Brevet FR2535434A1 — publié le 19840504

ENSEMBLE A DISQUE CLAQUANT UTILISANT NOTAMMENT DANS UN DETENDEUR La présente invention concerne des détendeursde pression et concerne en particulier; mais non exclusivement, de dispositifs en vue de leur utilisation sur des récipients fermés, comme par exemple destouteilles de gaz et des ex- tincteurs d'incendie - Le terme de "détendeur" désigne un dispositif qui permet l'échappement d'un fluide (liquide, vapeur ou gaz) d'un système de manière à réduire la pression à l'in- térieur de ce dernier, lorsque la différence entre la pres- sion du fluide présente dans le système et agissant d'un côté du dispositif et la pression atmosphérique ou une autre pression agissant de l'autre côté atteint une va- leur prédéterminée ou une valeur située dans une gamme prédéterminée de valeurs. Les détendeurs connus incluent ce qu'on appel- le des disques claquants ou disques à éclatement ou de rup- ture "normaux" et "inverses" Ils sont généralement consti- tués en un métal, tel que l'acier inoxydable ou un alliage d'aluminium,et sont constitués par une partie centrale en forme de dôme formée d'un seul tenant avec une collerette annulaire plate périphérique. En cours d'utilisation, cette collerette est serrée fermement entre un premier et un second collets mé- talliques, et ce normalement au moyen de boulons filetés qui traversent le premier collet et'sont situés dans des trous taraudés ménagés dans le second collet, les têtes des boulons étant situées en renfoncement audessous de la surface du premier collet, tandis que, lorsque les boulons vissés à demeure, les extrémités des boulons ne font pas saillie au-delà de la surface du second collet O Dans n'im- porte quel domaine d'utilisation, l'interaction entre les surfac Esen visà-vis du disque claquant et des collets est un facteur intervenant dans le fonctionnement du dis- que claquant. L'ensemble combiné unitaire résultant formé par le disque claquant et les collets est à son tour serré, d'une manière étanche au, fluido entre deux brides de canalisations et, avec des disques claquants normaux, la pression peut agir sur la surface concave du disque de telle sorte que dans le cas o la pression dépasse une valeur prédéterminée ou une valeur située dans une gamme prédéterminée de valeurs, le disque éclate vers l'extérieur de manière à réduire la pression. Dans le cas d'un disque Claquant inverse ou d'un disque "fléchissant", comme on l'appelle quelquefois, la pression agit sur la surface convexe Ce type de disque claquant réduit la pression par aplatissement en général sur un ensemble de couteaux en forme de croix,ce qui garantit que le dôme se rompt en formant des "pétales" et réalise de ce fait une réduction efficace de la pression. Les ensembles à disque claquant du type que l'on vient de décrire sont largement utilisés dans les canalisa- tions d'installations chimiques, mais sont en général d'une taille trop importante et sont trop onéreux pour être utili- sés sur des bouteilles de gaz, des extincteurs d'incendie et analogues bien que dans ces applications, la décharge positive de pression, qu'un ensemble à disque claquant peut fournir,soit fortement souhaitable. C'est pourquoi les ensembles à disque claquant destinés à être utilisés dans des conteneurs devant être mis sous pression, tels que des bouteilles de gaz et des conte- neurs utilisés dans les extincteurs d'incendie, sont en gé- néral meilleur marché et plus simples que les ensembles que l'on vient de décrire, et prennent fréquemment la forme d'un petit disque plat, habituellement métallique, qui est fixé dans un siège à la base'd'un boitier de forme générale cylindrique soudé ou fixé d'une autre manière à la paroi du conteneur La base du boîtier est équipée d'un ou de plu- sieurs canaux qui traversent cette base et communiquent avec l'intérieur du conteneur, le disque étant fixé sur son siè- ge situé dans le boîtier au moyen d'un organe de maintien tubulaire qui est fileté extérieurement et est vissé dans leboîtier de telle sorte que son extrémité intérieure por- te contre au moins les régions périphériques du disque De cette manière, la partie annulaire extérieure-du disque est pressée sur le siège de manière à former avec ce der- nier un joint d'étanchéité aux fluideset à empêcher la sor- tie de tout fluide introduit dans le conteneur, à une pres- sion inférieure à la pression d'éclatement du disque. La pression, pour laquelle le disque éclate ou se rompt, dépend notamment de la température, des dimensions du disque, du matériau dont il est constitué, de l'état phy- sique de ce matériau et des dimensions du trou ou lumière de l'ouve re de l'organe tubulaire qui maintient le disque en place et quidétermine de ce fait la surface déformable du disque ainsi que la charge de serrage appliquée au disque par l'or- gane tubulaire. Lorsque la pression se rapproche de la pression d'éclatement critique, la partie centrale (c'est- à-dire la- dite "zone déformable") du disque tend à être déformée vers l'extérieur sous la forme d'un dôme, c'est-à-dire s'écar- tant du conteneur, et, pour réduire le risque d'un endomma- gement mécanique indésirable du disque pendant ce processus, le bord intérieur de cette extrémité de l'organe de maintien tubulaire, qui porte sur le disque, est arrondi En variante, bord correspondant d'un collet ou d'une rondelle, qui peut être interposé entre ladite extrémité de l'organe tubulaire et le disque, est arrondie de façon similaire. Afin d'être certain que le disque éclatera pour une pression prédéterminée ou pour une pression située dans une gamme prédéterminée de 'jressions,comme par exemple une pression approchant 225 bars à 10 % près (environ 3300 psi),la co I position et l'état physique du matériau du disque sont contrô lés très soigneusement, ainsi que les dimensions du disque et dé l'alésage de l'organe cylindrique qui maintient le disque en position En dépit de ces précautions, on a trouvé que dans des dispositifs du type que l'on vient de décrire, le fonctionnemert du disque varie souvent de façon aléatoire et imprévisible, ce qui est tout-à-fait inadmissible Une fui- te au disque et une pression d'éclatement incorrectecons- tituent les défauts les plus fréquents. Un autre inconvénient desdispositifs du type que l'on vient de décrire, tient au fait que dans les-postes de remplissage de bouteilles de gaz par exemple, il est de pratique usuelle que les opérateurs remplacent les disques claquants situés dans les détendeurs des bouteilles avant qu'elles soient remplies,et il arrive parfois, en ces occa- sions, que deux disques au lieu d'un soient placés acciden- tellement dans les -sièges d'un ou de plusieurs de ces déten- deurs Il s'agit là de mésaventures qui peuvent avoir des conséquences désastreuses. Des études ont montré que les pressions: d'écla- tement imprévisibles des disques mentionnées prédédemment sont dues, au moins en partie aux couples annulaires ou aux contrain- tes de cisaillement apparaissant dans les disques lorsque les organes de maintien tubulaire sont vissés sur ces derniers, par suite de la tendance des extrémités des organes de main- tien à faire tourner les disques sur leurs sièges lors- qu'ils sont vissés, et de la tendance des sièges à s'opposer a ce mouvement de rotation A titre de commodité, les dispo- sitifs, dans lesquels les disques claquants peuvent être serrés contre un siège, par exemple dans un ensemble à disque claquant,sans être soumis aux contraintes de cisail- lement qui viennent d'être mentionnées, seront désignés dans le reste de la description qui va suivre sous le terme de dispositifs "sans coupla" ou insensibles au couple. L'un des buts de la présente invention est de proposer des ensembles -à disque claquant sans couple ou insen- sibles au couple tels que définis ci-dessus et qui sont éga- lement aptes au moins à réduire au minimum le risque que deux ou un plus grand nombre de disques claquantssoient pla- cés accidentellement à l'intérieur de tels dispositifs pen- dant leur montage. Conformément à l'invention, un dispositif à disque claquant "sans couple" ou insensible au couple tel que défini dans la présente description et destiné à être incorporé en tant que sous-ensemble dans un détendeur appro- prié notamment pour être utilisé avec un conteneur fermé, comporte un corps de forme généraletubulaire possédant, au moins à l'une de ses extrémités, un contre-alésage formant un siège annulaire à l'intérieur du corps de ma- nière à loger au moins les régions périphériques d'un dis- que claquant, un disque claquant situé sur ledit siège et un bouchon équipé d'un perçage longitudinal et inséré à l'intérieur dudit contrealésage de manière à maintenir le disque claquant sur lesdits siège, l'agencement étant tel que le bouchon ne peut pas tourner par rapport audit corps tubulaire De préférence, le corps de forme généraletubu- laire, le disque claquant et le bouchon sont tous réalisés en un matériau métallique. Le disque claquantprésente de préférence la forme d'un disque plat, bien qu'il puisse être incurvé avant ou après son insertion dans le dispositif. De même le bord intérieur du siège est de préfé- rence arrondi de manière à éviter tout endommagement méca- nique du disque claquant lorsqu'il est incurvé soit lorsqu'il est en service, soit avant qu'il ne soit mis en service. En outre, de préférence,le bouchon fait légère- ment saillie au-delà de l'extrémité inférieure du corps et de préférence, la surface extérieure du corps est filetée de telle sorte qu'il puisse être vissé dans le carter d'un dé- tendeur du type décrit précédemment, à la manière de l'or- gane de maintien tubulaire normal Lorsqu'un ensemble con- forme à l'invention est vissé dans un tel détendeur, le bouchon s'applique contre le siège à la base du corps de telle sorte qu'il lpuisse se former un siège étanche aux fluides en tre l'extrémité inférieure du bouchon et le siège au niveau de la base du corps, et le disque claquant plat est simul- tanément comprimé entre l'extrémité opposée du bouchon et le siège au niveau de l'extrémité du contre-alésage de ma- nière à former des joints étanches aux fluides entre le bouchon et le disque et entre le disque et le siège sans qu'aucun mouvement de rotation ne soit appliqué au bouchon et sans qu'aucun couple ou aucune contrainte de cisaillement ne soit créé dans le disque. Le bouchon ou une partie de ce dernier devrait être au moins monté par pression selon un ajustage à frotte- ment-dur et de préférence être monté selon un ajustage à tolérance négative dans le contre-alésage. La saillie du bouchon au-delà de l'entrée du contre -alésage dans un ensemble monté permet la mesure de l'épaisseur du disque claquant monté dans l'ensem- ble ou de l'épaisseur totale de deux ou d'un plus grand nom- bre de disques claquants, qui peuvent avoir été insérécacci- dentellement dans ledit ensemble Une inspection soigneuse des e N S e m b 1 e S montés devrait révéler par conséquent tout ensemble ayant été assemblé avec plus d'un disque cla- quant monté à 1 ' intérieur En outre, les ensembles con- formes à la présente invention seront normalement assemblés dans des conditions plus tranquilles et moins contraignantes que par exemple cellesexistant dans un poste de remplissage de bouteilles de gaz De cette manière,non seulement il est possible de détecter des erreurs dans des ensembles confor- mes à l'invention, mais il y a moins de risques que de tel- les erreurs se produisent. Une rotation du bouchon par rapport au corps - peut être empêchée si l'on donne une forme non circulaire à la fois au bouchon et au contre alésage En outre, on peut prévoir dans le bouchon et dans le contre-alésage des rai- nures declavetage correspondantes, avec une gouaille qui est montée selon un ajustage serré dans les deux clavetage et est poussée entre le bouchon et le contre- alésage ou encore l'un de ces deux organes peut être muni d'une clavette saillanteetl'autre organe peut être équipé d'une rainure de clavette correspondante Mais de préféren- ce, le bouchon est cylindrique et est muni, sur sa surfa- "ce extérieured'une serie de stries de moletage droites s'éter dant parallèlement à l'axe longitudinal du bouchon, dont les dimensions sont telles que sur au moins une partie de sa longueur, il est introduit à force dans le contre- alésage et que lors de cette introduction à force, il découpe des -stries de moletage correspondantesdans la surface inté- rieure du contre-alésage de sorte que toute rotation est empêchée De préférence également, au moins la partie du bouchon, qui pénètre en premier dans le contre-alésage, ne comporte aucun moletage et possède un diamètre tel qu' elle se monte enajustement à frottement doux dans ce contre-alésage de telle sorte que ce dernier agit à la manière d'un guide sur le bouchon avant que les éléments du moletage mordent dans les parois du contre-perçage. Bien que l'ensemble à disque claquant confor- me à l'invention soit particulièrement approprié pour être utilisé dans un type connu de détendeur comme cela a été décrit précédemment, il ne s'agit pas là d'une nécessité. En effet, on peut utiliser un-tel ensemble dans n'impor- te quel type d'agencement dans lequel l'extrémité li- bre du-bouchon forme un jointd'étanchéité aux: fluides à l'extrémité d'un canal qui communique avec un réci- pient ou un autre conteneur contenant un fluide sous pression et dans lequel des joints d'étanchéité au flui- *de sont formés entre le bouchon et le disque claquant et entre le disque claquant et le siège au niveau de l'ex- trémité du contre-alésage. Les bouteilles de gaz comportant des détendeurs conformes à l'invention peuvent être utilisées dans un cer- tain nombre de domaines industriels et domestiques diffé- rents et peuvent être utilises pour le stockage et/ou la dis- tribution de gaz tels que du gaz carbonique et de l'oxy- gène Les bouteilles de gaz peuvent être utilisées par exemple en liaison avec le système de décharge d'ex- tincteurs d'incendie ainsi que dans des appareils de cam- ping et de chauffage domestique, dans des appareils de cuisson et dans des appareils servant à délivrer des bois- sons alcooliques et non alcooliques ainsi que dans le do- maine de la fabrication de boissons-gazeuses. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite à titre non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une coupe de l'ensemble à dis- que claquant conforme à l'invention; et la figure 2 est une vue en plan de l'ensemble de la figure 1. Sur la figure 1 on voit que l'ensemble à dis- que claquant est constitué par un corps de forme générale tubulaire 1 comportant un filetage extérieur 2, un perça- ge central aveugle 3 se terminant en 4, des organes d'aé- ration tubulaires 5, deux méplats 6 et un contre-alésage 7 Ce dernier se termine par l'étagement ou le siège 9, dont le bord inférieur est arrondi en 10 Le perçage aveu- gle 3 muni des organes d'aération latéraux 5 situés à pro- ximité de l'extrémité fermée 4 protègent le disque claquant 11 de tout endommagement accidentel par des objets, des piè- ces métalliques et analogues qui, dans le cas o le perçage 3 S'étendrait sur toute la longueur du corps, pourraient tomber dans ce dernier ou être repoussées à l'intérieur. Le siège 9 reçoit le disque claquant 11 qui est maintenu en position par le bouchon de forme générale cylindrique 12 Ce dernier est muni d'un perçage central 13 et d'une partie saillante circonférentielle 14 sur la- 2 L 35434 quelle sont formés des éléments de moletage droit (non re- présentés) s'étendant dans leur ensemble parallèlement à l'axe longitudinal du bouchon Le diamètre de la partie saillante 14 doit être tel qu'il assure un ajustement très serré dans le contre-alésage 7 de telle sorte que, lorsqu'il est repoussé coôntre le disque claquant 11, les parties au contact du moletage sont découpées dans la paroi du contre-alésage 7. Les parties du bouchon 12 situées des deux côtés de la partie saillante 14 possèdent un diamètre tel qu'ils sont montés selon un ajustement à frottement doux ou même sont montés avec ajustement libre dans le contrealésage 7 Quelle que soit l'extrémité du bouchon qui sera introduite dans le contre-perçage, cette extrémité pénétrera par conséquent aisément et agira à la manière d'un guide pour le bouchon avant que la section moletée 14 morde dans la paroi du contre-alésage 7 Cet effet est illustré d'une manière exagérée sur la figure 1, sur la- quelle le bouchon 12 a été inséré à force dans le contre- perçage, et la partie moletée 14 a mordu dans la paroi de ce dernier en formant la surface d'arrêt 8. Dans la pratique, l'ensemble représenté sur les figures 1 et 2 peut être vissé dans le boltier d'un type connu de détendeur raccordé de façon classique à une bouteille de gaz fermée ou à un conteneur semblable pouvant être mis sous pression, moyennant l'utilisation d'une clé de serrage placée sur les méplats repérés en 6 sur les figures 1 et 2. Le corps 1 et le bouchon 12 du dispositif peuvent être constitués par du laiton et le disque cla- quant Il peut être constitue par du cuivre ou du nickel façonclassique,le disque peutprésenter un diamètre de 6 mm et une épaisseur de 0,1 mm et les perçages 3 et 13 du corps et du bouchon peuvent présenter un diamètre de 3 mm, le per- çage 3 comportant un bord arrondi 10 présentant un rayon de 0,75 mm. D 5434 REVENDICATIONS 1 Ensemble à disque claquant sans couple ou in- sensible au couple, destiné à être incorporé en tant que sous-ensemble dans un détendeur approprié notamment pour être utilisé avec un conteneur fermé, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de forme généraletubulaie ( 1) comprenant à l'une de ses extrémités,un contre- alésage ( 7) qui forme un siège annulaire ( 9) à l'intérieur du corps ( 1) de manière à recevoir au moins une partie des zones périphériques d'un disque claquant ( 11), un disque cla- quant ( 11) situé sur ledit siège ( 9) et un bouchon ( 12) équipé d'un perçage longitudinal ( 13) et monté à l'inté- rieur dudit contre-alésage ( 7) de manière à maintenir le- dit disque claquant ( 11) contre ledit siège ( 9), l'agen- cement étant tel que le bouchon ( 12) ne peut pas être en- traîné en rotation par rapport audit corps tubulaire ( 1). 2 Ensemble selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le disque claquant ( 11), le corps tubu- laire ( 1) et le bouchon ( 12) sont constitués en un métal ou un alliage. 3 Ensemble selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que le bouchon ( 12) fait saillie extérieurement à partir de l'extrémité du corps ( 1)à distance du disque ( 11). 4 Ensemble selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le bouchon ( 12) et le contre-alésage ( 7) ont une forme non circulaire. Ensemble selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le bouchon ( 12) présen- te une forme cylindrique avec une pluralité de stries de moletage droites( 14) ménagzessur sa surface extérieure et s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du bouchon ( 12), et en ce que ce dernier est inséré à force dans le con- tre-alésage ( 7). 6 Ensemble selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'extrémité avant du bouchon ( 12) ne comporte aucun moletage et est insérée selonun ajustement à frottement doux à l'intérieur du contre-alésage ( 7). 7. Application d'un ensemble selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractériséeen ce qu'il est associé à une bouteille de gaz servant au stockage et à la li- vraison de gaz.