CH621399A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un régulateur de débit à obturateur de section variable tel que défini dans le préambule de la revendication 1.
Les régulateurs de débit à obturateur de section variable sont couramment utilisés dans certaines industries, telles que la production et le transport du gaz naturel, pour commander des écoulements de fluide sous des pressions variables. L'obturateur est soumis à une compression variable changeant sa configuration extérieure pour modifier la section de passage du fluide dans le corps du régulateur.
Ce type de régulateur et ses éléments constitutifs sont décrits dans les brevets des E.U.A. N°s 2917269, 3368787 et 3380470.
Ces régulateurs permettent de commander efficacement l'écoulement d'un fluide sur une plage étendue de pression et avec un faible niveau de bruit. Cependant, la longévité de l'obturateur élastique est un problème dans les régulateurs de grande section qui travaillent sur des conduites de fluide à haute pression, particulièrement lorsque la pression en aval du régulateur est relativement réduite. Dans ces conditions, le fluide a tendance à éroder rapidement la surface extérieure de l'obturateur. Bien que son remplacement soit simple, il nécessite la mise hors service de la conduite de fluide pendant un certain temps.
La présente invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient.
Selon l'invention, l'obturateur variable est constitué d'un corps de matière élastomère et d'une enveloppe annulaire protégeant la surface du corps contre l'action du fluide. L'enveloppe peut consister en une matière élastomère ayant de meilleures caractéristiques de résistance à l'abrasion et à l'infiltration du gaz que celle du corps, l'enveloppe étant collée et vulcanisée sur le corps.
On peut en outre placer un écran entre l'élément d'appui et l'obturateur variable pour protéger l'interface de l'enveloppe et du corps contre les effets du fluide à haute pression.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe d'un régulateur de débit qui utilise un obturateur élastique variable réalisé selon les principes de l'invention.
La fig. 2 est une coupe axiale d'une forme d'obturateur variable.
La fig. 3 est une coupe transversale d'ime autre structure d'obturateur.
La fig. 1 représente un régulateur de débit de fluide 10. Le régulateur 10 comprend un corps tubulaire 12 ayant des orifices d'entrée 14 et de sortie 15 qui sont normalement raccordés à des tuyauteries par des brides respectives 16 et 18. Un régulateur de ce type est décrit en détail dans le brevet des E.U.A. N° 3380470 déposé par Culpepper Jr. et al.
Le débit de fluide dans le régulateur est commandé par la compression d'un obturateur élastique variable 20. L'obturateur 20 est monté dans la chambre de régulation 22 du corps 12 et se déforme radialement sous l'effet d'une compression axiale.
Cette déformation modifie la section annulaire 21 par laquelle le fluide peut s'écouler dans la chambre 22.
La compression de l'obturateur variable 20 est produite par un ensemble de commande pneumatique 24. L'ensemble 24 comprend une enceinte 28 contenant un diaphragme souple 26 qui délimite une chambre de pression pneumatique 30.
Le diaphragme 26 est associé à un piston 34 qui est mobile à l'intérieur de l'enceinte 28. Plus précisément, le diaphragme 26 repose sur un disque circulaire 36 solidaire de l'extrémité d'une tige cylindrique 40 qui sort de l'enceinte 28 par un presse-étoupe et pénètre dans un corps tubulaire 42. Lorsque de l'air comprimé est introduit par un orifice 38 dans la chambre 30, le diaphragme 26 se déforme en poussant le disque 36 et la tige 40 dont l'extrémité libre se déplace dans une chambre de pompage 44 du corps 42 qui est remplie de fluide hydraulique.
La pression hydraulique produite par l'ensemble de commande 24 est appliquée à un cylindre mobile 46 qui est monté dans la chambre interne 22 du corps 12 du régulateur. Plus précisément, le cylindre 46 contient un piston fixe 48 qui est relié aux parois de la chambre 22 par des bras profilés 50. Le piston fixe 48 est percé d'un trou axial 52 qui communique avec la chambre de pompage 44 par un passage latéral 54. Le trou 52 débouche dans une chambre 56 délimitée par le cylindre mobile 46 et la face d'extrémité de son piston fixe 48.
En résumé, lorsqu'une pression pneumatique est appliquée à l'ensemble de commande 24, son diaphragme 26 et son piston 34 se déplacent proportionnellement en injectant une quantité corres- • pondante de fluide hydraulique dans la chambre 56 du cylindre 46 qui s'écarte de son piston fixe 48.
Le mouvement du cylindre 46 est transmis par un élément d'appui 59 à l'obturateur élastique 20 qui est comprimé contre un élément d'appui fixe 60. L'élément d'appui 60 est fixé par une vis 64 sur un support 62 qui est relié au corps 12 par des bras profilés. Sous l'effet d'une compression axiale, l'obturateur variable 20, qui est fabriqué en matière élastomère, gonfle radialement et réduit la section annulaire 21 qui permet l'écoulement du fluide entre la surface extérieure de l'obturateur 20 et une chemise 68 qui est fixée contre la surface interne de la chambre de régulation 22.
L'invention porte principalement sur la structure composite du noyau 20 qui comporte une partie centrale 74 et une enveloppe extérieure 76 de propriétés différentes. Dans les régulateurs de
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débit classiques à obturateur variable, la pression et la vitesse du fluide qui s'écoule dans le corps du régulateur entraînent une détérioration rapide de la surface extérieure de l'obturateur.
La partie centrale 74 de l'obturateur 20 comprend un noyau cylindrique 78 en caoutchouc au nitrile ou autre matière élasto- 5 mère de dureté appropriée. Le noyau 78 peut être plein comme sur les figures, ou creux comme décrit dans le brevet des E.U.A. N° 2917269. La partie centrale 74 de l'obturateur comprend également une seconde couche 80 qui est collée à la périphérie du noyau 78. Pour assurer une bonne adhérence, l'extérieur du io noyau 78 est de préférence décapée et traitée chimiquement avant la mise en place de la couche 80. Les éléments 78 et 80 sont en une même matière élastomère et ne sont formés séparément que pour faciliter la fabrication de l'obturateur.
Dans certains cas, il peut être plus commode que la partie 15 centrale de l'obturateur soit une pièce monobloc combinant les deux éléments 78 et 80.
On voit sur la fig. 2 que les éléments d'appui 59 et 60 sont incorporés à la couche 80. En cours de fabrication, les propriétés 2Q de la matière élastomère utilisée pour le noyau 78 et la couche 80 sont contrôlées sur des échantillons de chaque lot. Cependant, la vulcanisation de l'élastomère n'est pas toujours uniforme et les propriétés finales peuvent varier sur la section de l'obturateur. De ce fait, la surface extérieure de la couche 80 qui est affectée par les 25 effets d'érosion et d'abrasion du jet de fluide, et qui subit en outre des infiltrations de gaz, peut avoir une moins bonne résistance que celle que l'on pouvait attendre de la matière utilisée pour le noyau 78 et la couche 80.
Pour éliminer ce risque, on protège le corps central 74 de 30 l'obturateur par une enveloppe externe 76 qui est appliquée et/ou collée sur l'extérieur de la couche 80. La méthode préférée pour l'application de l'enveloppe externe 76 consiste à enrouler plusieurs fois une feuille d'élastomère de propriétés convenables jusqu'à ce que l'épaisseur désirée soit obtenue. On peut évidem- 35 ment utiliser d'autres méthodes permettant d'appliquer une enveloppe d'épaisseur contrôlée. L'enveloppe 76 est ensuite vulcanisée sur le corps 74 par l'application simultanée d'une pression et d'une température assurant une fusion homogène des deux couches en présence. D'autres techniques de collage ou de 40 soudage peuvent être utilisées.
Bien que les dessins ne représentent qu'une seule enveloppe 76, il est évident que dans certains cas on pourrait en appliquer plusieurs.
L'obturateur 20, et particulièrement son enveloppe de protection 76, étant soumis à des écoulements rapides de gaz à haute pression, il est nécessaire de protéger la surface de jonction 82 de l'enveloppe 76 et de la couche extérieure 80 du corps. Pour cela, on dispose un écran 84 qui recouvre entièrement la face amont de l'obturateur 20 et de son élément d'appui 60. Cet écran protège l'interface 82 des effets néfastes de l'écoulement côté amont et améliore sensiblement la longévité de l'obturateur.
L'expérience pratique a montré que l'ablation ou la détérioration de l'obturateur variable 20 sous l'effet de l'infiltration du gaz et de l'action érosive de son écoulement, était moins rapide que pour les obturateurs monobloc classiques. En effet, avec les obturateurs classiques, un écoulement de fluide à grande vitesse dégrade la matière en profondeur et finit par arracher des morceaux relativement gros. Au contraire, dans l'obturateur 20, la détérioration n'affecte que l'enveloppe de protection 76 dont les feuilles s'arrachent une à une. L'interface 82 limite l'épaisseur d'arrachement de la matière et sert en outre de barrière freinant l'infiltration des gaz et des vapeurs vers l'intérieur de l'obturateur. La dégradation n'affecte donc que les couches périphériques et l'obturateur 20 nécessite des remplacements beaucoup moins fréquents que les obturateurs classiques.
Comme indiqué précédemment, l'obturateur 20 convient pour des régulateurs du type décrit dans les brevets des E.U.A. Nos 3368787 et 3380470. Sous l'effet d'une compression axiale, le noyau 78 et la couche secondaire 80 gonflent radialement en déformant l'enveloppe 76 qui réduit la section de passage 21 dans la chambre de régulation 22. Grâce aux propriétés particulières de son enveloppe de protection 76, l'obturateur 20 peut supporter des pressions et des vitesses d'écoulement fortes avec une meilleure longévité que celle des obturateurs classiques.
La fig. 3 illustre une variante de réalisation de l'obturateur 120. Dans ce cas, une feuille d'élastomère 176 est enroulée en spirale sur un corps cylindrique 178 pour former une enveloppe de protection multicouches. Le corps 178 peut être plein ou creux, comme illustré dans le brevet E.U.A. N° 2917269. L'expérience montre que l'enveloppe 176 résiste mieux à l'ablation que les autres structures à une ou plusieurs couches. «
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Claims (10)
1. Régulateur de débit de fluide comprenant un corps formant une entrée et une sortie de fluide et une cavité intérieure, un cylindre mobile dans la cavité, un élément d'appui fixe monté dans la cavité, un moyen de commande du cylindre mobile et un obturateur à section variable intercalé entre le cylindre mobile et l'élément d'appui fixe, caractérisé en ce que l'obturateur comprend un corps d'élastomère et une enveloppe annulaire protégeant la surface extérieure du corps contre l'action du fluide.
2. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe est collée à la surface du corps d'élastomère.
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REVENDICATIONS
3. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la discontinuité existant entre le corps et l'enveloppe est protégée contre l'action du fluide par un écran.
4. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe est en une matière élastomère.
5. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est en une matière élastomère de dureté différente de celle de l'enveloppe.
6. Procédé de fabrication d'un régulateur de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour réaliser le corps d'obturateur, on fixe au moins une couche d'enveloppe élastomère sur la périphérie d'un corps en matière élastomère.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une couche est enlevée à la surface extérieure du corps avant l'application de la couche d'enveloppe.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite couche est enlevée par un traitement chimique destiné à favoriser l'adhérence de la couche d'enveloppe.
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche d'enveloppe est collée sur la surface extérieure du corps.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la couche d'enveloppe est vulcanisée sur le corps par l'application simultanée d'une pression et d'une température telles qu'il se produise une fusion mutuelle des deux matières.
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