Brevet FR2333179A1 — publié le 19770624

L'invention est relative à une soupape de surpression comportant une pièce obturatrice, qui est soumise à l'action d'un gaz de commande sous pression et est réalisée en une matière élastique déformable, dans laquelle soupape la pièce obturatrice disposée à l'intérieur du carter de soupape sépare espace contenant le gaz de commande de l'espace de passage du fluide commandé entre l'entrée et la sortie de la soupape et le passage du fluide est commandé par la pression du gaz de commande. Des soupapes limitatrices de pression, soumises à l'action d'un gaz de commande, de ce genre, sont connues sous divers modes de réalisation. Il existe ainsi des soupapes dans lesquelles la pièce obturatrice est réalisée sous forme de manchette cylindrique, notamment en forme de coupelle, et l'espace de passage du fluide se trouve entre la pièce obturatrice et la paroi intérieure, avoisinant celle-ci, du carter de soupape.Si la pression du fluide est inférieure à celle du gaz de commande, c'est-à-dire à la pression d'ouverture de la soupape, la pièce obturatrice s'applique, par sa surface située du côté opposé à l'espace à gaz de commande, directement contre la paroi intérieure du carter de soupape; si la pression du fluide croit au delà de la pression d'ouverture de la soupape, la pièce obturatrice est écartée de la paroi intérieure du carter de soupape dans la région de l'entrée et de la sortie de la soupape, en libérant l'espace de passage du fluide. Dans d'autres modes de réalisation, la pièce obturatrice est également réalisée sous forme cylindrique. L'espace de passage du fluide est alors prévu suivant l'axe de symétrie, coïncidant avec l'axe longitudinal de la chambre intérieure du carter de soupape, de la pièce obturatrice,et la pièce obturatrice entoure l'espace à gaz de commande qui se présente sous forme d'un espace annulaire avoisinant, selon son pourtour, la paroi intérieure du carter de soupape.Si la pression du fluide, dans ce cas, est inférieure à cèlle du gaz de commande, l'es- pace de passage du fluide est obturé par rétreint de la pièce obturatrice; si la pression du fluide, au contraire,est supérieure à celle du gaz de commande, le rétreint de la pièce obturatrice est diminué et, par conséquent, l'espace de passage de la pièce obturatrice libéré, de sorte que le fluide peut s'écouler de l'entrée à la sortie de la soupape Ces soupapes de surpression sont de préférence utilisées lorsque le fluide est susceptible de produire des souillures, relativement importantes. Ies sièges de soupapesusuelles, ddn lePsquelle- l'étanchéité s'effectue entre le -iège et ia pièce obturatrice de soupape, sont en effet sensibles aux souillures et aux corps étrangers contenus dans le fluide et, pour un degré de souillure relativement important, ne peuvent plus assurer leur fonction im peccablement. Les soupapes de surpression. connues comportant une pièce obturatrice, soumise à l'action d'un gaz de commande sous pression et réalisée en une matière déformable élastique, ne peuvent pas satisfaire absolument entièrement aux conditions qui leurs sont imposées du fait que dans ces soupapes, une fraction du gaz de commande sous pression introduit dans l'espace à gaz finit par s'échapper à la longue par diffusion, de cet espace travers la surface de la pie ce obturatrice réalisée en principe en matière synthétique ou en caoutchouc.Cet échappement de gaz est particulièrement important lorsque la soupape fonctionne à des températures élevées et a pour conséquence de réduire la pression du gaz de commande et par conséquent aussi de diminuer la pression d'ouverture de la soupape, ce qui affecte d'une manière considérable le mode de fonctionnement de celle-ci. Des essais ont montré que la pression du gaz de commande, qui dans les soupapes de surpression connues peut être par exemple de 500 bars, peut diminuer ainsi, par diffusion, d'une valeur atteignant 10 % au bout d'un an. Mais des durées de fonctionnement d'un an et plus ne sont pas rares, surtout dans le cas où les soupapes de surpression de ce genre sont utilisés dans des étançons hydrauliques de mines. Dans ce cas d'utilisation précisément,où les soupapes desurpression ont pour rôle d'empêcher des ruptures par surcharge de pièces mécaniques des étançons, on exige cependant une pression constante dans le temps du gaz de commande, ceci pour des raisons de sécurité. L'invention a donc pour but de réduire ou même d'empêcher complètement la diffusion du gaz de commande dans une soupape de surpression de ce genre et ceci pour des dimensions essentiellement identiques de la pièce obturatrice et par conséquent aussi de la soupape elle-même. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par le fait que la pièce obturatrice, au moins du côté de celle-ci soumis à la pression du gaz de commande, est revêtue d'une couche élastique et déformable qui empêche la diffusion du gaz de commande, de l'espace à gaz de commande à l'espace de passage du fluide, à travers la pièce obturatrice. Gracie à une telle couche, la diffusion du gaz de commande à travers la pièce obturatrice peut être à peu près entièrement empêchée. Le revêtement de la pièce obturatrice d'une telle couche est simple à réaliser et cette couche n'exige en principe au cuneaugmentation de dimensions de la-soupape. I1 est préférable que la pièce obturatrice soit revêtue non de tous côtés mais uniquement du côté soumis à l'action du gaz de commande. Alors que la soupape de surpression, dans sa région située à l'opposé du gaz de commande, est soumise en effet à des variations de formes relativement importantes, car dans cette région se trouvent l'entrée et la sortie de la soupape ainsi que l'espace de passage du fluide, la pièce obturatrice ntest soumise, du coté du gaz de commande, qu'à de très faibles variations de formes.Il en résulte qu'une couche de revêtement de la pièce obturatrice, dans la région de celle-ci située du cSté du gaz de commande, présente une sûreté pratiquement totale quant à une déchirure ou une rupture, par suite de très faibles sollicitations mécaniques qui s'y exercent, Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche de revêtement est constituée uniquement par un certain nombre de couches moléculaires superposées. Dans ces conditions, la couche de revêtement n'a qu'une faible épaisseur, de sorte que des pièces obturatrices ainsi réalisées peuvent être montées après coup dans des soupapes de surpression déjà livrées, par suite de la faible différence de volume qu'elles présentent par rapport à des pièces obturatrices non revêtues d'une telle couche. Pour empêcher toute déchirure ou rupture de la couche de revêtement, il est recommandé d'utiliser pour la couche de revêtement, une matière telle que l'élasticité et la-déformabilité de la couche, dans la région de celle-ci en contact avec la pièce obturatrice, coïncident avec celles de la pièce obturatrice. Cette concordance peut, par exemple, être obtenue lorsque les couches moléculaires superposées sont déposées sur la pièce obturatrice selon des épaisseurs différentes. Selon un perfectionnement de l'invention, la couche de revêtement peut être réalisée en matière synthétique. Mais il peut aussi être avantageux de réaliser cette couche en métal. Dans ce cas, il est recommandé d'utiliser du~plomb. La couche de revêtement peut titre apportée sur la pièce obturatrice de diverses manières. Ce revêtement peut d'une part être réalisé par immersion. Dans ce procédé, la pièce obturatrice, éventuellement après recouvrement de ses parties qui n'ont pas à être revêtues, peut être plongée par exemple dans un bain de métal en fusion. Pour des revêtement métalliques déposés par immersion ,les métaux à bas point de fusion, tels que liéain, le zinc ou le plomb, conviennent particulièrement bien. Lors de gon immersion, la pièce obturatrice se recouvre en majeure partie d'une couche relativement épaisse et peu régulière. On peut obtenir une couche de revêtement plus mince et en outre plus régulière au moyen d'un procédé par projection ou pulvérisation. Un tel procédé présente d'autre part l'avantage de permettre facilement de ne revêtir que des régions déterminées de la surface extérieure de la pièce obturatrice. Le dépôt d'une couche de métal s'effectue à l'aide d'un pistolet pulvérisateur, dans lequel un fil de métal ou une poudre de métal est mis en fusion par un mélange combustible gazeux, est pulvérisé par de l'air comprimé et est projeté sur les surfaces à revêtir. Une couche de revêtement métallique est toutefois déposée de préférence par galvanoplastie. Dans ce cas, sur les surfaces à revêtir de la pièce obturatrice est produit un dépôt métallique par électrolyse dans des bains appropriés. Du fait que l'épaisseur du dépôt métallique, au cours de l'opération de galvanoplastie, dépend de la densité de courant et de la durée de traitement, on peut régler facilement les propriétés de la couche de revêtement quant à son épaisseur, son élasticité et sa déformabilité. D'autre part,le procédé galvanique présente l'a- vantage de consommer peu de métal, tout en assurant une épaisseur pratiquement uniforme de la couche, une grande adhérence et une grande constance d'épaisseur. Du fait que la pièce obturatrice est réalisée en principe en matière synthétique ou en caoutchouc et, par conséquent, en une matière non conductrice de l'électricité, il est avantageux de munir la pièce obturatrice, dans la région de sa surface à revêtir par galvanoplastie, d'un matériau conducteur de l'électricité. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ce matériau conducteur de l'électricité est constitué par du graphite. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide de deux de ses modes de réalisation, pris à titre illus tratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés, dont les figures représentent schématiquement en coupe longitudinale - la figure 1, un premier mode de réalisation de soupape de sur pression, réalisée conformément à l'invention et représentée en position de fermeture, - la figure 2, une partie de la soupape de la figure 1 en posi tion d'ouverture et, - la figure 3, un second mode de réalisation de soupape de sur pression conforme à l'invention. La soupape de surpression, réalisée sous forme cylindrique, qui a été désignéeparlsert:,dans le cas des deux modes de réalisation représentés ici, à commander un fluide hydraulique, tel qu'une huile minérale. Elle comporte deux parties de carter, 2 et 3, assemblées par vissage, qui délimitent une chambre intérieure 4, et est réalisée sous forme emmanchable. Dans chacune des chambres intérieures 4 est logée une pièce obturatrice 5 qui est réalisée sous forme d'une manchette en forme de coupelle. Cette pièce obturatrice est fabriquée en une matière élastique déformable, en l'occurence en caoutchouc synthétique. Le trajet d'écoulement du fluide à travers l'espace intérieur 4 de la soupape de surpression 1 est indiqué par les flèches X. Le fluide arrive à l'espace intérieur 4 par l'entrée 6 de la soupape. En position de fermeture de la soupape, l'espace de passage 8 du fluide, situe entre l'entrée 6 et la sortie 7 de la soupape,est fermé par la pièce obturatrice 5, tandis qu'en position d'ouverture de la soupape, il est dégagé, de sorte que le fluide peut s'écouler à travers la sortie 7 de la soupape. Dans la chambre intérieure 4 de la soupape de surpression 1 est prévu, en plus de la pièce obturatrice 5, un espace à gaz de commande 9 dans lequel est amené un gaz de commande, par exemple de l'azote, sous une pression de 500 bars. La pression du gaz de commande agit sur la pièce obturatrice 5 en poussant celle-ci contre la paroi intérieure du carter de soupape 2,3. Dans les deux modes de réalisation considérés ici, la pièce obturatrice 5, sur le côté 10 de celle-ci sur lequel agit le gaz de commande, est revêtue d'une couche élastique et déformable Il qui empêche le gaz de commande de diffuser, de l'espace à gaz de commande 9 à l'espace de passage 8 du fluide à travers la pièce oLturatrise 5. Dans '.1 de de réalisation des figures 1 et 2, cette cruche de revêtement s'étend sur toute la paroi intérieure de la pièce obturatrice 5. La coche de revêtement se compose d'un certain nombre de couches moléculaires superposées, la couche en contact avec la pièce obturatrice présentant la même élasticité et la même déformabilité que la piece obturatrice -elle-meme. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la pièce obturatrice 5 est maintenue axialement en place par le tube d'appui 12. Dans ce cas,le le gaz de -commande est introduit dans l'espace 9, avant utilisation de la soupape de surpression, en mettant en place d'un seul bloc la soupape dans un espace où le gaz de commande se trouve à la pression désirée. Le gaz de commande s'écoule alors, le long de la lèvre 13 de la manchette, agissant comme soupape de retenue, dans la chambre intérieure 4, c'est-à-dire dans l'espace à gaz de commande 9. Dans cette soupape de surpression 1,la couche de revêtement 11 est constituée par une matière synthétique déposée par immersion. Lors de l'opération d'immersion,les parties non revêtues de la pièce obturatrice 5 sont recouvertes de manière à être protégées de tout dépôt de matière synthétique dans ces régions. Alors que dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la pression du gaz de commande de la soupape de surpression 1 ne peut être réglée que dans le sens correspondant à une augmentation de cette pression et qu'en cas de réglage de la soupape pour une pression moindre,il faut remplacer la soupape, le second mode de réalisation, représenté sur la figure 3, de la soupape de surpression 1, permet aussi bien d'augmenter que de diminuer la pression de commande. En effet, à l'espace à gaz de commande 9 est associée en outre,dans ce cas, pour l'admission et l'échappement du gaz de commande, une soupape à siège 14, dont le plateau obturateur en acier 15 est poussé contre un trou de passage 17, avec interposition d'un joint torique 15a par un ressort de compression 16 qui prend appui à son autre extrémité contre la pièce obturatrice 5. Pour remplir la chambre intérieure 4 et par conséquent aussi l'espace 9 de gaz de commande, la soupape de surpression 1 est raccordée, par le trou de passage 17, à une source de gaz de commande, non représentée ici. Lors de l'insufflation de gaz de commande, le plateau obturateur 15 de soupape s'écarte du trou de passage 17. Dans cette soupape de surpression,la pièce obturatrice 5 est retenue en plus par la rondelle de pression 18. Dans le cas de ce second mode de réalisation la couche de revêtement Il de la pièce obturatrice 5 est déposée par galvanoplastie. Pour cette opération,la pièce obturatrice 5 est munie du côté de l'espace à gaz de commande 9, d'une couche 19 de graphite servant de matériau conducteur de l'électricité. Si la pression du fluide dépasse celle du gaz de commande contenu dans espace 9, la pièce obturatrice 5 est écartée dans les régions de l'espace de passage 8 du fluide. L'entrée 6 et la sortie 7 de la soupape sont ainsi mises en communication par l'intermédiaire de l'espace de passage 8 et du fluide stécou- le par la sortie de soupape 7 tant que la pression du fluide est un peu inférieure à celle du gaz de commande. Dans ces conditions de pression, la pièce obturatrice 5 est en effet réappliquée, dans la région de l'espace de passage 8? contre la paroi intérieure de la soupape de surpression 1,de sorte que celle-ci se ferme d'une manière étanche. Du fait que toute diffusion de gaz de commande en dehors de l'espace à gaz de commande 9 à travers la pièce obturatrice 5 est presque impossible, en raison de la présence de la couche de revêtement 11, la pression du gaz de commande demeure constante, même au bout de longues périodes de temps, ce qui assure des conditions de fonctionnement optimales de la soupape de surpression 1. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Soupape de surpression comportant une pièce obturatrice, qui est soumise à l'action d'un gaz de commande sous pression et est réalisée en une matière élastique déformable, dans laquelle soupape la pièce obturatrice disposée à l'intérieur du carter de soupape sépare l'espace contenant le gaz de commande de l'espace de passage du fluide commandé entre l'entrée et la sortie de la soupape,et le passage du fluide est commandé par la pression du gaz de commande, laquelle soupape de surpression est caractérisée en ce que la pièce obturatrice (5), au moins du côté (10) de celle-ci soumis à la pression du gaz de commande, est revêtue d'une couche élastique et déformable (11) qui empêche la diffusion du gaz de commande de l'espace à gaz de commande à l'espace de passage du fluide (8), à travers la pièce obturatrice (5). 2. Soupape de surpression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de revêtement est constituée uniquement par un certain nombre de couches moléculaires superposées. 3. Soupape de surpression selon l'une quelconque des revendications Êet 2, caractérisée en ce que l'élasticité et la déformabilité de la couche (11) dans la région de celle-ci en contact avec la pièce obturatrice (5), coïncident avec celles de la pièce obturatrice (5). 4. Soupape de surpression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractériséeen ce que la couche de revêtement (11) est réalisée en matière synthétique. 5. Soupape de surpression selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche de revêtement (11) est réalisée en métal, notamment en plomb. 6. Soupape de surpression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de revêtement (11)est déposée par immersion 7. Soupape de surpression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractériséeen ce que la couche de revêtement est déposée par projection ou pulvérisation. 8. Soupape de surpression selon la revendication 5,caractérisée en ce que la couche de revêtement (11) est déposée par galvanoplastie. 9. Soupape de surpression selon la revendication 8, caractérisée en ce que pour l'opération de galvanoplastie, la pièce obturatrice (5) est munie, dans la région de sa surface à recouvrir1 par une couche de revêtement (11), d'un matériau conducteur de l'électricité, notamment de graphite.