Brevet FR2253176A1 — publié le 19750627

Ta presente invention se rapporte à un appareil d'alimenwation en gaz et elle a pour objet de lui apporter un perfectionnement. La pression du gaz provenant d'une canalisation de gaz est habituellement contrôlée par un régulateur muni d'une vanne d'échappement, de sorte que si un défaut se présente (par exemple si ltélément d'obturation ne se ferme pas totalement sur son siège le gaz puisse s'échapper vers l'atmosphère. Gependant, si une faute importante se présente, de sorte que le régulateur est totalement ouvert, une quantité massive et dangereuse de gaz peut passer à 11 atmosphère Etant donné cette éventu lité, de nombreux régulateurs de pression de gaz sont munis d1un moyen par lequel l'alimentation en gaz est totalement coupée lorsqu'une faute principale se présente, mais, bien entendu, dans de nombreux cas c1 est une chose très sérieuse de couper l'alimentation en gaz Par exemple, dans des climats très froids, c'est la dernière chose que l'on souhaite faire, et dans l'industrie la coupure de l'alimentation en gaz, par exemple vers un foyer ou un four, peut produire non seulement l'arrêt de la production mais la perte de matériaux très précieux. L'objet de la présente invention est d'alléger les difficultés ci-dessus référées. Selon un aspect de l'invention, il est créé un dispositif limiteur d1 écoulement à fixer dans une conduite d'alimentation en gaz, le dispositif comportant un corps traversé dfun alésage, et un élément de vanne mobile qui y est placé, avec un jeu radial pour ltécoulement du gaz ; lialEBage- ou I t élément de vanne est de forme e$Yilée, pour que l'écoulement de gaz à travers cet alésage dépende de la position axiale de l'élément de vanne dans l'alésage, et l'élément de vanne est chargé par ressort dans direction tendant à augmenter l'écoulement de gaz à travers l'alésage ; les caractéristiques de l'élément de vanne mobile dans l'alésage, avec les caractéristiques du ressort agissant sur cet élément de vanne sont telles que il écoulement maximal permis de gaz à travers le dispositif est pratiquement indépendant de la différence de pression à travers ce dispositif. Un moyen peut être prévu pour limiter le déplacement maximal de ltélément de vanne ; ce moyen peut autre constitué par les spirales fermées du ressort qui agit contre l'élément de vanne, mais il sera de préférence constitué par un autre moyen qui devient opératif avant que les spirales de ce ressort ne soient fermées. L'élément de vanne est, de préérence, muni d'une tête contre laquelle agit le ressort, et, dans ce cas, la tette aura de préférence une ligne fuselée O De préférence également, une butée sera prévue contre laquelle l'élément de vanne pourra venir en aboutement pour limiter son mouvement vers l'extérieur de l'alésage dans le corps, une telle butée étant formée, de façon pratique, par un siège annulaire pour la titre à ligne fuselée - l'arrangement étant tel qu'un écoulement norme de gaz est admis lorsque la tête est sur ce siège, par exemple le long d'un certain nombre de cannelures formées sur la tête.L'alésage peut être effilé, et dans ce cas l'élément de vanne peut avoir une partie opérative de forme parallèle, ou, en variante, l'élément de vanne peut être effilé et dans ce cas l'alésage peut être parallèle, bien que, en réalité, il soit préférable que la longueur effective de l'alésage, qui est restreinte lorsque l'élément de vanne est déplacé, soit très courte et que le restant de l'alésage en aval de la zone de restriction d'écoulement soit évasé vers ltextérieur, pour réduire la perte de pression dans le dispositif à des taux normaux d'écoulement Un bout extrême de l'élément de vanne peut être effilé de façon appropriée, dans le même but0 les extrémités opposées du corps seront, de préférence, filetées pour un ajustement approprié dans une conduite d'alimentation en gaz. le corps et éventuellement également l'élément de vanne peuvent être faits aux moins partiellement en une matière plastique synthe'*: que. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu, en combinaison, un régulateur d'alimentation en gaz et un dispositif de limitation d'écoulement tel que décrit ci-dessus, l'arrangement étant tel .que si le régulateur fait défaut et laisse passer un écoulement de gaz supérieur à la demande normale, le dispositif de limitation d'écoulement fonctionne pour limiter l'écoulement-à une quantité appropriée pour maintenir une alimentation , mais réduite pour indiquer qu'un défaut s'est produit , quille que soit la différence de pression dans le dispositif. De préférence, le dispositif de limitation d'écoulement sera placé dans le- tube d'entrée du régulateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle -ci apparattront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en section dlun régulateur classique de pression de gaz ; - les figures 2 et 3 sont des vues en section d'une forme expérimentale de dispositifs de limitation d'écoulement à utiliser en combinaison avec le régulateur de la figure 1 - les figures 4 et 5 sont des vues en section illustrant des formes perfectionnées du dispositif de limitation d'écoulement ; et - la figure 6 est un graphique illustrant la relation de la pression à la sortie, en ordonnéesen fonction de l'écoulement en abse.isses En se reportant maintenant à la figure I, ville illustre un type classique d'un régulateur de pression de gaz comportant une entrée de gaz 10, une sortie de gaz 12, un élément d'obturation 14 et un siège 16 pour ce dernier, une chambre à gaz délimitée par un diaphragme 20 chargé par ressort, et une tringlerie généralement indiquée par 22, reliant ce diaphragme à l'élément d'obturation. Une vanne de pression maximale, indiquée généralement par 24, est associée au diaphragme, et elle peut s'ouvrir en réponse à une pression excessive dans la chambre à gaz, pour laisser le gaz s'échapper, vers l'atmosphère par llintermédiaire d'un espace 26 recouvrant le diaphragme et d'un évent 28o L'arrangement est tel que si un défaut se présente, par exemple, si la présence d'ur corps étranger sur le siège de la vanne 16 empoche ltélément d'obturation de couper totalement l'écoulement de gaz, l'accumulation de pression du côté échappement du régulateur, au-delà d'une pression maximale de sécurité prédéterminée, et empêchée par le gaz qui peut s'échapper vers l'atmosphère.Cependant, si un défaut important se produit, par exemple si la tringlerie fait défaut de sorte que le régulateur reste totalement ouvert, une quantité massive et peut autre dangereuse de gaz peut s'écouler vers l'atmosphère à travers la vanne de pression maximale. Pour cette raison , a forme expérimentale dudispositif de limitation d'écoulement illustré sur les figures 2 et 3, fut étudiée pour être utilisée en combinaison avec une telle vanne de régulateur. le dispositif comporte un corps 30, traversé d'un alésage 32. Un contre-alésage 34 s'étend sur une certaine partie du-corps. Un élément 36 de vanne mobile est placé dans l'alésage 32, un jeu radial étant prévu pour l'écoulement du gaz, et une tête 38 de cet élément de vanne est placée dans le contre-alésage, de nouveau avec un jeu radial. Un ressort hélicoZdal de compression 40, placé dans le contre-alésage agit contre la tête de l'élément de vanne d'une façon tendant à retirer ce dernier de l'alésage 320 Une butée, sous forme d'une cheville 42 s'étendant diamétralement, est prévue dans le corps du dispositif, pour limiter le mouvement de l'élément de vanne vers l'extérieur de l'alésage 32, lorsque sa tête bute contre cette butée.. Dans le cas particulier illustré sur les figures 2 et 3, l'élément de vanne 36 est effilé et il est plus large à son extrémité proche de la titre 38, et l'alésage 32 est cylindrique et parallèle, de sorte que l'écoulement de gaz à travers cet alésage dépend de la position axiale de l'élément de vanne dans l'alésage, des caractéristiques de l'élément de vanne tandis qu'il se déplace dans l'alésage, c'est-à-dire la vitesse à laquelle il étrangle ou ouvre l'écoulement de gaz tandis qu'il se déplace dans une direction ou dans l'autre, en relation avec les caractéristiques du ressort 40, de façon que l'écoulement maximal permissible de gaz à travers le dispositif soit indépendant de la différence de pression à travers dispositif On a trouvé, lors d'essais, que si un défaut important se présente dans le. régulateur avec lequel le limiteur est associé, l'écoulement maximal de gaz vers l'atmosphère a été limité à une quantité qui n'est que légèrement supérieure à la demande maximale normale. Sur la figure a, l'élément de vanne du dispositif de limitation d'écoulement est illustré dans la position qu'il prend durant un fonctionnement normal de la vanne de régulateur, c'est-à-dire dans une position dans laquelle il y a un Jeu radial relativement important autour de l'élément de vanne, pour ne pas gazer l'écoulement de gaz vers le régulateur. D'autre .part, sur la figure 3, I'éléme-ntde vanne est illustré dans la position déplacée qu'il prend lorsque le régulateur a un défaut important. Dans cette position, il y a un jeu radial relativement petit de sorte que l'élément de vanne étrangle l'écoulement de gaz à travers le dispositif On .comprendra bien entendu que les diverses dimensions et proportions du dispositif peuvent varier de nombreuses façons, et qu'une combinaison valable de ces dimensions-et de ces proportions peut être déterminée par l'essai et l'expérience Cependant, à titre d'exemple, on a trouvé que la combinaison suivante était très satisfaisante dans la forme expérimentale du dispositif qui vient a'Qtre décrit, c'est-à-dire un dispositif de limitation d'écoulement avec les dimensions suivantes : - diamètre de l'alésage 32 6, 35 mm (élargi) - petit diamètre de l'élément de vanne 5,45 mm - grand diamètre de l'élément de vanne 6,08 mm - diamètre de la tête 15,57 mm - diamètre du contre-alésage 17,47 mm - ressort 40 f. 44,5 mm de long lorsqu'il est libre - ressort 40 : 13,5 mm de long lorsqu'vil est chargé avec 735gO En se reportant mnintenant à la figure 4, dans une forme perfectionnée du dispositif de limitation d'écoulement qui vient d'8tre décrit, le corps, généralement indiqué par 50, se compose d'une longueur d'une tuyauterie de gaz classique 52, filetée à ses deux extrémités, et ayant des pièces rapportées respectives 54 et 56 (toutes deux ayant été moulées dans une matière plastique synthétique) fixées dans ses extrémités opposées par un adhésif.Les deux pièces rapportées pomportent des alésages effilés, comme illustré. , et la pièce 56 a un bout mssle 58 s'étendant axialement, à sa partie amont, qui forme un épaulement annulaire 60 à la racine de ce bout mtleO L'élément de vanne mobile 62 est de forme effilée, et a été moulé dans une matière plastique synthétique, avec une tette 64 venant de matière, qui est de forme fuselée,. comme illustré. , c' est-à-dire qu'elle a une face conique 66. Un ressort hélicoSdal de compression 68 agit contre la titre 64 de l'élément de vanne, et réagit contre l'épaulement 60 de la pièce rapportée 56, pour presser la tête en engagement avec un siège constitué par une extrémité de la pièce rapportée 54, mais la face conique de la tette est munie d'un certain nombre de rainures 70, de sorte qu'un écoulement normal de gaz est permis meme lorsque la tête engage le siège. La tête 64 de l'élément de vanne est de plus munie .d'une partie 72 périphérique formant jupe, qui est de section transversale effilée comme illustré.., et ayant des aboutements 74 diamétralement opposés qui s'étendent entre la racine de l'élément de vanne et la partie en jupe. Le but de cette dernière est de placer l'extrémité du ressort dans la tête et le but des aboutements 74 est de limiter le déplacement minimal de l'élément de vanne, par engagement avec l'extrémité du bout htle avant que les spirales du ressort se soient fermées Les jeu radial 76 entre la périphérie de la titre 64 et la paroi interne de la longueur de tuyauterie 52 est tel qu'il forme une restriction pour un écoulement excessif de gaz. Ainsi, on peut voir- qu1à .des taux normaux d'écoulement de gaz à travers le dispositif, il y a trois points où l'écoulement est restréint, c'est-à-dire le long des rainures 70, à travers le jeu radial 76 et à travers le jeu radial 78 entourant l'élément de vanne à l'extrémité amont de la pièce rapportée 56.Cependant, les dimensions du dispositif sont telles qutà des taux normaux d'écoulement, la chute de pression dans le dispositif est négiigeabîe L'arrangement est tel que Si le régulateur avec lequel le dispositif est associé souffre d'un défaut important, de sorte qu'une quantité excessive de gaz commence à traverser le dispositif, c'est-à-dire une quantité au-delà de la demande normale maximale, la tête de l'élément de vanne se déplace de son siège, et un jeu relativement plus petit est formé autour de l'élément de vanne à l'extrémité amont de la pièce rapportée 56.En conséquence, comme c'est le cas pour la forme expérimentale du dispositif décrit ci-dessus, on a trouvé que le dispositif limite ltécoulement maximal à une quantité qui n'est que légèrement supérieure à la demande normale. Cela est illustré graphiquement sur la figure 6, où les quatre courbes enregistrent les résultats dressais effectués sur le dispositif perfectionné fixé à un régulateur avec une condition de défaut simulé , de sorte qu'une quantité de gaz croissante pouvait s'échapper librement vers l'atmosphère (comme on peut le voir en se reportant à la chute de pression du côté sortiedu régulateur) tes essais sont effectués avec une pression d'entrée des gaz vers le dispositif de 0,7 kg/cm2 s 1,05 kg/cm2 , 2 kg/cm2, et 2,81 kg/cm2 respectivement, et on peut voir que dans chaque cas, tandis que la condition de défaut empirait, l'échappement du gaz vers l'atzospL-ère augmentait jusqu'à ce qu'à un certain taux d'écoulement au-delà de la demande maximale normale, le dispositif de limitation d'écoulement vienne en action. Bien entendu, l'échappement du gaz peut continuer à ce taux (c'est- a-dire à la demande normale ou un peu au-dessus), mais on comprendra que, tandis que sans le dispositif de limitation d'écoulement l'échappement de gaz peut atteindre 42,5 m3 par heure, on peut compter sur la présence du dispositif pour limiter l'échappement à 100 à 115 m3 par heure, et cela est indépendant de la pressiond 'alimentation On a également trouvé qu'il n'y a pas de différence importante dans les résultats lorsque le dispositif a été fixé en position horizontale à la place d'une position verticale On a trouvé que la forme de la titre 64 et la présence des rainures produisent un mouvement décisif de l'élément de vanne lorsqu'un écoulement permissible maximal a été dépassé (de façon qusun "cognement" de l'élément de vanne lors d'une condition critique soit évité) et on a trouvé que l'élargissement graduel du passage d'écoulement le long de la partie de jupe de la tôte et sur la longueur de la pièce rapportée 56 produit une perte de pression très infime en Qes points. le bout extrême de l'élément de vanne est illustré comme ayant un degré plus grand de conicité que la partie qui sert à restreindre l'écoulement lorsque ledit élément de vanne a été déplacé, et cela aide également à diffuser l'écoulement de gaz, pour donner le moins de chute de pression possible dans le dispositif. En se reportant maintenant à la figure 5, dans une modification de la forme perfectionnée du dispositif qui vient autre décrit, la titre 64 de l'élément 62 de vanne a été quelque peu modifiée ; la partie de jupe 72 a été enlevée et remplacée par une partie annulaire 80, qui forme un registre pour le ressort 68 le dispositif modifié fonctionne exactement de la même façon que celui décrit ci-dessus, et il n'a pas besoin d'être mieux expliqué. Diverses autres modificabions peuvent autre effectuées sans se départir du but de l'invention Par exemple, les pièces rappdrtées 54 et 56 pourraient simplement entre ajustées par session dans les extrémités opposées du tube 52, au lieu d1y 8tre fixées par un adhésif, et bien entendu si on le souhaite, le tube 52 pourrait également entre formé en une matière plastique synthétique. Dans ce dernier cas, bien entendu, l'une des pièces rapportées peut bien être moulée intégralement avec le tube. Un dispositif de limitation d'écoulement tel que l'un de ceux décrits ci-dessus peut bien être utilisé dans d'autres applications, et pas nécessairement en combinaison avec un régulateur d'alimentation en gaz. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant. des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C-A T I 0 N 1.-Dispositif de limitation d'écoulement du type à fixer dans une conduite d'alimentation en gaz caractérisé en ce qu'il comporte un corps traversé d'un alésage et un élément de vanne mobile qui y est placé, avec un jeu radial pour l'écoulement dudit gaz, au moins ledit alésage ou ledit élément de vanne étant de forme effilée, de sorte que l'écoulement dudit gaz à travers ledit alésage dépende de la position axiale dudit élément de vanne dans ledit alésage, et ledit élément de vanne est chargé par ressort dans une direction tendant à augmenter l'écoulement dudit gaz à travers ledit alésage, les caractéristiques dudit élément de vanne mobile dans ledit alésage en relation avec les caractéristiques dudit ressort agissant sur ledit élément de vanne étant telles. que l'écoulement maximal permissible de gaz à travers ledit dispositif soit indépendant de la différence de pression dans ledit dispositif 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour limiter le déplacement maximal de l'élément de vanne précité0 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens précités pour limiter le déplacement maximal de ltélémentae vanne précité sont constitués par les spirales fermées du ressort précité, qui agit contre ledit élément de vanne. 4.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens précités pour limiter le déplacement maximal de 1' élément de vanne précité deviennent opératifs avant que les spirales du ressort précité qui charge . ledit élément de vanne ne se ferments 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de vanne précité est muni d'une titre contre laquelle agit le ressort précité. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la titre précitée est de forme fuselée. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une butée est prévue contre laquelle l'élément de vanne précité peut venir en aboutement pour limiter son mouvement vers l'extérieur de l'alésage précité dans le corps précité. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'écoulement normal de gaz, lorsque la tette précitée est sur le siège précité, est effectué le long d'un certain nombre de rainures formées sur ladite têtue, 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, en combinaison avec un régulateur d'alimentation en gaz, caractérisé en ce que si ledit régulateur fait défaut et qutil laisse passer un écoulement de gaz supérieur à la demande normale, ledit dispositif de limitation d'écoulement sert à limiter ledit écoulement à une quantité appropriée pour maintenir une alimentation, mais réduite pour indiquer qu'un défaut s'est produit, quelle que soit la différence de pression dans ledit dispositif 10- Dispositif selon revendication 10, caractérisé en ce qu'il est placé dans le tube d'entrée vers le régulateur précité.