Brevet FR2219359A1 — publié le 19740920

L'invention se rapporte à un robinet déclencheur de sécurité pourltéquipement d'une installation de distribution de gaz sous pression, et notamment de gaz combustible pourvu d'un limiteur de débit, cZest-à-dire dsune soupape se fermant automatiquement en cas de dépassement-d'un débit prédéterminé Dans une installation de distribution de gaz combustible sous pression à usages domestiques ou industriels, il convient pour des raisons de sécurité évidentes d'une part d'empêcher tout risque d'échappement~ libre à l'atmosphère de quantités importantes de gaz, par exemple en cas de rupture d'une canalisation, et d'autre part d'interdire que la fourniture du gaz puisse être rétablie après un tel accident sans que les brûleurs de l'installation, voire même- les veilleuses qui les équipent, aient été préalablement fermés . Ces deux fonctions de sécurité sont habituellement assurées en incorporant à l'installation un limiteur de débit permettant l'alimentation normale de l'installation, mais qui se ferme automatiquement en cas de dépassement d'un débit déterminé, supérieur à-celui pouvant être utilisé par les brûleurs, et qui par ailleursne peut être ne.mé qu'après suppression de la cause initiale du dépassement de débit et fermeture detqus les bruleurs alimentés. En outre et accessoirement, l'installation est avantageusement pourvue d'un robinet déclencheur par manque de pression, dont le role est d'assurer la coupure automatique de l'alimentationb pour ainsi prévenir l'extinction accidentelle des brûleurs, en cas de manque de pression du gaz disponible. De nombreux types de robinets déclencheurs avec limiteurs de débit sont ccnnus dans la technique ; en particulier, on connaît déjà des limiteurs de débit comprenant, en disposition coaxiale dans un boîtier, un siège annulaire d'étanchéité contrôlant le débouché d'un passage de sortie de gaz, un -clapet de fermeture porté par une membrane manométrique interposoeentre ledit siège et un raccord d'arrivée de gaz et percée d'orific.es périphériques de passage de gaz radialement extérieurs audit siège, et des moyens de rappel à l'ouverture équilibrant la force exercée sur ladite membrane par les pertes de charge correspondant à un débit de gaz maximal déterminé. teslimiteuisde- débit de ce type déjà réalisés ont toutefois pour inconvénient d'utiliser comme force motrice à la fermeture la perte de charge que subit le gaz à la traversée des orifices de la membrane manométrique ; il s'ensuit que cette perte de charge est difficilement contrôlable, de sorte que le seuil de fermeture du limiteur est mal défini ; de surcroît, le faible diamètre relatif du siège d'étanchéité fait que la force de maintien de la membrane et du clapet en position de fermeture est relativement faible. L'invention a pour-objet la réalisation d'un robinet déclencheur de sécurité pourvu d'un limiteur de débit agencé de manière à présenter un seuil de déclenchement parfaitement défini et réglable à volonté, une force de fermeture d'autant plus grande que le clapet est- proche de son siège d'étanchéité, et une force de maintien à la fermeture largement suffisante pour éviter toute réouverture intempestive de la soupape. A cet effet, un robinet déclencheur de sécurité conforme à l'invention inclut notamment une soupape de limitation automatique de débit du type précité, et est essentiellement caractérisé en ce que le diamètre intérieur du siège de ladite soupape est égal à un fraction importante du damètre extérieur de la membrane manométrique, et en ce que la levée du clapet est limitée- à une valeur très faible par rapport au diamètre dudit siège, de sorte que la section de passage cylindrique maximale entre siège et clapet constitue le plus fort étranglement sur le trajet du gaz et est notamment au plus égale à la section de passage totale des orifices de la membrane. La perte de charge motrice se trouvant ainsi reportée entre siège et clapet croit évidement au fur et à mesure de la fermeture de ce dernier, ce qui garantit le fonctionnement rapide, sûr et irréversible de la soupape, meme en cas de dépassement momentané de débit, et sans risque de pompage ou vibration. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, la levée du clapet est limitée par des butée fixes contre lesquelles la membrane est normalement maintenue par les moyens de rappel précités. D'une manière avantageuse, la levée du clapet peut par ailleurs être réglée par déplacement du siège d'étanchéité, formé en bout d'une pièce annulaire vissée dans le boîtier du robinet. Ces dispositions ont pour avantage de permettre respectlvement la définition précise du débit de gaz maximal pour lequel se ferme la soupape, et le réglage éventuel de ce débit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de deux exemples de mise en oeuvre illustrés par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe axialed'un robinet déclencheur de sécurité pourvu d'une soupape de limitation de débit conforme à l'invention, montrée en position normale d'ouyerture ; et - la figure 2- est une vue en coupe partielle d'un robinet équipé d'une variante de réalisation de ia soupape de limitation de débit conforme à l'invention. le robinet déclencheur de sécurité représenté sur la figure 1 comprend essentiellement un corps 10 de forme générale annulaire, pourvu d'une cloison 11 traversée par un passage de fluide axial 12, et d'un raccord latéral 17 pour la sortie du gaz vers l'utilisation. l'extrémité supérieure du corps 10 comporte une portée annulaire sur laquelle une portée correspondante d'un couvercle 20 est pressée par des moyens de fixation (non représentés); entre ces deux portées est serrée de manière étanche la périphérie extérieure d'une membrane manométrique 22, par exemple faite d'une feuille due métal souple, qui délimite une première chambre 21 eifieîation avec le passage axial 12 et le raccord latéral de sortie 13, et une seconde chambre située dans le couvercle 20, qui est maintenue en libre relation avec l'atmosphère par un évent 23.La membrane 22 porte en son centre un clapet conique 24 pourvu d'un joint d'étanchéité torique, destiné à fermer de manière étanche un siège conique formé au débouché aval du passage de fluide axial 12 ; ce clapet 24 est solidaire d'une part du plateau d'appui 25 de la membrane 22, sur lequelagit un ressort taré 26 prenant appui sur le fond du couvercle 20, et d'autre part d'une tige axiale 27 guidée en coulissement à travers ledit couvercle et pourvu à son extrémité extérieure d'un bouton 28 destiné à faciliter sa préhension. L'extrémité inférieure du corps 10 comporte elle-même une portée annulaire sur laquelle une portée correspondante d'un fond 30 est pressée par des moyens de fixation (non représentés). le couvercle 30 porte un raccord axial d'entrée de fluide 31 dont le débouché intérieur est pourvu d'un filtre 32 formé d'une simple toile métallique. Entre les portées annulaires du corps 10 et du fond 30 est serrée de manière étanche la périphérie extérieure d'une membrane 33 percée d'orifices 34 disposés en couronne autour de son plateau d'appui, sur lequegagit un ressort de rappel 35 qui prend par ailleurs appui sur la cloison 11 du corps 10 pour normalement maintenir la membrane 33 centre le filtre 32, soutenu par des butées fixes 36 réparties autour du débouché intérieur du raccord d'entrée 31. Le plateau d'appui de la membrane 33 porte en son centre un clapet 37 en forme de disque, destiné à coopérer avec un siège d'étenchéité formé par l'extrémité d'une douille filetée 38 vissée dans un manchon formé dans la cloison 11 du corps 10 autour du débouché inférieur du passage de fluide 12. Selon un aspect essentiel de l'invention, le diamètre intérieur d de la douille 38 et donc du siège d'étanchéité annulaire qu'elle forme correspond à une fraction notable du diamètre extérieur de la membrane 33, tandis que la levée du clapet 37 est limitée par les butée 36 à une valeur h très faible devant le diamètre d du siège.Il s'ensuit que la section de passage offerte au gaz entre siège et clapet est cylindriR fiet présente une valeur s-= d xh parfaitement déterminée, qui peut toutefois être réglée en vissant ou dévissant la douille filetée 38. Selon un autre aspect essentiel de liinvention, cette section de passage cylindrique constitue le plus frrt étranglement se présentant sur le trajet du gaz, et notamment est au plus égale à la section de passage totale offerte par les orifices 34 de la membrane manométrique 33. le fonctionnement du robinet déclencheur qui vient d'être décrit est le suivant On supposera tout d'abord que la force du ressort de rappel 26 agissant sur la membrane manométrique 22 correspond à la force antagoniste exercée sur ladite membrane pour la pression minimale du gaz pouvant assurer le fonctionnement correct des appareils de l'installation alimentée par le raccord de sortie 13, et en particulier pour éviter l'extinction accidentelle des-becs ou brûleurs incorporés à cette installation. Dans ces conditions, la force exercée sur la membrane 22 par le gaz écrase le ressort 26, de sorte que le clapet 24 libère totalement le débouché supérieur du passage axu1 12, et donc permet le libre accès du gaz au raccord de sortie 43. ien évidemment, au cas où la pression du gaz tomberait au-dessous de la valeur de sécurité correspondant au tarage du ressort de rappel 26, la fermeture du clapet 24 interromprait immédiatement la fourniture du gaz à l'installation ; la pression régnant dans cette dernière, et par suite dans la chambre du robinet communiquant avec le raccord de sortie 13, tomberait dès lors rapidement à la valeur de la pression atmosphérique,- de sorte que le clapet 24 resterait maintenu fermé par la force du ressort de rappel 26.La soupape à fermeture par manque de pression ainsi constituée ne peut donc être réouverte qu'en soulevant le clapet 24 par action manuelle sur la tirette 28 ; la soupape ainsi actionnée à l'ouverture pourrait alors rester ouverte si la pression du gaz était préalablement revenue à une valeur suffisante, mais par contre se refermerait automatiquement dans le cas contraire. Cette soupape protège donc l'installation contre tout défaut de pression, en exploitation normale comme en cas de réarmement intempestif. On supposera maintenant que, la pression de gaz étant en tout cas suffisante, l'installation alimentée par le raccord de sortie 13 et les appareils qui la constituent sont exempts de fuite, de sorte que le débit de gaz appelé par l'installation reste inférieur ou égal à sa valeur maximale en service normal.On supposera encore que le robinet a été préalablement réglé, par vissage ou dévissage de la douille filetée 38, de manière que la perte de charge imposée au gaz à son passage entre le clapet 37 et le siège d'étanchéité formé par ladite douille soit juste insuffisante pour que les forces de pression correspondantes exercées sur la membrane manométrique 33 ne puisse vaincre la force antagosniste exercée sur ladite membrane par le ressort de rappel 35. Dans ces conditions, le clapet37restemaintenu écarté de ltextrémité de la douille 38, ce qui permet le libre passage du gaz du raccord d'entrée 31 vers le raccord de sortie 13S et par suite vers l'installation alimentée. Si pour une raison quelconque, et par exemple par l'effet d'une rupture de canalisation ou autre fuite importante, le débit de gaz appelé par l'installation vient à dépasser sa valeur maximale normale susmentionnée , les pertes de charge imposées au gaz à son passage entre le clapet 37 et le siège d'étanchéité 38 deviennent suffisantes pour que les forces de pression exercées sur la membrane 33 deviennent ellesmêmes supérieures à la force du ressort de rappel 35.Dès lors, le clapet 37 se rapproche de son siège d'étanchéité 38, ce qui a pour effet d'augmenter encore les pertes de charge, et par suite les forces de pression exercées sur la membrane La réaction positive ainsi introduite garantit donc la fermeture rapide et sûre du clapet 37 sur son siège d'étanchéité 38 en cas de dépassement, même momentané, du débit maximal normal appelé par l'installation. En outre, dès que la soupape de limitation de débit ainsi constituée se trouve fermée, la force exercée par la pression du gaz sur la fraction active de la membrane 33, radialement intérieure à la douille 38 formant siège d'étanchéité, reste largement suffisante pour vaincre la force antagoniste du ressort de rappel 35, et donc maintient la soupape fermée en toute sûreté. La réouverture de cette soupape de limitation automatique de débit est assurée d'une manière connue en soi en annulant les forces de pression exercées sur la membrane manométrique 33 à l'aide de moyens pneumatiques de réarmement 40. Ces moyens comprennent essentiellement un canal 41 traversant le corps annulaire 10 y son fond 30 et la périphérie extérieure de la membrane 33 serrée entre ces derniers, de manière à relier la chambre amont du boîtier, donc le raccord d'entrée 31, avec le passage de fluide 12, situé en aval de la soupape de limitation de débit et en amont de la soupape à fermeture par manque de pression.Ce canal 41 comporte avantageusement une portion calibrée 42, par exemple à son débouché dans le fond 30, dont le débit de saturation pour la pression normale du gaz correspond au débit maximal de fuite pouvant être toléré dans l'installation alimentée par le raccord de sortie 13. Par ailleurs, le canal 41 est normalement obturé, totalement ou partiellement, par une vis pointeau 43 montée dans le corps 10. Dans le premier cas, cette vis doit être momentanément dévissée pour permettre le réarmement de la soupape -de limitation de débit, tandis que dans le second cas, elle permet le réarmement automatique de la soupape dès que le débit de fuite de l'installation devient inférieur au débit maximal fixé par le réglage de ladite vis, supposée inférieur au débit de saturation du canal calibré 42. Quelque soit levas, le réarmement de la soupape de limitation de débit, et par suite la reprise de la fourniture des gaz de l'installation, ne peuvent se produire que lorsque toutes les conditions de sécurité voulues ont été préalablement assurées, par coupure des appareils d'utilisation du gaz et suppression de la cause initiale du dépassement de débit. La variante de réalisation illustrée par la figure 2 a pour avantage d'accentuer encore la réaction positive susmentionnée, et donc de garantir une fermeture encore plus sûre et plus rapide de la soupape de limitation de débit Dans cette variante de réalisation, au clapet plat 37 porté par la membrane 33 est substitué un clapet 37' en forme de dôme, qui constitue avec la douille 38 un Venturi accentuant la dépression relative créée par les pertes de charge. Par ailleurs, au ressort de rappel de la membrane 33 est substitué un aimant permanent 39 associé aux butées fixes 36 et qui agit sur le plateau d'appui de la membrane et/ou sur le clapet 37', fait de matériau magnétique, pour les maintenir en position d'ouverture. En cas de dépassement du débit limite fixé par la force attractive de l'aimant 39 au collage, la force d'attraction dudit élément décroît très rapidement lors de la fermeture du clapet.Au total, par l'effet . combiné de la croissance des pertes de charge et de la réduction de la force magnétique de rappel, la fermeture de la soupape se produit quasi instantanément en cas de dépassement, même momentané, du débit limite susmentionné. le poids de la membrane et celui du clapet 37' formant masselotte suffisent à ramener la soupape en position d'ouverture dès que les moyens de réarmement pneumatiques équilibrent les pressions de part et d'autre de la membrane 33, sous réserve que le robinet déclencheur soit orienté de la manière représentée sur le dessin, c'est-à-dire de manière que le siège d'étanchéité formé par la douille 38 soit dirigé vers le bas. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considérés séparément ou en combinaisons et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T -I O N S 1.- Robinet déclencheur de sécurité pour installation de. distribution de gaz sous pression, incluant notamment une soupape de limitation automatique de débit du type comprenant, en disposition coaxiale dans un boîtier, un siège annulaire d'étanchéité contrôlant le débouché d'un passage de sortie du gaz, un clapet de fermeture porté par une membrane manométrique interposée entre le siège et un raccord d'arrivée de gaz et percée d'orifices périphériques de passage de gaz radialement extérieurs audit siège, et des moyens de rappel à l'ouverture équil-ibrant la force exercée sur ladite membrane par les pertes de charge correspondant à un débit de gaz maximal déterminé, caractérisé en ce que le diamètre intérieur d dudit siège est égal à une fraction importante du diamètre extérieur D de ladite membrane, et en ce que la levée h du clapet est limitée à une valeur très faible par rapport au diamètre dudit siège, de sorte que la section de passage cylindrique maximale s = d x h entre siege et clapet constitue le plus fort étranglement sur le trajet dugaz et est notamment au plus égaS à la section de passage totale des orifices de la membrane. 2.- Robinet déclencheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la levée du clapet est limitée par des butées fixes contre lesquelles la membrane est normalement maintenue par les moyens de rappel précités. 7.- Robinet déclencheur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la levée du clapet peut être réglée par déplacement du siègediétanchéité précité, formé en bout dgune pièce annulaire vissée dans le bottier. 4.- Robinet déclencheur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de rappel précités sont constitués par un ressort taré maintenant la membrane entre les butées fixes précitées. 5.- Robinet déclencheur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de rappel précités sont constitués par un aimant permanent associé aux butées fixes précitées et agissant sur une pièce en matériau magnétique portée par la membrane, par exemple son plateau d'appui ou le clapet précité. 6.- Robinet décelncheur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier est orienté de manière à ce que son axe soit sensiblement vertical et que le siège d'étanchéité précité soit tourné vers le bas, de manière que le poids propre de la membrane et des organes qu'elle porte assurent son rappel en position d'ouverture. T.- Robinet décelncheur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet précité ou une pièce rapportée sur ce dernier présente une forme de dôme propre à constituer un Venturi avec le siège d'étanchéité précité. 8.- Robinet décelncheur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est pourvu de moyens pneumatiques de réarmement, constitués par un canal ménagé dans le boîtier de manière à contourner la membrane et la soupape précités pour déboucher dans le passage de sortie du gaz, ledit canal comportant au moins une portion calibrée présenant un débit de saturation déterminé. 9.- Robinet décelncheur selon la revenhoation 8, caractérisé en ce que le canal précité est normalement obturé, au moins partiellement, par une vis pointeau ou autre organe de fermeture. tO.- Robinet décelncheur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en aval de la soupape -de limitation de débit précité une soupape à fermeture par manque de pression, comprenant un second siège d'étanchéité formé au débouché du passage de sortie précité et un clapet de fermetifre porté par une membrane manométrique exposée à la pression du gaz agissant contre des moyens de rappel.