FR2678041A1

FR2678041A1 - Flow limiter for a liquid fluid at variable pressure

Info

Publication number: FR2678041A1
Application number: FR9107523A
Authority: FR
Inventors: Chardron Laurent; Mathis Daniel; Bonazzi Albert
Original assignee: ACB
Current assignee: ACB
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: FR2678041B1

Abstract

The flow limiter comprises an outer tubular body (1), inside which is located a movable actuator (6) including circular bearing surfaces (7). The actuator can be displaced axially inside the body between a first, closed, position and a second, open, position. The actuator gives rise to a head loss producing a force F1 tending to displace it in the opening direction. The limiter further includes upstream chambers (14, 16) with variable volume communicating via a passage (18) with the fluid on the upstream side of the flow limiter and control chambers (15, 17) with variable volume communicating via a passage (19, 20) with atmospheric pressure. The upstream pressure exerted in the upstream chambers (14, 16) exerts, on the actuator, a force Fam in the opposite direction from the force F1, and atmospheric pressure in the control chambers (15, 17) exerts, on the actuator (6), a force Fat in the same direction as the force F1, the surface areas of the various moving walls being such that Fam - Fat = F2 F1, this force F2 being a force being exerted in the direction of closure. Springs (K1, K2, K3) producing a force F3, act on the said actuator in the direction of the force F1 in order permanently to balance the force F2.

Description

Limiteur de débit pour fluide liquide à pression variable
La présente invention concerne un dispositif permettant d'assurer, dans un circuit alimenté par un liquide tel que de l'eau à pression variable, la maîtrise du débit et ceci d'une façon autonome, sans autre source d'énergie que la pression du fluide, et d'une façon silencieuse.Flow limiter for variable pressure fluid
The present invention relates to a device for ensuring, in a circuit supplied by a liquid such as water with variable pressure, flow control and this in an autonomous manner, with no other source of energy than the pressure of the fluid, and in a silent way.

L'invention a ainsi pour objet un limiteur de débit pour fluide liquide à pression variable, caractérisé en ce qu'il comprend un corps tubulaire extérieur, raccordable à une tuyauterie, à l'intérieur duquel est disposé un actionneur mobile comprenant au moins une portée circulaire, ledit actionneur étant déplaçable axialement à l'intérieur du corps entre une première position fermée, dans laquelle la section de passage du fluide est quasi nulle et une seconde position ouverte, située plus en aval que ladite première position, dans laquelle ladite section de passage est maximale, ladite section de passage croissant régulièrement entre ladite première position et ladite seconde position, ledit actionneur occasionnant une perte de charge de valeur croissante depuis la position où ladite section de passage est maximale jusqu'à la position où cette section de passage est quasi nulle, ladite perte de charge produisant une force F1 ayant tendance à déplacer ledit actionneur dans le sens de l'ouverture, en ce qu'au moins une chambre amont, à volume variable, comporte des parois fixes liées audit corps tubulaire et une paroi mobile liée audit actionneur, ladite chambre communiquant par un canal avec le fluide du côté amont du limiteur de débit, en ce qu'au moins une chambre de commande, à volume variable, comporte des parois fixes liées audit corps tubulaire et une paroi mobile liée audit actionneur, ladite chambre de commande communiquant par un canal avec la pression atmosphérique, en ce que la pression s'exerçant dans la chambre amont exerce sur ledit actionneur une force
Fam en sens inverse de la force F1, en ce que la pression atmosphérique dans la chambre de commande exerce sur ledit actionneur une force Fat dans le même sens que la force F1, en ce que les surfaces des différentes parois mobiles sont telles que Fam-Fat = F2 > F1, cette force F2 étant une force s'exerçant dans le sens de la fermeture, et en ce que au moins un ressort, produisant une force F3, agit sur ledit actionneur dans le sens de la force F1 de façon à équilibrer en
1 permanence la force F2, le nombre et la raideur des ressorts étant choisis selon la loi de débit désiré compte tenu de la variation de pression du fluide à l'amont.The invention thus relates to a flow limiter for liquid fluid with variable pressure, characterized in that it comprises an outer tubular body, connectable to a pipe, inside which is disposed a mobile actuator comprising at least one scope circular, said actuator being axially displaceable within the body between a first closed position, wherein the fluid passage section is substantially zero and a second open position, located further downstream than said first position, wherein said passage is maximum, said passage section steadily increasing between said first position and said second position, said actuator causing a loss of pressure of increasing value from the position where said passage section is maximum to the position where this passage section is almost zero, said pressure drop producing a force F1 tending to move said ac in the direction of opening, in that at least one upstream chamber, with variable volume, comprises fixed walls connected to said tubular body and a movable wall connected to said actuator, said chamber communicating by a channel with the fluid on the side upstream of the flow restrictor, in that at least one variable volume control chamber has fixed walls connected to said tubular body and a movable wall connected to said actuator, said control chamber communicating via a channel with the atmospheric pressure, in that the pressure exerted in the upstream chamber exerts on said actuator a force
F1 in the opposite direction of the force F1, in that the atmospheric pressure in the control chamber exerts on the actuator a force Fat in the same direction as the force F1, in that the surfaces of the different moving walls are such that Fat = F2> F1, this force F2 being a force acting in the closing direction, and in that at least one spring, producing a force F3, acts on said actuator in the direction of the force F1 so as to balance in
1 continuously force F2, the number and the stiffness of the springs being chosen according to the desired flow law taking into account the pressure variation of the fluid upstream.

Selon une réalisation préférée, ledit actionneur mobile comprend une pluralité de dites portées circulaires, chaque portée circulaire étant située en face d'une rainure circulaire de section sensiblement trapézoïdale rectangle effectuée dans ledit corps, ladite section de passage étant constituée par l'espace annulaire entre chaque portée et ladite rainure correspondante, en ce qu'un axe central fixe est disposé et fixé axialement dans ledit corps tubulaire, ledit actionneur entourant ledit axe et pouvant coulisser axialement sur lui, ledit axe portant au moins un épaulement circulaire jouant le rôle de piston fixe et partageant l'espace interne dudit actionneur en une dite chambre amont et une dite chambre de commande. According to a preferred embodiment, said movable actuator comprises a plurality of said circular bearings, each circular bearing being located in front of a circular groove of substantially rectangular trapezoidal section made in said body, said passage section consisting of the annular space between each span and said corresponding groove, in that a fixed central axis is disposed and fixed axially in said tubular body, said actuator surrounding said axis and being axially slidable on it, said axis carrying at least one circular shoulder acting as a piston fixed and sharing the internal space of said actuator in a said upstream chamber and a said control chamber.

Selon une réalisation préférée, permettant de limiter le diamètre du dispositif, ledit axe porte deux dits épaulements circulaires, chaque épaulement circulaire partageant chacun un espace interne en une dite chambre amont et une dite chambre de commande. According to a preferred embodiment, for limiting the diameter of the device, said axis carries two said circular shoulders, each circular shoulder each sharing an internal space in a said upstream chamber and said control chamber.

On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se reportant au dessin annexé dans lequel
La figure 1 représente schématiquement en coupe axiale, un limiteur de débit selon l'invention.We will now give the description of an exemplary implementation of the invention with reference to the accompanying drawing in which
Figure 1 shows schematically in axial section, a flow restrictor according to the invention.

La figure 2 représente, pour un débit Q constant, la courbe de la distance x d'ouverture du limiteur en fonction de la pression P à l'amont. FIG. 2 represents, for a constant flow Q, the curve of the opening distance x of the limiter as a function of the pressure P upstream.

La figure 3 représente les courbes des forces F1 et F2 en fonction
2 de la pression P à l'amont.Figure 3 shows the curves of forces F1 and F2 in function
2 of the pressure P upstream.

La figure 4 montre, dans un exemple particulier où l'on utilise trois ressorts, la courbe de la valeur de la force F3 donnée par les ressorts en fonction de la distance d'ouverture x. FIG. 4 shows, in a particular example where three springs are used, the curve of the value of the force F3 given by the springs as a function of the opening distance x.

La figure 5 représente schématiquement en coupe axiale, un limiteur de débit selon une variante de l'invention. FIG. 5 schematically represents, in axial section, a flow restrictor according to a variant of the invention.

En se reportant à la figure 1, on voit un limiteur de débit pour un fluide liquide à pression variable. Il comporte un corps tubulaire extérieur 1 muni à ses extrémités de brides 2 et 3 pour son raccordement à une tuyauterie. Par rapport à la figure 1, le sens de circulation du liquide est donné par les flèches F. Referring to Figure 1, there is shown a flow restrictor for a variable pressure liquid fluid. It comprises an outer tubular body 1 provided at its ends with flanges 2 and 3 for its connection to a pipe. With respect to FIG. 1, the flow direction of the liquid is given by the arrows F.

A l'intérieur du corps tubulaire, est disposé un axe central fixe 4, disposé axialement et fixé au corps tubulaire 1 par des rayons 5. Inside the tubular body there is a fixed central axis 4 axially arranged and fixed to the tubular body 1 by radii 5.

A l'intérieur du corps tubulaire extérieur 1, entourant et coulissant axialement sur l'axe 4 se trouve un actionneur mobile 6. Inside the outer tubular body 1, surrounding and sliding axially on the axis 4 is a movable actuator 6.

L'actionneur mobile 6 porte sur sa périphérie, une pluralité, seize dans le cas représenté sur la figure 1, de portées circulaires 7. The mobile actuator 6 carries on its periphery, a plurality, sixteen in the case shown in FIG. 1, of circular bearings 7.

En face de chaque portée circulaire, le corps tubulaire porte intérieurement une rainure circulaire 8 dont la section a sensiblement la forme d'un trapèze rectangle. In front of each circular scope, the tubular body internally carries a circular groove 8 whose section has substantially the shape of a rectangular trapezoid.

L'actionneur 6 est mobile axialement entre une première position qui est celle représentée sur la figure 1, appelée position fermée et où la section de passage du fluide entre une portée quelconque 7 et le corps tubulaire 1 est quasi nulle, et une seconde position, appelée position ouverte, située plus en aval où la section annulaire de passage du fluide entre une portée quelconque 7 et le corps tubulaire 1 est maximale. Cette seconde position, à ouverture maximale, est atteinte lorsque les portées 7 arrivent au droit du fond des rainures 8. La section de passage du fluide croit régulièrement entre la première et la deuxième position. The actuator 6 is axially movable between a first position which is that represented in FIG. 1, called the closed position and where the fluid passage section between any bearing surface 7 and the tubular body 1 is almost zero, and a second position, called open position, located further downstream where the annular section of fluid passage between any scope 7 and the tubular body 1 is maximum. This second position, maximum opening, is reached when the bearing surfaces 7 arrive at the bottom of the grooves 8. The fluid passage section regularly increases between the first and the second position.

L'axe central 4 porte deux épaulements circulaires 9 et 10 jouant chacun le rôle de piston fixe. L'actionneur 6 porte une cloison interne 11 qui sépare le volume interne de l'actionneur en deux espaces internes 12 et 13. Le piston fixe 9 partage l'espace interne 12 en une chambre amont 14 à volume variable et en une chambre de commande 15 à volume variable. De même, le piston fixe 10 partage l'espace interne 13 en une chambre amont 16 à volume variable et en une chambre de commande 17 à volume variable. The central axis 4 carries two circular shoulders 9 and 10 each acting as a fixed piston. The actuator 6 carries an internal partition 11 which separates the internal volume of the actuator into two internal spaces 12 and 13. The fixed piston 9 divides the internal space 12 into an upstream variable volume chamber 14 and into a control chamber 15 with variable volume. Similarly, the fixed piston 10 divides the internal space 13 into an upstream variable volume chamber 16 and a variable volume control chamber 17.

Les chambres amont 14 et 16 communiquent, par un canal 18 réalisé dans l'axe fixe 4, avec le fluide du côté amont du limiteur de débit. The upstream chambers 14 and 16 communicate, by a channel 18 made in the fixed axis 4, with the fluid on the upstream side of the flow restrictor.

Les chambres de commande 15 et 17 communiquent, par un canal 19 réalisé dans l'axe fixe 4 et par une conduite 20, avec la pression atmosphérique à l'extérieur du corps tubulaire extérieur 1.The control chambers 15 and 17 communicate, via a channel 19 made in the fixed axis 4 and via a pipe 20, with the atmospheric pressure outside the outer tubular body 1.

La pluralité de portées circulaires 7 en forme de disque occasionne entre ces disques, mobiles en translation, et le corps fixe 1 une perte de charge par des détentes étagées du fluide dans les rainures 8. The plurality of disk-shaped circular bearings 7 causes between these disks, movable in translation, and the fixed body 1 a pressure drop by stepped detents of the fluid in the grooves 8.

Cette perte de charge, variable selon la position axiale de l'actionneur 6, soumet l'actionneur à une force F1 ayant tendance à le déplacer dans le sens de l'ouverture. Cette force F1 croit en fonction de la valeur de la pression amont Pam comme le montre la courbe F1 de la figure 3. This pressure drop, which varies according to the axial position of the actuator 6, subjects the actuator to a force F1 that tends to move it in the direction of opening. This force F1 increases as a function of the value of the upstream pressure Pam as shown by the curve F1 of FIG.

L'actionneur 6 est en outre soumis à une force Fam en sens inverse de la force F1 par l'effet de la pression Pam s exerçant dans les chambres amont 14 et 16 et à une force Fat dans le même sens que la force F1, par l'effet de la pression atmosphérique Pat dans les chambres de commande 15 et 17. The actuator 6 is furthermore subjected to a force F1 opposite to the force F1 by the effect of the pressure Pam s exerted in the upstream chambers 14 and 16 and to a force Fat in the same direction as the force F1, by the effect of the atmospheric pressure Pat in the control chambers 15 and 17.

Dans les applications envisagées, la pression amont, Pam est toujours supérieure à la pression atmosphérique et l'on a
Fam - Fat = F2 qui est ainsi une force s'exerçant dans le sens de la fermeture, c'est-à-dire dans le sens inverse de F1. Les surfaces des parois mobiles de l'actionneur, sur lesquelles s'exercent cet effort F2 sont choisies de telle façon que F2 > F1. In the envisaged applications, the upstream pressure, Pam is always higher than the atmospheric pressure and one has
Fam - Fat = F2 which is thus a force exerted in the direction of the closure, that is to say in the opposite direction of F1. The surfaces of the movable walls of the actuator, on which this force F2 is exerted are chosen such that F2> F1.

Cette force F2 est linéaire et croit en fonction de la pression amont Pam comme le montre la courbe F2 de cette même figure 3. This force F2 is linear and increases as a function of the upstream pressure Pam as shown by the curve F2 of this same FIG.

La figure 2 montre la courbe, pour une loi de débit souhaité, ici un débit Q constant, de l'ouverture x de l'actionneur en fonction de la pression Pam à l'amont. FIG. 2 shows the curve, for a desired flow law, here a constant flow rate Q, of the opening x of the actuator as a function of the pressure Pam upstream.

Cette ouverture est définie par la distance x entre la position actuelle de l'actionneur et sa position dans son état complètement fermé (celle représentée sur la figure 1). A chaque instant, pour que l'actionneur soit en équilibre, on doit avoir une force motrice F3 de telle sorte que F2 1 F1 + F3 donc F3 2 F2 FI. This opening is defined by the distance x between the current position of the actuator and its position in its fully closed state (that shown in FIG. 1). At each moment, for the actuator to be in equilibrium, a driving force F3 must be such that F2 1 F1 + F3 therefore F3 2 F2 FI.

Pour une loi de débit déterminée (figure 2) et compte tenu des forces F1 et F2, la force F3 à appliquer pour chaque valeur de la pression amont Pam et donc pour chaque ouverture x nécessaire pour le débit souhaité, est parfaitement définie. For a given flow rate law (FIG. 2) and considering the forces F1 and F2, the force F3 to be applied for each value of the upstream pressure Pam and thus for each opening x necessary for the desired flow rate, is perfectly defined.

En pratique, l'effort moteur F3 appliqué au système ne suit pas rigoureusement la loi qui découle des courbes des figures 2 et 3 mais une loi approchée représentée sur la figure 4. Cette loi est obtenue par le moyen de trois ressorts. In practice, the motor force F3 applied to the system does not rigorously follow the law that follows from the curves of Figures 2 and 3 but an approximate law shown in Figure 4. This law is obtained by means of three springs.

Lors des pressions amont faibles, et donc pour une ouverture x grande, seul un premier ressort K1 est en fonction. Lorsque la pression amont augmente, le ressort K1 se comprime, l'ouverture x diminue et il arrive un moment où un deuxième ressort K2 entre en action en même temps que K1, enfin, la pression Pam croissant toujours et l'ouverture x diminuant, entre en jeu un troisième ressort K3 venant s'ajouter aux deux autres. At low upstream pressures, and thus for a large opening x, only a first spring K1 is in operation. When the upstream pressure increases, the spring K1 is compressed, the opening x decreases and there comes a moment when a second spring K2 comes into action at the same time as K1, finally, the pressure Pam always increasing and the opening x decreasing, comes into play a third spring K3 to be added to the other two.

Les ressorts K1 et K2 sont situés dans la chambre de commande 15 et le ressort K3 dans la chambre de commande 17. Bien entendu, pour assurer une poussée bien équilibrée par rapport à l'axe de l'actionneur 6, chaque ressort K1, K2 et K3 peut être divisé en une pluralité de ressorts répartis autour de l'axe central 4. Les ressorts K3 peuvent être constitués par des plots en élastomère. The springs K1 and K2 are located in the control chamber 15 and the spring K3 in the control chamber 17. Of course, to ensure a well-balanced thrust relative to the axis of the actuator 6, each spring K1, K2 and K3 can be divided into a plurality of springs distributed around the central axis 4. The springs K3 can be constituted by elastomer pads.

La loi de débit recherchée peut, bien entendu, être modifiée en modifiant le nombre et la raideur des ressorts. The desired flow law can, of course, be modified by changing the number and the stiffness of the springs.

Grâce au nombre important d'étages de détente, le système est silencieux. Thanks to the large number of stages of relaxation, the system is silent.

Le système est complètement automatique n'utilisant que des ressorts comme moyens de commande. Le dispositif peut être d'un diamètre relativement faible, il suffit, pour obtenir les surfaces nécessaires à l'effort F2, de multiplier le nombre de pistons fixes tels que 9 et 10. The system is fully automatic using only springs as control means. The device can be of a relatively small diameter, it is sufficient, to obtain the surfaces required for the effort F2, to multiply the number of fixed pistons such as 9 and 10.

La figure 5 montre une variante dans laquelle l'actionneur mobile est ici constitué par un axe central 21 qui comporte une série de portées circulaires représentées schématiquement par une seule portée 22. Il n'y a ici qu'une seule chambre amont 23 et une seule chambre de commande 24. Les deux chambres sont séparées par un piston mobile 25 et les chambres 23 et 24 sont délimitées par des parois fixes constituant une boite 26 fixée au corps tubulaire extérieur 1 par des rayons 27. Un canal 28 permet d'amener la pression amont à la chambre amont 23 et une conduite 29 permet d'introduire la pression atmosphérique dans la chambre de commande 24. Celle-ci est équipée de deux ressorts de commande K1 et K2. FIG. 5 shows a variant in which the mobile actuator here consists of a central axis 21 which comprises a series of circular bearings represented diagrammatically by a single bearing surface 22. There is here only one upstream chamber 23 and one Only control chamber 24. The two chambers are separated by a movable piston 25 and the chambers 23 and 24 are delimited by fixed walls constituting a box 26 fixed to the outer tubular body 1 by radii 27. A channel 28 allows to bring the upstream pressure to the upstream chamber 23 and a pipe 29 makes it possible to introduce the atmospheric pressure into the control chamber 24. It is equipped with two control springs K1 and K2.

Claims

1 / Flow limiter for liquid fluid with variable pressure, characterized in that it comprises an outer tubular body (1), connectable to a pipe, inside which is disposed a movable actuator (6, 21) comprising at least a circular bearing (7, 22), said actuator being axially displaceable inside the body between a first closed position, in which the fluid passage section between said seat and said tubular body is almost zero and a second open position, located further downstream than said first position, wherein said passage section is maximum, said passage section steadily increasing between said first position and said second position, said actuator causing a loss of load of increasing value from the position where said section of passage is maximum up to the position where this passage section is almost zero, said pressure drop producing a force F1 has there being a tendency to move said actuator in the direction of opening, in that at least one upstream chamber (14, 16, 23), with variable volume, comprises fixed walls (9, 10, 26) connected to said tubular body and a movable wall (11, 25) connected to said actuator, said upstream chamber (14, 16, 23) communicating via a channel (18, 28) with the fluid on the upstream side of the flow restrictor, in that at least one control chamber (15, 17, 24) with variable volume, comprises fixed walls (9, 10, 26) connected to said tubular body and a movable wall (11, 25) connected to said actuator, said control chamber (15, 17, 24) communicating via a channel (19, 20, 29) with the atmospheric pressure, in that the upstream pressure exerted in the upstream chamber (14, 16, 23) exerts on the actuator a force Fam in the opposite direction of the force F1, and in that the atmospheric pressure in the control chamber (15, 17, 24) exerts on the said actuator (6, 21) a force Fat in the same direction as the F1, in that the surfaces of the different moving walls are such that Fam - Fat = F2> F1, this force F2 being a force exerting in the closing direction, and in that at least one spring (K1, K2 , K3), producing a force F3, acts on said actuator in the direction of the force F1 so as to permanently balance the force

F2, the number and the stiffness of the springs being chosen according to the desired flow law taking into account the pressure variation of the fluid upstream.

2 / Flow limiter according to claim 1, characterized in that said movable actuator (6) comprises a plurality of said circular bearings (7), each circular scope being located opposite a groove (8) circular substantially trapezoidal section rectangle made in said body, said passage section being constituted by the annular space between each seat and said corresponding groove, in that a fixed central axis (4) is arranged and fixed axially in said tubular body, said actuator (6 ) surrounding said axis (4) and being able to slide axially on it, said axis carrying at least one circular shoulder (9, 10) acting as a fixed piston, and sharing the internal space of said actuator in a said upstream chamber (14, 16) and a said control chamber (15, 17).

3 / Flow limiter according to claim 2, characterized in that said axis (4) carries two said circular shoulders (9, 10), each circular shoulder each sharing an internal space in a said upstream chamber (14, 16) and a said control chamber (15, 17).