Brevet FR2028985A1 — publié le 19701016

- 1 - 2028985 Il est extrêmement avantageras dans les installations utilisées pour les gaz liquéfiés d'associer des clapets de retenue à des robinets d'arrêt réglant le débit du gaz provenant d'une source de gaz liquéfié sous pression, à travers -une ouver-5 ture unique d'un réservoir ou à travers un conduit de telle sorte » que s'il se produit une rupture au-delà du clapet de retenue, le fluide cesse de s'écouler jusqu'à ce que les conditions dangereuses aient été corrigées. On a utilisé jusqu'à présent des clapets s'opposant à 10 des débits excessifs pour protéger de tels systèmes, en les montant en particulier sur des conduits d'évacuation. Cependant, pour agir le clapet doit normalement être ouvert pour permettre des débits normaux en fonctionnement;mais cependant l'ouverture d'écoulement présentée par le clapet doit être très inférieure à la capa-15 cité d'écoulement totale du conduit qui est protégé, ce qui demande tm clapet à deux positions, à savoir une position d'ouverture et une position de fermeture pour obtenir un fonctionnement acceptable. cLix Par suite /faible débit en service, le conduit est en général plus petit d'une manière correspondante du fait que de plus gros con-20 duits présenteraient des dimensions trop élevées en pratique. D'autre part, si le conduit de petites dimensions est extrêmement long ,1e frottement dû à l'écoulement réduit sa sensibilité à des conditions de débit excessif,, De plus, la présence d'un tel clapet à deux positions dans un conduit limite les possibilités d'uti- 0/"V*©C 25 lisation du conduit j un écoulement dans un seul sens et par suite oblige à prévoir un second conduit de grandes dimensions permettent un écoulement en sens opposé. Ce dernier conduit est alo.rs^jytégé par un clapet s'opposant au reflux. Le clapet de retenue/vis-à-vis du reflux empêche,bien entendu,d'utiliser le gros conduit comme 30 conduit de service normal. De plus, on éprouve des difficultés avec les dégâts qui sont dus à des coups semblables à des coups de mar-dTeau teau/subis par les clapets dont le poids est accru e>t qui peuvent être utilisés comme clapets s'opposant à tout excès de débit et qui sont équipés de manière à remplir plusieurs fonctions. 35 Dans la présente invention, on utilise un clapet qui peut être monté sur l'extrémité dirigée vers un réservoir d'un corps de robinet, tel qu'un robinet d'arrêt à commande manuelle, et qui présente une grande sensibilité et une grande précision à la fois c omme clapet s'opposant à tout excès de débit pour un conduit d'éva-40 cuation de grandes dimensions, et comme clapet de retenue s'oppo- 02345 2028985 - 2 - sant au reflux lorsque le conduit est utilisé pour des opérations de remplissage. De c.e fait, l'évacuation et le remplissage peuvent s'effectuer avec une efficacité et une sécurité maximales à l'aide d'une seule ouverture et d'un robinet d'arrêt dans un système de distribution d'un gaz liquéfié, et au-delà du robinet d'arrêt les conduits qui sont destinés aux utilisations différentes peuvent présenter n'importe quelles dimensions appropriées. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à une combinaison perfectionnée d'agencement de clapet de remplissage s'opposant à tout débit excessif,qui peut être montée sur divers types de corps de robinets afin d'utiliser un siège qui, de^ préférence, est prévu sur le corps du clapet ou est supporté par ce dernier afin d'amortir la plus grande partie de l'effet de coup brusqu^des éléments mobiles du clapet lorsqu'il fonctionne et dont la partie restante est disposée à distance du siège du clapet. En conséquence, la présente invention se rapporte à un clapet s' opposant à tout excès de débit,qui est supporté perpendiculairement au siège et qui se ferme et fonctionne d'une manière constante toutes les fois qu'il e.st monté sur un raccord mâle de support d'un raccord complet, d'un demi-raccord ou d'un raccord de moindre longueur porté par un réservoir qui sert à distribuer des gaz comprimés. La présente invention se .rapporte également à un clapet s'opposant à tout débit de sortie excessif, qui peut être utilisé dans un conduit de remplissage et qui comporte -un conduit complètement ouvert au-dessus de l'élément du clapet lorsque ce dernier est enfoncé afin de dégager des ouvertures latérales formées sur le conduit. La présente invention a également pour but de fournir un clapet de retenue s'opposant à tout reflux, qui est largement ouvert pour des opérations de remplissage et qui sert d'une manière constante, à une autre position prédéterminée du clapet s'op-posant à tout excès de débit,pour des opérations de distribution. La présente invention est caractérisée de plus comme servant à s'opposer à tout excès de débit, avec une précision poussée et d'une manière constante pour une évacuation restreinte d'une phase vapeur tout en permettant un débit complet pour des opérations de remplissage avec une phase liquide. La présente invention est également caractérisée par le fait qu'elle se rapporte à un clapet bidirectionnel présentant des 70 02345 2Û2696d caractéristiques d'écoulement différentes, de construction et de montage simples et qui peut être adapté facilement à être installé et utilisé avec d'autres robinets et d'autres raccords, suivant l'une de deux orientations disposées axialement. 5 D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, ,mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. 10 Sur ce dessin, La Fig. 1 est une vue en coupe à travers un robinet d'arrêt à commande manuelle muni de raccords de distribution et de remplissage représentés sciiématiquement dans un seul plan pour mieux faire comprendre l'invention, la forme préférée du clapet 15 de retenue étant montée en place sur ce robinet, le clapet étant représenté à sa position normale d'alerte, dans des conditions de travail normales. La Pig. 2 est une coupe d'une partie de l'agencement représenté sur la Fig. 1 » représentant le clapet à sa position 20 permettant un débit complet de remplissage ; et La Pig. 3 est une coupe semblable à celle de la Pig. 2, représentant le clapet à sa position de fermeture d'évacuation ou position s'opposant à tout écoulement de sortie. ^ C@xXS**|OX Sur le dessin, et en se reportant a la Pig. 1,/ re- - 25 présente un réservoir servant à emmagasiner un gaz liquéfié, en 11, ce réservoir comportant une ouverture 12 formée à son sommet afin de recevoir un raccord taraudé 14 qui y est fixé par exemple d'une manière étanche par une soudure 15. Un robinet d'arrêt à commande manuelle 16 est vissé par sa base 17 dans le raccord afin 30 de fermer ladite ouverture. Le raccord représenté est un demi-raccord. On peut utiliser d'autres longueurs de raccord. Le robinet d'arrêt comprend un corps 18 traversé par un canal 20 en forme d'Y1,qui présente une capacité particulière de débit à travers une ouverture restreinte 21 qui forme de 35 préférence la gorge d'une section de venturi 19 du canal et qui est disposée essentiellement à l'intérieur des limites protégées par le raccord 14, laquelle ouverture, afin de permettre des comparaisons ultérieures»peut être considérée comme étant une ouverture d'un diamètre approximatif de 23,8mm. Une ouverture ou ori-40 fice 22 munie d'un cordon en relief-23 est représenté à l'extré mité supérieure de la "branche 20L du canal 20 qui est fermée par un disque 24, servant de siège,commandé par une tige de robinet 25 vissée dans un chapeau 26 et pouvant se déplacer entre sa position de fermeture, représentée en traits pleins, et sa position d'ouverture qui est représentée en pointillé en 29. Une poignée 27 permet de faire tourner la tige du robinet et -une garniture 28 à chevrons maintenue par un écrou de presse-étoupe 30 assure son étanchéité. ' - Sur Hé côté robinet de l'orifice 22, le canal 20 se divise en un canal d'évacuation 20E passant par un bossage taraudé 31 recevant une canalisation de service 32 et tua orifice de sortie qui reçoit- soit une fermeture (non représentée) de-protection contre les intempéries, soit une canalisation de remplissage 33 munie d'un ajutage 34 maintenu en place par un raccord 39 fixé à l'aide de filets Acmé 35 et qui est rendu étanche par ine rondelle comprimée 36. Toutes les foi§4ue le robinet 24 est ouvert, le fluide peut s'écouler dans l'un et l'autre sens par l'orifice 22 du canal de remplissage 20F dans le réservoir, ou hors de ce (fernier par la canalisation de service 32, ou à travers les deux canaux/fcendant une brève opération de remplissage, si les deux écoulements se produisent ensemble, et on va montrer maintenant qu'un clapet s'opposant à tout débit excessif se ferme s'il se produit une rupture dans la canalisation de remplissage ou si le débit de sortie du réservoir est excessif. L'extrémité inférieure du robinet d'arrêt est fraisée en 139 afin de former un siège solidaire 37 et un épaulement 38, qui ne demande aucun joint d'étanchéité intérieur. La paroi du fraisage est taraudée en 40 afin de recevoir et supporter un ensemble 41 de clapet s'opposant à tout débit excessif, lequel comprend un corps de retenue 42 en forme de cuvette présentant des ouvertures latérales 47 et un alésage axial 49. Un manchon d'espacement 66 comporte une partie cylindrique qui est montée de manière à coulisser dans l'alésage axial 49 ét une bride ' 67 qui limite. _ son mouvement de montée. Une tige 43 peut se déplacer d'un mouvement de va-et-vient axial dans le manchon et elle est maintenue à une première limite de son mouvement par un ressort 45 disposé entrç&a. byidë 67 et une tête hexagonale 62 formée à son extrémité inférieure. La tige 43 porte le disque 44 du clapet qui est soudé sur son extrémité supérieure, comme on le voit en 55 et qui normalement est maintenu par le ressort 45 et la tige 70 02345 - 5 - 2028985 43 à une position de repos intermédiaire ou position d'équilibre, le disque 44 reposant sur l'extrémité supérieure du manchon. Le ressort.45 cède lorsque le disque et la tige se déplacent ensemble vers le haut sous l'action d'un débit excessif d'évacuation du 5 fluide et un second ressort 46 vient en prise avec le disque à sa position de repos mais peut céder afin de permettre au disque de se déplacer sur la tige vers le bas sous l'action du fluide de remplissage. Les ouvertures 47 sont formées en fraisant le fond et les côtés opposés cë la cuvette, suivant des cordes et 10 jusqu'à une profondeur qui est égale à environ les 2/3 du rayon de la cuvette, de sorte que les ouvertures débouchent axialement aussi bien que latéralement. Plus particulièrement, le corps de retenue comporte une partie cylindrique 48 à son sommet,qui est filetée extérieurement 15 en 50 afin de se visser sur les filets 40, et dont le bord de la lèvre vient en contact avec l'épaulement 38. Les bords 51 des ouvertures 47 sont disposés suffisamment bas pour être à l'écart de l'extrémité inférieure de la base 17, le diamètre intérieur de la partie cylindrique étant plus grand que le diamètre du siège 20 37 du clapet afin de ménager un jeu suffisant pour que le disque 44 puisse coulisser et venir en prise avec le siège et se fermer contre ce dernier en se déplaçant vers le haut. Lorsque le disque est fermé, une ouverture de fuite 52 qui le traverse permet d'équilibrer progressivement les pressions sur ses deux côtés. 25 Le disque 44 du clapet présente un contour sphérique for mant un évidement concave 53 sur sa face inférieure, lequel coopère avec la paroi inférieure 54 du corps de retenue 42 pour former une cavité logeant le ressort conique 46 lorsqu'il est complètement comprimé au moment où le disque du clapet dêscend 30 sous l'action du fluide qui arrive et de telle sorte que le bord du disque vient de préférence, en contact . avec l'intérieur du fond du corps de retenue. De cette manière, le disque, la tige et le manchon du clapet peuvent coulisser pendant les opérations de remplissage jusqu'à une position d'ouverture complète, la partie du 35 conduit se trouvant au-dessus du clapet étant complètement dégagée de tous les éléments de ce dernier afin de permettre -un débit total. Le ressort 45 "s'écrase lorsqué le disque et la/se déplacent vers le haut sous l'action du fluide évacué , comme on le voit sur la Pig. 3 où le disque est appuyé contre le siège 31 du clapet» 02345 - 6 - 202898b lorsque le clapet se ferme, il peut le faire en passant de la position de grande ouverture qu'on voit sur 'la Pig. 2 ou de la position d'équilibre qu'on voit sur la Pig. 1. Il est très :care que la fermeture s'effectue depuis la position de remplissage qu'on voit sur la Pig. 3 , à moins que le tuyau souple de remplissage qui est associé au mamelon 34 n'éclate ou ne soit sévèrement coupé. La plupart des fermetures s'effectuent en partant de la position qu'on voit sur la Pig. 1. 'Dans des conditions de débit excessif, le clapet se ferme , dans les deux cas,d'une manière brusque, en projetant l'arbre 43 et tous les éléments qui sont portés par ce dernier avec une I force produisant un coup semblable à celui d'un marteau sur tout élément qui sert de butée. La force de la tige et du clapet qui se ferme en partant de .l'une et l'autre positions est répartie sur la grande surface du siège principal du clapet qui en général est en laiton, le disque 44 étant en acier. Dans les cas où la fermeture s'effectue depuis une position d'ouverture complète, la force possible du coup est la plus grande mais elle est divisée et absorbée en deux endroits. La force du manchon et du ressort est transmise par la bridq^7 à la partie inférieure du corps de retenue 42. A l'aide de cet agencement, le corps de retenue peut être réalisé en un métal facilement usiné tel que de l'aluminium, la tige 43 du clapet en une barre brute d'acier doux, le manchon 66 en un tube cylindrique découpé et évasé à une première extrémité pour former la bride 67,et le disque peut être en tôle d'acier estampée. Bien qu'il convienne de se rendre compte que le disque 44 peut être vissé ou fixé par rétreint sur l'extrémité supérieure de la tige 43, il est possible de \le rendre solidaire sur place par soudage au chalumeau ou à l'arc. On peut choisir une gamme étendue de forces pour le ressort 45 pour des installations et des débits différents . Le ressort conique ne doit supporter que le poids du clapet 44, de la tige 43 du manchon 66 et du ressort 45 et de ce fait il peut être standardisé pour faciliter les approvisionnements ; non seulement il est léger mais il permet encore une orientation universelle du clapet. A titre d'exemple, et sans aucune limitation, les proportions relatives des divers éléments peuvent être mieux comprises pour un clapet comportant un disque 44 d'un diamètre de 25,4mm p présentant me surface de 506 mm . La surface d'ouverture de l'ori- ) 2 3 4 5 - 7 - v 2 r ' fice 21 du clapet est de 443 mm î la surface de- !•'ouverture infé- rieure du raccord 14 est de 1140 mm et" la surface d'écoulement à travers les ouvertures 47 qui sont disposées au - dessus du dis- 2 que 44,à sa position de repos, asb de 395mm . De ce fait, lorsqu'une p pression s'exerce sur la • surface de 506 mm du disque du clapet, . . une surface et qu'un débit se produit à travers/de 395mm^ pour que le.fluide 2 pénètre dans une chambre entre une surface de clapet de 506 mm 2 un orifiao d'une surface de 443 mm , ces valeurs étant constantes dans toute installation, il reste seulement à déterminer la chute de pression de part et d'autre du disque du clapet qui serait considérée comme critique ou peu sûre et à choisir ensuite un ressort 45 dont la force lui permet de céder à cette pression. Ensuite, une fois que le clapet commence à se fermer, la surface critique (395mm ) est réduite et la différence de pression augmente rapidement afin de surmonter complètement la force du ressort et elle/ l^brmer brusquement le clapet. les différences de pression comprises entre 0,84 et 0,91 bars sont en général prévues, et avec la présente invention, le fonctionnement du clapet est constant pour toutes les installations du fait que la totalité des surfaces qui se trouvent sur les deux côtés du clapet sont complètement exposées à l'écoulement du gaz. Ceci est vrai même lorsque le clapet est logé dans un conduit dont le diamètre n'est supérieur que de 1/3 par rapport au diamètre du disque du clapet. Dans l'exemple donné ci-dessus, l'espacement du disque du clapet p'ar rapport à sa position la plus basse permet non seulement au disque de se fermer constamment,qu'il soit monté dans un raccord complet, un demi-raccord un raccord de longueur moindre, mais cet esp acement devient nul au cours des opérations de remplissage pour permettre un débit de remplissage maximal en liquide ou en gaz. Après ainsi avoir décrit un mode de réalisation préféré de l'invention, les relations qui existent entre ces éléments et leur fonctionnement, il est facile de se rendre compte que les buts de la présente invention sont atteints et que d'autres variantes peuvent être réalisées, consistant par exemple à rendre le siège du clapet solidaire du corps de retenue et à faire varier la hauteur radiale des découpes effectuées suivant les cordes dans le corps de retenue pour former les fenêtres et également à faire varier la hauteur du disque de clapet dans les ouvertures latérales, sans sortir du cadre de la présente invention. /U uzj43 -*1 ] riM'i ù '7 O û REVENDICATIONS 1. Clapet & réglage de débit à utilisations multiples pour des fluides sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend : un corps de retenue en forme de cuvette comportant des ouvertures 5 d'accès latérales permettant l'écoulement d'un fluide à travers la partie inférieure de sa paroi latérale et un alésage axial traversant sa paroi inférieure, -on siège de clapet disposé à proximité du bord supérieur de la paroi latérale et tourné vers ladite paroi inférieure permettant à un fluide de s'écouler sous pression à tra-10 vers lui, un manchon monté de manière à coulisser dans l'alésage axial, comportant une bride disposée au voisinage de son extrémité inférieure limitant son mouvement lorsqu'il se rapproche du siège du clapet, une tige de clapet montée dans le manchon,un dispositif de butée porté par la tige à une distance prédéterminée en-dessous 15 de la bride, un disque de clapet porté par la tige afin de se déplacer entre le siège du clapet et la paroi inférieure pendant des opérations de remplissage, un premier ressort porté par la tige entre la bridq/et le dispositif de butée poussant le disque du clapet de manière à le mettre en prise avec l'extrémité supérieure du manchon 20 et cédant lorsque le dispositif de butée et le disque du clapet se déplacent vers le siège pour fer.mer l'orifice du clapet dans des conditions de débit excessif, un second ressort poussant le disque vers le siège du clapet et la bride/contre le corps de retenue et cédant pendant des opérations de remplissage. 25 2. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites ouvertures latérales s'étendent suivant des cordes à travers la paroi inférieure, la tige et le disque du clapet se terminant au même emplacement au voisinage de la paroi inférieure ' lorsqu'ils sont en position basse, le • second ressort étant dis-30 posé entre la paroi inférieure et la tête de la tige. 3. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le disque de clapet monté sur la tige vient en prise avec l'extrémité supérieure du manchon lorsque la butée est à une certaine-position par rapport à la paroi inférieure, le second ressort étant 35 disposé entre le disque et la face intérieure de la paroi inférieure." 4. Clapet de réglage de débit à utilisations multiples pour des fluides sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend : un corps de clapet traversé par un canal, un corps de retenue en forme de cuvette comportant une ouverture d'accès latérale permet- 40 tant au fluide de s'écouler à travers sa paroi et un alésage axial ÇOPY 70 02345 - 9 - 2028985 formé sur sa paroi inférieure, un siège de clapet disposé entre ces corps,- tourné vers l'alésage axial, un manchon monté de manière à coulisser dans l'alésage axial, une tige de clapet montée de manière à se déplacer d'un mouvement de va-et-vient en étant 5 guidée axialement dans le manchon,un disque de clapet fixé à une première extrémité de la tige de clapet à l'intérieur du corps de retenue afin de se déplacer axialement avec elle, en "bloc, pour venir en prise avec le siège ou s'écarter de celui-ci en travers de ladite ouverture d'écoulement du fluide/jusqu'à une position de 10 grande ouverture au voisinage de la paroi inférieure, un ressort qui le s'écrase en cas de débit excessif porté par la tige et poussant Risque à 1 ' emplacement/^on contact avec le manchon, un dispositif élastique poussant le disque et la tige du clapet sur une distance importante vers le siège du clapet, un dispositif de butée disposé 15 entre ledit ressort qui s'écrase en cas de débit excessif et/^manchon, venant en prise avec la paroi inférieure afin de limiter le mouvement du ressort vers le sière du clapet et disposant le point de contact entre le disque du clapet et le manchon à une position de repos située à une distance prédéterminée du siège du clapet. 20 5. Ensemble suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la surface d'écoulement à travers les ouvertures situées au-dessus du disque du clapet lorsque ce dernier est à sa position de repos,est très inférieure à la surface de l'orifice du clapet, 25 la surf-ace d'écoulement complet de l'ouverture se trouvant au-dessus du disque lorsqu'il est à sa position de pleine ouverture étant grande ouverte et étant supérieure à la surface de l'orifice du clapet. 6. Ensemble suivant la revendication 4, caractérisé en 30 ce que l'ouverture d'écoulement du fluides'étend axialement à travers la paroi inférieure en mettant à découvert le dessous du disque du clapet de s.orte que le fluide qui s'écoule suivant cette direction pousse le disque du clapet vers sa position de fermeture, le disque du clapet présentant un évidement sur sa face inférieure 35 permettant de loger le dispositif élastique lorsqu'il est complè-.tement ouvert et y recevant l'extrémité supérieure du manchon. 7. Clapet de réglage de débit à utilisations multiples pour des fluides sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend un raccord et un corps de clapet comportant un bossage de montage- 40 fileté extérieurement logé dans le raccord, traversé par un canal COPY 70 02345 - 10 - zuzo^oo se terminant par un siège de clapet formant un .orifice à l'intérieur du bossage, Un dispositif de retenue en formë de cuvette supporté par le bossage près du siège du clapet et comportant des ouvertures d'accès latérales permettant l'écoulement du fluide à 5 travers sa paroi en-dessous du bossage et un alésage axial dans sa paroi inférieure, un manchon monté de manière à coulisser dans cet alésage axial, un disque de clapet disposé à l'intérieur du dispositif de retenue afin de se déplacer axialement en travers des ouvertures d'écoulement du fluide, une tige logée dans l'alé- 10 sage et qui y est guidée, la tige étant fixée au disque du clapet, £t"\rôo faisant bloc/ celui-ci afin de le déplacer entre une position de fermeture où il se trouve contre le siège du clapet et une .position d'ouverture complète où il est à l'écart du siège, un dispositif de butée disposé sur le manchon venant en prise avec la 15 paroi inférieure afin de mettre le disque du clapet à une position d'équilibre intermédiaire espacée d'une distance prédéterminée du siège, des ressorts poussant le disque et le manchon du clapet l'un vers l'autre et le dispositif de butée vers le siège afin de mettre le dispositif de butéé à ladite position d'équilibre 20 du disque et cédant lorsque le disque se déplace vers le siège pour faire fermer l'orifice du clapet dans des conditions de débit excessif , un dispositif élastique poussant le disque, le manchon et le dispositif de butée vers le siège du clapet afin de maintenir le clapet à ladite position d'équilibre et cédant sous l'influence 25 du mouvement du disque s'écartant du siège pour prendre une position d' ouverture complète,dans des conditions de remplissage. 8. Ensemble suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le disque du clapet et la limite supérieure de la tige sont disposés à une distance importante en-dessous de l'extrémité voi- 30 sine du raccord pour la position d'ouverture complète et hors du trajet d'écoulement du liquide. 9. Ensemble suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites ouvertures latérales s'étendent- axialement à travers la paroi inférieure et mettent à découvert la face inférieure 35 du disque du clapet à tous moments,pour permettre au fluide de s'écouler axialement au-delà du disque du clapet vers le siège de celui-ci. 10. Ensemble suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le disque du clapet est concave sur son dessous afin de 40 loger le dispositif élastique lorsqu'il est complètement ouvert 70 02345 ' 2028965 - n - et comporte un dispositif de fuite le traversant- permettant d'égaliser les pressions sur ses deux côtés lorsqu'il est fermé.