Brevet FR2499665A1 — publié le 19820813

Clapet anti-retour piloté hydrauliquement pour systèmes hydrauliques à haute pression, en particulier pour systèmes de soutènement hydrauliques d'exploitations minières sou terraines. La présente invention concerne un clapet anti-retour piloté hydrauliquement pour systèmes hydrauliques haute pression, en particulier des systèmes de soutènement hydrauliques d'exploitations minières souterraines, comprenant un organe de fermeture qui ferme le coté haute pression pour éviter un flux en retour, cet organe pouvant être soulevé de son siège par un piston de commande agissant par l'intermé- diaire d'un poussoir ou analogue. On utilise dans les commandes de soutènement hydrauliques et autres systèmes à haute pression des clapets anti-retour à bille soumis à la sollicitation d'un ressort pour soulager les chambres de travail des cylindres de travail, ces clapets pouvant être commandés hydrauliquement et comprenant dans ce but un piston de commande soumis à la sollicitation d'un ressort et muni d'un poussoir. Lorsque le piston de commande est soumis à la pression de commande hydraulique, la bille du clapet anti-retour est soulevée de son siège par le poussoir et établit de ce fait une liaison entre la chambre haute pression ou la chambre de pression de l'étançon et la conduite de retour. Lorsqu'il s'agit de systèmes hydrauliques à haute pression, et en particulier quand ils comprennent un grand nombre de dispositifs utilisateurs qui sont raccordés a une conduite haute pression commune et à une conduite de retour commune, il faut compter sur des pressions dynamiques de retour importantes. Ces pressions dynamiques peuvent atteindre des valeurs pour lesquelles les clapets anti-retour restent involontairement ouverts par l'intermédiaire de leurs pistons de commande dans le cas où la chambre du ressort situé sur le côté arrière du piston de commande est rendu étanche par une garniture d'étanchéité par rapport l'enceinte située du côté retour du clapet anti-retour.Il faut alors tenir compote du fait qu'à l'état fermé des clapets anti-retour, leur chambre de pression de commande est en liaison avec la Gondui- te de retour par l'interrmédiaire de la conduite de commande hydraulique. Si par contre on ne prévoit pas de garniture d'étanchéité pour les poussoirs, les clapies anti-retour sont alors insensibles aux pressions dynamiques de retour du fait qu'ils se soulèvent sous l'effet du piston de commande. Dans ce cas cependant, les clapets anti-retour sont sensibles aux détentes dites en coups de bélier. On constate l'apparition des détentes en coups de bélier quand les clapets anti-retour sont commandés par l'intermédiaire de leurs pistons de commande et quand de ce fait les liaisons sont établies entre la chambre haute pression et le retour. Dans ce cas, les pistons de commande sont soumis à des pressions de courte durée qui leur sont appliquées sur le côté des ressorts et ceux-ci sont alors repoussés brusquement et ramenés à leur position de départ correspondant à la position de fermeture des clapets anti-retour.Dans la pratique, des détentes en coups de bélier provenant des effets de la pression dynamique dans les chambres internes des clapets se font remarquer par de fortes vibrations qui sont liées à des bruits importants pendant le travail des clapets et de leurs pistons de commande. Ces àcoups et vibrations peuvent provoquer des dégâts et la défaillance prématurée des clapets anti-retour. L'objet de l'invention est un clapet anti-retour piloté hydrauliquement en particulier pour commandes de soutènement et autres systèmes à haute pression, comprenant un grand nombre de dispositifs utilisateurs hydrauliques, qui soit insensible aux influences susceptibles de provoquer des dégâts et provenant de l'effet de la pression dynamique. Selon l'invention, ce problème est résolu en disposant dans la liaison allant à la chambre de pression de commande du piston de commande un clapet de précontrainte dont la précontrainte est réglée sur une valeur de pression qui est plus élevée que la pression dynamique maximale possible dans la conduite de retour. Grâce à la mise en place du clapet de précontrainte dans la conduite allant à la chambre de pression de commande du clapet anti-retour, on obtient ce résultat que le piston de commande ne peut être actionné par la pression que dans le sens de la commande du clapet anti-retour quand la pression hydraulique dans la conduite de commande a atteint une valeur prédéterminée qui est plus importante que la pression dynamique la plus importante possible. On évite ainsi avec sécurité les influences perturbatrices provenant des variations de la pression dynamique dans la conduite de retour et on est en particulier assuré que le piston de commande est maintenu avec sécurité dans sa position de commande par la pression de commande qui lui est envoyée, position dans laquelle il ouvre le clapet anti-retour.On élimine donc les tremblements et les vibrations du clapet anti-retour lors de sa commande. Pour réduire les détentes en coups de bélier qui se produisent quand le clapet anti-retour s'ouvre, il est recommandé de prévoir de façon connue en soi une garniture d'étanchéité pour le poussoir qui rend étanche la chambre où est situé un ressort de piston sur le côté arrière du piston de commande par rapport à la chambre de clapet qui est reliée à la conduite de retour et qui contient l'organe de fermeture du clapet anti-retour soumis a la sollicitation d'un ressort. Du fait des garnitures d'étanchéité des poussoirs, les pressions de détente qui se produisent lors de l'ouverture du clapet anti-retour à l'intérieur du clapet ne peuvent avoir un effet sur le piston de commande, ce qui fait que ce dernier reste dans sa position de commande. Selon un autre développement avantageux de l'invention, on dispose entre la chambre de pression de commande et la conduite de commande hydraulique un petit clapet anti-retour auxiliaire qui ouvre la liaison vers la conduite de commande lors du mouvement de retour du piston de commande sous l'effet de son ressort et assure de ce fait, lorsque le clapet de précontrainte est fermé, l'échappement du fluide de pression de la chambre de pression de commande. Selon un mode de réalisation préféré, le clapet de précontrainte est assemblé au clapet anti-retour auxiliaire pour former un petit ensemble unique et il est disposé dans le logement du clapet anti-retour piloté.L'organe de fermeture du clapet de précontrainte qui est soumis à l'action d'un ressort comprend alors avantageusement un alésage et un siège de clapet destiné à l'organe de fermeture muni d'un ressort du clapet anti-retour auxiliaire dont le ressort agit dans le sens inverse au ressort du clapet de précontrainte. Le clapet de précontrainte et avantageusement également le clapet antiretour auxiliaire qui lui est associé sont de préférence disposés dans un alésage axial du logement du clapet, dans lequel sont logés également le piston de commande ainsi que le poussoir et le clapet anti-retour. L'espace contenant le ressort et qui est situé sur le côté arrière du piston de commande peut être relié à l'at mosphère, ce qui est particulièrement avantageux quand on a prévu une garniture d'étanchéité pour le poussoir. Mais il serait également possible de relier l'espace contenant le ressort qui vient d'être mentionne au coté où est située la conduite de retour par l'intermédiaire d'une canalisation d'étranglement ou analogue prévue dans le poussoir. L'invention sera maintenant-expliquée plus en détail a l'aide de l'exemple de réalisation préféré d'un clapet antiretour piloté hydrauliquement représenté dans le dessin annexé. Le clapet anti-retour représenté comprend un corps 10 comportant un alésage axial à plusieurs gradins qui exerce les diverses fonctions du clapet. Le clapet est constitué sous forme d'un clapet anti-retour à bille. La bille 11 qui constitue l'organe de fermeture est maintenue en position de fermeture sur le siège 13 par un ressort 12. L'espace contenant le ressort 12 est relié par l'intermédiaire d'une conduite hydraulique haute pression 14 à un ou plusieurs enceintes de travail hydrauliques, tels que les chambres de pression d'étançons hydrauliques. L'espace 15 situé au-dessous du siège de clapet 13 peut être raccordé à la conduite de retour 16 par un canal radial. A l'intérieur du corps 10 du clapet est en outre disposé un piston de commande hydraulique 17 qui est rendu étanche par une garniture 18 vis-à-vis de l'alésage cylindrique qui l'entoure. Le piston de commande 17 est soumis à l'action d'un ressort 20 disposé dans l'espace 19 et qui est en liaison par un alésage 21 avec l'atmosphère. La chambre à pression de commande 22 située sur le côté opposé du piston de commande 17 est en liaison avec une conduite de commande hydraulique 23. Le raccordement de la conduite de commande hydraulique 23 est disposé sur le côté du corps 10 du clapet qui est opposé au raccordement de la conduite 14 destinée aux dispositifs utilisateurs.Le piston de commande à plusieurs sections 18 comprend un poussoir 24. Une garniture d'étanchéité 25 du poussoir rend étanche l'espace 19 contenant le ressort sur le côté arrière du piston de commande 22 par rapport a la chambre 15 du clapet qui est reliée à la conduite de retour 16. On prévoit dans la conduite d'amenée parvenant a la chambre de pression de commande 22, et a l'intérieur du corps 10 du clapet, un clapet de précontrainte 26 soumis a la sollicitation d'un ressort. L'organe de fermeture 27 du clapet de précontrainte 26 est soumis a l'action d'un ressort de fermeture 28 qui presse l'organe de fermeture contre un siège 29 constitué par exemple par un épaulement annulaire de l'alésage en gradin qui reçoit le clapet de précontrainte. L'organe de fermeture 27 est muni d'un alésage axial traversant 30 qui est normalement fermé par la petite bille 31 d'un clapet anti-retour auxiliaire. L'organe de fermeture 27 est donc muni d'un siège de clapet pour la bille 31. La bille 31 du clapet anti-retour auxiliaire est maintenue en position de fermeture, c'est-à-dire en appui contre le siège de l'organe de fermeture 27 du clapet de précontrainte, au moyen d'un ressort de faible force 32. Le ressort de clapet 32 s'appuie sur le fond 33 de l'alésage du corps, alors que le ressort 28 du clapet de précontrainte qui agit en sens inverse s'appuie contre une butée pour ressort 34 prévue dans l'alésage du corps. Dans les systèmes hydrauliques à haute pression qui comprennent une pluralité de dispositifs utilisateurs hydrauliques qui sont alimentés en fluide haute pression par l'intermédiaire d'une conduite commune et qui sont raccordés à une conduite de retour commune 16, il s'établit en fonctionnement, dans la conduite de retour, une pression dynamique de retour importante quand plusieurs dispositifs utilisateurs sont soulagés simultanément par l'ouverture de leurs clapets anti-retour. A chaque dispositif utilisateur hydraulique ou à chaque groupe de dispositifs utilisateurs hydrauliques est associé un clapet anti-retour piloté commun du type représenté, qui dans le cas d'une commande de soutènement, remplit la fonction d'un clapet de récupération.Les clapets anti-retour individuels sont reliés et raccordés ensemble aux clapets de commande hydrauliques du système haute pression de manière qu'à l'état de fermeture des clapets anti-retour, les conduites de commande 23 soient en liaison avec la conduite de retour 16. Les variations de pression qui surviennent dans la conduite de retour 16 sous l'effet de la pression dynamique peuvent atteindre des valeurs importantes dont l'ordre de grandeur est de 50 à 70 bars. Ces pressions dynamiques de retour élevées agissent par l'intermédiaire des conduites de commande 23 sur les pistons de commande 17 Si aucun clapet de précontrainte 26 n'a été prévu, avec pour conséquence des manoeuvres erronées des clapets anti-retour. Dans le cas du clapet anti-retour décrit ci-dessus, la force de précontraint du clapet de précontrainte 26, c'està-dire la force de fermeture de son ressort 28, est réglée sur une valeur de pression qui est supérieure à la pression dynamique maximale possible dans la conduite de retour 16. On est donc assuré que la pression dynamique dans la conduite de retour ne peut provoquer l'ouverture du clapet de précontrainte 26 et une remise sous pression de la chambre à pression de commande 22 du piston de commande 17.La commande du clapet anti-retour n'est possible que lorsque la pression de commande régnant dans la conduite de commande 23 a atteint une valeur de par exemple 100 bars, pour laquelle l'organe de fermeture 27 du clapet de précontrainte se soulève de son siège 29 à l'encontre de la force de rappel du ressort 28 et permet de ce fait l'envoi de la pression dans la chambré de pression de commande 22 du piston de commande. Le piston de commande 17 auquel est appliquée la pression de commande hydraulique se déplace à l'encontre de la force de rappel de son ressort 20 dans la direction de la bille 11, qui est alors soulevée du siège 13 par le poussoir 24 et à l'encontre de la force de son ressort 12.Lorsque le clapet anti-retour 11, 13 s'ouvre, il s'établit dans la chambre 15 une pression élevée qui est celle régnant dans la chambre de pression du ou des cylindres de travail raccordés à la conduite 14. Cette pression diminue par l'intermédiaire de la conduite 16 allant à la conduite de retour. Du fait de la garniture d'étanchéité 25 du poussoir, il ne peut se former dans l'espace 19 destiné au ressort aucune pression dont l'effet serait de ramener le piston de commande 17 a sa position de départ. On évite ainsi les détentes dites en coups de bélier qui apparaîtraient lors de la commande du clapet anti-retour s'il n'y avait pas de garniture d'étanchéité 25 autour du poussoir. Dès que la pression dans la conduite de commande 23 est redescendue au-dessous de la pression de précontrainte du clapet de précontrainte 26, cet clapet de précontrainte 26 se ferme. Le piston de commande 17 se déplace sous l'effet de son ressort 20 et revient à sa position de départ. Le fluide de pression hydraulique est alors refoulé par la conduite de commande 23 par l'intermédiaire du clapet anti-retour auxiliaire 21 qui est alors ouvert. I1 ressort de ce qui précède que le clapet anti-retour piloté hydrauliquement est aussi insensible aux pressions de retour survenant dans la conduite de retour 16 qu'à des détentes en coups de bélier survenant lors de la commande à l'intérieur du clapet. Le clapet de précontrainte 26 et le clapet anti-retour auxiliaire 31 sont rassemblés en un clapet unique de faibles dimensions à l'intérieur du corps 10 du clapet et disposés axialement par rapport au piston de commande 17 et à la bille 11. L'alésage de désaérage 21 maintient l'espace 19 contenant le ressort sur le côté arrière du piston de commande 17 constamment à la pression atmosphérique. Mais il serait également possible de relier l'espace 19 contenant le ressort à la chambre 25 du clapet par l'intermédiaire d'un canal d'étranglement pratiqué dans le poussoir 24, ou encore de monter un petit clapet anti-retour soumis à la sollicitation d'un ressort dans un canal reliant ces deux chambres, clapet par l'intermédiaire duquel le fluide de pression se trouvant dans l'espace 19 du ressort serait refoulé dans la conduite de retour 16 lorsque le clapet anti-retour serait commandé. REVENDICATIONS 1. Clapet anti-retour piloté hydrauliquement pour systèmes hydrauliques haute pression, en particulier des systèmes de soutènement hydrauliques d'exploitations minières souterraines, comprenant un organe de fermeture qui ferme le côté haute pression pour éviter un flux en retour, cet organe pouvant être soulevé de son siège par un piston de commande agissant par l'intermédiaire d'un poussoir ou analogue, caractérisé en ce qu'il est disposé, dans la liaison allant à la chambre de pression de commande (22) du piston de commande (17), un clapet de précontrainte (26) dont la précontrainte est réglee sur une valeur de pression qui est plus élevée que la pression dynamique maximale possible dans la conduite de retour (16). 2. Clapet anti-retour selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu de façon connue en soi une garniture d'étanchéité (25) autour du poussoir qui rend étanche la chambre (19) où est situé un ressort de piston (20) sur le côté arrière du piston de commande (17) par rapport à la chambre de clapet (15) qui est reliée à la conduite de retour (16) et qui contient l'organe de fermeture (11) du clapet anti-retour soumis à la sollicitation d'un ressort. 3. Clapet anti-retour selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par un clapet anti-retour auxiliaire (31) disposé entre la chambre de pression de commande (22) et la conduite de commande hydraulique (23) et ouvrant la liaison vers la conduite de commande (23) lors du mouvement de retour du piston de commande (17). 4. Clapet anti-retour selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de fermeture (27) du clapet de précontrainte (26) qui est soumis à l'action d'un ressort comprend un alésage (30) et un siège de clapet destiné à l'or- gane de fermeture sollicité par un ressort du clapet antiretour auxiliaire (31). 5. Clapet anti-retour selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le clapet de précontrainte (26) est monté dans un alésage axial du corps du clapet qui contient également le piston de commande (17) avec le poussoir (24) et le clapet anti-retour. 6. Clapet anti-retour selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'espace (19) contenant le ressort est relié à l'atmosphère sur le côté arrière du piston de commande (17). 7. Clapet anti-retour selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'espace (19) contenant le ressort sur le côté arrière du piston de commande (17) est relié à la chambre de clapet (15) du côte de la conduite de retour par l'intermédiaire d'un canal d'étranglement prévu dans le poussoir (24) ou par l'intermédiaire d'un canal dans lequel est monté un clapet anti-retour.