Brevet FR2445475A1 — publié le 19800725

La présente invention concerne les vannes à ouverture rapide permettant la libération brutale d'un fluide canprimé sous une haute pression dans un réservoir de grande capacité. Plus particulibrement, elle vise une vanne qui permet l'éjec- tion de vapeur sous pression dans une masse d'eau afin de créer une bulle de vapeur dont l'implosion par condensation provoque une onde de choc destinée a l'étude sismique des terrains sousjacents.Cette technique a été proposée par la Demanderesse sous la désignation 'NVaporchoc" , elle est notamment décrite dans son brevet français NO 69 26481 dépose le ler Acut 1969 au naa de la Demanderesse pour "Procédé et dispositif pour créer une onde de choc sous la surface d'une nappe d'eau telle que la mer, notantrent pour des sondages sisniques" On y utilise un réservoir de vapeur muni d'une vanne alimentant une ou plusieurs trompes d'éjection permettant d'obtenir une bulle de vapeur d'un volume important.Afin d'améliorer les caractéristiques ("signature") de l'onde de choc, il est nécessaire d'obtenir une bulle de vapeur en un laps de temps aussi bref que possible. I1 faut donc que le débit ins tantané de la vanne soit très élevé. tes vannes utilisées jusqu'à présent comportent un clapetsoupape mobile dont le mouvement axial permet de libérer un orifice d'échappement de fluide. Un tel clapet axial se trouve nécessairement dans le courant du fluide en échappement et gêne en conséquence son écou- lenent tout au moins au début du mouvement d'ouverture. La présente invention a pour objet un dispositif du type précité permettant une ouverture très rapide et un débit initial augmenté Pour ce faire, la vanne selon l'invention comporte un corps susceptible d'être monté sur un réservoir de fluide sous pression, ce corps étant muni d'un alésage intérieur destiné au passage du fluide libéré et présentant une extremité d'admission fermée et une extrémité ouverte d'échappement, des orifices de passage de fluide étant ménagés dans la paroi de l'ettrémité d'admission, tandis qu'un tiroir de forme générale cylindrique est mobile dans 1 'alésage qui le guide entre une position normale d'obturation étanche des orifices de passage et une position d'ouverture ce ceux-ci. L'ettrésité du tiroir prévue pour obturer les orifices présente, en section diamétrale, un profil tel que la pression du fluide exerce sur lui une résultante primaire longitudinale tendant a amener le tiroir en position d'ouverture. Des moyens de retenue du tiroir sont preVus afin de maintenir le tiroir en position d'obturation, de telle sorte que, au rel chement de ces moyens de retenue, la résultante primaire provoque le déplacement instantané du tiroir et libère ainsi le passage d'admission du fluide vers L'alésage central à travers les orifices prévus à cet effet. tes moyens de retenue sont de préférence constitués par la contrepression d'un fluide de commande agissant sur le tiroir. De façon préférentielle, l'extremite d ' éceapment du corps est munie d'une tuyère formant un convergentmdivergent qui améliore notablement le débit d 'écoulement du fluide libéré. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description du mode de réalisation préférentiel étayée par la figure unique qui représente une élévation latérale d'une coupe selon le plan diamétral de symétrie de la vanne selon l'invention. On a représenté en 100 le corps cylindrique de la vanne selon l'invention. L'extremite d'admission du fluide sous pression est munie d'un bouchon de fermeture 200 fermant de façon étanche l'alésage 118 par lequel doit s'échapper le fluide. A l'opposé du côté de I'extrémité d'echappement est montée une tuyère d'éjection 700. te tiroir 300, mobile à l'intérieur du corps, a été représente en position normale d'obturation contre le siège de butée 400, de forme torique, tandis qu'une bague d'amortissement 500 disposée dans la tuyère d'éjection 700 permet de limiter la course du tiroir lorsque celuici n'est plus sollicité par les moyens de retenue 600. Plus précisément, le corps comporte une bride 110 sur laquelle est montée une garniture d'étanchéité 112. Quatre orifices de passages 114, dont deux sont représentés, sont prévus dans les parois du corps au niveau de l'extrémité d'admission du fluide. Ces orifices ont une direction faisant un angle préférentiel de 450 avec l'axe longitudinal de la vanne, leurs sections de passage cumulées correspondant à celle du col 704 de la tuyère 700. On comprend que ce corps 100 est destiné à être engagé par sa partie supérieure dans un réservoir sous pression (non représenté), la vapeur contenue dans le réservoir venant ainsi baigner le bouchon 200 et les orifices 114.La garniture 112 permet d'assurer l'étanchéité, le corps étant fixe à ce réservoir par des moyens de fixation non représentés tels que des boulons. La tuyère 700, qui présente une forme générale cylindrique, comporte un convergent 702 muni sur sa face externe d'une paire de joints 703, un col 704 et un divergent 706 pour I'échappement de fluide vers l'extérieur. Une bride 710 vient s'appliquer contre la bride 110 du corps à laquelle elle est maintenue par des -moyens de fixation non représentés. L'étanchéité de cette liaison est assurée par un joint 116 disposé dans une rainure du corps.Le long de la paroi externe du convergent est montée une bague d'amortissement 500 de forme générale cylindrique comprenant une bride 502 sur laquelle vient s'appuyer une chemise d'usure 150 au moyen d'un épaulement 152 qui présente une joint d'étanchéité 154. Carme on peut le constater, le tiroir 300 peut coulisser entre la chemise 150 et le convergent 702. La bague d'amortissement 500, de forme torique, comporte des alésages de pression 504, préférentiellement au nombre de quatre, ceux-ci relient la chambre torique d'alimentation 716 avec la chambre de contrepression annulaire 714 dont la paroi supérieure est constituée par l'extrémité 306 du tiroir 300.Cette chambre d'alimentation 716 peut être alimentée de façon commandez par deux alésages 712 d'amenée de fluide de commande sous pression (air comprime) qui sont situés de façon diamétrale et sont représentés dans le plan de la figure. Fonctionnellement, on remar- quera que les alésages 712, la chambre 716 et les alésages 504 constituent les moyens de retenue 600 permettant le maintien en position d'obturation du tiroir 300 par l'application sur le tiroir d'une force supérieure à celle exercée par le fluide retenu. Le tiroir carte en outre deux paires de segments d'étanchéité 302 disposés dans des rainures correspondantes de sa paroi externe et coopérant avec la chemise 150. On remarque que son extrémité située du côté des orifices 114 présente à leur niveau des surfaces chanfreinées 304 qui induisent sur ledit tiroir une force longitudinale dirigée vers la bague 500. La surface 305 est usinée de façon à venir en contact étanche au niveau du siège de butée 400. Bien entendu, la pente des surfaces 304 est dirigée vers l'extrémité d'échappement du fluide. Enfin, l'alésage 118 est ferme par le couvercle 210 venu de moulage avec le corps 100 et sur lequel est fixe un chapeau 202 de forme conique au moyen de boulons 204. L'étanchéité de cette liaison étant assurée par un joint 206. A l'intérieur de l'alésage 118 est disposée une douille de blocage conique 220 fixée au couvercle 210 par l'intermédiaire de boulons 212. Cette douille sert à maintenir par un épaulement 222 le siège de butée en position contre le couvercle, l'étanchéité de la liaison étant assurée par un joint 214 disposé dans une rainure correspondant du couvercle 210. On remarque que le profil de la douille, celui du siège et des orifices de passage forment préférentiellement une ligne continue ce qui, avec la forme du chapeau 202, permet d'améliorer l'écoulement du fluide vers l'alésage 118. Le fonctionnement de la vanne décrite ci dessus se comprend aisément : en position de blocage du tiroir 300 contre le siège 400, les moyens 600 agissent par l'intermédiaire des alésages 712 et de la chambre 716 qui alimente en fluide de commande sous pression par 1' intermédiaire des alésages 504 la chambre de contrepression torique 714 qui exerce une pression suffisante sur 1 'extrémité 306 pour maintenir le tiroir 300 de façon étanche contre le siège 400. Le fluide sous pression qui baigne l'extérieur du corps 100 et le bouchon 200 ne peut donc atteinre 1 'alé- sage 118.Lorsque la pression du fluide de carrande diminue dans la chambre 714 par échappement de celui-ci par l'intermédiaire des alésages 712, la force primaire exercée par le fluide sous pression à travers les orifices 114 sur le tiroir 300 provoque le déplacement instantané du tiroir entre la chemise 150 et le convergent 702 qui le guident jusqu'à ce que l'extrémité 306 vienne buter contre la bague 500. De ce fait, les orifices 114 mettent de façon instantanée le fluide extérieur sous pression en carmunication avec l'alésage 118 et le fluide pour s'échapper de façon avantageuse grâce au convergent-divergent selon la flèche 800. On remarquera que la chambre étanche 714 permet en fin de course du tiroir un effet de frein dû à la compression du fluide de commande qui s'échappe par les alésages 504 et empêche ainsi le bris de la bague 500 par le tiroir. Par ailleurs, les joints 703 et les segments 302 empêchent les fuites du fluide de ccmmande à partir de la chambre de pression 714. En outre, les profils adaptés du bouchon, du convergent-divergent et la direction des orifices 114 améliorent de façon notable le débit de fluide obtenu à l'extrémité d'échappement. Celle-ci peut être fixée à des tubulures radiales permettant la formation d'une bulle de gaz volumineuse. On comprendra que la conformation de la vanne selon l'invention permet avantageusement le changement des pièces d'usure telles que le tiroir, la chemise, la bague d'amortissement et éventuellement la tuyère. Selon une variante avantageuse de l'invention, le tiroir 300 peut présenter au moins une nervure disposée entre les surfaces 304 et 305 et venant se loger, en position d'obturation, dans une rainure homologue prevue a cet effet dans le siège 400. De ce fait, lorsque cette nervure sort de cette rainure et libère le fluide, le tiroir possede une vitesse "initiale" ce qui permet de diminuer encore le temps de libération des orifices 114 et par là mgne améliore la vitesse d'établissement de l'é- coulement du fluide dans l'alésage 118. Bien entendu, la présente invention s'applique particulièrement au domaine des études sismiques, mais il est clair qu'elle s'étend à toutes les variantes confondes à son esprit et peut notamment servir à l'obtention de débits d'échappement élevés à partir de toutes sources de fluide sous pression de type connu. REVEUDICATICNS 1. Vanne à ouverture rapide pour fluide sous pression élevée, notamment pour l'éjection de bulles de vapeur dans une masse d ' eau pour y constituer une source sismique, caractérisée par le fait qu'elle comporte, en combinaison :: - un corps, susceptible d'être monté sur un réservoir de fluide sous pression, muni d'un alésage intérieur destiné au passage du fluide et présentant une extrémité d'admission fermée et une extremite d'echap- pement, des orifices de passage de fluide étant prévus dans la paroi de l'extrémité d'admission pour l'admission du fluide à l'alésage, - un tiroir de forme generale cylindrique mobile dans l'alésage entre une position normale d'obturation étanche des orifices de passage et une position d'ouverture de ceux-ci, l'extrémité du tiroir prévue pour obturer les orifices présentant, en section diamétrale, un profil tel que la pression du fluide exerce sur ledit tiroir en position d'obturation une résultante primaire longitudinale tendant à l'amener en position d'ouverture, - et des moyens de retenue du tiroir en position d'obturation, de telle sorte que, au relâchement commandé des moyens de retenue, la résultante primaire provoque le déplacement instantané du tiroir qui permet ainsi le passage du fluide sous pression à travers les orifices vers l'alésage. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité d'échappement du corps est munie d'une tuyère formant un convergentdivergent. 3. Vanne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le profil de l'extrémité du tiroir présente des surfaces cha freinées au niveau des orifices de passage. 4. Vanne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle camporte des premiers moyens de butée disposés au niveau des orifices de passage et des seconds moyens de butée disposés du côté de l'extrémité d'échappement, le tiroir étant mobile entre ces moyens de butée. 5. Vanne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le profil de l'extrémité d'obturation du tiroir présente une nervure venant se loger de façon étanche dans une rainure correspondante des premiers moyens de butée. 6. Vanne selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que l'extrémité du tiroir afférente aux seconds moyens de butée peut coulisser vers ceux-ci de façon étanche entre la paroi interne de l'alésage du corps et la paroi externe du convergent de la tuyère de telle sorte que les moyens de retenue sont réaliséspar la contrepression d'un fluide de commande amené à travers des alésages de pression traversant les seconds moyens de butée, contrepression qui s exerce sur le tiroir, lequel se trouve ainsi soumis à une résultante longitudinale secondaire superieure a la résultante primaire, ce qui permet son maintien en position d'obturation. 7. Vanne selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une chemise d'usure amovible est disposée dans le corps au contact du tiroir. 8. Vanne selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps et la tuyère sont fixés par l'intermédiaire de brides et que les premiers moyens de butée sont constitués par un siège torique maintenu contre l'extrémité fermée du corps par une douille de blocage qui lui est fixée. 9. Vanne selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étant chéité du coulissement du tiroir est réalisée par des paires de segments insérées dans des rainures correspondantes disposées sur la paroi externe du tiroir et par des joints disposés sur la paroi externe du convergent. 10. Vanne selon la revendication 9, caractérisée en ce que la direction des orifices de passage fait un angle de 45 avec l'axe longitudinal de la vanne afin d'améliorer l'écoulement du fluide. 11. Vanne selon la revendication 10, caractérisée en ce que sur 1 1extrémité fermée du corps est fixé 'n chapeau conique qui coopère avec la douille de blocage, elle aussi de forme conique, pour améliorer l'é- coulement du fluide. 12. Vanne selon la revendication 11, caractérisée en ce que le corps, la chemise, le tiroir et la tuyère présentent des sections transversales circulaires.