| [0025] Revendications :
[0026] 1 - La revendication principale porte sur tout dispositif, interposé en restriction à une veine fluide, dans la mesure où ce dispositif assure, entre autres, éventuellement, une fonction de régulation, du débit, de la vélocité, voire de la pression, et dès lors que ce régulateur de veine fluide peut se prévaloir d'une garantie à l'épreuve de pression différentielle critique fondée sur la méthode exposée dans la partie description ci avant, méthode qui impose au dispositif, l'ensemble de contraintes de conception suivant :
[0027] Le dispositif, aboutissement tangible de la méthode exposée, appelé modèle, est caractérisé, en ce qu'il assure une fonction de régulation intrinsèquement statique,
[0028] et en ce qu'il se décompose en au moins deux éléments jointifs, assemblés et jointoyés, hermétiquement, par tous moyens, assemblage formant paroi interposée en restriction à la veine fluide, de telle manière à circonscrire, un intérieur et un extérieur, bornes du modèle,
[0029] et en ce que cet assemblage comporte, sur tout ou partie du volume, une ou plusieurs séries de chambres, identiques ou quasi- identiques, de telle manière à démontrer l'hypothèse de chambres d'égale perte de charge,
[0030] et en ce que cet assemblage est réalisé de telle manière à ce que les dites chambres soient disjointes et reliées entre elles par un même agencement d'un ou plusieurs orifices, ou un agencement symétrique, garantissant une perte de charge équivalente, et de telle manière à ce que la première chambre d'une série soit reliée par ce même agencement d'orifices, ou son symétrique, à une borne, comme la dernière chambre soit à l'autre, et donc, de telle manière à ce que le parcours du fluide au travers du modèle soit jalonné de chambres identiques ou quasi- identiques et donc d'égale perte de charge, d'une borne à l'autre,
[0031] et en ce qu'il est intrinsèquement garanti à l'épreuve de pressions différentielles critiques, par application du principe de jalonnement de la pression différentielle maximale admissible par des intervalles égaux au seuil critique, qui implique que le nombre de chambres suffisant pour se prémunir de pressions différentielles critiques, soit égal à l'arrondi à la valeur entière supérieure de la division de la pression différentielle maximale admissible vue de la sortie, par le seuil critique, pourvu que la perte de charge desdites chambres atteigne le seuil critique, à la pression différentielle maximale admissible. [0032] 2 - Une deuxième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, qui est une variante de la revendication principale, et qui est de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, entre autres, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou organes annexes sans pièces mobiles qui interagissent avec une ou plusieurs séries de ses chambres internes, et que lesdits mécanismes utilisent l'énergie du flux, ou toute autre, de telle manière à garantir une régulation automatique de la perte de charge desdites chambres, et que l'égalité des pressions différentielles respectives desdites chambres soit simultanément et uniformément respectée au long de la variation, et que cette variation puisse s'étendre, depuis un éventuellement passage intégral, jusqu'au moins, atteindre le seuil critique, à la pression différentielle maximale admissible, niveau de perte de charge suffisant pour garantir, en conformité avec la revendication principale, que des pics de pressions différentielles susceptibles d'induire des turbulences bruyantes, voire des vélocités proscrites, sont jugulés au travers dudit dispositif.
[0033] 3 - Une troisième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, qui est conforme à la deuxième revendication, et qui est de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou des organes annexes sans pièces mobiles, dont la fonction est d'interposer une succession discrète d'obstacles à la veine fluide, de telle manière à imposer une restriction croissante ou décroissante au diamètre hydraulique de la veine fluide, donc de telle manière à garantir une régulation proportionnelle, éventuellement inversement proportionnelle, à l'interpolation linéaire, par intervalles successifs, d'une courbe de consigne, éventuellement quelconque.
[0034] 4 - Une quatrième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, qui est une variante de la revendication principale, et éventuellement de la deuxième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, entre autres, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou des organes annexes sans pièces mobiles, dont la fonction est d'assurer une régulation pilotée électroniquement, telle qu'un filtrage actif éventuellement, de telle manière à garantir une régulation corrélative à des signaux acoustiques, liés à la vélocité du flux, au voisinage, et y compris au-delà, du seuil critique. [0035] 5 - Une cinquième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, qui est une variante de la revendication principale, et éventuellement de la deuxième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, entre autres, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou des organes annexes sans pièces mobiles, dont la fonction est d'assurer un filtrage statique, éventuellement adaptatif, sur le modèle de la théorie des filtres, en électronique, de telle manière à garantir une régulation des signaux acoustiques liés aux pressions différentielles critiques.
[0036] 6 - Une sixième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, qui est une variante de la revendication principale, et éventuellement de la deuxième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, entre autres, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou des organes annexes sans pièces mobiles, dont la fonction est de capter et de dissiper l'énergie de la veine fluide, de telle manière à garantir une régulation des paliers, éventuellement durables, de pressions différentielles critiques.
[0037] 7 - Une septième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, qui est une variante de la revendication principale, et éventuellement de la deuxième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, entre autres, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou des organes annexes sans pièces mobiles, dont la fonction est de mesurer et de comparer, voire de compenser l'énergie cinétique ou thermique, la vélocité, la pression, ou le débit d'une ou plusieurs veines fluides, de telle manière à garantir une fonction de régulation comparative.
[0038] 8 - Une huitième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, qui est une variante de la revendication principale, et éventuellement une variante de la deuxième, de la quatrième, de la cinquième, de la sixième ou de la septième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce que les chambres, qu'il incorpore, peuvent éventuellement être remplacées, une à une, par des assemblages de chambres et de mécanismes, ou d'organes annexes sans pièces mobiles, assemblages dont les pertes de charge ont un rapport proportionnel entre elles, rapport intrinsèquement fixe, voire rationnellement défini, tel que la perte de charge globale desdits assemblages soit démontrée équivalente à celle de l'unique chambre qu'ils remplacent. |
Régulateur de veine fluide à l'épreuve de pression différentielle critique
[0001] La présente invention est fondée sur une méthode de régulation des veines fluides, qui est garantie à l'épreuve de pressions différentielles critiques, et qui, adaptée spécifiquement à chaque application, et en fonction des conditions d'utilisation 1 , suivant les règles de l'art, aboutit à une solution tangible. L'innovation porte sur la primauté d'une démarche inventive aboutie de conceptualisation du principe de jalonnement de la pression différentielle maximale admissible par des intervalles égaux au seuil critique 2 , conceptualisation, qui autorise la traduction des hypothèses mathématiques du domaine de l'abstraction, en contraintes de conception concrètes; cette démarche aboutit à une solution tangible, appelée modèle. Les contraintes de conception issues de la démarche inventive, bornent, tout à la fois, les limites du concret, le périmètre des revendications et celui des applications industrielles couvertes, en une complétude parfaite.
[0002] Le dispositif, aboutissement tangible de la démarche méthodologique, objet de la présente revendication, se décompose en au moins deux éléments jointifs, assemblés et jointoyés, hermétiquement, par tous moyens, assemblage formant paroi interposée en restriction à la veine fluide, de telle manière à circonscrire, un intérieur et un extérieur, bornes du modèle, et en ce que cet assemblage comporte, sur tout ou partie du volume, une ou plusieurs séries de chambres, identiques ou quasi- identiques, de telle manière à démontrer l'hypothèse de chambres d'égale perte de charge 3 , et en ce que cet assemblage est réalisé de telle manière à ce que les dites chambres soient disjointes et reliées entre elles par un même agencement d'un ou plusieurs orifices, ou un agencement symétrique, garantissant une perte de charge équivalente, et de telle manière à ce que la première chambre d'une série soit reliée par ce même agencement d'orifices, ou son symétrique, à une borne, comme la dernière chambre soit à l'autre, et donc, de telle manière à ce que le parcours du fluide au travers du modèle soit jalonné de chambres identiques ou quasi-identiques, et donc d'égale perte de charge, d'une borne à l'autre, et en que ce qu'il est intrinsèquement garanti à l'épreuve de pressions différentielles critiques, par application du principe de jalonnement de la pression différentielle maximale admissible par des intervalles égaux au seuil critique, qui implique que le nombre de chambres suffisant pour se prémunir de pressions différentielles critiques, soit égal à l'arrondi à la valeur entière supérieure de la division de la pression différentielle maximale admissible vue de la sortie 4 , par le seuil critique 5 , pourvu que la perte de charge desdites chambres atteigne le seuil critique, à la pression différentielle maximale admissible.
[0003] Le dispositif, aboutissement de la présente démarche inventive assure une fonction de régulation, intrinsèquement statique, éventuellement dynamique par adjonction de dispositifs annexes indépendamment conçus à cet effet, des débits et des vélocités, voire des pressions de flux de fluides circulant dans des conduits hermétiquement fermés, et garantit, qu'un seuil critique de pressions différentielles induisant, des turbulences bruyantes, voire des vélocités proscrites, n'est en aucun cas dépassé au travers du dispositif, même si la pression différentielle maximale admissible dépasse théoriquement ce seuil critique, aux bornes du dispositif. La régulation du débit et de la vélocité, voire de la pression, est obtenue, d'après calculs et selon les règles de l'art, par variation du nombre et du dimensionnement des orifices et des chambres 6 , dont le dispositif est spécifiquement jalonné. Ainsi, soit le dispositif, issu de la présente démarche inventive, est spécifiquement conçu pour une application et en fonction de conditions d'utilisation déterminées, les spécifications du dispositif, et accomplit sa fonction de régulation de manière autonome, soit encore, les éléments constitutifs du dispositif tels que caractérisés ci avant, sont conçus spécifiquement, pour être assemblés avec d'autres dispositifs mécaniques, et éventuellement électroniques, en plus d'enveloppes, fixes ou mobiles, extérieures ou intérieures; assemblage final constitué pour assurer, entre autres, la fonction globale de régulation du débit, de la vélocité, voire de la pression, par obturation de plus ou moins d'orifices en entrée ou en sortie du dispositif issu de la présente démarche inventive.
[0004] Dans le domaine des régulateurs de veines fluides, une pression différentielle dépassant un seuil critique, est à proscrire car, sans vouloir entrer dans les détails, au delà de ce seuil, se manifestent des phénomènes bruyants accompagnés de variations brutales de température et de pression, et leurs corollaires d'érosion et de fissuration, susceptibles de dommages, voire de destruction du matériel. Selon les normes internationales, de tels phénomènes sont formellement proscrits dans les organes de régulation des processus industriels. Ainsi, nonobstant des dommages occasionnés bien visibles, ces phénomènes sont peu pris en considération en l'état de l'art, car ils sont difficiles, sans compter, coûteux, à pallier, alors qu'ils ne sont pas supposés se produire. Leur prise en compte en l'état de l'art relève du remède empirique, plus que d'une démarche scientifique menée depuis la cause du problème, jusqu'à la concrétisation de la solution. L'objet de l'invention est de proposer une démarche méthodologique de conception d'un modèle concret, issu d'une modélisation mathématique, du problème posé par une pression différentielle critique. L'approche méthodologique repose sur la conceptualisation du principe de jalonnement de la pression différentielle maximale admissible, vue de la sortie, en un nombre d'intervalles égaux au
seuil critique; ' s'il s'agit bien d'une simple division de l'un par l'autre, personne jusqu'ici ne peut prétendre avoir mesuré l'étendue des implications de l'application de ce principe, aussi simple soit-il, à une réalisation concrète, et ainsi, borné les contraintes de conception, en une méthode. Certains dispositifs utilisent bien un échelonnement de pressions, selon des principes de calcul du nombre de paliers plus ou moins complexes, mais qui diffèrent de la méthode détaillée présentement, en sa simplicité ou sa complétude, d'autres utilisent intuitivement des assemblages d'éléments comportant éventuellement de multiples perçages plus ou moins coaxiaux, radiaux, ou sécants, voire même des chambres en emboîtements concentriques, en empilages ou en chicanes, mais aucune réalisation concrète ne se garantit à l'épreuve de pressions différentielles critiques en s'appuyant sur le principe exposé et sur les contraintes issues des hypothèses émises, conditions sine qua non, pour s'autoriser à appliquer un principe, jusqu'à présent, au mieux, mal appréhendé, au pire, volontairement ignoré. Certaines solutions de régulation, qui prennent explicitement en considération de tels phénomènes bruyants, ont été publiées, et s'appuient sur de fructueuses expérimentations universitaires. Ces solutions ne sont cependant pas apparentées avec l'objet de la présente invention, car elles n'ont aucun point commun avec sa démarche de conception transcendantale. Méthodique, déterministe, intrinsèquement fiable et adaptable à la plupart des cas rencontrés dans l'industrie, la solution, aboutissement de la méthode, est voulue directement exploitable et conforme aux normes. Ainsi exposé, l'aboutissement de la démarche inventive représente une innovation méthodologique, par rapport aux solutions proposées jusqu'alors. Une rigueur méthodologique, gage de fiabilité, alliée à une modélisation de la solution, gage de complétude, assure une manifeste supériorité à l'invention, magistralement démontrée par sa simplicité inhérente, gage d'efficacité. En contraste avec son ingénuité apparente, son ingéniosité transcendantale offre une avancée concrète dans le domaine de la prévention des turbulences bruyantes et de la régulation de pressions différentielles critiques, et un champ d'application aussi vaste que l'étendue de ses bénéfices potentiels. La solution obtenue n'a pas la prétention d'être unique, mais revendique, de par sa nature transcendantale, une place privilégiée dans son domaine, comme choix en première intention et référence comparative, en un mot, comme modèle.
[0005] Applications industrielles
[0006] La présente démarche inventive, autrement appelée méthode, s'applique au cas par cas, selon les spécifications; un modèle préférable issu de la méthode apparaît en illustration (Fig.1 et Fig. 2), sous forme d'une variante cylindrique, mathématiquement exacte, (qui est ici aussi
conçue en fonction de spécifications précises). Les possibilités d'applications industrielles sont aussi variées que peuvent l'être, les organes de régulation, auxquels la méthode peut être appliquée, pour assurer une fonction globale de régulation, dynamique ou non, fonction qui peut éventuellement s'étendre, depuis la fermeture complète et jusqu'à l'ouverture complète, malgré des pressions différentielles éventuellement critiques. Dans sa version la plus simple, un dispositif conçu selon la méthode objet de la revendication principale, est inséré, à l'image d'une cartouche filtrante par exemple, en restriction à la circulation d'un fluide dans un conduit hermétiquement fermé, dont il peut éventuellement adopter la forme, et soit, il occupe un volume plus faible que le conduit, de manière à ménager un volume résiduel pour la sortie du fluide, soit, il est placé dans un évasement spécifique attaché hermétiquement au conduit. Le dispositif en question constitue dans tous les cas, une paroi, qui restreint le débit, la vélocité voire la pression du fluide, par le nombre et le dimensionnement des orifices et des chambres, qu'il comporte. Il n'y a aucune limite, que ce soit de dimensions, de forme, de conditions d'utilisation, ou autres, à l'application de la présente méthode; la seule contrainte étant que le dispositif issu de la méthode, puisse s'interposer à la veine fluide et y faire restriction. Une variante plus sophistiquée du modèle peut, en prévention de conditions d'utilisation critiques à l'ouverture ou à la fermeture, être incorporée, en tout ou portion d'un élément de vanne, tel qu'un boisseau rotatif 7 , sphérique, par exemple, en un assemblage d'éléments déplacé, par rotation dans cet exemple, de telle manière à s'interposer et faire restriction à la veine fluide, éventuellement, avant qu'une ouverture à plus faible perte de charge soit effectuée, après élévation de la pression en aval, et disparition de la criticité, par exemple.
[0007] Des applications à vocation plus universelle sont également envisagées, l'objectif étant de minimiser le coût de fabrication et la perte de charge du modèle, pour élargir le domaine d'application de la méthode; par exemple dans la prévention des «coups de bélier» dans les tuyauteries, qui sont les manifestations au quotidien de l'universalité du phénomène mis en cause. Une alternative au modèle archétypal figurant en illustration, qui fait l'objet d'une deuxième revendication, dévoile un dispositif, conçu selon la méthode exposée, qui automatise la protection contre des « coups de bélier », considérés comme la vulgarisation de transitoires de pression différentielle critique, en un exemple qui interpelle au niveau du vécu. La caractéristique du dispositif est d'actionner simultanément, uniformément et automatiquement des mécanismes annexes mobiles, qui influent sur les pertes de charge d'une ou plusieurs séries de ses chambres internes. L'inconvénient inhérent aux dispositifs conçus selon la revendication principale, est que pour obtenir un coefficient de débit suffisant, il est nécessaire de multiplier les séries de chambres ; ce qui implique
superposition, ' donc élongation du dispositif. Une alternative, pour atteindre les objectifs contradictoires, d'un bon coefficient de débit et d'une prévention des pics de pression différentielle, est un dispositif qui puisse voir varier automatiquement, et autant que possible uniformément, à peine d'émissions bruyantes, la perte de charge de ses chambres, de telle manière à ce que l'égalité leurs pressions différentielles soit uniformément respectée au long de la variation, et que cette variation puisse s'étendre, au moins, jusqu'à ce que la perte de charge des chambres atteigne le seuil critique, à la pression différentielle maximale admissible, niveau de perte de charge suffisant pour garantir, en conformité avec la présente méthode et les normes en vigueur, que des pressions différentielles susceptibles d'induire des turbulences bruyantes, voire des vélocités proscrites, sont jugulées automatiquement au travers du dispositif. L'important est donc de disposer pour chaque chambre d'un organe sans pièces mobiles ou d'un mécanisme robuste qui autorise un ajustement souple de la perte de charge, d'aussi près que possible du passage intégral, et jusqu'au moins atteindre le seuil critique. Un écrêtage des transitoires de pression différentielle critique peut être obtenu, si l'obturation est totale au-delà du seuil d'écrêtage spécifié. De plus, les éléments en série peuvent avoir été conçus et montés indépendamment, mais ils seront d'autant moins onéreux qu'ils auront été prévus pour être assemblés en série à d'autres éléments identiques, liberté d'assemblage qui offre la plus large plage de solutions, au moindre coût. Dans le modèle archétypal illustré, la capacité de régulation dépend du nombre total d'orifices aux bornes du dispositif, total qui est intrinsèquement fixe et lié, d'une part au nombre d'orifices à une borne pour une série de chambres, déterminé empiriquement de manière à atteindre le seuil critique, à la pression différentielle maximale admissible, et d'autre part au nombre de séries de chambres nécessaire pour atteindre la vélocité, la pression ou le débit, maximum spécifié. Il est possible d'envisager, par exemple, qu'un piston interne ou une enveloppe externe, permette une régulation dynamique, réglable de l'extérieur par exemple, à partir des limites intrinsèques correspondant, à la pression différentielle maximum, au débit maximum offert par le total des séries de chambres dégagées par le piston. La courbe de régulation peut éventuellement être ajustée, en modifiant le diamètre hydraulique des séries de chambres successives, car l'identité des chambres de séries différentes n'est pas imposée comme une obligation. La variante, telle que dévoilée à la suite, a pour objet, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, de présenter un régulateur de veine fluide qui soit un modèle de simplicité et de robustesse, et qui allie faible coût de fabrication et perte de charge uniformément variable, l'idéal étant d'offrir une variation complète depuis le passage intégral et jusqu'au moins le seuil critique. En pratique, à défaut d'idéal, il faudra se contenter des solutions connues, en privilégiant l'une ou l'autre en fonction de leurs avantages et inconvénients respectifs
vis-à-vis de l'application et des conditions d'utilisation. Il est ainsi notoire que le problème d'étanchéité des vannes à boisseaux tournants, offrant par ailleurs un idéal passage intégral, devient important à pression différentielle élevée, par exemple, et que des pistons, pointeaux ou autres soupapes, dont il est possible de contrôler l'herméticité, sont alors des alternatives plus fiables. Ce qui n'interdit évidemment pas d'utiliser tous les recours de l'art, et de la créativité pour apporter des réponses adaptées spécifiquement aux diverses applications envisageables, ou tout autre perfectionnement dont l'utilité justifierait le coût. La réalisation du mécanisme de base de la variante se contente de capter un couple, ou une pression longitudinale, exercé par le flux sur un axe central, fileté ou non, au moyen d'un mécanisme, de type soupape par exemple, dont le couple de torsion, ou le déplacement, sont proportionnels à la pression différentielle à ses bornes, ou à la force exercée sur sa section, et qui éventuellement se déclenche au-delà d'un seuil. Le mouvement de déplacement par rotation peut éventuellement s'accompagner ou être remplacé par un mouvement de déploiement longitudinal, de même que le mécanisme de type soupape peut être remplacé par un diaphragme ou une vessie qui se contracte ou se déploie, ou encore un piston qui se déplace, ou la rotation d'un boisseau, etc. Il est, de plus, possible de se passer d'axe commun. Le couple de torsion, ou la raideur d'un ou plusieurs ressorts, la force électromagnétique, ou autres, peuvent être utilisés comme force de rappel du mécanisme chargé du déploiement, lequel mécanisme pouvant éventuellement être déplacé par le mouvement de déploiement, depuis sa position à perte de charge minimale, jusqu'à venir restreindre, en butée, par exemple, le ou les orifices d'entrée ou de sortie du fluide, et au moins atteindre le seuil critique; ainsi une restriction intrinsèquement fixe et de diamètre hydraulique déterminé, est imposée à la veine fluide, éventuellement, au-delà d'un seuil de pression différentielle donné, éventuellement même en bascule tout ou rien. La variante propose en fait, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, d'adjoindre un mécanisme à l'invention, qui puisse utiliser l'énergie cinétique ou thermique du flux, ou toute autre, comme éventuellement l'électronique, pour assurer une fonction de régulation automatique, en garantissant par mesure de sauvegarde, une perte de charge qui atteigne automatiquement le seuil critique, conformément à la méthode. Les applications envisagées sont du domaine de la sécurité des installations, des soupapes de sécurité, des régulateurs automatiques de veines fluides.
[0008] Un mécanisme correspondant à la deuxième revendication, et favori par sa simplicité, et son faible coût de fabrication se compose de vessies identiques qui enserrent la veine fluide en entrée et en sortie d'une série de chambres longitudinales, conformes à la méthode. La pression exercée par le flux sur la membrane élastique de la vessie augmente le diamètre
hydraulique, mais concurremment, compresse un fluide hydraulique interne à la vessie qui communique avec la pression interne de la membrane de la vessie suivante dans la série, et ainsi de suite. L'augmentation du diamètre hydraulique de l'une restreint le diamètre hydraulique de l'autre, et réciproquement, ce qui assure un amortissement en série. Un autre mécanisme correspondant à la deuxième revendication, et favori sa robustesse, et son faible coût de fabrication, et dont les caractéristiques fondamentales font l'objet d'une troisième revendication, prend une forme aérodynamique en goutte d'eau pour minimiser sa traînée. Il se compose d'un axe principal qui actionne des ressorts coaxiaux et concentriques agissant sur des « pistons », ou plus précisément, des cylindres, ou éventuellement des cônes, dans tous les cas des éléments télescopiques, emboîtés et mobiles axialement, dont les têtes biseautés en cônes sont exposées au flux et épousent la forme fuyante de la queue de goutte d'eau, en position de repos déployée, et s'emboîtent jusqu'à une position repliée occupant un volume minimal correspondant au profil avant, la tête de goutte d'eau. A cet axe principal peuvent être adjoints des axes secondaires concentriques, dans le but d'assurer le réglage desdits ressorts, par exemple. Cet ensemble coaxial est solidaire de la tête en goutte d'eau, qui est exposée à la pression du flux, et qui chapeaute les cylindres télescopiques, en position repliée. Ainsi l'axe principal est mu par la force exercée sur la section de la tête exposée au flux, la section arrière de cette tête, venant en fin de course, à savoir en position opérationnelle maximale, et ainsi à pression différentielle maximale admissible, obturer un pourcentage de section hydraulique, tel qu'il garantisse une prévention des pressions différentielles critiques. La ou les fixations du mécanisme sont situées au niveau du bout de la queue de goutte d'eau qui est un point fixe. Le mécanisme se déplace donc au gré du flux, depuis une position à perte de charge minimale et en forme de goutte d'eau et jusqu'à venir obturer l'orifice de sortie par ses éléments télescopiques successifs, puis par sa tête, qui vient en butée en position opérationnelle maximale. Les ressorts, qui sont actionnés en série, s'opposent à la force inertielle du flux proportionnellement à leur raideur. Les raideurs des ressorts sont déterminées, par intervalle successifs, pour correspondre sur cet intervalle, à la pente de la courbe de débit du dispositif en fonction de la pression différentielle. Les débattements des ressorts correspondent auxdits intervalles successifs, de telle manière à ce que la force des ressorts soit proportionnelle, ou éventuellement inversement proportionnelle, à une interpolation linéaire sur ces intervalles successifs de la courbe en question. Le mécanisme assure alors une régulation automatique du débit d'autant plus précise que le nombre d'intervalles, et donc le nombre de ressorts et de pistons augmente. L'ensemble du mécanisme est contenu dans une chambre, de préférence de forme conique ou en goutte d'eau, dimension et forme choisies pour enclore le mécanisme, et offrir au flux
une perte de charge minimale. Les mécanismes et leurs enveloppes externes étant identiques, si possible prévus pour être assemblés en série, d'une grande simplicité, et d'une faible perte de charge, rien ne s'oppose à une multiplication de leur nombre en série, (si ce n'est une question de compacité) ; ce qui les qualifie pour les hautes pressions. Cette variante de l'invention offre ainsi à coût raisonnable, une prévention fiable et d'une bonne robustesse, des pics de pression différentielle. Le principe reste valable avec d'autres mode de réalisation, la régulation est toujours obtenue en interposant à la veine fluide une succession, discrète, croissante ou décroissante, de restrictions. Dans ce type de variantes, la régulation dépend à priori de l'énergie du flux ; il est envisagé de dépasser cette contrainte grâce à l'électronique, qui autorise une régulation proportionnelle, ou éventuellement inversement proportionnelle, à une interpolation linéaire par intervalles successifs d'une courbe de consigne quelconque ; ce qui expose la base théorique de nouvelles applications.
[0009] Une quatrième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, présentement dévoilé, qui est une variante de la première, et éventuellement de la deuxième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce que les mécanismes annexes qu'il incorpore sont des organes si possible sans pièces mobiles, ou avec un minimum d'éléments mécaniques, et dont les caractéristiques peuvent varier de manière à assurer une fonction de régulation, liée à la vélocité de la veine fluide, et non pas directement au débit, comme dans l'exemple détaillé précédemment. En effet, il est notable qu'au-delà d'un seuil de pression différentielle dépendant de la nature du fluide, en particulier, et donc indépendamment de spécifications de conception, le débit atteint une limite, à partir de laquelle tout apport d'énergie supplémentaire se dissipe en ondes de chocs ; la vélocité est donc décorrélée du débit, au voisinage de ce seuil. De plus, sachant que les coups de bélier correspondent à des phénomènes vibratoires quasi-stationnaires en phase avec la fréquence propre relativement basse de la tuyauterie, le principe consiste à appliquer la théorie des filtres en électronique, pour en atténuer les effets. Dans un flux turbulent, les tourbillons à petite échelle liés aux fréquences hautes, et qui ne sont pas directement responsables des coups de béliers, peuvent ne pas être filtrés, par contre les tourbillons à grande échelle qui se forment à partir des précédents mais avec des fréquences plus basses et avec des amplitudes plus conséquentes, doivent être filtrés. Ainsi, le besoin, est apparu d'une régulation liée à des signaux acoustiques émis au voisinage du seuil critique. En effet, une régulation fiable peut être obtenue par référence à des niveaux acoustiques, et non à des différentiels de pression ou à l'énergie cinétique du flux, y compris au-delà du seuil critique. L'introduction de l'électronique simplifie donc beaucoup les
problèmes dé conception. Cette variante propose en particulier, de réaliser un filtre actif, qui émet un signal acoustique compensateur des fréquences basses liées aux pressions différentielles critiques, mais ne gère pas les fréquences plus hautes. Le rayonnement acoustique peut être émis par des organes, pilotés électroniquement du type « trombone à coulisse », par exemple, ou à diaphragme, type « haut-parleur », et spécifiquement annulaires, le type le mieux adapté à un agencement concentrique. D'autres possibilités de régulation existent, comme altérer le cheminement du flux, continûment ou par intervalles successifs, au moyen de barillets par exemple ; mais la longueur ou le volume ne sont pas les seules variables sur lesquelles il est possible d'agir. Le diamètre hydraulique est un autre candidat potentiel, avec des principes de base, du type sifflet, à bille voire à piston, ou à vessies pilotées, mais pourquoi pas la rugosité, en imposant des bords d'attaque à effet de cisaillement piloté, ou des pointeaux rétractables, par exemple. Avec des applications envisagées du domaine de la sécurité des installations, des atténuateurs et autres silencieux, la variante propose donc, indépendamment du mode de réalisation, d'associer à l'invention, des organes ou des mécanismes annexes, qui garantissent une régulation corrélative à des signaux acoustiques, liés à la vélocité, au voisinage du seuil critique ; ce qui expose la base théorique de nouvelles applications.
[0010] Une cinquième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, présentement dévoilé, qui est une variante de la première, et éventuellement de la deuxième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, entre autres, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou organes annexes, dont la fonction est de garantir une régulation par filtrage passif, éventuellement adaptatif, des fréquences basses responsables des coups de béliers. Au niveau de la robustesse, indispensable pour contrecarrer une pression différentielle critique, l'idéal est en effet, un organe permettant une variation de la perte de charge sans pièces mobiles, comme le modèle archétypal illustré. Une alternative fiable comprend des mécanismes ou des organes annexes sans pièces mobiles, qui sont agencés en série ou en parallèle sur le modèle de la théorie des filtres, plus particulièrement des filtres passe-haut ou passe-bande, avec une ou plusieurs chambres dudit dispositif. Pour cela, des chambres à effet capacitif, sont requises. L'effet capacitif est fonction de leurs dimensions relativement au volume débité, ou ce qui revient au même, relativement à celle de leurs orifices, caractéristiques qu'il est possible de faire varier. Ces organes capacitifs sont reliés en série ou en parallèle à des organes correspondant à des « inductances fluides », par exemple des enroulements de conduits de longueur déterminée, éventuellement superposés, imbriqués, voire emboîtés, mais plus généralement tout organe dont il est possible de
garantir l'inductance, éventuellement variable, et qui déphasent tout ou portion du flux en fonction de leur longueur, de leur diamètre hydraulique, de leur rugosité (toutefois, des diamètres trop fins et des effets résistifs trop importants sont à éviter, sauf à prévoir l'usure engendrée, comme les effets sur les calculs, et à en dissiper l'énergie). L'atténuation est obtenue par détermination des caractéristiques de ces organes capacitifs et de ces « inductances fluides », permettant d'obtenir le déphasage et l'amplitude nécessaires, soit par calcul, soit empiriquement, par approximation continue ou par intervalles. Dans les configurations parallèles, il importe de soigner les confluences des flux provenant des divers organes, dans le but, de restreindre, autant que possible concentriquement, la section de veine fluide turbulente. Eventuellement, le filtrage statique peut être obtenu par une recherche dynamique des caractéristiques de ces organes capacitifs et de ces « inductances fluides ». Il est ainsi envisagé une recherche automatisée, grâce à l'électronique. L'atténuation recherchée et la régulation peuvent alors être obtenues, si possible intrinsèquement, et donc de la manière la plus fiable et la plus robuste, ou éventuellement automatiquement. Avec des applications du domaine de la sécurité des installations, des atténuateurs et autres, la variante propose ainsi, indépendamment du mode de réalisation, d'associer à l'invention, des organes ou mécanismes robustes qui garantissent une régulation par filtrage statique, éventuellement adaptatif, des fréquences impliquées dans les coups de béliers ; ce qui expose la base théorique de nouvelles applications.
[0011] Une sixième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, présentement dévoilé, qui est une variante de la revendication principale, et éventuellement une variante de la deuxième, revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou organes annexes dont la fonction est de capter et de dissiper l'énergie du flux. Une solution est apportée en particulier au cas où les transitoires de pression différentielle critique se reproduisent avec une fréquence suffisante pour que les questions de dissipation énergétique ne puissent plus être négligées. La solution passe par une captation de l'énergie cinétique et thermique. L'énergie cinétique est captée mécaniquement au moyen de pales, disques ou autres godets, actionnés par tout ou partie du flux, éventuellement associées à leur équivalent, fonctionnant en sens inverse, et des éléments augmentant la dissipation énergétique par friction, effet électromagnétique, moment d'inertie ou tout autre moyen. Ainsi, les pales, ou autres godets, éventuellement à géométrie variable, offrent au flux une faible perte de charge, au repos en régime laminaire, mais déclenchent, automatiquement, par embrayage, par exemple, leur charge sous forme d'organes ou de mécanismes de dissipation énergétique, voire
de freinage, adjoints éventuellement de mécanismes annexes de réglage de la géométrie des pales, ou de modification de la traînée, ou du profil, dès que l'énergie cinétique du flux, la vélocité, le débit, voire la pression dépasse un seuil déterminé selon les spécifications. La dissipation peut s'accomplir au travers de parois à forte perte de charge, telles qu'un dispositif conforme aux présentes revendications, qui permet un débit maximum garanti optimal et de préférence une solution longitudinale, mais également au travers de tout autre dispositif chargé de juguler le flux, comme des maillages, ou des chicanes, moins onéreux. La dissipation thermique, qui y est d'une façon où d'une autre associée aux phénomènes incriminés, passe statiquement ou dynamiquement par des échangeurs thermiques, et bénéficie du rapport longueur sur section définissant la forme longitudinale. Les applications envisagées sont du domaine du freinage hydraulique, des échangeurs énergétiques, ou des vannes de protection des surpressions, et dans tous les cas où l'effet recherché est la dissipation durable d'une énergie cinétique ou thermique, qu'il est ne serait pas raisonnable de négliger, et en conséquence d'assurer une régulation des paliers durables de pressions différentielles critiques susceptibles d'induire durablement des émissions bruyantes proscrites ; ce qui expose la base théorique de nouvelles applications.
[0012] Une septième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, présentement dévoilé, qui est une variante de la première revendication, et éventuellement de la deuxième ou de la quatrième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce qu'il incorpore, indépendamment d'un mode de réalisation particulier, des mécanismes ou organes annexes dont la fonction est de capter et de mesurer, ou de comparer, le débit, la vélocité, la pression, voire la température du flux. Une variante propose par exemple, de dévier une portion du flux dans un dispositif à forte perte de charge, en relation avec une chambre contenant un organe de type « calorstat », ou tout autre mécanisme susceptible de faire varier sa longueur, ou son volume automatiquement et proportionnellement à la température du flux, et en fonction de cette augmentation de température, de déplacer un piston, un boisseau, une guillotine, un papillon, un clapet, un tiroir, ou tout autre moyen de faire varier le diamètre hydraulique de la veine fluide principale. Il est alors notable, que si la variation se produit dans le sens d'une augmentation du diamètre hydraulique pour une élévation de température, la régulation vise à compenser la perte de charge, et donc à rendre le dispositif transparent vis à vis du débit. Ce type de dispositif pourrait trouver son utilité dans le domaine de la métrologie, la mesure de débit, de vélocité ou de pression. Il suffirait, par exemple, d'introduire dans chaque chambre des pales, si possible à traînée minime, actionnées par le flux et qui génèrent un courant de Foucault. La mesure de cette donnée, ou
éventuellement . tout signal, susceptible d'être mesuré ou compté électroniquement peut, en effet, être moyenne sur le nombre de chambres, ce qui augmente d'autant la précision de l'instrument. A l'inverse, il est notable que si la variation du diamètre hydraulique se produit dans le sens d'une obturation pour une élévation de température, la régulation obtenue est alors fonction de la vélocité du flux, et non plus du débit ou de son énergie, comme dans le cas des soupapes actionnées par la pression ; ce qui a pour effet un lissage des pressions différentielles de chaque chambre. Il est également envisagé de mettre en concurrence deux entrées et/ou deux sorties, au moyen de bascules, clapets, ou tiroirs, par exemple, de manière à garantir une régulation par comparaison ou mise en concurrence, des vélocités, des débits, des pressions, ou encore des températures. D'autres « opérateurs », comme des soustracteurs ou des intégrateurs de flux, sont également envisageables ; ce qui expose la base théorique de nouvelles applications.
[0013] Une huitième revendication est introduite pour protéger spécifiquement un dispositif, présentement dévoilé, qui est une variante de la revendication principale, et éventuellement une variante de la deuxième, de la quatrième, de la cinquième, de la sixième ou de la septième revendication, et qui est, de plus, caractérisé en ce que les chambres, qu'il incorpore, peuvent éventuellement être remplacées, une pour une, par des assemblages de chambres et de mécanismes, ou d'organes annexes, assemblages en série ou en parallèle, dont les pertes de charge, sont en un rapport proportionnel entre elles, rapport intrinsèquement fixe et défini mathématiquement, tel que la perte de charge de ces assemblages soit équivalente à celle de l'unique chambre qu'ils remplacent. En effet, une fois, le principe de base maîtrisé, un peu de perspicacité perce des perspectives en abîmes. Un exemple simple suffira à la compréhension ; un rapport proportionnel, mathématiquement fiable entre les pertes de charge des chambres est une alternative au modèle archétypal illustré. En reprenant un exemple cylindrique, à cages concentriques cette fois, il suffit de placer une chambre à la moitié du rayon de l'autre, pour obtenir une perte de charge de moitié, (toute choses étant égales par ailleurs, et à condition que le diamètre hydraulique reste faible par rapport à la longueur). Deux chambres superposées de plus grande longueur reliées en parallèle ont alors une perte de charge équivalente à une chambre de l'intérieur de longueur deux fois moindre. Donc, un modèle original et de bonne compacité, à trois étages de pertes de charge équivalentes peut être obtenu en reliant ces deux plus grandes chambres à deux chambres intérieures de demi longueur, en série. La base du principe, est explicitée par cet exemple simpliste, mais multiplier les chambres concentriques de diamètre double, atteint rapidement une limite. Une autre possibilité, qui libère les contraintes de conception, consiste dans la même optique, à
incorporer les chambres à des disques annulaires empilés coaxialement, jointifs et jointoyés hermétiquement par tous moyens, y compris et de préférence, une enveloppe externe judicieusement perforée et hermétiquement sertie. Il devient alors possible de concevoir des chambres concentriques dont le tracé n'est plus circulaire ; ainsi un exemple alternatif à privilégier, consiste en un tracé sinusoïdal, qui permet de maximiser la longueur de la chambre sans introduire d'angles vifs. Paradoxalement, des tracés concentriques, mais de même longueur, et de pertes de charge équivalentes sont même possibles. Il est ainsi possible de concevoir des assemblages de chambres dont de la perte de charge est équivalente à celle d'une unique chambre, qu'elle peuvent alors remplacer. Sur la base de ce même principe, sont concevables des assemblages de dispositifs conformes aux présentes revendications et qui garantissent, entre autres, une fonction globale de régulation. Il est en particulier envisagé de comparer, voire de compenser les pertes de charge des différentes branches des assemblages des organes de régulation, par exemple au moyen d'un dispositif conforme à la septième revendication, qui garantit leur équivalence. Ce type d'assemblages offre la possibilité de concevoir des embranchements réservés aux flux laminaires, par exemple, pour lesquels des vannes offrant un idéal passage intégral peuvent être utilisées, ces embranchements gardant intrinsèquement une protection contre les pressions différentielles critiques, par déviation du flux concurremment ou au-delà d'un seuil donné, par exemple, vers un autre embranchement, plus robuste. Il peut être intéressant, dans le même ordre d'idées de multiplier les chambres en séries, pour certaines branches spécifiques, en dérogeant sciemment, et méthodiquement, à la règle du nombre de chambre minimal, ce qui divise d'autant la pression différentielle à leurs bornes, autorisant l'emploi de vannes à passage intégral, et moins onéreuses, avantages qui équilibrent le désavantage de leur multiplication en série. Les applications envisagées sont du domaine de la sûreté des installations et plus universellement, de la régulation de tous circuits hydrauliques, voire de toutes veines fluides, car les perspectives sont d'autant plus abyssales que les assemblages constitutifs desdites applications sont agencés en combinaisons de plus en plus complexes ; ce qui expose la base théorique de nouvelles applications.
[0014] Renvois :
[0015] 1 Les conditions d'utilisation représentent les données du problème et l'inconnue recherchée, à savoir, la quantité à réguler, l'application comprend ici toutes les contraintes internes, telles que le type d'organe de régulation, la dimension et la géométrie des éléments, par opposition aux contraintes externes, représentées par les conditions d'utilisation; nature du fluide, température, débit, vélocité, pressions en entrée et en sortie.
[0016] 2 Au-delà d'un rapport, fonction de la nature du fluide, entre la pression en entrée et la pression en sortie d'un conduit hermétiquement fermé se manifestent des turbulences bruyantes, entre autres phénomènes formellement à proscrire. Ce rapport, ou des spécifications de vélocités maximales encore plus contraignantes, définissent un seuil de pression différentielle à ne pas dépasser, ci-après dénommé « seuil critique ».
[0017] 3 La périphrase « identique ou quasi-identique» indique une approximation, que la pratique s'autorise, mais que réprouve la rigueur mathématique; en toute rigueur, les chambres, y compris leurs orifices constitutifs, doivent être identiques, ou symétriques, pour garantir l'égalité de leur perte de charge, (ce qui est vérifié pour les chambres représentées dans les illustrations Fig.1 et Fig.2, qui sont inversement symétriques, à savoir, alternes). Toutefois, si l'on considère une variation spatiale de l'exemple en illustration; deux chambres toriques coaxiales et d'identique diamètre hydraulique, supposées disjointes, et dont les diamètres extérieurs varient avec leur position relative; l'approximation d'une égalité de leur perte de charge, est tolérable dans la mesure où leurs longueurs sont très voisines. Si une certaine tolérance est admise par rapport à l'hypothèse, il n'en reste pas moins qu'une égalité, même approximative, de la perte de charge des chambres, est requise pour pouvoir poursuivre la méthode. L'important est de pouvoir démontrer, l'égalité, voire l'équivalence, de leur perte de charge.
[0018] 4 La périphrase « pression différentielle maximale admissible vue de la sortie » est utilisée pour signifier que la perte de charge propre au modèle objet de l'invention, est prise en compte dans le calcul, en déduction de la pression maximale en entrée, mesurée en prenant pour référence la pression minimale en sortie. Il suffit dans un premier temps d'estimer la perte de charge du modèle pour en réaliser une première version, le modèle à l'échelle, afin de mesurer physiquement la perte de charge réelle, et de réintroduire cette donnée dans les calculs de conception. Au bout d'un nombre d'itérations très limité, la solution obtenue est mathématiquement exacte et physiquement mesurée, ce qui apporte la garantie revendiquée. L'ingéniosité de la méthode consiste à prendre l'hypothèse de chambres identiques ou quasi-identiques, et donc, d'égales pertes de charge, pour éviter un calcul de pertes de charge en régime turbulent, au travers de géométries complexes de surcroît, sur lequel l'état de l'art ne peut offrir aucune garantie, (ce que confirment la diversité et le manque de clarté des solutions proposées jusqu'à présent).
[0019] 5 La méthode consiste à déterminer, entre les bornes du modèle, à savoir, entre la pression maximale en entrée vue de la sortie et la pression
minimale en 'sortie, un nombre d'intervalles de pression différentielle égale au seuil critique, de telle manière à s'autoriser à appliquer le principe, sachant que les pressions différentielles en série s'additionnent; la pression différentielle maximale admissible vue de la sortie est égale au nombre d'intervalles suffisant pour se prémunir de pressions différentielles critiques, multiplié par la pression différentielle aux bornes de ces intervalles, à savoir au seuil critique; soit en d'autres termes, et compte tenu des hypothèses émises: le nombre d'intervalles suffisant pour se prémunir de pressions différentielles critiques est égal à l'arrondi à la valeur entière supérieure de la division de la pression différentielle maximale admissible vue de la sortie, par le seuil critique; ce qui donne le nombre de chambres.
[0020] 6 Le terme « chambre » est entendu comme une cavité qui circonscrit un intérieur et un extérieur, et délimite ainsi un volume clos, ayant au moins une entrée et une sortie, sous la forme d'orifices, qui imposent une restriction à la veine fluide; un perçage, par exemple, est considéré du point de vue de l'invention, comme un orifice, s'il perfore, et non comme une chambre, s'il ne communique pas avec un orifice de sortie. Le terme « orifice » est utilisé pour désigner le passage dans une paroi dont l'emplacement et le diamètre hydraulique correspondent à la restriction de plus petite section à la veine fluide.
[00021] 7 L'exemple est volontairement peu détaillé, car il ne représente qu'une des multiples variantes du modèle pour ce type de vanne, variantes qui sont fonction de sa dimension, de sa géométrie et des conditions d'utilisation; il faut, par exemple, un diamètre du tournant suffisant, pour disposer sur son périmètre, le nombre d'orifices et de chambres, calculé en fonction des spécifications, et éventuellement faire preuve de beaucoup d'astuce.
[0022] Annotations des figures
[0023] Fig.1 : Vue éclatée d'un dispositif cylindrique, aboutissement de la démarche inventive selon les revendications, à paroi symétrique double (numérotée 1 , pour l'élément intérieur, et 2, pour l'élément l'extérieur), et chambres toriques alternes, deux à deux en séries, superposées coaxialement.
[0024] Fig.2 : Vue détaillée du dispositif illustré en figure Fig.1 , éléments 1 et 2 joints, où sont mis en évidence les orifices qui relient, deux à deux, les chambres superposées, et le décalage de niveau entre entrées et sorties des séries de chambres.