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SOUPAPE REGULATRICE DE DEBIT ET DE PRESSION DES FLUIDES.
L'invention concerne les soupapes qui servent à régler le débit des fluides en masse en fonction de la pression du fluide à son point de re- foulement, cette pression étant désignée ci-après sous le nom de "pression de refoulement 81
Un des objets de 1?invention consiste dans une soupape capable de régler d'une manière efficace le débit d'un fluide à refouler en grandes quantités et à grande vitesse sous une pression de refoulement qui doit être maintenue entre des limites étroitesmalgré les variations de la pression dont on dispose pour refouler le fluide ou la résistance opposée à son écou- lement. Ces conditions existent par exemple dans une installation de rem- plissage en combustible des réservoirs d'un avion,
dans lesquels le combus- tible doit être refoulé avec un débit de plusieurs centaines de litres par minute, mais de façon à donner la certitude que la pression de refoulement ne dépasse pas la valeur à laquelle le combustible peut être refoulé en toute sé- curité dans les réservoirs, malgré les variations susceptibles de se produire dans la pression de refoulement de la pompe et/or dans la résistance opposée à l'écoulement du liquide dans les éléments tels que les filtres, les sépara- teurs d'air, les compteursetc.
L'invention consiste en une soupape de réglage du débit des flui- des. en masse dans un tuyau, qui comporte un siège de soupape disposé dans le tuyau..dirigé vers l'amonts et situé dans un plan faisant un angle assez ...grand avec la direction de l'écoulement du fluideun élément de soupape re- posant sur le siège comportant une tige dirigée vers l'amont et partant de sa face d'amont et une tige dirigée vers l'aval et partant de sa face d'aval, un diaphragme ou piston plongeur fixé sur la tige d'amont et subissant sur une face Inaction de la pression d'amont du fluide et sur l'autre face celle de la pression de refoulement ou d'une pression proportionnelle à cette pres- sion,
et un diaphragme ou piston plongeur fixé sur la tige d'aval et subis-
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sant sur une face la pression d9aval du fluide et sur 1?autre face une près- sion de réglage, les surfaces efficaces de Isolément de soupape et des pis- tons plongeurs ou diaphragmes subissant Inaction des pressions d'amont et
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d'a7al du fluide étant sensiblement égales entre elles.
Du fait qulainsi qu'il a été ditg les surfaces efficaces de 19 élément de soupape et des pistons plongeurs ou diaphragmes sont toutes sen- siblement 'égales, la poussée statique exercée par le fluide du tuyau de cha- que coté de Isolément de soupape est sensiblement nulle,de sorte qu'une fai- ble diminution de la pression de refoulement est suffisante pour provoquer 1' ouverture de la soupape et qu'on obtient une ouverture rapide par exemple au commencement du refoulement.
D'autre parts, étant donné que le plan du siège
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de la soupape fait un angle assez grand avec la direction de 19écoulement du liquide, on a la certitude que lorsque la soupape est ouverte et que le liquide passe dans le tuyau;, la face d9amont de Isolément de soupape subit une poussée hydrodynamique plus forte que la face d'aval et que par suite le mouvement de fermeture de la soupape sous l'effet d'une pression de refoule- ment excessive,s'accélère en faisant ainsi reprendre rapidement à la pres- sion de refoulement une valeur sans danger.
Cette accélération est maximum si le plan du siège de la soupape fait un angle droit avec la direction de
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196'*ooulement mais pour des raisons de construction, il est généralement né- cessaire de couder le tuyau à deux reprises pour pouvoir disposer les tiges
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de la soupape et les pistons plongeurs du diaphragme dl'une manière satisfai- santé et il en résulte une résistance à 1-l'écoulement. De préférence, le plan du siège de la soupape fait un angle aigu, par exemple compris entre 30 et
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60 qui permet de loger les tiges de la soupape et les diaphragmes ou pie- tons plongeurs fixés sur elles sur les cotés du tuyau, en évitant ainsi d' avoir à couder le tuyau.
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L9invention est décrite ci-après à titre d9exemple avec le dessin ci-joint à l'appui, sur lequel :
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la figure 1 est une coupe longitudinale d9une soupape régulatrice du débit d'un liquide ; la figure 2 est une coupe semblable dune variante de la soupape;
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la figure 3 est une coupe partielle d,9une variante-dû dispositif exerçant la pression de réglage.
Les éléments semblables des diverses figures sont désignés par les mêmes références.
Les soupapes représentées sur le dessin sont destinées à être montées dans les tuyaux de remplissage en combustible des réservoirs d'un avion. Suivant la figure 1, le tuyau par lequel arrive le combustible est dé- signé par 1 et la direction de son écoulement est indiquée par des flèches.
Le débit est réglé par une soupape qui comporte un siège de soupape 2, se
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trouvant sur la face d'amont d9un rebord intérieur 6 solidaire du tuyau 1 de sorte que le siège se dirige en amont. Un éiém9r de soupape 3 de section circulaire repose sur le siège de soupape 2 dont .Le plan fait un angle assez
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grande par exemple !5 sur la figure.9 par rapport â la direction de 1? écoule- ment. Bien entendu il ne pourrait être question au point de vue géométrique du plan du siège que si le contact entre Isolément de soupape 3 et le siège
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était strictement linéaire.
Mais dans la pratiquer ce contact s.j1ét.a.blit\ sur une surface et le plan du siège dont il est question ici doit être considéré comme désignant un plan de coupe transversal du solide formé par la surface du siège.
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L9élénent de soupape 3 comporte deux tiges : une tige dirigée en amont 4 et une tige dirigée en aval 5.Les extrémités des tiges 4 et 5 sont fixées respectivement sur des diaphragmes 7 et 8 et pénètrent dans des cham- bres 9 et 10 tonnées entre les diaphragmes respectifs 7 et 8 et des éléments de fermeture 11 et 12 qui sont boulonnés sur des brides sur les côtés opposés du tuyau 1. Les diaphragmes sont montés, ainsi qu'on peut le voir de façon à
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former une fermeture étanche au passage du liquide entre l' intérieur du tuy-
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au 1 et les chambres 9 et lD.
La chambre 9 comporte un raccord 13 sur lequel on peut fixer une extrémité d'un tuyau de purge non représenté dont l'autre extrémité communique avec le point de refoulement du combustible.Le rac-
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cord 13 communique avec la chambre 9 par 1intermédiaire d'une petite sou- pape qui permet au fluide de s'écouler librement dans la chambre, mais avec un débit réduit de la chambre dans le tuyau de purge en amortissant ainsi 1' action de la soupape principale. Sur le dessin, cette petite soupape a la
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forme d-lun siège 15 comportant des rainures 17 et une bille 149 qui peut se soulever librement au-dessus de son siège, et dont le mouvement est limité par un élément 16.
La chambre 10 comporte deux petites soupapes chargées par un res-
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sort sous fome de valves de pneumatiques 18 et 19 et un manomètre 20. Pour faire fonctionner le dispositif, on refoule de l'air dans la chambre 10 par une de ces valves jusqu'il ce qu'une pression de réglage déterminée soit at- teinte.
L'autre valve de pneumatique constitue un moyen commode de régler la pression si un excès d'air a été refoulé dans la chambreo On suppose que le robinet de refoulement du tuyau 1 et Isolément de soupape 3 sont ouverts et que le combustible coule dans le tuyau 1 pour arriver dans un réservoir d'a- vion et que, pour une raison quelconque, la pression à l'extrémité de refou-
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lement du tuyau vient d:7atteindra une valeur limite pour laquelle il est dan- gereux de refouler du combustible dans le réservoir. Cette pression se trans- met par le tuyau de purge dans la chambre 9.
La pression de réglage de la chambre 10 a été réglée de façon que lorsque la pression dans la chambre 9
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atteint cette valeur limite!) le diaphragme 7 provoque le mouvement de l'élé- ment de soupape 3 vers sa position de fermeture. On remarquera que Isolément de soupape est guidé dans le rebord 6 par des éléments 21 qui lui permet-tant
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de se déplacer librement dans le sens de 1?axeo Le mouvement de Isolément de soupape vers sa position de fermeture est accéléré par la pression hydrodyna- mique du liquide qui s'exerce sur la face inclinée de Isolément de soupape.
Si la fermeture complète de la soupape a donné lieu à un excès de la pression de refoulements en supposant que le robinet de refoulement du tuy- au 1 est toujours ouvert,, la pression de refoulement du combustible et par suite la pression de réglage dans la chambre 9 diminuent. On remarquera que lorsque Isolément de soupape 3 est ferméil est soumis dans les deux sens à
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Inaction des pressions exercées sur les faces d-aval et d9amont de la soupape, sur la surface efficace de l'élément de soupape à Pendrait du siège 2, la surface efficace étant égale à la surface de la section transversale de 1' élément de soupape, 9 diminuée de celle de la tige 4 ou 5, suivant le cas.
Or
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la surface efficace de 19'élémant de soupape à l'endroit du siège 2 est sen- siblement égale à la surface efficace de chacun des diaphragmes 7 et 80 Par suite, la poussée résultante exercée sur Isolément de soupape par le liquide du tuyau 1 est sensiblement nulle. Si donc la pression dans la chambre 9 dimi- nue légèrement par rapport à celle dans la chambre 10, 19 élément de soupape
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a.9ouvre facilement et le refoulement, du fluide recommence. On remarquera que la pression de refoulement à laquelle Isolément de soupape 3 commence à se fermer est sensiblement inférieure à celle qu est pour main-
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tenir 19'élément fermé, du fait que la pression de femetura est complétée par la pression hydro-dynamique du liquide en mouvement.
Il résulte de ce
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fait combiné avec le fait qu?ainsi qu'on le verra plus loin la relation entre le mouvement de la soupape et la section de passage découverte n,9est pas liné- aire, que non seulement une augmentation de la pression de refoulement pro-
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voque avec certitude un mouvement initial rapide de la soupape, mais encora que la tendance à une interruption complète du refoulement due à un excès de pression est réduite au minimum.
En d'autres termesla pression hydro-dynami- que a pour effet de faire diminuer progressivement la poussée tendant à provo-
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quel' la fesneture de l'élément de soupape, lorsque celui=ci se rapproche de sa position de fezùùetvreo A cette diminution de la poussée s s a joute le fait que la pression dans la chambre 10 augmente lorsque 1'élément de soupape se ferme
La mesure dans laquelle il y a lieu de faire diminuer la vitesse
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à laquelle la poussée de fermeture diminue, lorsque l'élément de soupape s,9ap-
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proche de sa position de fermeture, dépend des limites des pressions de re- foulement entre lesquelles on désire opérer.
Si on désire réaliser un réglage
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sensible entre des limites étroites de la pression de :refoUlement" la vitesse de la diminution de la poussée doit être faible et ce résultat peut être oh- tenu en établissant la pression de réglage, comme 19indique la figure 1, au moyen d'air compriméo La sensibilité du réglage peut avoir tendance dans ce cas à donner lieu à des oscillations mais cette tendance est atténuée par
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Inaction d9amortJasemnt exercée par le canal de section réduite du raccord 1.3o Cette action d9amortJssement peut être réglée en changeant 1'élément 13 et la bille 14.
Lorsque les pressions de refoulement peuvent être comprises entre des limites plus étendues,, on augmente de préférence la vitesse à laquelle la poussée de fermeture diminue au moment où 19 élément de soupape se rappro- che de sa position de fermeture. Ce résultat petit être obtenu en remplaçant, 1.9 air comprimé de la chambre 10 par un ressort, figure 2.Dans la forme de réalisation de la figure 2, les diaphragmes 7 et 8 sont remplacés par des pistons ou pistons plongeurs 22 et 23, fixés sur les tiges 4 et 5 et mobiles dans des cylindres respectifs 24 et, 25,
ce dispositif convenant à des pres- sions de fonctionnement plus élevées que celui de la figure 1. La face posté-
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rieure du piston plongeur 23 est soumise il 19a,,Ption d'un ressort de compris- sion 26,qui établit la pression de réglage de la soupape. Pour pouvoir uti- liser un ressort dont la vitesse de fonctionnement ne soit pas excessive,
il est normalement nécessaire de choisir un ressort exerçant une pression de ré-
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glage sensiblement inférieure à la pression de refoulement nécessaire du com- bustible. La poussée exercée par cette dernière pression est donc réduite avant de s9exercer sur le piston plongeur 22 au moyen d'un piston plongeur 27 de plus petit diamètrequi vient en contact avec le piston 22.Le piston 27 est mobi-
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le dans une chambre cylindrique 28 qu9 on peut faire communique:!!:' avec i.9 sté mité de refoulement du tuyau 1 par le raccord 13.
Dans cette forme de réali- sation la section réduite réglable du raccord 13 est fessée par une soupape
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à pointeau 29 qu-lon peut visser pour la rapprocher eu l.9éloign!3r d'un siège conique 30, un écrou de blocage et une gas-Ritura 31 étanii disposés sur la tige de la soupape.
L9extrémité du ressort 26 éloignée du piston plongeur 23 s'appli- que contre un croisillon 32 qui se visse par une tige filetée 33 et comporte
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des clavettes 34 qui coulissent dans des rainures do clavette du cylindro 25 et empêchent le croisillon 32 de tourner. La tige 33 scmposte un levier 35 qui est fixé sur elle et se termine par une aiguille 36 de sorte qu9 en 1"ai= sant tourner le levier on peut régler 1;effort de eompression s. cé sur le ressort 26. Cet effort de compression est indiqué par l.9aiguille 36 qui ("f){',= père avec une échelle 37. Le levier 35 comporta un volant de blocage 38.
Si on désire augmenter la sensibilité du réglage en conservant un
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ressort pour exercer la pression de réglage, on peut amplifier hy muliquamant le mouvement du piston plongeur 23 pour une amplitude donnée du mouvement du ressort, figure 30 Ce dispositif permet de fa!ra dfl ,.iBi3a? la variation de la. poussée exercée par le ressort pendant le acu-:;
v. de 19élément de soupape en faisant ainsi augmenter la sensibilité air.;i qU3il est décrit, ci=dess1.JSo Suivant la figure 39 le ressort 26 agit sur un piston plongeur libre 38, mo- bile dans un cylindre 39- L.9extrémité inférieure du cylindre comporte un pro- longement 40 percé d9un trou 419 qui communique avaz urne chambre 42 formée dans la partie postérieure du piston plongeur 23 par une portion cylindrique
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creuse en saillie 43 qui coulisse sur le prolongement C La chambre 42, le trou 41 et le cylindre 39 au-dessous du piston plongeur 38,sont remplis par un fluide hydraulique quelconque approprié.
Ainsi qu'on peut le voir, la sur-
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face du piston plongeur 23 subissant Inaction du fluide nlsot qu9une fonction de la surface du piston plongeur 38.. de sorte que 19amplitude du mouvement du piston plongeur 23 est un multiple de celle du mouvement du ressort 26.
Les divers dispositifs des diverses figures peuvent, se rempla-
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cer 1?un par 19autre. Par exemple un diaphragme peut remplacer l'un au 19autre ou les deux pistons plongeurs de la figure 2 et un piston plongeur peut ram-
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placer l'un ou l'autre ou les deux diaphragmes de la figure 1. Au lieu d'é- tablir la pression par un ressort ou par une pression de réglage pneumatique, on peut la faire dériver d'un point de la canalisation, par exemple d'un point situé en amont de la. soupape
On remarquera qu'en disposant le siège de la soupape et son élé- ment suivant un angle de 1?ordre de 45 par rapport au tuyau,on diminue nota- blement l'obstacle opposé par la soupape au passage du liquide dans le tuyau.
De plus, la forme du tuyau au voisinage du siège de la soupape qui est déter- minée par l'arrangement incliné donné à ce siège$) a l'avantage de faire aug- menter la section de passage pendant que la soupape s'éloigne de son sièges, plus rapidement que l'amplitude du mouvement de la soupape. Le trajet de la soupape peut ainsi être plus court pour la section de passage maximum néces- saire et le réglage du débit devient de plus en plus délicat par rapport au mouvement de la soupape pendant que celle-ci s'approche de son siège. On peut encore faire diminuer la résistance opposée par la soupape en donnant à Isolé- ment de soupape 3 une section de forme hydro-dynamique.
Cette section modifie Inaction exercée par la pression hydro-dynamique sur la fermeture de la sou- pape mais dans certains cascette modification peut être avantageuses, par exemple lorsque la vitesse doit être rapide sous une pression de refoulement relativement faible.