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1. WO2019110901 - CLAPET DE CIRCUIT HYDRAULIQUE A PERTE DE CHARGE CONSTANTE

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CLAPET DE CIRCUIT HYDRAULIQUE A PERTE DE CHARGE CONSTANTE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un clapet de pression destiné par exemple à protéger un circuit en cas de surpression, ou à permettre le passage d'un débit hydraulique en cas de colmatage d'une branche principale d'un circuit, ou encore à contrôler un débit dans une branche dite de bypass.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Comme représenté schématiquement sur la figure 1, un tel clapet de pression 1 comporte typiquement un corps 2 dans lequel coulisse une soupape 3, avec un ressort 4 tendant à presser la soupape 3 vers un siège 6 d'une ouverture d'admission 7 du corps. Dans un tel agencement, le diamètre du siège 6, la précontrainte et la raideur du ressort 4 conditionnent conjointement une valeur de seuil de différence de pression entre l'admission 7 et le refoulement 8 que l'on appelle pression différentielle d'ouverture. Au-delà de cette pression différentielle d'ouverture, le clapet 1 s'ouvre, la soupape 3 s'écartant alors du siège 6 pour laisser passer un débit hydraulique dans le corps 2, depuis l'ouverture d'admission 7, vers une ou plusieurs ouvertures de refoulement 8.

Dans un tel agencement, le déplacement de la soupape est d'autant plus petit que la raideur du ressort est élevée pour un même diamètre de siège, et ce déplacement conditionne la section de passage du fluide. Ce déplacement dépend de l'écart de pression de part et d'autre du clapet. En pratique, le déplacement, et par là même la section de passage du clapet augmente très faiblement pas avec le débit traversant le clapet.

Ainsi, dans un tel clapet, comme représenté sur la figure 2, l'accroissement du débit noté D induit un accroissement important des pertes de charge, conformément à la courbe repérée par C.

En pratique, on attend d'un tel clapet qu'il offre une perte de charge qui soit sensiblement constante, c'est-à-dire qui n'augmente pas lorsque le débit augmente.

Le but de l'invention est d'apporter un agencement de clapet introduisant une perte de charge sensiblement constante.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

A cet effet, l'invention a pour objet un clapet de pression comprenant un corps incluant au moins une ouverture de refoulement et une ouverture d'admission pourvue d'un siège, un fluide étant apte à traverser d'amont en aval depuis l'ouverture d'admission vers au moins une ouverture de refoulement, une soupape coulissant dans un logement de ce corps en vis-à-vis du siège, cette soupape comportant une jupe cylindrique fermée par une tête pour délimiter avec ce logement une chambre, un élément des sollicitation tendant à rapprocher un flanc de la tête de soupape d'une face du siège, une lèvre d'étanchéité par laquelle le flanc de la tête et la face du siège sont maintenus à distance lorsque la tête est en appui sur le siège sous l'action de l'élément de sollicitation, la tête comportant au moins un trou traversant son flanc pour mettre en communication la chambre avec au moins l'ouverture de refoulement, chaque trou débouchant dans un espace communiquant avec chaque ouverture de refoulement, en étant situé en vis-à-vis de la face du siège et en aval de la lèvre par rapport à l'ouverture d'admission, cet espace annulaire délimitant avec la lèvre un évasement formant divergeant pour le fluide traversant le clapet afin d'abaisser la pression dans la chambre par effet Venturi lorsque la soupape est ouverte.

Avec cet agencement, la chambre interne se dépressurise par effet Venturi pour accroître l'ouverture de la soupape lorsqu'un débit important traverse le clapet.

L'invention concerne également un clapet ainsi défini, dans lequel la lèvre est portée par la face du siège.

L'invention concerne également un clapet ainsi défini, dans lequel la lèvre est portée par le flanc de la tête.

L'invention concerne également un clapet ainsi défini, comprenant une ouverture d'admission et deux ouvertures de refoulement agencées selon une disposition correspondant à la lettre T.

L'invention concerne également un clapet ainsi défini, dans lequel la tête de soupape comporte un flanc conique ou sphérique, et dans laquelle le siège comporte une face conique ou sphérique portant une lèvre.

L'invention concerne également un clapet ainsi défini, dans lequel la tête de soupape comporte un flanc sphérique, et dans laquelle le siège comporte une face sphérique portant une lèvre.

L'invention concerne également un clapet ainsi défini, dans lequel la tête de soupape comporte un flanc sphérique, et dans laquelle le siège comporte une face conique portant une lèvre.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La figure 1 est une vue en coupe d'un clapet connu de l'Etat de la technique ;

La figure 2 est un graphe représentatif de l'augmentation de la perte de charge C avec l'accroissement du débit D et de la pression P avec le clapet connu de l'Etat de la technique, à partir d'une pression seuil d'ouverture PO ;

La figure 3 est une vue en coupe d'un clapet selon l'invention ;

La figure 4 est une vue en coupe de détail de l'écoulement du fluide au voisinage du siège dans le clapet selon l'invention ;

La figure 5 est un graphe montrant la très faible variation de la perte de charge C avec l'accroissement du débit D et de la pression P avec le clapet selon l'invention à partir d'une pression seuil d'ouverture PO.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Sur la figure 3, le clapet de pression selon l'invention qui est repéré par 11 comporte un corps 12 dans lequel est montée une soupape coulissante 13 avec un système de rappel en position (ou encore élément de sollicitation) tel qu'un ressort 14 tendant à presser cette soupape contre un siège 16 d'une ouverture d'admission 17 de ce corps 12 (qui peut être réalisé avec plusieurs pièces) qui comporte également une ou

plusieurs ouvertures de refoulement 18 et 19. La ou les ouvertures de refoulement peuvent être librement localisées derrière le siège.

La soupape 13 est située en vis-à-vis du siège 16 de l'ouverture d'admission 17, ce siège 16 délimitant ainsi à l'embouchure interne de cette ouverture 17. La soupape 13 est montée dans un logement correspondant 21 du corps 12, situé en vis-à-vis du siège 16.

Cette soupape 13 a une forme générale de révolution, comprenant une jupe 22 cylindrique qui est ouverte du côté du logement 21 et qui est fermée par une tête de soupape 23 en vis-à-vis du siège 16.

Comme visible sur la figure 3, le logement 21 a une forme de trou borgne cylindrique ayant un diamètre interne correspondant au diamètre externe de la jupe 22, de sorte que la soupape 13 coulisse dans le logement cylindrique 21, en délimitant conjointement avec celui-ci une chambre interne 24 dont le volume diminue lorsque la soupape s'écarte du siège 16 et augmente lorsqu'elle est pressée contre ce siège 16 par le ressort 14.

La tête 23 de la soupape a une forme générale de cône ou de sphère pour constituer une surface de contact 26, encore appelée siège.

Comme visible plus clairement sur la figure 4 le siège 16 comporte un bord ou nervure circonférentiel 28 qui entoure l'ouverture 17 au niveau de son embouchure interne en dépassant vers la soupape. Ce bord 28 est délimité intérieurement par une face en couronne conique 29 située en vis-à-vis du flanc 26.

Complémentairement, le siège 16 comporte au niveau de sa base, c'est-à-dire dans la région par laquelle la couronne conique ou sphérique 29 se raccorde à la face interne cylindrique de l'ouverture d'admission 17 un rebord ou lèvre circonférentielle 31, qui dépasse de la couronne conique 29 en direction du flanc conique ou sphérique 26.

Lorsque la soupape 13 est fermée, son flanc conique ou sphérique 26 est en appui sur la lèvre 31 pour établir une étanchéité de fermeture, et une région annulaire 32 subsiste entre le flanc 26 et la couronne 29 qui s'étendent parallèlement l'un à l'autre tout en étant radialement à distance l'un de l'autre.

Complémentairement, la tête 23 de la soupape comporte un ou plusieurs trous débouchant 33 formés à travers la paroi délimitant le flanc 26 et qui débouchent dans la chambre 24 de la soupape 13 pour la mettre en communication avec la région annulaire 32, c'est-à-dire avec la ou les ouvertures de refoulement 18, 19.

Comme visible sur la figure 4, la lèvre 31 délimite avec l'espace annulaire 32 un évasement formant divergeant qui permet de générer un effet d'aspiration lorsqu'un débit traverse le clapet 11. Autrement dit, et comme illustré sur la figure 4, les lignes de courant LC s'écartent les unes des autres lorsqu'elles entrent dans l'espace annulaire 32 formant un divergeant.

Plus particulièrement, lorsque la pression dans l'ouverture d'admission 17 dépasse un seuil dépendant notamment de la raideur et de la précontrainte du ressort 14, la soupape 13 se rétracte dans le logement 21 en coulissant à l'encontre du ressort 14, de sorte que le flanc 26 s'écarte sensiblement de la lèvre 31, ce qui délimite une section de passage de fluide en forme de couronne conique ou sphérique.

Après avoir dépassé cette section de passage, le fluide atteint la région annulaire 32 qui offre une section de passage plus importante du fait que la face 29 est radialement en retrait par rapport à la lèvre 31. Du fait de cette augmentation de la section de passage, le fluide subit un effet Venturi de sorte que sa pression diminue, ce qui génère un effet d'aspiration par les trous 33 provoquant une diminution de la pression dans la chambre 24.

Les trous 33 constituent ainsi des trous de dépressurisation de la chambre 24 : la pression dans ces trous est inférieure à la pression de sortie grâce à l'effet de succion provoqué par l'effet Venturi résultant du passage du fluide dans la région annulaire divergente 32 en aval de la lèvre 31.

Comme visible sur la figure 3, la chambre 24 étant délimitée de manière sensiblement étanche par le logement 21 et la soupape 13, l'abaissement de la pression dans cette chambre 24 provoque un accroissement du retrait de la soupape, dont le flanc 26 s'écarte plus fortement de la lèvre de façon à augmenter la section de passage du fluide.

Grâce à ce fonctionnement, une augmentation du débit lorsque le clapet est ouvert tend à ouvrir plus fortement ce clapet pour accroître la section de passage. Plus concrètement, dans un premier temps, une augmentation de débit se traduit par une plus grande vitesse du fluide à travers la région annulaire 32, ce qui augmente l'effet Venturi, et par là-même la baisse de pression dans les trous 33 et dans la chambre 24. Cette diminution de la pression dans la chambre 24 provoque un retrait plus important de la soupape 13, c'est-à-dire une augmentation de la section de passage lorsque le débit augmente.

Ainsi, la perte de charge introduite par le clapet est sensiblement constante du fait que la section de passage offerte par ce clapet fluctue avec le débit. Dans ces conditions, il est possible de dimensionner le clapet pour obtenir une perte de charge C sensiblement constante par rapport au débit D traversant le clapet, comme illustré par la courbe C sur la figure 5, qui montre la faible évolution de la perte de charge notée P avec le débit.