soupape de sûreté s'il n'y avait pas de perte de charge dans la conduite entre le point 1 et le point 10. On voi sur la fig. 2, que du fait de cette perte de charge, la charge a- gissant sur la soupape n'est pas représentée par la longueur 5,9 mais par la longueur 10,12.
Suivant l'invention, ,le rôle de la membrane 18 est préci- sément de compenser cette perte de charge. La différence de pres- sion entre les aeux faces de la membrane 13, qui est égale à la différence de pression de part et d'autre du diaphragme 22, est d'autant plus forte que le débit est plus grand, c'est-à-dire que la perte de charge entre le point 1 et le point 10 de la fig. 2 est plus élevée. En calculant convenablement la surface de la mem- brane 18 et la section du diaphragme 22 par rapport à la surface de la soupape 14, on peut donc obtenir que l'effort exercé sur la membrane 18 et transmis à la soupape 14 compense sensiblement la diminution de l'effort exercé sur la dite soupape par suite de la perte de charge dûe au débit dans la conduite.
Lorsque la pression au point 1 augmente, la pression sous la soupape 14 augmente de même, ce qui produit un accroissement
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de l'ouverture pour celle-ci. En même temps, la portée de charge entre le point 1 et le point 10 augmente ce qui diminue la pres- sion sous la soupape 14 et tendrait à provoquer une fermeture par- tielle de celle-ci; mais en même temps la perte de charge à tra- vers le diaphragme 22 ayant augmenté il en est de même de la pres- sion différentielle sur la membrane 18, ce qui maintient la sou- pape 14dans sa nouvelle position.
La figure 4 représente une variante de l'invention suivant laquelle, afin de supprimer tous les presse-étoupe, le poids 17 se trouve à l'intérieur du corps de robinet 13. La face supérieure de la membrane 18 communique directement avec l'eau contenue dans le robinet, ce qui supprime le tube 24, la pression dans le robi- net étant sensiblement la même qu'en aval du diaphragme 22.
La figure 5 montre la réalisation pratique d'un appareil suivant l'invention ; cette figure les mêmes chiffres de réfé- rence désignent les mêmes organes que sur les fig. 3 et 4.
Le poids 17 est placé dans le corps de robinet 13 et la tige 16 coulisse à son extrémité supérieure dans un guide prévu dans le chapeau de ce corps.
La fig. 6 montre une variante de construction de l'apparen représenté notamment fig. 3. Sur cette figure, les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments que sur la fig. 3.
La membrane 18 est remplacée, par un piston 30, coulissant librement dans un cylindre 30', le fonctionnement restant le même.
Un tel aménagement a été prévu pour permettre une plus grande le- vée de la soupape 14 lorsque son débit devient très grand.
Pour la même raison, lorsque la vitesse du fluide dans la conduite vient à dépasser sa valeur normale, il est alors avanta- geux d'augmenter l'ouverture de la soupape 14 de manière à rédui- re la perte de charge du fluide.
A cette fin, on préconise également, suivant l'invention, l'emploi d'un appareil auxiliaire appelé ci-après "Distributeur- relais de pression". Cet appareil permet d'utiliser la charge gé- ométrique ou manométrique H du fluide contenu dans la conduite pour accélérer l'ouverture de la soupape 14, lorsque le débit de
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cette conduite vient à dépasser une certaine valeur et qu'il est nécessaire d'accroître ce débit sans augmenter la perte de char- ge du fluide à travers la soupape.
Ce dernier appareil est donc combiné avec la soupape a- gencée par exemple conformément à la fig. 3, ou selon la fig. 6 comme montré schématiquement fig. 7.
Sur cette figure A.B.C. désignent la conduite descendan- te de fluide incompressible.
Le dit appareil comprend deux organes essentiels : 1 ) un cylindre dont le double piston aa' reçoit les impulsions du diaphragme 22 à l'aide des tuyaux de liaison b et c.
Le double piston est soumis d'une part à l'action d'un ressort an- tagoniste h, d'autre part à la pression différentielle du diaphag.
22.
2 ) un double .tiroir distributeur de pression dd, qui a pour fonction, soit de mettre le compartiment e du cylindre serve moteur 30' de la soupape 14 en communication avec le compartiment aval de cette soupape soit de maintenir seulement en communication le compartiment e avec le côté aval du diaphragme 22.
Le cylindre à double piston et le double tiroir distri- buteur de pression sont reliés par un fléau g qui oscille autour d'un axe g'.
L'ensemble de ce dispositif fonctionne de la manière suivante : La soupape 14 est chargée à l'aide du contrepoids 17 auquel s'ajoute le poids du piston 30, de manière à équilibrer la charge géométrique H. du fluide du tronçon de canalisation AB. Le fonctionnement de cette soupape est identique à celui de la soupa pe suivant la figure 3.
Au point haut A, la pression dans la conduite est maintenue légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
Lorsque le débit du fluide augmente, la différence de pression entre l'amont et l'aval du diaphragme 22 s'accroît; elle se manifeste sur le double piston 'dans le sens aa'. L'action de cette pression différentielle créée par le diaphragme 22 com- prime le ressort antagoniste 11 en déplaçant le double pistonna.' de haut en bas. Le fléau oscille et fait déplacer le tiroir dd'
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de bas en haut. Une tuyauterie i dont l'orifice (ou lumières) se trouve ainsi découvert met alors en communication le compartiment e avec la tuyauterie D, en aval de la soupape 14, par l'intermé- diaire de la tuyauterie k. La conduite D est en relation avec 1' atmosphère.
A ce moment, toute la charge manométrique du fluide à l'amont du diaphragme 22 s'exerçant d'une manière permanente dans le compartiment f, sous la face du piston 30, par l'intermé- diaire de la tuyauterie 1, a son plein effet.
Si on désigne par :
A P la perte de charge du fluide dans la conduite à l'a- mont de la soupape 14
Po, la pression atmosphérique Pi, la pression à l'amont du diaphragme 22,
P2, la pression à l'aval du diaphragme 22, l'écart de pression entre les compartiments et 1 du cylindre servo-moteur de la soupape 14 sera :
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P1. - Po = H - 1 P
Si au contraire, le débit de la conduite A.B.C. diminue, la résistance du ressort antagoniste h n'étant plus équilibrée par la pression différentielle P1-P2, le double piston aa' et le fléau g sont animés de mouvements inverses de ceux décrits précé- demment de sorte que le tiroir distributeur dd'descend de haut en bas, fermant ainsi les lumières de la conduite 1 et découvrant' l' orifice ou lumières de la conduite j qui est en communication avec l'aval du diaphragme 22. Dans ce cas, le mouvement d'ouverture de la soupape 14 n'est pas accéléré; seule la perte de pression sous cette soupape, résultant de la perte de charge ¯ P, se trouve com- pensée.
Le distributeur-relais de pression peut être construit d'une manière totalement différente, à condition que sa fonction par rapport à la soupape reste la même.
Il est naturellement loisible sans sortir du cadre de l'invention de réaliser d'autres variantes se comportant pratique ment de la même façon que les exemples décrits ci-dessus.
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"DEVICE thereIlS3I'JÀFI ùUT0fl, àTIQVIiB? <'T UNDER PRESSURE A DOWNLINE OF FLUID Ii, 10 0il? X3SSIBL3"
The present invention relates to an apparatus intended to maintain automatically and independently of the flow rate, the pressure at a given point of a downward pipe of incompressible fluid, at a value chosen in advance and adjustable at will.
When it comes to transporting an incompressible fluid over great distances, we know that it is necessary to carefully study the pressure line along the piping if we want to keep it entirely full of pressure. liquid and prevent this liquid from being mixed with gas or vapor.
In the study of this pressure line, care must be taken that the pressure in the piping is everywhere at least e-
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equal to atmospheric pressure. In the absence of this precaution, any lack of tightness in the piping or its accessory components, instead of resulting in a liquid leak to the outside, easy to detect and therefore to repair, would result in an inlet of air in the piping, air inlet which can have serious consequences as will be indicated later.
In addition, when the fluid can reach a temperature in the pipe at which its vapor pressure is greater than atmospheric pressure, it is also necessary that at all points of the pipe, the pressure is always higher than the ten. - corresponding steam pressure 3. the highest temperature that can be reached at this point. If this condition were not fulfilled, the liquid would turn into vapor at all points where its temperature would correspond to a vapor pressure greater than the pressure prevailing at that point.
In either case, it can be seen that a defective line of the pressure line results in the presence in the pipe of a gas phase in contact with the liquid phase, which can cause serious drawbacks and multiple.
First of all, the flow in the pipe is reduced since it must have to transport, in addition to the liquid, either air or saturating vapor, the volume of which is considerably greater than that of the liquid.
Second, the alternation of liquid masses and gaseous mas its in the same pipe is a cause of shocks which may be detrimental to more or less delicate apparatus; which may be on the piping downstream of the point where the +. has occurred or has been introduced. In particular, a centrifugal pump will get carried away when the gas passes and will be braked suddenly when the liquid passes, which can cause premature wear of the fins or even their rupture, for a reason similar to that well known to "blows u 'water' in steam turbines.
Finally, when the fluid contained in the piping is water and the parasitic fluid is air, (which is a very frequent case) corrosions can arise inside.
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laughter of the piping, the metal of which is subjected alternately to the action of water and that of air.
For these various reasons we must seek to avoid the introduction of air or the production of steam in the piping and, for this purpose, to maintain the pressure at a suitable value for all points, and for all flow values,
A known method for achieving this result is to determine the point in the pipe where the conditions are most unfavorable, i.e. the point such that if the pressure there is greater than the minimum necessary, the pressure in n ' any other point will ipso fact be greater than this minimum. A manometric member is placed at this point, the impulses of which are transmitted hydraulically, pneumatically or electrically to a servomotor which controls a valve placed at a carefully chosen point of the piping.
The opening or closing of this valve has been calculated as a function of the corresponding manometric impulse in such a way that they maintain the desired value at the desired point.
The disadvantage of this method is the need to have a tube or a connecting line between the manometric member and the valve servo-motor. This connection is first of all a cause of expense if the point where the manometric pulse is taken is far from that where the valve is located. It is also a risk of damage due to a possible rupture of this tube or of this line, which it is therefore necessary to check and maintain periodically.
The object of the present invention is a device making it possible to obtain the same result while avoiding the subjection of a connection between the point where it is desired to regulate the pressure and that where the regulating valve is located.
The figures of the accompanying drawings which are intended 9. to make the object of the invention more clearly understood without in any way limiting its scope, show: Fig. 1 a diagram of the piping showing how the pressure line according to the flow rate; fig. 2 the same diagram showing how the pressure line varies
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sions once the apparatus which is the subject of the invention has been installed: FIGS. 3 and 4, a block diagram and a variant of the apparatus according to the invention; figs. 5 and 6 of the embodiments of the invention; fig. 7 an auxiliary device.
In fig 1, 1,2,3 shows a pipe of which the part 1,2 descends while the part 2,3 is substantially horizontal. At its origin at 1, the pipe receives a certain flow of water, for example by means of a pump 4. At its end 3, the pipe opens at atmospheric pressure. We know how to calculate the pressure drop in the piping 1,2,3 for a certain flow rate. If we bring this pressure drop in 5.6 to the same scale as the altituaes of the piping, the length 1.6 will represent the load in the piping at point 1. Similarly for all the other points of the piping 1,2,3. We can thus draw the line of pressures 6.3.
In fig. 1, the pressure line has been chosen rectilinear for the sake of simplicity, which amounts to supposing that the piping 1,2,3 has the same diameter everywhere, but it is certain that the conclusions which follow will apply would bend it just as well regardless of the shape of this line.
For the flow considered, the pressure line 6.3 is always located above the pipe 1,2,3 which implies that the load is always positive; for a lower flow rate, for which the pressure drop in the piping would be represented by the length 5.7 and the pressure line by the straight 7.3, it would no longer be the same. The pressure line and the piping intersect at point 8, which shows that the entire part of the piping between point i and point 8 is in depression.
More generally, for a pipe having a shape such as 1,2,3, there will be depression in the pipe each time the flow rate is lower than that for which the pressure drop in the pipe. piping is equal to length 5.1. This flow represents the minimum flow that can pass through the pipe.
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T ery without risk of air entry due to lack of tightness.
If, in addition, the liquid was liable to vaporize in the piping, it would be necessary to carry upwards from point 1 a length 1.9 representing the vapor pressure for the highest temperature which can be cut off at point 1. The minibus flow rate in the piping would then be that for which the pressure drop is represented by the length 5.9.
In the example considered, the point at which the pressure must be maintained is the initial point 1. This is not always necessarily so; for example, if the piping had one or more siphon-shaped passages, the point to consider could be the top of one of them. In all cases, the plot of the pressure line will provide information on the point that must be chosen.
Fig. 2 shows how the installation of a valve at point 10 allows the pressure line to be deformed in such a way that it always passes above the pipe. If this valve creates a pressure drop represented by the length 11,12, the pressure line will take the form 9,12,11,3 such that the line 9 12 is parallel to the line 7 il.
This loss of load 11, 12 can be achieved automatically according to a known method by controlling the position of valve 10 by a manometric member placed at point 1 and adjusted for load 1.9 in such a way that if the load at point 1 is greater than this value, the valve opens and vice versa. The opening of the valve 10 results in a decrease in the pressure drop 11, 12 which brings back to point 9 the starting point of the pressure line.
The object of the invention is an apparatus making it possible to obtain the same result without a manometric device placed at point 1.
FIG. 3 schematically shows this apparatus which consists essentially of a valve body 13 inside which is a partition 13 'having an opening 15 forming a seat to receive an unbalanced valve 14. The valve 14 is mounted on a rod 16 sliding between the cable glands 16 ', 16 "and 16" "and is connected at one end to a ten member.
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dant to close it; on the pin 3 this member is a weight 17, but it could just as well be a spring, a piston or any other device creating a force.
At its other end, the rod 16 is connected to a membrane 18 contained in a box i9
The valve 14 is arranged such that the water circulating in the body of the tap, from the inlet port 20 to the outlet port 21 passes under the valve 14, that is to say that the movement of water tends to open it.
A diaphragm 22 is mounted on the pipe bringing the water to the inlet port 20 and tubes 23 and 24 respectively connected to the upstream face and to the downstream face of this diaphragm transmit the corresponding pressures of the diaphragm. water under and over the limb, do 18.
The force acting on the valve 14 (that is to say in fig. 3, the weight 17) is calculated so as to balance a color of water having a height equal to the length 5.9 of fig. . 2.
Under these conditions, the valve would work exactly the same way as a safety valve if there was no pressure drop in the pipe between point 1 and point 10. We see in fig. 2, that because of this pressure drop, the load acting on the valve is not represented by the length 5.9 but by the length 10.12.
According to the invention, the role of the membrane 18 is precisely to compensate for this pressure drop. The pressure difference between the two faces of the membrane 13, which is equal to the pressure difference on either side of the diaphragm 22, is all the greater as the flow rate is greater, that is, that is, the pressure drop between point 1 and point 10 in fig. 2 is higher. By suitably calculating the area of the diaphragm 18 and the section of the diaphragm 22 with respect to the area of the valve 14, it is therefore possible to obtain that the force exerted on the diaphragm 18 and transmitted to the valve 14 substantially compensates for the reduction. the force exerted on said valve as a result of the pressure drop due to the flow in the pipe.
As the pressure at point 1 increases, the pressure under valve 14 likewise increases, resulting in an increase
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of the opening for it. At the same time, the load range between point 1 and point 10 increases which decreases the pressure under valve 14 and would tend to cause partial closure of the latter; but at the same time as the pressure drop across diaphragm 22 has increased so does the differential pressure across diaphragm 18, which maintains valve 14 in its new position.
FIG. 4 represents a variant of the invention according to which, in order to eliminate all the cable glands, the weight 17 is located inside the valve body 13. The upper face of the membrane 18 communicates directly with the water. contained in the valve, which eliminates the tube 24, the pressure in the valve being substantially the same as downstream of the diaphragm 22.
FIG. 5 shows the practical embodiment of an apparatus according to the invention; in this figure, the same reference numbers designate the same components as in FIGS. 3 and 4.
The weight 17 is placed in the valve body 13 and the rod 16 slides at its upper end in a guide provided in the cap of this body.
Fig. 6 shows an alternative construction of the apparatus shown in particular in FIG. 3. In this figure, the same reference numerals denote the same elements as in FIG. 3.
The membrane 18 is replaced by a piston 30 which slides freely in a cylinder 30 ', the operation remaining the same.
Such an arrangement has been provided to allow greater lifting of the valve 14 when its flow rate becomes very great.
For the same reason, when the speed of the fluid in the pipe exceeds its normal value, it is then advantageous to increase the opening of the valve 14 so as to reduce the pressure drop of the fluid.
To this end, it is also recommended, according to the invention, the use of an auxiliary device called hereinafter "pressure distributor-relay". This device makes it possible to use the geometrical or manometric load H of the fluid contained in the pipe to accelerate the opening of the valve 14, when the flow of
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this pipe comes to exceed a certain value and it is necessary to increase this flow rate without increasing the pressure loss of the fluid through the valve.
This latter device is therefore combined with the valve arranged for example in accordance with FIG. 3, or according to FIG. 6 as shown schematically in FIG. 7.
In this figure A.B.C. designate the down pipe of incompressible fluid.
Said apparatus comprises two essential components: 1) a cylinder whose double piston aa 'receives the impulses from the diaphragm 22 using the connecting pipes b and c.
The double piston is subjected on the one hand to the action of an antagonist spring h, on the other hand to the differential pressure of the diaphag.
22.
2) a double pressure distributor valve dd, whose function is either to put the compartment e of the cylinder used as the engine 30 'of the valve 14 in communication with the downstream compartment of this valve or to maintain only the compartment e in communication with the downstream side of the diaphragm 22.
The double piston cylinder and the double pressure distributor spool are connected by a beam g which oscillates around an axis g '.
The whole of this device works as follows: The valve 14 is loaded using the counterweight 17 to which is added the weight of the piston 30, so as to balance the geometric load H. of the fluid of the pipe section AB . The operation of this valve is identical to that of the valve according to figure 3.
At the high point A, the pressure in the pipe is kept slightly above atmospheric pressure.
When the flow rate of the fluid increases, the pressure difference between the upstream and the downstream side of the diaphragm 22 increases; it manifests itself on the double piston 'in the direction aa'. The action of this differential pressure created by the diaphragm 22 compresses the counter spring 11 by moving the double piston. from top to bottom. The flail oscillates and moves the drawer of
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from bottom to top. A pipe i, the orifice (or ports) of which is thus discovered, then puts the compartment e in communication with the pipe D, downstream of the valve 14, via the pipe k. Line D is related to the atmosphere.
At this moment, all the pressure load of the fluid upstream of the diaphragm 22, exerted in a permanent manner in the compartment f, under the face of the piston 30, through the intermediary of the pipe 1, has its full effect.
If we denote by:
A P the pressure drop of the fluid in the pipe upstream of the valve 14
Po, the atmospheric pressure Pi, the pressure upstream of diaphragm 22,
P2, the pressure downstream of the diaphragm 22, the pressure difference between the compartments and 1 of the servomotor cylinder of the valve 14 will be:
EMI9.1
P1. - Po = H - 1 P
If, on the contrary, the flow of the A.B.C. decreases, the resistance of the antagonist spring h no longer being balanced by the differential pressure P1-P2, the double piston aa 'and the beam g are animated with movements opposite to those described above so that the distributor spool d' descends from top to bottom, thus closing the ports of line 1 and uncovering the orifice or ports of line j which is in communication with the downstream side of diaphragm 22. In this case, the opening movement of valve 14 is not accelerated; only the pressure loss under this valve, resulting from the pressure drop ¯ P, is compensated.
The pressure relay distributor can be constructed in a completely different way, provided that its function in relation to the valve remains the same.
It is naturally permissible without departing from the scope of the invention to produce other variants which behave practically in the same way as the examples described above.