Brevet FR2290617A1 — publié le 19760604

L'invention concerne un dispositif d'obturation d'un écoulement gazeux, propre à se déclencher pour s'opposer au passage du gaz en cas d'apparition d'une dépression amont ou d'une dépression aval au moins égale à des seuils déterminés ; ce dispositif est tout particulièrement destiné à être appliqué à une distribution gazeuse en basse pression relative, de l'ordre de quelques dizaines de millibars. Aucun dispositif existant ne permet en basse pression d'atteindre de façon satisfaisante les résultats suivants qui sont sur le plan pratique nécessaires pour conférer à l'appareil un caractère opérationnel force agissante capable en basse pression d'assurer le fonctionnement du dispositif de façon fiable et précise (ouverture pendant l'écoulement normal et déclenchement en cas de dépression amont ou aval). . étanchéité de l'obturation après déclenchement. . stabilité à l'ouverture malgré les faibles variations accidentelles de la pression de distribution. possibilité de réglage indépendant des seuils de déclenchement, pour-dépression amont ou dépression aval. La présente invention se propose de fournir un dispositif capable d'atteindre ces résultats pour une distribution gazeuse, notamment, pour une distribution de gaz de ville. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif d'obturation également utilisable en robinet. A cet effet un dispositif d'obturation comprend - un corps dans lequel débouche un conduit d'arrivée du gaz distribué à la pression d'entrée Pe et duquel part un conduit de sortie du gaz s' é- chappant à une pression de sortie Ps - un siège d'étanchéité ménage dans le corps sus-évoqué et séparant le conduit d'arrivée du conduit de sortie - un équipage mobile situé dans le corps et pourvu d'un clapet de fermeture, ledit équipage étant apte à se déplacer entre deux positions, une position d'obturation où son clapet est appliqué sur le siège et une position d'écoulement où son clapet est écarté du siège - un moyen de rappel propre à développer sur l'équipage mobile une force dirigée dans le sens de son déplacement vers la position d'obturation. Selon l'invention l'équipage mobile comprend deux membranes souples auxquelles est lié le clapet et qui délimitent trois chambres à l'intérieur du corps l'une, dite chambre inférieure, en communication avec le conduit de sortie de façon qu'il y règne la pression de sortie Ps laquelle s'exerce sur une surface utile S de 1 'équipage mobile, délimitée par une des membranes, dite membrane inférieure, we deuxième chambre, dite chambre intermédiaire, dans laquelle règne une pression de référence, en particulier la pression atmosphérique, une troisième chambre, dite chambre supérieure, en communication avec le conduit d'entrée de façon qu'il y règne la pression d'entrée Pe laquelle s'exerce sur une surface s de l'équipage j délimitée par l'autre membrane, dite- membrane supérieure. La membrane supérieure est positionnée de sorte que la pression d'entrée Pe s'appliquant sur la surface s tende à appliquer le clapet de l'équipage mobile sur son siège, cependant que la membrane inférieure est positionnée de sorte que la pression de sortie Ps s'appliquant sur la surface S tende à écarter le clapet de son siège. La surface utile s délimitée par la membrane supérieure est prévue égale à une fraction de la surface utile S délimitée par la membrane inférieure ; cette fraction peut, notamment, être approximativement comprise entre 70/100 et 90/100. Par surface utile il faut entendre une surface perpendiculaire à la direction de déplacement du clapet (ou projeté sur un plan perpendiculaire à cette direction) et sur laquelle la pression n'est pas compensée par une pression opposée égale en valeur absolue. Le dispositif conforme à l'invention présente un fonctionnement par pression différentielle-qui permet d'atteindre les résultats indiqués plus haut, comme on le comprendra mieux à la lecture des explications données ci-après dans le cas d'un mode de -alisation préféré dudit dispositif ; les dessins annexés font partie intégrante de la présente description et représentent, à titre d'exemple non limitatif, ce mode de réalisation - la figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical AA' d'un tel dispositif, - la figure 2 en est une coupe par un plan horizontal BB', - la figure 3 est une demi-coupe par un plan vertical C du dispositif après déclenchement, - la figure 4 est une coupe partielle par un plan DD' montrant un détail dudit dispositif, - la figure 5 est une vue schématique partielle d'une variante. L'appareil représenté à titre d'exemple aux figures comprend un corps composé d'une coquille inférieure 1, d'une bague intermédiaire 2 et d'un couvercle 3. La coquille 1 est dotée à sa partie centrale d'un conduit d'arrivée de gaz 4 et, sur un coté, d'un conduit de départ 5. Le conduit 4 débouche dans le corps par un siège d'étanchéité 6 de forme conique. La baste 2 assure le Pincement, d'une part, d'lue membrane inférielzre 7 (entre son rebord inFérieur et le rebord de la coquille 1), d'autre Dart, d'une membrane supérieure 8 (entre son rebord supérieur et un rebord périphérique du couvercle s!; en l'exemple trois vis, telles que 9, assurent le ser reae étanche de chaque membrane. Le couvercle 3 et la bague 2 (par un rebord interne supérieur 10 qu'elle cowDorte) assurent le pincement de la membrane 8 le long d'une circon férence de diamètre inférieur au diantre de la circonférence le long de laquelle est pincée la membrane 7 ; ainsi la surface libre de la membrane 8 prévente une voleur inférieure à la surface libre de la membrane 7. Les deux membranes 7 et 8 font partie d'un équipage mobile comprenant un clapet 11 doté à sa partie basse d'un joint torique 12 lequel est adapté au sieste 6, une pièce d'appui inférieure 13, une pièce d'appui intermédiaire 14 et une pièce d'appui supérieure 15 en forme de coupelle. La pièce d'appui intermédiaire 14 situé entre les deux membranes est constituée par deux disques d'appui entretoisés par un élément tubulaire engagé autour du clapet de plus cette pièce d'appui intermédiaire est dotée entre ses disques d'appui de deux Dlaquettes verticales 16 et 17 mwe l'on aperçoit aux figures 2, 3 et 4 et dont la fonction sera indiquée plus loin. En l'exemple les membranes sont serrées de façon étanche entre les coupelles et les disques d'appui grace au sertissage de l'extrémité supérieure du clapet ; elles sont guidées sur une partie de leur surface par ces pièces d'appui. Le clapet 11 est en outre percé sur toute sa hauteur d'un canal 18 qui met en communication le conduit d'arrivée 4 et la chambre supérieure située au dessus de la membrane 8. L'équipage mobile ainsi défini est soumis à l'action d'un ressort taré 19 tendant à appliquer le joint du clapet contre le siège d'étanchéité 6. La coquille inférieure 1 est étanche, de même que le couvercle supérieur 3. Au contraire la bague intermédiaire 2 est percée d'ouverture de sorte que la pression atmosphérique règne dans la chambre intermédiaire située entre les deux membranes. Par ailleurs l'appareil est muni de moyens de manoeuvre de son équipage mobile permettant à la commande, soit de disposer celui-ci dans la position d'obturation, soit de le réarmer er 'le disposant après déclenchement dans la position d'écoulement. Ces moyens de manoeuvre sont constitués, en l'exemple, par deux leviers mobiles 20 et 21 solidaires entre eux et assujettis à une manette 22. Les leviers 20 et 21 situés dans la chambre intermédiaire sont articulés autour d'un axe vertical 23 porté par des pattes 24 lesquelles sont fixées sur la bague 2. chante levier 20 ou 21 agit par son extrémité sur une came, telle que 24, formée par une ouverture de forme appropriée, pratiquée dans chaque plaque verticale,(plaque 16 pour le levier 20 et plaque 17 pour le levier 21). Chaque came 24 présente une forme telle que représentée à la figure 3, de sorte, lorsque par action sur la manette chaque levier est amené à pivoter dans le sens de la flèche 1, son extrémité en contact avec une rampe montante de cette came engendre la descente de l'équipage mobile, l'appareil fai sant alors fonction de robinet. Lorsque chaque levier demeure dans une position médiane, l'équipage mobile est libre de descendre : cette position correspond à la position de fonctionnement normal de l'appareil.Lorsque, l'appareil ayant déclenché (équipage mobile descendu vers le bas), on fait pivoter les leviers dans le sens de la flèche f2, l'extrémité de chacun de ceux-ci prend contact avec une rampe descendante de la came et engendre le relèvement de l'équipage mobile : cette opération assure donc le réarmement de l'appareil ; l'opérateur ramène ensuite les leviers en position médiane pour disposer l'appareil en état de fonctionnement normal. Bien entendu les moyens de manoeuvre peuvent revêtir d'autres formes ; par exemple, ils peuvent être constitués comme le représente la figure 5 me came 27 tournant dans un plan vertical. Cette came est mue par un levier horizontal 28 susceptible d'être amené à tourner autour de son axe par une manette externe 29 ; la rotation de la came 27 engendre le déplacement de l'équipage mobile, en venant en contact, soit contre le disque inférieur de la pièce intermédiaire 14 (descente de l'équipage mobile), soit contre son disque supérieur (réarmement ; figure 5). En outre l'appareil est avantageusement doté de moyens de guidage de l'équipage mobile, lesquels sont destinés à le guider au cours de son déplacement. En l'exemple ces moyens sont constitués par deux doigts, tels que 25, fixés radialement, l'un sur la plaquette 16, l'autre sur la plaquette 17, comme le représentent les figures 3 et 4. L'extrémité de chaque doigt de section réduite vint se loger dans une ouverture en forme de boutonnière pratiquée dans la bague 2 (on aperçoit ces ouvertures en 26 et 26' aux figures 1, 2 et 4).Les épaulements situés à l'extrémité des doigts 25 forment des butées qui assurent un guidage radial de l'équipage, cependant que l'extrémité des doigts introduite dans chaque boutonnière 26 ou 26' assure un guidage tangentiel ; de plus ces extrémités sont visibles de l'extérieur de l'appareil et permettent à l'utilisateur de repérer la position de l'équipage mobile pour savoir si l'appareil a déclenché ou non. Les divers organes de l'appareil ayant été décrits on va expliquer ci-dessous son fonctionnement. La pression d'entrée Pe règne dans la chambre supérieure au dessus de la membrane 8 et s'exerce sur la surface utile s de cette membrane. Une perte de charge flp se développe entre le clapet et le siège, de sorte que dans la chambre inférieure située sous la membrane 7 règne une pression de sortie Ps = Pe - ss p. Cette pression Ps s'exerce vers le haut sur une surface utile S de la membrane inférieure 7. Compte tenu de la pression atmosphérique Po qui règne dans la chambre intermédiaire située entre les membranes, la force qui s'exerce sur l'équipage mobile s'écrit : R = (Pe-Po).s + (Ps-Po).S + F (Par convention cette force est positive si elle est dirigée vers le bas et négative dans le cas contraire). F est la force de rappel exercé par le ressort 19 (y compris le poids de l'équipage mobile) ; en posant s = S - S et Ps = Pe - #p, cette force s'écrit R = p. S - (Pe-Po). #S + F Suivant l'application envisagée, les divers paramètres de l'appareil entrant dans cette formule sont ajustés pour : développer une force négative (vers le haut) en cas d'écoulement normal, (le terme (Pe-Po).S l'emporte); développer une force positive (vers le bas) lorsqu'apparait une dépression amont déterminée (baisse de la pression Pe au dessous d'un seuil déterminé et, donc, décroissance du terme (Pe-Po).#S) ; développer une force positive (vers le bas ) lorsqu'apparait une dépression aval déterminée, c'est-à-dire lorsque le débit dépasse un seuil déterminé (croissance de la perte de charge p, les termes positifs bp.S + F l'emportant sur le terme négatif). Il convient de noter, et c'est également là une des caractéristiques essentielles de l'appareil, qu'après déclenchement la pression du gaz vient s'exercer uniquement sur la membrane supérieure et tend à appliquer le clapet sur son siège ; la force développée sur l'équipage est alors égale à (Pe-Po) + F et est ajustée à la valeur souhaitable pour produire l'étanchéité, en donnant à la surfais une valeur appropriée. Par exemple dans le cas de la distribution du gaz de ville à pression relative de 22 millibars, il est souhaitable - que le déclenchement s'effectue au delà d'un débit-d'environ 10 m3 /heure qui correspond chez un particulier à une consommation anormale (tuyau aval rompu ou débranché), - et que le déclenchement s'effectue dans le cas où la pression relative de distribution passe au dessous d'un seuil compris dans une plage allant de 8 à 13 millibars environ. Pour répondre à ces conditions, l'appareil peut avoir les caractéristiques dimentionnelles suivantes AS = 15 cm2 F de l'ordre de 130 g. S = 76 cm2 p compris entre 0,5 et 1 millibar (par exemple ss p = 0,75 millibars) pour le débit maximum de 5 m3/heure à la pression relative de distribution de 22 millibars. Dans ces conditions on obtient les résultats suivants Pour une pression de distribution normale - en cas de débit nul (pas de consommation) l'équipage mobile est maintenu en position haute par une force de l'ordre de 200 g. - en cas de débit maximum égal à 5 m3/heure, l'équipage est maintenu vers le haut par une force de l'ordre de 140 g. Par conséquent pour une distribution normale -et une consommation normale, l'équipage mobile est maintenu vers le haut par une force approximativement comprise entre 140 et 200 g. Apparition d'une dépression aval. - lorsque le débit aval croit, la force résultante dirigée vers le haut diminue jusqu'à s'annuler pour un débit de déclenchement légèrement infé- rieur à 10 m3/heure. - pour un débit de 10 m3/heure, cette force est dirigée vers le bas et est de l'ordre de 30 g. - pour un débit de 12,5 m3/heure, la force agissante vers le bas est de l'ordre de 150 En conséquence, l'appareil déclenche à partir d'un débit de ladre de 10 m3/heure. Apparition d'une dépression amont - en cas de débit nul (pas de consommation), le déclenchement s'effectue lorsque la pression relative de distribution passe au dessous d'une valeur de l'ordre de 8,5 millibars. - pour le débit maximum de 5 m3/heure, le déclenchement s'effectue lorsque la pression relative de distribution passe au dessous d'une valeur de l'ordre de 12,5 millibars. Pour un débit consommé normal le déclenchement par dépression amont s'effectue denc lorsque la pression relative de distribution passe au dessous d'un seuil compris entre 12,5 et 8,5 millibars. On voit donc qu'en cas d'apparition d'une dépression aval ou d'une dépression amont de valeurs déterminées, il y a déclenchement de l'appareil et fermeture de l'écoulement ; dans l'exemple ci-dessus, après déclenchement, la force d'application du clapet sur son siège est de l'ordre de 1470 g. lors- que le gaz est rétabli. Bien entend1l toutes les valeurs indiquées ne sont que des ordres de grandeurs, uniquement données pour illustrer 1 fonctionnemert de l'appareil. Notons que, lorsque au début d'un déclenchement le clapet mobile subit un léger déplacement vers le bas, la section de passage d riaz diminue et la perte de charge augmente ce qui accroit la force agissante s'exerçant vers le bas : le déclenchement, une fois amorcé, se produit donc de façon nette et rapide. Bien entendu dans chaque cas les caractéristiques de l'appareil sont adantAes à l'application envisagée et la description précédente n'est donnée qu'à titre d'exemple non limitatif. REVENDICATIONS 1- Dispositif d'obturation d'un écoulement gazeux, en particulier à basse pression, propre à se déclencher pour s'opposer au passage du gaz en cas d'appari tion d'une dépression amont ou d'une dépression aval au moins égales à des seuils déterminés, ledit dispositif comprenant - un corps dans lequel-débouche un conduit d'arrivée du gaz-distri bué à la pression d'entrée Pe et duquel part un conduit de sortie du gaz s'échappant à une pression de sortie Ps - un siège d'étanchéité ménagé dans le corps sus-évoqué et séparant le conduit d'arrivée du conduit de sortie - un équipage mobile situé dans le corps et pourvu d'un clapet de fermeture, ledit équipage étant apte à se déplacer entre deux positions, une position d'obturation où son clapet est appliqué sur le siège et une position d'écoulement où son clapet est écarté du siège - un moyen de rappel propre à développer sur l'équipage mobile une force dirigée dans le sens de son déplacement vers la position d'obturation, ledit dispositif d'obturation étant caractérisé en ce que l'équi- page mobile comprend deux membranes souples, auxquelles est lié le clapet, et qui délimitent trois chambres à l'intérieur du corps, l'une, dite chambre inférieure, en communication avec le conduit de sortie de façon qu'il y règne la pression de sortie Ps, laquelle s'exerce sur une surface utile S de l'équipage mobile, surface délimitée par une des membranes, dite membrane inférieure, une deuxième chambre, dite chambre intermédiaire, dans laquelle règne une pression de référence en particulier la pression atmosphérique, une troisième chambre, dite chambre supErieure, en communication avec le conduit d'entrée de façon qu'il y règne la pression d'entrée Pe, laquelle s'exerce sur une surface utile s de l'équipage, surface délimitée par l'autre membrane, dite membrane supérieure, la membrane supérieure étant positionnée dé sorte que la pression d'entrée Pe s'appliquant sur la surface s tende à appliquer le clapet de l'é guidage mobile sur son siège, cependant que la membrane inférieure est positionnée de sorte que la pression de sortie Ps s'appliquant sur la surface S tende à écarter le clapet de son siège, la surface utilesdélimitée par la membrane supérieure étant égale à une fraction de la surface utile S délimitée par la membrane infériellre. 2- Dispositif d'obturation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le corps est formé par - une coquille inférieure comprenant le conduit d'arrivée du gaz et le conduit de sortie, le siège d'étanchéité étant ménagé autour du conduit d'arrivée et la chambre inférieure étant délimitée par ladite coquille à la périphérie dudit siège et de son clapet, le conduit de sortie s'échappant directement de cette chambre inférieure, - une bague intermédiaire, délimitant la chambre intermédiaire et servant par son bord inférieur à pincer la membrane inférieure et par son bord supérieur à pincer la membrane supérieure. - un couvercle supérieur délimitant la chambre supérieure, des moyens de communication étant prévus entre cette chambre et le conduit d'entrée. 3- Dispositif d'obturation selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de communication entre la chambre supérieure et le conduit d'entrée sont constitués par un canal pratiqué sur toute la hauteur du clapet de façon à déboucher, d'un côté, en regard du conduit d'entrée et, de l'autre, dans la chambre supérieure. 4- Dispositif d'obturation selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que les deux membranes sont disposées en position à peu près parallèles l'une de l'autre et pincées, l'une entre la coquille inférieure et la bague, l'autre entre la bague et le couvercle supérieur, la membrane inférieure étant soumise sur la surface S, d'un côté, à la pression de sortie Ps teddant à écarter le clapet du siège et, de l'autre catie, en sens opposé à la pression de référence, cependant que la membrane supérieure est soumise sur la surface s, d'un doté, à la pression d'entrée Pe tendant à appliquer le clapet sur son siège et, de l'autre côté, en sens opposé à la pression de référence. 5- Dispositif d'obturation selon les revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le clapet est assujetti à la partie centrale des deux membranes aux moyens de pièces d'appui solidaires dudit clapet et pinçant lesdites membranes de façon à assurer l'étanchéité et à guider chacune de celle-ci sur une partie de sa surface. 6- Dispositif d'obturation selon la revendication 5 caractérisé en ce que son équipage mobile comprend une pièce d'appui intermédiaire située entre les deux membranes, cette pièce étant formée par deux disques d'appui entretoisés par un élément tubulaire engagé autour du clapet. 7- Dispositif d'obturation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 ou 6, utilisable en robinet et comportant des moyens de manoeuvre associés à l'équi- page mobile pour permettre à la commande, soit de le disposer dans sa position d'obturation, soit de le réarmer en le disposant après déclenchement dans sa position d'écoulement, ledit dispositif étant caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre sus-évoqués comprennent au moins un levier mobile situé dans la chambre intemmédiaire et apte à agir sur l'équipage mobile, ce levier se prolongeant à l'extérieur du corps par une manette de manoeuvre. 8- Dispositif d'obturation selon les revendications 6 et 7-prises ensemble, caractérisé en ce que chaque levier agit sur la pièce d'appui intermédiaire par une came. 9- Dispositif d'obturation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, 7 ou 8,caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage de l'équipage mobile, apte à le guider au cours de son déplacement. 10-Dispositif d'obturation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que la surface utile s est approximativement com-prise entre 70/100 et 90/100 de la surface utile S, l'équipage mobile étant adapté pour qu'une perte de charge approximativement comprise entre 0,5 et 1 millibar soit introduite entre le clapet et son siège pour un écoulement de débit de l'ordre de 5 m3/heure à une pression d'entrée Pe del'ordre de 22 millibars.