FR2782547A1

FR2782547A1 - Soupape d'expansion

Info

Publication number: FR2782547A1
Application number: FR9909330A
Authority: FR
Inventors: Hans Kurt Petersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2000-02-25
Anticipated expiration: 2019-07-19
Also published as: CN1105253C; US6116574A; DE19837556C1; ES2168183B1; FR2782547B1; ITTO990708A1; ES2168183A1; CN1245265A; IT1310682B1

Abstract

Dans ladite soupape (1), un élément obturateur (6) est relié à un premier ensemble de surfaces de pression (20, 21) de dimension sensiblement égale, agissant dans des directions opposées et sur lesquelles la pression, régnant dans un premier raccord (2), agit lorsque la soupape est fermée. Ledit élément (6) est relié à un second ensemble de surfaces de pression (22, 23) de dimension sensiblement égale, agissant dans des directions opposées et sur lesquelles la pression, régnant dans un second raccord (3), agit lorsque ladite soupape est fermée.

Description

SOUPAPE D'EXPANSION

La présente invention se rapporte à une soupape d'ex- pansion munie d'un élément obturateur qui coopère avec un

siège d'obturation ménagé entre un premier raccord et un se-

cond raccord, dans un carter, et peut être déplacé dans une

direction par un dispositif d'actionnement, et dans la di-

rection opposée par un dispositif de rappel, le long du même

axe vis-à-vis du siège d'obturation.

Une soupape d'expansion de ce type est connue d'après la publication "Thermostatic expansion valve TDE with fixed

orifice" de la Danfoss A/S company, édition d'août 1995.

Une soupape d'expansion thermostatique de ce genre est utilisée pour injecter un agent de refroidissement dans un évaporateur, plus précisément, de manière générale, en

fonction d'un échauffement excessif dudit agent de refroi-

dissement. Il existe diverses doctrines de commande ou de

régulation. Dans le cas de la soupape connue de par la pu-

blication de la compagnie précitée, l'ouverture de ladite

soupape est réglée de telle sorte que l'échauffement exces-

sif de l'agent de refroidissement demeure plus ou moins constant.

Certains systèmes sont employés en mode fonctionne-

ment estival, afin que la chaleur soit dissipée vers l'exté-

rieur depuis l'intérieur d'un bâtiment ou d'un local. Dans ce qu'on appelle le "fonctionnement hivernal", le système est actionné en mode inverse, c'est-à-dire que de la chaleur

est convoyée de l'extérieur vers l'intérieur.

Initialement, deux soupapes d'expansion à raccorde-

ment antiparallèle étaient utilisées à cette fin. Néanmoins, cette solution est relativement compliquée et renchérit les coûts. C'est pourquoi, dans la publication de la compagnie

susmentionnée, il était proposé d'utiliser une seule et uni-

que soupape d'expansion actionnable dans les deux direc-

tions. Dans ce cas, cependant, il est désavantageux que la surchauffe statique de l'évaporateur soit différente dans

les deux modes d'utilisation. Par exemple, cela est imputa-

ble au fait que, lorsqu'un agent de refroidissement circule par la soupape dans l'une des directions, la pression dudit agent agit sur la soupape dans la direction d'ouverture, tandis que cette pression n'est pas disponible lorsque ledit

agent circule dans la direction opposée. La pression impli-

que même une plus grande fermeture à force de l'élément ob-

turateur. Cela peut exercer un effet négatif sur le rende-

ment et sur la capacité du système.

L'invention se fonde sur le problème consistant à rendre certaines propriétés indépendantes de la direction de

fonctionnement de la soupape d'expansion.

Conformément à l'invention, dans le cas d'une soupape d'expansion du type mentionné en introduction, ce problème est résolu grâce au fait que l'élément obturateur est relié à un premier ensemble de surfaces de pression comprenant des premières surfaces de pression de dimension sensiblement

égale, agissant dans des directions opposées et sur lesquel-

les la pression, régnant dans le premier raccord, agit lors-

que la soupape est fermée, et à un second ensemble de surfa-

ces de pression comprenant des secondes surfaces de pression

de dimension sensiblement égale, agissant dans des direc-

tions opposées et sur lesquelles la pression, régnant dans

le second raccord, agit lorsque ladite soupape est fermée.

Du fait de cette configuration, la pression provenant des deux raccords, et agissant sur l'élément obturateur, est

détendue vis-à-vis de la pression de l'agent de refroidisse-

ment, si bien que ledit élément subit presque exclusivement, en termes de forces, les effets du dispositif d'actionnement

et du dispositif de rappel. Ainsi, le dispositif d'actionne-

ment doit uniquement appliquer des forces suffisantes pour

surmonter les forces antagonistes du dispositif de rappel.

Pour le reste, l'élément obturateur est à l'état d'équili-

bre. La pression régnant dans le premier raccord agit sur

une première surface de pression et a, par conséquent, ten-

dance à soulever l'élément obturateur à l'écart du siège d'obturation, et à ouvrir la soupape; mais, dans le même temps, la pression régnant dans ledit premier raccord agit sur une première surface de pression dans une direction op-

posée, c'est-à-dire que la pression agissant sur cette sur-

face vise à déplacer l'élément obturateur dans la direction

de fermeture, et à fermer la soupape ou à la maintenir fer-

mée. Ainsi, la pression régnant dans le premier raccord agit

avec la même force dans des directions opposées. En consé-

quence, elle n'exerce aucune influence sur la courbe carac-

téristique d'ouverture de la soupape, c'est-à-dire dans le

soulèvement de l'élément obturateur à l'écart du siège d'ob-

turation. De façon similaire, la pression régnant dans le second raccord agit, d'une part, sur une seconde surface de pression et tend à soulever l'élément obturateur à l'écart

du siège; mais, simultanément, la pression régnant dans le-

dit second raccord continue également d'agir sur une autre seconde surface de pression, en ayant tendance à presser de nouveau l'élément obturateur contre le siège. Ledit élément est, par conséquent, à l'état d'équilibre par rapport à la pression régnant dans les premier et second raccords. Cet

état d'équilibre est pertinent non seulement lorsque la sou-

pape est fermée, mais également lorsque l'élément obturateur est soulevé à l'écart du siège d'obturation. L'explication

est toutefois plus simple pour l'état fermé.

L'élément obturateur est de préférence relié à une pièce coulissante qui est guidée parallèlement à l'axe. Il s'agit là, par conséquent, d'un mode d'action simple pour permettre un mouvement alternatif de l'élément obturateur, ce qui assure que ledit élément soit toujours correctement

aligné vis-à-vis du siège d'obturation.

Le premier ensemble de surfaces de pression et le se-

cond ensemble de surfaces de pression sont avantageusement

séparés l'un de l'autre par un piston guidé de manière étan-

che, un mouvement de l'élément obturateur se traduisant par

un mouvement relatif entre ledit piston et une face d'étan-

chement complémentaire. Au moyen du piston ou, plus précisé-

ment, au moyen de la zone d'étanchéité formée par ledit pis-

ton et par la face d'étanchement complémentaire, l'on obtient une séparation de la pression entre les premier et second raccords. D'une part, la soupape conserve ainsi sa fonction visant à créer ou à entretenir un certain rapport de pression entre les deux raccords; et, d'autre part, il est assuré que la pression des raccords respectifs soit en

mesure d'atteindre les surfaces de pression des deux ensem-

bles à surfaces de pression. Le fait que la zone d'étan-

chéité soit mobile a pour résultat de préserver le joint

étanche, même lorsque l'élément obturateur accomplit un mou-

vement d'ouverture ou de fermeture.

Cette réalisation permet également, à la pièce cou-

lissante, d'être agencée sans aucun joint étanche par rap-

port au carter de la soupape, ce qui autorise la formation, entre ces deux parties, d'un canal ou trajet d'équilibrage de pression. Cela permet à la pression de circuler depuis l'un des raccords jusqu'à l'autre côté, en franchissant la pièce coulissante, et de supprimer la contrainte agissant

sur ladite pièce à partir de ce côté. Ladite pièce coulis-

sante peut même être guidée avec jeu dans le carter.

Le piston comporte, avantageusement, un joint d'étan-

chement qui y est fixé, et est appliqué contre la face d'étanchement complémentaire. Ledit joint peut alors être

d'un agencement structurel relativement simple, car il en-

toure le piston circonférentiellement. De tels joints de

pistons sont connus, par eux-mêmes, d'après d'autres appli-

cations.

Il est tout particulièrement préférentiel que le

joint d'étanchement revête la forme d'un ensemble de seg-

ments de piston. Un ensemble de segments entoure annulaire-

ment le piston. Il est simple à mettre en place et est d'un

fonctionnement de haute fiabilité.

L'ensemble de segments de piston présente, de préfé-

rence, au moins une lèvre d'étanchement soumise à une pré-

contrainte radiale vers l'extérieur. Ladite lèvre d'étan-

chement établit le contact avec la face d'étanchement complémentaire, et assure qu'aucune pression ne puisse pas- ser de l'un des raccords à l'autre sur l'ensemble conférant l'étanchéité.

Il est tout particulièrement préférentiel que l'en-

semble de segments de piston comporte deux lèvres d'étanche-

ment dirigées à l'opposé. Cela assure l'étanchéité, par rap-

port à la face d'étanchement complémentaire, dans les deux

directions de mouvement du piston.

Il est tout particulièrement préférentiel que les lè-

vres d'étanchement soient agencées sur deux bagues munies de lèvres, qui sont identiques, mais sont implantées dans une direction différente. Cela simplifie la structure, car un seul et unique type de bague à lèvres doit être tenu en stock. Les lèvres d'étanchement peuvent être constituées d'un matériau coopérant, à faible frottement, avec la face d'étanchement complémentaire. Des matières plastiques telles que du polytétrafluoréthylène (PTFE), du Téflon par exemple,

peuvent être envisagées.

Les bagues munies de lèvres présentent, de préfé-

rence, des surfaces radiales de support. Lesdites surfaces sont à même d'absorber des forces latérales, de sorte que les lèvres d'étanchement sont protégées, même lorsqu'elles

subissent une charge.

Dans ce contexte, il est tout particulièrement préfé-

rentiel que les surfaces de support soient formées sur des anneaux sur les faces extrêmes desquels les bagues, munies de lèvres, se trouvent en superposition mutuelle. Lesdits anneaux remplissent par conséquent une double fonction. Ils

stabilisent les deux bagues à lèvres, à la fois dans une di-

rection axiale et dans une direction radiale.

En association avec le piston, les lèvres d'étanche-

ment forment préférentiellement des poches ou espaces annu-

laires qui sont ouverts dans la direction de mouvement. Une pression, se développant devant le piston dans la direction du mouvement, a ensuite pour effet de comprimer les lèvres d'étanchement, contre la face d'étanchement complémentaire, avec une force plus grande. Cela améliore les propriétés d'étanchement, ce qui est exactement recherché dans le cas

de pressions supérieures.

L'ensemble de segments de piston est avantageusement

supporté par un disque ou une rondelle de retenue. Ledit en-

semble peut, sans difficulté, prendre appui axialement

contre le piston, par exemple contre une saillie circonfé-

rentielle, mais le support correspondant devient difficile, dans l'autre direction, si l'on souhaite tirer parti d'une expansion inopportune de l'ensemble de segments au cours de

l'assemblage. Un disque de support offre une bonne alterna-

tive dans ce cas. Ledit disque peut être mis en place après que l'ensemble de segments a été enfilé sur le piston, après quoi il retient fermement ledit ensemble. De surcroît, il supporte l'ensemble de segments, c'est-à-dire qu'il est en mesure de faire saillie radialement, d'une petite distance, au-delà de la surface de support considérée située sur le piston. Un disque de retenue de ce genre peut consister en

un métal, par exemple en de l'acier inoxydable.

L'ensemble de segments de piston peut également com-

prendre un segment de piston scindé circonférentiellement, qui subit préférentiellement une expansion radiale sous

pression. Du fait qu'il comporte des extrémités se chevau-

chant circonférentiellement, l'on obtient un joint fermé

dans le sens circonférentiel.

La pièce coulissante est avantageusement guidée dans le carter, de manière à former un trajet d'équilibrage de pression qui est relié au second raccord. Ledit trajet d'équilibrage permet à la pression, régnant dans le second raccord, de parvenir sur l'autre côté en franchissant la pièce coulissante, et de supprimer ainsi une contrainte imposée à ladite pièce à partir de cet autre côté. De la

sorte, un équilibrage de pression concernant le second rac-

cord peut être procuré par l'intermédiaire de la pièce cou-

lissante, sans que des canaux supplémentaires doivent être

pratiqués dans le carter. Le trajet d'équilibrage de pres-

sion peut être formé, par exemple, en guidant la pièce cou- lissante dans le carter avec un certain jeu. En variante, il

peut être formé en aplatissant ladite pièce en un ou plu-

sieurs emplacements dans le sens circonférentiel. Enfin, des évidements s'étendant axialement peuvent aussi être prévus sur la surface de ladite pièce. Toutes ces mesures peuvent

être exécutées, sur la pièce coulissante, de manière relati-

vement aisée. Un usinage correspondant du carter serait éga-

lement possible, mais réclamerait une plus grande complexité de fabrication. Un usinage de l'alésage du carter, recevant

la pièce coulissante, demeure toutefois nettement plus sim-

ple que le façonnage de canaux séparés.

De préférence, le piston est logé de manière fixe dans le carter et s'engage dans la pièce coulissante, ledit

piston définissant, dans ladite pièce coulissante, une cham-

bre de pression reliée au premier raccord lorsque la soupape est fermée. La superficie de section transversale de la chambre de pression correspond à la superficie de section transversale du siège d'obturation. Si la pression, régnant

dans le premier raccord, agit à présent sur l'élément obtu-

rateur, elle agit également sur la face extrême correspon-

dante de la chambre de pression, dans la direction opposée.

Néanmoins, la pression régnant dans le premier raccord ne peut pas se propager davantage du fait qu'elle est retenue,

dans la chambre de pression, par le piston muni de l'ensem-

ble de segments. La pression régnant dans le second raccord

agit cependant aussi, de façon similaire, sur deux faces ex-

trêmes de la pièce coulissante, si bien que ladite pièce est

totalement à l'état d'équilibre de pression.

Dans ce cas, le piston est de préférence supporté

contre un arbre par l'intermédiaire d'un agencement à sur-

face d'articulation ou de portée. Cela permet à la pièce coulissante d'être légèrement inclinée, dans le carter, sans

dégradation consécutive de l'étanchéité conjointement assu-

rée par le piston, et par ladite pièce. L'axe dudit piston

peut toujours demeurer parallèle à l'axe de ladite pièce.

Cela est tout particulièrement avantageux lorsque le trajet

d'équilibrage de pression est formé par une pièce coulis-

sante guidée, avec jeu, dans le carter.

La solidarisation entre le piston et l'arbre est, de préférence, apte à absorber des forces de traction et de compression. Etant donné que la pression peut progresser depuis le second raccord jusqu'au point de solidarisation, en franchissant la pièce coulissante, il est à craindre que le piston soit soulevé par l'arbre dans des circonstances défavorables. Cela peut être empêché par la solidarisation qui, non seulement, absorbe des forces de traction et de compression, mais autorise également une certaine mobilité

en vue du basculement du piston vis-à-vis de l'arbre.

Dans un agencement structurel particulièrement sim-

ple, la solidarisation peut être formée par une rondelle élastique qui est emboîtée dans un espace annulaire défini par une première saignée annulaire située sur le piston, et par une seconde saignée annulaire située sur l'arbre. Si la rondelle élastique présente un certain jeu par rapport à l'une des deux saignées annulaires, cela autorise, certes, un mouvement basculant du piston vis-à-vis de l'arbre, mais

une force de traction peut être transmise audit arbre à par-

tir dudit piston, ou inversement, ce qui interdit un soulè-

vement du piston à l'écart de l'arbre.

La pièce coulissante revêt avantageusement la forme d'une cuvette bombée, à l'extrémité fermée de laquelle l'élément obturateur est ménagé. L'extrémité ouverte de la cuvette est par conséquent disponible pour recevoir divers éléments fonctionnels tels que le piston, par exemple. Le terme "cuvette" ne doit toutefois pas être interprété comme signifiant que le diamètre doit être plus grand que la profondeur. Il vise uniquement à exprimer que l'élément

obturateur est creux et est ouvert dans l'une des direc-

tions. Un cylindre creux, délimitant la chambre de pression en association avec le piston, est de préférence inséré dans la cuvette. La chambre de pression peut ensuite être pro- duite de manière très précise, sans que l'ensemble de la

pièce coulissante n'exige une production avec précision cor-

respondante dans le même temps. Le cylindre creux peut éga-

lement présenter d'autres propriétés matérielles, par exem-

ple une robustesse mécanique supérieure à celle de la pièce coulissante, de telle sorte que les pressions régnant dans la chambre de pression ne se traduisent pas inévitablement

par une déformation de ladite pièce, ce qui pourrait entraî-

ner un grippage de ladite pièce dans le carter. Cet agence-

ment structurel prodigue une plus grande liberté dans la fa-

brication de la pièce coulissante.

La paroi extérieure du cylindre creux et la paroi in-

térieure de la cuvette forment, avantageusement, un espace

annulaire dans lequel un ressort de rappel est logé. Le cy-

lindre creux et la pièce coulissante forment ensuite, en as-

sociation, un guide affecté au ressort de rappel, ce qui ac-

croît semblablement la fiabilité fonctionnelle de la soupape d'expansion. Dans une variante de réalisation, le piston peut être

installé sur la pièce coulissante, et peut présenter un ca-

nal qui le parcourt parallèlement à la direction de mouve-

ment. Une pression ou, plus précisément, un fluide soumis à la pression correspondante, est à même de passer de l'un à l'autre des côtés du piston, en empruntant le canal, et

d'instaurer l'équilibrage de pression correspondant.

Dans ce contexte, il est tout particulièrement préfé-

rentiel que le piston soit disposé sur l'autre côté du siège d'obturation, à distance de la pièce coulissante, et soit relié à ladite pièce coulissante par l'intermédiaire d'une tige. Dans cet agencement, le piston peut être installé au voisinage direct du dispositif d'actionnement constitué, par exemple, d'une capsule à diaphragme. La pression agissant sur l'élément obturateur dans la direction d'ouverture, à

partir du premier raccord, agit sur le piston dans la direc-

tion opposée. Etant donné que ledit piston est relié, res-

pectivement par l'intermédiaire de la tige, à l'élément ob- turateur et à la pièce coulissante, l'équilibre de forces correspondant est conséquemment atteint. La pression régnant

dans le second raccord franchit la pièce coulissante "au-

dessous" de ladite pièce, c'est-à-dire sur le côté de cette pièce qui est éloigné de l'élément obturateur. La pression régnant dans le second raccord agit par conséquent, dans la direction de fermeture, sur toute la superficie de section

transversale de la pièce coulissante. Dans la direction in-

verse, la pression régnant dans ledit second raccord agit sur une région annulaire de la pièce coulissante qui n'est

pas recouverte par le siège d'obturation. La zone superfi-

cielle manquante est alors procurée par l'autre face du pis-

ton. La pression est en mesure d'atteindre cette zone super-

ficielle en empruntant le canal qui parcourt le piston.

Dans une troisième variante, le piston peut être dis-

posé du même côté du siège d'obturation que la pièce coulis-

sante, dans un guide intégré dans le carter. Exactement

comme dans le premier agencement structurel, le piston défi-

nit alors une chambre de pression dont la pression est celle régnant dans le premier raccord. La pression régnant dans le second raccord dispose, sur la pièce coulissante, de deux faces qui présentent la même dimension, mais agissent dans

des directions opposées.

L'élément obturateur est, de préférence, ménagé d'un seul tenant avec la pièce coulissante. Il peut, par exemple, être constitué du même matériau que la pièce coulissante, et être moulé d'un seul bloc avec ladite pièce. En variante, néanmoins, il peut consister en un matériau différent et

être relié rigidement à la pièce coulissante grâce à des me-

sures appropriées, par exemple une opération de sertissage.

L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 illustre un premier agencement structurel d'une soupape d'expansion; la figure 2 est une coupe d'une pièce coulissante, à échelle agrandie; la figure 3 est une coupe fragmentaire d'un piston, à échelle agrandie; la figure 4 montre un premier agencement structurel d'un ensemble de segments de piston;

la figure 5 représente un second agencement structu-

rel d'un ensemble de segments de piston; la figure 6 illustre un piston exempt d'un ensemble de segments; la figure 7 représente un arbre; la figure 8 montre une première variante d'un segment de piston;

la figure 9 illustre une seconde variante d'un seg-

ment de piston;

la figure 10 représente un deuxième agencement struc-

turel d'une soupape d'expansion; et

la figure 11 montre un troisième agencement structu-

rel d'une soupape d'expansion.

Une soupape d'expansion 1 comporte un premier raccord 2 et un second raccord 3. Un agent de refroidissement peut circuler depuis le premier raccord 2 jusqu'au second raccord 3 ou bien, inversement, depuis le second raccord 3 jusqu'au premier raccord 2. Dans ce cas, l'écoulement est commandé par coopération d'un siège d'obturation 4, ménagé dans un carter 5 de la soupape, avec un élément obturateur 6. Ledit élément 6 peut être déplacé en direction ou à l'écart du

siège 4, le long d'un axe 7. Une commande de l'élément obtu-

rateur 6 est effectuée au moyen d'un élément 8 du type souf-

flet, connu par lui-même, qui agit sur ledit élément 6 par l'intermédiaire d'un poussoir 9 situé à l'extérieur du plan du dessin. Un ressort de rappel 10 est prévu pour ramener l'élément 6 vers le siège 4. L'élément 8 du type soufflet est commandé au moyen d'un capteur de température 11 qui est illustré schématiquement et est, à cette fin, relié audit élément 8 par l'intermédiaire d'un capillaire 12. Il n'est pas absolument nécessaire que le capteur de température 11

soit placé dans la région du second raccord 3.

Dans la présente forme de réalisation, l'élément ob-

turateur 6 fait partie d'une pièce coulissante 13 logée,

avec jeu, dans un guide 14 intégré dans le carter, et pou-

vant être déplacée le long de l'axe 7. Dans ce cas, la pièce

13 est disposée du côté du siège d'obturation 4 qui se rat-

tache au second raccord 3. De ce fait, la pression régnant dans le second raccord 3 est en mesure d'atteindre le côté

de la pièce 13 qui est éloigné du siège 4.

L'élément obturateur 6 est parcouru par un canal 15.

Ledit canal 15 transmet la pression, régnant dans le premier raccord 2, à une chambre de pression 16 qui est entourée

circonférentiellement par un cylindre creux 17, et est en-

tourée par un piston 18 à son extrémité ouverte 19 (figure 2). A l'état fermé de la soupape, c'est-à-dire lorsque

l'élément obturateur 6 est appliqué sur le siège d'obtura-

tion 4, la pression régnant dans le premier raccord 2 ne pé-

nètre pas dans ladite chambre 16, mais au contraire, du fait

de l'étanchéité conférée par le piston 18, la pression ré-

gnant dans ledit premier raccord 2 demeure isolée de la pression régnant dans le second raccord 3. Cette pression s'exerce de l'autre côté du piston. La section transversale de la chambre 16, et donc sa face extrême 20 tournée vers l'élément obturateur 6, présente la même dimension qu'une face extrême 21 dudit élément 6 qui est ceinturée par le siège d'obturation 4. La pression régnant dans le premier raccord 2 agit par conséquent, des deux côtés, sur l'élément

* 6 et sur la pièce coulissante 13 reliée à ce dernier. Au re-

gard de ces rapports de pression, ladite pièce 13 est à

l'état d'équilibre de pression et de forces.

Comme mentionné ci-avant, la pression régnant dans le second raccord 3 agit sur l'une des faces, c'est-à-dire sur une "face inférieure" 22 de la pièce coulissante 13, plus précisément sur une région annulaire non recouverte par le piston 18. Une face annulaire 23 de la même dimension, sur laquelle agit également la pression régnant dans le second raccord 3, assure que la pièce coulissante 13 se trouve

aussi, par conséquent, à l'état d'équilibre de forces vis-à-

vis de la pression régnant dans ledit second raccord 3.

L'indication, selon laquelle des faces particulières dirigées à l'opposé, sur lesquelles agit la pression régnant respectivement dans le premier raccord 2 et dans le second

raccord 3, sont réputées présenter la même dimension, ne si-

gnifie pas que l'égalité doit être exactement respectée au sens mathématique du terme. Des différences relativement faibles, résultant par exemple d'une largeur bien définie du siège d'obturation 4, sont tout à fait acceptables. Le degré d'égalité doit seulement être tel que les forces, agissant

sur la pièce coulissante 13 par suite des différentes pres-

sions, soient très modestes de telle sorte qu'une commande

du mouvement de ladite pièce 13 soit effectuée, virtuelle-

ment, avec le concours exclusif de l'élément 8 du type souf-

flet, agissant comme un dispositif d'actionnement, et du

ressort de rappel 10 agissant comme un dispositif de rappel.

Grâce à cet agencement structurel, la courbe caractéristique de commande de la soupape 1 devient alors indépendante de la direction d'écoulement de l'agent de refroidissement. En d'autres termes, il n'importe plus, désormais, que ledit agent circule depuis le premier raccord 2 jusqu'au second

raccord 3, ou depuis ledit second raccord 3 jusqu'audit pre-

mier raccord 2. Dans chaque cas, la pression supérieure n'apporte virtuellement aucune contribution à l'ouverture de

la soupape, c'est-à-dire au déplacement de la pièce coulis-

sante 13.

La figure 2 montre que l'élément obturateur 6 se com-

pose de plusieurs parties, à savoir d'une bague d'étanche-

ment 24 qui est fixée à la pièce coulissante au moyen d'une pièce intégrée25. Ladite pièce intégrée 25 est bombée à son extrémité 26 éloignée de la bague 24, si bien qu'elle assure simultanément la consignation à demeure du cylindre creux

17. De façon similaire, la pièce coulissante 13 est recour-

bée à son extrémité supérieure 27, sous la forme d'une cuvette bombée, afin de verrouiller en place ladite bague 24. Bien entendu, il est non seulement possible de réaliser la pièce 13 d'un seul tenant avec l'élément obturateur 6, comme représenté, mais également de les fabriquer dans le même matériau, de telle sorte que des dispositions propres à

la fixation ne soient pas nécessaires.

Le cylindre creux 17 forme, en association avec la pièce coulissante 13, un espace annulaire 42 dans lequel le ressort de rappel 10 est inséré. Ainsi, ledit ressort 10 est

guidé sur une certaine longueur axiale.

Le ressort de rappel 10 est en appui (figure 3) sur une bague de support 28 montée sur un support 29 qui, à son tour, porte le piston 18. La bague 28 est mobile par rapport

au support 29 du piston.

Un premier exemple pratique du piston 18 est illustré sur la figure 4, à échelle agrandie, en vue d'expliquer

l'étanchéité prodiguée par ledit piston.

L'espace interne radial du cylindre creux 17 forme une face d'étanchement complémentaire 30, contre laquelle porte un segment 31 du piston. Ledit segment 31 prend appui, par l'une des extrémités axiales, sur un gradin 32 usiné dans le piston 18. A l'autre extrémité, ledit segment est arrêté par une rondelle de retenue 33, en acier inoxydable par exemple, qui est emboîtée élastiquement dans le piston 18.

Le segment 31 du piston comporte deux lèvres d'étan-

chement 34, 35 fabriquées préférentiellement en une matière plastique, par exemple en du polytétrafluoréthylène (PTFE, Téflon). Lesdites lèvres 34, 35 présentent une section

transversale oblique. Elles sont orientées dans les deux di-

rections axiales de mouvement du piston 18 (en considérant

par rapport à la pièce coulissante 13). Elles forment cha-

cune un espace annulaire 36, 37, sur lequel agit la pression régnant de ce côté du segment 31. La pression a pour effets de comprimer les lèvres 34, 35 contre la face d'étanchement complémentaire 30, avec une force relativement grande, et de

contribuer par conséquent à une étanchéité satisfaisante.

Sur l'illustration de la figure 4, le segment 31 du piston est de structure monobloc. La figure 5 montre une forme de réalisation modifiée, dans laquelle ledit segment se présente comme un ensemble 31' de segments de piston, et

comprend deux bagues identiques 38 munies de lèvres et dis-

posées, sur le piston, de manière à être tournées dans des directions opposées. Dans ce cas particulier, les bagues 38 comportent non seulement les lèvres d'étanchement 34, mais également une surface radiale de support 39. Ladite surface

39 matérialise la surface circonférentielle d'un anneau 40.

Les deux bagues 38 occupent des positions adjacentes sur

leurs anneaux 40. Grâce à la présence de la surface de sup-

port 39, l'ensemble 31' de segments de piston est protégé

d'une charge latérale.

Les figures 8 et 9 illustrent des variantes de réali-

sation du segment de piston. Dans ce cas, le joint revêt la

forme d'un segment de piston 47, 48 scindé circonférentiel-

lement. Ledit segment 47, 48 est pressé vers le bas et

contre le gradin 32, par la pression d'arrivée, tout en su-

bissant une expansion dans le sens radial. Cette solution est très économique. Du fait que la pièce coulissante 13 est guidée avec jeu, dans le guide 14, l'alignement angulaire de ladite pièce 13 peut se modifier légèrement vis-à-vis de l'axe 7. Pour assurer que le piston 18 demeure aligné par rapport à la pièce 13, le support 29 dudit piston (figure 6) est monté sur un arbre 41. L'arbre 41 est réglable dans le carter 5, c'est-à-dire que sa position axiale (par rapport à

l'axe 7) peut être modifiée par rotation.

A son extrémité tournée vers le support 29 du piston, l'arbre 41 est pourvu d'une surface de portée 43 conique ou

arrondie. Ledit support du piston comporte un orifice de ré-

ception 44 correspondant, à son extrémité tournée vers l'ar-

bre 41, si bien qu'il est en mesure de basculer, par rapport

audit arbre 41, à l'intérieur de certaines limites. Les an-

gles de basculement sont néanmoins très petits dans ce cas. Pour assurer une cohésion axiale, entre l'arbre 41 et le support 29 du piston, ledit arbre 41 possède une saignée

annulaire 45 au-dessous de la surface de portée 43. Une sai-

gnée annulaire correspondante 46 est prévue dans l'orifice 44. Une rondelle élastique peut ensuite être insérée dans la saignée annulaire 45. Lorsque l'arbre 41 est engagé dans le

support 29 du piston, cette rondelle élastique est compri-

mée, par une surface inclinée, dans l'orifice d'entrée dudit

support 29, puis ladite rondelle se verrouille dans la sai-

gnée 46. La rondelle élastique n'est pas illustrée dans ce cas. Si la rondelle élastique présente un petit jeu axial dans au moins l'une des deux saignées annulaires 45, 46,

cette solidarisation procure la mobilité en vue d'un bascu-

lement. D'autre part, elle est à même d'absorber non seule-

ment des forces de compression, mais également des forces de

traction. De telles forces de traction pourraient se présen-

ter, par exemple, lorsque la pression émanant du second rac-

cord 3 passe au-dessous du support 29 du piston.

La figure 10 montre un autre exemple pratique d'une

soupape d'expansion 101. Des parties, identiques à des par-

ties de la figure 1, sont désignées par les mêmes références

numériques. Des parties correspondantes portent des référen-

ces numériques augmentées du chiffre de la première cen-

taine. L'équilibre de forces sur une pièce coulissante 113, semblablement guidée avec jeu dans un guide 114, est atteint

d'une manière différente dans cet agencement structurel.

La pièce coulissante 113 est reliée, au moyen d'une tige 49, à un piston 50 qui est logé dans un cylindre 51, dans un carter 105, coaxialement à l'axe 7. Le piston 50 peut être rendu étanche, vis-à-vis du cylindre 51, de la même façon que celle illustrée sur les figures 4 et 5. A la

fois le piston 50, et la tige 49, sont parcourus par un ca-

nal 115. La pièce coulissante 113 est ouverte vers le bas, c'est-à-dire ouverte du côté éloigné du siège d'obturation 4. Dans cet exemple pratique, la pression régnant dans le premier raccord 2 agit sur un élément obturateur 106 dans la région non recouverte par le siège d'obturation 4. Le piston 50 possède une superficie de section transversale présentant la même dimension. En conséquence, la pression

régnant dans le premier raccord 2 agit également sur le pis-

ton 50, mais en sens inverse dans ce cas. Vis-à-vis de la

pression régnant dans le premier raccord 2, la pièce coulis-

sante 113 est à l'état d'équilibre de forces avec le piston 50. La pression régnant dans le second raccord 3 agit, d'une part, sur la surface annulaire 23 située à l'extérieur du siège d'obturation 4. Etant donné que cette pression peut

se propager au-delà de la pièce coulissante 113, pour parve-

nir sur la face inférieure de ladite pièce 113, elle agit dans la direction opposée sur toute la section transversale de ladite pièce 113. Toutefois, elle se propage également en

empruntant le canal 115, jusqu'à la face supérieure du pis-

ton 50, si bien que la pression régnant dans le second rac-

cord 3 agit également vers le bas en travers de toute la

section transversale (superficie du piston 50 + surface an-

nulaire 23). De la sorte, la pièce coulissante 113 est éga-

lement à l'état d'équilibre vis-à-vis de la pression régnant

dans le second raccord 3.

Le ressort de rappel 10 est en appui pivotant sur un arbre 141 (du fait de l'aptitude de la pièce coulissante 113 au basculement). La tension dudit ressort 10 peut varier en conséquence. La figure 11 illustre un troisième exemple pratique

d'une soupape d'expansion 201, dans lequel des parties iden-

tiques à des parties de la figure 1 portent les mêmes réfé-

rences numériques, et des parties correspondantes sont dési-

gnées par des références numériques augmentées du chiffre de

la seconde centaine.

L'agencement structurel du carter 5 correspond à celui de la figure 1. Une pièce coulissante 213 est guidée avec jeu dans un guide 214. Une partie intégrée 52, confinant une chambre de pression 216, est cependant vissée dans ce guide 214. Le

ressort de rappel 10 est logé dans la chambre 216, plus pré-

cisément de façon telle qu'il puisse, là encore, être réglé

par un arbre 241 portant une bague de support 218.

Un canal 215 parcourt la longueur de la pièce coulis-

sante 213. Ladite pièce 213 s'engage dans la partie intégrée

52 par son extrémité inférieure revêtant la forme d'un pis-

ton 218'. Ledit piston 218' peut être rendu étanche par rap-

port à ladite partie 52, de la même façon que celle repré-

sentée sur les figures 4 et 5.

Dans cet agencement structurel, la pression provenant du premier raccord 2 est en mesure d'agir, d'une part, sur

une surface 21 d'un élément obturateur 206 qui n'est pas re-

couverte par le siège d'obturation 4. Ladite pression peut

se propager en empruntant le canal 215, jusqu'à la face ex-

trême opposée de la pièce coulissante 213. Une surface 20 de même dimension est présente à cet emplacement, si bien que ladite pièce 213 est à l'état d'équilibre par rapport à la

pression régnant dans le premier raccord 2.

La pression régnant dans le second raccord 3 peut

progresser, en franchissant la pièce coulissante 213, jus-

qu'à la face inférieure 22 qui se trouve au-delà du piston.

Sur la face supérieure 23, présentant la même dimension, la

pression régnant dans le second raccord 3 agit dans la di-

rection opposée. De ce fait, ladite pièce 213 se trouve éga-

lement à l'état d'équilibre vis-à-vis de la pression régnant

dans le second raccord 3.

Dans tous les exemples pratiques, le trajet, fran-

chissant la pièce coulissante, peut être formé d'une manière autre que par un guide offrant un jeu. Ladite pièce peut également être aplatie sur l'un des côtés ou en plusieurs points, ou bien être pourvue de rainures axiales. Bien entendu, le guide peut être pareillement muni d'évidements correspondants. La condition d'équilibre s'instaure non seulement, de

la manière expliquée, à l'état fermé de la soupape d'expan-

sion. Lorsque l'élément obturateur se soulève à l'écart du siège d'obturation, d'autres pressions sont développées sur

les surfaces 20-23 considérées, mais ces pressions présen-

tent de nouveau, virtuellement, une grandeur identique sur les surfaces agissant dans des directions opposées, si bien

qu'un équilibre de forces est établi, même lorsque la sou-

pape est ouverte.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la soupape décrite et représentée, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims

-R E V E N D I C A T I ONS -

1. Soupape d'expansion munie d'un élément obturateur

qui coopère avec un siège d'obturation ménagé entre un pre-

mier raccord et un second raccord, dans un carter, et peut

être déplacé dans une direction par un dispositif d'action-

nement, et dans la direction opposée par un dispositif de rappel, le long du même axe vis-à-vis du siège d'obturation, soupape caractérisée par le fait que l'élément obturateur (6; 106; 206) est relié à un premier ensemble de surfaces de pression (20, 21) comprenant des premières surfaces de pression de dimension sensiblement égale, agissant dans des directions opposées et sur lesquelles la pression, régnant dans le premier raccord (2), agit lorsque la soupape est fermée, et à un second ensemble de surfaces de pression (22,

23) comprenant des secondes surfaces de pression de dimen-

sion sensiblement égale, agissant dans des directions oppo-

sées et sur lesquelles la pression, régnant dans le second

raccord (3), agit lorsque ladite soupape est fermée.

2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément obturateur (6; 106; 206) est relié à

une pièce coulissante (13; 113; 213) qui est guidée paral-

lèlement à l'axe (7).

3. Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractéri-

sée par le fait que le premier ensemble de surfaces de pres-

sion (20, 21) et le second ensemble de surfaces de pression (22, 23) sont séparés l'un de l'autre par un piston (18;

118; 218') guidé de manière étanche, un mouvement de l'élé-

ment obturateur (6; 106; 206) se traduisant par un mouve-

ment relatif entre ledit piston (18; 118; 218') et une

face d'étanchement complémentaire (30).

4. Soupape selon la revendication 3, caractérisée par

le fait que la pièce coulissante (13; 113; 213) est agen-

cée sans aucun joint d'étanchement par rapport au carter de

ladite soupape.

5. Soupape selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la pièce coulissante (13; 113; 213) est guidée

avec jeu dans le carter.

6. Soupape selon l'une quelconque des revendications

3 à 5, caractérisée par le fait que le piston (18; 118; 218') comporte un joint d'étanchement qui y est fixé, et est

appliqué contre la face d'étanchement complémentaire (30).

7. Soupape selon la revendication 6, caractérisée par

le fait que le joint d'étanchement revêt la forme d'un en-

semble (31; 31') de segments de piston.

8. Soupape selon la revendication 7, caractérisée par

le fait que l'ensemble (31; 31') de segments de piston pré-

sente au moins une lèvre d'étanchement (34, 35) soumise à

une précontrainte radiale vers l'extérieur.

9. Soupape selon la revendication 8, caractérisée par

le fait que l'ensemble (31; 31') de segments de piston com-

porte deux lèvres d'étanchement (34, 35) dirigées à l'op-

posé.

10. Soupape selon la revendication 9, caractérisée

par le fait que les lèvres d'étanchement (34, 35) sont agen-

cées sur deux bagues (38) munies de lèvres, qui sont identi-

ques, mais sont implantées dans une direction différente.

11. Soupape selon la revendication 10, caractérisée par le fait que les bagues (38) munies de lèvres présentent

des surfaces radiales de support (39).

12. Soupape selon la revendication 11, caractérisée par le fait que les surfaces de support (39) sont formées

sur des anneaux (40) sur les faces extrêmes desquels les ba-

gues (38), munies de lèvres, se trouvent en superposition mutuelle.

13. Soupape selon l'une quelconque des revendications

9 à 12, caractérisée par le fait que les lèvres d'étanche-

ment (34, 35) forment, en association avec le piston (18), des poches ou espaces annulaires (36, 37) qui sont ouverts

dans la direction de mouvement.

14. Soupape selon l'une quelconque des revendications

7 à 13, caractérisée par le fait que l'ensemble (31) de seg-

ments de piston est supporté par un disque ou une rondelle

de retenue (33).

15. Soupape selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'ensemble de segments de piston comprend un segment de piston (47, 48) scindé circonférentiellement.

16. Soupape selon la revendication 15, caractérisée

par le fait que le segment de piston (47, 48) subit une ex-

pansion radiale sous pression.

17. Soupape selon l'une quelconque des revendications

2 à 16, caractérisée par le fait que la pièce coulissante

(13; 113; 213) est guidée dans le carter (5; 105), de ma-

nière à former un trajet d'équilibrage de pression qui est

relié au second raccord (3).

18. Soupape selon l'une quelconque des revendications

2 à 17, caractérisée par le fait que le piston (18) est logé de manière fixe dans le carter (5) et s'engage dans la pièce coulissante (2), ledit piston (18) définissant, dans ladite pièce coulissante (13), une chambre de pression (16) reliée

au premier raccord (2) lorsque la soupape est fermée.

19. Soupape selon la revendication 18, caractérisée par le fait que le piston (18) est supporté contre un arbre (41) par l'intermédiaire d'un agencement à surface (43)

d'articulation ou de portée.

20. Soupape selon la revendication 19, caractérisée par le fait que le piston (18) matérialise, avec l'arbre

(41), une solidarisation apte à absorber des forces de trac-

tion et de compression.

21. Soupape selon la revendication 20, caractérisée

par le fait que la solidarisation est formée par une ron-

delle élastique qui est emboîtée dans un espace annulaire défini par une première saignée annulaire (46) située sur le

piston (18), et par une seconde saignée annulaire (45) si-

tuée sur l'arbre (41).

22. Soupape selon l'une quelconque des revendications

18 à 21, caractérisée par le fait que la pièce coulissante (13) revêt la forme d'une cuvette bombée, à l'extrémité

fermée de laquelle l'élément obturateur (6) est ménagé.

23. Soupape selon la revendication 22, caractérisée par le fait qu'un cylindre creux (17), délimitant la chambre

de pression (16) en association avec le piston (18), est in-

séré dans la cuvette.

24. Soupape selon la revendication 23, caractérisée par le fait que la paroi extérieure du cylindre creux (17)

et la paroi intérieure de la cuvette forment un espace annu-

laire (42), dans lequel un ressort de rappel (10) est logé.

25. Soupape selon l'une quelconque des revendications

2 à 17, caractérisée par le fait que le piston (50) est ins-

tallé sur la pièce coulissante (113), et présente un canal

(115) qui le parcourt parallèlement à la direction de mouve-

ment.

26. Soupape selon la revendication 25, caractérisée par le fait que le piston (50) est disposé sur l'autre côté

du siège d'obturation (4), à distance de la pièce coulis-

sante (113), et est relié à ladite pièce coulissante (113)

au moyen d'une tige (49).

27. Soupape selon l'une quelconque des revendications

2 à 17, caractérisée par le fait que le piston (218') est disposé du même côté du siège d'obturation (4) que la pièce coulissante (213), dans un guide (214, 52) intégré dans le carter.

28. Soupape selon l'une quelconque des revendications

2 à 27, caractérisée par le fait que l'élément obturateur (6; 106; 206) est ménagé d'un seul tenant avec la pièce

coulissante (13; 113; 213).