Brevet FR2011708A1 — publié le 19700306

I 201170E La présente invention concerne les soupapes de sûreté. Les soupapes de ce type destinées à l'évacuation d'une surpression de vapeur ou d'un fluide analogue comportent en général une tubulure inférieure d'entrée et un seul orifice 5 latéral de décharge. Un siège de clapet est formé sur l'extrémité supérieure de cette tubulure d'entrée et un clapet relié à une tige verticale est maintenu appliqué sur ce siège et de façon à l'obturer par un ressort exerçant une force prédéterminée. Lorsqu'une pression supérieure à une pression prédéterminée agit 10 sur la face inférieure du clapet, elle le soulève au-dessus de son siège malgré la force antagoniste dûdit ressort et permet ainsi au fluide en surpression de s'échapper par l'orifice de décharge de la soupape. Le clapet de cette soupape est muni d'une jupe annulaire descendante qui coiffe son siège et qui aide son 15 soulèvement lorsqu'il a été décollé de son siège par une surpression. Les soupapes de sûreté de es type sont oouraaraent offertes sur le marché et, à titre d1 exemple, l8une d8 silos est décrite dans le Brevet des E.U.A. Van Sysbergen H® 2o85ûo057° Une caractéristique commune à toutes'les soupapes de 20 sûreté à orifice de décharge latéral unique est la tendaa.ee fie leur clapet et de leur tige de clapet d'être déportés latéralement par rapport à l'axe vertical de la soupape en direction d© l'orifice latéral de décharge du fait de la force vive du courant de fluide à grande vitesse agissant sur le câté inférieur de la 25 jupe du clapet. Une telle déviation latérale de ï'ase du clapet et de sa tige est évidemment indésirable du fait qu'elle résulte ultérieurement en vus.® assise incorrecte du clapet sur son siège « Mises à part les 11© provoque pmâeœcè les périodes ds fessât^?© la ©otsgapej, assis® îaeorrsot© du clapet a fi= 50 aalseat pcrar- vôstôLbafe aaoffaal© ôie son siège croi néces~ site une remise en état» Par suite, il est courant0 dans les soupapes de sûreté de type antérieur,, d ' éviter se désasnement par 1?observation de tolérances estritoement serrées dans la fabrica» tioa de la tige m, clapet et de son guide» 3®autre part* la ma« 55 tîèr-e coastitnfci"/e de la. soupape est particulièrement choisie en raison de sa dureté en surface de façon à réduire son usure» Dans le cas de sièges tronconiques, il a été de plus reconnu nécessaire de laisser au clapet de la soupape la possibilité de se 69 17346 2 2011708 déplacer légèrement en direction latérale pour qu'il puisse se centrer de lui-même sur son siège à la fermeture de la soupape. On voit que ces solutions antérieures au problème ont essentiellement pour but de réduire les effets d'un désaxement accepté 5 comme inévitable du clapet sur son siège, et non de supprimer la cause des inconvénients constatés. Par suite, les solutions antérieures utilisées en vue de supprimer ou de diminuer l'usure anormale du siège des soupapes du type décrit n'ont pas donné des résultats pleinement sa-10 tisfaisants. Bien qu'elles aient permis d'en réduire l'importance les opérations d'entretien des soupapes doivent néanmoins être répétées fréquemment, et, malgré 18importance et le coût des efforts faits en vue de supprimer l'usure anormale des sièges de soupape ayant pour cause le désaxement précité, ces efforts n'ont Ï5 eu que peu d3 effet sire la cause même des inconvénients constatés et sur ses conséquences, La présente invention a pour objet un perfectionnement aux soupapes de sûreté. Ce perfectionnement a pour effet de réduire, sinon de supprimer complètement, l'usure anormale des 20 sièges de soupape provenant du désaxement relatif de ©e siège et du elapet qui l'obture. Selon la présente invention, ce résultat est obtenu par l'emploi d'une jupe annulaire tronconique descendante suspendue au elapet et maintenue dans une gorge tronconique annulaire lui laissant une-certaine liberté de déplacement•par 2g rapport à ce eâapet. . Lorsque le fluide qui s'échappe de la soupape vient frappa? cette âups* e®Il@=>oî b&eoulG &sœ rapport à sa gosîtioia • et ppeM m© aow@H© posltiem- telle qa® la fore© laté- o . "* *** raie tsMast à ûésaseîrla tige ûu elapet dissipe s la fr&Qfc&os s-ssta&fce d® cette force étant pas? ailleurs complètement eoaspeasée. la pression agissant sous cette jupe tend à la faire basculer sur une position, pour laquelle elle est désaxée par rapport au clapet de la soupape et pour laquelle la partie de sa périphérie si-t'a 69 17346 3 2011708 la force d'entraînement qui lui est appliquée par ce fluide. Il s'ensuit que, d'une part, la résistance opposée au passage du fluide en cours d'échappement est diminuée en direction de l'orifice de décharge de la soupape et que, d'autre part, le déplacement 5 horizontal de la jupe du clapet provoque le déplacement de la surface de cette jupe qui reçoit la pression du fluide d'une façon telle que ce déplacement a pour effet de donner naissance à m couple compensateur qui maintient alignés axialement les uns sur les autres les éléments actifs delà soupape. L'expérience a mon-10 tré que la jupe du clapet de la soupape de l'invention conserve la position inclinée qu'elle a prise après que la soupape a fonctionné pour la première fois et ne revient pas sur sa position initiale de montage. De la sorte, la jupe annulaire tronconique et mobile de la soupape de l'invention fournit une solution à un 15 problème difficile à résoudre et aux conséquences coûteuses qui se posait dans les soupapes du type décrit et de conception antérieure. D'autre part, ce résultat est obtenu au moyen d'une solution bien moins coûteuse que la fabrication sous des tolérances excessivement serrées des organes actifs de la soupape et que 20 l'emploi de métaux spéciaux pour la fabrication de son siège, solutions qui étaient celles couramment utilisées dans les soupapes de conception antérieure. Par conséquent, l'un des objets de la présente invention est me soupape de sûreté de type nouveau et perfectionné. 25 Un autre objet de l'invention est une soupape de sûre té perfectionnée, à orifice de déchargement latéral unique, dans laquelle l'usure anormale du siège de la soupape provenant du désaxement relatif de ce siège et du clapet qui l'obture est notablement réduite sinon supprimée. 30 Un autre objet de l'invention est une soupape dans laquelle les résultats précités sont obtenus à l'aide d'une construction particulière et relativement peu coûteuse qui améliore le fonctionnement général de la soupape et qui remplace les solutions onéreuses utilisées jusqu'ici dans le même but. 35 Un autre objet de l'invention est un dispositif nou veau de montage d'une jupe annulaire tronconique sur le clapet de la soupape de l'invention, dispositif qui permet à cette jupe de prendre une position opératoire définitive sous l'effet des 69 17346 n 2011700 forces que lui applique le fluide qui s'échappe par ladite soupape. La description qui va suivre, et les dessins annexés donnés surtout à titre d'exemples non limitatifs, feront mieux 5 comprendre comment la présente invention peut être réalisée. Sur les dessins annexés : la figure I est une coupe axiale verticale faite dans une soupape de sûreté perfectionnée conformément à la présente invention ; 10 la figure-2 est une coupe verticale faite suivant l'axe du clapet de la figure I et montrant le montage sur ce clapet de la jupe annulaire de l'invention ; la figure 3 est une vue représentant à plus grande échelle la partie de la figure 2 entourée d'un cercle en trait 15 mixte ; et la figure 4 est une coupe semblable à celle de la figure 2 et montrant le basculement de la jupe du clapet provoqué par le passage d'un fluide s'échappant en direction de l'orifice de décharge de la soupape. 20 La figure I représente une soupape de sûreté perfection née selon l'invention. Cette soupape comporte un corps 10 monté sur me base II formant une tubulure d'entrée inférieure 12, l'é-tanchéité entre ces deux éléments de la soupape étant assurée par un joint 13. La tubulure d'entrée 12 débouche dans une chambre 25 14 qui communique avec un orifice de décharge latéral 15. Des filetages 16 et 17 permettent respectivement de monter la soupape sur une tuyauterie d'entrée et sur une tuyauterie d'échappement, étant entendu que, d'une façon générale, ce montage s'effectue de façon que l'axe longitudinal de la soupape soit vertical. 30 La tubulure axiale d'entrée 12 se termine sur son ex trémité supérieure par une partie de diamètre plus petit formant un orifice principal 20 entouré d'une surface annulaire plane constituant le siège 21 de la soupape. Un clapet circulaire 2~2, dont la face inférieure formé une surface d'appui annulaire plane 35 23, obture normalement le siège de la soupape et empêche ainsi le fluide contenu de s'échapper par l'orifice de décharge 15, cette surface d'appui 23 venant s'appliquer parfaitement contre le siège 21 de la soupape. Une jupe constituée par une collerette tronco- 69 17346 5 2011708 nique annulaire 25 coiffe le siège de la soupape et est suspendue au clapet de celle-ci par un dispositif d'attache conforme à l'invention et qui sera décrit plus loin. Le clapet 22 forme une queue 47 et est maintenu dans 5 une douille cylindrique 26 par me bague de retenue 51. La douille 26 coulisse dans un manchon cylindrique 27 fixé dans le corps 10 de la soupape par me goupille 28. Une tige de clapet 30 est placée dans l'axe de la queue 47 de celui-ci. Un ressort hélicoïdal 31, entourant la tige 30 et monté en compression entre deux ron-10 delles 32 et 33, repousse constamment le clapet vers le bas de façon qu'il s'applique fermement sur le siège 21. Les deux rondelles 32 et 33 sont maintenues en position correcte par rapport à la tige du clapet au moyen de portées coniques ou sphériques 35 prévues d'me part sur la tige 36 et d'autre part sur me vis de 15 réglage 37 vissée dans le corps de la soupape et qui permet de régler la force de compression appliquée sur le ressort 31. Un écrou 38 maintient la vis 37 sur sa position de réglage choisie, et m capuchon 40 qui se visse sur le corps de la soupape empêche de pénétrer dans l'alésage 41 de cette.vis les poussières et 20 autres matières étrangères qui pourraient ainsi venir gêner le coulissement dans cet alésage de la tige 30. Lorsque la pression exercée par le fluide contenu sur la face inférieure du clapet 22 à l'aplomb de l'orifice 20 dépasse la force antagoniste du ressort 31, ce clapet se soulève au-dessus 25 de son siège 21 et permet au fluide de s'échapper en direction de l'orifice de décharge de la soupape. Au cours de son écoulement, ce fluide, qui peut être par exemple de la vapeur d'eau, vient frapper la face inférieure du clapet sur la partie de cette face qui entoure extérieurement celle qui se trouve directement en 30 face de l'orifice 20, et la surface d'action de la pression du fluide en cours d'échappement est ainsi augmentée, ce qui accélère le mouvement de levée du clapet en direction de sa position, de pleine ouverture. Lorsque le clapet se soulève ainsi,.la collerette formant sa jupe 25 se déplace avec lui et, du fait qu'elle 35 coiffe l'orifice 20, reçoit elle aussi la pression du courant de fluide qui s'échappe en direction de l'orifice de décharge 15 de la soupape et force ce courant à s!infléchir vers le bas avant - - qu'il n'atteigne cet orifice. Ainsi qu'on le comprend aisément, 69 17346 la pression ainsi exercée sur le clapet de la soupape tend donc à faire tourner celui-ci dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure I. Les effets favorables de la présence d'une jupe analogue à la jupe 25 au cours de l'ouverture de la soupape et de 5 sa coopération avec une douille de réglage 42 prévue dans ce but sur le contrôle et la correction des caractéristiques d'échappement de la soupape sont bien connus et ont motivé l'emploi de telles jupes dans les soupapes de conception antérieure en dépit des effets latéraux préjudiciables qu'elles provoquent. 10 L'effet compensateur particulier de la jupe de lasou pape de l'invention est mis en évidence par les figures 2, J et 4 des dessins annexés. Ainsi qu'on le voit sur ces figures, le clapet 22 est tronconique, sa surface latérale formant un chanfrein 45 qui se termine sur sa face supérieure plane 46 sur la-15 quelle est formée la queue coaxiale cylindrique 47 du clapet. La douille de guidage 26 porte au centre de sa paroi de foM 49 «a trou cylindrique 48 dans lequel se loge la queue 47 du clapet qui est maintenue en position par une rondelle de retenue 51» paroi de fond 49 de cette douille forme extérieurement un chanfrein 20 50 au mène angle que le chanfrein 45 du clapet et qui s1 applique fermement sur celui-ci. Sur la partie inférieure de la douille de guidage 26 et dans le prolongement de son chanfrein 50, il est prévu un évidement annulaire tronconique 55 concentrique avec la partie adjacente du chanfrein 45 du clapet. 25 Au montage initial de la soupape,, la collerette 25 est mise en place sur le clapet de façon qu'elle repose concentrique-ment sur la partie inférieure de son chanfrein 45. Après quoi la queue 47 du clapet est introduite dans le trou 48 et le clapet est fixé sur la paroi de fond 49 de sa douille de guidage au mo-30" yen de la rondelle de retenue 51. Par suite, au montage initial, les distances référencées X et Y sur la figure 2 sont très sensiblement égales. Ainsi qu'on le voit sur la figure 3, un jeu annulaire A est- réservé entre le. bord supérieur de la collerette 25- et . l'épaulement. formé sur. sa: partie supérieure par l'évidemen' 35 annulaire- 55,.,.>et;>un;i jeu uniforme.B est ménagé entre la surface latérale extérieure -de'la. collerette et la paroi de fond duàit évidements. ceci- p.our permettre à la jupe 25 d'effectuer son déplacement horizontal. tet, son basculement spguiaire désirés . COPY ' 69 17346 7 2011708 Lorsque la soupape fonctionne pour la première fois, le fluide qui s'échappe entre la tubulure d'entrée et l'orifice de décharge de la soupape exerce sur la face inférieure de la collerette une pression qui la soulève et la fait basculer dans 5 le sens des aiguilles d'une montre sur les figures des dessins annexés. Il s'ensuit que cette collerette prend une position pour laquelle elle est désaxée par rapport au clapet 22 d'un angle 8 de 2 à 5 degrés. Un angle d'inclinaison inférieur à 2 degrés ne produit en général pas une réaction d'équilibrage suffisante, et 10 un angle d'inclinaison supérieur à 5 degrés produit en général une réaction d'équilibrage excessive. De préférence, la limite supérieure d'inclinaison de l'axe de la collerette sur l'axe du clapet es.t inférieure à 3 degrés et est en général de 2 | degrés (figure 4). Lorsque la collerette bascule ainsi, elle se déplace 15 simultanément sur le chanfrein 45 et sur une distance appréciable en direction horizontale, de sorte que la distance X' (figure 4) devient inférieure à la distance Y', ce qui a pour effet de faire varier les jeux A et B qui deviennent respectivement A' et B'. A titre d'exemple, sur une soupape de 50 mm d'ouverture nominale, 20 les distances X' et Y' deviennent environ égales respectivement à 35,69mm et 37,47mm, ce qui constitue une différence d'environ 5$« D'une façon générale, cette différence ne doit pas être supérieure à 8$ environ. Ces pourcentages sont réduits en général de moitié en ce qui concerne le déplacement latéral de la collerette 25 par rapport au clapet. Après que la collerette a pris ainsi sa position d'équilibre, elle oppose au passage du fluide une résistance moindre dans la partie de sa périphérie qui fait face à l'orifice de décharge de la soupape. D'autre part, l'augmentation de la surface 30 de largeur Y' par rapport à celle de largeur X' provoque l'application par la pression statique du fluide qui s'échappe d'une force supérieure sur ladite première partie de largeur Y'. Il en résulte un couple compensateur tendant à faire tourner le clapet en sens inverse des aiguilles d'une montre sur les figures des 35 dessins annexés. Les deux couples ainsi créés s'équilibrent mutuellement, et il en résulte que l'axe du clapet et de ses pièces associées demeure aligné sur celui de la tubulure d'entrée 12 de la soupape lorsque ce clapet se soulève et que, par conséquent, 69 17346 8 2011708 lorsque la soupape se ferme, ce clapet vient s'asseoir de façon parfaitement correcte sur son siège 21. Ce dispositif simple bien qu'efficace de rattachement de la collerette 25 au clapet 22 résout les problèmes posés par l'usure anormale des clapets et des 5 sièges inhérents aux soupapes de construction antérieure. La description qui précède met en évidence le fait que l'usure anormale des clapets et des sièges due, dans les soupapes de construction antérieure, au désaxement du clapet par rapport à son siège est notaMement réduite d'importance, sinon complète-10 ment supprimée. La construction de l'invention est à la fois simple et de réalisation peu coûteuse en comparaison des solutions antérieurement utilisées dans le même but, et permet de réduire les opérations d'entretien des soupapes à un degré qu'il était impossible d'atteindre auparavant. 15 Bien entendu, la présente invention.n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes confornes à son esprit. 69 17346 9 2011708 - REVENDICATIONS - 1.- Soupape de sûreté du type comportant ion corps formant un conduit de passage pour un fluide entre un orifice d'entrée et un orifice de décharge non coaxiaux, un siège de soupape 5 placé sur ce conduit de passage entre lesdits orifices d'entrée et de décharge et un clapet de soupape pouvant se déplacer entre line première position en direction de laquelle il est constamment sollicité et pour laquelle il obture ledit siège et empêche le fluide de s'échapper, et une deuxième position pour laquelle il 10 est écarté de son siège et permet ainsi au fluide de s'échapper par l'orifice de décharge de la soupape lorsque la pression de ce fluide dépasse une valeur prédéterminée j cette soupape comportant le perfectionnement consistant en la présence d'une jupe annulaire supportée de façon à suivre les mouvements du clapet et 15 suspendue à celui-ci de façon à coiffer le siège de la soupape au moins lorsque le clapet de celle-ci est sur la première de ses positions précitées, le dispositif de suspension de cette jupe étant tel qu'elle prend me position opératoire oblique par rapport à l'axe du clapet de la soupape en réponse, au moins par-20 tiellement, aux forces exercées par le fluide qui s'échappe lorsque le clapet passe de sa première position sur sa deuxième. 2.- Soupape de sûreté selon la revendication I dans laquelle le dispositif de suspension de la jupe sur le clapet permet à cette jupe de prendre me position opératoire décalée 25 angulairement par rapport à l'axe du clapet dans la mène direction que le décalage axial relatif entre les orifices d'entrée et de décharge du conduit de passage formé par le corps de la soupape. 5.- Soupape de sûreté selon la revendication 2 dans 350 laquelle ledit décalage angulaire est compris entre deux et cinq degrés. 4.- Soupape de sûreté selon la revendication 3 dans laquelle ledit décalage angulaire est inférieur à trois degrés. 5.- Soupape de sûreté selon la revendication 2 dans 35 laquelle le dispositif de suspension de la jupe est agencé de façon à permettre à cette jupé de prendre me position opératoire pour laquelle elle est plus éloignée de l'orifice de décharge du conduit de passage formé par le corps de la soupape .que lors- 69 17346 10 2011708 qu'elle est centrée sur le clapet de celle-ci. 6.- Soupape de sûreté selon la revendication I dans laquelle le déplacement de la jupe de la soupape est égal environ aux quatre pour cent de son rayon. 5 7.- Soupape de sûreté selon la revendication 6 dans laquelle le décalage angulaire de la jupe de la soupape est inférieur à trois degrés. 8.- Soupape de sûreté selon la revendication 5 dont la jupe de clapet est constituée par une collerette dont la forme 10 est tronconique au moins dans sa partie par laquelle elle repose sur une surface tronconique du clapet de la soupape dont les génératrices convergent en un point situé au-dessus du siège de ce clapet.