Brevet FR2232719A1 — publié le 19750103

Lg présente invention concerne les appareils de sécurité des tinés auxccndui-tes et aux réservoirs, et plus précisément les soupapes de sécurité. L'invention peut être utilisée d'une manière particulièrement avantageuse pour protéger les réservoirs dans les systèmes suscep- tibles a'être soumis aux effets d'une augmentation intempestive de la pression du fluide. La soupape proposée est étanche à la pression normale du fluide et caractérisée par une sensibilité suffisante à l'élévation de cette pression. On connaît une soupape de sécurité comportant un corps pourvu d'un chapeau et de tubulures d'entrée et de sortie mises en communication mutuelle par un canal permettant le passage du fluide et comportant, dans l'une de ses parties, un siège obturé par un organe à ressort. Dans cette soupape connue, le fluide est amené sous l'organe obturateur, qui est serré contre ledit siège par un ressort. En position normale, la soupape de sécurité est fermée hermétiquement. ta pression du fluide sur la surface de 11 organe obturateur délimitée par le diamètre moyen du siège est équilibrée par l'effort du ressort. Dans le but a'assurer l'étanchéité au joint de fermeture, on a recours à une compression sPiémentaire du ressort de Il organe obturateur, dont la valeur est supérieure à 11 effort du ressort équilibrant effort exercé par la pression de fluide. Lorsque la pression au fluide croit, l'effort agissant sur 11 organe obturateur du côté de la tubulure a1 entrée augmente, et la soupape s'ouvre. t' organe obturateur s'écarte du siège en comprimant le ressort. Â travers la section de passage libérée du siège de la soupape s'effectue l'évacuation du fluide en provenance du système destiné à être protégé par la soupape de sécurité, jusqu'à ce que la pression du fluide atteigne sa valeur normale.Ceci fait, l'organe obturateur poussé par le ressort revient à sa position initiale. Au cours de leur utilisation, les soupapes de sécurité doivent satisfaire à un certain nombre de conditions, dont les principales sont : étanchéité absolue à la pression normale du fluide et capacité de débit maximale en cas d'élévation de la pression du fluide. Lesdites conditions font apparaître deux tendances contraires dans la conception des soupapes de sécurité. Afin assurer une étanchéité sre au joint de fermeture de la soupape, il est avantageux d'augmenter, par accroissement de l'effort du ressort, la pression unitaire sur les surfaces de contact entre 11 organe obturateur et le siège à l'endroit du joint de fermeture. Mais dans ce cas, une partie cnnsidérable de 11 effort produit lors de l'élévation de la pression du fluide dans le système est dépensée pour surmonter la pression unitaire exercée par le ressort au joint de la soupape. C1 est pourquoi cet effort n'est pas suffisant pour assurer le déplacement de 11 organe obturateur par compression du ressort. De ce fait, la soupape ne s'ouvre pas complètement et n'assure pas une capacité de débit élevée.Si l'on diminue la pression unitaire au joint de fermeture, la capacité de débit de la soupape sera suffisante mais la soupape ne sera pas étanche à la pression normale du fluide. En cela réside lTinconvénient principal des soupapes de sécurité de conception connue. Rebut de la présente invention est de supprimer l'inconvénient précité et de créer une soupape de sécurité conçue de-manière à assurer son étanchéité à la pression normale de fluide, aussi bien que la capacité de débit requise lors d'une élévation de la pression du fluide dans le système. A cette fin, 11 invention vise une soupape de sécurité dont le canal de passage du fluide et l'organe obturateur permettraient assurer une capacité de débit aussi grand que possible (pour le type considéré de soupape) lors d'une élévation de la pression du fluide, et qui serait hermétiquement fermée à la-pression normale du fluide. Ce problème est résolu grâce à une soupape de sécurité du type comportant un corps pourvu d'un chapeau et de tubulures d'entrée et de sortie reliées entre elles par un canal permettant le passage du fluide et comportant dans l'une de ses parties un siège fermé par un organe obturateur à ressort, ladite soupape étant caractérisée, selon l'invention, en ce que la partie du canal située en aval du siège, suivant le sens dssécoulement du fluide, est réalisée sous forme dlune tuyère d9aval, d & s le but d'augmenter la réaction de 'la veine de fluide s'écoulant lors du déclenchement de la soupape et qui, en agissant sur l'organe obturateur relié à un élément sensible aux variations de la pression du fluide, l'écarte bu siège de soupape. Suivant l'un des modes de réalisation de l'invention, I1 organe obturateurcomporte une embase se présentant sous forme d'un plateau s'appliquant sur le siège lors de la fermeture de la soupape, et rigidement reliée à un corps de tuyère disposé perpendiculairement à elle et mobile en translation dans un guidage, ladite tuyère de Raval étant réalisée le long de l'axe dudit corps de tuyère-, des ouvertures pour le passage du fluide étant ménagées entre ladite embase en forme de plateau et ledit corps de la tuyère tandis que le siège de soupape est hermétiquement solidaire dudit guidage. Une telle réalisation de 11 organe obturateur de la soupape permet d'utiliser complètement la force de réaction créée par la veine de fluide s'écoulant à travers la soupape pour ouvrir com plètement la soupape et assurer la capacité de débit maximale. Il est avantageux que l'élément sensible précité se présente sous forme d-'un soufflet disposé perpendiculairement à l'embase en forme de plateau de 11 organe obturateur, coaxialement à celui-ci; l'une de ses extrémités est fixée au chapeau du corps de soupape tandis que l'autre extrémité est solidaire d'un boîtier coiffant l'organe obturateur, le fond dudit boîtier étant orienté vers le soufflet, ledit boîtier pouvant se déplacer par rapport à l'organe obturateur sous l'action de la pression du fluide et étant pourvu d'une butée écartant l'organe obturateur du siège de soupape pendant son déplacement conjointement avec le boier. Il est aussi avantageux que le guidage du corps de tuyère soit constitue par une dou2Ue-fixee rigidement dans le corps de soupape, coaxiale ment au tiroir, et que la face de la douille orientée vers l'organe obturateur soit disposée dans un plan perpendiculaire à son axe et serve de siège. Selon un mode de réalisation de l'invention, la butée précitée bSt constituée par une bague plate adjacente à la surface intérieure du boiitier, disposée perpendiculairement à elle et ayant un orifice dans lequel peut coulisser librement le corps de tuyère. Ci-après est donnée une description détaillée d'un exemple de réa 1 sation non limitatif de l'invention, illustré par le dessin unique annexé sur lequel - la figure 1 représente une vue d'ensemble, en coupe loggi- tudinale, de la soupape de sécurité proposée - la figure 2 est une vue d'ensemble de l'organe obturateur de la soupape, en coupe longitudinale et à plus grande échelle. La soupape de sécurité comporte un corps creux 1 muni de tubulures d'entrée 2 et de sortie 3 et d'un chapeau 4. Dans l'enceinte du corps 1 sont disposées des cloisons 5 et 6 parallèles l'une à l'autre et perpendiculaires à l'axe de la tubulure d'entrée 2, lesdites cloisons étant fixées hermétiquement aux parois du corps 1 suivant sa périphérie. La partie de l'enceinte du corps 1, qui est située entre lesdites cloisons, est reliée d'une manière étanche à la tubulure de sortie 3. Les parties de l'enceinte du corps qui se trouvent respectivement au-dessous de la cloison inférieure 5 (suivant le dessin) et au-dessus de la cloison 6 sont mises en communication mutuelle par des cnaux 7 disposés antre elles. ta cloison supérieure 6 est percée d'un orifice dans lequel est engagée une douille 8.La face supérieure de la douille 8 (suivant le dessin) sert de siège de soupape. Lorsque la soupape est fermée, 11 organe obturateur 9 entre en contact avec ledit siège. Ledit organe est pourvu d'une embase 10 en forme de plateau dont la face orientée vers le siège est entaillée d'une gorge annulaire où est logée un anneau d'étanchéité ll se trouvant en contact direct avec le siège de la soupape. A embase en forme de plateau 10 de l'organe obturateur 9 est rigidement relié un corps cylindrique 12 de tuyère, disposé perpendiculairement à l'embase 10. la douille 8 sert de guidage pour le corps de tuyère 12 pendant le déplacement de l'organe obturateur 9, sa surface intérieure ayant pour ela une forme correspondant à celle du corps de tuyère 12 du tiroir~90 le long de l'axe du corps 12 est réalisé une tuyère de Laval 13 servant à augmenter la réaction de la veine de fluide s'écoulant lors du déclenchement de la soupape. Entre 1'embase 10 et le corps de tuyère 12 sont pratiquées des ouvertures "A" pour le passage du fluide. La tuyère 13 est calculée de manière à assurer la création d'une force de réaction R suffisante pour le relèvement complet de l'organe obturateur 9 et une capacité de débit maximale de la soupape. La conception de la tuyère 13 tient également compte des paramètres physiques du fluide. L'organe obturateur 9 est relié a un elément 14 sensible aux variations ue la pression de fluide. L'élément sensible 14 comporte un soufflet 15 logé dans le corps 1 de la soupape perpendiculairement à 1'embase 10 en forme de plateau de l'organe 9 et fixé à l'une de ses extrémités à un anneau 16 serré entre le chapeau 4 et le corps 1.A l'autre extrémité du soufflet 15 est fixé un boîtier 17 orienté par son fond vers le soufflet 15 et s'enugeant partiellement dans celui-ci.Une tige 18 sur laquelle est monté un ressort 19 est réalisée au centre du fnnd et fait saillie à l'intérieur du boftier 17 perpendiculairement audit fond. ladite tige 18 pénètre dans un évidement réalisé dans l'embase en forme de plateau 10 de l'organe obturateur 9. L'embase 10 se trouve logée dans le boîtier 17 et peut se déplacer librement dans celui ci. te boîtier 17 est doté d'une butée 20 qui sépare l'organe obturateur 9 du siège pendant son déplacment en commun avec le boîtier 17.Une tige creuse 21, sur laquelle est passé un ressort 22 serrant I'organe obturateur 9 contre le siège par l'intermédiaire de la tige t8 disposée au centre du fond du boîtier 17, est réalisée en une seule pièce avec le boîtier 17 au centre de son fond, du côté orienté vers le soufflet 15. le ressort 22 comporte un appui 23 te réglage du ressort 22 se fait par une vis 24 passée sur une tige 25 s'engageant partiellement dans la tige creuse 21 et fixée dans celle-ci. La vis 24 et la tige 25 passent conjointement à travers un orifice pratiqué dans le chapeau 4. le réglage du ressort 22 étant terminé la vis 24 est immobilisée par un contre-écrou 26 placé sur la vis 24 sous le chapeau 4. ta vis 24 et le contre-écrou 26 sont protégés par un capot 27 dans lequel est prévu un orifice pour le passage de la tige 25 A l'extérieur du capot 27, la tige 25 porte à son extrémité un doubleur manuel 28 servant à relever l'organe obturateur 9 et à ouvrir la soupape à la main. La soupape de sécurité conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. D'ordinaire, la soupape est montée en position verticale sur un réservoir ou une conduite soumis à une pression excédentaire. A la pression normale de fluide dans le système, la soupape est fermée hermétiquement. Le fluide entre dans la tubulure 2, passe par les canaux 7 et s'introduit dans l'espace au-dessus de l'organe obturateur 9 en le serrant contre le siège. En même temps, la pression du fluide agit sur le soufflet 15 et le bottier 17, an créant une force-tendant à séparer l'organe 9 du siège. Mais l'organe 9 est aussi serré, contre le siège par le ressort 22, dont l'effort pré-réglé est supérieur à la force tendant à séparer l'organe 9 du siège. L'effort commun résultant de l'action du fluide et du ressort 22 et exercé sur l'organe obturateur crée dans la zone de contact entre l'anneau d'étanchéité 1l et le siege une pression unitaire qui assure l'étanchéité de la soupape à la pression normale du fluide. Lors d'une élévation de la pression du fluide dans le système, l'équilibre des forces qui s'était établi dans la soupape est rompu. L'élévation de la pression dans la tubulure d'entrée 2 fait apparaître un effort supplémentaire QI orienté le long de l'axe de l'organe 9 et conforme à l'équation A r QI F2) où 8 P est l'accroissement de la pression du fluide est la surface utile du soufflet, mesurée d'après le diamètre moyen de sa gaufre B2 est la surface de l'organe obturateur délimitée par la ligne de son contact avec le siège. Pans ces conditions la force tendant à séparer l'organe 9 du siège s'accroît et le boîtier 17 commence à se déplacer vers le haut en conprimant le soufflet 15 et le ressort 22. Toutefois, l'organe 9 reste serré contre le siège sous l'action du ressort 19 tant que la butée -20 ne vient pas en contact avec embase 10 de l'organe obturateur 9. Lors de l'élévation subséquente de la pression du fluide, le boîtier 17 continuant à se déplacer vers le haut entraine avec lui l'organe 9 en le soulevant au-dessus du siège avec lui l'organe 9 en le soulevant au-dessus du siège et en ouvrant les ouvertures A. le fluide s'achemine alors à travers les ouvertures A entre 1'embase 10 en plateau et le corps de tuyère 12 de l'organe obturateur 9 vers le conduit réalisé sous forme de tuyère de laval 13. A la sortie de celle-ci la vitesse du fluide atteint une valeur supercritique en créant une force de réaction due à l'énergie cinétique du fluide.Sous l'action de cette force, l'organe 9 se déplace brusquement vers le haut, en réalisant ainsi sa course utile complète et en assurant une capacité de débit maximale de la soupape. La force de poussée ascendante totale est déduite de l'équa tion A Q2 =2SP (? - 2) + R - S où R G . W est la force de réaction, g G est le débit pondéral de fluide ; W est la vitesse d'écoulement du fluide à la sortie de la tuyère S=c. 8 h est l'effort du ressort, G est la raideur du ressort, #h est la valeur de la compression du ressort lorsque l'élé vation de l'organe obturateur est complet. Ai cours du déplacement de l'organe 9 le fluide s'écoule depuis l'enceinte du corps 1 à travers les ouvertures A et la tuyère- 13 vers la tubulure de sortie 3. Ce processus continue jusqu'à ee que la pression dans le système atteigne sa valeur normale. Lors de la diminution de la pression du fluide, la force de réaction R agissant sur l'organe 9 décroît et l'organe9edéLaoe vers le bas sous l'action du ressort 22. Au fur et.à mesure du déplacement de organe 9 vers les bas, les ouvertures A sont masquées progressivement. De ce fait, la vitesse d'écoulement du fluide de la tuyère 13 décroît. lorsque la pression de fluide diminue jusqu'à la valeur à laquelle l'organe obturateur revient à sa position initiale, celui-ci se trouve appliqué intimement sur le siège, la soupape se trouve fermée-hermétiquement et est prête à fonctionner nouveau. Dien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi qui- suivent R E V E N D I C A T I O N S 1. Soupape de sécurité du type comportant un corps muni d'un chapeau et de tubulures d'entrée et de sortie mises en communication mutuelle par un canal permettant le passage du fluide et comportant, dans l'une de ses parties, un siège fermé par un organe obturateur à ressort, caractérisée en ce que la partie du canal située en aval du siège, dans le sens d'écoulement du fluide, est réalisée sous forme d'une tuyère de Laval mobile en translation, disposée le long de l'axe du courant de fluide et destinée à augmenter la force de réaction de la veine de fluide s'écoulant à travers la soupape et qui, en agissant sur l'organe obturateur relié à un élément sensible aux varaitions de la pression du fluide, l'écarte du siège de soupape. 2. Soupape de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe obturateur comporte une embase en forme de plateau s'appliquant sur le siège de soupape et reliée rigidement à un corps de tuyère, suivant l'axe duquel est réalisée ladite tuyère de Raval et qui est disposé perpendiculairement à ladite embase et mobile en translation dans un élément de guidage, et en ce qu'entre l'embase en forme de plateau et le corps de tuyère sont ménagées des ouvertures pour le passage du fluide, ledit siège étant hermétiquement solidaire dudit élément du guidage. 3. Soupape de sécurité selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'élément sensible précité est constitué par un soufflet disposé perpendiculairement à l'embase en forme de plateau de l'organe obturateur, coaxialement à celui-ci et dont une extrémité est fixée au chapeau du corps de soupape tandis qu a son autre extrémité est fixé un boîtier orienté par son fond vers le soufflet et coiffant l'organe obturateur, ledit boîtier ayant la possibilité de se déplacer par rapport à l'organe obturateur sous l'action de la pression du fluide, et comportant une butée écartant l'organe obturateur du siège de soupape lors de son déplacement conjointement avec le boîtier. 4. Soupape de sécurité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'élément de guidage de l'organe obturateur est réalisé sous forme d'une douille rigidement fixée au corps de soupape coaxialement à 11 organe obturateur et dont la surface intérieure a une forme correspondant à celle dudit corps de tuyère, tandis que celle des tranches de la douille qui est orientée vers l'organe obturateur est disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe de celui-ci et sert de siège de soupape. 5. Soupape de sécurité selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la butée précitée est réalisée sous forme d'une bague plate adjacente à las surface intérieure du boitier, disposée perpendiculairement à celle-ci et dans l'orifice de laquelle peut coulisser librement ledit corps de tuyère.