Brevet FR2486191A1 — publié le 19820108

"Soupape limiteuse de pression, notamment pour étançons hydrauliques de mine." La présente invention concerne une soupape limiteuse de pression, notamment pour étançons hydrauliques de mine, qui comporte une chambre de travail munie d'une ouverture d'entrée et d'une ouverture de sortie à relier respectivement aux chambres sous haute et sous basse pression de l'étançon, une partie mobile guidée de façon étanche dans cette chambre de travail et munie d'un siège de soupape, une plaque de fer- meture qui, à l'état fermé de la soupape, se joint au siège de soupape et enfin dû ressort appuyant la partie mobile contre ladite plaque de fermeture et un autre ressort, utile- ment gazeux, soutenant cette même plaque de fermeture. Le siège de telles soupapes connues est appuyé sur une plaque de fermeture en matière plastique élastique et dé- termine une fente annulaire par laquelle le fluide de travail soumis à une pression dépassant la mesure admissible s'échap- pe de la chambre sous haute pression vers la chambre sous basse pression de l'étançonhydraulique lorsque le siège de soupape s'écarte de la plaque de fermeture sous l'actiond'une force d'ouverture supérieure à la force. de fermeture adoptée.Cette fente annulaire du siège est formée par un bouchon. cylindrique ajuste loche dans un alésage de la partie mobile. Un inconvénient de cette réa- lisation réside dans le fait que le bouchon cylindrique peut se déplacer en direction latérale, c'est-à-dire que la largeur de la fente annulaire n'est pas constante le long du pourtour. Il s'exerce dans le secteur plus large de ladite fente une plus grande force sur la plaque de fermeture en matière plas- tique élastique, si bien que celle-ci prend une position obli- que, car elle s'appuie seulement sur un élément d'étanchéité établi en "cloche" élastique et délimitant la chambre à gaz qui forme le ressort gazeux. Par suite de cette position oblique, du fluide de travail sort donc d'un secteur de la a5 fente annulaire à grande vitesse et sous pression élevée. Le fluide de travail sortant de la sorte soumet une partie de la plaque de fermeture et, derrière elle, de la "cloche" à une forte érosion avec une usure notable qui leur fait perdre leur capacité de fermeture, ou d'étanchéité, et rend la sou- pape limiteuse de pression inapte au fonctionnement. La position oblique de la plaque de fermeture entraîne simultanément aussi cette cohséquence fâcheuse que la soupa- pe n'ouvre déjà plusSOUS la pression, ou charge, réglée comme on l'a voulu, c'est-à-dire qu'elle n'est plus fiable même tant que dure sa capacité de travail. Un autre inconvénient réside dans le fait qu'une défec- tuosité, due aux causes précitées, de l'élément d'étanchéité en cloche soutenant la plaque de fermeture met en même temps à défaut le ressort gazeux, car du fluide de travail pénètre dans la chambre à gaz, d'o une perte partielle ou totale d'élasticité et de capacité de fonctionnement dudit ressort. Ce phénomène s'observe principalement lorsqu'une très forte pression de terrain s'exerce tout à coup sur l'étançon, car dans ce cas il s'écoule en peu de temps à travers la fente du siège de soupape une quantité de fluide de travail telle qu'elle ne peut pas s'échapper assez rapidement par l'ouver- ture de sortie, si bien qu'elle entre en partie dans la cham- bre à gaz à travers l'élément d'étanchéité défectueux. L'invention a pour objet une soupape limiteuse de pres- sion du type annoncé qui soit exempte des inconvénients pré- cités. Il s'agit en particulier que la fente annulaire du siè- ge de soupape reste en toutes circonstances constante sur tout son pourtour en éliminant ainsi le risque d'érosion locale dû à la charge non uniforme exercée sur la plaque de fermeture. Il s'agit aussi de diminuer la sensibilité de la plaque de fermeture aux contraintes résultant de l'écoulement du fluide de travail. Il s'agit enfin d'éliminer la détérioration éventuelle du ressort gazeux par la pénétration du fluide de travail intervenant en cas de charge dynamique. Cette soupape limiteuse de pression selon l'invention est caractérisée par le fait que la partie mobile comporte une ouverture de passage assurant une communication entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie en position ouverte de la soupape ainsi qu'une tige de soutien dirigée vers la plaque de fermeture, munie d'une tête à section cir- culaire et insérée avec jeu dans l'alésage guide ménagé dans ladite partie mobile, le-siège de soupape étant constitué par un col, ou bord, axial annulaire et la tête de la tige de soutien étant placée à l'intérieur de ce col, ou bord, en position concentrique. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la plaque de fermeture est insérée dans un élément support réa- lisé en piston libre. Un élément d'étanchéité fermant la chambre à gaz qui constitue le ressort gazeux peut être relié à la face de l'élément support située à l'opposé de la plaque de fermeture. Suivant d'autres particularités avantageuses possibles de l'invention la partie mobile comporte un élément de butée - utile- ment une collerette annulaire - qui. repose sur la contre- butée lorsque le ressort appuyant ladite partie mobile contre la plaque de fermeture est dans l'état correspondant à la pression de déclenchement la partie mobile est placée dans l'alésage de la douille de guidage et la contre-butée est formée par un épaulement en retrait intérieur de cet alésage; l'élément support comporte une surface guide s'évasant sous forme tronconique du bord de la plaque de fermeture vers l'extérieur en direction de-la partie mobile la tête de la tige de soutien s'évase sous forme tronco- nique en direction de la plaque de fermeture et sa face- frontale tournée vers cette dernière est plane; l'élément support portant la plaque de fermeture présente un bord axial à ouverture radiale qui, en position de ferme- ture de la soupape, est mis en butée, cela utilement contre la douille de guidage de la partie mobile la partie mobile comporte plusieurs ouvertures axiales de passage qui conduisent à la face de la tête de tige de soutien située à l'opposé de la plaque de fermeture. Le principal avantage de la soupape limiteuse de pres- sion selon l'invention réside dans le fait que la largeur de la fente annulaire de son siège est en toutes circonstances constante sur tout son pourtour comme étant déterminée par le col annulaire du siège de soupape et la tête, concentrique audit col et présentant une section circulaire, de la tige de soutien. La tête de la tige de soutien guide en même temps en direction radiale le fluide de travail sortant des ouver- tures de passage du siège de soupape et diminue de ce fait la sollicitation dynamique de la:plaque de fermeture. L'élé- ment support soutenant la plaque de fermeture et la surface guide de ce dernier, évasée en tronc de cône vers l'extérieur, agissent également dans le même sens dans certaines formes de réalisation avantageuses de l'invention. D'autres formes de réalisation on tire aussi l'avantage que la chambre à gaz formant le ressort gazeux est protégée dans une mesure accrue-en partie par la dérivation du fluide de travail en direction radiale, en partie par l'utilisation de l'élément support portant la plaque de fermeture - contre la pénétration du fluide de travail survenant en- cas de charge dynamique. Dans certaines formes de réalisation, la force de fer- meture augmente par contre constamment jusqu'à la réalisation de l'ouverture, ce qui accroit la fiabilité de la soupape. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré schématiquement sous la forme d'une coupe longitudinale par la figure unique du dessin annexe. Cette soupape limiteuse de pression selon l'invention comporte un carter cylindrique 1 muni, à l'une de ses extré- mités, de l'ouverture axiale d'entrée 15 et d'un filetage extérieur 14. Ce filetage 14 permet de relier la soupape à la chambre sous haute pression-de l'étançon hydraulique de mine,non représenté, l'étanchéité appropriée étant assurée par le joint annulaire 9 placé dans une gorge périphérique entourant l'ouverture d'entrée 15. Dans l'autre extrémité du carter 1 est vissée une pièce cylindkique de fermeture 2 en forme de bouchon dont l'extré- mité extérieure comporte un alésage axial 18. Cette pièce de fermeture 2 forme une chambre à gaz cylindrique 17 reliée 2486 191 par une extrémité à l'alésage axial 18 et fermée à son autre extrémité par l'élément d'étanchéité 13 en genre de "cloche". Ce dernier est établi en forme de godet sur sa face tournée vers la chambre à gaz 17, tandis que sa surface extérieure S est cylindrique et repose contre la paroi intérieure de la pièce de fermeture 2 et que sa face opposée présente une sur- face plane perpendiculaire à l'axe longitudinal. La chambre à gaz 17 renferme le ressort hrIicoIdAl 20 qui s'appuie, d'une part sur la tête de soupape 19 formant l'alésage 18 Io et munie du joint annulaire 10, d'autre part sur l'élément d'étanchéité en cloche 13. Sur la face plane, à l'opposé de la chambre à gaz 17, de l'élément d'étanchéité 13 repose, en piston libre, l'élé- ment support 8, dont la face intérieure porte une plaque de fermeture 6 en forme de disque plan réalisée en matière plastique élastique. Cette dernière est entourée par la surface guide 26, évasée en tronc de cône vers l'extérieur, de l'élément support 8, à laquelle se raccorde le bord axial 27 tourné vers l'ouverture d'entrée 15 de la soupape. Le bord 27 est muni d'ouvertures radiales 28 et appuyé contre une face frontale de la douille cylindrique de guidage 3 en forme de bouchon insérée dans le carter cylindrique 20. L'extrémité intérieure de la pièce de fermeture 2, elle aussi appuyée contre cette douille de guidage, est munie de perça- ges radiaux 29. La paroi du carter 1 présente des ouvertures de sortie 30 dans la même région. La douille de guidage 3 comporte un alésage axial dans lequel est guidée, avec joint d'étanchéité 12, une partie cylindrique mobile 4. La douille de guidage 3 est étanchéi- fiée quant à elle par un autre joint 7 par rapport au carter. Entre la partie mobile 4 et l'ouverture d'entrée 15 s'ouvre dans le carter 1 une chambre de travail 16 cylindrique éche- lonnée qui renferme le ressort 11 poussant la partie mobile 4 en direction de la plaque de fermeture 6. La partie mobile 4 est percée d'ouvertures de passage axiales 21 qui font communiquer la chambre de travail 16 avec la chambre 23 conduisant à l'ouverture de sortie 30; elle possède aussi un alésage axial central dans lequel la 2486 19 1 tige de soutien 5 est guidée avec jeu. Ladite tige de soutien présente une tête 31 à section circulaire qui s'évase en tronc de cône en direction de la plaque de fermeture 6 et dont la face tournée vers cette dernière forme un plan per- pendiculaire à l'axe longitudinal. La partie mobile 4 présente un élément de butée 25 établi en collerette périphérique radiale dans la chambre de travail 16 et situé, en la position fermée de repos de la soupape, à une certaine distance axiale K de la contre-butée 32 établie Io en épaulement continu de pourtour intérieur dans l'extrémité de la douille de guidage 3 tournée vers l'ouverture de sortie 15. La face de la partie mobile 4 tournée vers la plaque de fermeture 6 forme un siège de soupape en col axial annulaire 24 qui entoure concentriquement la tête 31 de la tige de sou- tien 5 en déterminant avec elle une fente annulaire. On va maintenant exposer le fonctionnement de ladite sou- pape limiteuse de pression. - Le ressort gazeux formé par la chambre à gaz 17 emplie, à travers l'alésage 18, de gaz neutre conformément à la pres- sion voulue comprime la plaque de fermeture 6, portée par l'élément support 8, contre le col, ou bord, aiial périphéri- que 24 de la partie mobile 4, mais cela jusqu'à ce point seu- lement que le bord axial 27 de l'élément support 8 heurte la face frontale de la douille de guidage 3. Le ressort gazeux exerce de la sorte une charge sur la plaque de fermeture 6 en l'état non chargé de la soupape. La force avec laquelle le col 24 appuie sur la plaque de fermeture 6 est déterminée exclusivement par le ressort 11 en l'état non chargé de la soupape. La face plane de la tête 31 de la tige de soutien 5 re- pose, en cette position, à plat sur la plaque de fermeture 6. La fente annulaire entre la tête 31 et le col 24 de la partie mobile 4 est obturée par la plaque de fermeture élastique 6, si bien que la chambre de travail sous haute pression 16 ne peut pas communiquer avec l'ouverture de sortie 30 par les ouvertures de passage 21 et la chambre 23, puis les ouvertu- res 28 et les perçages radiaux 29. Dans cette situation, l'é- 2486 191 lément de butée 25 de la partie mobile 4 se trouve à la dis- tance axiale K de la contre-butée 32 de la douille de guidage 3. Lorsque, par lente montée de la pression, du fluide de travail afflue à l'intérieur de la chambre 16 par l'ouverture d'entrée 15, la partie mobile 4 se déplace peu à peu en di- rection de la chambre à gaz 17 et le bord axial 27 de l'élé- ment support 8 s'éloigne de la face frontale de la douille de guidage 3. A partir de cet instant,-la force de fermeture s'exerçant entre la plaque de fermeture 6 et le col 24 aug- mente avec la pression du fluide de travail, car le volume de la chambre à gaz diminue et l'élément support 8 n'est plus en appui. Dès que, sous l'action de la pression croissante, l'élé- ment de butée 25 heurte la contre-butée 32, en annulant la dis- tance K, la plaque de fermeture 6 s'éloigne du col 24 et le fluide de travail sort de la chambre 16 par les ouvertures de passage 21, la chambre 23, la fente entre la tête 31 et le col 24 ainsi qu'entre la plaque de fermeture 6 et le col 24, puis par les ouvertures 28, les perçages 29 et les ou- vertures de sortie 31. En cas de montée subite, dynamique,de la pression du fluide de travail, le fonctionnement de la soupape se modifie en ce sens que la tige de soutien 5 munie de la tête tronco- nique 31 se trouve poussée hors de la chambre 23, éloigne avec ménagement la plaque de fermeture 6 par sa face plane, mais, par sa surface tronconique, détourne en même temps de ladite plaque de fermeture 6 en direction radiale le fluide de travail arrivant à grande vitesse et sous pression élevée. Ce fluide de-travail est acheminé en direction de l'ouverture 28 par la surface guide tronconique 36 de l'élément support 8 et s'échappe par ladite ouverture 28 en direction du perçage 29 et de l'ouverture de sortie 30. La plaque de fermeture 6 est ainsi affaraìie de l'effet d'érosion provoqué par la charge dynamique et le fluide de travail, sous haute pression, ne pénètre également plus dans la chambre à gaz 17. 2486 19 1 REVENDICATIONS l.- Soupape limiteuse de pression, notamment pour étançons hydrauliques de mine,comportant une chambre de travail munie d'une ouverture d'entrée et d'une ouverture de sortie à relier respectivement aux chambres sous haute et sous basse pression de l'étançon, une partie mobile guidée de façon étanche dans cette chambre de travail et munie d'un siège de soupape, une plaque de fermeture qui, à l'état fermé de la soupape, se joint au siège de soupape et enfin un ressort appuyant la partie mobile contre ladite plaque de fermeture et, le cas échéant, un autre ressort - utilement gazeux - soutenant cette mnme plaque de fermeture, soupape limiteuse de pression carac- térisée par le fait que la partie mobile (4) comporte une ouverture de passage (21) assurant une communication entre l'ouverture d'entrée (15) et l'ouverture de sortie (30) en position ouverte de la soupape ainsi qu'une tige de soutien (5) dirigée vers la plaque de fermeture (6), munie d'une tête (31) à section circulaire et insérée avec jeu dans l'a- lésage guide ménagé dans ladite partie mobile (4), le siège de soupape étant constitué par un col, ou bord, axial annu- laire (24) et la tête 13.1) de la tige de soutien (5) étant placée à l'intérieur de ce col,ou bord, (24) en position con- centrique. 2.- Soupape selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la plaque de fermeture (6) est insérée-dans un élé- ment support (8) réalisé en piston libre. 3.- Soupape selon la revendication 2 caractérisée par le fait qu'un élément d'étanchéité (13) fermant la chambre à gaz (17) qui constitue le ressort gazeux est relié à la face de l'élément support (8) située à l'opposé de la plaque de fermeture (6). 4.- Soupape selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la partie mobile (4) comporte un élément de butée (25) - utilement une collerette annulaire - qui repose sur la contre-butée (32) lorsque le ressort (11) appuyant ladite partie mobile (4) contre' la plaque de fermeture (6) est dans l'état correspondant à la pression de déclenchement. 5.- Soupape selon la revendication 4 caractérisée par le fait que la partie mobile (4) est placée dans l'alésage de la douille de guidage (3) et la contre-butée (32) est formée par un épaulement en retrait intérieur de cet alésage. 6.- Soupape selon la revendication 2 caractérisée par le fait que l'élément support (8) comporte une surfaceiguide (26) évasée sous forme tronconique du bord de la plaque de ferme- ture (6) vers l'extérieur en direction de la partie mobile (4). 7.Soupape selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la tête (31) de la tige de soutien (5) s'évase en tronc de cône en direction de la plaque de fermeture (6) et sa face frontale tournée vers cette dernière est. plane. 8.- Soupape selon la revendication 2 caractérisée par le fait que l'élément support (8) portant la plaque de fer- meture (6) présente un bord axial (27) à ouverture radiale (28) qui, en position de fermeture de la soupape, est mis en butée, cela utilement contre la douille de guidage (3) de la partie mobile (4). 9.- Soupape seion la revendication 1 caractérisée par Le fait que la partie mobile (4) comporte plusieurs ouvertures axiales de passage (21) qui conduisent à la face de la tête (31) de la tige de soutien (5) située à l'opposé de la plaque de fermeture (6).