Brevet FR2473670A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne une soupape de sûreté du type comprenant un clapet venant normale- ment en appui étanche contre un siège sous l'action de moyens élastiques tels qu'un ressort taré, de manière à obturer une ouverture formée dans une enceinte contenant un fluide, le clapet étant sollicité en éloignement du siège à l'encontre du ressort lorsque la pression du fluide dépasse une valeur donnée. De façon connue, le fonctionnement d'une telle soupape est commandé par la pression régnant dans l'enceinte contenant le fluide. Lorsque la pres- sion dans l'enceinte est considérée comme normale, le clapet est maintenu en appui étanche contre le siège par le ressort taré. Lorsque la pression du fluide atteint la valeur déterminée par le tarage du ressort, le clapet se soulève de son siège et laisse passer le fluide jusqu'à ce que la pression régnant dans l'enceinte devienne à nouveau inférieure à cette valeur limite. Lorsqu'il en est ainsi, le clapet revient en appui étanche contre le siège et ferme la soupape. Si la pression à l'intérieur de l'enceinte continue à augmenter, il se produit une nouvelle ouverture de la soupape, suivie d'une nouvelle fermeture. Ces mouvements de la soupape peuvent se poursuivre et conduisent alors à un phénomène de battement du clapet. Lorsque le fluide contenu dans l'enceinte est un fluide compressible, il se comporte comme un matelas et amortit les battements, de sorte que la fréquence de ces battements reste relativement faible et n'a pas de conséquence dommageable pour le matériel. En revanche, lorsque le fluide contenu dans l'enceinte est incompressible, les battements ne sont pas amortis, de sorte que leur fréquence devient très élevée. Il se produit alors des échauf- 2 2473670 fements importants au niveau des zones de guidage de l'équipage mobile et notamment du clapet. Ces- échauffements peuvent être suffisamment élevés pour provoquer des microsoudures et entraîner un grippage -5 de l'équipage mobile. Un tel grippage peut avoir pour conséquence de maintenir la soupape ouverte, et conduire à la vidange de l'enceinte, ce qui n'est évidemment pas souhaitable. De plus, dans certaines applications particulières, et notamment lorsque la soupape équipe le circuit d'eau d'une centrale nucléaire, la vidange accidentelle de ce circuit peut avoir des conséquences graves pour l'instal- lation. La présente invention a pour objet la réa- lisation d'une soupape de sûreté du type défini précédemment et pouvant être implantée sur une enceinte remplie d'un fluide incompressible sans présenter les inconvénients des soupapes de sûreté de la techni- que antérieure. Cependant, l'invention n'est pas limitée aux soupapes de sûreté devant être implantées sur des enceintes remplies de fluide incompressible et concerne également des soupapes pouvant être implantées sur des enceintes remplies de fluide compressible. A cet-effet, une soupape de sûreté du type défini précédemment se caractérise conformément à l'invention en ce qu'un frein hydraulique est disposé entre le clapet et les moyens élastiques, à proximité du clapet. Grâce à cette caractéristique, les oscilla- tions de haute fréquence de l'équipage mobile sont complètement supprimées, même lorsque le fluide contenu à l'intérieur de l'enceinte est un fluide incompres- sible, de telle sorte que les risques de grippage de la soupape sont éliminés. L'écoulement du fluide qui s'échappe par la soupape s'en trouve amélioré puisqu'il devient uniformément varié alors qu'il est du type pulsatoire dans les soupapes de sûreté de la technique antérieure. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens élastiques sont reliés au clapet par une tige solidaire d'une cloison disposée à l'intérieur d'un cylindre de manière à définir deux chambres à volume variable remplies de liquide, qui communiquent entre elles par au moins un passage calibré. La cloison peut être constituée, soit par un piston coulissant à l'intérieur du cylindre, soit par une membrane souple dont la périphérie externe est fixée au cylindre. Selon une première variante de réalisation de l'invention, le passage calibré est constitué par un conduit externe mettant en communication les deux chambres à volume variable. Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, le passage calibré est constitué par un trou formé dans la cloison et débouchant dans les deux chambres. Dans l'une ou l'autre de ces variantes, et conformément à une caractéristique secondaire de l'invention, les chambres à volume variable peuvent communiquer entre elles par au moins deux passages de sections différentes contrôlées par des clapets anti-retour montés en sens opposés. Cette caractéris- tique permet de maîtriser et de différencier les manoeuvres d'ouverture et de fermeture de la soupape, et cela quelle que soit la nature du fluide contenu dans l'enceinte. Selon une troisième variante de réalisation de l'invention, lorsque la cloison est constituée par un piston, le passage calibré est constitué par un jeu défini entre le bord périphérique externe du piston et le cylindre. Conformément à une autre caractéristique secondaire de l'invention, la tige reliant les moyens élastiques au clapet comprend trois parties démontables solidaires respectivement des moyens élastiques, du clapet et de la cloison, de telle sorte que le cylindre, la cloison et la partie de la tige solidaire de la cloison constituent un sous-ensemble unitaire. L'invention a également pour objet un frein hydraulique constituant un tel sous-ensemble et sus- ceptible d'être inséré dans une soupape de sûreté de conception classique.. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, différentes variantes de réalisation d'une soupape de sûreté réalisée conformément à l'in- vention en se référant aux dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une soupape de sûreté dans laquelle a été inséré conformément à l'invention un frein hydraulique sup- primant complètement les oscillations de haute fré- quence de l'équipage mobile de la soupape, - la figure 2 est une vue en coupe schéma- tique illustrant une variante de réalisation du frein hydraulique incorporé dans la soupape représentée sur la figure 1, et - la figure 3 est une vue en coupe schéma- tique illustrant une autre variante de réalisation du frein hydraulique incorporé dans la soupape de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté en traits mixtes une partie d'une enceinte 10 contenant un fluide dont la pression doit être maintenue endessous d'une valeur limite. L'enceinte 10 peut être constituée notamment par un réservoir dans lequel le fluide est à l'état statique ou par un circuit dans lequel le fluide circule. Ainsi, par exemple, l'enceinte 2473670 peut être constituée par un circuit d'eau d'une centrale nucléaire. Afin d'empocher toute augmentation de pres- sion à l'intérieur de l'enceinte 10 au-dessus de la valeur limite, l'enceinte présente une ouverture circulaire 12 sur laquelle est montée une soupape de sûreté désignée de façon générale par la réfé- rence 14. Plus précisément, une tubulure 16 est montée dans l'ouverture 12 et fait saillie vers l'extérieur de l'enceinte 10 de manière à définir à son extrémité libre un siège de valve 18. La tubulure 16 est disposée en totalité à l'intérieur d'un raccord en T 20 permet- tant d'évacuer par un circuit annexe (non représenté) raccordé à son embouchure 22 le fluide qui s'échappe de l'enceinte par la tubulure 16. Les deux autres embouchures 24 et 26 du raccord 20 sont raccordées respectivement de façon étanche à l'enceinte 10 et à une cloche 28 dont l'axe est confondu avec celui de l'ouverture 12, de telle sorte que tout le fluide qui s'échappe de l'enceinte par la tubulure 16 est évacué par l'embouchure 22 du raccord. La soupape de sûreté 14 comprend un équipage mobile constitué par un clapet 30 et par une tige 32. Le clapet 30 est sollicité normalement en appui étanche contre le siège de valve 18 par un ressort hélicoïdal taré 34 disposé à l'intérieur de la cloche 28 entre un flasque 36 prenant appui sur une vis 38 vissée dans le fond de la cloche 28 et un flasque 40 prenant appui sur un épaulement 42 formé sur la tige 32. Le réglage du tarage du ressort 34 s'effectue au moyen de la vis 38. Conformément à l'invention, un frein hydrau- lique désigné de façon générale par la référence 44 est disposé sur la tige 32, entre le clapet 30 et le ressort 34 et à proximité immédiate du clapet 30. Plus précisément, le frein hydraulique 44 est monté de façon étanche entre le raccord 20 et la cloche 28 au moyen de tirants 46. Il comprend un cylindre 48 à l'intérieur duquel coulisse un piston 50 solidaire d'une partie intermédiaire 52 de la tige 32. Le piston 50 définit à l'intérieur du cylindre 48 deux chambres 54 et 56 remplies d'un liquide de type organique, qui communiquent entre elles par des passages calibrés constitués dans la variante représentée sur la figure 1 par des conduits externes 58. Des joints toriques 60 assurent par ailleurs l'étanchéité entre la partie 52 de la tige et le cylindre 48 et entre le piston 50 et le cylindre. Grâce au frein hydraulique 44, comme on le verra par la suite en étudiant le fonctionnement de la soupape de sûreté selon l'invention, les oscil- lations de haute fréquence de l'équipage mobile en- gendrées par une augmentation de la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte lorsque le fluide qu'elle contient est incompressible sont totalement supprimées, de sorte que tout risque de grippage de cet équipage mobile se trouve éliminé. De plus, l'écoulement du fluide hors de l'enceinte est amélioré par rapport aux soupapes classiques, puisqu'il varie uniformément et non plus de manière pulsatoire. Afin de permettre l'insertion du frein hydraulique 44 dans une soupape de sûreté existante, ce frein hydraulique constitue un sous-ensemble qui peut être monté et démonté en bloc. A cet effet, la tige 32 comprend trois parties 61, 52 et 63 alignées qui s'emboîtent les unes dans les autres et sont respectivement guidées par la vis 38 pour la partie 61 qui porte l'épaulement 42 sur lequel vient prendre appui le ressort 34, par le cylindre 48 pour la partie 52 qui porte le piston 50 et par un dispositif de guidage 62 solidaire d'une plaque 64 fixée entre le cylindre 48 et le raccord 20 pour la partie 63 qui porte le clapet 30. Comme le montre la figure 1, le clapet est fixé à l'extrémité libre de la partie 63 dé la tige 32 et porte une partie rapportée 66 qui vient appliquer de façon étanche le siège 18. Une seconde plaque 68 est pincée entre la plaque 64 et le raccord 20. Un soufflet d'étanchéité 70 est disposé autour de la partie 63 de la tige portant le clapet 30 et du dispositif de guidage 62 entre la plaque 68 et le clapet 30 auxquels il est raccordé de façon étanche. De préférence, le volume d'air emprisonné à l'intérieur du soufflet 70 est mis à l'air libre par des passages 72 ménagés dans la plaque 64, qui débouchent dans une chambre 74 formée dans le cylindre 48, cette chambre 74 communiquant avec l'extérieur par un passage 76. Le fonctionnement de la soupape de sûreté représentée sur la figure 1 est le suivant. En l'absence de pression à l'intérieur de l'enceinte 10, ou lorsque la pression régnant à l'intérieur de cette enceinte est inférieure à la valeur limite déterminée par le ressort 34, ce dernier sollicite l'équipage mobile constitué par la tige 32 et par le clapet 30 vers le bas en consi- dérant la figure, de telle sorte que la partie 66 du clapet vient en appui étanche contre le siège 18 formé sur la tubulure 16 communiquant avec l'en- ceinte. Lorsque la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte 10 s'élève et devient supérieure à la valeur limite déterminée par le ressort 34, le fluide contenu dans l'enceinte soulève le clapet en éloignement du siège 18, de telle sorte qu'une partie du fluide s'échappe par l'embouchure 22 du raccord vers un circuit secondaire (non représenté). Cet échappement d'une certaine quantité de fluide -8 a pour conséquence d'abaisser la pression à l'intérieur de l'enceinte, qui devient à nouveau inférieure à la valeur limite déterminée par le ressort. Ce dernier sollicite alors à nouveau l'équipage mobile vers le bas de telle sorte que le clapet 30 revient en appui étanche contre le siège 18. Si la pression à l'intérieur de l'enceinte continue à augmenter, elle devient à nouveau suffisante pour soulever le clapet en éloignement de son siège, ce qui conduit à un nouvel échappement de fluide et à une nouvelle fermeture de la soupape. En cas de montée continue de la pression dans l'enceinte 10, ce phénomène se reproduit indéfiniment et conduit à des battements de la soupape. Grâce au frein hydraulique 44 et quelle que soit la nature du fluide contenu dans l'enceinte , c'est-à-dire que ce fluide soit compressible ou incompressible, toutes oscillations de haute fréquence de l'équipage mobile de la soupape 14 se trouvent empêchées. En effet, les passages calibrés que constituent les conduits 58 entre les chambres 54 et 56 du frein hydraulique 44 permettent d'amortir les vibrations de l'équipage mobile provoquées par le phénomène de battement qui vient d'être mentionné. Il en résulte que les échauffements dus au frottement sont réduits et que tout risque de grippage est supprimé. De plus, par suite du mouvement amorti de l'équipage mobile, l'écoulement du fluide hors de l'enceinte 10 résultant du fonctionnement de la soupape de sûreté 14 est uniformément varié et non plus pulsatoire comme dans les soupapes de sûreté de la technique antérieure. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 2, les conduits externes 58 par lesquels les chambres 54 et 56 communiquent entre elles sont supprimés et remplacés parun jeu 78 défini entre 9 2473670 la périphérie externe du piston 50 et le cylindre 48. Comme les conduits 58 dans la variante de la figure 1, le jeu 78 définit un passage calibré par lequel les chambres 54 et 56 communiquent. La fonction d'amortissement remplie par le frein hydraulique 44 est donc également obtenue si l'on remplit les chambres 54 et 56 d'un liquide de type organique. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 3, la communication entre les chambres 54 et 56 du frein hydraulique 44 s'effectue par l'inter- médiaire de deux trous 80 formés dans le piston 50 et débouchant dans les deux chambres. De plus, dans cette dernière variante, des clapets anti-retour représentés schématiquement en 82 contrôlent le passage du liquide dans chacun des trous 80, de telle sorte que l'un des clapets 82 obture l'un des trous 80 lorsque la tige 32 se déplace dans une première direction, tandis que l'autre clapet 82 obture l'autre trou 80 lorsque la tige 32 se déplace dans la direction opposée. Grâce à cette caractéristique, il est possible en calibrant différemment les trous 80 de réaliser un amortissement différent de l'équipage mobile de la soupape à l'ouver- ture et à la fermeture de celle-ci. On remarquera que les différentes variantes de réalisation qui viennent d'être décrites en se référant aux figures 1 à 3 peuvent être combinées. Ainsi, notamment dans la variante de réalisation de la figure 1, les conduits 58 pourraient également être équipés de clapets et être calibrés différemment afin de réaliser un amortissement différent de l'équi- page mobile à l'ouverture et à la fermeture de la soupape. De plus, cette dernière caractéristique, qui permet de maîtriser et de différencier les ma- noeuvres d'ouverture et de fermeture de la soupape est indépendante de la nature du fluide contenu dans l'enceinte à contrôler et justifie l'utilisation d'une telle soupape de sûreté lorsque ce fluide est compressible. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. Ainsi, le piston 50 utilisé dans les trois variantes décrites pourrait éventuellement être remplacé par une membrane métallique souple fixée à la fois à la tige 32 à sa partie centrale et au cylindre 48 à sa périphérie externe. De même, le frein hydraulique pourrait être directement intégré dans une soupape de conception nouvelle, au lieu d'être inséré dans une soupape existante comme l'illustre la figure 1. il 2473670 REVENDICATIONS 1. Soupape de sûreté comprenant un clapet (30) venant normalement en appui étanche-contre un siège (18) sous l'action de moyens élastiques (34) , de manière à obturer une ouverture (12) formée dans une enceinte (10) contenant un fluide, le clapet (30) étant sollicité en éloignement du siège (18) à l'encontre des moyens élastiques (34) lorsque la pression du fluide dépasse une valeur donnée, carac- térisée en ce qu'un frein hydraulique (44) est disposé entre le clapet (30) et les moyens élastiques (34) à proximité du clapet (30). 2. Soupape de sûreté selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les moyens élastiques (34) sont reliés au clapet (30) par une tige (32) solidaire d'une cloison (50) disposée à l'intérieur d'un cylindre (48) de manière à définir deux chambres à volume variable (54, 56) remplies de liquide, qui communiquent entre elles par au moins un passage calibré (58, 78, 80). 3. Soupape de sûreté selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que la cloison est cons- tituée par un piston (50) coulissant à l'intérieur du cylindre (48). 4. Soupape de sûreté selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que la cloison (50) est constituée par une membrane souple dont la périphérie externe est fixée au cylindre (48). 5. Soupape de sûreté selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le passage calibré est constitué par un conduit externe (58) mettant en communication les deux chambres à volume variable (54, 56). 6. Soupape de sûreté selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que 12 2473670 le passage calibré est constitué par un trou (80) formé dans la cloison (50) et débouchant dans les deux chambres (54, 56). 7. Soupape de sûreté selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que les chambres à volume variable (54, 56) communiquent entre elles par au moins deux passages (80) de sections différentes contrôlés par des clapets anti-retour (82) montés en sens opposés. 8. Soupape de sûreté selon la revendica- tion 3, caractérisée en ce que le passage calibré est constitué par un jeu (78) défini entre le bord périphérique externe du piston (50) et le cylindre (48). 9. Soupape de sûreté selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractériséeen ce que la tige (32) reliant les moyens élastiques (34) au clapet (30) comprend trois parties démontables (61, 52, 63) solidaires respectivement des moyens élastiques (34), du clapet (30) et de la cloison (50), de telle sorte que le cylindre (48), la cloison (50) et la partie (52) de la tige solidaire de la cloison (50) constituent un sous-ensemble unitaire. 10. Frein hydraulique susceptible d'être, inséré dans une soupape de sûreté du type comprenant un clapet (30) venant normalement en appui étanche contre un siège (18) sous 1laction de moyens élastiques (34) de manière à obturer une ouverture (12) formée dans une enceinte (10) contenant un fluide, le clapet (301 étant sollicité en éloignement du siège (18) à l'encontre des moyens élastiques (34) lorsque la pression du fluide dépasse une valeur donnée, carac- térisé en ce qu'il comprend un cylindre (48), une cloison (50) disposée à l'intérieur du cylindre (48) de manière à définir deux chambres à volume variable (54, 56) remplies de liquide, qui communiquent entre elles par au moins un passage calibré (58, 78, 80), 13 2473670 et une partie de tige (52) solidaire de la cloison (50) et débouchant de part et d'autre du cylindre (48) pour relier le clapet (30) aux moyens élasti- ques (34).