Brevet FR2322260A1 — publié le 19770325

La présente invention a pour objet-une soupape de limitation de préssion comprenant un élément élastique de gaz, permettant de protéger des installations et dispositifs fonctionnant à haute pression, tels que des étançons hydrauliques,contre des charges inadmissibles , c'est-à-dire trop élevées. Dans l'industrie on emploie dans des différents domaines des installations et dispositifs dans lesquels certaines opérations de déplacement sont exécutées sous des pressions élevées, parfois dépassant la valeur de 200 atm. Un tel domaine est par exemple ltexploitation des mines dans lesquelles le soutènement de mines est assuré par des étançons fonctionnant à des pressions hydrauliques extrèmement élevées. Les étançons hydrauliques se composent essentiellement d'une partie inférieure d'étançon cylindrique et d'une partie supérieure d'étançon en forme d'un piston axialement déplaçable dans la partie inférieure d'étançon. Dans 11 espace cylindrique de la partie inférieure d'étançon, en-dessous de l'extrémité inférieure de la partie supérieure d'étançon,est contenu un liquide sous pression. Lorsque l'on augmente la pression de ce liquide, celui-ci fait sortir la partie supérieure d'étançon. La partie inférieure d'étançon se trouve sur la semelle de la mine, tandis que la partie supérieure d'étançon est appliquée au toit à la pression désirée. Dans des mines il arrive fréquement que la pression du terrain qui agit sur la partie supérieure d'étançon augmente subitement à la suite d'un abaissement des masses de roches. La valeur de la charge qui est encore admissible pour l'étançon dépend évidemment de sa configuration, de la qualité de la matière dans laquelle il est formé et de ses dimensions. De cette raison on définit une valeur limite supérieure pour la charge A transmettre à l'étançon. Lorsque cette valeur est dépassée, l'étançon se casse et n'est plus utilisable. De telles surcharges de 11 étançon doivent être empêchées. A cet effet, on prévoit des soupapes de limitation de pression qui s'ouvrent lorsqu'une surpression se manifeste et qui permettent l'évacuation d'une partie du liquide sous pression contenu dans l'espace de cylindre en-dessous de la partie supérieure d'étançon, c'est-à-dire dans le volume de pression. Dans de tels cas, l'étançon conserve sa capacité d'appuyer le toit. Ces mesures permettent de satisfaire aux exigences de sécurité , qu'un état d'équilibre des masses de roches peut être rétabli après un certain abaissement du toit.Après ce processus, ltétançon continue d'appuyer le toit de sorte qu'une charge supérieure à la charge admissible ne peut pas s'exercer sur étançon. Les soupapes de limitation de pression connues sont disposées à l'intérieur ou à l'extérieur de l'étançon. Les soupapes de limitation connues comprenant un élément élastique de gaz sont constituéns en général d'un corps d'obturation en forme d'un piston monté mobile dans la chapelle ou cage de soupape et qui prend appui sur le siège de soupape sous l'effet d'une pression exercée par un ressort de pression habituelle et/ou d'un élément élastique de gaz. Ce dernier est formé par un espace prévu dans la chapelle et rempli d'un gaz sous haute pression. La face limite de cet espace est formée par un côté du corps d'obturation en forme de piston. Le ressort de pression peut être un ressort mécanique, tel qu'un ressort hélicoïdal ou un paquet formé par l'assemblage de plusieurs lamelles élastiques. Pour des soupapes de limitation de pression, à élément élastique de gaz, employées le plus souvent , le corps d'obturation mobile dans la chapelle de soupape comprend un élément dtétanchéité en forme d'une cloche en caoutchouc sur laquelle vient prendre appui un disque élastique en matière synthétique. Ce disque en matière synthétique constitue l'organe d'obturation proprement dits qui prend appui sur la face plane du siège de soupape sous l'effet du ressort de pression et/ou de l'élément élastique de gaz. Le siège de soupape comprend une fente annulaire à travers laquelle le fluide provenant de l'étançon hydraulique est amené au disque élastique en matière synthétique, c'est-à dire dans la fente d'évacuation -fermée par ce disque. La soupape de limitation de pression connue qui vient d'entre décrite a pour inconvénient que la fente annulaire est délimitée par un alésage coaxiale au siège de soupape et une tige cylindrique montée coulissante dans cet alésage. Etant donné que la tige cylindrique peut également se déplacer latéralement, la largeur de fente n'est pas toujours la même le long de sa périphérie. Quand une portion de fente a une largeur plus grande, une plus grande force s'exerce sur le disque en matière synthétique ( sur l'organe d'obturation), qui, sous l'effet de cette force,prend une position en biais si bien qutune quantité liquide sous pression plut s'écouler à travers cette portion de fente. Ce liquide sous pression s'écoulant à haute vitesse et sous haute pression , l'organe d'obturation et la cloche en caoutchouc disposée derrière celui-ci sont exposés à une forte corrosion et à une forte usure si bien que le disque élastique en matière synthétique ne peut de moins en moins exercer son rôle d'organe d'obturation et d'étanchéité et la soupape de limitation de pression d e v i e n t inutilisable .En raison de la position oblique de organe d'obturation, la soupape de limitation de pression ne s'ouvre pas exactement à la valeur désirée et préalablement aJustée, c'est-à-dire à la valeur de charge . Le fonctionnement satisfaisant et fiable de l'étançon n'est donc plus assuré. Uno autre inconvénient des soupapes de ce type réside dans le fait que l'ensemble organe d'étanchéité- cloche en caoutchouc , réalisé sous forme d'un piston ne doit pas seulement agpoMer le disque élastique en matière synthétique mais aussi rendre étanche l'espace de gaz. Si l'étanchéité est endommagée par l'effet d'érosion décrit plus haut, il ya le risque que du liquide sous pression pénètre dans l'espace de gaz. Celui-ci se remplit complètement -ou partiellement de liquide sous pression et perd ainsi son élasticité et n'exerce plus sa fonction.Dans ce cas, la sécurité de fonctionnement de étançon est hautement entamée ou complètement détrflite. Ce qui vient d'être décrit se manifeste habituellement,si l'augmentation de pression du terrain exercée sur l'étançon se fait brusquement,parce que dans ce cas une telle quantité de liquide de fluide s'écoule à travers la fente annulaire dans le siège de soupape qutil est impossible dans le même délai de temps que la même quantité puisse sortir de la chapelle travers l'alésage d'évacuation. La présente invention a donc pour but de proposer une soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz , qui permet d'éliminer les inconvénients précités des soupapes -connues, fonctionne avec sécurité totale même dans le cas d'une surcharge d'une valeur élevée quelconque et se manifestant brusquement. Ce but est atteint conformément à l'invention en proposant une soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz qui est caractérisée en ce qu'elle comprend un corps d'obturation dont l'extrémité adjacente à la plaque de fermeture est configurée comme siège de soupape et pourvue d'une fente de passage annulaire et dont l'autre extrémité est chargée par un volume de pression rempli de gaz, qu'un alésage entourant étroitement une tige de rétrécissement est prévue à la face du corps d'obturation, qui est adjaceniià3a plaque de fermeture, et en ce qu'il comprend un corps de soupape coaxial au corps d'obturation et logeant ladite plaque de fermeture et qui est montée avec un certain jeu dans le volume de distribution cylindrique liquide d'une pièce de raccordement fixée à la chapelle. Une autre caractéristique de la soupape de limitation de pression selon l'invention réside dans le fait que la soupape comprend un corps d'obturation dont la longueur est supérieure à son diamètre, que chacune des deux extrémités du corps d'obturation est pourvu d'une gorge annulaire destinée à maintenir en place une bague d'étanchéité portant de façon étanche contre la paroi intérieure de la chapelle, et qu'un volume d'évacuation de liquide est formé entre les deux gorges annulaires et la paroi interne de la chapelle et la partie associée du corps d'obturation. Selon une autre caractéristique de l'invention, la soupape proposée comprend, à l'extrémité du corps d'obturation, située près de la plaque de fermeture et en dessous et autour de la face de siège de soupape,une face annulaire qui communique à travers des orifices pratiqués dans le flasque à l'extrémité du corps de soupape, située près du corps d'obturation, à traverslrsalésagesradial et axial,prévuSdans le corps de soupape ainsi qu'à travers le volume de distribution de liquide et le canal prévu dans la pièce de raccordement,avec l'espace de cylindre contenant le liquide sous pression,de la partie inférieure d'étançon de l'étançon hydraulique. Selon une autre caractéristique de l'invention la face extrême adjacente à la plaque de fermeture du corps d'obturation et la face extrême externe de la tige de rétrécissement sont situées dans le même plan, et une fente annulaire est formée entre la tige de rétrécissement et la paroi de l'alésage qui entoure cette tige, cette fente possédant la même largeur sur toute sa circonférence. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation et dans lesquels: -La figure 1 montre schématiquement un exemple d'utilisation de l'invention, selon lequel la soupape selon l'invention est employée pour un étançon hydraulique; et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation de la soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz selon l'invention. La figure 1 montre la soupape de limitation de pression selon l'invention dans un arrangement dans lequel il n'est pas assemblé à un étançon hydraulique mais disposé à ltex- térieur de cette installation e t raccordée à celle-ci de l'extérieur. Dans la partie inférieure d'étançon 1, le piston 2 est monté axialement déplaçable. Un liquide sous haute pression est contenu dans l'espace de cylindre 4,en dessous de la bague d'étanchéité 3 du piston 2. La quantité de ce liquide est variable. L'espace de cylindre 4 est relié à l'alésage transversal 6 par un canal 5 prévu dans le piston 2.Sur cet alésage transversal 6 est branchde,en plus de la soupape de précontrainte 7 et de la soupape de sureté ou de trop plein 8,la soupape de limitation de pression 9. La figure 2 montre un mode de réalisation de la soupape de limitation de pression 9 , selon l'invention, qui peut être reliée par le filet de vis 10 à l'alésage transversal 6 du piston 2. Le filet de vis 10 est prévu sur la pièce de raccordement 3 Il dont l'embase 13 qui porte la bague d'étanchéité 12 pénètre dans la partie correspondante de l'alésage transversal 6. La chapelle 15 peut être vissée sur la pièce de raccordement Il par l'intermédiaire du tarodage 14. L'étanchéité ente les deux éléments est assurée par la bague d'étanchéité 16. Le canal 17 et l'espace de distribution de liquide 18 formant prolongement étagé de ce canal 17 sont prévus dans l'axe longitudinal de la pièce de raccordement 11. L'espace de distribution de liquide 18 est constitué d'un alésage cylindrique dans lequel est monté avec jeu latéral le corps de soupape 19. A l'eztrémité du corps de soupape 19, adjacente à la chapelle 12, est placé le flasque 20 qui est mobile dans une zone ayant un diamètre supérieur à celui de l'espace de distribution de liquide 18, entre la face interne 21 de la chapelle de soupape 15 vissée et la face 22 de l'espace de distribution de liquide 18.Le flasque 20 n'est pas une bague annulaire pleine mais comprend des orifices de passage tels que des rainures, qui établissent une communication permanente de liquide entre la partie d'eipace de distribution de liquide de plus grand diamètre et l'espace interne, vers la gauche,à partir de la face 21 de la chapelle 15. L'alésage 23 pratiqué dans le corps de soupape 19, coaxialement au canal 17 de l'embase 13 > communique avec l'alésage24 radial s'étendant transversalement à travers le corps 19. Les deux extrémités de l'alésage 24 débouchent dans l'espace de distribution de liquide 18. Dans l'extrémité du corps de soupape 19, adjacente à la chapelle 15 est prévue une dépression à laquelle est incorporée la plaque de fermeture 25, réalisée en une matière synthétique ou une matière analogue. Cette plaque de fermeture 25 est appliquée à la face extrême située au voisinage de la pièce de raccordement 11, du corps d'obturation 27 montX axialement coulis- sante de façon étanche dans l'espace de pression 26 de la chapelle 15. A chacune des deux extrémités du corps d'obturation 27 est prévue une gorge annulaire dans laquelle est logée une bague d'étanchéité 28. Ces bagues d'étanchéité 28 reposent de façon étanche sur la paroi de l'espace de pression 26 et empêchent tout écoulement du liquide sous pression dans l'espace de pression proprement dit 26,entre le corps d'obturation 27 et le fond de la chapelle 15, à partir de l'espace de distribution de liquide 18 ou de l'espace d'évacuation de liquide 29 appartenant à l'espace de pression 26 et alignées avec celui-ci. Dans le côté adjacent à la plaque de fermeture 25 du corps d'obturation 27 est pratiqué un alésage 30 dans lequel est adaptée de façon étanche la tige de rétrécissement 31. La partie voisine de la plaque de fermeture 25, de la tige de rétrécissement 31 a un diamètre réduit; si bien qu'une fente annulaire 32 ayant la même largeur sur toute sa circonférence est formée entre la tige de rétrécissement 31 et la paroi de l'alésage 30. La face extrême adjacente à la plaque de fermeture 25, de la tige de rétrécissement 31 est située dans le plan defini par la surface extrême du corps d'obturation 27. Dans la tige de rétrécissement 31 sont usinés un alésage transversal 33 débouchant dans la fente 32 et un alésage axial 34 débouchant dans l'alé- sage 33. Cet alésage 34 est prolongé dans le corps d'obturation 27 par l'alésage 35 qui débouche dans un autre alésage radial 36 s'étendant perpendiculairement. Les deux extrémités de l'alésage 36 débouchent dans l'espace d'évacuation de liquide 29. Le liquide parvenu dans ce dernier peut sortir de la soupape de limitation de pression à travers l'orifice ~d'évacuation 37 pratiqué dans la paroi de la chapelle 15. Dans le fond de la chapelle 15 est prévu un orifice 38 qui est fermé par la soupape de retenue 40 pourvue de bagues d'étanchéité 39. La soupape de retenue 40 est maintenue dans sa position de fermeture par un ressort de pression 41 qui prend appui sur la face extrême du corps d'obturation 27. La soupape de limitation de pression selon l'invention est vissée dans l'alésage transversal 6 à l'aide d'une clé à griffe qui s'engage dans des alésages 42 prévus dans le fond de la chapelle 15. Ainsi on obtient une liaison de liquide à travers le canal 5, l'alésage transversal 6 et le canal 17 entre l'espace de cylindre 4 de la partie inférieure de l'étançon 1 et de l'espace de distribution de liquide 18. Lorsque la pression du terrain augmente pendant le fonctionnement du dispositif, la pression du liquide contenu dans 11 espace de cylindre 4 croit également sous l'effet de la charge agissant sur 11 étançon hydraulique. Ceci a pour conséquence que la pression du liquide augmente également dans espace de distribution de liquide 18 et dans I1 espace du flasque 20. La face annulaire 43 du corps d'obturation 27 est également chargée par une pression de liquide plus élevée et le corps d'obturation 27 est alors déplacé dans la direction indiquée par la flèche 44. Le corps de soupape 19 suit le mouvement dans le sens de la flèche 44 du corps d'obturation 27. Etant donné que la face extrême chanfreinée 45 du corps de soupape 19 est plus grande que la face annulaire 46 et que sur les deux faces agit un liquide de la même pression, le corps de soupape 19 est constamment chargé par une force de pression résultante en direction de la soupape de fermeture 27. Le corps d'obturation 27 et le corps de soupape 19 se déplacent dans le sens de la flèche 44 si longtemps que le flasque 20 du corps de soupape 19 vient buter contre la face 21 de la chapelle 15. Ensuite, le corps d'obturation 17 etctne se déplace dans la direction de la flèche que si la pression de liquide agissant sur la face annulaire 43 est supérieure à la pression du ressort de pression 41 et du gaz contenu dans l'espace ou volume de pression 26. La pression du gaz dans l'espace de pression 26 ,c'est- à dire de 11 élément élastique de gaz, est ajustée de telle sorte que la pression de liquide provenant de l'étançon dépasse la contre-pression préalablement établie de 11 élément élastique de gaz et ouvre en conséquence la soupape de limitation de pression, si une charge supérieure à la charge prédéterminée, c'est-à-dire à la charge de consigne, agit sur l'étançon hydraulique.Si le corps d'obturation 27,ensemble avec le corps de soupape 19, se déplace dans le sens de la flèche 44 et le flasque 20 du corps de soupape 19 vient r e n co nt r e r la face 21 de la chapelle 15, le liquide sous pression s'écoule à haute vitesse à travers le passage établi entre la face extrême du corps d'obturation 27 et la plaque de fermeture 25 dans la fente 32 et à partir de celle-ci vers l'extérieur ou dans un espace de plus faible pression, à travers l'alésage transversal 33, l'alésage 34, l'alésage 36, l'espace d'évacuation de liquide 29 et 11 orifice d'évacuation 37.En raison de la diminution de pression, le piston 2 ( figure 1) descend axialement aussi longtemps que ltéquilibre est rétabli entre la charge produit par la pression du terrain et la charge de consigne de la soupape de limitation de pression. L'équilibre rétabli, le ressort de pression 41- et la pression de gaz règnant dans l'espace de pression 26 continuent à pousser le corps d'obturation 27 et ensuite avec celui-ci la plaque de fermeture 25 et le corps de soupape 19 respectivement dans la direction opposée à la flèche 44 si-longtemps que la face correspondante du corps de soupape 19 rencontre la face opposée 22 de la pièce de raccordement il. A ce moment la plaque de fermeture 25 ferme la fente annulaire 32 de nouveau de façon étanche aux fuites. Les avantages principaux de la soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz , selon l'invention sont les suivants La tige de rétrécissement 31 est montée de façon pratiquement rigide dans l'alésage du corps d'obturation 27, ce qui assure que la largeur de la fente annulaire 32 est la même sur toute la circonférence. Ceci a pour résultat que la pression qui agit sur la plaque de fermeture 25 est toujours concentrique et uniforme. La position oblique de la plaque de fermeture 25 par rapport à la position d'obturation est donc pratiquement exclue. La position oblique est également rendue pratiquement impossible en raison du guidage du corps de soupape 19 par la paroi de l'espace de liquide 18 et de la fixation rigide de la plaque de fermeture 25 dans le corps de soupape 19.La plaque de fermeture 25 ne peut donc plus être atteinte par l'érosion et être endommagée. Une autre propriété avantageuse de la soupape de limitation de pression réside dans le fait que du liquide ne peut pas pénétrer dans l'espace de pression 26 contenant le gaz de pression, en raison de l'adaptation précise et du guidage du corps d'obturation 27, de la façon de serrage et de l'écartement mutuel des bagues d'étanchéité 8 ainsi qu'en raison de leur disposition avantageuse l'une par rapport à l'autre. De cette raison le gaz et le ressort de pression 41 l & soupape de limitation de pression répond toujours de façon précise et fiable. Bien entendu, la plaque de fermeture peut être fixée de façon différente et le corps de soupape peut être configuré autrement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I 0 N S REVEND ICAT IONS 1. Soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz, notamment pour étançons hydrauliques, du type comprenant uné plaque de fermeture , appliquée contre le siège de soupape sous lteffet de la pression résultante de la pression régnant dans le liquide contenu dans la partie inférieure d'étançon de l'étançon hydraulique, de la pression exercée par un ressort de pression et d'un élément élastique de gaz, agissant à l'encontre de la pression du liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps d'obturation configuré,à son extrémité voisine de ladite plaque de fermeture,comme siège de soupape et pourvu d'une fente annulaire de passage de fluide sous pression, que l'autre extrémité dudit corps d'obturation est chargé par un espace de pression, rempli de gaz, un alésage entourant étroitement une tige de rétrécissement est pratiqué dans la face voisine de ladite plaque de fermeture, dudit corps d'obturateur, et en ce qu'il comprend un corps de soupape portant, encastrée en lui, ladite plaque de fermeture et placé coaxialement audit corps d'obturation à l'intérieur de l'espace de distribution de liquide cylindrique d'une pièce de raccordement solidaire de la chapelle, tout en étant adapté avec jeu dans celle-ci. 2. Soupape de limitation de pression selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comprend un corps d'obturation dont la longueur est supérieure à son diamètre et à chaque extrémité duquel est prévue une gorge annulaire formant logement pour une bague d'étanchéité prenant appui de façon étanche sur la paroi intérieure de la chapelle, et qu'un espace d'évacuation de liquide est configuré entre les deux gorges annulaires et la paroi intérieure de la chapelle et la partie correspondante du corps d'obturation. 3. Soupape de limitation de pression s-elon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, à l'extrémité voisine de la plaque de fermeture précitée du corps d'obturation précité, en dessous et autour de la face de siège de soupape,une face annulaire communiquant à travers des orifices pratiqués dans un flasque situé à l'extrémité voisine dudit corps d'obturation, du corps de soupape précité, à travers les alésages radial et axial, prévus dans le corps de soupape et à travers espace de distribution de liquide précité et le canal prévu dans la pièce de raccordement, avec l'espace de cylindre contenant le liquide sous pression précité de la partie inférieure d'étançon précité de l'étançon hydraulique. 4. Soupape de limitation de pression selon l'une des revendications I à 5, caractérisée en ce que la face extrême adjacente à la plaque de fermeture précitée, du corps d'obturation précité et la face extrème externe de la tige de rétrécissement précitée sont situées dans le même plan, et qu'entre ladite tige de rétrécissement et 11 alésage entourant cette tige est formée une fente annulaire ayant la même largeur sur toute sa circonférence.