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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX DISPOSITIFS HYDRAULIQUES POUR AMORTIR
LES CHOCS OU A-COUPSo
L'invention est relative, d'une manière générale, à des appareils hydrauliques; et elle concerne,plus spécialement, un dispositif qui peut être installé dans une installation hydraulique pour diminuer ou supprimer les chocs ou à-coups produits par l'introduction d'un liquide sous pression élevée dans un conduit ou une autre partie de l'installation hydraulique qui contient un liquide à l'état statiqueo Le dispositif en question est dénommé ci-après comme étant un éliminateur ou un amortis-
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seur d'à-coupso
Un des buts de l'invention est de réaliser un éliminateur d'àcoups qui peut être établi dans un conduit hydraulique et qui intervient pour diminuer ou éliminer les à-coups qui se produisent généralement quand un liquide sous
pression élevée est introduit dans ce conduits le dispositif étant agencé de manière à permettre un écoulement presque libre du liquide dans le conduit après que les dangers d'à-coups ont été éliminés.
Un autre but de l'invention est de réaliser un éliminateur d'àcoups qui agit en proportion inverse de la fonction qu'il doit remplir.En d'autres termes.si la pression qui agit sur le liquide à introduire dans un conduit pour ce liquide est élevée, le dispositif intervient pour empêcher le choc qui en résulterait et il s'ouvre lentement jusqu'à ce que le danger de la production du choc soit éliminé., après quoi il accélère graduellement son mouvement d'ouverture jusqu'à ce qu'une communication libre existe entre le conduit aboutissant au dispositif et le conduit partant de celui-ci.
Par contre, si la presseion à laquelle le liquide est introduit dans le conduit est faible et ne peut donc produire qu'un faible choc, l'appareil s'ouvre aussitôt pour établir une communication libre, en substance, entre le conduit aboutissant au dispositif et celui partant de celui-ci.
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L'invention consiste à réaliser un éliminateur d'à-coups dont le corps comporte des lumières d'entrée et de sortie et des moyens établis dans ledit corps pour régler la communication entre les lumières d'entrée et de sortie, ces moyens étant commandés eux-mêmes par la pression du liquide qui dépend de la différence entre les pressions régnant respectivement à l'entrée et à la sortie du dispositif.
L'invention a également pour objet un amortisseur d'à-coups comportant un corps propre à être établi dans un conduit hydraulique, ledit corps contenant un tiroir distributeur qui sert à régler la communication entre des orifices et qui occupe normalement une position pour laquelle il obstrue le passage, ledit tiroir étant sollicité par un matelas hydraulique qui s'oppose à son déplacement et des moyens étant prévus pour régler la disparition dudit matelas hydraulique en fonction de l'effort exercé sur le tiroir par la :-pression du liquide introduit dans l'appareil.
L'invention a aussi pour obejt un amortisseur d'à-coups comprenant des lumières d'entrée et de sortie et du tiroir pour régler la communication entre ces lumières, le tiroir étant sollicité vers une position de fermeture et étant propre à se déplacer, en fonction de la pression du liquide à l'entrée de l'appareil, vers une position d'ouverture, le liquide déplacé par le tiroir s'opposant à ce mouvement et le déplacement du liquide étant réglé par une soupape logée dans le dispositif, ladite soupape étant comman- dée par une chute de pression produite par le mouvement du tiroir en réponse à l'effet de la pression du liquide à l'entrée du dispositif.
Si la pression du liquide est élevée, la soupape a tendance à se fermer et elle diminue l'échappement du liquide déplacé par le mouvement du tiroir, ce qui oblige le tiroir à se déplacer lentement. A mesure que le tiroir se déplace, il ouvre graduellement ou progressivement des orifices par lesquels le liquide peut s'écouler depuis l'entrée vers la sortie et le tiroir continue à se déplacer jusqu'avec qu'une communication, qui est libre 'en substance, soit établie. Quand les orifices sont ouverts et quand l'écoulement du liquide dans le conduit, partant du dispositif, accélère, les pressions à l'entrée et à la sortie de ce dispositif s'équilibrent graduellement, ce qui diminue le danger de la production d'un à-coup et ce qui permet au tiroir de se déplacer plus rapidement.
Encore un autre objet de l'invention est de réaliser un amortisseur d'à-coups qui est sensible aux pressions régnant à l'entrée et à la sortie de l'amortisseur de manière telle qu'aucune modification et aucun réglage, autres que ceux qui se produisent autpmatiquement dans le dispositif lui-même, ne soient nécessaires pour obtenir la vitesse d'ouverture optimum dans toutes les conditions.
L'invention a également pour objet un éliminateur d'à-coups qui est propre à être incorporé dans un conduit d'un système hydraulique pour éliminer l'à-coup ou le choc usuel qui se produit quand un liquide sous pression est introduit par une extrémité du conduit, le dispositif étant construit de manière telle que, lorsque du liquide est introduit par l'autre extrémité du conduit ou est obligé de s'écouler, pour toute autre raison, en sens inverse dans ce conduit, :Le dispositif ne présente, en substance, aucune résistance au mouvement dudit liquide.
L'invention a aussi pour objet un éliminateur d'à-coups, tel que spécifié plus haut, qui soit petit et compact et qui comporte des raccords d' entrée et de sortie orientés suivant des directions opposées afin qu'iL puisse être incorporé dans un conduit , dans lequel circule un liquide, sans que 1' on ait à faire intervenir un support supplémentaire, le dispositif étant propre à réduire ou à éliminer les à-coups quand la pression d'un liquide vient agir dans celui-ci et à permettre ensuite un écoulement, qui n'est en substance pas gêné, du liquide quand les pressions aux extrémités d'entrée ou de sortie sont devenues égales, le dispositif fonctionnant, en outre,
de manière à revenir rapidement et automatiquement à un état qui convient à l'opération suivan-
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te quand 1'écoulement du liquide dans le conduit est interrompu.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un éliminateur, du genre spécifié,qui ne nécessite pas l'intervention d'un réservoir ou tube de vidange pour que son fonctionnement soit efficace.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description, donnée ci-dessous,, de deux modes de réalisation préférés de l'invention qui sont montrés, à titre d'exemples, sur les dessins ci-annexés,
La figo 1 montre, en coupe verticale et longitudinale, un amortisseur d'à-coups établi selon l'invention, le dispositif étant propre à permettre l'écoulement du liquide dans deux sens et l'écoulement dans un sens étant seulement réglé pour amortir ou empêcher un à-coup.
La fig. 2 montre, semblablement, une variante de cet amortis- seur dans laquelle l'écoulement est seulement permis dans un sens, cet écou- lement étant réglé dans le même but.
La fig. 3 montre' en coupe verticale et transversale suivant
III-III fig. 1, l'amortisseur indiqué sur cette fig. 1.
La fig. 4 montre, en coupe longitudinale, un amortisseur d'àcoups du genre de celui montré sur la fig. 1 avec ses organes à leur position inactive.
La fig. 5 montre, semblablement, ce même amortisseur dont les organes occupent .3ur position immédiatement après l'introduction du liquide sous pression dans l'amortisseur.
La fig. 6 montre, semblablement, ce même amortisseur dont les organes occupent leur position pendant l'inversion du sens d'écoulement du liquide dans l'amortisseur.
L'amortisseur d'à-coups, établi selon le premier mode de réalisation, est désigné par 20 sur les dessins. Celui-ci ainsi que l'amortisseur du deuxième mode de réalisation, désigné par 21 sur la fig. 2, comprend un corps 22 en deux pièces 23 et 24. Les organes des amortisseurs 20 et 21,sont en substance, identiques, de sorte qu'on a adopté les mêmes chiffres de référen- ces dans les deux cas, excepté quand les organes sont différents. Les parties 23 et 24 comportent respectivement des parties filetées 25 et 25A afin que le dispositif puisse être intercalé entre les deux tronçons d'un conduit dans lequel circule un liquide. Chaque extrémité 25 ou 25A comprend un passage central, le passage 26 de la partie 23 étant l'entrée et le passage 27 de la partie 24 étant la sortie.
Les parties 23 et 24 du corps 22 sont reliées entre elles par un filetage 28 et l'étanchéité est assurée par un joint 30 établi entre ces parties. La partie 24 comporte une chambre 31 @ est fermée à une extrémité par la partie 23.Les deux parties 23 et 24 emportent des encoches 32 et 33 dans lesquelles est engagé un manchon 34 qui comprend un tube 35 et un bouchon 36, formé à partir d'une pièce de section carrée, dans ce cas, ce bouchon comprenant un corps 37 engagé dans le tube 35 pour obturer une extrémité de celui----!.
Le bouchon 36 comporte un rebord qui est appliqué contre l'extrémité correspondante du tube et qui est logé dans l'encoche 32 pour immobiliser le tube 35. L'extrémité avec rebord du bouchon 36 comprend plusieurs rainures radiales 38 qui établissent la communication entre la chambre 31, à l'extérieur du tube 35 et la sortie 27. Le corps 37 du bouchon ferme l'extrémité du tube 35 et coopère avec celle-ci pour former une cavité 39 fermée à une extrémité et dont le but est indiqué ci-après. A proximité de l'extrémité opposée du tube 35, la paroi latérale de celui-ci comporte des séries de trous 40, écartés dans le sens longitudinal, qui établissent la communication entre l'intérieur du tube et la chambre 31 à l'extérieur de celui-ci.
La paroi latérale du tube 35 comprend également des fentes 41, diamétralement opposées, pour recevoir les extrémités d'une tige 42 logée transversalement dans le man-
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chon 34. Cette tige traverse également un tiroir 43 qui peut coulisser dans le manchon 34. Un ressort hélicoïdal 42A est engagé sur le manchon entre le rebord du bouchon 36 et les extrémités libres, de section réduite, de la tige 42, ce ressort 42A ayant tendance à solliciter la tige 42 et, par conséquent, le tiroir 43 vers l'extrémité d'entrée du dispositif.
Quand le tiroir 43 occupe sa position normale, déterminée par le contact de la tige avec les extrémités des fentes 41, le corps tubulaire du tiroir 43 recouvre les trous 40 et empêche la communication entre l'entrée et la sortie du dispositif.
Le corps tubulaire du tiroir 43 comporte une cloison centrale 44 dans laquelle est ménagé un orifice 45. Un pointeau 46 coopère avec le bord de cet orifice pour régler le débit du liquide, vers la cavité 39 et à partir de celle-ci, à travers l'orifice 45. Le pointeau 46 fait partie d'un corps 47 muni d'un disque 48 qui peut coulisser dans la cavité 39 du tube 35 entre le tiroir 43 et le bouchon 37. Dans le corps 47 est ménagée une fente 50 dans laquelle est logée une tige transversale 51 dont les extrémités sont engagées dans des trous,diamétralement opposés, ménagés dans la paroi du tiroir 43.
Un ressort hélicoïdal 47A est intercalé entre la cloison 44 du tiroir 43 et l'extrémité voisine du corps 47, de sorte que le pointeau 46 est maintenu écarté de son siège formé par la bord de l'orifice 45 de la cloison 44. L' écartement entrele pointeau 46 et son siège est limité par la tige 51.
Dans le disque 48 du corps 47 est ménagé un trou 52 qui est la seule communication existant entre la cavité 39, d'un côté du disque , et la cavité 52A existant entre le corps 47 et le tiroir 43. Cette dernière cavité 52A commu- nique avec la chambre 31 par l'orifice 45,, l'intérieur du tiroir 43 et les trous en regard 53 ménagés dans la tiroir 43 et le tube 35 du manchon 34.
Pour le mode de réalisation, montré sur la fig. 2, l'extrémité avant du tiroir 43A comporte une partie pleine dans laquelle est ménagé un passage transversal 53A. Ce passage 53A correspond à des trous 53 ménagés dans le tiroir 43A et établit ainsi la communication entre l'orifice 45A et la chambre 31. Le tiroir 43A est le seul organe du mode de réalisation de la fig. 2 qui soit différent de l'organe 43 de la fige 1, mais deux autres pièces,.décrites ci-dessous, font partie de ce dispositif de la fig.
1. et ne se trouvent pas dans celui montré sur la fig. 2. Ces deux pièces sont une soupape à clapet 54 et un ressort hélicoïdal 55 qui sert à appliquer la soupape sur son siège prévu sur le tiroir 43. La soupape 54 a une partie 54A, de diamètre réduit, et comporte plusieurs trous obliques 56 par lesquels le liquide peut traverser la partie de section réduite du clapet au cours du fonctionnement du dispositif. La soupape 54 peut coulisser dans la partie 23 du corps 20 et elle est chanfreinée en 57 pour pouvoir s'appliquer sur l'extrémité du tiroir 43 à laquelle on a donné la forme d'un siège.
Quand la soupape 54 et le tiroir 43 sont en contact, une chambre 58 est formée dans le tiroir entré l'extrémité de la soupape 54 et la cloison 44.
Cette chambre relie l'orifice 45 aux trous 54 et elle communique constamment.avec la chambre 31 qui communique, à son tour, avec la sortie 27. De cette manière, on obtient que la pression, qui règne à la sortie 27, existe également dans la chambre 31, les trous 53, la chambre 58, l'orifice 45 et la cavité 52A existant entre la cloison 44 et le corps 47 quand le pointeau 46 est ouvert. Dans les conditions de fonctionnement normal, le ressort 55 maintient la soupape 54 sur son siège prévu sur le tiroir 43 et empêche tout écoulement du liquide depuis l'entrée 26 vers la chambre 58.
La soupape 54 est, toutefois, une soupape de retenue qui permet l'écoulement en sens inverse du liquide dans le dispositif quand la pression à la sortie devient supérieure à celle de l'entrée. Quand l'écoulement se fait dans ce sens,comme montré par des flèches sur la figa 6, le liquide pénètre dans le dispositif par la sortie 27, il s'écoule par les rainures 38, ménagées dans le bouchon 36, dans la chambre 31 et s'écoule par les trous 53 dans la chambre 58.
La pression de ce liquide amène la soupape 54 vers sa position d'ouverture contre l'action du ressort 55 et le liquide s'écoule entre la soupape 54 et l'ex- trémité du tiroir 43 vers les trous obliques 56 qui communiquent avec l'entrée 26 par laquelle le liquide quitte le dispositif pendant l'inversion du sans de
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l'écoulement dans celui-ci.
Pour la variante, montrée sur la fig. 2, la soupape 54 et son ressort 55 sont supprimés et le tiroir 43A ne comporte pas de chambre 58.
Cette variante ne permet donc pas un écoulement en sens inverse du liquide dans le dispositif. Son usage est donc limité à une partie d'un système hydraulique dans laquelle le liquide-coule dans un sens seulement. Par con- tre, les fonctions d'amortissement des à-coups sont les mêmes pour les deux mode.3 de réalisation de l'invention.
Quel que soit le dispositif que l'on utilise,\} on établit celui- ci dans un conduit relié à une source d'un liquide sous pression. Ce liquide pénètre dans le dispositif par l'entrée 26 et la pression agit, par l'inter- médiaire de la soupape 54 dans le cas de la figo 1, sur l'extrémité avant du tiroir 43 ou 43A. La pression de ce liquide a tendance à déplacer le tiroir
43 ou 43A, et le déplace en effet, vers la sortie 27 ou vers la droite de la fig. 5 pour dégager ou ouvrir les trous 40.Le déplacement dans ce sens du tiroir 43 ou 43A fait débuter l'écoulement du liquide, comme montré sur la fig. 5, depuis la cavité 39 ménagée à l'intérieur du tube 35 faisant par- tie du manchon 34. Le liquide déplacé doit s'écouler par les orifices 52 et
45 dans la chambre 58 et s'échappe par les trous 53.
Comme l'orifice 52 est relativement petit, il s'oppose à l'écoulement du liquide hors de la cavité
39, de sorte que la pression dans celle-ci augmente. Une chute de pression est ainsi créée entre les extrémités interne et externe de l'orifice 52,\}la pression supérieure se produisant du côté de la face interne du disque 48.
Cette pression plus élevée tend à s'opposer au mouvement du disque 48 et du pointeau 46. Tout mouvement supplémentaire du tiroir 43,pendant que la pres- sion s'oppose au déplacement du disque 48, rapproche le siège., formé par le bord de l'orifice 45, du pointeau 46, ce qui tend à fermer cet orifice.Cet- te tendance à la fermeture diminue le débit du liquide hors de la cavité 39 et comme le liquide est ainsi confiné dans celle-ci,, il s'oppose élastique- ment au mouvement vers l'intérieur du tiroir 43. Comme on s'oppose au dépla- cement du tiroir 43, le nombre de trous 40, qui sont momentanément découverts est limité-et, pour cette raison, le volume du liquide qui traverse le disposi- tif 20 ou 21 est également limité.
Cette propriété de limiter le débit est toutefois temporaire car le disque 48 est sollicité par le ressort 47A vers l'extrémité interne de la cavité 39 et l'orifice 52 est constamment ouvert, de sorte qu'un peu de liquide s'écoule depuis la cavité 39 dans la cavité 52A, ce qui permet au disque 48 de se déplacer dans la cavité 39 en réponse à la tension du ressort 47A, de sorte que le pointeau 46 s'écarte graduellement du bord de l'orifice 450 Quand cet orifice est même légèrement ouvert, un peu de liquide traverse cet orifice et permet au tiroir 43 de pénétrer davantage dans la cavité 39. Pendant que le tiroir 43 avance dans la cavité 39, un nombre de plus en plus grand de trous 40 est progressivement découvert pour augmenter la communication et permettre à un volume de liquideplus grand de s'écouler depuis l'entrée 26 vers la sortie 27.
Les vitesses auxquelles le tiroir 43 et le disque 48 peuvent se déplacer, dépendent, toutefois, de la différence de pression existant entre l'entrée et la sortie, de sorte que l'importance de la communication, établie entre cette entrée et cette sortie varie en raison inverse avec la pression du liquide admis par l'entrée 26.Si cette pression est élevée et tend à déplacer le tiroir 43 brusquement, le pointeau 46 avance plus loin jusqu'à sa position de fermeture complète et le déplacement du tiroir est retardé.
Comme dit plus haut, une certaine quantité ,du liquide traverse l'orifice 52, ce qui permet au pointeau 46 de s'écarter de l'orifice 45, de sorte que le liquide., qui se trouve derrière le tiroir 43, peut s'écouler et le tiroir peut pénétrer progressivement dans la cavité 39, Dans le dispositif ainsi constitué., la vitesse de déplacement du tiroir 43 dépend de quatre facteurs dont trois sont constants. Un de ces facteurs constants est la surface du disque 48, un autre la section de l'orifice 52 et encore un autre la tension du ressort 47A. Le quatrième facteur, qui est variable,est la différence entre les pressions règnant aux extrémités d'entrée et de sortie du dispositif.
Aussi longtemps que la chute de pression par l'orifice 52 reste
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constante , la tension non modifiée du ressort 47A équilibre la force qui tend à fermer le pointeau 46 et le .débit du liquide, déterminé par ce pointeau, est constants ce qui donne lieu à un mouvement uniforme du tiroir 43. Il est important, pour le fonctionnement du dispositif, que les fuites de la cavité 39 se fassent en parallèle avec l'écoulement du liquide par l'orifice 45 afin qu'elles n'affectent pas ce fonctionnement.
Aussi longtemps que la quantité totale de ces fuites et du liquide passent par l'orifice 45 est insuffisante pour affecter la différence de pression-de part et d'autre de l'orifice 52, les fuites n'ont pas d'importance. Il est à noter que, lorsque les trous 40 sent ouverts, le liquide s'écoule directement depuis l'entrée vers la sortie ce qui permet aux pressions, dans ces deux régions, de devenir sensiblement égales. Quand la pression à l'entrée et la pression à la sortie deviennent sensiblement égales, le tiroir se déplace davantage vers la droite en ouvrant des trous additionnels, ce qui permet l'écoulement en plein du liquide à travers le dispositif.
Pour les deux modes de réalisation de l'invention, le ressort 47A est supporté par le tiroir 43 et est établi entre celui-ci et le corps 47. Ce dernier oppose seulement une résistance à l'écoulement du liquide à travers le dispositif pendant que le tiroir 43 se déplace vers la position d'ouverture du pointeau 46 ou pendant qu'une différence de pression existe entre l'entrée et la sortie du dispositif. Dès que les pressions à l'entrée et à la sortie deviennent égales, le ressort 47A n'a aucun effet sur l'écoulement et la seule résistance, opposée à celui-ci est produite par le tiroir 43 sous l'influence du ressort 42A.
Ce dernier est toutefois relativement faible et oppose donc une résistance minimum à l'écoulement du liquide à travers le dispositif. On voit sur les dessins que plusieurs séries de trous 40 ont été prévues, ces séries étant écartées les unes des autres dans le sens longitudinal du dispositif afin qu'elles soient découvertes progressivement quand le tiroir 43 pénètre dans la cavité 39, prévue dans le tube 35 du manchon 34.
Une autre caractéristique de l'invention est que l'amortisseur ou éliminateur d'à-coups permet d'obtenir un débit qui augmente graduellement depuis l'entrée vers la sortie. L'écoulement du liquide se fait, en substance, sans aucune gêne après que la nécessité d'un effet d'amortissement disparait et cet écoulement continue à ne pas être gêné aussi longtemps que le liquide continue à traverser le dispositif. Par contre, dès que l'écoulement est, interrompu, les organes de l'amortisseur reviennent rapidement à leur position initiale afin que le dispositif soit prêt à empêcher un à-coup quand l'écoulement du liquide dans le conduit reprend.
L'agencement du dispositif est tel qu'il réponde aux pressions régnant respectivement aux extrémités d'entrée et de sortie sans que l'on doive y apporter des modifications ou faire des réglages en vue d'obtenir la vitesse d'ouverture optimum dans toutes les conditions. Il est à noter que la vitesse d'ouverture de l'amortisseur est plus lente si une. pression élevée agit à l'entrée que dans le cas où. une pression plus basse règne dans celle-ci. Cette caractéristique du fonctionnement est due au déséquilibre hydraulique du pointeau et de l'organe qui le supporte.
Quand la pression agit à l'entrée du dispositif, cette pression s'exerce sur l'extrémité du tiroir 43. L'effort, produit par cette pression, tend à engager le tiroir 43 ou 43A dans la cavité 39 ménagée dans le tube 35 du manchon 34 et la pression dans cette cavité montre jusqu'à ce qu'elle devienne égale à celle régnant dans l'entrée. Cette pression agit sur toute la surface interne du disque 48 et est, en substance, équilibrée par celle exercée sur la face opposée du disque, excepté en ce qui concerne la partie du pointeau 46 qui se trouve en regard de l'orifice 45. La section libre de cet orifice supporte la pression régnant dans la chambre 58, cette pression étant sensiblement égale à la pression régnant dans l'orifice de sortie.
Un effort est donc exercé sur le disque 48 qui tend à fermer le pointeau 46. Si cet effort est inférieur à:la force exercée par le ressort 47A, le pointeau 46 reste ouvert en permettant à une certaine quantité du liquide de passer par l'orifice 45. Le ressort 47A a été calculé de manière telle qu'il exerce une force supérieure à oelle
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