FR2600141A1

FR2600141A1 - Compensation valves

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Publication number: FR2600141A1
Application number: FR8608818A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-16
Filing date: 1986-06-16
Publication date: 1987-12-18
Also published as: FR2600141B1

Abstract

The invention relates to a type of high-pressure valve for which a device makes it possible to compensate for the excess pressure necessary for opening the shutter, as well as for the depression necessary for closing it. It consists of a three-part casing 1, 2 and 3 in which the shutter 4 moves. In the closed position, the action of a spring 5 is combined, by means of a stop disc 6 with the pressure action exerted on the shutter in order to open it. In the open position, the geometric shape of the contact faces on the rear part of the shutter makes it possible to reduce the necessary depression, which, combined with the action of a return spring 7 closes the shutter. The valves according to the invention are particularly intended for high-pressure pumps and compressors.

Description

La présente invention concerne un type de soupape hnute pression pour lesquelles la pression d'ouverture du clapet est en partie compensé par l'action mécanique d'un ressort. The present invention relates to a type of high pressure valve for which the valve opening pressure is partly compensated by the mechanical action of a spring.

Sur les soupapes de conception traditionnelle, l'ouverture des clapets se produit pour une pression du fluide a transvaser supérieure a la préssion du fluide refoulé. Pour une soupape de refoulement, l'équilibre du clapet a l'ouverture s'établi pour une Préssion d'Ouverture a l'Echappement (POE) supérieure a la Préssion de Refoulement (PR) tel que: S2
POE = PR x 5Sl (voir croquis sur la figure 1 )
De même pour une soupape d'aspiration, l'équilibre a l'ouverture du clapet se produit pour une Préssion d'Ouverture a l'Admission (POA) inférieure a la Préasion d'Aspiration (PA) tel que:
POA = PA x S2 (voir croquis sur la figure 2 )
C'est la surface de contact du clapet sur son siège qui induit cette disparité de préssions.Cette Surface de Contact (SC), ne pouvant être réduite au dessous d'un seuil défini par un critère de résistance des matériaux. ( SC = S2 - S1 )
Pour une soupape de refoulement:
Re # PR.S2 - POA.S1
S S2 - S1
Rp: résistance pratique du métal Re: limite élastique
S: coéfficient de sécurité
Pour une soupape d'aspiration:
Rp = Re # > POE.S2 - PA.Sl
- SI
Ces écarts de préssions d'ouvertures des clapets par rapport aux préssions d'aspiration et de refoulement détériorent les soupapes, et perturbe considérablement le cycle de fonctionnement des pompes ou compréaseurs. Après l'ouverture, cette différence de préssions tend a s'estomper. Puis une fois le fluide expulsé le mobile se referme sur son siège.L'équilibre a la fermeture du clapet s'établi alors pour une perte de charge dans la soupape qui, associé a l'action du ressort de rappel compense les actions de préssions sur la face arrière du clapet. Une surface de contact importante entraine nécéssairement une perte de charge conséquente dans la soupape. Un retard a la fermeture du clapet en résulte et conduit a une perte du volume d'aspiration.On valves of traditional design, the opening of the valves occurs for a pressure of the fluid to be transferred higher than the pressure of the pumped fluid. For a discharge valve, the balance of the valve at the opening is established for an Exhaust Opening Pressure (POE) greater than the Pressure Pressure (PR) such as: S2
POE = PR x 5Sl (see sketch in Figure 1)
Likewise for a suction valve, the equilibrium at the opening of the valve occurs for a Presence of Opening at the Intake (POA) lower than the Preasion of Aspiration (PA) such as:
POA = PA x S2 (see sketch in Figure 2)
It is the contact surface of the valve on its seat which induces this disparity of pressures. This Contact Surface (SC) cannot be reduced below a threshold defined by a criterion of resistance of materials. (SC = S2 - S1)
For a discharge valve:
Re # PR.S2 - POA.S1
S S2 - S1
Rp: practical resistance of the metal Re: elastic limit
S: safety coefficient
For a suction valve:
Rp = Re #> POE.S2 - PA.Sl
- IF
These deviations in the pressure of the valve openings in relation to the suction and discharge pressures deteriorate the valves, and considerably disrupt the operating cycle of the pumps or compressors. After opening, this difference in pressure tends to disappear. Then once the fluid is expelled the mobile closes on its seat. The balance when the valve is closed is then established for a pressure drop in the valve which, associated with the action of the return spring compensates for the pressure actions on the rear face of the valve. A large contact surface necessarily results in a significant pressure drop in the valve. A delay in closing the valve results and leads to a loss of the suction volume.

(voir figures 3, 4, et 5 )
Légende : PFE Préssion de Fermeture a l'Echapement
PFA Préssion de Fermeture a l'Admlssion
(vTA) Volume Theorique Aspiré
(VRA) Volume Réel Aspiré
(VRC) Volume Réel Comprimé ( pour une préssion PA )
Sur la figure 5 le tracé en ligne contiue représente un cycle réel, tandis que le tracé en pointillé représente un cycle théorique.(see figures 3, 4, and 5)
Caption: PFE Presence of Closure on Exhaust
PFA Presence of Closure on Admssion
(vTA) Aspirated Theoretical Volume
(TRUE) Aspirated Real Volume
(HRV) Real Compressed Volume (for PA pressure)
In Figure 5 the continuous line plot represents a real cycle, while the dotted line represents a theoretical cycle.

tin processus de dégradation des soupapes résulte de ces perturtions sur le cycle. La surpréssion appliquée avant l'ouverture sur la surface Si s'applique rapidement a la surface Sa, (fiv 3) et provoque un violent déséquilibre du clapet. Ce déséquilibre important projète violemment l'obturateur sur sa face arrière Sfi et celle ci sten trouve rapidement dégradée. Cette surface est de ce fait nécéssairement conséquente pour supporter le choc. La fermeture du clapet se produit dés la suppréssion de l'action de contact sur la face SS,sous l'effet de l'importance du déséquilibre de présaien le clapet se referme violemment sur soit siège.Cette suite de choc initérrompue dégrade les surfaces de contact des soupape s. A process of valve degradation results from these disturbances on the cycle. The overpressure applied before opening on the surface Si applies quickly to the surface Sa, (fiv 3) and causes a violent imbalance of the valve. This significant imbalance violently projects the shutter on its rear side Sfi and this sten is quickly degraded. This surface is therefore necessarily necessary to withstand the shock. Closing of the valve occurs as soon as the contact action on the SS face is suppressed, under the effect of the magnitude of the pre-balance imbalance the valve closes violently on either seat. This discontinued shock sequence degrades the surfaces of valve contact s.

Le dispositif selon l'invention permet de remédier a ces inconvénients. Ce type de soupapes est compos d'un boitier en plusieurs parties dont chacune peut être munie de frettages en fonction de la préssion du fluide a véhiculé. A l'intérieur se trouve un mobile, le clapet, pouvant se déplacé selon les préssions du fluide exercées sur celui-ci. Pour une soupape d'aspiration le déplacement a l'ouverture du clapet se fait avec lteffort de préssion du fluide a admettre dans le cylindre, auquel s'ajoute l'action d'une rondelle ressort. Cette action exercé par le ressort est destiné a compensér le surcroit de préssion nécéssaire pour une soupape de type. classique.Pour une soupape de refoulement, selon le même principe, le déplacement a l'ouverture du clapet se fait cette fois par addition des forces de préssion du fluide a transvaser a l'action de la rondelle ressort. Un premier déplacement du clapet résulte de cette combinaison de forces, noté Levée Primaire (LP). The device according to the invention overcomes these drawbacks. This type of valve is made up of a box in several parts, each of which can be fitted with hooping depending on the pressure of the fluid conveyed. Inside is a mobile, the valve, which can be moved according to the pressures of the fluid exerted on it. For a suction valve the displacement at the opening of the valve is done with the pressure effort of the fluid to be admitted into the cylinder, to which is added the action of a spring washer. This action exerted by the spring is intended to compensate for the increased pressure necessary for a type valve. For a discharge valve, according to the same principle, the displacement at the opening of the valve is done this time by adding the pressure forces of the fluid to be transferred to the action of the spring washer. A first movement of the valve results from this combination of forces, noted Primary Lift (LP).

Le fluide ayant pénétré entre le clapet et son siège, agit ensuite sur la surface S3. L'ouverture complette se produit pour une levée secondaire (LS) a la Préssion d'Ouverture a l'Echap- pement Secondaire (POES) pour une soupape de refoulement, a
Préssion d'Ouverture a lrAdmission Secondaire (POAS) pou- une soupape d 'aspiration
Les préssions POES et POAS-sont déterminé comme suit
POES = PR x S3 et POAS = PA x S3 voir figures 6 et 8
53 54
La surface de contact S4 - S3 devant supporter seulement l'action du ressort est réduite.The fluid having penetrated between the valve and its seat, then acts on the surface S3. Full opening occurs for a secondary lift (LS) at the Secondary Exhaust Opening Pressure (POES) for a discharge valve, a
Secondary inlet opening pressure (POAS) for a suction valve
The POES and POAS pressures are determined as follows
POES = PR x S3 and POAS = PA x S3 see figures 6 and 8
53 54
The contact surface S4 - S3 having to support only the action of the spring is reduced.

Rp = Re # FRR Rp = Re # FRA
S S4 - S3 Rp - S # S4 - S3 ( FRR = Force du Ressort de Refoulement, FRA = Force du ressort d'Aspiration) )
Avec une différence de diamètre minimum fixé entre S3 et S4 pour éviter les problèmes d'une surface trop faible, imprécision de guidage, usure, etc ...
Rp = Re # FRR Rp = Re # FRA
S S4 - S3 Rp - S # S4 - S3 (FRR = Force of Discharge Spring, FRA = Force of Suction Spring))
With a minimum diameter difference fixed between S3 and S4 to avoid the problems of a too small surface, imprecision of guide, wear, etc ...

La rondelle ressort est déterminé pour exercer une force dans le fluide préssurisé telle que - Pour une soupape d'échappement, la préssion d'ouverture pour obtenir la levée primaire (POEP) soit équivalente a la préssion:
+ PR d'ou PR. S1 + FRR = PR ( S2 + s4 - s3 )
FRR = PR ( S2 - S1 + S4 - S3 )
+ POES d'ou POES.S1 + FRR = PR ( S2 + S4 - S3
FRR = PR ( S2 + S4 - 53 ) - POES.Sl - Pour une soupape d'aspiration, selon le meme principe, la préssion pour obtenir la levée primaire (POAP) soit équivalente a la préssion + PA d'ou PA.S1 + FRA = PA ( 52 + S4 - s3
FRA = PA ( S2 - 51 + s4 - s3 )
+ POAS d'ou PA.S1 + FRA = POAS ( 52 + S4 - S3 )
FRA = POAS ( S2 + S4 - S3 ) - Pu.S1 ( voir figures 7 et 9 )
Pour éviter un retard a la fermeture des clapet trop important deux solutions sont envisagés.The spring washer is determined to exert a force in the pressurized fluid such that - For an exhaust valve, the opening pressure to obtain the primary lift (POEP) is equivalent to the pressure:
+ PR of or PR. S1 + FRR = PR (S2 + s4 - s3)
FRR = PR (S2 - S1 + S4 - S3)
+ POES or POES.S1 + FRR = PR (S2 + S4 - S3
FRR = PR (S2 + S4 - 53) - POES.Sl - For a suction valve, according to the same principle, the pressure to obtain the primary lift (POAP) is equivalent to the pressure + PA or PA.S1 + FRA = PA (52 + S4 - s3
FRA = PA (S2 - 51 + s4 - s3)
+ POAS from or PA.S1 + FRA = POAS (52 + S4 - S3)
FRA = POAS (S2 + S4 - S3) - Pu.S1 (see figures 7 and 9)
To avoid a delay in closing the valve that is too great, two solutions are envisaged.

10 La surface de contact arrière est réduite par la forme géométrique des faces en présence. Notamment, le contact tore sur plan qui limite cette surface par déformation élastique des matériaux.The rear contact area is reduced by the geometric shape of the faces present. In particular, the toroidal contact on the plane which limits this surface by elastic deformation of the materials.

L'étude détaillé peut être faite selon la méthode de Bousinecq
Voir figure 10 20 L'action d'une rondelle ressort peut aussi entre envisagé dans ce cas. elle-ci sert amortir le choc causé par le déséquilibre de préssion a l'ouverture. Puis le clapet repose sur une surface réduite au contact de la rondelle plate.The detailed study can be done according to the Bousinecq method
See figure 10 20 The action of a spring washer can also be considered in this case. it serves to absorb the shock caused by the pressure imbalance on opening. Then the valve rests on a reduced surface in contact with the flat washer.

Voir figure il ( R = rayon du tore, LC = levée complète du clapet LC = LP + V
Description de la fermeture des clapets.See figure il (R = radius of the torus, LC = complete lifting of the valve LC = LP + V
Description of the closing of the valves.

Pour une soupape de refoulement, lors de la fermeture secondaire LS le clapet vient au contact du disque d'arrêt. For a discharge valve, during the secondary closing LS the valve comes into contact with the stop disc.

Ce déplacement se produit lorsque la chute de préssion entre PR. This displacement occurs when the pressure drop between PR.

et PIFES ( lire Préssion de Fermeture a l'Echappement Secondaire et voir figure 12 ) est telle que celle-ci associée a l'action du ressort de rappel, peut vaincre l'effort de préssion exercé sur la face arrière du clapet. Cette fermeture empèche le retour
du fluide vers le cylindre. Et la préssion qui y règne décroit par le retrait du piston. La fermeture primaire se produit lorsque cette préssion atteint la préssion PFEP. ( lire: Préssion a la Fermeture a l'Echappement Primaire, et voir figure 6 sur laquelle on lis PFEP a la place de POES ) Dés le début de la fermeture la préssion de refoulement PR s'étend a la surface S6, ce qui applique franchement le clapet sur son siège.Puis-le fluide refoulé s'infiltre par les rainures et trous prévus a cet effet pour se répandre dans la cavité ou est logé le système de compensation.and PIFES (read closing pressure on the secondary exhaust and see figure 12) is such that this associated with the action of the return spring, can overcome the pressure force exerted on the rear face of the valve. This closure prevents return
fluid to the cylinder. And the pressure prevailing there decreases with the withdrawal of the piston. Primary closure occurs when this pressure reaches the PFEP pressure. (read: Pressure on Closure at Primary Exhaust, and see figure 6 on which we read PFEP instead of POES) From the start of the closure the pressure pressure PR extends to the surface S6, which applies frankly the valve on its seat. Then the pumped fluid seeps through the grooves and holes provided for this purpose to spread in the cavity where is housed the compensation system.

Pour une soupape d'aspiration, selon le -même principe, le clapet vient au contact du disque d'arrêt lors de la fermeture secondaire ( LS). Ce déplacement se produit lorsque la chute de préssion entre PFAS et PA est telle que celle-ci associée a l'action du ressort de rappel, peut vaincre l'éffort de préssion éxercé sur la face arrière du clapet. ( PFAS = Préssion de Fer- meture a l'admission Secondaire, voir figure 12 sur laquelle on lis PA a la place de PFES, et PFAS a la place de PR ). Cette fermeture empeche le reflux du fluide vers la conduite d'admission. La préssion augmente alors dans le cylindre par la montée du piston.La fermeture primaire se produit lorsque cette prés- sion atteint la préssion PFAP. ( PFAP = Préssion de Fermeture a l'Admission Primaire, voir figure 8 sur laquelle on lis PFAP a la place de POAS ). Dés le début de la fermeture 1a pression
PFAP s'étend a la surface S6, ce qui applique énergiquement le clapet sur son siège. Puis le fluide comprimé s'inflitre par lerainures et trous prévus a cet effet, pour se répandrc dans la cavité ou est logé le système de compensation. For a suction valve, according to the same principle, the valve comes into contact with the stop disc during secondary closing (LS). This displacement occurs when the pressure drop between PFAS and PA is such that it associated with the action of the return spring, can overcome the pressure effort exerted on the rear face of the valve. (PFAS = Closing Presence on Secondary admission, see figure 12 on which we read PA in place of PFES, and PFAS in place of PR). This closure prevents the reflux of the fluid towards the intake pipe. The pressure then increases in the cylinder by the rise of the piston. The primary closure occurs when this pressure reaches the PFAP pressure. (PFAP = Pressing Close at Primary Admission, see figure 8 on which we read PFAP instead of POAS). From the start of the closing at the first press
PFAP extends to the surface S6, which energetically applies the valve to its seat. Then the compressed fluid infiltrates through the grooves and holes provided for this purpose, to spread into the cavity where the compensation system is housed.

Description d'un mode de réalisation ( figure 13 )
La soupape présentée se compose d'un boitier en trois parties, (2) (6) et (10). Les anneaux (2) et (10) centrés sur le corps (6) y sont assemblés par les vis "ALLEN" (i). Description of an embodiment (figure 13)
The valve presented consists of a three-part housing, (2) (6) and (10). The rings (2) and (10) centered on the body (6) are assembled there by the "ALLEN" screws (i).

A l'interieur du boitier la rondelle ressort (4) exerce une action mécanique sur le clapet (3) par l'intermédiaire du du disque d'arrêt (5). Le ressort de-rappel (9) tend a maintenir le clapet (3) en position fermé, au contact du disque d'arrêt (5). Le dispositif constitué du ressort (7) et du disque dlarrêt (8) est destiné à amortir le choc du clapet sur sa face arrière pour préserver les formes géométriques du contact.Inside the housing, the spring washer (4) exerts a mechanical action on the valve (3) by means of the stop disc (5). The return spring (9) tends to keep the valve (3) in the closed position, in contact with the stop disc (5). The device consisting of the spring (7) and the stop disc (8) is intended to absorb the shock of the valve on its rear face to preserve the geometric shapes of the contact.

a soupape est maintenue en place dans la culasse ou bloc cylindre de la pompe ou du comprésseur, guidée sur le diamètre extérieur du boitier, et serrée par la conduite d'aspiration ou de refoulement. Les rçinures et trous d'équilibrage de pressions sont façonnés uniquement sur les disques d'arrêtes pour éviter les problèmes de concentration de contraintes, amorçes de rupture, fatigues sur les rondelles ressorts. Les arrondis exécutés sur les différentes parties de la soupape ont le même but. The valve is held in place in the cylinder head or cylinder block of the pump or compressor, guided on the outside diameter of the housing, and tightened by the suction or discharge line. The pressure balancing grooves and holes are shaped only on the stop discs to avoid problems of stress concentration, failure initiations, fatigue on the spring washers. The rounding performed on the different parts of the valve have the same purpose.

Ce type de soupapes est particulièrement approprié pour des pompes ou comprésseurs véhiculant des fluides a hautes préssions. This type of valve is particularly suitable for pumps or compressors conveying fluids with high pressures.

Elles permettent d'envisager : - un accroissement de longévité pour les soupapes par la réduction du déséquilibre imposé aux clapets. They make it possible to envisage: - an increase in longevity for the valves by reducing the imbalance imposed on the valves.

- un accroissement de longévité pour les appareils sur lesquels elles sont installées par la réduction des efforts ma:imums exercée sur les paliers, villebrequin, et segmentation.- an increase in longevity for the devices on which they are installed by the reduction of the ma: imums forces exerted on the bearings, villebrequin, and segmentation.

- un raissesent des coûts de fabricatons- ces pores et compresseurs du fait de la réduction dimensionelle des pièces supportant un moindre effort.- a reduction in the manufacturing costs of these pores and compressors due to the dimensional reduction of the parts supporting less effort.

- une augmentation du débit des appareils par la réduction du retard a la fermeture des clapets.- an increase in the flow rate of the devices by reducing the delay in closing the valves.

- une baisse de l'énergie absorbé par l'appareil d'ou un meilleur rendement.- a drop in the energy absorbed by the device or better performance.

En somme l'accroissement des performances des pompes ou comprésseurs équipés de ce type de soupapes. In short, increasing the performance of pumps or compressors fitted with this type of valve.

Claims

1) Valves characterized in that they comprise a box in several parts which may be shrunk (2) (6) and (10), in which a mechanical action provided by the spring (4) and transmitted by the stop disc (5 ) is exerted on the valve (3) to facilitate opening, while the rese; gold return (9) tends to maintain it in the closed position.

2) Valves according to claim 1 characterized in that the spring (4) acts directly on the valve (3) without the intermediary of the stop disc (5).

3) Valves according to claims 1 or 2 characterized in that the spring- (4) or the stop disc (5) is open ol hollow.

4) Valves characterized in that a mechanical action provided by the spring t7) and transmitted by the stop disc (8) is exerted on the rear face of the valve (3).

5) Valves according to claim 4 characterized in that the spring (7) acts directly on the rear face of the valve (3) without the intermediary of the stop disc (8).

6) Valves according to claim 1 2 or 3 characterized in that a mechanical action provided by the spring (7) and transmitted by the stop disc (8) is exerted on the rear face of the valve (3).

7) Valves according to claim 5 characterized in that the spring (7) acts directly on the rear face of the valve (3) without the intermediary of the stop disc (8).

8) Valves according to claim 4 5 6 or 7 housed in that the spring (7) or the stop disc (8) is adjourned or hollowed out.

9) Valves characterized in that the rear contact surface of the valve (3) with the rings (10) is reduced by ler.

geometric shapes of the faces in contact, geometric planar and toric shapes.

1.O, valves according to one of the preceding claims caractrrsées in that the rear contact surface of the valve (3) with the rings (lQ) is reduced by the geometric shapes are faces in contact, geometric shapes planar and toric.