Brevet FR2504974A1 — publié le 19821105

La présente invention est relative à une valve hydraulique de coulissement, du gende de celles qu'on utilise, par exemple sur les étançons de soutènement, dans les mines On sait que les piles de soutènement hydrauliques utilisées dans les mines comportent des vérins de poussée quton serre entre le toit et le mur des tailles ou des galeries. Ces vérins exercent des poussées considérables (couram- -ment de l'ordre de 90 à 100 tonnes chacun) et ils ont à contenir la pression exercée par les épontes Cette dernière étant toutefois susceptible de croître pour attein- -dre des valeurs pratiquement illimitées, il est néces- -saire de prévoir sur le circuit hydraulique des vérins de soutènement une soupape de limitation de pressions dite I" valve de coulissement Pour fournir un fonctionnement satisfaisant, une telle valve de coulissement doit assurer une double fonction soit$ d'une part, elle doit s'ouvrir pour laisser s'écou- -ler une fuite de liquide dès que la pression de ce dernier dépasse un seuil prédéterminé; cette ouverture doit Otre instantanée et permettre l'écoulement dtun débit de li- -quide parfois important, afin dtéviter toute détériora- -tion irréversible de la pile ( notamment par le gonfle- -ment des vérins) par exemple lorsque les épontes s'as- -sèchent brutalement par ce quton appelle "un coup de toit "; d'autre part, dès que la pression du liquide est retombée au-dessous du seuil prédéterminé, la valve de coulisse;ent doit se refermer salns retard, sinon l'étançon cesserait d'exercer sa fonction de soutènement. On constate que les valves de coulissement de type connu ne donnent pas entièrement satisfaction car: Certaines ont une tenue insuffisante en endurance D'autres contiennent des pièces d'usure qui, lorsqu'elles se détériorent, ne font appara tre aucun signe décelable de l'extérieur: l'étançon est al'ors dépourvu de tout système de sécurité et il risque d'être irrémédiablement détérioré lors du prochain mouvement des épontes D'autres enfin se referment lorsque la pression est retom- -bée à un niveau beaucoup trop bas par rapport à la pression qui déclenche leur ouverture, La présente invention a pour but d'éviter tous ces inconvé- -nients en réalisant une valve de coulissement qui assure en cas d'usage intensif ou continu, m 6 me à une pression très élevée, et malgré la présence de débits à haut niveau de fluctuation un fonctionnement performant, sans perte d'effi- -cacité, et sans créer d'usure sensible Par ailleurs ce I O fonctionnement satisfaisant est obtenu quelles que soient la nature du circuit hydraulique et celle du fluide i Ltilis 4 t L'emploi d'une telle valve de coulissement est donc particu- -lièrement indiqué dans les installations de soutènement des mines, étant entendu que ce type d'application ntest nul- I 5 -lement limitatif Une valve de ooulissement, selon l'invention est destinée à &tre montée en parallèle sur un circuit hydrauliques elle oomprend un corps dans lequel débouchent ltun à coté de lt&uîi - -tre un canal d'arrivée de pression et un canal de fuiteo tandis qu'un organe d'obturation amovible à rappel élastique est prévu pour interrompre la communication entre eux en feunc- -tionnement normal, aloers qufau contraire il établit cette communication à l'encohtre des moyens élastiques, quand la pression dépasse un seuil prédéterminé dans le canal d'arrivée, et elle est caractérisée en ce que le canal dtarr I- -vée de pression débouche sur une face plane en avant de la- -quelle dépasse un bossage en relief constituant un siège en centre duquel s'ouvre le canal de fuite, tandis que l'or- -gane d'obturation est constitué par une membrane souple susceptible de prendre appui sur le sommet du bossage qui constitue un siège d'étanchéité contre lequel elle est rap- -pelée élastiquement, alors qu'autour de ce bossage, une rondelle d'appui définit une face d'appui plane affleurant le sommet du bossage pour maintenir à la membrane une face d'appui sensiblement plane lorsqu'elle est en position d'obturation, sous l'effet prépondérant des moyens de rap- -pel élastiques. Grace à cette disposition, d&s que les moyens de rappel élastiques deviennent préponadérants, ot quelle qul, soit la proportion dans laquelle ils le sont, la membrane prend appui pratiquement par toute sa surface, sur une surface rigide plane; cela lui interdit toutedéformàtion et garantit son bon fonctionnent ons endurance, Suivant une autre caractéristique de l'invention, des moyens de poussée sont prévus pour prendre appui sur la face arrière de la membrane, entre celle-ci et les moyens de rappel élastiques IO Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens de poussée en question sont constitués par un pis- -ton coulissant dont la face de poussée est plane et prend appui contre la membrane et interdit à celle-ci toute dé- -formation locale exagérée lorsque la pression dans le ca- I 5 -nal d'arrivée devient prépondérante par rapport aux moyens élastiques Suivant une autre caractéristique de linvention, les mo- -yens de poussée sont constitués par une capsule souple, en caoutchouc ou analogue, qui forme par ailleurs un joint d'étanchéité dans une cavité prévue à l'intérieur de l'enveloppe rigide de la valve pour recevoir un gaz comprimé qui constitue les moyens élastiques de rappel. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la périphérie de la membrane est serrée entre le corps rigide et l'enveloppe rigide de la valve, autour de la rondelle d'appui qui reste libre dans sa cavité annulaire. Suivant une autre caractéristique de linvention, la face de la rondelle d'appui qui porte sur le fond rigide du corps, est pourvue d'au moins un relief lui permettant de prendre appui sur ce corps, sans que cet appui soit étanche Suivant une autre caractéristique de ltinvention, le serrt, :e de la membrane, entre le corps et l'enveloppe rigide de la valve s'effectue avec interposition dtune rondelle composite formée de deux anneaux concentriques solidaires l'un de l'autre, à savoir un anneau extérieur en métal et un anneau intérieur en une matière souple telle que du caoutchouc, définissant des lèvres d'étanchéité Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens de rappel élastiques agissant derrière le pis- -ton de la membrane sont constitués par un ressort héli- -coldal, ou par un empilage de rondelles métalliques tronconiques Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention lorsque les moyens de rappel élastiques sont constitués par un coussin gazeux sous pression, la partie arrière de I O la cavité dans laquelle se trouve ce coussin gazeux compor- -te un Joint d'étanchéité souple en forme prenant appui sur un piston de réglage situé en butée sur une vis poussoir dont l'extrémité de commande dépasse à l'extérieur de l'enveloppe rigide I 5 Suivant une autre caractéristique de l'invention,on coiffe la vis poussoir d'une capsule d'inviolabilité qu'on plombe sur l'arrière de l'enveloppe après réglage L'ensemble de la valve de coulissementpselon l'invention, se présente sous la forme d'un organe monobloc qui peut Otre facilement fixé sur le corps d'un étançon de mine, ou qui peut facilement 8 tre retiré pour 6 tre remonté au Jour dans un atelier de réglage ou de réparation La vis poussoir permet d'effectuer le réglage de la valve en atelier, après quoi la valve plombée est redescendue au fond de la mine: aucun autre réglage n'est nécessaire sur le chantier de la mine o la valve reste plombée Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention Figure 1 est une vue d'ensemble représentant schéma- -tiquement une pile de soutènement équipée de valves de coulissement selon l'invention Figure 2 est un schéma hydraulique simplifié montrant le mode de branchement de la valve Figure 3 est une vue éclatée montrant en perspective les principaux éléments constitutifs dtune variante de valve selon l'invention Figure 4 est une vue en coupe d'une première variante assemabiée, avec rappel par ressort Figure 5 est une vue en coupe analogue pour une seconde variante avec rappel par empilage de rondelles élastiques Figure 6 est une vue en coupe d'une troisième variante avec rappel par coussin gazeux sous pression Figure 7 est une vue en coupe d'une quatrième variante comportant des moyens pour régler la pression du coussin gazeux de rappel -Figure 8 illustre la valve des figures 4 ou 5 en position I Od'ouverture On a représenté sur la figure 1 une pile de soutènement hydraulique du genre de celles qu'on utilise dans les mines. Cette pile comporte deux étançons de poussée 1, constitués chacun par un vérin de forte puissance Ces deux vérins sont montés entre une semelle ( 2) qui prend appui au mur et un chapeau ( 3) qui prend appui au toit Chacun des vérins ou étançons ( 1) est équipé d'une valve de coulissement selon ltinvention, désignée par la réfé- -rence globale ( 4) On voit sur la figure 2 que, dans certains cas, la valve de coulissement ou valve de sécurité ( 4) est montée sous la forme d'un piquage ( 5) en parallèle sur la conduite ( 6) qui amène le fluide sous pression dans la chambre du vérin( 1). Le r 8 le de sécurité de la valve de coulissement ( 4) est bien connu: cette valve reste fermée tant que la pression dans la canalisation ( 6) et dans le vérin ( 1) ne dépasse pas un seuil limite prédéterminé; par contre, l Orsque cette pression dépasse le seuil choisi, la valve ( 4) s'ouvre temporairement et laisse s'échapper une fuite de liquide, jusqu'à ce que la pression dans le vérin ( 1) retombe à un niveau acceptable Dès que cette condition est réalisées la valve ( 4) se re- -ferme et le vérin ( 1) continue à soutenir le chapeau ( 3) de la pile Les figures 3 et 8 représentent le détail de différentes variantes dtune valve de coulissement ( 4) selon îtinvention Dans la variante illustrée aux figures 3,4,5 et 8, la valve ( 4) comprend un corps rigide ( 7) dans lequel sont percés un canal central ( 8) pour l'évacuation des fuites, et un canal ( 5) pour l'arrivée de la pression hydraulique. Le canal ( 8) débouche au centre d'un bossage ( 9) qui fait saillie sur le fond plein d'une cavité annulaire ( 10) Le canal d'arrivée de pression ( 5) s'ouvre dans le fond plein de cette cavité ( 10) Dans cette cavité, on loge deux rondelles concentriques, à savoir s IO une rondelle d'appui ( 11) dont la face supé - -rieure ( 12)est plane,lisse,tandis que sa face inférieure comporte un ou plusieurs reliefs ( 13)susceptibles de prendre appui sur le fond plat de la cavité ( 10) une rondelle composite ( 14) du type connu sous le nom commercial de "RONDELLE BS", ctest-à-dire consti- -tuée par un anneau extérieur ( 15) en métal, et un anneau intérieur ( 16) qui définit des lèvres d'étanchéité en un matériau souple tel que du caoutchouc ou analogue, les deux anneaux ( 15 et 16) étant définitivement solidaires ltun de l'autre Lorsque les rondelles ( 11 et 14) sont en place à ltinté- -rieur de la cavité annulaire ( 10), leurs faces sup 4- -rieures telles que ( 12) affleurent dans le même plan que la face supérieure annulaire ( 17) du bossage ( 9) Sur ces faces d'appui coplanaires, on pose une membrane d'étanché- -ité ( 18), en une matièr souple telle qu'un caoutchouc. La face arrière de cette membrane( 18)est serrée sur toute sa périphérie par une enveloppe rigide( 19) vissée sur le corps ( 7) de la valve A l'intérieur de cette enveloppe se trouve un pi $ern coulissant ( 20) dont la face avant plane ( 21) prend appui sur la face arrière de la mem- -brane ( 18) Ce piston ( 20) est solidaire d'une tige centrale ( 22) autour de laquelle sont montés des moyens de rappel élastiques prenant appui sur le fond ( 23) de l'enveloppe ( 19)) Dans la variante de la figure 4, les moyens de rappel élastiques en question sont constitués par un ressort héli- coldal ( 24), comprimé entre le piston mobile ( 20) et le fond fixe ( 23) Sur la variante de la figure 5, ces moyens de rappel élas- -tiques sont constitués par un empilage de rondelles élas- tiques métalliques ( 25), de forme tronconique connue, serrées entre le piston mobile ( 20) et le fond fixe ( 23) de l'enve- -loppe ( 19) Le fond fixe ( 23) est préférablement vissé dans la partie arrière de l'enveloppe ( 19), et il comporte des empreintes de com::iande telles que ( 26) A l'aide d'une clef à ergots engagée dans les empreintes ( 26), on peut IO visser ou dévisser à volonté le fond ( 23), pour choisir le tarage des moyens de rapeel élastiques ( 24 DU 25) Le fonctionnement est le suivant: Pour le tarage choisi, les moyens de rappel élastiques( 24,25) définissent un seuil de pression en dessous duquel le pis- -ton ( 20) repousse la membrane élastique ( 18) contre son siège ( 17), à l'encontre de la pression dans le canal d'arrivée ( 5) Tant que cette pression dans le canal ( 5) reste en dessous du seuil choisi, les moyens de rappel élas- -tiques ( 24) et ( 25) sont prépondérants et la membrane( 18) interdit toute communication entre le canal d'arrivée ( 5) et le canal de fuite ( 8) Il est important de remarquer que pendant cette phase de fermeture, la membrane ( 18) reste en appui à la fois sur le siège plan ( 17) et sur la face plane ( 12) de la la ron- -delle ( 11), c'est à dire qu'elle conserve une forme ri- -goureusement plane, quel que soit ltexcédent de la pous- -sée résultant des moyens élastiques ( 24 5) par rapport à la poussée antagoniste de la pression dans le canal ( 5) et la chambre ( 10) Par contre, lorsque la pression dans le canal ( 5) dépasse-le seuil prédéterminé par réglage du fond vissé ( 23), cette pression provoque le soulèvement de la membrane ( 18), le- -quel s'accompagne d'un recul du piston ( 20) à l'enconmre des moyens élastiques ( 24 ou 25) Pendant ce recul, la face arrière de la membrane ( 18) reste presque dans la totalité de sa surface, en appui sur la face avant plane ( 21) du piston ( 20) On évite ainsi tout gonflement local de la membrane ( 18), tout en laissant librement communiquer le canal ( 5) avec b le canal de fuite ( 8) Du liquide s'écoulant par le ca- -nal ( 8), la pression baisse dans le canal ( 5) et dans son étançon ( 1); dès que cette pression est retombée au-dessous du seuil prédéterminé, les moyens élastiques ( 24 et 25) re- -deviennent prépondérants et le piston ( 20) referme la mem- -brane ( 18) sur son siège ( 17) Dans la variante illustrée sur la figure 6, les moyens de rappel élastiques sont constitués par un coussin gazeux IO sous pression ( 27) Ce dernier est confiné à ltintérieur de l'enveloppe ( 19) qui comporte un fond étanche mono- -bloc ( 28) Sur la face arrière de la membrane ( 18), on prévoit cette fois un joint d'étanchéité ( 29) réalise d'une pièce en une matière souple Ce joint ( 29) comporte un fond plat ( 30) qui prend appui sur la face arrière de la membrane ( 18), et une lèvre périphériquecylindrique 3 qui prend appui sur la paroi interne de l'alésage, o il est logé dans l'envelopie ( 28) La paroi de cette enve- -loppe ( 28) est traversée par un percage radial ( 32) qui débouche derrière la lèvre périphérique ( 31) du joint ( 29). Le fonctionnement est analogue à celui décrit précédemment à savoir qu'en position de repos, la membrane ( 18) prend appui sur une surface plane pratiquement continue définie par le siège du bossage ( 9) et par la face plane de la ron- -delle d'appui ( 11) Par contre, quand la pression dans le canal d'arrivée ( 5) devient prépondérante, la membrane ( 15) se soulève légérement tout en prenant appui sur le fond( 30) du joint souple ( 29) Ainsi,mtme si la membrane ( 18) venaità claquer, se déchirer ou se perforer, le liquide sous pression du canal ( 5) n'au- -rait nullement tendance ài fuir et à remplir l'espace du coussin gazeux ( 27) À Cette particularité est importante car, si le coussin ga- -zeux ( 27) venait à être rempli de liquide, la membrane telle que ( 18) se trouverait hydrauliquemnent bloquée sur son siège ( 9)et la valve de coulissement ( 4) cess 3 erait de fonctionner iien ne s'opposerait alors à un gonflement irrémédiable de l'étançon (t) sous la poussée d'un coup de toit exercé sur le chapeau ( 3) En atelier, on peut procéder 9 au regonflage du coussin ga- -zeux ( 27), en envoyant des gaz sous pression dans le per- -çage ( 32): ces gaz sous forte pression décollent alors la lèvre d'étanchéité ( 31) permettant alors l'introduction du gaz dans la cavité( 27) Lorsquton arrête l'introduction du gaz par le tour ( 32) la lèvre d'étanchéité du joint ( 31) vient obturer le tour ( 32) La variante de la figure 7 est analogue à celle de la fi- -gure 6, à cette différence près que dans le fond ( 28) de l'enveloppe ( 18) on a prévu des organes de réglage qui per- -mettent de tarer en atelier le seuil de pression choisi pour le déclenchement de la membrane (I 8). Pour cela, on visse à travers le fond ( 28)une vis pouspe -soir ( 33) qui,à l'intérieur de la cavité du coussin ga- zeux ( 27), repousse un piston de réglage ( 34) La face avant de ce dernier est gainée par un joint d'6 tan- -chéité en forme ( 35) constitué par une matière souple, caoutchouc ou analogue Après réglage, on peut coiffer l'extrémité arrière de la vis poussoir ( 33), au moyen d'une capsule d'inviolabi- -lité ( 36), fixée sur l'enveloppe ( 19) au moyen d'un sys- -tème de plombage quelconque de type connu On comprend que l'ensemble de la valve de coulissement selon l'invention constitue ur organe monobloc suscep- -tible d'être facilement retiré de l'étançon ( 1)ou d'y 8 tre fixé par une opération très simple La valve de coulisse- -mernt ( 4) étant remontée en atelier ( Fig 7), on peut à loisir la tarer à volonté en agissant sur la vis pous- -soir ( 33), après quoi on la plombe de façon inviolable par mise en place de la capsule-( 36). Lorsqu'on remonte sur l'étançon ( 1) la capsule ( 4) ainsi réglée, aucun réglage n'est nécessaire, ce oui convient particulièrement bien à une utilisation au fond de la mine Ltorifice d'évacuation du liquide est situé au cen- -tre du bossage ( 9) lequel est au centre de la chambre( 10) et la surface recevant la pression en provenance de l'étan- -çon( 1)est très grande par rapport à celle formant lesi 6 ge d'étanchéité, ce qui autorise ur e grande sensibilité et une grande précision pour le travail de la valve -_ '"' 2504974 REVENDICATION 1 Valve hydraulique de coulissemrient pour vé- rin dtun étançon de mine, destinée à etre montée en paral- -lèle sur un circuit hydrauliques caractérisée en ce qu'elle r comporte un corps ( 7) dans lequel débouchent ltun à c 8 té de l'autre un canal d'arrivée de pression ( 5) et un canal de fuite ( 8)tandis qu'un organe d'obturation amovible ( 18) à rap- -pel élastique est prévu pour interrompre la circulation entre eux, en fonctionnement normal, alors qulau contraire il éta- -blit cette communication à l'encontre des moyens élastiques, quand la pression dépasse uh seuil prédéterminé dans le ca- -nal d'arrivée ( 5) 2 Valve hydraulique de coulissement pour vérin d'un étançon de mine, suivant la revendications carac- -térisée en ce que des moyens de poussée sont prévus pour prendre appui sur la face arrière de la membrane ( 18) entre, celle-ci et les moyens de rappel élastiques 3 Valve hydraulique de coulissement pour vérin dtun étançon de mine suivant la revendication, carac- -térisée en ce que les moyens de poussée en question sont constitués par un piston coulissant ( 20) dont la face de poussée est plane et prend appui sontre la membrane ( 1)et interdit à celle-ci toute déformation 1 "O 951 exagérée, lirs- -que la pression dans le canal d'arrivée ( 5) devient pré- -pondérante par rapport aux moyens élastiques 4 V alve hydraulique de coulissemrient pour vérin d'un étançon de mine suivant la revendication 1, carac- -térisée en ce que les moyens de poussée sont constitués par une capsule en caoutchouc ou analogue ( 18) qui forme par ailleurs un joint dtétanchéité dans une cavité ( 10) prévue à l'intérieur de ltenveloppe rigide de la valve pour recevoir un gaz comprimé qui constitue les moyens élas- -tiques de rappel 5 Valve hydraulique de coulissement pour le vérin d'un étançon de mine suivant la revendication Y, caractérisée en ce que le serrage de la membrane ( 18) entre le corps ( 7) et l'enveloppe rigide de la valve ( 19) stef- -fectue avec interposition d'une rondelle composite ( 14) formée de deux anneaux concentriques ( 15)( 16) solidaires l'un de l'autre à savoir un anneau extérieur en riétal ( 15) et un anneau intérieur en matière souple ( 16) coutchouc ou analogue, définissant deslè&vres d'étanchéité, ltorifice d'évacuation du liquide étaient situé au centre du bossage ( 9) lequel est au centre de la chambre ( 10) et la surface re- -cevant la pression en proven-ance de l'étançon ( 1) étant très grande par rapport à celle formant le siége d'étan- -chéité ( 17), ce qui autorise une grande sensibilité IO et une grande précision dans la valeur de consigne de la décharge de la valve 6 Valve hydraulique de coulissement pour le vérin d'un étançon de mine suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la face de la rondelled'appui ( 11) qui porte sur le fond rigide du corps ( 7) est pourvue d'au moins un relief ( 13) lui permettant de prendre appui sur ce c Ol'ps, sans que cet appui soit étanche 7 Valve hydraulique de coulissement pour le vérin d'un étançon de mine suivant la revendicationll carac- -térisée en ce que les moyens de rappel élastiques agissant deort;-? i# piston de la membrane sont constitués par un ressort h'icgdl ( 24) ou par un empilage de rondelles métalliques tronconiques ( 25) 8 Valve hydraulique de coulissement pour le vérin dtun étan Con de mine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens i ra-ppel élastiques sont constitués par un coussin gazeux sous pression ( 27), la partie arrière de la cavité dans laquelle se trouve ce coussin comportant un joint d'étanchéité souple en DO forme ( 29) qui prend appui sur le piston de reglage( 34) situé en butée sur une vis poussoir( 33) dont l'extrémité de com:ande dépasse à l'intérieur ie i'enveloppe rigide ( 19) 9 Valve hydraulique de coupioserent pour le vérin d'un étanlon de mine suivant la revendication J 9, caractérisée en ce que la vis poussoir ( 33) peut 8 tre coif;ée d'unre capsule d'inlviolabil:ité ( 36) qu'or plorbe sur l'arrière de lenvelopçe ( 19)