Brevet FR2522770A1 — publié le 19830909

L'invention concerne un dispositif d'élimination des vibrations d'une soupape de décompression d'une enceinte contenant un fluide sous pression. Dans le cadre de l'exploitation des centrales nucléaires, il est nécessaire d'utiliser des soupapes de sécurité permettant la décompression d'enceintes renfermant un fluide sous pression, dans le cas où la pression du fluide devient supérieure à une valeur limite fixée lors de la conception des éléments de la centrale. Cette enceinte peut contenir un fluide en circulation et constituer un circuit tel que le circuit primaire du réacteur renfermant de l'eau sous forte pression et à très haute température ou, au contraire, constituer une enceinte renfermant un fluidesous pression statique, que ce fluide soit un liquide commue l'eau sous pression ou un gaz comme la vapeur d'eau. Dans tous les cas, ces circuits ou enceintes doivent être équipés de soupapes de sécurité, pour le cas où la pression vient à dépasser les limites permises définies lors de la conception du circuit ou de l'enceinte, en prenant en compte un facteur de sécurité. Ces soupapes sont destinées à décompresser très rapidement le circuit ou l'enceinte en cas de dépassement de pression. De telles soupapes sont constituées par un corps creux monté sur l'en- ceinte et communiquant avec une ouverture de celle-ci. A l'intérieur de ce corps creux, une tige est montée mobile, pour le déplacement d'un clapet fixé à l'une de ses extrémités entre une position de fermeture où le clapet repose sur un siège entourant l'ouverture pratiquée dans l'enceinte et une position d'ouverture où le clapet est éloigné de son siège. Un ressort taré en appui sur le corps de soupape d'une part et sur la tige de soupape d'autre iart permet d'exercer une force de rappel du clapet sur son siège, de façon que le clapet reste en position de fermeture, tant que la pression dans le circuit ou l'enceinte ne dépasse pas la valeur de consigne. Lors du soulèvement du clapet, une partie du fluide sous pression est éjectée à l'extérieur de l'enceinte, ce qui permet de rétablir une pression infétieure à la valeur de consigne, le ressort taré permettant alors de ramener le clapet en position de fermeture sur son siège. Cependant, dans le cas d'un fluide gazeux ou liquide tel que la vapeur d'eau, ou l'eau surchauffée ou l'eau froide, il se crée des ondes de pression en amont de la soupape, au moment de son ouverture, ce qui peut entrainer un fonctionnement instable de cette soupape, ctest à dire des battements de fréquence élevée. Ce régime de fonctionnement instable entraine de graves inconvénients tels que le grippage de la soupape ou des coups de bélier dans les canalisations de vapeur. I1 en est ainsi en particulier quand la soupape est reliée à une ca-acité sous pression par une tuyauterie d'une certaine longueur. Quand la soupape doit permettre l'échappement d'un fluide incompressible tel que l'eau du circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, vers un réservoir prévu à cet effet, le fluide se met en mouvement instantanément juste en amont de la soupape alors qutil reste immobi- le par inertie dans la tuyauterie à une certaine distance de cette soupape. Ceci provoque une très forte dépression qui a tendance à refermer la soupape aussitôt après son ouverture. De plus, dans ce cas où le fluide ett incompressible, aucune détente de celui-ci ne permet de maintenir le clapet en position d'ouverture audessus de son siège. Il y a donc un risque grave de fonctionnement instable; de battement de la soupape, et de fermeture intempstive. Pour éliminer ces vibrations de la soupape, on a proposé d'utiliser des dispositifs amortisseurs ou encore de commander l'ouverture Xt la fermeture de la soupape par un servomoteur asservi à la pression régnant dans l'enceinte, au lieu d'utiliser la pression à proximité du clapet pour réaliser son soulèvement au-dessus de son siège. Dans le cas d'enceintes renfermant un gaz sous une très faible surpression, on a également proposé d'associer au clapet des dispositifs de verrouillage magnétiques permettant de réaliser une ouverture ou une fermeture franche du clapet. De tels dispositifs d'amortissement ou de verrouillage ne sont cependant pas utilisables dans le cas des soupapes pour haute pression utilisées sur les circuits ou enceintes associés à un réacteur nucléaire. Il est en effet nécessaire de garder intacte la structure de la soupape de sécurité et d'éviter de disposer à l'intérieur du corps de soupape des moyens additionnels de stabilisation des mouvements du clapet, qui ne pourraient pas avoir la puissance nécessaire. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'élimination des vibrations d'une soupape de décompression d'une enceinte contenant un fluide sous pression, au moment de son actionnement sous l'effet de la pression du fluide, la soupape comportant, dans un corps creux monté sur l'enceinte et communiquant avec une ouverture de celle-ci, un clapet de fermeture complémentaire d'un siège entourant l'ouverture, une tige soli daire du clapet, mobile dans le corps de soupape pour ltouverture et et la fermeture du clapet, un ressort en appui sur la tige par une de ses extrémités et sur le corps de soupape par son autre extrémité, pour le maintien du clapet sur son siège, tant que la pression à l'intérieur de l'enceinte reste inférieure à une pression limite, dispositif permettant de réaliser une ouverture et une fermeture sans vibrations de la soupape, à des seuils de pression bien définis du fluide de l'enceinte, tout en étant d'une conception simple permettant d'éviter de transformer la structure des soupaes existantes. Dans ce but, le dispositif d'élimination des vibrations comporte - au moins un électro-aimant disposé à l'extérieur du corps de soupape, ayant une partie fixe comprenant un bobinage d'excitation et un équipage relié à l'extrémité de la tige de soupape, opposée à celle portant le clapet, mobile entre deux positions stables correspondant respectivement à l'ouverture totale ou partielle et à la fermeture du clapet, la stabilité de l'une au moins de ces positions étant obtenue par la force magnétique exercée par le bobinage sur l'équipage mobile, lorsque le bobinage est alimenté, - et un moyen de commande de l'alimentation de 11 électro-aimant en fonction de la valeur de la pression dans l'enceinte par rapport à au moins une pression de référence. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exem-ples non limitatifs, en se référant aux figures jointes en annexe, trois modes de réalisation différents d'un dispositif d'élimination de vibrations suivant l'invention. La figure 1 représente, dans une vue en coupe par un plan vertical, un premier mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention. La figure 2 représente dans une vue en coupe par un plan vertical, un second mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention permettant de réaliser l'ouverture et la fermeture de la soupape à des pressions bien déterminées. La figure 3 représente une variante du dispositif représenté à la figure 2. Sur la figure 1, on voit une partie 1 de la paroi d'une enceinte ou d'un circuit renfermant un fluide sous pression, cette paroi 1 comporte une ouverture 2 à l'intérieur de laquelle est fixé un siège 3 dont l'extrémité supérieure est au niveau d'une chambre 4 débouchant dans un canal de dé charge 5, pour l'éjection de fluide en cas de décompression. Au-dessus de la chambre 4 est monté, en communication avec l'ouverture 2, un corps de soupape 6 par l'intermédiaire de vis et écrous 7 et d'un joint d'étanchéité 8. Sur la figure 1, la soupape est représentée en position de fermeture, un clapet 9 venant reposer sur le siège 3, pour la fermeture du canal 2. Le clapet 9 est solidaire d'une tige 10 montée suivant l'axe vertical du corps de soupape et mobile en déplacement vertical pour l'ouverture ou la fermeture du clapet. La partie supérieure de la chambre ménagée par le corps de soupape est isolée de la chambre de décharge 4 par un soufflet 12 relié d'une part au clapet et d'autre part au joint d'étanchéité 8. Un ressort 14 disposé à l'intérieur du corps de clapet comporte deux pièces d'appui 15 et 16, la pièee 16 étant en appui sur le corps de soupape 6 et la pièce 15 en appui sur un épanouissement 17 de la tige 10. Le ressort est taré de façon que la force exercée par ce ressort sur la tige 10 et le clapet 9 permette une fermeture de la soupape tant que la pression à l'intérieur de 11 enceinte 1 ne dépasse pas une valeur limite prédéterminée. En cas de dépassement de cette valeur, la force exercée par le fluide sous pression sur le clapet 9 permet de soulever celui-ci, pour la décharge du fluide dans la chambre 4 et le conduit 5 communiquant avec l'extérieur. Au-dessus du ressort 14, la tige -10 est solidaire d'une pièce d'appui 18 assurant également son guidage vertical à l'intérieur du corps de soupape. La partie supérieure du corps de soupape est constituée par un carter 20 portant un axe 21 sur lequel est articulé un levier 24 traversant la paroi du carter 20 et pouvant servir à l'actionnement manuel de la soupape. L'extrémité dulevier 24 disposée à l'intérieur du carter 20 comporte une ouverture à l'intérieur de laquelle peut se déplacer librement l'extré- mité supérieure de la tige de soupape 10. Entre la pièce d'appui et de guidage 18 et l'extrémité inférieure du levier 24 est placé un ressort 25 servant à la transmission d'efforts entre la tige de soupape 10 et le levier 24. Au-dessus du levier 24, l'extrémité terminale de la tige 10 est filetée et un écrou 28 permet de réaliser une butée de la tige 10 par rapport au levier 24. A l'extrémité extérieure du levier 24 est fixé de façon articulée l'équipage mobile 29 d'un électro-aimant 30 dont la partie fixe comportant un bobinage alimenté par des fils 31 repose sur un support 32 solidaire du corps de soupape 6. L'alimentation du bobinage se fait par l'intermédiaire d'un relais, lui-même commandé par un capteur de pression disposé à l'intérieur de l'enceinte et permettant de réaliser l'alimentation de la bobine 30 lorsque la pression dans l'enceinte dépasse la valeur limite pour laquelle le clapet 9 se soulève de son siège 3. Le mouvement vers le haut de la tige 10 est alors transmis par l'intérmédiaire du ressort 25 au levier 24 qui déplace vers le bas l'équipage mobile 29 qui vient se coller sur la partie fixe de l'e1tctro-aimant qui est alors alimentégrâce au circuit comportant les fils 31. Le soulèvement du clapet et de la tige 10 se poursuit, cependant que la décharge du fluide sous pression s'effectue par la chambre 4 et le conduit 5. Si des oscillations de pression au cours de la décharge du fluide sous pression réduisent les forces de soulevage du clapet 9, la tige 10 peut redescendre sous l'effet du ressort 14, mais l'écrou 28 vient buter sur le levier 24 maintenu en position par l'électro-aimant 30. Ceci interdit la fermeture de la soupape et la décharge se poursuit sans vibrations néfastes de la partie mobile de cette soupape. Lorsque la pression est redescendue à un certain niveau, par décharge vers l'extérieur du fluide sous pression, l'alimentation du bobinage est coupée automatiquement par commande du relais si bien que le levier 24 est déverrouillé et que la tige de soupape 10 et le clapet 9 peuvent retomber dans leur position de fermeture sous l'effet du ressort d'actionnement- 14. On voit donc que le dispositif représenté à la figure 1 permet de supprimer tout effet de vibration lors de l'ouverture de la soupape, quelles que soient les oscillations de pression dans l'enceinte 1 et de réaliser une fermeture de la soupape à une pression bien déterminée à l'intérieur de l'enceinte. Par réglage de la position de l'écrou 28 sur l'extrémité de la tige 10, on peut régler la course de la soupape en position ouverte et verrouillée par le levier 24. En faisant varier la longueur deoe levier 24, on peut régler la force exercée par le levier sur l'extrémité de la tige de soupape. On peut donc toujours assurer un fonctionnement convenable du dispositif d'élimination des vibrations. Sur la figure 2, on voit une soupape pratiquement identique à celle représentée à la figure 1, les éléments correspondants portant les mêmes repères mais avec l'indice '. L'extrémité supérieure de la tige 10' comporte un ergot 34 alors que le levier 24' articulé à son extrémité sur l'axe 21' de la commande manuelle de la soupape porte une lumière 35 à l'intérieur de laquelle est logé l'ergot 34. De cette façon, les mouvements du levier 24' dans un sens et dans l'autre permettent d'entrainer la tige de soupape 10' pour l'ouverture ou la fermeture du clapet. L'extrémité du levier 24' opposée à l'articulation 21' porte de facon articulée une tige 36 solidaire d'un équipage mobile 37 susceptible de se délacer entre les faces actives de deux électro-aimants comportant des bobines 38 et 39. La tige 36 traverse la bobine 38. Les bobines 38 et 39 sont alimentées respectivement par des circuits comportant des relais eux-mêmes comman- dés par un capteur de pression disposé dans l'enceinte 1'. Lorsque la pression dans l'enceinte 1' atteint la valeur limite pour laquelle la soupape se soulève, le bobinage 38 est alimenté pour réaliser le collage de l'équipage mobile 37 sur la face active de cette bobine. Ce dispositif permet donc, comme précédemment, d'éviter une retombée de la tige de soupape en cas d'oscillations de pression. Lorsque la pression dans l'enceinte 1' est descendue d'une seconde valeur limite, la bobine 39 est alimentée à son tour et le mouvement de fermeture de la soupape est réalisé sans vibrations et avec sûreté grâce au collage de l'équipage mobile 37 sur la face active de la bobine 39. Le dispositif représenté à la figure 2 permet donc de piloter l'ou- verture de la soupape à la valeur limite déterminée/de commander la fermeture de cette soupape à une valeur de la pression inférieure à la valeur limite déterminée, lorsque cette valeur est atteinte par décharge de l'en- ceinte sous pression. Sur la figure 3, on voit une variante de réalsation du dispositif représenté à la figure 2, la bobine supérieure 38' étant identique à la bobine 38 de la figure 2 et la bobine inférieure 39 étant remplacée par un électro-aimant 40 à noyau plongeur 41 remplaçant l'équipage mobile 37. La tige 36' est reliée à ltéquipage mobile et au noyau plongeur 41 à sa partie inférieure. Un dispositif élastique 42 permet d'exercer une force d'appui sur la partie fixe de l'électro-aimant. Dans le cas du dispositif représenté à la figure 3, l'électro-aimant 40 à noyau plongeur 41 est alimenté pour la fermeture de la soupape entrainant le mouvement vers le bas du noyau 41 de l'équipage mobile et de la tige 36' reliée de façon articulée au levier 24'. On peut ainsi maintenir fermée la soupape en appuyant sur sa tige 10. Le dispositif représenté à la figure 3 permet également une ouverture et une fermeture sans vibrations de la soupape à des pressions r.txdéter- minées. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits ; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on peut imaginer une liaison quelconque entre le levier et la tige de soupape, ainsi qu'une disposition quelconque de l'électro- aimant permettant le verrouillage de la tige de soupape : par exemple on peut imaginer l'électro-aimant de verrouillage directement attelé à la tige de la soupape, au-dessus de celle-ci, sans levier intermédiaire. L'invention s'applique dans tous les casoù l'on utilise des soupapes de sécurité pour la décompression d'une enceinte ou d'un cirait contenant un fluide sous pression statique ou dynamique. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'élimination des vibrations d'une soupape de décompression d'une enceinte (1), contenant un fluide sous pression, au moment de son actionnement sous l'effet de la pression du fluide, la soupape comportant, dans un corps creux (6) monté sur l'enceinte (1), et communiquant avec une ouverture (2) de celle-ci, un clapet de fermeture (9) complémentaire d'un siège (3) entourant l'ouverture (2)une tige (10) solidaire du clapet (9), mobile dans le corps de soupape (6), pour l'ouver- ture et la fermeture du clapet (9), un ressort (14) en appui sur la tlge (10) par une de ses extrémités et sur le corps de soupape (6) par son autre extrémité, pour le maintien du clapet (9) sur son siège (3), tant que la pression à l'intérieur de l'enceinte (1) reste inférieure à une pression limite, caractérisé par le fait qu'il comporte - au moins un électEo-aimant (30) disposé à l'extérieur du corps de soupape (6) ayant une partie fixe comprenant un bobinage d'excitation et un quipage (29) relié à l'extrémité de la tige de soupape (10) opposée à celle portant le clapet (9); entre deux positions stables correspondant respectivement à l'ouverture totale ou partielle .-et à la fermeture du clapet (9), la stabilité de l'une au moins des positions étant obtenue par la force magnétique exercée par le bobinage sur ltéquipage mobile (29), lorsque le bobinage est alimenté, - et un moyen de commande de l'alimentation de l'électro-aimant, en fonction de la valeur de la pression dans l'enceinte par rapport à au moins une pression de référence. 2.- Dispositif d'élimination des vibrations suivant la revendication 1, dans le cas où la soupape comporte en outre un levier (24) articulé sur le corps de soupape (6) dont une extrémité est en prise, à l'intérieur du corps de soupape (6) avec l'extrémité de la tige (10) opposée à celle portant le clapet (9) et dont l'autre extrémité est à l'extérieur du corps de soupape (6), caractérisé par le fait que l'équipage mobile (29) est relié à la tige de soupape (10) par l'intermédiaire du levier (24) auquel il est relié, par son extrémité située à l'extérieur du corps de soupape (6). 3.- Dispositif dtélimination des vibrations suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le levier (24) articulé à sa partie centrale sur le corps de soupape (6) est relié à l'une de ses extrémités à l'équipa- ge mobile (29) placé au-dessus de la partie fixe de I'dectro-aimant (30) et comporte à son autre extrémité une ouverture à travers laquelle la tige de soupape (10) peut passer librement, cette tigede soupape (10) portant de part et d'autre de l'extrémité du levier (24) sur lequel elle est engagée, une butée à ressort (25), et une butée réglable (28), pour l'actionnement du levier (24) par la tige (10) et pour le verrouillage de la tige (10) en position d'ouverture par le levier (24), lorsque l'équipage mobile (29) de l'électro-aimant (30) est collé par force magnétique sur la partie fixe de celi5.i-ci. 4.- Dispositif d'élimination des vibrations suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le levier (24) est articulé sur le corps de soupape (6) à l'une de ses extrémités (21'), relié à une tige (26) solidaire de l'équipage mobile (37) à son autre extrémité et à l'extrémité de la tige de soupape (10') opposée au clapet à sa partie centrale, les parties fixes (38 et 39) de deux électro-aimants étant disposées de part et d'autre de l'équipage mobile (37) avec un espacement permettant de réaliser l'ouvereurede la soupape par collage de l'équipage mobile (37) sur l'un des électro-aimants (38) et la fermeture de la soupape par collage par force magnétique de l'équipage mobile (37) sur l'autre électroaimant (39). 5.- Dispositif d'élimination des vibrations suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que l'un des électro-aimants (40) est constitué par une bobine à noyau plongeur.