Brevet FR2334031A1 — publié le 19770701

La présente invention se rapporte aux détendeur de sécurité pour des installations alimentées en gaz sous pression ainsi qu'aux systèmes déprimogènes mis en oeuvre dans de tels détendeurs. Au brevet français 908.896, on décrit un détendeur comprenant une chambre à membrane étanche ayant un raccord d'entrée avec clapet et un raccord de sortie, ainsi qu'un mécanisme dit de sécurité destiné à fermer le clapet quand la pression dans la chambre est en dehors d'une plage délimitée par des limites inférieure, dite pression de sécurité, et supérieure, dite pression de fermeture. Quand la pression crott à partir d'une valeur très faible, le clapet est successivement fer e, ouvert entre les pressions de sécurité etde fermeture, puis fermé à nouveau au-delà de la pression de fermeture. Des variantes de mécanisme de sécurité, à double clapet, à double levier, à levier à double talon, à came et autres figurent notamment aux brevets français 1.038.442, 1.060.713, 1.324.992, 1.393.971, 1.407.713, 1.473.216, 1.451.490 et 1.523.353, et attestent de l'intérêt porté à ce mécanisme de sécurité qui permet, du moins en principe, d'obtenir automatiquement une interruption de l'arrivée du gaz dans le détendeur lorsque surviennent des anomalies provoquant une dépression dans la chambre du détendeur en deçà de la pression de sécurité, comme une rupture de la membrane qui délimite en partie cette chambre, une rupture de la canalisation alimentant les appareils d'utilisation, une insuffisance de pression dans les canalisations ou dans les réservoirs de gaz trovoauant l'extinction des appareils d'utilisation. Un détendeur est calculé pour satisfaire aux conditions suivantes 1 la pression d'alimentation ou pression amont doit pouvoir varier entre eux limites rî et P2, le détendeur devant fonctionner pour tout P compris entre PI et 12. 2 le détendeur doit détendre le gaz à une pression g aval comprise entre les deux limites pl et p2, et ee, quel que soit le débit susceptible d'être demandé par l'appareil utilisateur du gaz. es conditions, dénommées perfornances du détendeur, peuvent se résumer par une famille de courbes (P) expérimentales rebrésentant les variations de p en fonctior du dé bit. Elles permettent de déterminer, pour chaque 1, le débit nécessaire en aval du détendeur pour que la pression p devienne inférieure à la pression de sécurité, et que le mécanisme ae sécurité intervienne effectivement et ferme le clapet du raccord d'entrée. Ce débit est d'autant plus grand que P est élevée. Or, par mesure d'économie, le détendeur et le diamètre des canalisations qui lui sont raccordées sont calculés pour des pertes de charge normales sur la base d'un débit garanti relativement peu élevé correspondant aux besoins del'appareil utilisateur. En raison des pertes de charge, le détendeur ne peut pas délivrer les débits qui seraient nécessaires pour que le mécanisme de sécurité intervienne. le détendeur muni de son tuyau de raccordementpossède un débit libre insuffisant pour créer une chute de pression apte à mettre en action le mécanisme de sécurité. En pratique, la rupture d'une canalisation n'engendre pas l'interruption de l'arrivée du gaz, puisque le détendeur est capable de fournir le débit demandé pr la fuite, tout en conservant une pression détendue à une valeur supérieure à la pression de sécurité. le certificat d'addition 74.585 au brevet 1.038.442 propose une solution séduisante en apparence pour pallier cet inconvénient. Il s'agit d'un système déprimogène essentiellement constitué d'une bille montée en amont del'orifice d'entrée du fluide, dans le conduit d'arrivée, de manière à être repoussée, généralement à 11 encontre dela force d'un ressort, par le fluide entrant lorsque la pression de ce dernier, donc la dépression dans la chambre de détente, dépasse une certaine valeur, et à venir s'appliquer sur un siège monté dans le conduit en ménageant avec ce siège un orifice calibré pour le passade du fluide. Le passage du gaz d'une grande section correspondant à celle de la bille à la petite section de passage entre la bille et son alésage crée une pression différentielle entre l'amont et l'aval de la bille. a pression en aval de la bille étant inférieure à celle er aont, la bIlle tend à se déplacer dans le sens du curant de - ide à l'encontre de la force exercée par le ressort. les diamètres dela bille e-t de son alésage ai@si cue la caractristique d ressort peuvent être tels qu'un d- bit critique (débit maximum toléré au cielà duquel il , a une fuite ou autre anomalie) a pour effet d'appliquer la bille sur son siège interrompant momentanément le passage du gaz. La pression p de détente diminue. le mécanisme de sécurité agit et ferme le clapet d'arrivée du gaz. Puis le mécanisme déprimogène revient en position de repos, puisqu'alors le débit de fluide est nul. Malheureusement, les tolérances inévitables dans la fabrication des pièces constitutives du système déprimogé- ne empêchent dans la pratique industrielle d'obtenir le réglage initial mentionné au paragraphe précédent, à moins de grever d'une manière inacceptable le coft du détendeur. Enfin, ce réglage dépend de la nature du gaz utilisé. L'invention remédie à ces inconvénients par un détendeur sur, fiable, facile à régler et simple à fabriquer, formé par un bottier divisé en un compartiment et en une chambre de détente par une membrane étanche soumise aux actions antagonistes d'un ressort se trouvant dans le compartiment et de la pression régnant dans la chambre, laquelle est pourvue, outre d'un raccord de sortie, d'un raccord d'entrée qui a un clapet fermé par un mécanisme de sécurité quand ladite pression est en dehors d'une plage délimitée par des limites inférieure et supérieure et qui a un système déprimogène accentuant la dépression dans la chambre quand le débit dans le raccord de sortie devient supérieur à un débit critique. Ce détendeur est caractérisé par un organe de tarage du système déprimogène. Il est avantageux que cet organe soit de symétrie par rapport à l'axe du raccord d'entrée et y soit engagé sui vant cet axe. Pour un détendeur à système déprimogène du type décrit au certificat d'addition précité, on peut réaliser l'organe de tarage par un mécanisme de réglage du siège par rapport à la bille ou de la profondeur du logement du ressort ; c'est évidemment ce dernier qui se prote le mieux au tarage. ais son accès est très difficile pour ne pas dire impossible, à moins de perdre la symétrie préférée précitée en disposant l'organe latéralement par rapport au raccord d'entrée avec les difficidtés d'étanchéité ou de fabrication qui en résultent. Suivant un mode de réalisation préféré, le système déprimogène comprend une bille logée dans le raccord d'entrée et soumise, à l'encontre de la force d'un premier ressort interposé entre elle et son siège, à l'action de ladite pression, et un second ressort monté symétriquement au premier par rapport à la bille et l'organe de tarage sollicite le second ressort. On aurait pu penser que l'action du second ressort, dont la force élastique s'exerce en sens opposé descelle du premier, allait s'opposer à l'action du premier ressort et diminuer la finesse du réglage. Or, d'une manière étonnante, les deux ressorts "montés en opposition", jouent un roule semblable et améliorent par leur dualité la finesse du réglage. le second ressort, placé du côté tourné vers l'extérieur du raccord d'entrée, est d'accès facile. l'organe de tarage peut par exemple solliciter l'extrêmité du ressort opposé à la bille. il affecte avantageusement une forme tubulaire pour le passage du gas, ce qui permet de l'engager dans le raccord d'entrée, de sorte que le détendeur est très ramassé. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du détendeur suivant l'invention, alors que la pression de détente régnant dans la chambre est dans la plage de fonctionnement ; La figure 2 est une vue partielle semblable à la figure 1 alors que le débit de sortie vient de dépasser le débit critique, et que le système déprimogène a fonctionné La figure 3 est une vue partielle semblable aux figures I et 2, après que le mécanisme de sécurité a fonctionné en raison de la trop grande dépression dans la chambre ; et la figure4 est une vue en coupe longitudinale du système déprimogène suivant l'invention. le détendeur pour gaz propane représenté aux figures 1 à 3, est formé d'un bottier 1 onstitué de deux demicoquilles 2, 3, coinçant entre elles le pourtour d'une membrane 4 étanehe qui définit à intérieur du bottier 1 un compartiment 5 supérieur et une chambre 6 inférieure. Un ressort 7 est appuyé par l'une de ses extrémités sur le sommet 8 du com nartiment 5 et par l'autre sur une coupelle 9 solidaire de la membrane 4. La chambre 6 de détente est pourvue d'un raccord 10 d'entrée du gaz comprimé et d'un raccord 11 de sortie d gaz détendu. A l'intérieur dela chambre 6 est logé un mécanisme 12 de sécurité d'un type classique tel que décrit à l'un quelconque des brevets précités. Le mécanisme comporte un cla pet 13 ou obturateur qui peut venir s'appliquer (figure 3) sur l'orifice du raccord 10 d'entrée ou s'en écarter. les pointil- lés symbolisent la commande du mécanisme 12 et du clapet 13 par le déplacement de la membrane 4 suivant la pression qui règne dans la chambre 6. Le raccord 10 d'entrée comprend de l'amont vers l'aval (de la gauche vers la droite au dessin) un tronçon 14 alésé d'un diamètre D raccordé à un tronçon 15 de moindre diamètre par une rampe ou siège 16 dont l'inclinaison est telle qu'une bille de diamètre d puisse s'y appliquer fermement et bien obturer le tronçon 15. Ce dernier se prolonge suivant un épaulement 17 par un tronçon 18 de plus petit diamètre dont l'extrémité avale sert de siàge au clapet 13. Sur l'épaulement 17 est appuyée l'extrémité d'un premier ressort 19 qui s'étend suivant l'axe du raccord d'entrée de sorte que son autre extrémité vient, quand le ressort n'est pas entierement comprimé, dans le tronçon 14 et repousse une bille 20 de diamètre d. Un second ressort 21 est monté symétriquement au premier par rapport à la bille 20. il s'appuie par son extremité opposée à la bille 20 sur un -épaule- ment 22 ménagé dans une bague 23 filetée extérieurement conjuguée d'un taraudage 24 ae la paroi intérieure du tronçon 14. tn fonctionnement normal, figure 1), la bille 20 est éloignée du siège 16, et le clapet 13 est éloigné de son siège. S'il survient une fuite dans la canalisation en aval du raccord 11 de sortie, le débit augmente. En raison de la dépression créeeen aval de la bille 20 par cette augmentation de débit, la bille 20 se déplaee, à l'encontre des ressorts 19 et 21 comme il sera démontré ci-après, vers son siège 16 et s'y applique (figure 2) lorsque ledit débit est égal au débit critique.En vissant plus ou moins la bague 23 dans le taraudage 24, on déplace l'épaulement 22 et don-c on tare le ressort 19 et par le fait même, le ressort 21 de manière que cette condition soit réalisée, même si les tolérances admises sur les ressorts 19, 21 et le raccord Il d'entrée sont importantes. il n'entre plus de gaz dans la chambre 6. Une dépres sion s'y produit qui fait fonctionner le mécanisme 12 de sécurité en amenant le clapet 13 sur son siège; cependant la bille 20 revient en la position de la figure 1, puisqu'il ne passe plus de gaz (figure 3). A l'équilibre (figure 1) le ressort 19 exerce sur la bille 20 une force F1 dirigée de la droite vers la gauche. le ressort 21 exerce une force F2 égale et opposée à la force F1. Lorsque la bille 20 se déplace d'une longueur x vers la droite suivant l'axe du raccord 10 pour venir sur le siège 16 (comme représenté en tiretés à la figure 3), le ressort 19 exerce sur la bille 20 une force F'1 = F1 + 1 x et le ressort 21 une force F'2 = F2 - m x ; m et 1 étant les coefficients d'élasticité des ressorts, et F'1 et F'2 ayant respectivement les mimes directions que Fi et F2. On a : F1 + F2 = 0 F'1 = F1 + lx 2 22 2 Lorsque la bille 20 est sur son siège 16, on a : F'1 + F - F'2 = o (I ) F étant la force créé@ par la dépression#P engendrée par le passage du fluide dans la section de passage délimitée par la bille 20 et le siège 16. En portant dans (I) les valeurs de F1 + F2, F'1 et F'2 on obtient : F = (l + m) x (II). les ressorts 19 et 21 jouent le même rôle. On sait d'autre part que 4 F #P = (III) @d2 La relation générale des systèmes déprimogènes est: @@ #P = A/s2(IV) avec s = (D2 - d2) 4 A étant une constante qui dépend du débit critique et de la masse spécifique du gaz. En comparant (III) et2(IV), il vient d@ F = B (D2 - d2)2 B étant une constante. En portant cette valeur de F dans (II), on obtient d2 1 x = B . (D2 - d2)2 1 + m lie réglage de la distance x peut être effectué d'une manière très précise paisqu'un déplacement a de la bague 23 se traduit par un déplacement a de la bille 20 si les ressorts 19, 21 sont identiques 2 (l=m) R S V E g D I C A T I O N S 1 - Détendeur de gaz formé par un bottier divisé en un compartiment et en une chambre de détente par une membrane étanche soumise aux actions antagonistes d'un ressort se trouvant dans le compartiment et de la pression régnant dans la chambre, laquelle est pourvue, outre d'un raccord de sortie, d'un raccord d'entrée qui a un clapet fermé par un mécanisme de sécurité quand ladite pression est en dehors d'une plage délimitée par des limites inférieure et supérieure et qui a un système déprimogène accentuant la dépression dans la chambre quand le débit dans le raccord de sortie devient supérieur à un débit critique, caractérisé par un organe de tarage du système déprimogène. 2 - Détendeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de tarage est engagé dans le raccord d'entrée suivant l'axe de ce dernier. 3 - Détendeur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de tarage est de symétrie par rapport à l'axe du raccord d'entrée. 4 - Détendeur suivant la revendication 1, 2 ou 3, dont le systène déprimogène comprend une bille logée dans le raccord d'entrée et soumise, à l'encontre de la force d'un premier ressort interposé entre elle et son siège, à l'action de ladite pression, caractérisé en ce que le système déprimogène comprend un second ressort monté symétriquement au premier par rapport à la bille et l'organe de tarage sollicite le second ressort. 5 - Détendeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de tarage sollicite l'extrémité du second ressort opposée à la bille. 6 - Détendeur suivant l'une des revendications.pré- cédentes, caractérisé en ce que l'organe de tarage est tubulaire. 7 - Détendeur suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'organe de tarage est une bague filetée extérieurement conjuguée d'un taraudage de la paroi inté rieur du raccord d'entrée. 8 - Un système déprimogène comprenant une bille cans un logement repoussée de son siège par n premier ressort, caractérisé par un second ressort oté simetrica-ment au pre mier par rapport à la bille. 9 - Système suivant la revendication 8, caractérisé par un organe de tarage du second ressort. 10 - Système suivant la revendication 9, caractéri sé en ce que l'organe de tarage est constitué par une bague filevée avant un épaulement d'appui du second ressort et conju- guée d'un taraudage du logement.