Brevet FR2466764A1 — publié le 19810410

1. L'invention se rapporte à un dispositif de détection de la vitesse d'une variation de pression. - Lorsque des canalisations telles que des pipe- lines sont en service, certains phénomènes, dus par exemple à la mise en marche d'une pompe ou à la fermeture d'une vanne, peuvent être à l'origine de coups de bélier qui se propagent rapidement dans la canalisation et qui, dans certaines circonstances, peuvent se développer en prenant des propor- tions dangereuses qui risquent de causer des dégâts à la canalisation. Dans certaines canalisations installées, des soupapes de sécurité classiques sont montées de manière que, lorsque des pressions dangereusement élevées sont atteintes, elles s'ouvrent en laissant échapper une certaine quantité de fluide dans un réservoir afin d'abaisser la pression. Toute- fois, le simple niveau de pression n'est pas nécessairement un indice d'un coup de bélier et à moins que les dispositifs de détection de pression ne soient placés en un point de la canalisation auquel il est probable que les coups de bélier atteignent l'intensité maximale, ils doivent être réglés de manière à fonctionner à des niveaux de pression qui ne sont pas en eux-mêmes dangereux, mais qui peuvent devenir dange- reux si un coup de bélier se développe. En conséquence, ces dispositifs peuvent abaisser des pressions qui sont atteintes progressivement et qui ne présentent pas le risque d'un coup de bélier avec, pour conséquence, qu'une certaine quantité de fluide est évacuée inutilement dans un réservoir. La vitesse d'élévation de pression est un indice plus important et lorsqu'une vitesse prédéterminée d'éléva- tion de pression est dépassée, il est nécessaire d'éliminer le coup de bélier en fonction de la résistance pour laquelle la canalisation est calculée, même si le niveau de pression - n'est pas à une valeur dangereuse au point de détection. Certains dispositifs commandés par une différence de pression et montés dans certains systèmes sont destinés à mesurer la pression régnant momentanément dans la canalisation et à la comparer avec une pression retardée sous laquelle la canali- sation se trouvait antérieurement, de manière que l'action- nement de ce dispositif corresponde à une élévation de pression à une vitesse excessive. 2. L'invention se rapporte à un dispositif qui n'exige pas un circuit séparé sous pression de référence, mais qui produit un signal de pression qui est proportionnel à la vitesse de variation de la pression dans la canalisa- tion. Conformément à l'invention, une conduite de contrôle raccorde la canalisation à une chambre de contrôle qui a une section transversale uniforme et le long de laquelle un élément sensible à la pression tel qu'un piston ou un diaphragme est mobile. Un ressort ayant une force ini- tiale réglée de manière à équilibrer les pressions normales de la canalisation tend à repousser l'élément sensible à la pression vers une extrémité de la chambre de contrôle contre les pressions régnant dans la canalisation. Une variation de pression provoque la compression du ressort et alors le fluide s'écoule par la conduite de contrôle vers le côté de la chambre de contrôle qui est exposé à la pression du fluide. Des éléments de maintien du débit à une valeur constante dans la chambre de contrôle donnent l'indication d'une vitesse admissible de variation de la pression. Suivant un mode de réalisation, un orifice réalisé dans la conduite de contrôle permet la mesure du débit par la différence des pressions de part et d'autre de cet orifice. Un organe de commande sensible à la différence de pression vérifie cette dernière et, lorsque la différence devientexcessive, donne l'indication que la vitesse de variation de pression est inadmissible et actionne une soupape de sécurité contre les coups de bélier qui abaisse la vitesse de variation de pression en laissant échapper une certaine quantité de fluide de la canlisation dans le réservoir. En variante de réalisa- tion, la conduite de contrôle ne comporte aucun étranglement et le côté de la chambre de contrôle sur lequel se trouve le ressort est rempli d'un liquide provenant d'un réservoir qui est à la pression atmosphérique. En conséquence, la pression régnant du côté de la chambre de contrôle sur lequel se trouve le ressort est proportionnelle à la vitesse de varia- tion de la pression régnant dans la canalisation et en consé- quence elle est contrôlée par une soupape pilote. Lorsque la pression devient excessive du côté du ressort, la soupape pilote actionne une soupape de sécurité contre les coups de bélier. L'invention va être décrite plus en détail en regard du dessin annexé sur lequel les figures 1 et 2 repré- sentent schématiquement à titre d'exemples nullement limi- tatifs deux modes de réalisation de l'invention. Le système 10 selon l'invention d'élimination des coups de bélier que représente la figure 1 est destiné à être utilisé avec une soupape 12 de commande du type qui s'ouvre lorsque la pression en amont devient supérieure à une pression régnant dans une chambre de commande ou chemise. Par exemple, dans la soupape représentée à tube expansible, la pression régnant dans une conduite 14 située en amont s'exerce contre la surface intérieure du tube souple 16 qui s'étire autour d'un barrage ou d'une barrière 18 se trouvant dans un boîtier ou une cage 20 situé à l'intérieur du corps 21 de la soupape. Lorsque la pression régnant dans une chemise 22 entourant le tube 16 descend à un niveau inférieur à celui de la pression régnant dans la canalisation et que la différence est suffisante pour permettre à cette pression régnant dans la canalisation de surmonter la tension circon- férentielle du tube 16, celui-ci s'étire vers l'extérieur en autorisantl'écoulement par des fentes 24 situées en amont et autour de la barrière 18 vers l'arrière, par des fentes 26 situées en aval et vers l'extérieur par un passage 28 d'écou- lement vers l'aval. Lorsque le système 10 est utilisé pour contrôler les pressions régnant dans la canalisation 30 afin d'en supprimer les coups de bélier pouvant y apparaître, une conduite de contrôle 32 raccorde la canalisation 30 à un cylindre 34 dans lequel est monté un élément mobile sensible à la pression, par exemple un diaphragme 36 agissant contre un ressort 38 dont la force peut être réglée par un dispo- sitif 40 de manière à établir l'équilibre avec une pression normale régnant dans la- canalisation. Le ressort 38 est calculé de manière qu'il demeure compressible sous la pression maximale tolérable dans la canalisation de manière 4. qu'il continue de se comprimer et qu'il crée une pression dans le cylindre de contrôle 34 dans la plage totale des pressions pouvant régner dans la canalisation. Lorsqu'une circulation se produit dans la conduite de contrôle 32, il se produit une chute entre la pression P1 régnant dans la canalisation et une pression inférieure de comparaison P2 qui est produite contre le diaphragme 36. La chambre de contrôle 34 détecte une vitesse de variation de pression dans la canalisation 30 de manière qui va être décrite. La variation de volume de fluide à l'intérieur du cylindre de contrôle 34 est proportionnelle au débit (q) du fluide passant par la conduite de contrôle 32. La superficie de la section transversale du cylindre étant constante, la variation de volume du fluide se trouvant dans le cylindre est proportionnelle à la variation de position du diaphragme 36. La force résultante du ressort 38, qui est une mesure de la pression P2 régnant dans la chambre de contrôle, est proportionnelle de son côté à la position du diaphragme. Donc, la variation de pression (P1-P2) est proportionnelle à la vitesse de la variation de pression P2 dans la chambre de contrôle 34. Il est souhaitable que dans les systèmes d'élimi- nation des coups de bélier la vitesse de variation de pression P1 dans la canalisation soit constante et le système permet d'obtenir ce résultat en exigeant que le débit q de la circulation dans la conduite 32 soit maintenu à une valeur constante au moyen d'une soupape pilote 44 et de la sôupape 12 de sécurité contre les coups de bélier qui a été décrite plus haut. La soupape pilote 44 comprend un diaphragme 46 qui actionne un obturateur 48. Un ressort 50 tend à mettre l'obturateur en position de fermeture. La force de ce ressort est réglable en 52. Une conduite 54 transmet la pression P2 s'exerçant contre le diaphragme de contrôle 36 sur le côté du diaphragme 46 contre lequel agit la force du ressort 50 et une conduite 56 transmet la pression P1 régnant dans la canali- sation à l'autre côté du diaphragme, cette pression s'exerçant contre la force du ressort 50. Le ressort 50 est 5. réglé de manière à maintenir la différence voulue de pression Le débit de la circulation dans la conduite de contrôle 32 est proportionnel à la racine carrée de la diffé- rence de pression (P1-P2). Donc, lorsque la différence de pression telle que contrôlée par la soupape pilote 44 est constante, le débit est constant; la vitesse de variation de la pression P2 régnant dans la chambre de contrôle est constante et, en conséquence, la vitesse de variation de la pression P1 régnant dans la canalisation est aussi constante. Lors du contrôle de la différence de pression, la soupape pilote 48 se déplace vers la droite, dans la repré- sentation de la figure 1, de manière à s'ouvrir lorsque Pl- P2 devient excessif, ce qui est un indice que la pression régnant dans la canalisation s'élève à une vitesse inadmis- sible. Lorsque la soupape pilote s'ouvre, la chemise de la soupape principale se décharge par des conduites 64, 58 et 28 dans un réservoir 60 en permettant à cette soupape principale 12 de sécurité de s'ouvrir et d'évacuer une certaine quantité de fluide de la canalisation 30 dans le réservoir 60. Lorsque la différence de pression P1-P2 retombe à un niveau admis- sible, la soupape 48 se déplace vers la gauche, dans la représentation de la figure 1, en coupant la circulation vers l'aval. La circulation par l'étranglement 62 fait monter la pression dans la chemise 22 au niveau de celle qui règne dans la canalisation et ferme la soupape principale 12. Le point de réglage de la vitesse de variation de pression est ajusté de deux manières: par un orifice à section variable 42 et par le dispositif 52 de réglage de la force du ressort 50. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la conduite de contrôle 66 est raccordée à un cylindre de contrôle 68, de manière que la pression de cette conduite s'exerce contre un diaphragme 70 en sens opposé à la force d'un ressort 72 qui se règle en 74. La chambre 76 située de l'autre côté du diaphragme 70 est remplie d'un liquide prove- nant d'un réservoir de contrôle 78 qui est à la pression atmosphérique P0. Le cylindre de contrôle 68 étant rempli, le 6. débit à la sortie de la chambre 76 par le côté du diaphragme de contrôle sur lequel se trouve le liquide vers la conduite 79 est égal au débit d'entrée dans l'autre chambre 77 par la conduite de contrôle 66. Lorsqu'un écoulement se produit, la circulation dans la conduite 79 est laminaire et, lorsqu'il se produit un écoulement laminaire, son débit est propor- tionnel à la différence entre la pression régnant dans la chambre 76 et la pression régnant dans le réservoir de contrôle. La pression P0 étant celle de l'atmosphère et étant donc constante, le débit passant parla conduite 79 d'écoule- ment de liquide est proportionnel à P3. (La pression statique du réservoir de contrôle n'a aucun rapport avec la pression P0). Les débits passant par la conduite de contrôle 66 et par la conduite 79 d'écoulement de liquide étant égaux, le débit de la circulation dans la conduite de contrôle 66 est donc proportionnel à P 3Donc, comme indiqué dans la description du mode de réalisation de la-figure 1,. le débit de la circula- tion dans la conduite de contrôle 66 étant proportionnel à la vitesse de variation de la pression P1 régnant dans la cana- lisation, la pression P3 du liquide est proportionnelle à la vitesse de variation de la pression P1 régnant dans la cana- lisation. Ainsi, le système 80 d'élimination des coups de bélier de la figure 2 produit un signal, c'est-à-dire la pression P3 du liquide, qui est proportionnel à la vitesse de variation de la pression P1 régnant dans la canalisation. Une soupape pilote 82 est montée de manière que ce signal de pression P3 soit transmis par une canalisation 83 de manière qu'il agisse contre un diaphragme 84 contre la force d'un ressort 86. Donc, lorsque le signal de pression P3 donne l'indice d'une vitesse de variation de pression dans la cana- lisation 30 qui se trouve au-delà de la plage admissible telle que déterminée par la force du ressort 86, qui est réglé en 88, la soupape 90 s'ouvre. Lorsque la soupape 90 est ouverte, la chemise 20 de la soupape principale se décharge par une conduite 92, la soupape 90 et une conduite 94 vers l'aval en pénétrant à la pression régnant en amont dans une conduite 96 de réduction 7. de pression afin de surmonter la tension circonférentielle du manchon souple 76 et à amorcer le débit par une conduite 98 vers le réservoir 60 jusqu'à ce que le signal de pression P3 qui correspond à la vitesse d'élévation de pression dans la canalisation tombe à un niveau admissible. Lorsque le niveau de sécurité est à nouveau atteinte la soupape pilote 90 se ferme et la pression de la canalisation qui se propage dans la canalisation 96 et qui passe par un étranglement 91 fait remonter la pression dans la chemise 20 au niveau de la pression de la canalisation en fermant ainsi la soupape principale 12. Le point de réglage de la vitesse de variation de pression est ajusté dans la soupape pilote 82 au moyen d'une vis 88 de réglage de la force du ressort 86. Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre d'exemple et que diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son domaine. 8. REVENDICATIONS 1. - Appareil de détection d'une vitesse de variation de pression supérieure à un niveau admissible, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit de contrôle (32, 66) destiné à être raccordé à l'enceinte sous pression (30) devant être protégée, une chambre de contrôle (34, 68) ayant une section transversale uniforme, un élément (36, 70) sensi- ble à la pression et mobile dans ladite chambre, un ressort (38, 72) tendant à repousser ledit élément mobile vers une extrémité de ladite chambre, ledit conduit étant raccordé à cette extrémité de cette chambre (34, 68) et un circuit (44, 54, 56; 80) de production d'un signal proportionnel au débit de la circulation dans ledit conduit de contrôle (32, 66). 2. - Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit circuit comprend un dispositif (44) de comparaison des pressions régnant dans ladite enceinte (30) et dans ladite chambre de contrôle (34). 3. - Appareil selon-la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit dispositif comprend une soupape pilote (44) dont un obturateur (48) est commandé par un élément (46) qui est sensible à la pression, une première conduite (54) raccordant ladite chambre de contrôle (34) à un côté dudit élément sensible à la pression (46) de manière à repousser ledit obturateur (48) vers la position de fermeture, et une seconde conduite (56) raccordant ladite enceinte (30) à l'autre côté dudit élément sensible à la pression (46). 4. - Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit circuit (80) comprend un réservoir (78) de liquide qui est sous une pression constante, un conduit (79) raccordant ladite autre extrémité (76) de ladite chambre de contrôle (68) et ledit réservoir (78), ainsi qu'une conduite (66) de transmission d'un signal de pression qui est raccordée à ladite autre extrémité (76) de ladite chambre. 5. - Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce que ledit réservoir (78) est à la pression atmos- phérique. 6. - Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comporte un élément pilote (82) qui est 9. actionné lorsque ledit signal de pression dépasse un niveau prédéterminé.