Brevet FR2458731A1 — publié le 19810102

24587e L'invention concerne une vanne de sécurité à ouverture par cisaillement d'un conduit borgne, destinée notamment à permettre la mise en communication rapide de deux enceintes contenant des fluides à des pressions différentes, cette vanne de sécurité comportant un corps qui est muni d'une part d'au moins un conduit terminé par ce conduit borgne possédant une zone de fragilisation, et d'autre part d'un dispositif de rupture par cisaillement commandé par pression de fluide. Les vannes de sécurité à ouverture par cisaillement d'un obturateur tel qu'un conduit borgne sont connues, et sont parfois désignées également par les termes de soupape ou de valve, et par exemple les brevets français 2 135 609 et 2 242 622 décrivent deux types particuliers de ces vannes. Selon ce premier brevet, et notamment selon les figures 4a et 4b, il est décrit que le conduit borgne se termine par un disque dont le cisaillement périphérique est obtenu par une traction exercée selon l'axe de ce disque, ce qui conduit nécessairement à ce que le fluide qui s'échappe soit dévié, puisqu'après rupture, le disque est situé en face de l'entrée du fluide sous pression. Un tel type de vanne conduit donc à un écoulement de fluide qui subit une importante perte de charge, ce qui peut être préjudiciable au bon fonction- nement d'une vanne de sécurité qui doit permettre l'évacuation la plus rapide possible du fluide transitant par cette vanne. Selon le second brevet mentionné comme exemple, il est décrit que le conduit borgne se termine par un disque dont le cisaillement périphérique est obtenu par une traction exercée dans un plan orthogonal à l'axe de ce disque, il faut noter que si en position terminale du piston, le fluide peut s'échapper sans aucune déflexion, par contre durant le déplacement du piston, la section cisaillée du disque frottera sur la section cisaillée solidaire du corps de la vanne. Un tel type de vanne tend donc à former par frottement des particules telles que des copeaux ou des limailles, ce qui peut être préjudiciable au bon fonctionnement d'une vanne de sécurité, notamment lorsque le fluide évacué doit être acheminé dans un réseau de tubulures difficile à purger ou comportant des appareillages pouvant être endommagés par ces 2 245873; particules. La présente invention a pour but, d'une part d'éviter toute formation de particules résultant du frottement des deux sections cisaillées, et d'autre part, de réduire les pertes de charges du fluide évacué transitant par la vanne de sécurité, et se caractérise en ce que le dispositif de rupture se déplace dans un plan qui est incliné par rapport au plan défini par la zone de fragilisation du ponduit borgne, cette inclinaison étant telle qu'après cisaillement, la sectiQn de la partie terminale du conduit borgne tend à s'écarter de la section solidaire du conduit du corps de la vanne. Il est souhaitable que l'inclinaison des deux plans soit supérieure à 0,5 degré, de manière à ce que l'écartement des deux sections cisaillées soit suffisant pour que les bavures de cisaillement n'entrent pas en contact, et soit inférieure à 45 degrés, de manière à ne pas augmenter inutilement le périmètre de la zone de fragilisation. Préférentiellement, cette inclinaison est comprise entre 1 et 10 degrés, les faibles inclinaisons étant admissibles lorsque le matériau constitutif de l'obturateur présente des caractéristiques mécaniques permet- tant un cisaillement avec peu de bavures. Selon un mode préférentiel de réalisation, le dispositif de rupture est un dispositif de translation comportant un vérin, mais un autre type de dispositif de rupture peut être utilisé dans le cadre de la présente invention, par exemple un dispositif de rotation dont l'axe est sensiblement parallèle à l'axe du conduit borgne et dont un levier peut pivoter pour cisailler la partie terminale de ce conduit borgne. Selon une première variante de ce mode préférentiel de réalisation, le piston comporte en aval une guillotine munie de deux lumières dont l'une entoure la partie terminale du conduit borgne, la seconde lumière étant destinée au passage du fluide lorsque le piston occupe sa position finale après cisaillement du conduit borgne, et selon une seconde variante, le piston comporte en aval un percuteur agissant sur la partie terminale du conduit borgne. Selon un mode de construction particulier, la zone de fragilisation du conduit borgne est contenue dans un plan ortho- gonal à ce conduit, et le dispositif de rupture est incliné par rapport à ce plan orthogonal, tandis que selon un autre mode de construction, la zone de fragilisation est contenue dans un plan 40. 3 24587X incliné par rapport à un plan orthogonal au conduit obturé et le dispositif de rupture se déplace dans un plan orthogonal à ce conduit. Selon une configuration particulière, le conduit borgne comporte deux zones de fragilisation disposées de part et d'autre de la partie terminale de ce conduit. Selon une mise en oeuvre préférentielle, le dispositif de rupture est actionné par les gaz d'une charge pyrotechnique combustible ou explosive. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiellement en ce qu'immédiatement après la rupture par cisaillement du conduit borgne, les deux sections cisaillées sont écartées l'une de l'autre, cette absence de frottement permettant d'éviter toute formation de particules telles que copeaux ou limailles. Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail à l'aide d'un dessin représentant trois réalisations particulières vues en coupe selon le plan passant par l'axe du ou des conduits borgnes et par l'axe du piston du dispositif de translation de chacune des vannes, la figure 1 correspondant à une vanne dont le dispositif de rupture est contenu dans un plan orthogonal à l'axe du conduit borgne, la figure 2 correspondant à une vanne semblable à la vanne représentée à la figure 1, et étant limitée aux seuls éléments qui sont différents, et la figure 3 corres- pondant à une vanne dont le dispositif de rupture est incliné par rapport à un plan orthogonal à l'axe du conduit. Selon la figure 1, la vanne de sécurité à ouverture par cisaillement comprend un corps creux (1), dont les deux flasques latéraux parallèles sont chacun muni d'un bossage latéral alésé (la) et (lb), et dont les parties supérieures et inférieures se ter- minent également par des bossages (lc) et (ld) qui permettent la fixation des éléments de centrage du dispositif de translation (2). Le cylindre.(3) du vérin de translation est fixé sur le bossage supérieur (lc) du corps et assure le guidage du piston cylindrique (4) qui comporte en aval une guillotine (5) munie de deux lumières (6) et (7), le conduit borgne double (8) étant engagé dans la lumière inférieure et ce conduit soudé aux bossa- ges latéraux étant muni des deux alésages (9) et (lo) qui ménagent la partie terminale (11) située au droit de cette guillotine (5). ./.- - 4 24587 Les zones de fragilisation du conduit borgne sont constituées par deux gorges (17) et (18) à section en vé qui sont taillées à l'extérieur et, conformément à l'invention, ces deux gorges sont réalisées selon deux plans obliques dont l'inclinaison est de 5 degrés par rapport au plan orthogonal au conduit passant par l'axe du piston (4), le dièdre fictif d'intersection des deux plans obliques étant situé vers l'amont du piston. La partie extérieure du cylindre (3) est filetée et permet la fixation par le contre-écrou (12) de la tête d'injection (13) du fluide moteur, la cartouche génératrice de gaz à haute pression (non représentée) étant engagée dans l'alésage (14> qui communique avec l'intérieur du cylindre par le perçage (15). Le bossage inférieur (ld) est également fileté et reçoit le dispositif d'amortissement (16) qui limite le déplacement du piston (4) après cisaillement et en assure le positionnement au moyen de la bague tubulaire déforma- ble (19) qui coopère avec le cône terminal (5a) de la guillotine (5). La vanne de sécurité à ouverture par cisaillement représentée partiellement à la figure 2 est en tous points semblable à la vanne représentée à la figure 1, à l'exception de la partie cen- trale qui fait l'objet de cette figure 2. Les bossages latéraux du corps creux (1')sont alésés obliquement et symétriquement par rapport au plan médian de la guillotine (5') de manière à ce que ces alésages soient inclinés vers la partie interne inférieure de ce corps creux. Chaque alésage des bossages latéraux reçoit un conduit borgne (8'> et (8'') en tous points identiques, les parties terminales (11'> et (111') de ces conduits borgnes étant engagées dans la lumière inférieure de la guillotine (5'), et les gorges circulaires à section en vé (17') et (18'') étant contenues dans des plans respectivement orthogonaux aux axes des conduits borgnes (8') et (8''). Selon la figure 3, la vanne de sécurité à ouverture par cisaillement comprend un corps creux (20) dont l'évidement cen- tral (21) correspond avec l'alésage libre (22), avec l'alésage fileté qui reçoit la tubulure cassante (23) et qui est coaxial à l'alésage libre, et avec l'alésage supérieur qui permet la fixation du dispositif de rupture (24), cet alésage supérieur étant contenu dans un plan qui est incliné par rapport à un plan orthogonal à l'axe de l'alésage (22) d'un angle --- / 24587?4 tubulure (23) comporte un obturateur dont la partie terminale (25) est délimitée par la zone de fragilisation déterminée par la gorge à section en vé (35) qui entaille la périphérie de cette tubulure au niveau de l'évidement central (21), le fond de cette gorge étant contenu dans un plan orthogonal à l'axe de l'alésage (22). L'alésage supérieur comporte un épaulement qui permet le positionnement de l'opercule d'étanchéité (26) sur lequel repose le cylindre (27) du vérin de translation qui est immobilisé par la bague filetée (28), et à l'intérieur du cylindre peut coulisser le piston (29) temporairement immobilisé d'une part au moyen de la rondelle d'appui (30) solidarisée à la partie aval du piston par la goupille de cisaillement (31) et d'autre part au moyen de la cartouche pyrotechnique (32) qui est fixée à l'extrémité amont du cylindre au moyen de la bague filetée (33). La cartouche pyrotechnique comprend une charge explosive pouvant être mise à feu au moyen du conducteur bifilaire (34) lorsque la vanne de sécurité doit être ouverte. Dès l'explosion contrôlée de la charge, les gaz générés agissent sur la tête (29a) du piston et entraînent successivement la rupture de la goupille (31) et la translation du piston dont la partie aval est conformée en percu- teur, de manière à crever l'opercule d'étanchéité (26) et à s'incruster dans la partie terminale (25) de l'obturateur, qui est cisaillé selon le fond de la gorge (35) et qui est entraîné au fond de l'évidement (21) sans qu'il y ait de frottement entre la section de la partie terminale de l'obturateur et la section solidaire de la tubulure (23). Après le cisaillement de l'obtura- teur, le fluide sous pression présent dans la tubulure (23) peut s'échapper par l'alésage (22) et la pression statique de ce fluide dans l'évidement (21) est suffisante pour assurer la remontée du piston (29a) dès que les gaz produits par la charge pyrotechnique ont été évacués par les fuites qui existent entre la cartouche (32), le cylindre (27) et la bague filetée (33), l'évacuation du fluide sous pression pouvant alors s'effectuer sans aucun obstacle entre l'alésage de la tubulure (23) et l'alésage (22), et la partie cisaillée de la tubulure cassante pouvant si nécessaire être immobilisée au fond de l'évidement (21) par un dispositif d'amortissement et de positionnement tel que celui représenté à la figure 1. 6 24587 REVENDICATIONS 1 - Vanne de sécurité à ouverture par cisaillement d'un conduit borgne, comportant un corps muni, d'une part d'au moins un conduit terminé par ce conduit borgne qui possède une zone de fragilisation, et d'autre part d'un dispositif de rupture -5 par cisaillement commandé par pression de fluide, caractérisée en ce que ce dispositif de rupture se déplace dans un plan qui est incliné par rapport au plan défini par la zone de fragilisation du conduit borgne, cette inclinaison étant telle qu'après cisaillement, la section de la partie terminale (11) du conduit borgne tend à s'écarter de la section solidaire dudit corps de la vanne. 2 - Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle d'inclinaison des deux plans est compris entre 0,5 degré et 45 degrés, et préférentiellement entre 1 et 10 degrés. 3 - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisée en ce que le dispositif de rupture est un dispositif de translation comportant un piston. 4 - Vanne de sécurité selon la revendication 3, caractérisée en ce que le piston comporte en aval une guillotine munie de deux lumières dont l'une entoure la partie terminale du conduit borgne. - Vanne de sécurité selon la revendication 3, caractérisée en ce que le piston comporte en aval un percuteur agissant sur la partie terminale du conduit borgne. 6 - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que d'une part la zone de fragilisation du conduit borgne est contenue dans un plan orthogonal à ce conduit, et en ce que d'autre part le dispositif de rupture est incliné par rapport à ce plan orthogonal. 7 - Vanne de sécurité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que d'une part la zone de fragilisation est contenue dans un plan incliné par rapport au plan orthogo- nal au conduit borgne, et en ce que d'autre part, le disposi- tif de rupture se déplace dans un plan orthogonal à ce conduit. 8 - Vanne de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit borgne comporte deux zones de fragilisation disposées de part et d'autre de la partie 7 24587 3 terminale de ce conduit. 9 - Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de rupture est actionné par les gaz d'une charge pyrotechnique.