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La présente 4-nveiijoi-) ast relative à des vannez , soupape commandée par f Ott0U: pour le contrôle de débit de fluiù38 et, en particu- lier, à une vanne 5. soupape commandée par flotteur propre à l'usage dans un réservoir à chasse d'eau ou dispositif semblable, par exemple un réservoir à chasse d'eau de toilette, l'invention n'étant toutefois pas limitée à une
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application de cette nature puisqu'elle offre d'autres utilisations ::1:1;')1'0" priées.
Un des buts de la présente invention est de prévoir une vanne à soupape commandée par flotteur, qui peut être actionnée automatiquement en réponse à une certaine mesure pré-déterminée, telle que le niveau du liquide dans un réservoir, dans lequel la pression du liquide entrant est utilisée pour déplacer les organes de fermeture et contrôler le débit du liquide entrant.
Cette vanne fonctionne d'une manière satisfaisante avec la pression du fluide entrant, qui est plus élevée de moins d'une livre par pouce carré
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(0,0703 kg/om2) que la pression de refoulement.
Des réalisations de la présente invention sont décrites ci-après par la voie d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels les pièces semblables représentées dans les différentes figures sont désignées par les mêmes nombres et qui montrant dans :
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la figure 1 , une vu- isométrique représentée partiellement en coupe, d'une vanne à soupape commandée par flotteur suivant une réalisation de la présente invention, montée dans le fond d'un réservoir à chasse d'eau ou dispositif semblable; la figure 2, une vue en coupe d'une partie de la vanne prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1 et qui montre la soupape dans la position de débit ; la figure 3, une vue agrandie d'une partie de la figure 2 et qui montre la soupape dans la position fermée;
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la figure 4, un iue en plan prise comme indiquée par la flèche 4 de la figure 1 ; la figure 5, une vue partiellement en coupe prise le long de la ligne 5-5 de la figure 1; la figure 6, une vue partiellement en coupe prise le long de la ligne 6-6 de la figure 1;
la figure 7, une vue en coupe Rimilaire à celle de la figure 2
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d'une vanne à soupape commandée par flotteur suivant une seconde réalisa- tion de la présente invention, et la figure 8, une vue agrandie d'une partie de la figure 7.
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In sa référant tout d'abord à la réalisation conforme à la présen- te invention montrée dans les figures 1 à 6, un tuyau montant ¯'I 0 est fixé dans le fond d'un réservoir 11, l'extrémité inférieure du tuyau montant étant assujettie dans la partie supérieure d'un manchon à brides 13 qui se
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prolonge vers le bas à travers le fond du réservoir 11 afin d'h.'.:. attaché' à celui-ci.
Un mécanisme de soupape 1 . est contenu dans le corps 1 5 fixé J, l'extrémité supérieure du tuyau montant .l2., l'extrémité supérieure du corps étant fermée par un couvercle 16, sur lequel est monté d'une manière
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pivotante un levier 170 Un flotteur ¯20, qui se déplace suivant un mouvement ascendant et descendant le long du tuyau montant ¯10 en fonction dr niveau de l'eau dans le réservoli 1 1 , 3sb fixé au levier 1 7 par un bras 21. Un tuyau de remplissage 22 .i;:<= -''accordé au corps 1 5 et se prolonge vers le bas en-dessous de ce corps, une extrémité de sortie 23 du tuyau de remplis-
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-cage étant déviée horizontalement de l'autre extrémité 92 et étant placée
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dans l'orifice d'un tv-pau de trop-plein 24.
Cette partie de la soupape conforme à l'invention, placée dans le corps 15, est représentée en détails dans les figures 2 et 3, la vanne étant dans la position de débit, dans la figure 2 et dans la position de fermeture, dans la figure 3.
Le corps cylindrique 15 comprend une partie supérieure dotée d'une ouverture cylindrique simple 26 et une partie inférieure munie de quatre ouvertures cylindriques plus petites ou passages 27, 28, 29, 30 disposés autour de
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teité supérieure du tuyau montant 10 (voir figure 5). Le corps z est de préférence conçu en une simple pièce de tube présentant quatre ren- foncements 33 formés dans sa partie inférieure pour s'adapr au tuyau
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montant lu, cette adap-Fe4on des parties renfoncées du corps au tuyau montant formant les passages 27, 28, 29, 30 et soutenant également le corps au sommet du tuyau montant. Le corps peut être fiché ou soudé au -t4ya-mon-- tant, si on le désire.
L'intérieur de l'extrémité supérieure du tuyau montant 10 présente un alésage conique extérieur, une pièce rapportée 36 ayant une conicité correspondante étant placée télescopiquement dans le tuyau montant.
Bien qu'une telle pièce rapportée n'est pas nécessaire dans la soupape conforme à l'inon, lorsqu'elle est conçue en une matière rugueuse et durable telle que le Teflon, le Nylon, ou autres produits, elle permettra
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d'''&gmenter d'une manière marquée la vie de la vanne. Le siège de la soupape, ' est la face supérieure 37 de la pièce rapportée 36, est soumise à des forces d'érosion sévères produites par le débit du fluide s'élevant dans le tuyau montant, parcourant la face supérieure 37 et descendant'par les passages 27, 28, 29 et 30, comme indiqué par les flèches dans la figure 2.
Une bague d'appui 38, qui peut former partie intégrante avec le corps 15, est disposée sur la paroi intérieure de ce corps, près.du fond de l'ouverture cylindrique 26, une pièce d'étanchéité inférieure 40 étant placée dans l'ouverture 26 et reposant sur la bague d'appui 38.
La pièce d'étanchéité inférieure 40 comporte une paroi cylindrique 41, un diaphragme 42 attenant aux arêtes inférieures de la paroi 41 et un bossa- ge 43 se pr.olongeant vers le bas à la partie centrale du diaphragme.
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La pièce d'étanchéi--ti5-inférieure est faite d'une matière flexible, temporai- rement déformable, telle que le caoutchouc, de sorte que le diaphragme 42 peut être déplacé de sa position normale, comme on peut le voir dans la figure 2, à une position qui met en prise la face 37 de la pièce rapportée 36 et qui bloque le débit du fluide du tuyau montant 10 aux passages 27, 28, 29 et 30, comme représenté dans la figure 3. Une ouverture, dont les trois parties 45, 46, 47 ont des dimensions transversales différentes, s'é- tend verticalement au travers du bossage 43 de la pièce,d'étanchéité infé- rieure 40.
Une pièce d'étanchéité supérieure 50 comprenant une paroi cylin- drique 51 et une partie plane ou plaque 52 attenant à l'extrémité supérieu-
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re de la roi 21 est montée télescopiquement dans la pièce d'étanchéité inférieure 40, formant une chambre de pression 53 entre ces deux pièces.
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Un bossage 54 d'une ouverture 55< co-axiale à l'ouverture du bossage 43, fait saillie dans la chambre .dépression 53 à partir de la plaque 5 2.
La pièce d'étanchéité supérieure 50 peut être faite de la même matière flexible, temporairement déformable, que la pièce d'étanchéité inférieure.
Une tige 60 traverse les ouvertures alignées des pièces d'étanché- ité supérieure et inférieure, la tige présentant une partie centrale 61, une partie intermédiaire 62 et une partie finale 63 Les surfaces transversales de la partie centrale 61 et de la partie finale 63 sont chacune plus petites.
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que la surface transversale de la partie intermédiaire 62, la dernière partie étant formée et dimensionnée de telle sorte que son montage soit étanche et coulissant, dans les ouvertures 45 et 55, la section transversa- le de celles-ci étant de préférence circulaire pour des raisons qui seront discutées subséquemment.
Le couvercle 16, qui consiste en une chape verticale 66 de forme ovale et de deux' joues opposées 67, 68, disposées horizontalement, est monté dans l'ouverture 26 du corps 15 et repose sur les pièces d'étanchéité supérieure et inférieure 50 et 40. Des encoches opposées 71, 72 dans les joues 67, 68, respectivement, permettent au couvercle 16 d'être déplacé vers lebas dans l'ouverture 26 du corps 15, au-delà des saillies opposées 73, 74 se prolongeant dans l'ouverture ¯26 du corps 15, les saillies étant formées dans le corps par des moyens appropriés, tels que par repoussa- ge (dimpling).
Le couvercle 16 peut être maintenu en place dans le corps par rotation dans un plan horizontal, avec les joues 67, 68 placées en-des- sous des saillies 73, 74, comme on peut le voir dans la figure 4. Le cou- vercle 16 peut être tourné et maintenu dans toute position angulaire relativement au reste de la vanne, sauf dans la position particulière où les encoches 71, 72 et les saillies 73, 74sont alignées. Le levier 17 est placé dans la chape 66 du couvercle 16 et son extrémité 75 est montée d'une manière pivotante sur la chape par un organe approprié, tels qu'une broche 76, comme le montrent'les figures 1 et 2.
La tige 60 passe entre les joues opposées 67, 68 du couvercle 16, l'extrémité supérieure de la tige étant formée en boucle ou oeillet 77, qui entoure et glisse librement sur,- le levier 17 et qui est guidé pour se déplacer dans une direction verticale, par une fente 80 dans la chape 66 du couvercle. Les dimensions de la fente 80 sont telles que la boucle 77 de la tige 60 se déplacera librement dans celle-ci, mais uniquement suivant une ligne droite, puisque le,,,-levier pivote sur la broche 76, assurant ainsi un jeu latéral et un'relâchement minimum dans le mouvement de la tige 60 à travers les pièces d'étanchéité supérieure et inférieure 50, 40.
Il est visible que, lorsque cet oeillet, s'accouplant entre le levier 17 et la tige 60, est utilisé, la tige tournera lorsque le couvercle sera en rotation, nécessitant ainsi que les ouvertures 45 et 55 soient de section transversale circulaire et concentriques avec l'ouverture 26 et que la partie intermédiaire 62 de la tige 60' soit de section transversale circulaire.
Cn.comprendra aisément que le flotteur sphérique creux habituel peut être utilisé avec la vanne conforme à l'invention, simplement par filetage de l'extrémité intérieure du bras d'un tel flotteur classique dans l'ouverture de l'extrémité du levier 17, auquel est attaché le bras 21 dans la figure 1, ou par toute autre manière appropriée.
Même sun tel type classique de flotteur est utilisé, il ne nécessitera qu'un très petit diamètre et son bras de liaison pourra être très court, parce que la force mécanique requise pour fermer la soupape 14 est de beaucoup inférieure à celle des soupapes à flotteur conventionnels.
Le flotteur 20 de la figure 1 est préféré, en raison de son plus petit encombrement et de sa sûreté de fonctionnement. Une paroi cylindrique inté- rieure 84 et une paroi cylindrique extérieure 85 sont jointes à leurs extrémités supérieures par une bague 86 pour fournir une chambre d'air ouverte vers le bas. Le bras 21 est attaché à la paroi extérieure 85 par des moyens appropriés, tels que des points de soudure, plusieurs ouvertures 87 étant prévues dans l'extrémitésupérieure du bras 21 pour fixer sélec- tivement le bras à l'extrémité du levier 17 par une vis ou autre, afin d'obtenir différents niveaux de liquide de fermeture.
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Les dimensions intérieures de la paroi 84 sont de préférence suffisamment
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grandes pour permettre au flotteur de paSS9r descendant autour du corps 15, lorsque le levier 17 et le tuyau de remplissage 22 ne sont pas encore en place, de sorteque leflotteur peut être installé dès que le tuyau montant a été fixé en places- Deux colliers de serrage à ressort 88, 89 sont bouterollés autour du tuyau montant 10 et servent de guides lors du mouvement ascendant et
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des dant du flotteur 20.
La forme cylindrique du flotteur est préférée en raison de la facilité de sa fabrication mais il doit être noté que la forme particulière du flotteur n'est pas; cri ,,i4ue, la chambre d'air ouverte vers le bas et le placement du flotteur autour du tuyau montant, avec une chambre ouvert fermée, étant les caractéristiques essentielles du flotteur.
Le tuyau de remplissage 22 présente un orifice d'admission 92 dirigé verticalement (figures 1 et 5), qui est monté à frottement doux dans le passage de sortie 29 et présente un orifice d'émission 23 qui est dévié.. horizontalement de l'orifice d'admission 92.
La force due à la gravité fournit un couple de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, comme le représente la figure 1, sur le tuyau de remplissage lorsque l'eau ne circule pas au travers de celui-ci, ce qui maintient le tuyau en prise avec le corps 15. Lorsque l'eau s'écoule par l'extrémité 23, la force de réaction fournit un couple de rotation en sens
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inverse des aiguilles d'une montre, qui a.itpour maintenir le tuyau en contact avec le corps pendant cette partie du cycle opératoire.
Dans la figure 2, la soupape est représentée dans la position ouvert ou de débit avec le fluide s'élevant dans le tuyau montant 10. entre siège de soupape ou la face 37 de la pièce rapportée 36 et le diaphragme 42 de la pièce d'étanchéité inférieure 40 et traversant en descendant les passages de sortie 27, 28, 29 et 30 , La partie centrale 61 de la tige 60 est placée dans l'ouverture .22. il de la pièce d'étanchéité supérieure 50 et la partie intermédiaire 62 de la tige est placée dans la plus petite ouverture 45 du bossage 43 de la pièce d'étanchéité inférieure 40.
Ainsi, la chambre de pression 53 est maintenue
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sous pression atnospypque, l'ouverture fi± assurant la communication avec l'atmosphère environnante, soit liquide ou gazeuseo
Lorsque le levier 17 est pivoté verticalement, la tige 60
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est déplacée verticalement à travers les pièces 1 - . l -'lanchéité W- à la position indiquée dans la figure 3, où la partie intermédiaire 62 ferme l'ouverture supérieure fiµ, mais non l'ouverture inférieure Ê5. Une partie d efluide s'élevant dans le tuyau montant 10 traverse l'ouverture 45 autour de la partie finale 63, l'ouverture 46 autour de la partie intermédiaire 62 et pénètre dans la chambre de pression 53.
La force qui s'exerce de haut
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en bas sur le diaph4àe 42 et qui est produite par le fluide dans la chambre de pression 53 est suffisante pour surmonter la force ascendante du fluide s'élevant à travers le tuya'U'''''.!2;:et arrivant sur la face 37, de sorte que le diaphragme 42 est déplacé vers le bas et se trouve en bzz contact Clyg la face 37, arrêtant ainsi tout écoulement ultérieur de fluinire à traversa soupape. Le fluide de la chambre de pression 53 exerce égale- menthes forces radiales externes sur la pareil de la pièce d'étanchéité 2Q,oduisant de ce fait une étanchéité absolue entre les pièces d'étanchéité supérieure et inférieure et entre la pièce d'étanchéité inférieure et le corps.
Le fluide de la chambre de pression exerce encore des forces radiales internes sur le bossage 54. provoquant ainsi une
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étanchéité parfaite autour de la partie inteI1n"ùiai]"'e 62 de la tige 60 dans l'ouverture 55 . En raison de ces forces d' êtanchéïfio:tion fournies par la pression du fluide entrant, il n'est pas nécessaire de caler rigide- ment en place les pièces d'étanchéité supérieure et inférieure, eliminant
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ainsi les efforts et les tensions aux surfaces de joint et augmentant en substance la vie des pièces d'étanchéité.
Une différentielle de force substantielle sur le diaphragme 42, qui permet a la soupape d'être utilisée lorsque la pression du fluide en- trant est plus grande d'une quantité inférieure à une livre par pouce carré (0,0703 kg/cm2) que l'atmosphère environnante, peut être obtenue en allongeant l'extrémité inférieure du bossage 43 vers le bas dans le tuyau montant 10 à une distance substantielle, comme indiqué dans la figure 3.
Puisque l'orifice d'admission vers la chambre 53 est à l'extrémité inférieure du bossage 43, la pression du fluide dans la chambre sera plus grande que la pression du fluide à la surface inférieure du diaphragme.Cette différence de pression augmente la différentielle des forces obtenue par la différence des superficies de surface sollicitées par le fluide dans la chambre 53 et par le fluide dans le tuyau montant 10, permettant à la sou- pape conforme à l'invention d'être utilisée au contrôle de débit de fluides sous de très petites pressions, L'ouverture 46 dans le bossage 43 de la pièce d'étanchéité inférieure 40 est suffisamment grande pour permettre un débit de fluide autour de la partie intermédiaire 62 de la tigt 60.
L'ouverture 47 est quelque peu plus grande que l'ouverture 46 et est formée pour fournir un espace libre au bossage 54 se prolongeant vers le bas à partir de la plaque 52 de la pièce d'étanchéité supérieure 50
La construction unique de la soupape conforme à l'invention utilisant deux ouvertures alignées et une tige se déplaçant verticalement permet le-débit de fluides à travers la soupape à une vitesse maximum uniforme pendant la période de débit entière, celui-ci étant positivement coupé dès que la partie intermédiaire 62 de la tige 60 est retirée de l'ouverture 45 dans la pièce d'étanchéité inférieure.
Ceci constitue un avantage important par rapport aux types précédents de soupapes- contrôlées par flotteur pour réservoirde chasse d'eau, dans lesquelles la vitesse de débit du fluide diminue graduellement lorsque le niveau du fluide dans le réservoir augmente, nécessitant ainsi une plus longue période de remplissage.
Il est préférable de placer les diverses parties de la tige 60 et les ouvertures dans les pièces d'étanchéité supérieure et inférieure, de telle sorte que, lorsque le réservoir se remplit, l'ouverture 55 soit fermée par la partie intermédiaire 62, avant que cette dernière ne soit retirée de l'ouverture inférieure ±±. Ceci rend l'action de fermeture de la soupape positive, aucun fluide ne s'écoulant de la chambre de pression dès que l'ouverture 55 est fermée.
Lorsque le débit d'un fluide à travers un tuyau est bloqué instantanément, un bruit indésirable, désigné par l'expression coup de bélier, se produit. Les coups de bélier sont réduit.- à une quantité négli- geable dans la soupape conforme à l'invention en dotant la tige 60 d'une partie finale 63, qui bloque partiellement l'ouverture 45. Lorsque la partie intermédiaire 62 de la tige est déplacée vers le haut et sort de l'ouverture 45., le fluide commence à s'élever, autour de la partie finale 63, à travers l'ouverture 45, dans la plus grande ouverture 46.
Une légère action d'étranglement se manifeste qui empêche la pression de la chambre de s'élever à un maximum, instantanément. Le temps nécessaire au diaphragme 42 pour se déplacer de haut en bas et de contacter la face 37 peut être contrôlé par les dimensions relatives de la partie inale 53 et de l'ouverture 45. Il est préférable que le temps de parcours du diaphragme soit,de l'ordre de quelques dixièmes de seconde.
Ainsi, les coups de bélier sont en substance éliminés, sans 'affecter sensi- blement la vitesse de remplissage du réservoir avant la fermeture.
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Le mouvement de la tige à travers louverture du diaphragme fournit également une action de nettoyage et empêche les particules de se loger dans l'ouverture.
Un très faible bruit est produit dans la soupape décrite ci-avant par le fluide 'écoule à travers et hors de la soupape, En se référant à la figure 2, la direction du débit du fluide à travers la souple est inversée par le heurt du fluide sur le diaphragme flexible 42 , qui agi. comme un coussin pour réduire la turbulence créée par l'inversion du fluide; il n'existe aucune force qui presse le diaphragme vers le bas lorsque l'ouverture supérieure 55 est ouverte et que l'ouverture inférieure 45 est fermée.
Les passages du depit à travers la soupape ont des dimensions telles qu'il n'y a pas de restrictions sur le parcours suivi par le fluide, la superficie transversale totale des quatre passages d'émission 27, 28,
29 et 30 étant plus grande que la superficie transversale du passage d'admis- sion dans le tuyau montant 10. Les passages rectilignes de section transver- sale uniforme dans les orifices de sortie 27, 28, 29 et 30 convertissent-' toute turbulence dans le débit, à l'entrée vers les passages,en un débit la- minaire à la sortie, de sorte que les bruits d'écoulement sont réduits au minimum.
Lorsque la longueur d'un tuyau rectiligne de section transversale uniforme est au moins une fois et demi aussi grande que la distance maximum en travers de la sectiortransversale, le débit d'eau sortant d'un tel sera en substance laminaire, L'emploi d'un nombre dE psages de sortie de superficie transversale tite, tels que décrits dans l'invention, permet à une soupape munie de pasages de sortie relativement courts, d'avoir un débit laminaire calme à la sortie. Il est entendu que la présente invention n'est pas limitée à l'emploi de quatre passages de sortie, puisque les avantages des passages de sortie courts et du débit calme peuvent être obtenus en utilisant trois, cinq ou tout autre nombre de passages de sortie.
Toutefois, la réalisation décrite ci-avant est préférable en raison de sa simplicité et de son coût de construction faible.
La soupape conforme à l'invention peut être utilisée avec le bras de levier classique s'étendant extérieurement et avec un flotteur sphérique creux fixé à l'extrémité de ce bras.
Toutefois, le flotteur 20 représenté dans la figure 1 est préférable en raison du type d'encombrement compact permis par la construction de ce nouveau flottent et aussi parce que ce modèle de flotteur unique élimine le problème du floteur qui se remplit d'eau, fait attribuable aux fuites dans celui-ci. Le flotteur 20 est ouvert à son extrémité inférieure et est rem- pli d'air chaque fois que le réservoir 11 est vidé, le flotteur étant sus- pendu au-dessus du fond du réservoir par le levier 17 et le bras 21.
Une autre réalisation de la présente invention est représentée dans les figures 7 et 8. La forme et le fonctionnement de cette réalisation sont similaires à ceux montrés dans les figures 2 et 3, sauf pour les exceptions qui sont discutées ci-après. Une pièce d étanchéité inférieure
140. comprenant une paroi cylindrique 141 et un d i a p h r¯a g me
142 raccordé à l'extrémité inférieure de la paroi 141 et doté d'un bossage
143 se prolongeant vers ¯bas à partir du diaphragme, est placée sur la bague 38 dans le corps 15. Une ouverture concentrique au corps
15 est prévue dans le bossage 1 43, cette ouverture ayant une partie inféri- eure 146 et une partie supérieure hémisphérique 147.
Il doit être noté que la pièce d'étanchéité 40 de la figure 3 peut être utilisée dans la réalisa- tion de la figure 8, si l'ouverture 47 a été faite sous une forme hémis- phérique, comme l'est l'ouverture 147 de la pièce d'étanchéité inférieure 140. Une tige 160 est placée dans l'ouverture 55 de la pièce d'étanchéité supérieure 501 la tige ayant une extrémité 163 formée hémisphériquement,
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dont les dimensions sont telles qu'elle s'introduit dans l'ouverture 147 et bloque l'ouverture 146. lorsqu'elle est introduite de cette façon.
La tige 160 présente un oeillet 177 formé dans son extrémité supérieure et qui est accouplé, avec glissement, au levier monté d'une manière pivotante sur la broche 76 dansla chape 66 du couvercle 16. Une fente assez large 180 est prévue dans la chape 66,-de sorte que la barre peut se dépla cer à la fois verticalement et horizontalement sans être en contact avec la chape.
Lorsque le levier 17 est dans la position supérieure, représentée en pointillé dans la figure 7, la tige 160 est aussi dans sa position supérieure, comme on peut le voir dans la figure 8, l'extrémité hémisphé rique 163 n'étant plus en contact avec l'ouverture 147. Le. bossage 54 entou- rant 1'ouverturesupérieure 55 maintient la tige 160 é la position centrale, comme indiqué dans.la figure 8. Dès lors, le débit du fluide-dans le tuyau montant 10 pénètre dans la chambre de pression 53 et coupe tout écoulement . de fluide ultérieur comme décrit ci-avant conjointement avec la figura 3.
Lorsque le levier 17 pivote de haut en bas, la tige 160 est déplacée vers le bas jusqu'à ce que l'extrémité 163 s'engage dans l'ouverture 147, bloquant le débit du fluide à travers l'ouverture 146.
Un mouvement descendant plus avant du levier 17 produit une force horizonta.- le sur la tige 160 au joint du fond de l'oeillet 177 et à l'arête inférienedu levien17, contaignant la tige 160 à tourner sur l'extrémité hémisphérique 163 et à déformer l'ouverture 55 de la pièce d'étanchéité supérieure 50, permet- tant ainsi de réduire la pression de la chambre ±.lE la pression atmosphé- rique.
Lorsque le levier 17 se déplace suivant un mouvement ascendant, l'ouverture 55 reprend sa forme normale en raison de l'action élastique du bossage 54, avant que la tige 160 ne soit soulevée verticalement pour libérer l'ouverture 146, Ainsi, le processus désirable qui consiste à fermer l'ouverture supérieure avant de libérer l'ouverture inférieure, qui peut être réalisé dans la construction de la figure 3, peut aussi être effectué dans la construction de la figure 8.
Les divers autres avantages et les caractéristiques nouvelles de la réalisation discutée conjointement avec les figures 2 et 3 sont applicables à la réalisation montrée dans les figures 7 et 8
Bien que plusieurs réalisations exemplaires de la présente inven- tion ont été décrites et discutées, on comprendra que d'autres applications' de l'invention sont possibles et que les réalisations décrites peuvent être soumises à divers changements, modifications et substitutions, sans nécessai- rement s'écarter de l'esprit de l'invention, tel que défini dans les revendi- cations suivantes.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present 4-nveiijoi-) ast relating to valves, valve controlled by f Ott0U: for the flow control of fluid38 and, in particular, to a valve 5 controlled by float suitable for use in a tank flush or similar device, for example a toilet flush tank, the invention however not being limited to a
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application of this nature since it offers other uses :: 1: 1; ') 1'0 "required.
One of the objects of the present invention is to provide a float-controlled gate valve, which can be actuated automatically in response to some predetermined measure, such as the level of the liquid in a tank, in which the pressure of the incoming liquid. is used to move closures and control the flow of incoming liquid.
This valve works satisfactorily with the incoming fluid pressure, which is less than one pound per square inch higher.
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(0.0703 kg / om2) than the discharge pressure.
Embodiments of the present invention are described below by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which similar parts shown in the various figures are designated by the same numbers and which showing in:
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Figure 1, an isometric view shown partially in section, of a float-controlled valve according to an embodiment of the present invention, mounted in the bottom of a cistern or the like; Figure 2, a sectional view of part of the valve taken along line 2-2 of Figure 1 and showing the valve in the flow position; Figure 3, an enlarged view of part of Figure 2 and showing the valve in the closed position;
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Figure 4, a plan view taken as indicated by arrow 4 in Figure 1; Figure 5, a partially sectional view taken along line 5-5 of Figure 1; Figure 6, a partially sectional view taken along line 6-6 of Figure 1;
FIG. 7, a sectional view similar to that of FIG. 2
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of a float controlled gate valve according to a second embodiment of the present invention, and Figure 8 an enlarged view of part of Figure 7.
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Referring firstly to the embodiment according to the present invention shown in Figures 1 to 6, a rising pipe ¯'I 0 is fixed in the bottom of a tank 11, the lower end of the rising pipe being secured in the upper part of a flanged sleeve 13 which is
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extends downwards through the bottom of the tank 11 in order to h. '.:. attached 'to it.
A valve mechanism 1. is contained in the fixed body 15 J, the upper end of the riser pipe .l2., the upper end of the body being closed by a cover 16, on which is mounted in a manner
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swiveling a lever 170 A float ¯20, which moves in an upward and downward movement along the rising pipe ¯10 depending on the level of the water in the tank 1 1, 3sb fixed to the lever 1 7 by an arm 21. A filler pipe 22 .i;: <= - '' tuned to the body 1 5 and extends downwards below this body, an outlet end 23 of the filler pipe
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-cage being deflected horizontally from the other end 92 and being placed
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in the opening of an overflow tv-pau 24.
This part of the valve according to the invention, placed in the body 15, is shown in detail in Figures 2 and 3, the valve being in the flow position, in Figure 2 and in the closed position, in the figure 3.
The cylindrical body 15 comprises an upper part having a single cylindrical opening 26 and a lower part having four smaller cylindrical openings or passages 27, 28, 29, 30 arranged around it.
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upper part of the riser pipe 10 (see figure 5). The body z is preferably designed as a single piece of tube having four recesses 33 formed in its lower part to fit the tube.
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amount read, this adap-Fe4on of the recessed parts of the body to the riser pipe forming the passages 27, 28, 29, 30 and also supporting the body at the top of the riser pipe. The body can be stuck or welded to the -t4ya-mon-- tant, if desired.
The interior of the upper end of the riser pipe 10 has an outer tapered bore, an insert 36 having a corresponding taper being telescoped into the riser pipe.
Although such an insert is not required in the INON compliant valve, when it is made of a rough and durable material such as Teflon, Nylon, or other products, it will allow
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of '' & markedly increase the life of the valve. The seat of the valve, 'is the top face 37 of the insert 36, is subjected to severe erosive forces produced by the flow of fluid rising in the upward pipe, passing through the top face 37 and downward. passages 27, 28, 29 and 30, as indicated by the arrows in figure 2.
A bearing ring 38, which may form an integral part with the body 15, is disposed on the inner wall of this body, near the bottom of the cylindrical opening 26, a lower sealing part 40 being placed in the bottom. opening 26 and resting on the support ring 38.
The lower sealing piece 40 has a cylindrical wall 41, a diaphragm 42 adjoining the lower edges of the wall 41 and a boss 43 extending downwardly from the central portion of the diaphragm.
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The lower sealing piece is made of a flexible, temporarily deformable material, such as rubber, so that the diaphragm 42 can be moved from its normal position, as can be seen in the figure. 2, in a position which engages face 37 of insert 36 and which blocks the flow of fluid from pipe 10 ascending to passages 27, 28, 29 and 30, as shown in FIG. 3. An opening, whose three parts 45, 46, 47 have different transverse dimensions, extend vertically through the boss 43 of the part, lower sealing 40.
An upper sealing part 50 comprising a cylindrical wall 51 and a planar part or plate 52 adjoining the upper end.
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re of the king 21 is telescopically mounted in the lower sealing part 40, forming a pressure chamber 53 between these two parts.
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A boss 54 of an opening 55 <coaxial with the opening of the boss 43, protrudes into the vacuum chamber 53 from the plate 52.
The upper sealing piece 50 can be made of the same flexible, temporarily deformable material as the lower sealing piece.
A rod 60 passes through the aligned openings of the upper and lower sealing pieces, the rod having a central part 61, an intermediate part 62 and an end part 63 The transverse surfaces of the central part 61 and the end part 63 are each smaller.
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that the transverse surface of the intermediate part 62, the last part being formed and dimensioned so that its mounting is sealed and sliding, in the openings 45 and 55, the cross section thereof being preferably circular for reasons which will be discussed later.
The cover 16, which consists of a vertical yoke 66 of oval shape and two opposing cheeks 67, 68, arranged horizontally, is mounted in the opening 26 of the body 15 and rests on the upper and lower sealing pieces 50 and 40. Opposing notches 71, 72 in cheeks 67, 68, respectively, allow cover 16 to be moved downwardly into opening 26 of body 15, past opposing protrusions 73, 74 extending into it. opening ¯26 of the body 15, the protrusions being formed in the body by suitable means, such as by pushing (dimpling).
The cover 16 can be held in place in the body by rotation in a horizontal plane, with the cheeks 67, 68 placed below the projections 73, 74, as can be seen in figure 4. The cover 16 can be rotated and held in any angular position relative to the rest of the valve, except in the particular position where the notches 71, 72 and the projections 73, 74 are aligned. The lever 17 is placed in the yoke 66 of the cover 16 and its end 75 is pivotally mounted on the yoke by a suitable member, such as a pin 76, as shown in Figures 1 and 2.
The rod 60 passes between the opposite cheeks 67, 68 of the cover 16, the upper end of the rod being formed in a loop or eyelet 77, which surrounds and slides freely on the lever 17 and which is guided to move in a vertical direction, through a slot 80 in the yoke 66 of the cover. The dimensions of the slot 80 are such that the loop 77 of the rod 60 will move freely therein, but only in a straight line, since the ,,, - lever pivots on the pin 76, thus ensuring lateral play and minimum slack in movement of rod 60 through upper and lower sealing pieces 50, 40.
It is visible that when this eyelet, mating between the lever 17 and the rod 60, is used, the rod will rotate when the cover is rotated, thus requiring that the openings 45 and 55 be of circular cross section and concentric with the opening 26 and that the intermediate part 62 of the rod 60 'is of circular cross section.
It will easily be understood that the usual hollow spherical float can be used with the valve according to the invention, simply by threading the inner end of the arm of such a conventional float into the opening of the end of the lever 17, to which the arm 21 is attached in FIG. 1, or by any other suitable manner.
Even such a conventional type of float is used, it will only require a very small diameter and its link arm may be very short, because the mechanical force required to close valve 14 is much less than that of float valves. conventional.
The float 20 of FIG. 1 is preferred, because of its smaller size and its operational reliability. An inner cylindrical wall 84 and an outer cylindrical wall 85 are joined at their upper ends by a ring 86 to provide a downwardly open air chamber. The arm 21 is attached to the outer wall 85 by suitable means, such as spot welds, several openings 87 being provided in the upper end of the arm 21 for selectively securing the arm to the end of the lever 17 by a. screw or the like, in order to obtain different levels of closing liquid.
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The interior dimensions of the wall 84 are preferably sufficiently
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large to allow the float of paSS9r descending around the body 15, when the lever 17 and the filling pipe 22 are not yet in place, so that the float can be installed as soon as the riser pipe has been fixed in place - Two clamps of spring clamp 88, 89 are snapped around the riser pipe 10 and serve as guides during the upward movement and
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float dants 20.
The cylindrical shape of the float is preferred due to the ease of its manufacture but it should be noted that the particular shape of the float is not; The main features of the float are the open air chamber at the bottom and the placement of the float around the riser pipe, with a closed open chamber.
The fill pipe 22 has a vertically directed inlet port 92 (Figures 1 and 5), which is gently friction mounted in the outlet passage 29 and has an outlet port 23 which is deflected horizontally from the outlet. inlet port 92.
The force due to gravity provides clockwise rotational torque, as shown in Figure 1, to the fill pipe when water is not flowing through it, which maintains the pipe engaged with the body 15. When the water flows through the end 23, the reaction force provides a torque in the direction
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counterclockwise, which a.it to keep the tubing in contact with the body during this part of the duty cycle.
In Figure 2, the valve is shown in the open or flow position with the fluid rising in the riser pipe 10.between valve seat or face 37 of insert 36 and diaphragm 42 of insert. lower seal 40 and passing down the outlet passages 27, 28, 29 and 30, the central part 61 of the rod 60 is placed in the opening .22. il of the upper sealing part 50 and the intermediate part 62 of the rod is placed in the smaller opening 45 of the boss 43 of the lower sealing part 40.
Thus, the pressure chamber 53 is maintained
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under atnospypc pressure, the opening fi ± ensuring communication with the surrounding atmosphere, either liquid or gas
When the lever 17 is rotated vertically, the rod 60
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is moved vertically through parts 1 -. the seal W- at the position indicated in FIG. 3, where the intermediate part 62 closes the upper opening fiµ, but not the lower opening Ê5. A portion of fluid rising in the riser pipe 10 passes through the opening 45 around the end part 63, the opening 46 around the intermediate part 62 and enters the pressure chamber 53.
The force exerted from above
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down on the shaft 42 and which is produced by the fluid in the pressure chamber 53 is sufficient to overcome the upward force of the fluid rising through the pipe 'U' '' '.! 2;: and arriving on the face 37, so that the diaphragm 42 is moved downwards and is in contact with the face 37, thus stopping any subsequent flow of fluinire through its valve. The fluid in the pressure chamber 53 also exerts external radial forces on the like of the sealing piece 2Q, thereby providing an absolute seal between the upper and lower sealing pieces and between the lower sealing piece. and the body.
The pressure chamber fluid still exerts internal radial forces on boss 54, thereby causing
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perfect sealing around the inteI1n "ùiai]" 'e 62 of the rod 60 in the opening 55. Due to these sealing forces provided by the pressure of the incoming fluid, it is not necessary to rigidly wedge the upper and lower sealing pieces in place, eliminating
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thus the stresses and strains at the seal surfaces and substantially increasing the life of the sealing parts.
A substantial force differential across diaphragm 42, which allows the valve to be used when the pressure of the incoming fluid is greater by an amount less than one pound per square inch (0.0703 kg / cm2) than the surrounding atmosphere, can be achieved by extending the lower end of boss 43 downward into riser pipe 10 to a substantial distance, as shown in figure 3.
Since the inlet port to chamber 53 is at the lower end of boss 43, the fluid pressure in the chamber will be greater than the fluid pressure at the lower surface of the diaphragm. This pressure difference increases the differential. forces obtained by the difference of the surface areas requested by the fluid in the chamber 53 and by the fluid in the riser pipe 10, allowing the valve according to the invention to be used for controlling the flow rate of fluids under very small pressures, the opening 46 in the boss 43 of the lower sealing part 40 is large enough to allow a flow of fluid around the intermediate part 62 of the tigt 60.
Opening 47 is somewhat larger than opening 46 and is shaped to provide clearance for boss 54 extending downward from plate 52 of top seal 50
The unique construction of the valve according to the invention utilizing two aligned apertures and a vertically moving rod allows the flow of fluids through the valve at a maximum uniform velocity during the entire flow period, this being positively shut off as soon as possible. that the intermediate part 62 of the rod 60 is withdrawn from the opening 45 in the lower sealing part.
This is a significant advantage over previous types of float controlled flush tank valves, in which the fluid flow rate gradually decreases as the fluid level in the tank increases, thus requiring a longer period of flushing. filling.
It is preferable to place the various parts of the rod 60 and the openings in the upper and lower sealing pieces, so that when the tank fills the opening 55 is closed by the intermediate part 62, before the latter is removed from the lower opening ± ±. This makes the closing action of the valve positive, with no fluid flowing from the pressure chamber as soon as the opening 55 is closed.
When the flow of fluid through a pipe is instantly blocked, unwanted noise, referred to as water hammer, occurs. Water hammer is reduced to a negligible amount in the valve according to the invention by providing the rod 60 with a final part 63, which partially blocks the opening 45. When the intermediate part 62 of the rod is moved up and out of opening 45., fluid begins to rise, around end portion 63, through opening 45, into larger opening 46.
A slight throttling action occurs which prevents the chamber pressure from rising to a maximum instantaneously. The time required for the diaphragm 42 to move up and down and contact the face 37 can be controlled by the relative dimensions of the end portion 53 and the opening 45. It is preferable that the travel time of the diaphragm is, of the order of a few tenths of a second.
In this way, water hammer is substantially eliminated, without significantly affecting the rate of filling the reservoir before closing.
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Movement of the rod through the diaphragm opening also provides a cleaning action and prevents particles from getting lodged in the opening.
Very low noise is produced in the valve described above by the fluid flowing through and out of the valve. Referring to Figure 2, the direction of fluid flow through the flexible hose is reversed by the impact of the valve. fluid on the flexible diaphragm 42, which acts. as a cushion to reduce the turbulence created by the inversion of the fluid; there is no force which presses the diaphragm down when the upper opening 55 is open and the lower opening 45 is closed.
The depit passages through the valve have dimensions such that there are no restrictions on the path followed by the fluid, the total transverse area of the four emission passages 27, 28,
29 and 30 being greater than the cross-sectional area of the inlet passage in the riser pipe 10. The straight passages of uniform cross-section in the outlets 27, 28, 29 and 30 convert any turbulence into the flow, at the inlet to the passages, into a linear flow at the outlet, so that flow noise is reduced to a minimum.
When the length of a straight pipe of uniform cross section is at least one and a half times as great as the maximum distance across the transverse section, the flow of water out of such will be substantially laminar. A number of outlet psages in transverse area tite, as described in the invention, allows a valve provided with relatively short outlet passages, to have a calm laminar flow at the outlet. It is understood that the present invention is not limited to the use of four outlet passages, since the advantages of short outlet passages and quiet flow can be achieved by using three, five or any other number of outlet passages. .
However, the embodiment described above is preferable because of its simplicity and its low construction cost.
The valve according to the invention can be used with the conventional lever arm extending outwardly and with a hollow spherical float fixed to the end of this arm.
However, the float 20 shown in Fig. 1 is preferable because of the type of compact footprint afforded by the construction of this new float and also because this unique float design eliminates the problem of the float filling with water, actually. due to leaks in it. The float 20 is open at its lower end and is filled with air each time the tank 11 is emptied, the float being suspended above the bottom of the tank by the lever 17 and the arm 21.
Another embodiment of the present invention is shown in Figures 7 and 8. The form and operation of this embodiment are similar to those shown in Figures 2 and 3, except for the exceptions which are discussed below. A lower sealing piece
140. comprising a cylindrical wall 141 and a d i a p h r¯a g me
142 connected to the lower end of the wall 141 and provided with a boss
143 extending downward from the diaphragm, is placed on the ring 38 in the body 15. An opening concentric to the body
15 is provided in boss 143, this opening having a lower part 146 and a hemispherical upper part 147.
It should be noted that the sealing piece 40 of Figure 3 can be used in the embodiment of Figure 8, if the opening 47 has been made in a hemispherical shape, as is the opening. 147 of the lower sealing part 140. A rod 160 is placed in the opening 55 of the upper sealing part 501, the rod having an end 163 formed hemispherically,
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the dimensions of which are such that it enters the opening 147 and blocks the opening 146. when it is introduced in this way.
The rod 160 has an eyelet 177 formed in its upper end and which is slidably coupled to the lever pivotably mounted on the pin 76 in the yoke 66 of the cover 16. A fairly large slot 180 is provided in the yoke 66. , -so that the bar can move both vertically and horizontally without being in contact with the yoke.
When the lever 17 is in the upper position, shown in dotted lines in FIG. 7, the rod 160 is also in its upper position, as can be seen in FIG. 8, the hemispherical end 163 no longer in contact. with the opening 147. The. boss 54 surrounding upper opening 55 maintains rod 160 in the central position, as shown in Figure 8. Hence, the flow of fluid from upstream pipe 10 enters pressure chamber 53 and cuts off all flow. . of subsequent fluid as described above in conjunction with Figure 3.
As lever 17 pivots up and down, rod 160 is moved downward until end 163 engages opening 147, blocking the flow of fluid through opening 146.
Further downward movement of lever 17 produces a horizontal force on rod 160 at the bottom seal of eyelet 177 and the lower edge of levien17, causing rod 160 to rotate on hemispherical end 163 and deforming the opening 55 of the upper sealing piece 50, thereby reducing the pressure in the chamber ± .lE atmospheric pressure.
As the lever 17 moves in an upward motion, the opening 55 returns to its normal shape due to the resilient action of the boss 54, before the rod 160 is lifted vertically to release the opening 146. Thus, the process desirable which is to close the upper opening before releasing the lower opening, which can be achieved in the construction of Figure 3, can also be done in the construction of Figure 8.
The various other advantages and new features of the embodiment discussed in conjunction with Figures 2 and 3 are applicable to the embodiment shown in Figures 7 and 8
Although several exemplary embodiments of the present invention have been described and discussed, it will be understood that other applications of the invention are possible and that the disclosed embodiments may be subject to various changes, modifications and substitutions, without the need. It is in no way to depart from the spirit of the invention, as defined in the following claims.
CLAIMS.
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