Brevet FR2027138A1 — publié le 19700925

- 1 - 2027138 Le domaine de la technique auquel se rapporte la présente invention est d'une manière générale celui des soupapes de sûreté et plus particulièrement les soupapes de sûreté du type qui normalement sont maintenues fermées par la force nette agissant 5 sur des surfaces opposées inégales de ces soupapes^ qui sont soumises à la pression du récipient qui doit être décomprimé. Il est courant d'utiliser des soupapes auxiliaires pour faire fonctionner de telles soupapes de sûreté, à la fois pour les faire ouvrir et les faire fermer en modifiant les forces de 10 pression qui sont appliquées à ces surfaces opposées. Dans un premier modèle type, la plus grande des surfaces opposées se trouve dans une chambre de commande qui, comme la petite surface, est reliée au récipient qui doit être décomprimé. Cette chambre est reliée à l'atmosphère par une soupape auxiliaire qui est montée 15 directement sur elle. Cet agencement présente de l'instabilité du fait que le fonctionnement de la soupape auxiliaire qui, d'habitude est une soupape de décompression à clapet , dépend de Ha pression dans la chambre de commande. Cette dernière pression dépend du débit de fluide provenant de la soupape auxiliaire, du débit 20 dans la chambre de commande et de la position ou de l'état de fonctionnement de la soupape principale. La soupape principale ne prend pas de position d'ouverture avant que la pression dans la chambre de commande n'ait été réduite à une valeur prédéterminée. De ce fait, la soupape auxiliaire doit rester à une position 25 d'ouverture stable pendant que la soupape principale se déplac'e. pour commencer à faire décomprimer le système. Cependant, si la pression de la chambre de commande tombe à une faible valeur.en -dessous de la valeur prédéterminée juste avant que ne s'ouvre la soupape principale, cette chute de pression peut faire refermer 30 prématurément la soupape auxiliaire et empêcher la soupape principale de s'ouvrir. Du fait de cette instabilité, il est courant d'utiliser une liaison de commande dérivée entre la soupape auxiliaire et le canal d'entrée de la soupape principale. Une liaison de dérivation 35 de ce type qui se trouve à l'extérieur du corps de la soupape est vulnérable, peut être abîmée, ce qui peut empêcher la soupape principale de fonctionner d'une manière appropriée. Un autre moyen pour stabiliser le fonctionnement de la soupape auxiliaire consiste à utiliser deux de ces soupapes auxi-40 liaires, l'une pour commander l'ouverture de la soupape principale 69 44912 - 2 - 2027138 et l'autre pour commander sa fermeture. Une autre forme connue de soupape de sûreté comporte une soupape auxiliaire qui est montée à distance de la soupape principale, cette soupape auxiliaire étant destinée à commander 5 une soupape - navette ou soupape asservie qui relie à l'atmosphère la chambre de commande. L'éloignement .de la soupape auxiliaire présente non seulement l'inconvénient d'une rupture possible des canalisations de liaison, mais fait également soumettre la soupape auxiliaire aux variations de pression dans les cana-10 lisations de liaison qui sont dues aux conditions de débit du fluide. Certaines soupapes de sûreté à commande auxiliaire existantes présentent un fonctionnement incertain ou lent lorsqu'elles sont utilisées avec des fluides tels que de la vapeur 15 d'eau à basse pression. Ces fluides tendent à se condenser dans la chambre de commande ainsi que dans d'autres éléments avec pour résultat une accumulation de liquide saturé. Ensuite, lorsque la soupape auxiliaire s'ouvre, la chute de pression dans la chambre de commande est influencée par l'"ébullition" lente du liquide 20 saturé (qui dépend de ses caractéristiques thermodynamiques). De ce fait, le régime de la chute de pression dans la chambre de commande en réponse à l'ouverture de la soupape auxiliaire peut être tel que la soupape principale ne s'ouvre pas ou fonctionne très lentement. 25 La présente invention apporte une solution aux problè mes de fonctionnement précédents par l'utilisation d'une seule soupape- de sûreté auxiliaire qui est commandée par l'intermédiaire d'une liaison interne avec l'orifice d«'entrée de la soupape de sûreté principale. Cette liaison de commande agit d'une manière 30 continue,ce qui rend le fonctionnement de la soupape auxiliaire à peu près indépendant du fonctionnement de la soupape principale mais sans qu'il soit nécessaire d'utiliser Une disposition correspondante réside dans l'utilisation 35 d'une soupape - navette sous la commande de la soupape auxiliaire. A l'aide des moyëns décrits ci-dessus, on obtient un fonctionnement stable dans des applications comportant la protection de récipients contenant de la vapeur d'eau à basse pression sans canalisation extérieure de dérivation ou de liaisons de 40 commande auxiliaires. 69 44912 - 3 - 2027138 D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation 5 conforme à l'invention. Sur ces dessins, La Pig. 1 est une coupe d'un mode de réalisation préféré/ rqrésentant les soupapes à leuns positions normales de fermeture. 10 La Pig. 2 est- une coupe partielle à grande échelle, re présentant des détails de la soupape navette, les soupapes étant à leurs positins d'ouverture ou de décompression. Le corps 12 de la soupape principale est constitué par lin élément coulé d'une seule pièce comportant une bride d'entrée 15 14 destinée à être reliée à -un récipient contenant un fluide sous une pression variable, tel que de la vapeur d'eau. Le corps de la soupape comporte également une chambré 16 et une bride de sortie ou d'échappement 18. Un ajutage tubulaire 20 comportant une surface de siège de soupape plane d'une manière générale, est scellé 20 par soudure dans un évidement annulaire d'un bossage qui s'étend dans la chambre 16. De cette manière, un canal d'entrée 22 et un canal de décompression ou de sortie 24 sont formés. Le corps 12 présente un côté ouvert, dans lequel est monté un guide de soupape en forme de manchon 26 muni d'une joue 25 et comportant une surface extérieure cylindrique lisse. Une plaque de dessus ou couvercle 28 est disposé au-dessus de la joue de l'élément 26 et un joint annulaire étanche au fluide est formé avec ce dernier par une bague torique 30. La plaque 28 est maintenue en place sur le corps 12 par des vis 32-. 30 Un élément de soupape indiqué d'une manière générale en 34 comprend un piston 36 et un élément rapporté de soupape 38. Le piston présente un évidement central 39 muni de filets de vis qui est destiné à recevoir une partie de l'élément rapporté de la soupape, qui est également fileté. Dans la position d'assemblage com-35 plet représentée, les filets respectifs des éléments ne sont pas en prise, et l'élément rapporté 38 de la soupape est maintenu par le piston 36,par rapport auquel il peut pivoter pour s'aligner automatiquement sur le siège de/ soupape. L'étanchéité entre ces éléments est assurée par une bague torique annulaire 40. 40 A la position normale de la soupape de sûreté, l'élé- 69 44912 - 4 - 2027138 ment rapporté 38 est appuyé sur l'ajutage 20, de manière à fermer le canal d'entrée 22. Cette position résulte du déséquilibre entre les forces de pression qui agissent sur l'élément 34 de la soupape, et qui s'explique comme suit. L'élément rapporté 38 et 5 le piston 36 présentent des ouvertures forment une liaison 42 entre le canal d'entrée 22 et une chambre de commande 44 formée par le piston 36, le manchon 26 et le couvercle 28. Le diamètre inté-riçur du manchon 26 est plus grand que le diamètre effectif de l'élément rapporté 38 à sa position d'appui. A la position norma-10 le de fermeture, la pression dans la chambre 44 est égale à celle qui règne dans le moyen d'entrée 22, et la force nette appliquée à l'élément 34 de la soupape le maintient à sa position d'appui. La soupape est maintenue en position d'appui pour toutes les pressions jusqu'à ce que l'espace 44 soit relié à l'atmosphère par 15 l'ouverture d'une soupape-navette indiquée d'une manière générale en 46 et qui sera décrite plus complètement ci-après. Une bague annulaire torique^forme un joint étanche au fluide entre le piston 36 et le manchon 26, et agit pour toutes les pressions jusqu'à celle pour laquelle la soupape-navette 46 est ouverte. 20 La soupape-navette 46 est ouverte sous l'action d'une soupape de décompression auxiliaire chargée par un ressort et actionnée par la pression,qui est indiquée d'une manière générale * en 50. Cette soupape présente une foraie classique et est du type conçu pour s'ouvrir brusquement et prendre sa position d'ouver-25 ture à peu près complète lorsque la pression dans son orifice d'entrée 52 atteint une valeur prédéterminée qui correspond à celle pour laquelle la soupape de sûreté principale est destinée à s'ouvrir. Ceci fait soulever -un élément de soupape 54 en l'écartant de son siège et en permettant au fluide provenant de l'orifi-30 ce d'entrée 52 de pénétrer dans une chambre d'échappement 55 qui communique avec l'atmosphère par un orifice de sortie d'échappement 56. Un tube 58 muni d'une joué se loge dans une ouverture centrale fraisée dans la plaque 28 et est scellé par soudure à cette dernière en 60. La soupape 50 est montée au-dessus de l'élé-35 ment 58 et est fixée par des vis à la plaque 28. Le tube 58 s'étend et pénètre dans la chambre de commande 44 puis dans une extrémité du c'anal 42 du piston 36. L'extrémité du tube 58 est disposée à l'intérieur du canal 42 pour toutes les positions de la soupape depuis la position d'ouverture 40 complète représentée sur la Pig. 2 jusqu'à la position de ferme 69 44912 - 5 - 2027138 ture complète qu'on voit sur la Fig. 1. Le diamètre extérieur du tube 58 est tel qu'un jeu annulaire limité 64 est ménagé par rapport à une partie annulaire usinée avec précision 66 et s'étendant vers l'intérieur du piston 36, ce jeu formant un canal d'écoule-5 ment restreint pour le fluide provenant de l'orifice d'entrée 22 et allant à la chambre de commande 44 à la fois pour les positions d'ouverture et de fermeture de la soupape de sûreté principale. Les détails de la soupape-navette 46 sont représentés sur la Fig.- 2. Cette soupape comprend une enveloppe 68 vissée 10 dans un évidement foimé sur la plaque 28 sur le côté qui est tourné vers la chambre de commande 44. Cette enveloppe comporte une extrémité tubulaire dans laquelle se loge un piston 70 et un joint 72 formé par un soufflet métallique. Le soufflet est scellé à une première extrémité sur l'enveloppe 68 et à son autre extrémité sur 15 le piston 70, de façon à former une chambre dilatable 74. Un élément de soupape - navette 76 se loge ,de manière à coulisser,dans l'enveloppe 68 et dans une ouverture du piston 70. Un ressort de compression 78 porte à une première extrémité sur l'enveloppe 68 et à son autre extrémité sur le piston 70 et tend à réduire le 20 volume de la chambre 74 en permettant à l'élément de soupape 76 de s'appuyer sur l'enveloppe 68. Des canaux 80 s'étendent depuis vin évidement central 82 de l'enveloppe jusqu'à un espace annulaire 84 qui communique avec un canal d'échappement 86 foré dans la plaque 28 et qui est relié à l'atmosphère ambiante. 25 La chambre 74 est reliée par un autre canal 88 formé dans la plaque à une ouverture formée dans la joue du tube 58 qui communique avec une ouverture 90 du corps de la soupape auxiliaire 50. L'ouverture 90 est en communication avec la chambre d'échappement 55 de la soupape auxiliaire. 30 La position de la soupape de sûreté décrite plus haut est représentée sur la Fig. 1 pour des conditions de fonctionnement normales. L'élément rapporté 38 de la soupape s'appuie sur l'ajutage 20 du fait que la pression régnant dans la chambre de commande 44 est égale à celle qui existe dans le moyen d'entrée 35 22. Cette pression maintient également l'élément 76 de la soupape-navette contre son siège du fait que la chambre 74 est reliée à l'atmosphère par les ouvertures 88 et 90 et par l'orifice de sortie 56 de la soupape auxiliaire 50. La soupape 50 est complètement fermée et maintient les éléments à leurs positions représentées 40 jusqu'à ce que la pression dans le canal d'entrée 22 atteigne la 69 44912 - 6 - 2027138 valeur de commande pour laquelle la soupape 50 a été réglée. Pour la pression de commande, la soupape 50 prend brusquement sa position d'ouverture complète, d'une manière classique, en permettant au fluide provenant du canal d'entrée 22 de s'écou- t. 5 1er à travers le canal 44 et le tube 58 jusqu'à la chambre d'échappement 55. L'orifice de sortie 56 restreint suffisamment l'écoulement du fluide pour permettre à la pression de ce der-« nier d'augmenter dans la chambre d'échappement 55, cet accroissement de pression étant communiqué à la chambre 74 de la soupa-10 pe-navette. Du fait que la surface effective du piston 70 est très supérieure à celle de l'élément de soupape 76, la soupape-navette s'ouvre et évacue à l'atmosphère le fluide provenant de la chambre de commande 44, par les canaux 80, 84 et 86. Lorsque la pression dans la chambre de commande 44 a 15 été réduite suffisamment, la force qui maintient le piston 36 à sa position de fermeture est surmontée par la pression d'admission et la soupape s'ouvre brusquement en permettant -une communication directe entre le canal d'entrée 22 et l'orifice de sortie de décompression 24. Le piston 36 prend rapidement sa posi-20 tion limite supérieure représentée sur la Pig. 2, suivant laquelle il vient buter contre la plaque 28. Dans cette position, le volume de la chambre de commande 44 est réduit à une valeur mini maie qui est déterminée par la profondeur d'un évidement annulaire 92 formé sur une surface d'extrémité du piston. 25 La soupape principale reste à sa position d'ouverture ou de décompression décrite plus haut pendant que la soupape auxiliaire 50 reste à sa position d'ouverture, cette dernière soupape n'étant à peu près pas influencée par la position de la soupape principale. Ceci est dû au fait que le tube 58 s'étend jus-30 qu'au canal 42 et fait maintenir constamment la pression qui règne à l'orifice d'admission 52 de la soupape auxiliaire à la valeur de celle qui règne dans le canal d'admission 22. Lorsque la pression est réduite dans le canal d'admission 22 à la valeur pour laquelle la soupape auxiliaire 50 est 35 réglée pour se fermer, cette soupape prend rapidement sa position de fermeture complète, d'une manière classique, de sorte que la pression est rapidement réduite dans l'espace 55 à la valeur de la pression atmosphérique ambiante. Ceci fait réduire la pression dans la chambre 74 de la soupape - navette en permettant à cette 40 dernière de se fermer sous la force du ressort 78. La fermeture 69 44912 - 7 - 2027138 de la soupape - navette est facilitée par la pression qui est maintenue dans la chambre de commande 44, pendant que la soupape -navette est ouverte, par le passage du fluide du canal d'entrée 22 à travers le jeu 64. Une fois que la soupape - navette 46 s'est 5 fermée, la pression augmente rapidement dans le volume réduit de la chambre 44 jusqu'à la valeur de celle du canal d'entrée 22, et ceci fait refermer d'une façon à peu près instantanée la soupape . de sûreté principale 38. D'après la description ci-dessus, il convient de noter 10 que la soupape décrite comprend un canal d'écoulement d'un seul tenant allant directement du canal d'entrée 22 à la soupape auxiliaire 52 et qui constitue une liaison très courte et directe protégée complètement de tout dégât possible pouvant se produire dans le cas des soupapes de décompression auxiliaires situées à dis-15 tance. De plus, cette liaison n'est ni restreinte ni commandée par aucun orifice, et les caractéristiques d'écoulement du fluide qui pénètre dans l'orifice d'admission 52 de la soupape auxiliaire ne sont pas influencées par le fonctionnement de la soupape principale. De plus encore, il convient de noter que le canal d'écoule-20 ment 42 est orienté de façon à évacuer tout liquide saturé pouvant se trouver dans la chambre 44 en l'empêchant de s^y accumuler. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de 25 son cadre. 69 44912 - s - 2027138 REVENDICATIONS 1. Soupape de sûreté pour un fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison : un corps de soupape comportant un siège reliant un orifice d'entrée et un orifice de sortie ainsi 5 qu'un manchon aligné sur le siège et dont le diamètre intérieur est plus grand que celui du siège, un élément de soupape pouvant coulisser dans le manchon et formant une chambre de commande, lequel .élément de soupape est traversé par un canal qui relie l'orifice d'entrée et la chambre de commande, une soupape de sûreté auxi-10 liaire actionnée par la pression du. fluide comportant une liaison de commande avec ledit canal et un moyen servant à faire échapper le fluide de ladite chambre de commande. 2. Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape de sûreté auxiliaire est montée sur le corps de 15 la soupape. 3. Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la liaison de commande comprend un tube dont une extrémité débouche à l'intérieur dudit canal. 4. Soupape suivant la revendication 3» caractérisée en 20 ce que le canal présente un jeu permettant une fuite autour du tube. 5. Soupape suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le tube présente une longueur suffisante pour que ladite extrémité se trouve à l'intérieur du canal aux positions de fermeture et d'ouverture de l'élément de la soupape-. ' 6. Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'étanchéité entre l'élément de 'soupape et le manchon est assurée par un joint pour le fluide. 7. Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de soupape comprend un piston et une soupape , pouvant pivoter l'un par rapport à l'autre, afin de s'aligner automatiquement sur le siège. 8. Soupape de sûreté pour un fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison : un corps de soupape comportant un siège reliant un orifice d'entrée et un orifice de sortie ainsi qu'un manchon aligné sur le siège et dont le diamètre intérieur est plus grand que celui du siège, un élément de soupape pouvant coulisser dans le manchon, formant une chambre de commande et comportant un canal reliant l'orifice d'entrée et la chambre de com25 30 35 40 69 44912 - 9 - 2027138 mande, -une soupape - navette actionnée par la pression dû fluide pouvant fonctionner pour faire évacuer le fluide de la chambre , de commande, et une soupape de sûreté auxiliaire actionnée par la pression du fluide comportant une liaison de commande avec ledit 5 canal, une chambre d'échappement comportant un orifice de sortie et une liaison partant de ladite chambre d'échappement faisant fonctionner la soupape -navette. 9. Soupape suivant la revendication 8, caractérisée en ce . que la so.upape de sûreté auxiliaire est montée sur le corps de 10 soupape. 10. Soupape suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la liaison de commande est constituée par un tube dont une extrémité débouche à l'intérieur dudit canal. 11. Soupape suivant la revendication 10, caractérisée en ce 15 que le canal présente un jeu permettant une fuite autour du tube. 12. Soupape suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le tube présente une longueur suffisante pour que ladite extrémité se trouve à l'intérieur dudit canal aux positions de fermeture et d'ouverture de l'élément de soupape. 20 13. Soupape suivant la revendication 8, caractérisée en ce que 1*étanchéité entre l'élément de soupape et le manchon est assurée par un joint pour le fluide. 14. Soupape suivant la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément de soupape comprend un piston et une soupape,pouvant 25 pivoter l'un par rapport à l'autre,afin d'obtenir un alignement automatique avec le siège. 15. Soupape suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la soupape-navette comprend une chambre dilatable qui communique avec ladite liaison de commande. 30 16. Soupape suivant la revendication 15, caractérisée en ce qu'un canal"dréchappement est fermé par une -partie de la soupape-navette.