Brevet FR2520475A1 — publié le 19830729

DISQUE DE RUPTURE SE DEFORMANT SUR LA FACE ENVERS ET PROCEDE DE FABRICATION. L'invention concerne un dispositif à disque de rup- ture se déformant sur la face envers; elle concerne éga- lement un procédé de fabrication d'un tel disque. Les appareils à disque de rupture se déformant sur la face envers comportent généralement un disque de rup- ture se déformant sur la face envers ayant une portion concave-convexe reliée à une portion annulaire en forme de collerette ou de flasque par une section ou zone de transition Dans la plupart des appareils connus jusqu'à ce jour, la portion annulaire en forme de collerette du disque de rupture est bridée entre des éléments d'amenée et de sortie qui sont à leur tour bridés entre des colle- rettes en forme de capots boulonnés Des organes coupants servant à dissocier le disque de rupture sont attachés côté sortie ou fixés au dispositif Différents autres dispositifs ont également été développés et utilisés dans lesquels un ou les deux éléments supports sont omis et/ou d'autres structures sont substituées. Dans tous les dispositifs de l'art antérieur, la pression de bridage des flasques (ou collerettes) est transmise à la portion en forme de flasque et des disques de rupture peuvent être affectés par des changements ou des différences dont le couple appliqué aux boulons des collerettes qui produisent alors des tensions dans le disque, particulièrement dans la zone de transition, de sorte que la pression de fluide requise pour provoquer le retournement du disque et sa rupture est modifiée Si le couple appliqué aux boulons des flasques est trop faible ou trop élevé, le niveau de pression de fluide à laquelle le disque de rupture s'affaiblit, peut différer de la pression de rupture pour laquelle il a été destiné de sorte qu'un défaut prématuré ou l'existence d'une surpression dans le système à protéger peut apparaître. -2- De manière à surmonter ou réduire ces difficultés, on donne des instructions très précises sur le couple qui peut être appliqué sur le disque de rupture défor- mant, notamment lors du montage en usine de manière à ce que le couple approprié soit appliqué au disque de rup- ture Bien qu'on ait pris toutes les précautions néces- saires, lorsqu'un disque de rupture a été installé, ce disque ne peut pas être enlevé pour vérification et remis à nouveau en place sans que l'on induise dans celui-ci de nouvelles tensions qui peuvent altérer ses caracté- ristiques fonctionnelles En conséquence, on a admis dans l'industrie que lorsqu'un disque de rupture défor- mable a été bridé et a été par la suite enlevé, ce disque doit être alors mis à l'écart et remplacé. L'invention pallie ces inconvénients Elle concerne un appareil à disque de rupture à déformation sur la face envers, qui comprend un disque de rupture à déformation sur la face envers ayant une portion concave-convexe re- liée à une portion annulaire en forme de collerette par l'intermédiaire d'une zone de transition et un élément support est positionné sur la face concave de la portion annulaire en forme de collerette et est adapté pour être bridé entre les collerettes boulonnées d'entrée et de sortie Selon l'invention, cet appareil comprend un élément support en forme d'anneau soudé d'une part à la face de la portion annulaire en formie de collerette sur le côté convexe de celle-ci, et d'autre part, audit élé- ment support. Avec une telle structure, la mise en oeuvre n'est pas affectée de manière sensible par les modifications ou les différences dont le couple appliqué aux boulons de serrage des collerettes; ce dispositif peut être installé entre des capots boulonnés, il peut être enlevé, vérifié et réinstallé à nouveau entre lesdites colleret- tes sans que les caractéristiques opérationnelles de ce -3- dispositif soient affectées de manière sensible. L'invention concerne également un procédé pour fa- briquer un tel appareil à disque de rupture à déforma- tion sur la face opposée, ledit procédé consistant: à former un disque de rupture à déformation oppo- sée, ayant une portion concave-convexe reliée à une por- tion annulaire en forme de collerette par une section de transition, à positionner ledit disque suir un élément support de sorte que la face concave de la portion annulaire en forme de collerette regarde l'élément support qui est adapté pour être bridé entre les collerettes d'amenée et de sortie, à souder la portion annulaire en forme de colle- rette dudit disque de rupture à un anneau support annu- laire en utilisant la technique de soudure à basse cha- leur et ce, à la périphérie de la portion annulaire, et à souder l'anneau'support aux membres supports annulaires. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indi-' catif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation en coupe d'un dispositif selon l'invention bridé'entre deux flasques boulonnés. La figure 2 est une vue selon l'axe 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue selon l'axe 3-3 de la figure 1. La figure 4 est une section agrandie d'une portion du dispositif conforme à l'invention. En se référant aux dessins, le dispositif illustré ( 10) est bridé entre des collerettes en forme de capots ( 12) et ( 14) verrouillées par des boulons ou 4 - analogues ( 16) Deux joints ( 18) et ( 20) sont disposés entre l'appareil ( 10) et les collerettes ( 12) et ( 14) de manière à assurer une fermeture hermétique. Le dispositif ( 10) comprend un disque de rupture ( 22) se déformant sur la face opposée, ayant une portion concave-convexe ( 24) reliée à une portion annulaire en forme de collerette ( 26) par une section de transition ( 28) Un anneau support annulaire ( 30) ayant une largeur légèrement inférieure à la largeur de la portion annu- laire en forme de collerette ( 26) et un diamètre extérieur égal au diamètre du disque de rupture ( 22), est positionné sur celui-ci et est soudé à la portion annulaire en forme de collerette ( 26) sur le côté convexe du disque de rup- ture ( 22) Un élément support ( 32) ayant un diamètre extérieur sensiblement égal à celui des flasques ou des collerettes ( 12-14) est placé entre ces collerettes et comprend des ouvertures pour le passage des écrous ( 16) à travers lui-même Le diamètre interne du support annu- laire ( 32) est inférieur au diamètre interne des colleret- tes ( 12-14), de sorte qu'une surface annulaire ( 34) est ainsi ménagée à l'intérieur des collerettes ( 12) et ( 14) et s'étend longitudinalement depuis la surface ( 34) à l'intérieur de la collerette ( 12) dégageant ainsi un petit annelet ( 36) qui, de préférence, fait corps ou est soudé à l'élément support ( 32). Le disque de rupture ( 22) et l'anneau support ( 30) soudés entre eux ont sensiblement des diamètres extérieurs égaux qui sont sensiblement inférieurs au diamètre inter- ne de l'annelet ( 36) Le disque de rupture ( 22) et l'an- 3 U neau support ( 30) sont placés en regard de la surface ( 34) de l'élément support ( 32) à l'intérieur de l'annelet ( 36) et l'anneau support ( 30) est doudé à l'annelet ( 36). Des organes coupants ( 38) peuvent avantageusement être soudés ou attachés par un moyen quelconque à P'inté- rieur de l'élément support ( 32) dans une position telle -5- que la portion concave-convexe ( 24) du disque de rupture ( 22) est rompue par les organes coupants ( 33) agissant sur la face opposée Dans une forme de réalisation préfé- rée, les organes coupants ( 38) sont constitués par quatre lames tranchantes ( 40) positionnées à angle droit les unes par rapport aux autres (voir figure 3) avec les ex- trémités internes reliées ensemble et les extrémités externes soudés à l'intérieur de l'élément support ( 32). Dans cette configuration, lorsque l-a portion concave- convexe ( 24) du disque de rupture ( 32) se retourne, et vient au contact des organes coupants ( 38), la portion concave-convexe ( 24) est alors dissociée en quatre péta- les Toutefois, d'autres configurations et formes d'or- ganes coupants peuvent être utilisés et plutôt que d'être attachés à des éléments supports ( 32), ils peuvent être indépendemment bridés à l'intérieur et/ou entre les collerettes ( 12) et ( 14). Comme on le voit sur la figure 4, la portion annu- laire en forme de collerette ( 26) du disque de rupture ( 24) est soudée à l'anneau support ( 30) à la périphérie de la portion annulaire de la collerette ( 26) par une soudure continue ( 40) Cette soudure ( 40) est de préférence réalisée en utilisant la technique de soudure à basse chaleur, de sorte que des tensions minimum sont induites dans la portion annulaire de la collerette ( 26) et qu'au- cune tension n'est formée dans la section de transition ( 28) Lors de l'éclatement du disque de rupture, le retournement du disque commence à la section de transi- tion et ensuite aussi longtemps qu'aucune tension n'est produite dans cette section de transition durant le procédé de soudage, le niveau de pression du fluide à laquelle prend place le phénomène d'inversion, n'est pas affecté L'anneau support ( 30) est de préférence soudé à l'annelet ( 36) à la portion supérieure extérieure de l'anneau ( 30), de sorte que la température et les tensions résultant de l'opération de soudure ne sont pas transmi- ses au disque dé rupture ( 22) De préférence, l'anneau support ( 30) est soudé à l'annelet ( 36) de l'élément support ( 32) par une soudure continue ( 44). Une technique préférée pour former les soudures ( 40) et ( 44) est la technique faisant appel à des rayons d'é- lectrons (électron beam) qui produit une basse tempéra- ture et des tensions minimum dans les portions soudées et par conséquent, peut être mise en oeuvre sans induire des tensions dans le disque de rupture qui affecterait la mise en oeuvre de celui-ci Toutefois, toute autre technique à basse chaleur peut être utilisée. Dans la fabrication du dispositif ( 10), le disque de rupture ( 22) peut être préformé avant la soudure sur l'anneau support ( 30) à l'annelet ( 36) de l'élément sup- port ( 32) De-préférence, toutefois, le disque de rupture ( 22) se présente sous forme plate avant que l'on ne forme la portion ( 24) dans celui-ci, puis est soudé à l'anneau support ( 30) qui, à son tour, est soudé à l'annelet ( 36). Lorsque l'on a réalisé la soudure, un fluide sous pres- sion, tel que par exemple de l'air comprimé, est envoyé à travers l'élément support ( 32) entre le disque de rup- ture plat ( 22) et la pression de ce fluide est augmentée à un niveau tel que l'on réalise une portion concave- convexe ( 24) d'une hauteur de couronne désirée Cette technique permet ainsi de supprimer toutes les tensions qui auraient pu se former dans le disque de rupture lors du processus de soudage. Quand le dispositif ( 10) est bridé entre les colle- rettes boulonnées d'entrée et de sortie comme montré à la figure 1, la pression du fluide dans le récipient ou le système à protéger, auquel la collerette d'entrée ( 12) est reliée de manière hermétique, est alors exercée sur la face convexe de la portion concave-convexe ( 24) du disque de rupture ( 22) Lorsque cette pression atteint -7- ou excède la pression de rupture prédéterminée du disque ( 22), celui-ci se renverse de luimême et est sectionné par les organes coupants ( 38), de sorte que la pression est délestée La collerette de sortie ( 14) est normale- ment reliée à un conduit qui amène le fluide à l'atmos- phère ou à un autre système ou récipient contenant de tels fluides. Comme le disque de rupture est soudé à un élément support ( 32) et n'est pas bridé entre l'élément support ( 32) et la collerette d'entrée ( 12), la mise en place du disque de rupture ( 22) est indépendante et n'est pas af- fectée par la pression de bridage exercée sur les colle- rettes ( 12) et ( 14) et sur l'élément support ( 32) Cela permet au dispositif ( 10) d'être installé entre des colle- rettes boulonnées et des boulons qui doivent être serrées et cela, sans affecter la mise en oeuvre de l'appareil ( 10) En outre, l'appareil peut être enlevé, vérifié et à nouveau réinstallé plusieurs fois sans que cela affecte sa mise en oeuvre. EXEMPLE Un anneau support en acier ayant un diamètre exté- rieur de 80 cm et un diamètre intérieur de 76,2 cm et une épaisseur de 1, 26 cm, est soudé à un disque fin de métal plat ayant un diamètre de 79,5 cm La soudure est effectuée de manière continue et est disposée à la péri- phérie du disque Cette soudure est réalisée par une mé- thode conventionnelle à basse chaleur Le disque avec l'anneau support soudés ensemble est ensuite positionné sur un élément support annulaire dont la surface définit un annelet L'élément support a un diamètre extérieur de 96 cm et un diamètre interne de 76,2 cm et une épais- seur de 3,56 cm L'élément support comprend quarante trous régulièrement espacés de 3,5 cm destinés à recevoir des boulons sur un cercle de diamètre de 90,42 cm l'annelet à une hauteur de 3,50 cm, une épaisseur -8de 10,11 cm et un diamètre interne de 74,93 cm L'anneau support est soudé à l'annelet de l'élément support par une soudure continue disposée au sommet de l'annelet en utilisant également une méthode de soudure à basse chaleur, notamment par rayons électroniques. Après que les opérations de soudure aient été réa- lisées, on envoie de l'air comprimé sur le disque à une pression de 30,58 kg/cm, de sorte que la portion centra- le du disque plat se déforme jusqu'à prendre une forme concave-convexe ayant une hauteur de couronne (distance de la base au point le plus élevé de la portion concave- convexe) de 17,53 cm Un organe coupant formé de quatre lames soudées ensemble à angle droit est soudé sur l'élé- ment support L'appareil résultant à disque de rupture a une pression de rupture théorique (c'est-à-dire pres- sion de fluide à laquelle le retournement apparaît) de 4,82 kg/cm 2 et peut être bridé entre des collerettes boulonnées de 10,55 kg/cm 2 (normes ASA) sans être affecté par le couple appliqué aux boulons. Le dispositif de soudure conventionnelle basse cha- leur par rayons électroniques est réalisé à partir d'un appareil de soudure VICKERS 10 KV, comportant un pistolet- de rayons électroniques et des lentilles de focalisation et une chambre de vide à table rotative de lmm/lmm/1,5 mm. La soudure du disque à l'anneau support est effec- tuée en positionnant le disque et l'anneau support dans un montage spécial fixé à la table rotative La table ro- tative est ensuite placée sur des chemins qui l'amènent à la chambre sous vide Lorsque la table rotative est à proximité du pistolet électronique, la chambre à vide est amenée à un vide de 10 _ torr La position exacte du disque et de l'anneau support sous le pistolet à élec- trons est réalisée par un mouvement horizontal de la ta- ble rotative dans des directions mutuelles perpendicu- laires pendant l'application de la soudure à très basse -9- puissance Cette technique permet ainsi au disque d'être bien soudé à l'anneau sur toute la circonférence Lorsque la position optimum a été déterminée, plusieurs points de soudure sont effectués La soudure principale est en- suite effectuée à partir d'une bobine en une seule passe et un léger recouvrement est même autorisé à l'extrémité pour bien assurer l'étanchéité. La soudure de l'anneau support avec le disque soudés ensemble à l'élément support est effectuée de la même manière que celle décrite ci-dessus, y compris la bobine, à une variante toutefois, à savoir que l'assemblage est positionné dans la chambre à 20 par rapport à l'horizon- tale, cela du fait des contraintes résultant de la géomé- trie de la chambre à vide. Dans la soudure de l'anneau support à l'élément sup- port, si l'intervalle entre l'anneau support et l'annelet qui en est solidaire excède 0,3 mm, une légère dépression dans la tête de soudure alors apparaît Une soudure cos- métique est alors permise qui autorise l'utilisation d'une faible pression pour refondre la surface ce la soudure et donner ainsi un aspect fini plus uniforme. Les paramètres de soudure sont donnés ci-après pour: a la soudure du disque sur l'anneau support; b la soudure de l'anneau support à l'élément sup- port et, c ia soudure cosmétique. a b c Voltage 125 KV+ 3 KV 140 KV+ 5 KV 110 KV+ 5 KV Intensité du rayon d'électrons 13 m A+lm A 25 m A+ 2 m A l Om A+lm A Distance entre la pièce à-> travailler et le pistolet 292 mm+ 3 mm 276 mm+ 4 mm 276 mm+ 4 mm Vitesse de déplacement de la soudure 23 + 2 mm/sec 23,28 mm/sec 23,28 mm/Sec Vide 10-3 Tbrr 10-3 T'Ibrr 10-3 Torr Intensité de concentration 879 m A+ 5 m A 929 m A+ 5 m A 788 m A+ 5 m A Pénétration de la soudure 0, 2 à 0,3 0,2 à 0,6 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif à disque de rupture se déformant sur la face opposée, comprenant un disque de rupture se dé- formant sur la face opposée ( 22) ayant une portion con- cave-convexe ( 24) reliée à une portion annulaire ( 26) en forme de collerette par l'intermédiaire d'une section de transition ( 28), et un élément support ( 32) placé sur le côté concave de la portion annulaire ( 26), destiné à être bridé entre les collerettes ( 12-14) d'amenée et de sortie, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau sup- port ( 30) soudé d'une part à ladite collerette annulaire ( 26) sur le côté convexe de celle-ci, et d'autre part, audit élément support ( 32) 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau support ( 30) est soudé à la portion annulaire en forme de collerette ( 26) du disque sur la portion adjacente de la périphérie de la portion annu- laire ( 26) en forme de collerette. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'élément support ( 32) comporte un annelet ( 36) formé ou fixé dessus et positionné de maniè- re adjacente à la périphérie extérieure dudit anneau sup- port ( 30), ledit annelet ( 36) étant soudé à l'anneau sup- port ( 30). 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'annelet ( 36) est dimensionné de manière à s'étendre longitudinalement à l'intérieur de la colleret- te d'amenée ( 12). / Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4,- caractérisé'enfce que::ledit élément annulaire support ( 32) est équipé d'organes coupants ( 38) positionnés de manière à couper la portion concave/convexe du disque de rupture lors du retournement de celui-ci. 6/ Procédé pour la fabrication d'un disque de rup- ture, qui consiste: il - à former un disque de rupture déformable ( 22) ayant une portion concave-convexe ( 24) reliée à une collerette annulaire ( 26) par une section de transition ( 28); à positionner iedit disque sur un élément support ( 32) de sorte que le côté concave de la collerette annu- laire ( 26) regarde l'élément support ( 32) qui est adapté pour être bridé entre les collerettes d'amenée et de sortie ( 12-14), caractérisé en ce que, en outre, on soude la portion an- nulaire en forme de collerette ( 26) du disque de rupture à un support en forme d'anneau ( 30) en utilisant une tech- nique de soudage à basse chaleur et en soudant à la péri- phérie de la collerette annulaire ( 26) puis en ce que l'anneau support ( 30) est soudé à l'élément support an- nulaire ( 32). 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on donne au disque de rupture sa forme concave- convexe ( 24) avant qu'il soit soudé au support annulaire ( 30). 8/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que un disque se présentant initialement sous la forme d'une feuille plate est soudé à un support annu- laire ( 30) à la périphérie de ce disque en utilisant une technique de soudure à basse chaleur, en ce que l'anneau support est ensuite soudé à l'élément support ( 32) en utilisant également une technique de soudure basse cha- leur,en ce qu'on applique ensuite une pression sur la face interne du disque plat à partir de l'intérieur de l'élé- ment support, de sorte que la-portion centrale du disque est bombée jusqu'à obtenir une forme concave-convexe. 9/ Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que un annelet solidaire ( 36) est positionné à l'extérieur de l'anneau support ( 30) et le disque, et est positionné de manière à s'étendre longitu- dinalement dans la direction de l'intérieur de la 12 - collerette d'amenée ( 12) du capot opposé, et en ce que l'anneau support ( 30) est soudé à cet annelet ( 36). DEPOSANT: BS & B SAFETY SYSTEMS, LTD. MANDATAIRE: Cabinet Michel LAURENT