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"SHELL" REFINING and MARKETING COMPANY LIMITED, résidant à LONDRES.
SOUPAPE REGULATRICE DE DEBIT ET DE PRESSION DES FLUIDES.
La présente invention est relative à une soupape servant à ré- gler le débit de fluides, en fonction de la pression du fluide en un point du système, éloigné de la soupape
Le brevet belge n 502.814 est relatif à une telle soupape, con - portant un siège de soupape disposé dans le tuyau dirigé vers l'amont et situé dans un plan incliné par rapport à la direction de l'écoulement du fluide, un élément de soupape, agencé pour reposer sur le siège et compor- tant une tige dirigée vers l'amont et partant de sa face d'amont, ainsi qu' une tige dirigée vers l'aval et partant de sa face d'aval,
un diaphragme ou piston plongeur fixé à la tige d'amont et subissant sur une face l'ac- tion de la pression d'amont du fluide et sur l'autre face celle de la pres- sion de refoulement ou d'une pression proportionnelle à cette pression de refoulement, et un diaphragme ou piston plongeur fixé à la tige d'aval et subissant sur une face la pression d'aval du fluide et sur l'autre face une pression de réglage, les surfaces efficaces de l'élément de soupape et des pistons plongeurs ou diaphragmes subissant Inaction des pressions d'amont et d'aval du fluide étant sensiblement égales l'une à l'autre.
On a découvert à présent que la soupape décrite dans le brevet précité peut avantageusement être modifiée, de façon que l'application de la pression de refoulement ou d'une pression proportionnelle à celle-ci et d'une pression de réglage aux diaphragmes ou pistons plongeurs respec- tifs soit renversée, en sorte que le diaphragme ou piston plongeur faisant face au siège de la soupape subit sur une face l'action de la pression de réglage. Cette modification permet d'utiliser la soupape dans des circon- stances où il est nécessaire que la soupape soit ouverte, lorsque la pres- sion de refoulement atteint une valeur prédéterminée.
La soupape modifiée suivant la présente invention peut avoir son siège situé dans un plan perpendiculaire à la direction d'écoulement du flui-
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de, bien que dans la forme d'exécution préférée de la soupape, ce siège soit incliné, de manière à former un angle avec la direction d'écoulement du fluide, cet angle étant avantageusement un angle aigu, par exemple un angle compris entre 30 et 60
La soupape modifiée suivant la présente invention présente de l'intérêt dans les systèmes distributeurs de liquides, pour réduire les pres- sions excessives provenant de changements dans le débit. Un tel système sera décrit plus complètement dans la suite du présent mémoire.
La présente invention est illustrée, à titre d'exemple, dans les dessins ci-annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique montrant l'agencement général d'une partie d'un système, dans lequel la soupape suivant l'inven- tion est incorporée, - la figure 2 est une coupe longitudinale de la soupape employée dans le système représenté à la figure 1, et - la figure 3 est une vue fragmentaire d'une soupape modifiée suivant l'invention, dans laquelle la pression de réglage est fournie par un ressort.
Le système représenté à la figure 1 des dessins constitue un exemple d'un système d'alimentation du type dit statique, utilisé pour l'a- limentation en carburant des réservoirs d'avions. Dans ces systèmes, le carburant liquide est amené par une pompe à déplacement positif d'un grand réservoir d'emmagasinage statique adjacent dans un système de conduits alimentant un ou plusieurs postes distributeurs commandés par une soupape et situés au voisinage des endroits de parquage des avions, c'est-à-dire à une certaine distance de la pompe.
Dans le présent exemple, la soupape modifiée suivant l'invention est utilisée pour régler l'écoulement d'un liquide à travers le conduit de dérivation de la pompe, la soupape fonc- tionnant en fonction de la pression régnant dans le système de conduits et s'ouvrant, lorsque le conduit d'évacuation est fermé.
Le système complet comprend une pompe 1 entraînée, par exemple par un moteur Diesel (non représenté) et relié du côté aspiration 2, par un tuyau 3, à un grand réservoir d'emmagasinage et, du côté refoulement 4, par un conduit d'évacuation ou de refoulement 5, à un système distributeur comprenant un certain nombre de conduits aboutissant chacun à un poste distributeur contrôlé par une soupape d'évacuation. Pour la simplicité des dessins, le réservoir et le système distributeur, qui sont tous deux du type conventionnel, n'ont pas été représentés sur les dessins
A la figure 1, la pompe 1 est reliée à la conduite de refoule- lement 5 , par l'intermédiaire d'une soupape 6 chargée par un ressort Un embranchement, dans lequel est monté un Venturi 7 sert de dérivation ou by-pass pour la soupape 6.
Le but de cette soupape 6 est d'assurer que l'écoulement de liquide dans le conduit de refoulement 5 soit toujours ac- compagné d'un écoulement de liquide à travers le Venturi 7, la soupape 6 restant ouverte, tant qu'un écoulement appréciable a lieu par le conduit de refoulement, mais tendant à se fermer lorsque le débit diminue à la suite d'une fermeture ou interruption partielle de l'écoulement. Un con- duit de purge 8 à petit alésage se termine, à son extrémité 9,dans le Ven- turi 7, ce conduit 8 étant réglable par rapport au Venturi 7, de façon à permettre de faire varier la position de l'extrémité 9 de ce conduit par rapport à l'étranglement 10 du Venturi 7.
Le' conduit de purge 8 est relié à son autre extrémité 11 à une soupape 12 suivant l'invention, cette sou- pape étant montée dans un conduit de dérivation 13 reliant le côté aspira- tion 2 de la pompe 1 au côté refoulement 4 de cette pompsa
La soupape est représentée plus en détails à la figure 2. Elle comporte un siège de soupape 14, qui est formé sur un épaulement intérieur 15 prévu dans le corps de la soupape 12. Sur le dessin, le siège de sou- pape 14 est dirigé dans la direction amont par rapport à la soupape 12, c'
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est-à-dire dans la direction du côté refoulement de la pompe 1. A la fi- gure 2, la direction de 1'écoulement du liquide à travers la soupape 12 est indiquée par des flèches, qui correspondent à celles montrées à la figure 1.
Un élément de soupape 16 de section circulaire est agencé pour prendre appui ou reposer sur le siège de soupape 14, le plan de ce dernier siège formant un angle assez grand, cet angle étant de 45 à la figure 2, par rapport à la direction de l'écoulement à travers la soupape 12.
On comprendra aisément que l'expression "plan du siège de la soupape " dé- signe, dans le présent mémoire, un plan transversal de la figure pleine formée par la surface d'appui
L'élément de soupape 16 porte deux tiges, à savoir une tige d'amont 17 et une tige d'aval 18. Les extrémités des tiges 17 et 18 sont fixées à des pistons 19 et 20, qui peuvent coulisser et forment des joints étanches aux liquides respectivement dans les éléments de fermeture 21 et 22, ces derniers éléments étant boulonnés à des épaulements 23 et 24 prévus aux extrémités opposées du corps de soupape 12.
Les surfaces ef- ficaces de Isolément de soupape 16 et des pistons 19 et 20 sont toutes sen- siblement égales, en sorte que la poussée statique résultante sur Isolé- ment de soupape 16 est sensiblement nulle.
L'élément de fermeture 22 présente une chambre 25 séparée de l'intérieur de la soupape 12 par le piston 20. A l'épaulement 23 est fixé une boîte creuse 26 en forme de cloche, s'étendant dans la direction oppo- sée à celle de l'élément de fermeture 21 et formant avec la partie inté- rieure de la boîte située du côté opposé, par rapport à l'élément de sou- pape 16, du piston 19, une chambre à air 27, qui est séparée de l'inté- rieur de la soupape 12 par le piston 190
L'élément de fermeture 22 est pourvu d'un raccord 28,auquel est assujettie l'extrémité 11 du conduit de purge 8 et la boîte creuse 26 porte deux valves Schrader 29 et 30 et un manomètre 31. Par l'intermédiaire d'une de ces valves,de l'air peut être pompé dans la chambreà air 27,
jusqu'à ce qu'une pression de réglage prédéterminée soit atteinte, l'autre valve Schrader constituant un moyen approprié de réglage de cette pression, si un excès d'air a été introduit dans la boîte 26. La boite creuse 26 est également équipée d'une soupape à pointeau 32, qui peut être rapprochée et éloignée, respectivement par vissage et dévissage, d'un siège conique 33 prévu à l'extrémité supérieure d'un tuyau 34, dont l'ex- trémité inférieure 35 se trouve au voisinage de l'extrémité inférieure de la boîte 26. Le but de la soupape 32 est de permettre au liquide recueil- li dans la partie inférieure de la chambre 27, à la suite d'une fuite le long du piston 19, d'être évacué, sous l'action de la pression d'air, par le tuyau 34.
Le système fonctionne comme suit
L'écoulement du liquide dans le Venturi 7 est accompagné d'une réduction appréciable de la pression du liquide dans le conduit de purge 8 et, dès lors, de la pression régnant dans la chambre 25 de la soupape 12.
La différence réelle entre la pression régnant dans le conduit de purge 8 et la pression de refoulement de la pompe 1 dépend des caractéristiques du Venturi 7 et de la position de l'extrémité 9 du conduit de purge 8 dans ce Venturi. Si la pression exercée par l'air dans la chambre 27 est supé- rieure à la pression du liquide dans la chambre 25, pendant l'écoulement du liquide dans le Venturi 7, on obtient une pression résultante, qui main- tient l'élément de soupape 16 fermement appliqué contre le siège 14, en sorte que le conduit de dérivation 13 reste fermé.
Etant donné qu'en marche normale, la pression dans le conduit de purge est notablement in- férieure à la pression de refoulement de la pompe, la pression de réglage constituée par la pression d'air régnant dans la chambre 25 et nécessaire pour maintenir la soupape 12 fermée, pendant le fonctionnement normal du système, est également notablement inférieure à la pression de refoulement normale de la pompe 1.
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Si le débit de liquide vers les postes distributeurs diminue à la suite de la fermeture d'une ou plusieurs des soupapes de distribu- tion, le débit du liquide dans le Venturi 7 est encore maintenu grâce à.
Inaction de la soupape à ressort 60 Toutefois dès que l'écoulement de liquide dans le conduit de refoulement et, dès lors, dans le Venturi 7 est interrompu, à la suite d'une interruption complète de la distribution du liquide, la pression du liquide dans le conduit de purge 8 augmente et une augmentation correspondante dans la pression agissant sur le piston 20 de la soupape 12 se manifeste .
Dès que la pression dans le conduit de purge 8 et dans la chambre 25 augmente dans une mesure suffisante pour excéder la pression de réglage dans la chambre 27, la soupape 12 s' ouvre, de manière à permettre au liquide déchargé par la pompe 1 de s'é- chapper par le conduit de dérivation 13 Etant donné que la pression requise pour ouvrir la soupape 12 et pour la maintenir ouverte est appré- ciablement inférieure à la pression de refoulement normale de la pompe, la pression de refoulement pendant la marche en dérivation est apprécia- blement inférieure à celle qui se manifeste dans les conditions de re- foulement normales, en sorte que la dépense d'énergie par le moteur est réduite au minimum pendant les périodes de marche à vide.
L'emploi d'un Venturi permet d'utiliser une pression de réglage plus faible dans la chambre 27 qu'il ne serait nécessaire, si le conduit de purge était relue directement à un point situé dans le conduit de re- foulement lui-même Ainsi la pression de réglage peut être aussi fai- ble que 0,6 à 0,8 kilogramme par centimètre carré, sa valeur réelle dé- pendant des caractéristiques du Venturi. Un avantage de cet agencement réside dans le fait que la pompe n'est soumise qu'à une faible charge, lorsqu'elle est mise en marche avec les conduits de refoulement fermés.
Dans les systèmes de dérivation connus, la charge de départ est élevée, en raison de la pression élevée à laquelle les soupapes de dérivation s'ouvrent et ordinairement un dispositif de commande manuel auxiliaire est nécessaire pour réduire la charge de départa Un tel dispositif auxi- liaire n'est pas nécessaire dans le système décrit plus haut. Lorsque l'écoulement du liquide à travers le Venturi 7 reprend, à la suite de la distribution de liquide par un ou plusieurs postes distributeurs, la pres- sion du liquide dans le conduit de purge 8 diminue et la chute de pres- sion résultante dans la chambre 25 permet à Isolément de soupape 16 de venir s'appliquer sur son siège 14.
Dès que le conduit de dérivation 13 est fermé par fermeture de la soupape 12j la pression de refoulement de la pompe remonte à sa valeur normale et le système reprend sa marche nor- male
La pression de réglage fournie par l'air dans la chambre 27 peut, si on le désire, être fournie par un ressort, comme montré à la fi- gure 3, cette figure étant une vue fragmentaire d'une soupape par ailleurs identique à celle représentée en figure 2. Dans la soupape modifiée il- lustrée à la figure 3, la face postérieure du piston 19 supporte un ressort de compression 36 qui fournit la pression de réglage pour la soupape 12.
L'extrémité du ressort 36, éloignée du piston 19, prend appui contre un croisillon 37, qui est vissé sur une tige filetée 38 et est pourvu de cla- vettes 39, qui coulissent dans des rainures de clavette 40 prévues dans la chambre 21 et empêchent les croisillon 37 de tourner. La tige 38 est solidaire d'un levier 41 se terminant par une aiguille 42, de sorte qu'en faisant tourner le levier 41, on peut régler l'effort de compression du ressort 36, le degré de compression étant indiqué par l'aiguille 42 qui coopère avec une échelle graduée 43 . Le levier 41 comporte un volant de blocage 44.
Dans l'exemple précédent, le côté amont de la soupape modifiée est celui voisin du siège de soupape 14 et du piston 19 Toutefois, la soupape modifiée suivant la présente invention peut aussi être utilisée de façon que l'écoulement du fluide se fasse dans l'une ou l'autre des deus directions par rapport au siège de soupape, c'est-à-dire que la cir- culation peut se faire dans le sens des flèches montrées sur les dessins
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ou en sens inverse Dans ce cas, des conditions similaires sont également requises pour provoquer l'ouverture de la soupape, cest-à-dire que la pres- sion régnant dans la chambre 25 doit excéder suffisamment la pression de ré- réglage dans la chambre 27,pour chasser l'élément de soupape 16 de son sie- ge.
Eu égard à cette possibilité supplémentaire d'utilisation de la soupape, il est évident que les références faites plus haut à 1'amont et à l'éval dans la description de l'invention, notamment dans sa description en référence aux dessins ci-annexés, ne doivent pas être considérées comme limitatives, mais bien comme des termes convenables pour décrire l'inven- tion en relation avec celle du brevet principal n 502.814.