Brevet FR2000021A1 — publié le 19690829

La présente invention est relative à dés soupapes de sûreté ou de détente pour les canalisations- ou les machines sous pression hydraulique, le terme "machines" englobant toutes les installations comportant une canalisation sous pression hydrauli-5 que ou, habituellement, sous pression d'huile. La présente invention a pour objet de créer une soupape de sûreté ou une soupape de soulagement en cas de surcharge, qui doit être insérée dans les canalisations sous pression hydraulique, et qui comporte une soupape d'échappement automatique fonc-10 tionnant conme soupape pilote pour une soupape de sûreté à piston équilibré, et possédant un dispositif d'absorption des chocs et des vibrations, afin d'éviter les chocs qui seraient susceptibles d'endommager en peu de temps le siège et la surface de soupape, ce dispositif servant à prévenir les battements ou rebonds fâcheux. 15 Suivant la présente invention, cette soupape de sûreté, contrôlée par soupape pilote, est du type à piston équilibré, et elle est construite et insérée dans le système de canalisations sous pression hydraulique, de façon à être maintenue fermée, jusqu'à ce que la pression sur les deux faces soit égale et qu'elle 20 s'ouvre presque instantanément sous l'influence de la pression hydraulique, chaque fois que, par suite de l'ouverture de la soupape pilote, la valeur de la pression aval (c'est-à-dire de la pression du liquide sur la face arrière du piston de la soupape), tombe sensiblement en dessous de la valeur de la pression amont. 25 Lorsque cette soupape pilote se ferme, en raison d'une réduction sensible de la pression de retenue sur la soupape de sûreté à piston équilibré, la soupape de sûreté se ferme également en raison du rétablissement de la pression de retenue. Cependant, afin d'obtenir un fonctionnement régulier et d'éviter les chocs 30 et les battements de la soupape de sûreté à piston équilibré, on a muni cette soupape d'un dispositif d'absorption des chocs et des vibrations. * Suivant une forme de réalisation préférée de la présente invention, un plongeur d'amortissement des chocs et des vibrations 35 est attaché au piston de la soupape de sûreté, à une certaine distance de la face amont du piston de la soupape. Ce plongeur coulisse librement, sans guidage étanche, dans une chambre ou dans un cylindre qui est plein de liquide, le tout étant construit de façon à permettre, pendant ce coulissement du plongeur, un écou-40 lement étranglé du fluide de chaque côté du plongeur à l'autre* 69 00023 2000021 Evidemment, cet écoulement étranglé peut être obtenu soit en ménageant des rainures ou rayures longitudinales le long de la périphérie du plongeur et/ou des parois du cylindre, ou également en ménageant des passages à écoulement étranglé dans le 5 plongeur, ou encore de petits conduits latéraux dans le cylindre, qui s'ouvrent aux deux extrémités, au delà des positions occupées par les faces du plongeur aux extrémités de sa course. Ces passages et/ou ces conduits à écoulement étranglé peuvent être également munis de petites soupapes automatiques, afin d'accroître ou 10 de réduire l'étranglement de l'écoulement dans une direction ou dans les deux directions. Suivant une forme de réalisation préférée de la présente invention, laquelle est montrée sur le dessin annexé, la soupape de sûreté est une soupape différentielle à piston en forme de ver-15 re à pied, qui est montée dans un cylindre et munie d'un passage étranglé qui met en communication des eûarsbres situées sur les deux faces du piston. Un plongeur d'amortissement du mouvement est suspendu au piston de la soupape de sûreté, ce plongeur cou- -lissant dans un cylindre rempli de liquide, et des moyens étant 20 prévus pour permettre un écoulement étranglé du liquide à travers ce plongeur. Cette soupape de sûreté est commandée par une soupape pilote, qui s'ouvre à chaque fois que des limites de pression de sécurité sont dépassées, et qui détermine de la sorte l'évacuation d'une certaine quantité de liquide de la chambre de 25 la soupape de sûreté adjacente, et permet ainsi l'ouverture de cette soupape, par suite de la pression du liquide sur la face opposée de la soupape de sûreté. Dans cette forme de réalisation préférée, la soupape de sûreté avec le plongeur qui lui est attaché, ainsi que les cylin-30 dres dans lesquels ces organes sont montés à glissement, ainsi que la soupape pilote, constituent ensemble un groupe unique susceptible d'être monté, par exemple par simple vissage, dans un organe-support ou bloc qui contient une partie du circuit hydraulique. 35 Une forme de réalisation préférée de la soupape de sûreté, comportant une soupape pilote automatique, va être décrite ci-après, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé. Dans ce dessin, la figure unique montre une coupe longitudinale par un plan diamétral, à travers une partie d'un 40 bloc-support, dans lequel est monté un groupe à soupape de 69 00023 3 2000021 sûreté. Sur le dessin, 1 désigne le corps cylindrique de la soupape de sûreté. Ce corps de soupape comporte une chambre cylindrique ou un cylindre intermédiaire 2, ainsi qu'une chambre 5 supérieure à fond fraisé 3, séparée de ce cylindre par une cloison 55 présentant un perçage 4 et un siège de soupape conique 5 . Dans la chambre supérieure 3, est montée .une soupape pilote à pointeau 6 présentant une tige 7 ; cette soupape est poussée contre le siège conique 5 par un ressort hélicoïdal cali-10 bré 8, comprimé entre une collerette, de butée sur la tige 7 et un bouchon fileté 9 qui constitue l'organe de fermeture de cette chambre, et qui sert également d'organe pour régler la pression du ressort 8. La soupape 6 est montée de façon à pouvoir s'écarter de son siège 5, lorsque la pression dans le cylindre 2 dépasse 15 un maximum prédéterminé, ce maximum pouvant être réglé aussi en vissant plus ou moins le bouchon 9 ; de la sorte, est constituée une soupape de sûreté primaire, qui, ainsi qu'on le verra plus loin, sert de soupape pilote déterminant l'ouverture de la soupape de sûreté disposée en dessous, en déterminant son ouverture et en 20 provoquant la sortie d'une certaine quantité de liquide sous pression de la chambre de soupape adjacente, à travers des orifices de sortie 24, 124, et cette soupape permet la fermeture de la soupape de sûreté ouverte, lorsqu'elle est elle-même fermée, dès que la pression du liquide s'abaiss'e en dessous d'une limite 25 prédéterminée. La chambre intermédiaire cylindrique 2, qui constitue le. cylindre pour la soupape de sûreté, constitue la section interne (la section supérieure sur le dessin) d'un alésage borgne 22, dont le fond est constitué par la cloison 55. Dans la section à 30 extrémité ouverte de cet alésage 22, est monté serré un manchon cylindrique 14 qui est maintenu à sa position finale, en butant contre une bague élastique d'arrêt .12. Ainsi, le manchon 14 diminue le diamètre de la section extrême du fond du cylindre 2, ainsi que la surface active de la face de fond 110 du piston 10, 35 lorsque celui-ci'porte contre le bord interne formant un siège 15 de ce manchon 14, en sorte que le piston fonctionne en soupape équilibrée à piston différentiel, qui ferme ou ouvre les larges orifices de sortie 23, 123, dans le corps 1. Le piston 10 a la forme d'un verre à pied, et il est 40 maintenu, habituellement, dans la position de fermeture, où il est 69 00023 4 2000021 appliqué contre le bord 15 du manchon 14 par un ressort 11 inséré entre l'intérieur du fond du verre et la cloison 55. Au-dessus du bord 15 du manchon 14, des orifices de sortie 23, 123, sont percés à travers le corps de soupape 1. 5 Un canal 17, 18, à travers le fond du piston 110 et à travers le pied 16, met en communication les chambres situées sur les deux faces du piston 10 et permet un écoulement étranglé du liquide. La chambre cylindrique 19, entourée par le manchon 14, 10 constitue un absorbeur de chocs ou un cylindre amortisseur, dans lequel un plongeur amortisseur de mouvement 13, réuni par le pied 16 au fond 110 de la soupape de sûreté à piston principal, est monté à glissement, de façon à se déplacer solidairement avec le piston de soupape de sûreté 10. Le plongeur 13, en glissant, 15 détermine un écoulement étranglé du liquide à travers ce piston. Ceci est obtenu, de préférence, en entaillant dans la périphérie du plongeur 13, une ou plusieurs rainures longitudinales 30, qui s'étendent le long de l'épaisseur totale du plongeur. Dans les parois de la chambre cylindrique 14, et dans une position inter-20 médiaire entre le fond 110 de la soupape à piston et le plongeur 13, des orifices radiaux 20-120 et 21-121 d'entrée, sont ménagés à travers les parois cylindriques adjacentes du corps 1 et du manchon 14. Les pièces décrites ci-dessus, sont enfermées dans le 25 corps cylindrique 1, qui est ouvert à son extrémité de fond, en correspondance avec le plongeur d'amortissement 13. L'ensemble forme un groupe de soupapes de sécurité qui est inséré dans un alésage borgne 31 d'un organe de support ou bloc K, qui fait partie de la canalisation sous pression hydraulique. Le corps 1 est 30 monté dans l'alésage 31, par vissage de la section filetée 25 dans une section taraudée correspondante de ce forage. Une tête 28 qui est, par exemple, hexagonale, rend faciles le vissage et le dévissage du groupe de soupapes de sécurité. Lorsque ce groupe est monté dans l'alésage 31, le fond de cet alésage borgne ferme 35 l'extrémité de base de l'ensemble, en complétant ainsi le cylindre du plongeur. Dans la paroi cylindrique de l'alésage 31, est ménagé un large canal annulaire S, qui s'étend au delà dès orifices de sortie 24-124 et 23-123. Dans ce canal annulaire, s'ouvre le 40 perçage radial SI réuni à une conduite conventionnelle de décharge 69 00023 5 2000021 de liquide (non représentée) . Le montage étanche au fluide du groupe dans l'alésage 31 du bloc K, est assuré par des joints annulaires 26, 27 et 32. Le bloc K peut constituer une partie de la canalisation hydraulique, dans laquelle est montée la soupape 5 de sûreté. Un autre canal annulaire ou une autre rainure annulaire H est ménagé dans la paroi cylindrique de l'alésage 31, en correspondance avec les orifices 20-120 et 21-121 de l'ensemble qui y est inséré. Dans ce canal annulaire, s'ouvre l'extrémité d'une 10 conduite conventionnelle Ml d'alimentation en fluide. Le fonctionnement de la soupape de sécurité décrite ci-dessus, est le suivant : Le liquide amené par Ml remplit la chambre de soupape à piston 22 et, à travers les conduits étranglés 18 et 17, également 15 la chambre aval 2. En même temps, une certaine quantité de liquide suinte à travers la rainure 30, dans la partie de fond du cylindre 29 de l'amortisseur. Tant que la soupape pilote 6 à pointeau demeure fermée, la soupape 10 de sûreté à piston équilibré, poussée contre son siège 15 par la pression liquide sur sa 20 face supérieure et par le ressort 11, demeure fermée, c'est-à-dire que le fond 110 repose contre le siège 15. Lorsque la pression du liquide dans la chambre 2 dépasse la valeur de sécurité, la soupape pilote 6 s'ouvre, et une certaine quantité de liquide sous pression passe à travers le perçage 4 25 de la chambre 2 dans la chambre 3 de la soupape à pointeau, d'où il est déchargé par les orifices de sortie 24. De la sorte, en raison de la diminution de la pression du liquide au-dessus du piston 10, ce piston est poussé vers le haut par la pression hydraulique, de façon à découvrir les grands orifices 23-123 et à 30 permettre une évacuation importante du liquide sous pression hors du système, à travers l'ouverture SI. Lorsque, après cette sortie, la pression du liquide tombe en dessous de la valeur de sécurité, la soupape piloté 6 peut se fermer', de sorte que la pression de liquide et la pres-35 sion du ressort îl. ramènent la soupape de sûreté 10 à sa position de fermeture. Les mouvements d'ouverture et de fermeture de la soupape de sûreté 10 sont amortis par le plongeur d'amortissement 13 qui y est attaché, en sorte que sa fermeture, en particulier, 40 s'effectue d'une manière très douce. 69 00023 6 2000021 Diverses variantes constructives peuvent être apportées au groupe ci-dessus décrit d'une soupape de sûreté commandée par soupape pilote, tout en demeurant dans le cadre de l'invention. 5 - REVENDICATIONS - 1. Soupape de sûreté pour canalisations sous pression hydraulique, du type comprenant un corps de soupape à piston, présentant un canal d'entrée et un canal de sortie, une soupape de sûreté à piston, montée dans ce corps et déterminant deux cham-10 bres séparées, à savoir, une chambre de pression amont délimitée par la face frontale du piston et communiquant directement avec le conduit d'entrée et une chambre aval ou chambre à pression de retenue, qui communique avec la chambre amont ou chambre antérieure à travers des passages étranglés, des conduits à écoulement 15 étranglé permettant au liquide de s'écouler lentement de l'une de ces chambres dans l'autre, des moyens pour maintenir fermée la soupape de sûreté tant que la pression du liquide est égale dans ces deux chambres séparées, et une soupape pilote automatique qui est ouverte par la pression du liquide dans cette chambre aval à 20 pression de retenue, lorsque sa valeur dépasse la valeur limite qui est considérée, comme limite de sécurité, après quoi, la soupape de sûreté à piston est d'abord entièrement ouverte d'une façon instantanée, par la pression momentanément prépondérante sur sa face amont en raison de la réduction automatique de la pression 25 de retenue aval, réduction déterminée par l'ouverture de la soupape pilote, et ensuite, après la fermeture automatique de la soupape pilote, la pression aval ou de retenue est rétablie et la soupape de retenue est de nouveau fermée, des moyens étant reliés à cette soupape de sûreté, afin d'amortir son mouvement, de façon 30 à prévenir les chocs et les vibrations. 2. Soupape suivant 1, caractérisée par le fait que les moyens pour maintenir fermée la soupape de sûreté chaque fois que la pression du liquide est égale sur les deux faces de la soupape de sûreté à piston, sont constitués par des ressorts. 35 3. Soupape de sûreté suivant 1, caractérisée par le fait qu'elle est du type à piston différentiel, la face aval du piston étant plus grande que sa face amont. 4. Soupape de sûreté suivant 1 et 3, caractérisée par le fait que des ressorts sont prévus pour pousser en outre la 40 soupape vers la position de fermeture. 69 00023 7 2000021 5 . Soupape de sûreté suivant 3 ou -4, caractérisée par le fait qu'elle comporte un piston différentiel en forme de verre à boire, la face amont du piston correspondant au cSté convexe du fond du verre . la paroi périphérique du piston en forme de verre 5 à boire, étant montée à glissement dans un cylindre, et le fond de ce piston en forme de verre à boire, butant, d'une manière sensiblement étanche, contre le bord d'un alésage cylindrique dont la section transversale est inférieure à celle du cylindre dans lequel coulisse la soupape en forme de verre à boire. 10 6. Soupape de sûreté suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le dispositif pour amortir le mouvement de la soupape de sûreté comporte un plongeur glissant sans guidage étanche dans un cylindre rempli de liquide et constituant un prolongement du cylindre de soupape de sûreté, 15 et des moyens pour réunir ce plongeur à l'extrémité amont de la soupape à piston, afin de se déplacer solidairement avec lui et â' amortir son mouvement. 7. Soupape suivant 6, caractérisée par le fait que des alésages à écoulement étranglé s'étendent à travers le plongeur 20 et qu'une tige rigide relie la face amont de la soupape- à piston de sécurité au plongeur d'amortissement du mouvement. 3. Soupape suivant 6 ou 7, caractérisée par le fait que l'ajustage sans étanchéité du plongeur d'amortissement dans son cylindre, est obtenu en prévoyant sur la paroi périphérique 25 du plongeur, des zones espacées par rapport aux parois correspondantes du cylindre, et s'étendant le long de toute la hauteur du plongeur. 9. Soupape suivant S, caractérisée par le fait que les zones espacées de la. paroi du plongeur, ont la forme de rainures 30 qui s'étendent le long de la paroi périphérique du plongeur. 10. Soupape suivant 6 à 9, caractérisée par le fait que le plongeur est monté à glissement dans une chambre ou dans un cylindre qui présente des conduits longitudinaux à écoulement étranglé débouchant dans ce cylindre, de part et d'autre du 35 plongeur. 11. Soupape suivant 6 à 10, caractérisée par le fait que lés conduits à! écoulement* étranglé, ménagés dans la chambre cylindrique, débouchent dans cette chambre de part et d'autre du plongeur* quelle que soit la position de celui-ci. 40 12. Soupape suivant l'une des revendications 69 00023 8 2000021 précédentes, caractérisée par le fait que la soupape pilote est une soupape à pointeau montée dans une chambre réunie à la canalisation de décharge du liquide, cette soupape à pointeau étant poussée par un ressort dans sa position de fermeture, et suscepti-5 ble d'être ouverte par la pression du liquide qui dépasse la pression de sécurité dans la canalisation à pression hydraulique, dans laquelle la soupape est insérée, en sorte que la soupape de sûreté et la soupape pilote, le plongeur amortisseur et les cylindres ou le corps de soupape, constituent un groupe unique présen-10 tant des orifices les reliant à la canalisation sous pression d'un système hydraulique, des moyens étant également prévus pour relier ce groupe à un organe de support et de liaison qui fait partie intégrante du système hydraulique. 13. Soupape suivant 12, caractérisée par le fait que 15 l'organe qui fait partie intégrante du système hydraulique, est un bloc présentant un alésage borgne cylindrique, en partie taraudé, dans lequel sont prévus des conduits qui correspondent aux orifices de la soupape de sûreté, lorsque le bloc est entièrement vissé dans sa position de fonctionnement. 20 14.. Soupape de sûreté pour canalisations sous pression hydraulique, caractérisée par le fait qu'elle comporte une soupape à piston en forme de verre à boire, montée à ajustage serré dans une chambre allongée de forme correspondante, dite premier cylindre, ce cylindre étant fermé à l'une de ses extrémités par 25 un fond présentant un perçage formant siège d'une soupape pilote automatique soumise à l'action d'un ressort, un manchon est inséré dans une section de l'extrémité ouverte de ce premier cylindre, de façon à former un second cylindre coaxial qui possède un diamètre inférieur à celui du premier cylindre, et qui forme, par 30 son bord interne, un siège de soupape, contre lequel le fond fermé ou face amont du piston en forme de verre à boire, peut porter de façon sensiblement étanche, un plongeur d'amortissement de mouvement attaché rigidement au piston en forme de verre, à une certaine distance de son fond, et glissant à l'intérieur de la section 35 terminale externe dudit manchon, des passages qui permettent l'écoulement étranglé de liquide à travers le plongeur., une chambre d'entrée de fluide prévue entre le fond de la soupape de sûreté en forme de verre à boire et la face du plongeur, un conduit s'ouvrant dans cette chambre d'entrée de fluide et un conduit de 40 fluide permettant au fluide de s'écouler entre les chambres si 69 00023 9 2000021 tuées sur les deux faces du pistoc en forma de verre à boire, et des conduits de sortie qui mettent en communication la sortie de la soupape avec un large conduit de décharge qui communique avec des orifices dans le corps de la soupape de sûreté, lesquels sont 5 découverts dans la position d'ouverture de la soupape de sûreté, le tout étant agencé de telle façon que, lorsque la soupape pilote s'ouvre, et que la pression de retenue du fluide contre la face aval du piston en forme de verre est réduite, cette soupape à piston est déplacée, par la pression du fluide s'exerçant sur sa face 10 amont, jusqu'à sa position complètement ouverte, dans laquelle le conduit d'alimentation en fluide sous pression communique directement avec le conduit de décharge de fluide, jusqu'à ce que cette soupape de contrôle soit de nouveau fermée par la pression du ressort, et que la soupape de sûreté soit de nouveau amenée à sa 15 position de fermeture, les mouvements de la soupape de sûreté étant amortis par le plongeur d'amortissement attaché à la soupape. 15 . Soupape de sûreté pour les canalisations sous pression hydraulique, caractérisée par le fait qu'elle comporte 20 une soupape de sûreté du type à piston, un amortisseur attaché au piston de cette dernière, et une soupape pilote automatique commandée par la pression du liquide, et qui détermine, par son ouverture, l'ouverture complète presqu'instantanée de la soupape de sûreté, et un corps qui entoure cette soupape de sûreté avec son 25 amortisseur associé, et la soupape pilote formant un ensemble unique, et des moyens pour monter cet ensemble dans la canalisation sous pression, en le vissant dans un alésage borgne d'un bloc présentant des raccords avec les canalisations sous pression d'un système hydraulique.