FR2569251A1 - Silent tap outlet attachment - Google Patents
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Abstract
Description
Embout à faible bruit, limitant le débit d'écoulement et à écoulement laminaire
Cette invention se rapporte en général à un embout de robinet pour modifier les caractéristiques du courant d'écoulement traversant l'embout et plus particulièrement à un embout limitant le débit, à écoulement laminaire et réduisant au minimum le bruit de l'écoulement.Low noise tip, limiting flow and laminar flow
This invention generally relates to a valve tip for modifying the characteristics of the flow current flowing through the tip and more particularly to a tip limiting the flow, laminar flow and minimizing the flow noise.
Un embout selon une forme particulière d'exécution de l'invention comprend une plaque limitant le débit agencée au travers de tout un passage d'écoulement et ayant plusieurs orifices disposés en cercle autour d'un orifice central réglable. A nozzle according to a particular embodiment of the invention comprises a plate limiting the flow arranged through an entire flow passage and having several orifices arranged in a circle around an adjustable central orifice.
Par eux-mêmes, les orifices disposés. en cercle permettent un débit d'écoulement infêrieur à un domaine de débit déterminé.By themselves, the orifices arranged. in a circle allow a flow rate lower than a determined flow range.
Le diamètre de l'orifice réglable est choisi pour augmenter le débit d'écoulement pour une pression donnée et obtenir un débit situé dans la partie inférieure du domaine déterminé. Des séries d'écrans espacés à fils et de disques perforés sont alternés tant en amont qu'en aval de la plaque limitant le débit pour modifier le profil des vitesses sur le diamètre du passage d'écoulement afin de redistribuer l'énergie cinétique du courant d'écoulement au maximum. On obtient ainsi une vitesse de courant d'écoulement uniforme, constante sur pratiquement la totalité de la section du passage d'écoulement, de façon à limiter la vitesse maximum et produire ainsi un écoulement laminaire, c'est-à-dire un écoulement doux, clair, pratiquement sans turbulence ni éclaboussure.Un des écrans à fils est en contact avec le côté aval de la plaque limitant le débit de façon que, de plus, ce bruit est supprimé. Selon un exemple particulier de l'invention, le bruit créé par l'écoulement ne dépasse pas la limite de 20 décibels imposée par certains règlements limitant les niveaux de bruits des installations des plombiers.The diameter of the adjustable orifice is chosen to increase the flow rate for a given pressure and obtain a rate located in the lower part of the determined range. Series of spaced screens with wires and perforated discs are alternated both upstream and downstream of the flow limiting plate to modify the profile of the velocities on the diameter of the flow passage in order to redistribute the kinetic energy of the current maximum flow. A uniform flow current velocity is obtained, which is constant over practically the entire cross-section of the flow passage, so as to limit the maximum velocity and thus produce a laminar flow, that is to say a smooth flow. , clear, practically without turbulence or splashing. One of the wire screens is in contact with the downstream side of the plate limiting the flow so that, in addition, this noise is suppressed. According to a particular example of the invention, the noise created by the flow does not exceed the limit of 20 decibels imposed by certain regulations limiting the noise levels of plumbers' installations.
Une meilleure compréhension de l'invention ainsi que d'autres objets et avantages qui s'y rapportent peut être obtenue en considérant la description détaillée suivante en même temps que les dessins qui s'y rapportent, dans lesquels
la figure l est une coupe longitudinale d'un embout selon la présente invention et
les figures 2, 3 et 4 sont des coupes transversales du dispositif représenté à la figure 1, telles qu'on les voit le long des plans 2-2, 3-3 et 4-4 respectivement.A better understanding of the invention and other related objects and advantages can be obtained by considering the following detailed description together with the related drawings, in which
FIG. 1 is a longitudinal section of a nozzle according to the present invention and
Figures 2, 3 and 4 are cross sections of the device shown in Figure 1, as seen along planes 2-2, 3-3 and 4-4 respectively.
En se référant aux dessins, un embout selon l'invention comprend un boîtier cylindrique 10 avec une enveloppe extérieure 12, une cartouche supérieure 14 et une cartouche inférieure 16. Referring to the drawings, a nozzle according to the invention comprises a cylindrical housing 10 with an outer casing 12, an upper cartridge 14 and a lower cartridge 16.
Les cartouches supérieure et inférieure coopèrent avec un joint à recouvrement 18 qui facilite le montage, le démontage et le nettoyage de l'embout (On comprendra que les termes "supérieur" et "inférieur" employés dans ce texte ne sont pas à interpréter dans un sens étroit et sont employés simplement pour faciliter la description de l'embout tel qu'il est orienté sur la figure 1; l'orientation du dispositif n'est évidemment pas limitée à celui décrit ici).The upper and lower cartridges cooperate with a lap joint 18 which facilitates the assembly, disassembly and cleaning of the end piece (It will be understood that the terms "upper" and "lower" used in this text are not to be interpreted in a narrow sense and are used simply to facilitate the description of the nozzle as it is oriented in Figure 1; the orientation of the device is obviously not limited to that described here).
Les cartouches supérieure et inférieure assorties 14 et 16 vont commodément dans l'enveloppe 12, dotée à son extrémité supérieure ou d'entrée de filets 20 pour fixer l'embout à l'écoulement de sortie d'un robinet. L'enveloppe 12 a une extrémité inférieure ou de sortie limitée par une flasque 22 dirigée vers I'intérieur. Une flasque semblable dirigée vers l'intérieur 24 à l'extrémité de sortie de la cartouche inférieure 16 coopère avec la flasque 22 de l'enveloppe du boîtier. Un passage d'écoulement central 26 se trouve entre les extrémités d'entrée et de sortie de l'embout. The matching upper and lower cartridges 14 and 16 conveniently go into the casing 12, provided at its upper end or with thread inlet 20 to fix the nozzle to the outlet flow from a tap. The casing 12 has a lower or outlet end limited by a flange 22 directed inwards. A similar flange facing inward 24 at the outlet end of the lower cartridge 16 cooperates with the flange 22 of the housing shell. A central flow passage 26 is located between the inlet and outlet ends of the nozzle.
L'enveloppe 12 est fabriquée de préférence en métal, tandis que les cartouches sont des éléments en matière plastique obtenus avantageusement par un procédé dé moulage par injection. The casing 12 is preferably made of metal, while the cartridges are plastic elements advantageously obtained by an injection molding process.
Formée solidairement avec la cartouche supérieure 14 se trouve une plaque transversale limitant le débit 30 disposée tout en travers du passage d'écoulement 26. Comme on le voit le mieux à la figure 2, la plaque 30 a, dans la forme d'exécution spécifique présentée ici, plusieurs orifices 32 disposés sur deux cercles concentriques. De préférence, les orifices 32 ont tous le même diamètre; dans cet exemple, il y a trente six orifices, vingt-quatre disposés à intervalles égaux le long du cercle extérieur, et les douze restants disposés à intervalles égaux le long du cercle intérieur. Cette disposition d'orifices est centrée sur l'axe longitudinal 34 qui, évidemment, est orienté dans la direction d'écoulement du fluide par l'embout. Formed integrally with the upper cartridge 14, there is a transverse plate limiting the flow rate 30 arranged across the flow passage 26. As can best be seen in FIG. 2, the plate 30 a, in the specific embodiment presented here, several orifices 32 arranged on two concentric circles. Preferably, the orifices 32 all have the same diameter; in this example, there are thirty six orifices, twenty four arranged at equal intervals along the outer circle, and the remaining twelve arranged at equal intervals along the inner circle. This arrangement of orifices is centered on the longitudinal axis 34 which, of course, is oriented in the direction of flow of the fluid through the nozzle.
Dans l'exemple particulier présenté ici, la plaque limitant le débit a une épaisseur de 0,71 mm et chaque orifice 32 a un diamètre de 0,69 mm. La plaque limitant le débit comprend également un orifice central de réglage 36, dont la fonction sera décrite plus tard.In the particular example presented here, the plate limiting the flow rate has a thickness of 0.71 mm and each orifice 32 has a diameter of 0.69 mm. The flow limiting plate also includes a central adjustment orifice 36, the function of which will be described later.
Pour faciliter la description du dispositif, la surface in férieure de la plaque limitant le débit 30 sera aussi appelée la surface aval, tandis que la surface supérieure sera aussi appelée la surface amont. To facilitate the description of the device, the lower surface of the plate limiting the flow rate 30 will also be called the downstream surface, while the upper surface will also be called the upstream surface.
Entre la surface aval de la plaque limitant le débit 30 et la flasque 24 à l'extrémité de sortie de la cartouche inférieure 16 se trouvent deux séries d'écrans parallèles espacés et une série de disques perforés parallèles espacés interceptant le passage d'écoulement 26. On obtient avec les écrans et disques un écoulement laminaire et ils servent sous cet aspect comme éléments freinant la vitesse et la redistribuant sur le profil. Between the downstream surface of the plate limiting the flow 30 and the flange 24 at the outlet end of the lower cartridge 16 are two series of spaced parallel screens and a series of spaced parallel perforated discs intercepting the flow passage 26 A laminar flow is obtained with the screens and discs and they serve in this aspect as elements slowing down the speed and redistributing it over the profile.
Le résultat est un profil de vitesse qui est plus uniforme au travers du passage d'écoulement. Pour une description plus détaillée de la fonction de ces éléments pour produire un écoulement laminaire de fluide, on consultera le brevet antérieur de l'inventeur US 4.119.276 délivré le 10 octobre 1973 pour un "embout d'écoulement laminaire". Les disques et écrans diminuent aussi le bruit.The result is a velocity profile that is more uniform across the flow path. For a more detailed description of the function of these elements to produce a laminar flow of fluid, see the prior patent of the inventor US 4,119,276 issued October 10, 1973 for a "laminar flow tip". Discs and screens also reduce noise.
En commençant à la plaque limitant le débit, une première série de quatre écrans à fils en forme de disque 40-43 est suivie de trois disques perfores 44-46 qui sont à leur tour suivis d'une seconde série d'écrans à fils 47-49, au nombre de trois de préférence. Les écrans et disques perforés sont pratiquement espacés uniformément. Ainsi, écrans et disques 42-49 sont sépares par sept anneaux identiques 52, tandis que les écrans 40 et 41 ont des rebords 40a et 41a respectivement, tournés vers le bas pour imposer les distances de séparation adéquates. On verra que la portion du passage d'écoulement 26 en aval de la plaque limitant le débit 30 est délimitée essentiellement par les surfaces intérieures des anneaux de séparation 52 qui sont essentiellement alignés pour délimiter une surface cylindrique relativement lisse. Starting with the flow limiting plate, a first series of four disc-shaped wire screens 40-43 is followed by three perforated discs 44-46 which are in turn followed by a second series of wire screens 47 -49, preferably three in number. Perforated screens and discs are almost evenly spaced. Thus, screens and disks 42-49 are separated by seven identical rings 52, while screens 40 and 41 have edges 40a and 41a respectively, turned downward to impose the adequate separation distances. It will be seen that the portion of the flow passage 26 downstream of the plate limiting the flow rate 30 is delimited essentially by the interior surfaces of the separation rings 52 which are essentially aligned to delimit a relatively smooth cylindrical surface.
L'écran le plus haut 40 est immédiatement adjacent à la surface inférieure ou aval de la plaque limitant le débit 30 et est de préférence en contact direct avec cette surface. I1 a été trouvé que cet agencement était un facteur important pour minimiser le bruit créé par l'écoulement. The uppermost screen 40 is immediately adjacent to the lower or downstream surface of the plate limiting the flow rate 30 and is preferably in direct contact with this surface. It has been found that this arrangement is an important factor in minimizing the noise created by the flow.
La configuration de chacun des disques perforés 44-46 est le mieux représentée à la figure 3. Les disques sont faits, par exemple, d'une feuille ou d'une bande de laiton de 0,41 mm d'épaisseur. Chaque disque comprend des ouvertures arrangées en rangées et en colonnes avec des distances uniformes de centre à centre de 1,12 mm pour obtenir une densité d'environ 80 ouvertures par cm2. Avec un diamètre d'ouverture de 0,71 mm, la surface totale des ouvertures représente environ 32 % de la surface totale de chaque plaque. The configuration of each of the perforated discs 44-46 is best shown in Figure 3. The discs are made, for example, of a sheet or strip of brass 0.41 mm thick. Each disc has openings arranged in rows and columns with uniform center-to-center distances of 1.12 mm to obtain a density of approximately 80 openings per cm2. With an opening diameter of 0.71 mm, the total area of the openings represents approximately 32% of the total area of each plate.
Chacun des écrans 42, 43 et 47-49 a une épaisseur d'environ 0,5 mm et comprend quarante mailles carres d'écran en fil d'acier inoxydable série 300 de 0,25 mm de diamètre. Les écrans 40 et 41 sont faits chacun avec 0,33 mm d'épaisseur avec trente huit mailles carrées d'écran en fil d'acier inoxydable de 0,17 mm de diamètre, les rebords donnant une hauteur totale d'environ 1,0 mm. Each of the screens 42, 43 and 47-49 has a thickness of approximately 0.5 mm and comprises forty square mesh screens of series 300 stainless steel wire of 0.25 mm in diameter. The screens 40 and 41 are each made with a thickness of 0.33 mm with thirty eight square mesh screens of stainless steel wire 0.17 mm in diameter, the edges giving a total height of about 1.0 mm.
Le diamètre intérieur de l'enveloppe du boîtier représenté dans la forme d'exécution exemplaire des dessins est de 21 mm et la longueur totale de l'enveloppe est d'environ 22,2 mm, chacun des anneaux de séparation ayant une épaisseur de 0,76 mm et le diamètre du passage de fluide délimité par les surfaces intérieures des anneaux de séparation est d'environ 16 mm. The inside diameter of the housing envelope shown in the exemplary embodiment of the drawings is 21 mm and the total length of the envelope is approximately 22.2 mm, each of the separation rings having a thickness of 0 , 76 mm and the diameter of the fluid passage delimited by the interior surfaces of the separation rings is approximately 16 mm.
On doit noter que toutes les dimensions et les autres données spécifiques sont données ici à titre d'exemple seulement et qu' elles ne sont nullement destinées à limiter le domaine de l'invention; d'autres dimensions, d'autres paramètres des composants, des matériaux et ainsi de suite, qui permettent d'obtenir les mêmes ou approximativement les mêmes résultats, sont permis à l'homme du métier. It should be noted that all the dimensions and the other specific data are given here by way of example only and that they are in no way intended to limit the field of the invention; other dimensions, other parameters of the components, of the materials and so on, which make it possible to obtain the same or approximately the same results, are possible for a person skilled in the art.
Considérant maintenant la partie du dispositif au-dessus de la surface supérieure ou amont de la plaque limitant le débit 30, la combinaison d'un écran à fils 60 et d'un disque perforé 62 repose sur un rebord 64 prévu comme une partie de la cartouche supé- rieure 14. L'écran 60 et le disque 62, identiques à tous points de vue à ceux décrits jusqu'ici, sont de pr;éférence en contact direct l'un avec l'autre, comme on le voit le mieux à la figure 1. L'écran 60 est toutefois sépare de la surface supérieure de la plaque limitant le débit et,selon l'exemple particulier considéré, cette distance de séparation peut ètre de l'ordre de 0,7 mm. Au-dessus de la combinaison de l'écran 60 et du disque 62 se trouve un écran en cone 66 servant principalement de filtre. Now considering the part of the device above the upper or upstream surface of the plate limiting the flow rate 30, the combination of a wire screen 60 and a perforated disc 62 rests on a flange 64 provided as part of the upper cartridge 14. The screen 60 and the disc 62, identical in all respects to those described so far, are preferably in direct contact with each other, as can be seen best in FIG. 1. The screen 60 is however separated from the upper surface of the plate limiting the flow rate and, according to the particular example considered, this separation distance can be of the order of 0.7 mm. Above the combination of the screen 60 and the disc 62 is a cone-shaped screen 66 serving mainly as a filter.
Un anneau en matière plastique 68 pour retenir l'écran en cbne 66, le disque perforé 62 et l'écran à fils 60 contre le rebord 64 et un joint en caoutchouc 70 pour assurer l'étanchéité adéquate avec l'écoulement du robinet, complètent l'ensemble de l'embout.A plastic ring 68 to hold the screen in cbne 66, the perforated disc 62 and the wire screen 60 against the flange 64 and a rubber seal 70 to ensure adequate sealing with the flow of the tap, complete the entire tip.
L'embout selon l'invention est agencé pour permettre un débit d'écoulement exactement réglé dans un domaine de débits déterminé d'avance, par exemple, qui est établi par une spécification d'achat ou de construction. De telles spécifications peuvent aussi définir un niveau de bruit limite pour une pression de fonctionnement donnée. Par exemple pour une catégorie donnée de régulateurs d'écoulement, le débit doit rester entre 13,5 et 15 litres par minute avec une pression de 3.105 Pascal, un domaine de 1,5 litres par minute et un bruit créé ne dépassant pas 20 db à environ 3.105 Pascal. A notre connaissance, cette invention décrit pour la première fois un embout capable de remplir toutes ces exigences obligatoires de façon sure, reproductible, ce qui permet une production de série avec les économies de coût qui en résultent. The nozzle according to the invention is arranged to allow a flow rate exactly adjusted in a predetermined flow range, for example, which is established by a purchase or construction specification. Such specifications can also define a limit noise level for a given operating pressure. For example for a given category of flow regulators, the flow rate must remain between 13.5 and 15 liters per minute with a pressure of 3.105 Pascal, a range of 1.5 liters per minute and a noise created not exceeding 20 db at around 3.105 Pascal. To our knowledge, this invention describes for the first time a nozzle capable of fulfilling all these mandatory requirements in a safe, reproducible manner, which allows mass production with the resulting cost savings.
Parce qu'il est extrêmement difficile de surveiller avec précision les diamètres d'un grand nombre d'orifices, tels que les trente six orifices 32 de la plaque limitant le débit 30, une erreur du débit d'écoulement suffisamment grande peut facilement se cumuler pour faire tomber le débit d'écoulement en dehors du domaine de tolerance. L'un des buts de l'invention est de résoudre ce problème. Sous cet aspect, le diamètre nominal des orifices 32 est choisi de façon que le débit d'écoulement à travers ces orifices (en excluant l'orifice de réglage 36) se trouve bien en dessous de la limite inférieure du domaine de la tolérance du débit d'écoulement. Le diamètre de l'orifice de réglage 36 est alors choisi pour donner un débit d-'écoulement total à travers l'embout qui tombe dans le domaine déterminé de débit.On a trouvé, qu'une fois cette taille déterminée pour une taille nominale des orifices 32, une grande qualité de reproductibilité et de précision de débit d'écoulement était obtenue dans la fabrication. Selon les paramètres utilisés, le diamètre de lBou- verture de réglage peut entre plus faible, égal ou quelque peu supérieur à celui des autres orifices 32. On verra que ce but est atteint grâce au fait que le diamètre de ce trou central unique est soumis à un réglage précis, tandis que les tailles des trous restants 32 seront rarement uniformes a cause des vau riations incontrôlables entre les tailles des nombreuses mèches ou tiges de moulage nécessaires pour former les trous. Because it is extremely difficult to accurately monitor the diameters of a large number of orifices, such as the thirty six orifices 32 of the plate limiting the flow 30, a sufficiently large flow rate error can easily accumulate to drop the flow rate outside the tolerance range. One of the aims of the invention is to solve this problem. In this aspect, the nominal diameter of the orifices 32 is chosen so that the flow rate through these orifices (excluding the adjustment orifice 36) is well below the lower limit of the range of flow tolerance of flow. The diameter of the adjustment orifice 36 is then chosen to give a total flow rate through the nozzle which falls within the determined range of flow rates. We have found that once this size has been determined for a nominal size orifices 32, a high quality of reproducibility and precision of flow rate was obtained in manufacturing. Depending on the parameters used, the diameter of the adjustment opening may be smaller, equal or somewhat greater than that of the other orifices 32. It will be seen that this object is achieved thanks to the fact that the diameter of this single central hole is subject to a precise setting, while the sizes of the remaining holes 32 will rarely be uniform because of the uncontrollable changes between the sizes of the many wicks or molding rods necessary to form the holes.
L'orifice de réglage 36 donne un réglage Si précis sur le débit d'écoulement total que sa taille peut être choisie pour donner un débit d'écoulement total qui tombe juste a l'intérieùr de la limite inférieure du domaine de débits de la tolérance de façon sure et reproductible. Puisque le bruit augmente rapidement avec le débit d'écoulement, cette caractéristique contribue no- tablement à diminuer le bruit. The adjustment orifice 36 gives such a precise adjustment to the total flow rate that its size can be chosen to give a total flow rate which falls just inside the lower limit of the tolerance flow range. in a safe and reproducible way. Since the noise increases rapidly with the flow rate, this characteristic contributes considerably to reducing the noise.
Quoiqu'un embout selon l'invention ait été décrit et illustré pour permettre à un homme du métier de faire usage de l'in- vention, on comprendra que l'invention n'est pas limitée a cet exemple: Donc, toutes les modifications, variantes et dispositions équivalentes dans le cadre des revendications doivent être considurées comme étant dans le cadre de l'invention. Although a tip according to the invention has been described and illustrated to allow a person skilled in the art to make use of the invention, it will be understood that the invention is not limited to this example: Therefore, all the modifications , variants and equivalent provisions within the scope of the claims should be considered to be within the scope of the invention.
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