Dispositif de commande du passage d'un fluide. Dans la plupart des robinets et un grand nombre de réducteurs de pression et autres appareils commandant le passage d'un fluide par étranglement, l'organe de commande con siste en un clapet à face généralement plane, mobile pour se rapprocher plus ou moins d'un siège à orifice central donnant passage au fluide. La section de passage entre le clapet et le siège est plus ou moins étranglée, prati quement en fonction linéaire de la course du clapet.
A partir d'un certain degré d'ouver ture, la section de passage devient plus grande que la section de l'orifice du siège, et c'est alors cette dernière section qui détermine le débit; le déplacement du clapet au delà de cette position n'a plus d'influence. Cette se conde phase du phénomène d'ouverture n'offre donc pas d'intérêt pour le fonctionne ment de l'organe de commande et nous ne parlerons que de la première phase.
Les dispositifs de commande tels que sus- indiqués sont utilisés généralement en série avec une canalissation offrant au passage du fluide une certaine résistance. Lorsque l'en- semble formé par le dispositif de commande et cette conduite est soumis à une certaine chute de pression, et si la courbe de varia tion des sections d'ouverture en fonction de la course du clapet est pratiquement linéaire, la courbe des débits en fonction de ladite course s'infléchit d'autant plus que la résis tance de la canalisation est plus grande.
La fig. 1 représente schématiquement, en coupe axiale, un dispositif de commande du passage d'un fluide par étranglement, de type courant, comprenant un clapet 1 dont la sur face plane 2 se déplace en regard de l'orifice 3 d'un. siège 4. La section la plus étranglée du passage offert au fluide entre la surface 2 et le bord de l'orifice â est représentée par la surface annulaire indiquée en traits poin tillés en 5. Le siège et le clapet peuvent être soit de forme de revolution, soit de forme différente, les considérations qui suivent res tent valables dans les deux cas.
La fig. 2 représente un diagramme sur lequel on a porté en abscisses les différentes valeurs de la course du clapet rapportée à la course pour laquelle la section la plus étran glée entre le clapet et le siège est égale à la section de passage @du trou du siège, c'est- à-dire à la. valeur pour laquelle le phénomène d'ouverture passe d'une phase à l'autre, comme indiqué plus haut.
Cette échelle des abscisses s'étend donc de zéro à<B>100%.</B> Sur ce diagramme (fig. 2) les ordonnées de la courbe Ao représentent, pour les différentes valeurs des abscisses, la section d'ouverture la plus étranglée rapportée à la section de passage du trou du siège.
Les ordonnées des courbes A1/4, A1 et A4 indiquent pour les différentes valeurs des débits de l'ensemble formé par le dispositif de commande selon fig. 1 et d'une canalisation en série, pour une résistance de la canalisation respective ment égale à 1/4, 1 et 4 fois la résistance offerte par le trou du siège au passage du fluide, ces débits étant rapportés au débit du trou du siège seul. Ces valeurs s'étendent donc de zéro à<B>100%,</B> comme il est indiqué sur l'échelle des ordonnées. Il est bien entendu que les débits comparés se rapportent à une même chute de pression.
La fig. 2 montre que l'effet de la résis tance de la canalisation est presque nul sur les petits débits et devient important pour les grandes valeurs du débit.
Il serait avantageux, pour faciliter le ré glage, en particulier sur les batteries mélan geuses, d'avoir une courbe de débits linéaire sur une partie au moins de la course. Des tentatives ont été faites en vue de corriger la courbe de débits, en disposant au centre du clapet un téton de forme qui pénètre dans l'orifice du siège. La fig. 3 montre schéma tiquement, en coupe, un exemple de disposi tif de commande du passage d'un fluide, comprenant un tel clapet 6, présentant une surface plane 7 dont émerge un téton 8 péné trant dans l'orifice 9 d'un siège 10.
Le téton présente une section droite qui va en dimi nuant régulièrement de sa naissance à son extrémité. La section la plus étranglée du passage offert au fluide entre le téton et le siège, section qui détermine le débit entre ce siège et ce téton, est représentée en 11. La fig. 4 représente un diagramme relatif à, la fig. 3 et analogue en tous points à celui j de la fig. 2.
Sur ce diagramme, les courbes A'o, A'1/4, A'1 et A'4 correspondent respec- iivement aux courbes Ao, A1/4, A1, <I>Ai</I> de fig. 2. On voit sur la fig. 4 que la disposition selon fig. 3 permet de corriger la forme de la, courbe d'ouverture pour les petits débits (où cela n'est pas nécessaire) et ne donne qu'une correction tout à fait insuffisante ou nulle pour les grands débits.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients signalés des dispositifs connus et elle a pour objet un dispositif de com mande du passage d'un fluide, du type com prenant un siège et un clapet à téton de forme pénétrant dans un trou de ce siège, pour ré gler le passage du fluide, ce dispositif étant caractérisé en ce que le téton est tronqué et présente une section droite décroissant régu lièrement de sa naissance jusqu'à sa tronca- ture, et en ce que cette troncature présente la forme d'une surface qui est située entière ment à l'extérieur du volume engendré par l'ensemble des sections de passage annulaires,
de superficie égale à celle du trou du siège et s'appuyant par leur bord sur le bord de ce trou, lorsque la ligne de troncature, c'est- à-dire l'intersection de la troncature et de la. périphérie du corps proprement dit du téton est tangente audit volume.
Les fig. 5 et 7 du dessin annexé repré sentent, schématiquement et à titre d'exem ples, deux formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
Fi-. 6 et 8 sont deux diagrammes relatifs au fonctionnement des formes d'exécution selon fig. 5 et 7 respectivement.
Dans la forme d'exécution selon fig. 5, le dispositif représenté comprend un clapet 12 présentant un téton de forme 13 pénétrant dans un trou 14 d'un siège 15, pour régler le passage @du fluide. Ce téton est tronqué selon une surface 16 dont il sera question plus loin. Le téton 13 présente une section droite décroissant régulièrement de sa naissance jus qu'à sa troncature. La ligne d'intersection 17 de la troncature 16 et de la périphérie du corps proprement dit du téton 13 (un cercle dans le cas d'un téton de forme de révolution) sera appelée, dans la suite, la ligne de troncature du téton.
On a représenté en traits mixtes, en 18, la section de la surface gauche limitant le volume engendré par l'ensemble des sections de passage annulaires telles que 19, 20, 21 de superficie égale à celle du trou du siège 14 (le diamètre de ce siège est égal à d) et s'appuyant par leur bord sur le bord 22 de ce trou. La surface 18 est donc engendrée par le bord opposé de ces différentes surfaces. La surface supérieure plane 23 du siège limite par ailleurs le volume dont il vient d'être question.
La surface de troncature 16 présente une forme telle qu'elle soit située entièrement à l'extérieur du volume engendré par l'ensemble des sections de passage susmentionnées, lors que la ligne de troncature 17 est tangente à la surface 18 de ce volume, comme on le voit sur la fig. 5.
Dans l'exemple représenté, l'embouclitire 14 du siège est de révolution autour de l'axe 24. Le téton 13 est également de révolution autour de cet axe, ainsi que la troncature 16. Le corps proprement dit du téton 13 est de forme ogivale et l'ogive tronquée est formée d'un arc de cercle de rayon r. La valeur de ce rayon r est comprise entre 70 et 100 cen tièmes du diamètre d' du téton à sa nais sance. Dans l'exemple particulier représenté, <I>r</I> est égal aux 82 centièmes de<I>d'.</I> Ce diamètre <I>d'</I> ne diffère de<I>d</I> que de la valeur du jeu nécessaire au fonctionnement du dispositif.
Le clapet est représenté sur la fig. 5 dans sa position la plus ouverte. En effet, comme il ressort de ce qui a été indiqué précédem ment, il ne servirait à rien d'écarter davan tage le clapet du siège car cela n'augmen terait pas le débit sensiblement.
Sur le diagramme (fig. 6), on a indiqué en Co la variation de la section de passage du dispositif selon fig. 5, et en C, la courbe représentant la variation du débit, en fonc tion de l'ouverture, pour un, ensemble formé du dispositif selon fig. 5 et d'une conduite en série avec lui qui présente une résistance égale à celle offerte par le siège au passage du fluide, sans le clapet.
On remarquera que la courbe Co se re dresse fortement pour les grandes ouvertures, tandis que la courbe Cl des débits est prati quement droite à partir d'une ouverture de 40 % de l'ouverture maximum (position fig. 5). Pour les petits débits, la courbe C' s'inflé chit pour venir tangente à l'origine, ce qui offre l'avantage de permettre de régler de façon précise les petits débits et, en outre, d'atténuer les coups de bélier à la fermeture.
Dans une variante, la surface de tronca- ture 16 pourrait coïncider avec la surface 18, ce qui éviterait des tourbillonnements du fluide dans la zone morte 25 comprise entre la surface de troncature 16 et la surface 18 dans l'exemple représenté sur le dessin.
Dans la forme d'exécution selon fig. 5, le diamètre du cercle de troncature 17 est égal aux 65 .centièmes .du diamètre d',du téton à sa naissance. En choisissant une valeur r du rayon de l'ogive différente de celle repré sentée, mais néanmoins comprise entre 70 et 100 centièmes du diamètre d', et en choisis sant pour le diamètre du cercle de troncature 17 une valeur comprise entre 45 et 70 cen tièmes du diamètre d', on peut produire un redressement de la courbe de débits pour des valeurs de la résistance de la canalisation autres qu'une fois la résistance du siège seul.
Dans l'exemple représenté, la hauteur du téton de sa naissance au plan du cercle de troncature 17 est égale aux 50 centièmes du diamètre d' du téton à sa troncature. Dans les variantes susmentionnées, cette grandeur pourrait varier entre 40 et 60 centièmes dudit diamètre<B>d</B>.
Dans l'exemple selon fig. 7, le téton 26 du clapet 27 présente une courbure nulle à sa naissance et qui va en croissant jusqu'à sa troncature 28 qui est de forme plane per pendiculaire à l'axe 29 du dispositif. On a représenté en 30 une fente dans laquelle un tournevis servant à la fixation du clapet 27 est destiné à s'engager pour le montage.<B>31</B> représente la surface du volume engendré par l'ensemble des sections de passage annulaires de superficie égale à celle du trou 32 du siège 33 et s'appuyant par leur bord sur le bord 34 de ce trou.
Il est clair que, lorsque la ligne de troncature 35 du téton est tangente à la surface 31, la surface 28 de troncature est située entièrement à l'extérieur du volume engendré dont il vient d'être question.
Sur le diagramme selon fig. 8, qui cor respond au fonctionnement du dispositif selon fig. 7, on a représenté en Do et Dl des courbes homologues de Co et C, sur fig. 6. On voit que la disposition selon fig. 7 permet de rec tifier la courbe de débits jusqu'à l'origine. Dans les mélangeurs, en particulier dans le cas où deux clapets opposés sont montés sur un même organe de manoeuvre, cette particu larité permet de réaliser une variation dans la composition du mélange sans changer le débit.
Ainsi, par exemple, dans le cas d'un mélangeur d'eau chaude et d'eau froide, on peut faire varier la température du mélange en maintenant le débit constant.
Device for controlling the passage of a fluid. In most valves and a large number of pressure reducers and other devices controlling the passage of a fluid by throttling, the control member consists of a valve with a generally flat face, movable to approximate more or less. a seat with a central orifice giving passage to the fluid. The passage section between the valve and the seat is more or less constricted, practically as a linear function of the stroke of the valve.
From a certain degree of opening, the passage section becomes larger than the section of the orifice of the seat, and it is then this latter section which determines the flow rate; the displacement of the valve beyond this position no longer has any influence. This second phase of the opening phenomenon is therefore of no interest for the operation of the control member and we will only speak of the first phase.
The control devices as indicated above are generally used in series with a channel offering a certain resistance to the passage of the fluid. When the assembly formed by the control device and this pipe is subjected to a certain pressure drop, and if the curve of variation of the opening sections as a function of the stroke of the valve is practically linear, the curve of flow rates as a function of said stroke are all the more inflected as the resistance of the pipe is greater.
Fig. 1 schematically shows, in axial section, a device for controlling the passage of a fluid by throttling, of standard type, comprising a valve 1, the flat surface 2 of which moves opposite the orifice 3 of a. seat 4. The most constricted section of the passage offered to the fluid between the surface 2 and the edge of the orifice â is represented by the annular surface indicated by dotted lines at 5. The seat and the valve can be either revolution, or of a different form, the following considerations remain valid in both cases.
Fig. 2 represents a diagram on which the various values of the valve stroke are plotted on the abscissa relative to the stroke for which the most restricted section between the valve and the seat is equal to the passage section @ of the seat hole, that is to say at the. value for which the opening phenomenon passes from one phase to another, as indicated above.
This abscissa scale therefore extends from zero to <B> 100%. </B> On this diagram (fig. 2) the ordinates of the curve Ao represent, for the various values of the abscissa, the section of opening the more constricted compared to the passage section of the seat hole.
The ordinates of the curves A1 / 4, A1 and A4 indicate, for the different values of the flow rates of the assembly formed by the control device according to FIG. 1 and a pipe in series, for a resistance of the pipe respectively equal to 1/4, 1 and 4 times the resistance offered by the seat hole to the passage of the fluid, these flow rates being related to the flow rate of the seat hole alone. These values therefore range from zero to <B> 100%, </B> as indicated on the ordinate scale. It is understood that the compared flow rates relate to the same pressure drop.
Fig. 2 shows that the effect of the resistance of the pipe is almost zero on small flow rates and becomes important for large flow values.
It would be advantageous, to facilitate adjustment, in particular on mixing coils, to have a linear flow rate curve over at least part of the stroke. Attempts have been made to correct the flow rate curve by placing a shaped stud in the center of the valve which penetrates into the orifice of the seat. Fig. 3 schematically shows, in section, an example of a device for controlling the passage of a fluid, comprising such a valve 6, having a flat surface 7 from which a stud 8 emerges entering the orifice 9 of a seat 10 .
The nipple has a straight section which decreases regularly from its birth to its end. The most constricted section of the passage offered to the fluid between the stud and the seat, the section which determines the flow rate between this seat and this stud, is shown at 11. FIG. 4 shows a diagram relating to, FIG. 3 and similar in all respects to that j of FIG. 2.
On this diagram, the curves A'o, A'1 / 4, A'1 and A'4 correspond respectively to the curves Ao, A1 / 4, A1, <I> Ai </I> of fig. 2. It can be seen in fig. 4 that the arrangement according to FIG. 3 makes it possible to correct the shape of the opening curve for small flows (where this is not necessary) and only gives a completely insufficient or no correction for large flows.
The present invention aims to remedy the drawbacks mentioned in the known devices and its object is a device for controlling the passage of a fluid, of the type comprising a seat and a shaped pin valve that penetrates into a hole in this seat, to regulate the passage of the fluid, this device being characterized in that the stud is truncated and has a cross section that decreases steadily from its birth to its truncation, and in that this truncation has the shape of a surface which is located entirely outside the volume generated by all the annular passage sections,
of area equal to that of the seat hole and resting by their edge on the edge of this hole, when the line of truncation, that is to say the intersection of the truncation and the. periphery of the actual body of the nipple is tangent to said volume.
Figs. 5 and 7 of the appended drawing represent, schematically and by way of example, two embodiments of the device according to the invention.
Fi-. 6 and 8 are two diagrams relating to the operation of the embodiments according to FIG. 5 and 7 respectively.
In the embodiment according to fig. 5, the device shown comprises a valve 12 having a shaped stud 13 penetrating into a hole 14 of a seat 15, to regulate the passage @du fluid. This stud is truncated along a surface 16 which will be discussed later. The nipple 13 has a straight section that decreases regularly from its birth to its truncation. The line of intersection 17 of the truncation 16 and of the periphery of the actual body of the stud 13 (a circle in the case of a stud of the shape of revolution) will be called, in the following, the line of truncation of the stud.
There is shown in phantom lines, at 18, the section of the left surface limiting the volume generated by all the annular passage sections such as 19, 20, 21 with an area equal to that of the seat hole 14 (the diameter of this seat is equal to d) and resting by their edge on the edge 22 of this hole. The surface 18 is therefore generated by the opposite edge of these different surfaces. The flat upper surface 23 of the seat furthermore limits the volume which has just been discussed.
The truncation surface 16 has a shape such that it is located entirely outside the volume generated by all of the aforementioned passage sections, when the truncation line 17 is tangent to the surface 18 of this volume, as it can be seen in fig. 5.
In the example shown, the embouclitire 14 of the seat is of revolution around the axis 24. The stud 13 is also of revolution around this axis, as is the truncation 16. The actual body of the stud 13 is of the shape ogival and the truncated ogive is formed by an arc of a circle of radius r. The value of this radius r is between 70 and 100 cen tenths of the diameter of the stud when it is born. In the particular example shown, <I> r </I> is equal to 82 hundredths of <I> d '. </I> This diameter <I> d' </I> does not differ from <I> d < / I> only the value of the clearance necessary for the operation of the device.
The valve is shown in fig. 5 in its most open position. In fact, as is apparent from what has been indicated above, it would be pointless to move the valve away from the seat further because that would not appreciably increase the flow rate.
In the diagram (fig. 6), the variation of the passage section of the device according to fig. 5, and at C, the curve representing the variation in flow rate, as a function of the opening, for an assembly formed of the device according to FIG. 5 and a pipe in series with it which has a resistance equal to that offered by the seat to the passage of the fluid, without the valve.
It will be noted that the curve Co rises sharply for large openings, while the curve Cl for the flow rates is practically straight from an opening of 40% of the maximum opening (position fig. 5). For small flows, the curve C 'inflates to come tangent to the origin, which offers the advantage of making it possible to precisely adjust the small flows and, in addition, to attenuate water hammer at the closure.
In an alternative, the truncation surface 16 could coincide with the surface 18, which would avoid swirling of the fluid in the dead zone 25 between the truncation surface 16 and the surface 18 in the example shown in the drawing.
In the embodiment according to fig. 5, the diameter of the truncation circle 17 is equal to 65. Hundredths. Of the diameter of, of the nipple at its birth. By choosing a value r for the radius of the ogive different from that shown, but nevertheless between 70 and 100 hundredths of the diameter d ', and by choosing for the diameter of the truncation circle 17 a value between 45 and 70 cent tths of the diameter of, a straightening of the flow rate curve can be produced for values of the resistance of the pipe other than once the resistance of the seat alone.
In the example shown, the height of the stud from its birth to the plane of the truncation circle 17 is equal to 50 hundredths of the diameter of the stud at its truncation. In the aforementioned variants, this magnitude could vary between 40 and 60 hundredths of said diameter <B> d </B>.
In the example according to fig. 7, the stud 26 of the valve 27 has zero curvature at its birth and which increases to its truncation 28 which is of planar shape per pendicular to the axis 29 of the device. There is shown at 30 a slot in which a screwdriver serving for fixing the valve 27 is intended to engage for assembly. <B> 31 </B> represents the surface area of the volume generated by all the passage sections annulars with an area equal to that of the hole 32 of the seat 33 and resting by their edge on the edge 34 of this hole.
It is clear that, when the line of truncation 35 of the stud is tangent to the surface 31, the truncation surface 28 is situated entirely outside the generated volume which has just been discussed.
In the diagram according to fig. 8, which corresponds to the operation of the device according to FIG. 7, curves homologous to Co and C have been represented at Do and Dl, in fig. 6. It can be seen that the arrangement according to FIG. 7 is used to rec tify the flow rate curve up to the origin. In mixers, in particular in the case where two opposite valves are mounted on the same operating member, this particularity makes it possible to achieve a variation in the composition of the mixture without changing the flow rate.
Thus, for example, in the case of a hot water and cold water mixer, the temperature of the mixture can be varied while maintaining the flow rate constant.