Soupape
La présente invention a pour objet une soupape pour commander l'écoulement d'un fluide au travers d'une ouverture pratiquée dans une paroi de séparation de deux milieux à pression différente.
On connaît déjà des soupapes employées notamment à titre d'organe de sécurité dans des conduits de distribution de fluides gazeux, constituées par une membrane élastique de dimension correspondant sensiblement à celle de la section de la conduite et formant élément de division d'une chambre en deux espaces, reliés de part et d'autre de la membrane à des segments distincts de cette conduite, cette membrane étant percée d'ouverture de passage du fluide gazeux d'un espace à l'autre de la chambre tant que cet écoulement s'effectue à une vitesse normale, pour laquelle la membrane reste inerte, alors qu'elle se déforme sous l'action de la pression à laquelle elle est soumise sur sa face amont, pour venir boucher l'ouverture aval de la chambre, lorsque cette vitesse augmente dans des proportions données.
On conaît également un autre genre de soupape constituée par une simple bille mobile axialement dans un logement alimenté par son fond en fluide sous pression et qui est soulevé par ce fluide en position d'obturation de l'ouverture du logement, dès que la pression exerce sur la bille une poussée supérieure à son propre poids.
Dans une autre soupape connue, constituant une combinaison des deux premières, la bille est empêchée de se déplacer vers un siège annulaire par un manchon intermédiaire disposé coulissant entre l'ouverture de sortie de la soupape et le siège, à l'intérieur d'une chambre dans laquelle le manchon est maintenu par une membrane divisant cette chambre en deux sections, la première comportant l'ouverture de sortie de la soupape et la seconde étant en communication avec l'atmosphère. L'extrémité du manchon en regard de cette ouverture de sortie forme une tuyère de Venturi de sorte que, lorsque l'écoulement de fluide dans le manchon est trop violent, la première section de la chambre est l'objet d'une dépression soulevant la membrane, et partant le manchon, d'une quantité suffisante pour permettre à la bille de venir sur son siège et de fermer la soupape.
La soupape selon l'invention comprend un élément d'obturation de l'ouverture et des moyens autorisant un déplacement relatif de cet élément et de la paroi tel que l'un de ces organes, élément d'obturation ou paroi, puisse être porté alternativement dans deux positions distinctes, I'une d'obturation de l'ouverture et l'autre permettant ledit écoulement.
Elle est caractérisée par le fait que cet élément d'obturation est disposé du côté de la paroi soumise au milieu de pression supérieure et que la section annulaire de l'espace compris entre l'élément et la paroi, à une distance quelconque de l'ouverture, lorsque l'élément d'obturation et la paroi sont distants l'un de l'autre, est choisie telle que l'écoulement du fluide dans cet espace, de son bord externe en direction de l'ouverture, crée sur les faces en regard de l'élément d'obturation et de la paroi une dépression suffisante pour provoquer le déplacement relatif de l'élément d'obturation et de la paroi dans le sens de l'obturation de l'ouverture par l'élément.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple et très schématiquement différentes formes et une variante d'exécution de la soupape objet de l'invention:
la fig. 1 est une coupe verticale d'une première forme d'exécution,
la fig. 2 une vue similaire d'une variante,
la fig. 3 est une coupe verticale d'une deuxième forme d'exécution
Au dessin (fig. 1) la soupape représentée est disposée sous un élément 1 de la piste de convoiement d'un dispositif pour le transport d'objets par flottage pneumatique par ailleurs non représenté.
On sait que dans un tel dispositif les objets à convoyer se déplacent sur un coussin d'air de sustentation formé par la piste: la présente soupape est destinée à contribuer à la formation de ce coussin en contrôlant la distribution de l'air comprimé alimenté par un conduit 2 de manière que cette distribution n'ait effectivement lieu que lorsque l'objet à sustenter se présente au droit d'un passage 3 ménagé dans l'élément de piste 1.
Bien entendu la formation d'un coussin d'air aux fins indiquées ci-dessus ne peut être obtenue qu'en disposant côte à côte un certain nombre de soupapes similaires, d'importance fonction de la dimension et du poids des objets à convoyer.
La soupape présente une tige verticale 4 faisant saillie verticalement sur le fond du conduit 2, coaxialement à l'ouverture 3, sur laquelle tige est monté coulissant un élément d'obturation 5, de forme annulaire, dont le profil de la face supérieure 6 est légèrement tronconique, en direction du pied de la tige 4.
Cet élément est susceptible d'occuper deux positions distinctes correspondant à deux états de fonctionnement de la soupape:
l'une de ces positions est celle visible au dessin, dans laquelle l'élément d'obturation 5 appuie sur le fond du conduit 2;
l'autre position, haute, est telle que l'élément 5 est en contact par son arête circulaire 6a avec la face inférieure de l'élément de piste 1, de manière à empêcher pratiquement tout écoulement de fluide provenant du conduit 2 au travers de l'ouverture 3.
Le déplacement de l'élément d'obturation de sa position basse dans sa position haute, de fermeture de la soupape, s'effectue automatiquement lorsque l'écoulement de l'air provenant du conduit 2 s'échappe en trop grande quantité et à grande vitesee au travers de l'ouverture 3, ce qui a lieu lorsqu'aucun objet ne se trouve au droit de cette ouverture.
Le retour de l'élément 5 en position basse, autorisant le passage de l'air au travers de l'ouverture 3, est également réalisé de façon automatique et pratiquement immédiate dès qu'un objet se présente au droit de cette ouverture.
En effet, l'élément d'obturation 5 est monté sur la tige 4 avec un jeu suffisant pour qu'il se produise une légère fuite du conduit 2 vers l'ouverture 3 tendant à rétablir dans l'espace compris entre l'élément de piste 1 et la face supérieure 6 de l'élément d'obturation une pression correspondant à celle régnant dans le conduit 2, p1 au dessin.
Les pressions agissant sur les deux faces inférieure et supérieure l'élément d'obturation étant dès lors identiques, cet élément retombera sous l'action de son propre poids dans sa position basse de la fig. 1.
Une dépression se produit sur une surface lorsqu'elle est caressée par un courant de fluide de vitesse relativement importante, en application de la loi de
Bernouilli selon laquelle V2
y = 2g où A p = dépression
V = vitesse d'écoulement du fluide
y = densité du fluide
g = accélération terrestre
Si donc la vitesse d'écoulement du fluide est VX dans l'enceinte et V dans l'espace compris entre l'élément d'obturation 5 et l'éément de piste 1, la position axiale de cet élément sera déterminée par la différence des pressions du fluide à vitesse Vt et du fluide à vitesse V2, soit
y t P (V2 2 ¯ Vt 2)
2g
Le poids de l'élément 5 étant G, et la surface sur laquelle agit cette différence de pression étant f,
la soupape se fermera pour
G Ap
f alors qu'elle s'ouvrira pour
G
Ap <
f
Si V2, est la vitesse d'écoulement correspondant à
G
Ap=
f la soupape sera ouverte pour V2 < V2 et fermée pour V2V2.
Il est ainsi possible de dimensionner les divers organes de la soupape décrite de facon qu'elle sera fermée s'il n'y a pas d'objet au-dessus de la soupape et ouverte s'il y a un tel objet, créant de la sorte une perte de charge faisant tomber la vitesse V2 au-dessous de V2,.
La variante d'exécution de la fig. 2 se distingue de la précédente essentiellement en ce que la face supérieure de l'élément d'obturation 5 présente un profil tronconique convergeant vers le pied de la tige 4, dans sa partie 6' adjacente à la tige et convergeant vers l'ouverture 3 de l'élément de piste 1 sur le reste 6".
De cette façon, la surface f sur laquelle agit la différence de pression Ap citée précédemment est d'étendue plus réduite que celle relative à la forme d'exécution de la fig. 1.
Si r, est le rayon de la tige et r2 celui de l'arête commune aux parties 6' et 6" de la face supérieure du plateau 6
f = 2T (r2 2 - r1 2)
Dans ce cas, la valeur
G
f sera supérieure à la valeur correspondante concernant la soupape de la fig 1, de sorte que, avec la soupape selon la présente variante, il sera possible de faire usage d'un fluide à pression plus élevée, ce qui permettra l'obtention d'une limite élevée pour les charges à supporter.
La soupape selon la deuxième forme d'exécution (fig. 3) est constituée simplement par un élément d'obturation 7, par exemple discoïde, emprisonné entre trois tiges 8 fixées de façon équidistante sous l'élément de piste 1 dans lequel est ménagée l'ouverture 3 de passage d'air. A leur extrémité inférieure les tiges 8 sont coudées en 8a pour former des organes de butée délimitant la position distante de l'éément 7.
Le fonctionnement de la soupape décrite est identique quant au principe à ce qui a été dit précédemment en se référant aux soupapes des fig. 1 et 2, tout au moins en ce qui concerne sa fermeture.
Par contre, son ouverture n'est pas automatique si,
I'élément d'obturation 7 étant appliqué sur la face inférieure de l'élément de piste 1, les faces en regard de ces parties sont unies et planes; il n'y a alors aucune fuite de fluide du canal 2 vers l'ouverture 3 de sorte que les pressions ne peuvent s'équilibrer des deux côtés de l'élément 7, notamment lorsqu'un objet est posé sur cette soupape.
On peut évidemment créer une telle fuite en pratiquant une saignée radiale sur l'une ou l'autre des faces en coopération de l'élément d'obturation 7 et de l'élément de piste 1.
Cette fuite pourrait également être réalisée en per çant l'élément 7 au droit de l'ouverture 3 par un passage de très faible diamètre.
De façon plus avantageuse, il est prévu de réaliser l'élément d'obturation 7 en matériaux poreux, en totalité ou en partie au voisinage de l'ouverture 3.
Lorsque la soupape représentée est destinée exclusivement à la formation d'un matelas d'air sur une piste de convoiement d'objets et que ces objets ont toujours des dimensions supérieures à la distance séparant deux soupapes voisines, il n'est pas indispensable de prévoir de fuite pour causer l'ouverture de chaque soupape dès l'instant où elle est recouverte par l'un de ces objets: en effet, dans ces conditions, c'est le matelas d'air de sustentation de l'objet, créé par les soupapes voisines et dont la pression est sensiblement celle régnant dans le conduit 2, qui pourvoit à l'ouverture d'une soupape fermée, cete pression étant alors appliquée par l'ouverture 3 de la soupape sur la face supérieure de l'élément d'obturation 7.
Bien entendu, cela n'est possible que si les surfaces supérieure et inférieure de l'élément 7 sont telles que le produit de la pression p1 par la différence entre la surface inférieure du plateau et la portion de la surface supérieure faisant face à l'ouverture 3 est inférieure au poids propre de l'élément 7.
La soupape décrite peut être utilisée dans tous les cas où l'on désire commander le débit d'un fluide, gaz ou liquide, en empêchant cet écoulement lorsqu'il devient trop rapide, par exemple comme élément de sécurité disposé en amont de vannes de distribution de gaz à très haute pression pour éviter l'écoulement du gaz si la vanne n'était plus à même de la contrôler, à la suite d'un blocage ou d'une rupture de ses éléments.
Valve
The present invention relates to a valve for controlling the flow of a fluid through an opening made in a wall separating two media at different pressure.
Valves used in particular as a safety member in gaseous fluid distribution conduits are already known, consisting of an elastic membrane of dimension corresponding substantially to that of the section of the conduit and forming a dividing element of a chamber into two spaces, connected on either side of the membrane to separate segments of this pipe, this membrane being pierced with an opening for passage of the gaseous fluid from one space to the other of the chamber as long as this flow is performs at a normal speed, for which the membrane remains inert, while it deforms under the action of the pressure to which it is subjected on its upstream face, to block the downstream opening of the chamber, when this speed increases in given proportions.
Another type of valve is also known, consisting of a simple ball movable axially in a housing supplied by its bottom with pressurized fluid and which is lifted by this fluid in the position of closing the opening of the housing, as soon as the pressure exerts. on the ball a thrust greater than its own weight.
In another known valve, constituting a combination of the first two, the ball is prevented from moving towards an annular seat by an intermediate sleeve slidably disposed between the outlet opening of the valve and the seat, inside a chamber in which the sleeve is held by a membrane dividing this chamber into two sections, the first comprising the outlet opening of the valve and the second being in communication with the atmosphere. The end of the sleeve facing this outlet opening forms a Venturi nozzle so that, when the flow of fluid in the sleeve is too violent, the first section of the chamber is subjected to a vacuum raising the pressure. membrane, and hence the sleeve, of an amount sufficient to allow the ball to come to its seat and close the valve.
The valve according to the invention comprises an element for closing the opening and means allowing a relative displacement of this element and of the wall such that one of these members, sealing element or wall, can be worn alternately. in two distinct positions, one for closing off the opening and the other allowing said flow.
It is characterized in that this closure element is disposed on the side of the wall subjected to the medium of higher pressure and that the annular section of the space between the element and the wall, at any distance from the opening, when the closure element and the wall are distant from each other, is chosen such that the flow of fluid in this space, from its outer edge towards the opening, created on the faces opposite the closure element and the wall a sufficient depression to cause the relative displacement of the closure element and the wall in the direction of the closure of the opening by the element.
The appended drawing represents by way of example and very schematically different shapes and an alternative embodiment of the valve which is the subject of the invention:
fig. 1 is a vertical section of a first embodiment,
fig. 2 a similar view of a variant,
fig. 3 is a vertical section of a second embodiment
In the drawing (FIG. 1), the valve shown is placed under an element 1 of the conveyor track of a device for transporting objects by pneumatic float, otherwise not shown.
It is known that in such a device the objects to be conveyed move on a cushion of air lift formed by the track: the present valve is intended to contribute to the formation of this cushion by controlling the distribution of the compressed air supplied by the track. a duct 2 so that this distribution does not actually take place until the object to be sustained comes to the right of a passage 3 provided in the track element 1.
Of course, the formation of an air cushion for the purposes indicated above can only be obtained by placing side by side a certain number of similar valves, of importance depending on the size and weight of the objects to be conveyed.
The valve has a vertical rod 4 projecting vertically on the bottom of the duct 2, coaxially with the opening 3, on which the rod is slidably mounted a sealing element 5, of annular shape, the profile of the upper face 6 of which is slightly frustoconical, towards the foot of the stem 4.
This element is likely to occupy two distinct positions corresponding to two operating states of the valve:
one of these positions is that visible in the drawing, in which the closure element 5 presses on the bottom of the duct 2;
the other, high position, is such that the element 5 is in contact by its circular edge 6a with the underside of the track element 1, so as to practically prevent any flow of fluid from the duct 2 through it. opening 3.
The displacement of the shutter element from its low position to its high position, for closing the valve, takes place automatically when the flow of air coming from the duct 2 escapes in too great quantity and in great quantity. speed through opening 3, which takes place when no object is in line with this opening.
The return of the element 5 to the low position, allowing the passage of air through the opening 3, is also carried out automatically and practically immediately as soon as an object presents itself to the right of this opening.
In fact, the closure element 5 is mounted on the rod 4 with sufficient clearance for a slight leakage from the duct 2 to the opening 3 to occur, tending to reestablish in the space between the element of track 1 and the upper face 6 of the closure element a pressure corresponding to that prevailing in the duct 2, p1 in the drawing.
The pressures acting on the two lower and upper faces, the closure element therefore being identical, this element will fall back under the action of its own weight in its lower position in FIG. 1.
A vacuum occurs on a surface when it is stroked by a flow of fluid of relatively high velocity, in application of the law of
Bernouilli according to which V2
y = 2g where A p = depression
V = fluid flow velocity
y = density of the fluid
g = earth acceleration
If therefore the fluid flow velocity is VX in the enclosure and V in the space between the closure element 5 and the track element 1, the axial position of this element will be determined by the difference of pressures of the fluid at speed Vt and of the fluid at speed V2, i.e.
y t P (V2 2 ¯ Vt 2)
2g
The weight of the element 5 being G, and the surface on which this pressure difference acts being f,
the valve will close for
G Ap
f while it will open for
G
Ap <
f
If V2, is the flow velocity corresponding to
G
Ap =
f the valve will be open for V2 <V2 and closed for V2V2.
It is thus possible to size the various members of the valve described so that it will be closed if there is no object above the valve and open if there is such an object, creating the sort of pressure drop causing the speed V2 to fall below V2 ,.
The variant embodiment of FIG. 2 differs from the previous one essentially in that the upper face of the closure element 5 has a frustoconical profile converging towards the foot of the rod 4, in its part 6 'adjacent to the rod and converging towards the opening 3 from track element 1 to the remainder 6 ".
In this way, the surface f on which the above-mentioned pressure difference Ap acts is of smaller extent than that relating to the embodiment of FIG. 1.
If r, is the radius of the rod and r2 that of the edge common to parts 6 'and 6 "of the upper face of plate 6
f = 2T (r2 2 - r1 2)
In this case, the value
G
f will be greater than the corresponding value for the valve of fig 1, so that, with the valve according to the present variant, it will be possible to use a higher pressure fluid, which will allow obtaining a high limit for the loads to be supported.
The valve according to the second embodiment (fig. 3) is constituted simply by a closure element 7, for example discoid, trapped between three rods 8 fixed equidistantly under the track element 1 in which is formed the air passage opening 3. At their lower end, the rods 8 are bent at 8a to form stop members delimiting the remote position of the element 7.
The operation of the valve described is identical in principle to what has been said previously with reference to the valves of FIGS. 1 and 2, at least as regards its closure.
On the other hand, its opening is not automatic if,
The closure element 7 being applied to the underside of the track element 1, the opposite faces of these parts are united and flat; there is then no leakage of fluid from channel 2 to opening 3 so that the pressures cannot be balanced on both sides of element 7, in particular when an object is placed on this valve.
Such a leak can obviously be created by making a radial groove on one or the other of the cooperating faces of the closure element 7 and of the track element 1.
This leak could also be achieved by piercing the element 7 in line with the opening 3 through a passage of very small diameter.
More advantageously, provision is made to make the closure element 7 of porous materials, in whole or in part in the vicinity of the opening 3.
When the valve shown is intended exclusively for the formation of an air mattress on an object conveyor track and these objects always have dimensions greater than the distance separating two neighboring valves, it is not essential to provide leakage to cause the opening of each valve as soon as it is covered by one of these objects: in fact, under these conditions, it is the air mattress of the object, created by the neighboring valves and whose pressure is substantially that prevailing in the duct 2, which provides for the opening of a closed valve, this pressure then being applied by the opening 3 of the valve on the upper face of the element d 'shutter 7.
Of course, this is only possible if the upper and lower surfaces of the element 7 are such that the product of the pressure p1 times the difference between the lower surface of the plate and the portion of the upper surface facing the opening 3 is less than the self-weight of element 7.
The valve described can be used in all cases where it is desired to control the flow of a fluid, gas or liquid, by preventing this flow when it becomes too rapid, for example as a safety element arranged upstream of control valves. distribution of gas at very high pressure to prevent the flow of gas if the valve is no longer able to control it, following a blockage or rupture of its components.