FR2587437A1

FR2587437A1 - Valve de regulation,et son application a un dispositif a valve a double effet

Info

Publication number: FR2587437A1
Application number: FR8613416A
Authority: FR
Inventors: Nils T Ottestad
Original assignee: Den Norske Stats Oljeselskap AS
Current assignee: Equinor ASA
Priority date: 1985-09-18
Filing date: 1986-09-18
Publication date: 1987-03-20
Anticipated expiration: 2006-09-18
Also published as: GB2181656A; DE3631523A1; SE8603887L; SE464685B; GB8622411D0; SE8603887D0; NO169698C; NO863731L; GB2181656B; US4711263A; FR2587437B1; IT1195161B; NO169698B; IT8667707A0; JPS62116392A; NO863731D0

Abstract

CETTE VALVE 2 ASSURE LA REGULATION DU PASSAGE D'UN FLUIDE, PLUS PARTICULIEREMENT D'UN GAZ, PAR EXEMPLE DANS UN DISPOSITIF RESPIRATEUR POUR PLONGEURS. UN PISTON 7 EST MONTE COULISSANT DANS UN GUIDE 8, DONT UNE EXTREMITE FORME UN SIEGE 12. L'AUTRE EXTREMITE 14 DU GUIDE 8 EST FERMEE, ET DELIMITE UNE CHAMBRE 16 AVEC UNE FACE TERMINALE 15 DU PISTON 7. UN CANAL 17 D'EQUILIBRAGE DES PRESSIONS S'ETEND ENTRE LA CHAMBRE 16 ET LE COTE DE LA SORTIE 11. POUR FERMER ET OUVRIR LE CANAL 17, IL EST PREVU UNE SOUPAPE DE COMMANDE 18, 19 ACTIONNEE PAR UNE TIGE 22 RELIEE A UN ORGANE SENSIBLE A LA PRESSION. LA TIGE 22 ELOIGNE LE PISTON 7 DE SON SIEGE 12 SEULEMENT APRES OUVERTURE DE LA SOUPAPE 18, 19.

Description

I "Valve de régulation, et son application à un dispositif à valve à

double effet" La présente invention concerne une valve pour la régulation du passage d'un fluide entre une entrée et une sortie, plus particulièrement pour la régulation d'un débit de fluide arrivant d'un point o règne une pression supérieure à la pression ambiante, la valve étant prévue de manière

à être ouverte par des moyens d'actionnement qui sont couplés mécani-

quement à des moyens de détection de la pression audit point. Cette

invention se rapporte aussi à un dispositif à valve à double effet, compor-

tant application d'une telle valve, et plus particulièrement un dispositif respirateur pour plongeurs, dans lequel la valve en question constitue une

valve d'expiration.

Une application particulière, pour une telle valve de régulation, concerne les dispositifs respirateurs pour plongeurs. Ce genre de dispositifs, assurant l'amenée d'un gaz respiratoire, est généralement réalisé sur le principe d'une alimentation régulée en gaz provenant de réservoirs de gaz sous haute pression. Habituellement, le débit de gaz est régulé de telle

manière qu'il corresponde à la demande de consommation de gaz.

Par le brevet norvégien N 151 447, l'on connaît une valve de

régulation pour gaz, prévue pour être utilisée comme une valve d'inspira-

tion, qui est en mesure d'assurer une régulation précise avec une consom-

mation d'énergie minimale pour l'ouverture de la valve. Dans cette valve connue, la régulation est assurée par le déplacement axial d'un piston, la différence de pression entre les deux faces terminales du piston étant compensée au moyen d'une soupape de commande qui ouvre un canal d'équilibrage des pressions ménagé dans le piston. Ce piston est monté dans un guide cylindrique, dont l'une des extrémités possède un étranglement ayant une fonction de surface d'étanchéité ou de siège pour le piston, tandis que l'autre extrémité du guide est fermée. La valve occupe sa position de fermeture lorsque le piston s'applique, par l'une de ses faces terminales, contre la surface d'étanchéité ou le siège, et que le canal d'équilibrage des pressions est fermé. Le passage du gaz au travers de la valve s'effectue par

des canaux percés dans la paroi du guide cylindrique, et aussi par l'étran-

glement de ce guide.

Le guide de piston cylindrique, une face terminale du piston et l'extrémité fermée dudit guide délimitent une chambre, dont l'importance est fondamentale pour la régulation du passage du gaz, la présence de cette chambre et du canal d'équilibrage des pressions permettant d'obtenir approximativement la même pression gazeuse sur les deux côtés du piston, avant que celui-ci soit déplacé vers sa position d'ouverture, de telle sorte que le débit gazeux peut être régulé avec une force de faible valeur. La force nécessaire au déplacement du piston, lorsque le canal d'équilibrage des pressions est fermé, peut être de l'ordre de 20 fois supérieure à la force

devant être exercée lorsque ce canal est ouvert.

La valve connue, décrite dans le brevet norvégien cité plus haut, peut être généralement utilisée pour maintenir une pression "secondaire" stable. Ceci est particulièrement intéressant, par exemple, dans le cas d'une valve habituelle pour dispositifs respirateurs destinés à la plongée sportive, dans lesquels on désire que le plongeur soit alimenté en gaz à la même pression que la pression de l'eau qui environne le plongeur. Toutefois, cette structure de valve ne peut être utilisée pour réguler un gaz expiré. Dans ce dernier cas, il est demandé à la valve de laisser échapper le gaz, dès que la

pression à l'intérieur du boîtier de la valve dépasse la pression ambiante.

Dans ces conditions, la pression "primaire" est la pression qui règne dans le boîtier de la valve. La valve doit, autant que possible, maintenir constante cette pression, et une telle valve peut être appelée "valve de retenue". Une valve de régulation traditionnelle a pour rôle de fournir une alimentation en gaz pour satisfaire aux besoins, en maintenant une pression stable, à savoir la pression ambiante, dans le boîtier de la valve. La valve de retenue, quant à elle, est prévue pour laisser échapper du gaz, lorsque cela est nécessaire

au maintien de la pression.

Le but de la présente invention est de fournir une valve du genre "valve de retenue", c'est-à-dire une valve laissant échapper un fluide, et plus particulièrement un gaz, lorsque cela est nécessaire pour maintenir une

pression "primaire", la valve devant réguler le passage de quantités impor-

tantes de fluide d'une manière précise et avec la mise en jeu d'un minimum

de forces.

Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif à valve à double effet, et plus particulièrement un dispositif respirateur pour plongeurs, comportant application de la valve précédente utilisée comme valve d'expiration, toujours avec une régulation précise du passage du gaz et

en mettant seulement en jeu des forces très limitées.

A cet effet, la valve objet de l'invention, appartenant au type spécifié en introduction, comprend un obturateur en forme de piston principal qui est monté coulissant dans un guide de piston, un siège étant prévu, pour l'application du piston, à l'extrémité du guide de piston qui est la plus éloignée du point d'arrivée du fluide, tandis que l'autre extrémité du guide de piston est fermée et délimite, avec une face terminale du piston, une chambre communiquant par un passage étroit avec le côté de la sortie, et le piston comporte un canal d'équilibrage des pressions s'étendant entre la chambre précitée et le côté de la sortie, une soupape de commande étant prévue pour fermer et ouvrir le canal par l'intermédiaire des moyens d'actionnement, lesquels sont agencés de manière à éloigner le piston de son

siège seulement après ouverture de la soupape de commande.

De préférence, les moyens d'actionnement sont constitués par une tige de commande s'étendant suivant la direction axiale du piston et passant

au travers de l'extrémité fermée du guide de piston.

Selon une forme de réalisation particulière de cette valve, la soupape de commande comprend un obturateur en forme de piston, qui est monté coulissant dans un guide formé sur le piston principal et qui coopère avec un siège formé sur la face terminale du piston principal, l'obturateur *étant en outre lié aux moyens d'actionnement; cet obturateur est lié aussi au piston principal au moyen d'au moins un doigt faisant saillie latéralement et introduit dans une fente de direction axiale et de faible longueur, ménagée dans le piston principal. Ces dernières dispositions permettent d'entraîner le piston principal par l'intermédiaire de l'obturateur de la soupape de commande. Avantageusement, le guide du piston principal présente des orifices permettant le passage du gaz, lorsque le piston

principal a été éloigné de son siège.

Dans le dispositif à valve à double effet selon l'invention, com-

portant application de la valve définie ci-dessus, cette valve constituant une valve d'expiration, et une autre valve constituant une valve d'inspiration fonctionnant sur le même principe, sont couplées par l'intermédiaire de tiges de commande respectives et d'une liaison mécanique à un diaphragme constituant un organe sensible commun, réagissant à la pression qui règne dans un boîtier de valve, les deux valves étant orientées en sens opposés par rapport au boîtier, la tige de commande de la valve d'expiration étant guidée à travers l'extrémité fermée du guide de piston de cette valve, tandis que la tige de commande de la valve d'inspiration traverse librement

le piston principal de cette autre valve.

L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la

description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représen-

tant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de ce dispositif à valve à double effet:

Figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif respirateur, compor-

tant application de la valve objet de l'invention; Figure 2 est une vue partielle en coupe de ce dispositif, suivant la

ligne Il-II de figure 1.

La figure I montre un dispositif respirateur à double effet, désigné dans son ensemble par le repère 1, constituant un régulateur en fonction de la demande de gaz, qui comprend une valve d'expiration 2 conforme à l'invention, et une valve d'inspiration 3, qui sont toutes deux raccordées à un boîtier de valve commun 4, à l'intérieur duquel est monté un diaphragme constituant un organe sensible réagissant à la pression qui règne dans le boîtier 4. Le diaphragme 5, qui est commun aux deux valves 2 et 3, est prévu pour actionner ces deux valves, par l'intermédiaire d'une liaison mécanique et des moyens d'actionnement respectifs des valves, ces moyens comprenant des tiges de commande comme cela sera décrit plus bas. Les valves 2 et 3 sont mises en position fermée, lorsque le diaphragme occupe une position intermédiaire. Comme le montre la figure 2, le boîtier de valve 4 possède un raccord 6 pour un tube réalisant la liaison avec un masque respiratoire ou avec un embout buccal pour plongeur (non représenté). La valve d'expiration 2 comprend un piston principal 7 qui est déplaçable axialement à l'intérieur d'un guide de piston 8 en forme de manchon, lequel est lui-même monté dans un corps de valve 9 ayant une entrée 10 et une sortie 11. Une extrémité du guide de piston 8 possède un étranglement formant un siège de valve 12, prévu pour l'appui d'une face terminale de forme correspondante du piston principal 7. Vers cette extrémité, le guide de piston 8 présente des orifices 13 prévus pour être traversés par le gaz, dans la position d'ouverture de la valve 2. A son autre extrémité, le guide de piston 8 est fermé au moyen d'un capuchon 14; entre ce capuchon 14 et la face terminale voisine 15 du piston 7, il existe une chambre 16 qui communique avec la sortie 11 de la valve 2 par l'intermédiaire d'un canal 17 d'équilibrage des pressions, ménagé dans le piston 7. Ce canal 17 peut être ouvert ou fermé au moyen d'une soupape de commande, comprenant un obturateur en forme de piston 18 qui est monté mobile dans le canal 17 et qui coopère avec un siège de soupape 19 formé sur le piston principal 7. Un ressort hélicoïdal 20, relativement faible, est logé dans la chambre 16 et exerce sur l'obturateur 18 une poussée tendant à l'appliquer contre le siège 19, donc à l'amener en position de fermeture. Un autre ressort hélicoTdal 21, relativement faible, exerce sur le piston principal 7 une poussée tendant à appliquer ce dernier contre le siège 12, donc à l'amener en position de fermeture. Ces ressorts 20 et 21 assurent

une fermeture rapide de la valve.

Comme indiqué plus haut, la valve 2 est actionnée, dans le sens de son ouverture et de sa fermeture, au moyen d'une tige de commande 22, qui est guidée axialement à travers le capuchon 14 fermant la chambre 16 du côté droit. Une extrémité de la tige 22 est liée à l'obturateur 18 de la soupape de commande, et son autre extrémité est attelée au diaphragme 5, constituant l'organe sensible à la pression, par une liaison mécanique. Cette liaison comprend un bras de liaison ou étrier 23, monté entre la tige de commande 22 et un autre bras 24 qui est fixé sur un arbre 25, monté transversalement dans le boîtier de valve 4. Le diaphragme 5 est pourvu, en son centre, d'une tige suspendue 26 qui est accouplée à l'arbre 25 par

l'intermédiaire d'une biellette 27.

Comme le montre la figure 1, l'obturateur 18 de la soupape de commande comporte deux doigts 28 qui font saillie latéralement et qui sont introduits dans des fentes 29 de direction axiale, et de faible longueur,

ménagées dans le piston principal 7. Grâce à cette disposition, le dépla-

cement de la tige de commande 22 vers la droite provoque d'abord l'ouverture de la soupape de comnmande 18,19; ensuite l'obturateur 18, tiré par la tige 22 qui poursuit son mouvement vers la droite, entraîne avec lui le piston principal 7 et ouvre ainsi la valve 2, à partir du moment ou les doigts latéraux 28 sont appuyés sur le piston principal 7 aux extrémités des

fentes 29.

D'une manière similaire à la valve d'expiration 2, la valve d'inspiration 3 comprend un piston principal 30, un guide de piston 31, un corps de valve 32 avec une entrée 33 et une sortie 34, un siège 35 pour le piston principal 30, des orifices 36 ménagés dans le guide de piston 31 pour le passage du gaz, un capuchon 37 fermant le guide de piston 31 à une extrémité, une chambre 39 délimitée par le capuchon 37 et la face terminale voisine 38 du piston 30, un canal 40 d'équilibrage des pressions ménagé dans le piston 30, une soupape de commande comprenant un obturateur 41 et un siège 42, et des ressorts hélicoïdaux 43 et 44 agissant respectivement sur l'obturateur 41 et sur le piston principal 30, dans le sens

de la fermeture.

La valve d'inspiration 3 est actionnée, dans le sens de son

ouverture et de sa fermeture, au moyen d'une tige de commande 45.

Toutefois, contrairement à la tige de commande 22 de la valve d'expiration 2 qui est guidée dans le capuchon 14, la tige de commanlde 45 de la valve d'inspiration 3 traverse axialement et librement le piston principal 30. Ceci est à mettre en relation avec le fait que les valves 2 et 3 ont des dispositions inversées, la valve d'inspiration 3 étant commandée depuis son côté "basse pression", tandis que la valve d'expiration 2 est commandée depuis son côté "haute pression" (l'entrée 33 pouvant par exemple se trouver en surpression de 0,1 atm. par rapport au boîtier de valve 4, alors que la sortie 11 serait sous une position négative ou dépression de 0,1 atm.). Mis à part leur disposition inversée par rapport au bottier 4, et le montage et guidage différents des tiges de commande 22 et 45, les valves d'expiration 2

et d'inspiration 3 sont identiques.

La liaison mécanique, réalisée entre la tige de commande 45 de la valve d'inspiration 3 et le diagragme 5, comprend une biellette 46 qui relie la tige 45 à un bras 47 solidaire de l'arbre transversal 25, monté dans le

boîtier 4.

D'une manière similaire à l'obturateur 18 de la valve d'expiration 2, l'obturateur 41 de la valve d'inspiration 3 comporte deux doigts 48 faisant saillie latéralement et introduits dans des fentes 49 de direction

axiale, et de faible longueur, ménagées dans le piston principal 30.

Sur la figure 1, la valve d'expiration 2 du dispositif respirateur 1 est représentée en position ouverte, le plongeur qui utilise le dispositif étant supposé en train de souffler. Sa respiration a précédemment créé dans le boîtier 4 une légère surpression, de telle sorte que le diaphragme 5 a été déplacé vers le haut. En conséquence, la biellette 27 a fait tourner l'arbre 25 dans le sens des aiguilles d'une montre (en se reportant à la figure 2), ce qui a entraîné vers la droite la tige de commande 22, par l'intermédiaire du

bras 24 et de l'étrier 23.

A partir du moment o le plongeur souffle, le premier effet obtenu est l'éloignement de l'obturateur 18 par rapport au siège 19 de la soupape de commande. Le résultat du déplacement de l'obturateur 18 est l'ouverture du canal 17 d'équilibrage des pressions entre la chambre 16 et la sortie 11. L'écart des pressions entre la chambre 16 et la sortie 11 se trouve alors instantanément réduit, et le piston principal 7 de valve d'expiration 2 peut ainsi être déplacé avec un effort minimum, pour réguler le débit de gaz. La chambre 16 reçoit un certain remplissage de gaz, grâce à une fuite qui s'effectue par l'interstice 51 entre le piston principal 7 et le guide de piston 8. La fuite est faible et ne parvient pas à accroître la pression dans la chambre 16, aussi longtemps que l'obturateur 18 est tiré vers la droite. Toutefois, cette fuite est suffisamment importante pour que l'on obtienne dans la chambre 16, la même pression que dans le boîtier de valve 4, une fraction de seconde après que l'obturateur 18 est revenu contre

son siège 19.

La traction sur l'obturateur 18 de la soupape de commande, éloignant celui-ci de son siège 19 formé sur le piston principal 7, permet de supprimer les forces de pression, ou la plupart de ces forces, qui tendent à pousser le piston principal 7 contre le siège 12. Ainsi, la régulation du débit

gazeux nécessite un effort minimum.

On notera que la valve d'inspiration 3 fonctionne exactement suivant le même principe mais c'est ici une pression négative ou dépression dans le phénomène de respiration qui provoque l'abaissement du diaphragme , entraînant une rotation de l'arbre 25 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, de telle sorte que la tige de commande 45 de la valve

d'inspiration 3 est poussée vers la gauche et actionne cette valve.

La figure 1 montre encore un bouton-poussoir 50 (non représenté à la figure 2) qui est lié à la tige 45 et qui, en position enfoncée, permet au gaz amené au dispositif de passer librement à travers la valve d'inspiration 3. Ce bouton-poussoir 50 peut être utilisé, par exemple, pour admettre du

gaz dans les poumons d'un plongeur devenu inconscient.

L'invention a été décrite ci-dessus dans le cas de son application à un dispositif respirateur pour plongeurs avec deux valves, mais il va de soi que les valves du genre ici décrit peuvent être utilisées séparément et dans des buts divers, plus particulièrement pour des applications nécessitant une régulation précise, et avec un minimum d'efforts, de débits gazeux ou liquides.

Claims

REVENDICATIONS

1. Valve pour la régulation du passage d'un fluide entre une entrée et une sortie, plus particulièrement pour la régulation d'un débit de gaz arrivant d'un point (4) o règne une pression supérieure à la pression ambiante, la valve (2) étant prévue de manière à être ouverte par des moyens d'actionnement (22) qui sont couplés mécaniquement à des moyens (5) de détection de la pression audit point (4), caractérisé en ce qu'elle comprend un obturateur en forme de piston principal (7) qui est monté coulissant dans un guide de piston (8), un siège (12) étant prévu, pour l'application du piston (7), à l'extrémité du guide de piston (8) qui est la plus éloignée dudit point (4), tandis que l'autre extrémité (14) du guide de piston (8) est fermée et délimite, avec une face terminale (15) du piston (7), une chambre (16) communiquant par un passage étroit (51) avec le côté de la sortie (11), et en ce que le piston (7) comporte un canal (17) d'équilibrage des pressions s'étendant entre la chambre (16) et le côté de la sortie (11), une soupape de commande (18,19) étant prévue pour fermer et ouvrir le canal (17) par l'intermédiaire des moyens d'actionnement précités (22), lesquels sont agencés de manière à éloigner le piston (7) de son siège (12)

seulement après ouverture de la soupape de commande (18,19).

2. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'actionnement sont constitués par une tige de commande (22) s'étendant suivant la direction axiale du piston (7) et passant au travers de

l'extrémité fermée (14) du guide de piston (8).

3. Valve selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la soupape de commande (18,19) comprend un obturateur (18) en forme de piston, qui est monté coulissant dans un guide formé sur le piston principal (7) et qui coopère avec un siège (19) formé sur la face terminale (15) du piston principal (7), l'obturateur (18) étant en outre lié aux moyens d'actionnement (22), et en ce que l'obturateur (18) de la soupape de commande est lié aussi au piston principal (7) au moyen d'au moins un doigt (28) faisant saillie latéralement et introduit dans une fente (29) de direction

axiale et de faible longueur, ménagée dans le piston principal (7).

4. Valve selon l'une quelconque des revendications I à 3, carac-

térisée en ce que le guide (8) du piston principal (7) présente des orifices (13) pour le passage du gaz, lorsque le piston principal (7) a été éloigné de

son siège (12).

5. Dispositif à valve à double effet, comportant application de la valve selon la revendication I ou 2, et plus particulièrement dispositif respirateur (1) pour plongeurs, dans lequel la valve (2) constitue une valve d'expiration, caractérisé en ce que la valve d'expiration (2), et une autre valve constituant valve d'inspiration (3) fonctionnant sur le même principe, sont couplées par l'intermédiaire de tiges de commande respectives (22,45) et d'une liaison mécanique à un diaphragme (5) constituant un organe sensible commun, réagissant à la pression qui règne dans un boîtier de valve (4), les deux valves (2,3) étant orientées en sens opposés par rapport au boîtier (4), la tige de commande (22) de la valve d'expiration (2) étant guidée à travers l'extrémité fermée (14) du guide de piston (8) de cette valve (2), tandis que la tige de commande (45) de la valve d'inspiration (3)

traverse librement le piston principal (30) de cette autre valve (3).