Brevet FR2327469A1 — publié le 19770506

La présente invention a pour objet une vanne destinée à limiter le niveau de remplissage d'un liquide dans un récipient quelconque. Une vanne selon l'-invention est plus particulièrement, bien que non exclusivement, destinée à être placée à 11 intérieur d'une cuve, par exemple une cuve pour le stockage de produits pétroligs. Jusqu'à maintenant le contrôle du niveau de liquide dans une cuve ou récipient en cours de remplissage, par gravité ou pompage, est effectué de manière aléatoire au moyen de signaux, notamment sonores, émis par une pression d'air passant à travers un sifflet ou par des moyens à jauge, ou encore par une surveillance de moyens extérieurs indicateurs de niveau, si la cuve n' est pas enterrée qui sont contrôlables périodiquement au cours du remplissage. Ces divers moyens, énumérés succinctement dans ce qui précède, ne donnent pas entière satisfaction du fait qu'ils sont tributaires de la présence dtun observateur qui doit effectuer de fréquentes vérifications, en particulier lorsque le liquide approche le niveau requis. I1 s'ensuit que, fréquemment la surveillance du niveau étant une opération fastidieuse le remplissage d'une cuve donne lieu à des débordements. Outre que les pertes de liquide peuvent astre importantes, étant donné le débit généralement fort, le produit répandu peut présenter un danger en particulier lorsqu'il s1 agit de produits pétroliers volatils. Le présente invention vise à supprimer ces inconvénients et propose dans ce but une vanne limiteur de niveau, dont la réalisation simple et robuste conduit à un fonctionnement particulièrement sûr. Une vanne limiteur de niveau selon l'invention, destinée à être placée dans une cuve de stockage d'un quelconque liquide, et comprenant des moyens de raccordement respectivement à des tubulures d'arrivée et de distribution se caractérise en ce qu' elle comprend, dans un corps de vanne un mécanisme à éléments d' obturation qui est accouplé à un premier flotteur extérieur et susceptible de basculement sous l'impulsion d'un niveau de liquide donné, ledit premier flotteur pilotant ainsi le mécanisme d' une position escamotée laissant passer le flux de liquide à une position active barrant, au moins en partie, la section de passage du liquide, donnant ainsi un signal d'emplissage par varia tion importante du débit, tandis qu'un second flotteur, situé à un niveau supérieur par rapport au premier flotteur, est adapté à compléter éventuellement l'action de ce dernier en agissant directement ou indirectement sur certains des éléments d'obturation pour stopper totalement le débit. Ainsi guipée, une vanne suivant l'invention permet l'admission dans une cuve d'un liquide quelconque amené sous pression par l'intermédiaire d'une pompe, ou par gravité Jusqu' un niveau prédéterminé, ce niveau étant fonction du placement de la vanne dans la cuve. Lorsque le liquide a atteint le niveau prédéterminé, le premier flotteur est basculé d'environ un quart de tour sous l'effet de la poussée du liquide, et entraîne de ce fait le mécanisme à (siéments d'obturation de sa position escamotée à une position d' obturation. La position des éléments d'obturation conduit à une réduction importante du débit signalant ainsi à l'opérateur la fin du remplissage de la cuve, ce dernier étant alors à même de couper la distribution. ostérieurement a l'arrêt de la distribution les élément d' obturation dégagent un passage réduit par où peut s'écouler le liquide encore présent dans la canalisation de distribution. Aucune surveillance du niveau de liquide dans la cuve n'est plus nécessaire du fait que l'arrêt de la distribution est effectué automatiquement dès que le liquide a atteint un niveau donné. I1 convient de remarquer que dans le cas où par inadvertance la cuve ainsi remplie serait à nouveau alimentée par une nouvelle distribution, ou encore par une canalisation d'amenée de tropgrande contenance en liquide, le second flotteur serait soumis à une poussée du liquide et entraînerait en fermeture totale les éléments d'obturation. On obtient ainsi une vanne apte à limiter automatiquement le niveau de liquide dans une cuve, par arrêt de la distribution et vidange des canalisations d'amenée, le liquide pouvant être à volonté distribué sous pression ou par gravite. -La sécurité de fonctionnement d'une Vanne selon l'invention est remarquable, toutefois dans le cas où pour un motif quelconque, par exemple défaillance de l'un des éléments d'obturation il est prévu un dispositif de sécurité supplémentaire place côté distribution, ce dispositif étant essentiellement constitué par un volet normalement placé en position escamotée, mais qui peut barrer totalement de façon étanche la canalisation de distribution, lorsque le niveau atteint un seuil à ne pas dépasser. Dans ce but, le volet est monté sur un axe dont une extrémité est accouplée à un ressort préalablement mis sous tension, et dont l'autre extrémité est liée à une tige maintenue en butée sous l'effet du ressort précité sur un bras portant le second flotteur, cette butée étant effaçable lorsque le second flotteur atteint le seuil à ne pas dépasser. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels -la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une vanne suivant l'invention -les figures 2 à 5 sont des vues en élévation avec coupes partielles montrant différentes phases de fonctionnement de la vanne -la figure 6 est une vue en perspective du mécanisme à élé- ments d'obturation ; -la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 2 montrant plus paticulièrement le volet de sécurité -la figure 8 montre en élévation un autre mode de réalisation ; -les figures 9 et 10 sont des vues analogues à la figure 8, de deux phases de fonctionnement. Dans la forme d'exécution choisie et représentée aux figures -1 à 7, la vanne selon l'invention comprend un corps de vanne 10 limité longitudinalement par des brides de raccordement 11, 12, à l'intérieur duquel est disposé un mécanisme à éléments dXobtu- ration indiqué dans son ensemble par la référence 13. La vanne qui est destinée à être placée en partie supérieure d'une cuve, non représentée ici, est raccordée à une arrivée de liquide 14 par sa bride 11,- tandis que la bride 12 porte un tron çon de tubulure de distribution 15. Le liquide traverse donc la vanne suivant la direction indiquée par la flèche F. Le corps de vanne 10 porte un axe 18 d'orientation horizontale sur lequel est calé, par l'intermédiaire d'une clavette 19, un bras 20 vers une partie terminale duquel est agencé le mécanisme à éléments. d'obturation qui va maintenant être décrit. Ce mécanisme comprend un premier obturateur principal 22, un second obturateur 23 et un troisième obturateur 24, le montas ae ces différents éléments étant le suivant. Le bras 20 (voir en particulier à la figure 6) comporte un passage central 26 dans lequel est engagé, avec jeu, une partie centrale 27 dune broche "3" orientée perpendiculairement au plan général du bras ; la broche 53 est associee au bras par une goupille 28 dont les parties terminales sont engagées dans des évidements 20A, en sorte qu'elle est susceptible d'oscillations sur ce dernier. De part et d'autre de la partie centrale précitée, la broche comporte des prolongements 29, 30 de diamètres plus petits que la partie centrale ; le prolongement 30 reçoit le second obturateur 23 qui est monté fou avec un jeu "J " et maintenu en place par une goupille 31, tandis que le prolongement 29 passe à travers la branche horizontale 32 d'une pièce en forme de "U" renversé, les extrémités libres des branches 33, 34 de cette pièce étant accouplées avec le premier obturateur ou obturateur principal 22. L'assujettissement de l'obturateur principal 22 avec le bras 20 est obtenu par l'intermédiaire d'un ressort 36 entourant le prolongement 29 en étant en appui par une de ses extrémités sur la face extérieure de la branche 32, et par une autre de ses extrémités, sur une rondelle 37 maintenue par une goupille 38. L'obturateur principal 22 est en forme de disque, et il coopère par une partie marginale avec un siège 40 ménagé dans le corps de vanne 10. Le second obturateur 23 coopère avec un siège 41 formé autour daun passage central 42 ménagé dans l'obturateur principal 22. Quant au troisième obturateur 24 qui est en fait formé par l'épaulement ménagé entre le prolongement 30 et la partie centrale 27 de la broche "3" il coopère avec un siège formé par le second obturateur autour d'un passage central 43. Le fonctionnement de ce mécanisme sera décrit plus loin. L'axe 18 débouche à l'extérieur du corps de vanne 10, et sur cet axe sont calés d'une part, un taquet 50 et, d'autre part, un premier flotteur 51 de forme générale parallélépipédique. Le fltteur 51 a son centre de gravité indiqué en "G* ; il est accouplé à l'axe 18 de telle manière que le mécanisme à éléments d'obturation se trouve dans une position totalement esca motée ainsi ou'il est bien visible en particulier à la figure 2, lorsque le flotteur 51 n'est pas soumis à une poussée du liquide; une butée extérieure 52, solidaire du corps de vanne 10, définit la position du flotteur 51 lorsqu'il est libre. Une autre butée est prévue sur le corps de vanne 10 comme indiqué en 53 ; I'objet de cette butée apparaîtra plus loin. Un second flotteur 55 est porté par un bras 56 ; il est monté basculant suivant un plan parallèle au précédent grâce a' un axe 57 fixé au corps de vanne et sur lequel est engagée l'extré- mité libre du bras 56. Au delà de l'articulation précitée le bras 56 porte une pièce en équerre 59 dont la branche libre 60 est destinée à coopérer avec le taquet 50. Dans une partie sensiblement centrale le bras 56 présente une lumière 62, dans laquelle est normalement engagée la partie terminale d'une tige 63 s'étendant vers le bas et qui est accouplée (figure 7) à un axe 64 portant un papillon ou volet de sécu rité 65 disposé côté distribution, à l'intérieur de la tubulure 15. L'axe 64 portant le papillon de sécurité 65 est soumis du côté opposé à la tige précitée 63 à l'action d'un ressort en spirale 67 dont une extrémité est accrochée à la tubulure 15 et 1' autre extrémité à l'axe précité 64 ; ce ressort, une fois mis sous tension, laquelle est obtenue en imprimant quelques tours de rotations à 1'axe 64 par l'intermédiaire de la tige 63 tend à faire basculer le volet de sécurité 65 dans le sens de la flèche Fl (figure 2). me volet de sécurité est normalement maintenu en position escamotée ainsi qu'il est représenté aux figures du fait que la tige 63 est immobilisée en rotation par son engagement dans le bras 62, mais il se doit d'interdire tout passage de liquide lorsqu'il est sollicité. Dans ce but il comporte un joint d'étanchéité torique 70 engagé dans une rainure périphérique 71 du volet. Le fonctionnement de la vanne ci-dessus décrite peut s'analyser de la manière suivante. A la figure 2 la vanne autorise la distribution d1un liquide aans une cuve du fait que le premier flotteur 51 n'est que partiellement immergé par le liquide, (niveau i) et qu'il occupe une position stable où le bras 20 et le mécanisme à éléments d'obtura- tion libèrent totalement le passage ménagé dans lavanne. La position stable du flotteur 51 est obtenue par la combi naison de la poussée du liquide et du poias du flotteur, tendant à le pousser sur la butée 52. Le papillon de sécurité 65 est lui aussi placé en position escamotée Au fur et à mesure que le niveau du liquide s'élève dans la cuve ainsi qu'il est indiqué en NI à la figure 3, le premier flotteur 51 a été sollicité et a basculé d'un quart de tour sous l'effet de la poussée du liquide exercee sur une partie de la surface de ce dernier. I1 est à noter que le basculement du premier flotteur 51 s' effectue d'une manière nette. En effet par suite de l'immersion progressive du-flotteur 51, le centre de poussée du liquide sur ce dernier se déplace par rapport à l'axe de rotation 18 et provoque après une courte pé- riode d'instabilité en basculement franc d'environ un quart de tour. Dans le cas ou la distribution est effectuée par gravité 1' opérateur constatant une baisse sensible du débit peut couper la distribution, la vidange de la canalisation d'amenée de liquide étant effectuée à travers le passage r ménagé entre les premier et second obturateurs. Dans l'éventualité ou la distribution n'est pas coupée le liquide continu d'être distribué lentement dans la cuve par le passage P précité. Le niveau continuant de monter lentement arrive en N2 (figure 4) ; au cours de sa montée le niveau de liquide a attaqué le second flotteur 55, et celui-ci s'est trouvé soulevé progressivement par la pression du liquide (flèche F3) et partant, a pivoté autour de son axe de rotation 57. Au cours du pivotement précité, l'extrémité 60 de la pièce en équerre 59 a attaqué le taquet 50 provoquant ainsi un nouveau basculement du bras 20 lequel a amené le second obturateur 23 sur le siège formé autour du passage 42 de l'obturateur principaL L'obturateur 23 masque donc le passage 42 et la distribution de liquide est pratiquement arrêtée puisqu'elle n'est plus admise que par le jeu "J" ménagé entre le second obturateur et le prolongement 30 de la broche But', le liquide suivant le trajet fléché. La distribution du liquide étant à nouveau ralentie, le niveau du liquide monte lentement Jusqu'à venir dans une position telle qu'illustrée à la figure 5, et indiquée par N3. Au cours de la montée la poussée du liquide a agi sur le second flotteur 55 dont le déplacement a été répercuté sur le bras 20 de telle sorte-que le troisième obturateur 24 a été entraîné sur son siège constitué par le second obturateur en obturant ainsi le passage J précité. La fermeture de la vanne est alors totale et aucun produit n'est plus délivré dans la cuve Le fonctionnement décrit ci-dessus a trait à une distribution de liquide par gravité. Dans le cas où la distribution est effectuée sous pression par l'intermédiaire d'une pompe le fonctionnement s'établit de la manière suivante en partant de la position des éléments représentés à la figure 3 du fait que la commande en basculement du premier flotteur 51 est analogue dans les deux cas de distribution. A ce stade, l'écoulement forcé du liquide par la pompe, et la pression existant dans la canalisation, provoquent une fermeture temporaire des second et troisième obturateurs 23, 24 en comprimant le ressort 36 ; cette phase est permise du fait que le bras 20 n'est pas solidarisé avec la broche B mais appuie simplement sur celle-ci lors de la fermeture complète. En fait, le mécanisme à éléments d'obturation est amené provisoirement dans une position de fermeture complète analogue à celle représentée à la figure 5, par la pression régnant dans la canalisation d'amenee La pompe de pression fonctionnant en circuit fermé, l'opéra- teur arrête cette dernière. La pression régnant dans la canalisation -étant donné l'ar- rêt de la pompe- chute rapidement conduisant à la réouverture des second et troisième obturateurs 23, 24, cette position des éléments correspondant à la figure 3 ; la vidange des tuyauteries comprises entre la pompe et la vanne est alors effective. Dans l'éventualité, où pour une raison quelconque l'un des éléments de la vanne n' assurerait pas le rôle qui lui est dévolu, le niveau de liquide entraînerait le second flotteur 55 jusqu 'à un niveau où la tige 63, se trouvant libérée du bras 56, provoque le déverrouillage du papillon de sécurité 65 ; étant donné que ce dernier est soumis à l'action du ressort 67, convenablement taré son basculement est rapide et provoque la fermeture complète de la coroduite de distribution. Selon la variante de réalisation représentée aux figures 8 à 10, on voit que le premier flotteur indiqué ici par 51' comporte sur sa face latérale située en regard du corps de vanne 10 un taquet 75, tandis que le bras 56' du second flotteur 55' comporte une lumière 76 destinée à coopérer avec le taquet précité. Suivant cette réalisation, lorsque le liquide atteint un niveau N6 (figure 9) le premier flotteur 51' -de manière analogue à la réalisation précédente- a basculé d'un quart de tour. Il est à remarquer que le basculement s1 effectue dans les deux cas d'une manière franche. Mais toujours suivant cette variante, le flotteur est limité dans son basculement par le fait que le taquet 75 qui lui est as socié, vient en butée sur une arête de la lumière 76 ménagée dans le bras 56 t, Si le liquide est distribué par gravité, le mécanisme a éléments d'obturation se trouve dans la position illustrée à la figure 3, c'est-à-dire que la distribution continue d'etre assnme à un débit réduit, à travers le passage P. Le niveau continuant de monter lentement si la distribution n'est pas interrompue, le second flotteur 55' s'élève par la pOtS- sée et libère à un moment donné le taquet 75, et, partant, le premier flotteur 55' qui vient alors, étant donné qu'il est libéré, occuper une position telle que représentée à la figure 10. Dans cette position du premier flotteur le bras 20 a été entraîne et les différents éléments d'obturation se trouvent dans la position représentée à la figure 5, c'est-à-dire que la distribution est complètement stoppée. Dans le cas où la distribution est effectuée par pompage lorsque le premier flotteur 51' est basculé et en butée (figure 9) les second et troisième obturateurs 23, 24, sont fermés temporairement par la pression existant dans les canalisations ; la pompe est alors stoppée, et la pression chutant dans la canalisation, les deux obturateurs ci-dessus se rouvrent 80US l'action du ressort 36, laissant passer un débit réduit autorisant la vidange des canalisations. Dans ce cas le second flotteur 55' n'intervient donc pas toutefois dans la position des éléments représentés à la figure 9, et s'agissant toujours d'une distribution par pompage la pompe peut être remise en marche à débit réduit jusqu'à ce que le nivoeii du liquide asservissant le second flotteur 55' déverrouille le premier flotteur 51' comme illustré à la figure 10, où la distribution du liquide est stoppée. insi au'il ressort de ce qui précède une vanne selon l'invention offre des avantages appréciables comparativement à la technique connue. out d'abord sa structure et son encombrement réduit permettent de la loger aisément à l'intérieur d'une cuve, sans modifie tions de cette dernière conduisant ainsi à des frais d'adaptation négligeables. Ensuite, elle permet par son fonctionnement sur, étant donné notamment sa simplicité, à l'opérateur de se dispenser d'une surveillance soutenue notamment pendant la phase finale du remplissage de la cuve. Les débordements, occasionnant des pertes se trouvent éliminés d'où économie certaine alliee à une sécurité accrue. De plus, son mécanisme à éléments d'obturation en cascade permet non seulement ae ne pas accroître le temps de distribution comparativement aux techniques actuelles, mais encore de ne pas creer dans les canalisations de coups de bélier du fait 1ue les fermetures sont, tout en étant rapides, effectuées en douceur. Bien entendu linvention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, lesquels pourront subir au contraire diverses modifications sans pour autant sortir du cadre de 1' invention. REVENDIOliTI ONS 1. Vanne limiteur de niveau, destinée à être placée dans une cuve de stockage d'un quelconque liquide, ayant des moyens pour le raccordement respectivement de tubulures d'amenée et de distribution, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans un corps de vanne un mécanisme à éléments d'obturation qui est accouplé à un premier flotteur extérieur et susceptible de basculement sous l'impulsion d'un niveau de liquide donné, ledit premier flotteur pilotant ainsi le mécanisme d'une position escamotée laissant passer le flux de liquide à une position active barrant, au moins en partie, la section de passage du liquide, donnant ainsi un signal d'obturation pour stopper totalement le débit. 2. Vanne limiteur de niveau selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mécanisme à éléments d'obturation comprend un bras calé sur un axe monté pivotant dars le corps, et auquel est fixé le premier flotteur, tandis que le bras porte vers sa partie terminale opposée à l'axe, un premier obturateur principal destiné à coopérer avec un siège ménagé dans le corps ; un second obturateur qui est destiné à coopérer avec un siège situé autour d'un passage ménagé dans l'obturateur principal ; un troisième obturateur destiné à coopérer avec un siège ménagé autour d'un passage prévu dans le second obturateur. 3. Vanne limiteur de niveau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'obturateur principal est amené en position active sur son siège par pivotement, tandis que les second et troisieme obturateurs sont dépla- çables axialement c'est-à-dire selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan de l'obturateur principal. 4. Vanne limiteur de niveau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les sections de passage ménagées dans les éléments d'obturation sont progressivemeit décroissantes en partant de l'obturateur principal. 5. Vanne limiteur de niveau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'obturateur principal est un disque accouplé au bras précité par l'intermédiaire d'une pièce en U renversé, et d'un ressort agissant sur une bro che d1orientation générale perpendiculaire audit bras, ladite broche portant le second obturateur formé par une rondelle montée folle et étant adaptée à former le troisième obturateur en association avec le second 6. Vanne limiteur de niveau selon la revendication 5, caractérisée en ce que la broche est associée au bras par 11 interné- diaire d'une goupille diamétrale ayant des parties terminales dépassantes engagées respectivement dans une lumière ménagée dans le bras, en étant orientée perpendiculairement au plan de ce dernier. 7. Vanne limiteur de niveau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bras comporte, au niveau de sa liaison avec l'axe~de pivotement associé au premier flotteur, un taquet d'orientation radiale, destiné à transmettre l'action du second flotteur au mécanisme à éléments d' obturation. 8. Vanne limiteur de niveau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le second flotteur est porté par un bras pivotant sur le corps de vanne, il est normalement en butée dans une position telle qu'il intervient - sous Iteffet du niveau du liquide - directement sur les second et troisième obturateurs après asservissement de l'obturateur principal par le premier flotteur. 9. Vanne limiteur de niveau selon ltune quelconoue des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier flotteur est déplaçable entre deux butées portées par le corps de vanne. 10. Vanne limiteur de niveau selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bras de pivotement du second flotteur forme une butée haute du premier flot -teur, en sorte que le second flotteur intervient indirectement par effacement de la butée sur les second et troisième éléments d'obturation lorsqu'il est sollicité par le liquide, le premier flotteur se substituant au second pour la commande desdits éléments. 11. Vanne limiteur de niveau selon îtune quelconque des revendications précédentes 2 à 10, caractérisée en ce que au second flotteur est accouplé un dispositif de sécurité placé côté distribution, normalement en position escamotée, mais susceptible d' être libéré par ledit second flotteur amené par le liquide à un niveau déterminé. 12. Vanne limiteur de niveau selon l'une quelconque aes revendications 2 à 11, caractérisée en ce que le dispositif de sécurité précité comprend un volet calé sur un axe traversant la conduite de distribution, une extrémité de cet axe étant associée à un moyen à ressort normalement mis sous tension, tandis que l'autre extrémité porte une tige normalement en butée - sous l'effet du ressort précité - dans une lumière ménagée dans le bras portant le second flotteur. 13. Cuves de stockage de liquides quelconques éQuipées d'lune vanne limiteur de niveau selon 1'une quelconque des revendicatims 1 à 13.