Brevet FR2348417A1 — publié le 19771110

La présente invention a pour objet une soupape de décompression ou décompresseur gravitaire. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des soupapes de décompression, notamment pour équiper des enceintes de confinement. Dans de nombreuses industries, on utilise des enceintes de confinement telles que des boîtes à gant ou des sorbonnes à l'intérieur desquelles sont effectuées des expériences ou des manipulations de matières présentant un danger pour le milieu ambiant, par exemple des expériences chimiques utilisant ou donnant naissance à des gaz toxiques ou des manipulations de matières radioactives ou des expériences biologiques sur des microorganismes. Les enceintes de confinement sont maintenues habituellement en légère dépression par rapport à l'atmosphère de sorte que les fuites qui pourraient se produire aient lieu dans le sens allant de l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte. I1 peut arriver que la pression dans 11 enceinte s'élève accidentellement à la suite d'un dégagement gazeux important et rapide, d'une explosion, d'une élévation de température subite ou pour toute autre raison. I1 faut évidemment éviter toute élévation de pression qui risquerait de conduire à une fissuration ou à un éclatement de l'enceinte. Les enceintes actuelles sont équipées de soupapes de sécurité tarées qui débouchent dans un collecteur d'échappement destiné à recueillir les gaz en cas d'ouverture de la soupape. Il existe également des enceintes de confinement équipées de soupapes d'échappement comportant un joint liquide. Les soupapes à ressorts tarés présentent plusieurs inconvénients - leur bon fonctionnement est tributaire du tarage du ressort qui peut varier dans le temps, de sorte que la fiabilité de ces soupapes n'est pas garantie et qu'il faut les visiter et les essayer fréquemment pour vérifier leur bon état; - la hauteur d'ouverture des soupapes reste limitée car dès que la soupape stouvre, la différence de pression sur les deux faces varie très rapidement et le ressort équilibre la différence pour une hauteur d'ouverture limitée. I1 en résulte des risques de bouchage de I'orf8fice par des corps etrangers entraînés par le courant gazeux;; - les soupapes connues ont une inertie relativement élevée, de sorte qu'en cas d'élévation rapide de la pression interne, par exemple en cas d'explosion, il risque de se produire une surpression dépassant les limites de rupture de l'enceinte avant que la soupape n'ait eu le temps de s'ouvrir. Les soupapes à joint liquide ne peuvent résister qu'à des surpressions limitées par la hauteur de la colonne de liquide. Etant donné les dangers que présenterait l'explosion ou la rupture d'une enceinte de confinement, notamment dans le cas d'une boîte à gants dans laquelle on manipule des substances radioactives ou des substances très toxiques, il faut équiper les enceintes de confinement de soupapes de décompression qui suppriment tout risque. L'objectif de la présente invention est de procurer des soupapes de décompression qui répondent à cet impératif, c'est-à-dire des soupapes qui soient très simples et très fiables, dont l'inertie est très faible et qui présentent en même temps une hauteur et une section de passage des gaz évitant tout risque d'obturation. Cet objectif est atteint au moyen de soupapes de décompression gravitaires qui sont composées - d'une plaque pleine, d'un poids déterminé qui est appuyée par son seul poids sur une garniture d'etanchéltéssformant son siège, qui entoure une ouverture qui traverse le toit d'une enceinte; - et d'un guidage vertical. La garniture d'étanchéité est constituée,de préférence, par un joint torique inséré dans une gorge. La plaque peut comporter, sur sa face inférieure, un alésage fileté axial auquel peuvent être suspendues des masselottes d'un poids déterminé. Le guidage comporte des butées d'arrêt qui limitent le déplacement en hauteur du disque. Dans un mode de réalisation préférentiel, la plaque est un disque et le guidage est constitué par un corps cylindrique vertical, coaxial au siège, ayant un diamètre interne supérieur au diamètre externe du disque. Ce corps comporte une dérivation latérale dont la section est au moins égale à la section de l'ouverture. La butée d'arrêt est constituée par un couvercle qui obture le sommet dudit corps cylindrique et ce couvercle est situé au-dessus du point le plus haut de la dérivation latérale. L'invention a pour résultat un nouveau produit qui constitue une soupape de décompression d'une enceinte de confinement, par exemple d'une boîte à gants ou d'une sorbonne de laboratoire de chimie. Les soupapes de décompression selon l'invention présentent l'avantage d'être très fiables car elles ne comportent aucun organe mécanique. La seule force active est la gravité. La combinaison d'un disque et d'une garniture constituée par un joint torique fait que tout le poids du disque s'applique sur une très faible surface et on peut donc utiliser un disque ayant un poids relativement faible de sorte que la soupape s'ouvre pour une surpression très faible de l'ordre de quelques millibars. D'autre part, l'inertie du disque est très faible de sorte que la vitesse d'ouverture est élevée, ce qui évite tout risque de mise en surpression de l'enceinte en cas d'un dégagement gazeux rapide. On remarquera que la charge q du joint torique par unite de longueur croit proportionnellement au rayon R de la soupape. En effet, le poids P du disque est égal à p.nR2, p étant la surpression qui provoque l'ouverture tandis que la charge par unité de longueur P P q = = = = - R. On peut donc, et on a intérêt à choisir des diamètres 1 1 2itR 2 de soupape relativement grands pour obtenir un meilleur écrasement du joint torique et une meilleure étancheite de la soupape. Comme les enceintes de confinement sont généralement en dépression, celle-ci contribue à maintenir la soupape appuyée de façon étanche sur le siege. Le fait que l'on puisse utiliser des soupapes de grand diamètre présente l'avantage dleviter les risques de bouchage ou de mise en surpression dangereuse de l'enceinte dans le cas d'un débit de gaz à évacuer relativement important. Par exemple, pour une enceinte étanche ayant un volume de lm3, on calcule que pour un dégagement gazeux de 2,25 m3/s et une soupape ayant un diamètre nominal de 320 mm, la surpression maximale est de 2,3 bars. Pour un dégagement gazeux de 1,30 m3/s et une soupape ayant un diamètre nominal de 250 mm, la surpression maximale est de 1,3 bar. Pour un dégagement de 0,86 m3/s et une soupape ayant un diamètre nominal de 200 mm, la surpression maximale est de 0,9 bar. Pour un dégagement gazeux de 0,68 m3/s et une soupape ayant un diamètre nominal de 160 mm, la surpression maximale est de 0,7 bar. Le fait d'utiliser comme soupape un disque qui repose par son poids sur un joint torique présente, en outre, l'avantage que le centrage du disque par rapport au joint n'a pas besoin d'être très précis, de sorte que le disque peut être guidé avec un jeu relativement important ce qui évite des frottements et des risques de grippage du disque qui pourraient empêcher l'ouverture de la soupape. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent un exemple de réalisation de l'invention sans aucun caractère limitatif. La figure 1 est une coupe verticale axiale d'une soupape de décompression selon l'invention. La figure 2 est une coupe horizontale selon II-II de la figure 1. Ces deux figures représentent en 1 une paroi supérieure horizontale d'une enceinte de confinement, par exemple d'une boîte à gants à l'intérieur de laquelle sont effectuées des manipulations de substances radioactives. Dans cette paroi est découpée une ouverture 2 de décompression destinée à évacuer les gaz afin d'éviter une surpression accidentelle à l'intérieur de l'enceinte 1 qui risquerait de faire éclater ou de fissurer celle-ci et de projeter à l'extérieur des gaz ou des substances dangereux. L'ouverture 2 est équipée d'un dispositif de décompression qui est constitué par un boîtier 3, d'axe z z1 comportant un corps cylindrique vertical 4, un couvercle .5 obturant le sommet de celui-ci, une dérivation 6 branchée latéralement sur le corps 4 et un fond 7 constitué par une bride percée d'un orifice 7a dont le diamètre est égal au diamètre de l'ouverture 2. La bride 7 est fixée sur la paroi 1 par tout moyen connu, par exemple au moyen de vis qui se vissent dans les alésages filetés 8. Un joint torique 9 est inséré dans une gorge creusée sur la face inférieure de la bride 7 pour assurer l'étanchéité entre la bride et la paroi. La bride 7 est fixée de façon à ce que les orifices 2 et 7a soient coaxiaux. La face supérieure de la bride 7 comporte une gorge 10 dans laquelle est inséré un joint torique 11. Sur ce joint est posé un disque 12- ayant un poids et une surface bien déterminés. Le disque 12 est appuyé sur le joint 11 par son seul poids et le diamètre externe du disque est inférieur au diamètre interne du corps 4, de sorte que lorsqu'une surpression prend naissance dans l'enceinte 1, dès que la poussée sur le disque 12 dépasse le poids du disque, celui-ci est soulevé vers le haut en étant guidé périphériquement par les parois internes du corps 4. Comme le jeu entre la périphérie du disque et le corps 4 est faible, si le dégagement gazeux est important, le disque 12 est projeté contre le couvercle 5 qui sert de butée d'arrêt de sorte que l'orifice d'échappement 6 est entièrement démasqué. On a représenté en pointillés le disque dans cette position 12a. L'orifice 6 a une section au moins égale à celle des orifices 2 et 7a de sorte que l'on évite tout effet de tuyère qui résulterait d'une section de sortie 6 inférieure à la section 7a d'entrée dans le boîtier 3. Le disque 12 fait fonction de soupape de décompression permettant d'évacuer automatiquement les gaz contenus à l'intérieur de l'enceinte. On choisit, par exempleiun poids du disque tel qu'il se soulève de son siège pour une surpression égale à 2 millibars ce qui détermine l'épaisseur du disque en fonction de la densité du matériau. La dérivation 6 est équipée d'une bride 6a qui permet de la raccorder sur un collecteur d'aspiration de sorte que bus gaz qui s'échappent de l'enceinte ne se répandent pas dans le local. En variante, pour de grandes sections de passage, la dérivation 6 et la bride 6a peuvent être rectangulaires afin de réduire ltencombrement. Le matériau utilisé est par exemple du chlorure de polyvinyle (P.V.C) rigide ou du polymétacrylate de méthyle. Le disque 12 est constitué, par exemple, d'un cylindre tourné et usiné afin de déterminer le poids avec une bonne précision. Il peut comporter un alésage fileté axial 13 permettant de suspendre des masselottes de tarage. Le disque 12 représenté sur le dessin comporte une nervure périphérique et un moyeu central réunis par une plage de moindre épaisseur afin de réduire le poids tout en ayant une meilleure rigidité. Les différences de pression que peuvent supporter des soupapes selon l'invention sont limitées par la tenue mécanique des soupapes qui se déforment pour une charge déterminée d'autant plus faible que le diamètre est grand. Par exemple, pour des soupapes en P.V.C., on calcule que les pressions maximales auxquelles peut travailler une soupape selon l'invention, avec un coefficient de sécurité de 20 Z sont les suivantes en fonction du diamètre nominal DN : DN = 320 P = 0,7 bar. DN = 250 P = 0,8 bar. DN = 200 P = 1,26 bar DN = 160 P = 1,79 bar. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs de la soupape qui vient d'être décrite à titre d'exemple pourront être remplacés par des éléments équivalents remplissant les mêmes fonctions. REVElIDICATIONS 1 - Soupape de décompression gravitaire, caractérisée en ce qu'elle est composée - d'une plaque (12) pleine, d'un poids déterminé qui est appuyee par son seul poids sur une garniture d'étanchéité (11) fornant un siège qui entoure une ouverture (2) qui traverse le toit d'une enceinte - et d'un guidage vertical (4). 2 - Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la garniture d'étanchéité est constituée par un joint torique (11) insére dans une gorge (10). 3 - Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisee en ce que ladite plaque (12) comporte sur sa face inferieure, un alésage fileté axial (13) auquel peuvent être suspendes des nasselot- tes d'un poids déterminé. 4 - Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisèe en ce que ledit guidage comporte des butées d'arrêt (5) qui limitent le déplacement en hauteur de la plaque. 5 - Soupape selon l'une quelconque des revendications l a 5, caractérisér~ en ce que ladite plaque est un disque et ledit guidage est constitué par un corps cylindrique (4) vertical, coaxial au siège, ayant un dia mètre interne supérieur au diamètre externe du disque, 6 - Soupape selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit corps cylindrique comporte une dérivation latérale (6) dont la section est au moins égale à la section de ladite ouverture (2). 7 - Soupape selon la revendication 4 à 6, caractérisée en ce qoe ladite butée est constituée par un couvercle (5) qui obture le sonnet dudit corps cylindrique (4) et qui est si tué au-dessus du point le plus haut de ladite dérivation latérale (6). 8 - Soupape selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un boîtier cylindrique vertical (4) comportant un branche ment en dérivation latéral (6), dont le fond est constitué par une bride (7) percée d'un orifice (7a), lequel boîtier renferme un disque (12) de poids déterminé, dont le diamètre externe est inférieur au diamètre interne dudit boîtier (4) et qui se meut IibreBent dans le sens vertical à l'intérieur dudit boîtier. 9 - Soupape selon la revendication 8, caractérisée en ee qse la bride (7) qui constitue le fond du boltier,comporte sur la face su;'érieure, une gorge (10) dans laquelle est insérée ledit joint torique ( et sur la face inférieure, des moyens (8) pour fixer ladite bride de façon étanche et coaxialement à la périphérie d'une ouverture circulaire (2) découpée dans le toit d'une enceinte de confinement.