Brevet FR2525317A1 — publié le 19831021

DISPOSITIF DE v Ac CURITE CONTRE LES SURPRESSIONS EN PARTICULIER POUR LES APPAREILS DE CONTROLE DE PRESSION DE GAZ La présente invention se rapporte à un dispositif de sécurité con- tre les surpressions d'un fluide liquide ou gazeux, dans lequel une valve de sécurité interposée dans une conduite d'alimentation principale pour le fluide, est susceptible d'être actionnée par unorgane d'actionnement char- gé par un ressort et monté dans un corps, tel qu'une membrane, tandis que la pression à contrôler peut être amenée dans ce corps par une conduite d'entrée. Dans les réseaux de distribution de gaz un appareil de contrôle de la pression du gaz est prévu entre le réseau de transport à haute pression et chacun des réseaux de distribution à basse pression, ledit appareil de contrôle réduisant la haute pression de gaz en une pression convenable pour les consommateurs Si cette pression devient trop élevée par suite c'une uéfaillance de l'appareil de contrôle du gaz, les appareillages, les conduites et les raccordes des consommateurs risquent de ne pas pouvoir faire face à cette pression, et il risque de s'ensuivre des ruptures de conduites et/ou d'appareillages, des explosions et des incendies. Des dispositifs de sécurité pour prévenir ces défaillances sont connus De tels dispositifs de sécurité peuvent être utilisés non seule- ment pour les réseaux de distribution de gaz, mais d'une façon générale, pour contrôler des pressions de fluide. Les dispositifs de sécurité connus sont construits de telle façon qu'un mécanisme de contrôle soit relié à la valve de sécurité dans la conduite principale d'alimentation en fluide, ledit mécanisme de contrôle étant assemblé dans un corps avec un accouplement débrayable et d'autres éléments mécaniques ainsi que le clapet de valve pour former un ensemble. Dans cet appareillage, la force de réaction d'un ressort de fermeture agit sur l'accouplement de debrayable qui, au cours du service normal, est maintenu en position verrouillée, ladite liaison de verrouillage étant aégagée lorsque la pression approche de sa valeur limite Le mécanisme de contrôle et les autres éléments mécaniques sont reliés dans ce mode de réalisation à l'accouplement de dégagement au moyen d'une tige de valve de telle façon qu'ils soient ouverts dans la position engagée et fermés dans la position dégagée. Un inconvénient de ce mode de réalisation simple réside dans le fait que la force de fermeture des éléments d'actionnement en position ouverte agit sur l'accouplement de dégagement Lorsque la force de fermeture augmen- te, les forces de frottement peuvent devenir si importantes que la préci- sion du dégagement est influencée de façon très défavorable Ceci peut même conduire à une situation telle que le dispositif de sécurité ne ferme pas l'alimentation en gaz lorsque la défaillance se produit. Le point de dégagement de ce dispositif est effectivement déter- miné par la force de réaction d'un ressort taré à une valeur limite pré- déterminée et par la friction au repos qui se produit dans le mécanisme de dégagement Alors que la force de réaction du ressort qui a été ajustée à la valeur limite reste sensiblement inchangée après son réglage et par- faitement reproductible à chaque opération, la force de frottement peut échapper à tout contrôle,en particulier s'il existe une hystéresis dépen- dant de la direction du déplacement Afin de maintenir la dérive du point de dégagementaprès son ajustement,à la valeur la plus petite possible, la force de frottement sur lequel on ne peut pas jouer doit être aussi pe- tite que possible. L'invention vise à pallier les insuffisances et les inconvénients des dispositifs selon l'art antérieur et à réaliser un dispositif de sécu- rité dans lequel le signal de contrôle tel qu'issu du mécanisme de com- mande est directement converti en un signal d'actionnement pour les organes d'actionnement et n'est pas influencé par les valeurs incertaines des forces de frottement. Ceci est réalisé,selon l'invention du fait que la conduite d'entrée de la pression à contrôler est reliée à une chambre de mesure de la seconde membrane de mesure qui est fixée à une valve de contrôle qui, en position fermée, obture la communication entre une source de fluide d'actionnement et une chambre d'actionnement de la première membrane ou membrane d'ac- tionnement et en ce qu'il est également prévu une conduite de liaison entre la chambre de mesure et la chambre d'actionnement correspondant à ces deux membranes. Le mode de réalisation selon l'invention présente de nombreux avantages: le dispositif de contrôle est beaucoup plus simple sur un plan structurel, présente une grande précision par suite de l'élimination des forces de frottement et est ainsi beaucoup plus fiable en service. Selon un autre mode de réalisation du dispositif de sécurité selon l'invention, une deuxième valve de contrôle est reliée à la première mem- brane ou membrane d'actionnement et est apte à obturer une ouverture prévue dans le corps entre la chambre d'actionnement de ladite membrane et une conduite reliée à la source de fluide d'actionnement. Le temps de réaction du dispositif de sécurité est ainsi réduit, en particulier selon le mode de réalisation préféré dans lequel la sec- tion transversale de l'ouverture de commande de la deuxième valve de com- mande est sensiblement plus grande que celle de l'ouverture de commande ou de contrôle de la première valve de commande ou de contrôle mentionnée précédemment. Le corps peut comporter une ou plusieurs conduites qui débouchent dans la chambre d'actionnement de la membrane d'actionnement et sont reliées à un contacteur ou à un piston pneumatique servant à actionner la valve de sécurité dans la conduite d'alimentation en fluide. Si la pression de sortie réduite est suffisamment élevée pour ac- tionner la valve de sécurité dans la conduite principale d'alimentation en fluide, selon un autre mode de réalisation de l'invention, une deuxième valve de commande peut être reliée à la membrane d'actionnement, ladite valve étant interposée sur la conduite de liaison entre la chambre de me- sure et la chambre d'actionnement des deux membranes, une deuxième con- duite de liaison étant prévue entre lesdites chambres et la première valve de commande étant interposée sur ledit conduit. Dans ce mode de réalisation, la section transversale de l'ouver- ture de commande de la seconde valve de commande est de préférence sensi- blement plus grande que celle de l'ouverture de commande de la première valve de commande. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lec- ture de la description de différents modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé o: la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'une valve selon l'invention représentée en position ouverte; la figure 2 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation de l'invention convenant pour actionner des pistons pneu- imatiques; la figure 3 est une coupe parallèle aux membranes, selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation. Dans le mode de réalisation selon la figure 1, la pression de sor- tie c'est-à-dire la pression telle que réduite par un détendeur non repré- senté, est transmise librement via une conduite de mesure ou d'alimentation 1, un claoet-anti-retour 3 comportant un sigéne 2 et un ressort de fermeture 4 et une conduite 5, à une chambre de mesure 6 et à une chambre d'actionne- ment 7 Le mécanisme de commarnde comporte un couvercle de membrane 8 fixé au corps de commande 11 pour serrer une membrane 10 sur sa périphérie. L'espace compris entre le couvercle de membrane 8 et le corps de commande 11 est divisé par la membrane 10 en une chambre de mesure 6 et en une chambre de membrane 9 Sur sa face supérieure, la membrane 10 est repoussée vers le bas par un ressort de compression 12 qui est en appui sur un écrou de réglage 13. La face inférieure de la membrane de mesure 10 est soumise à la pression de sortie Une valve de commande 14 est fixée au centre de cette membrane et coopère avec une ouverture de commande 15 dans le corps de commande En service normale, la valve 14 est fermée c'est-à-dire qu'elle obture l'ouverture de commande 15 qui est reliée par une conduite 16 pré- vue dans le corps de comlande,à une conduite 17 de pression de fluide ou de comnmande. Le mécanisme d'actionnement tel que représenté pour la valve dans la conduite principale 24 comporte une membrane roulante 20 et son cou- vercle 18, pour la serrer à sa périphérie sur le corps 11 L'espace déli- mite entre le couvercle 18 et le corps de commande 11 est divisé par la membrane 20 en une chambre d'actionnement 7 et une chambre de membrane roulante 19 Sur sa face supérieure, la membrane roulante '20 est soumise, dans les conditions de service normalesjà la pression de sortie La face inférieure de la membrane 20 est soumise à l'effort de réaction d'un ressort de compression 21 La partie mobile de la membrane 20 est fixée à une tige de valve 22 qui traverse un manchon de guidage 23 étanche au gaz à l'intérieur de la chambre de valve dans la conduite principale 24. Le clapet de valve est fixe à la tige de valve 22 à l'intérieur de la chambre de valve Par suite de la poussée du ressort de compression 21, le clapet de valve 25 est maintenu en position ouverte par rapport à un siège de valve non représenté. Le dispositif de sécurité fonctionne de la façon suivante avec son système de dégagement et son mécanisme d'actionnement. Le clapet de valve 25 est maintenu en position ouverte par la force de réaction du ressort de compression 21 et se déplace vers le haut jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec la face inférieure du manchon de guidage 23 Le ressort de compression 21 se détend ainsi jusqu'à une valeur de sa force de réaction qui est supérieure à la force provoquée par la pression de sortie maximum admissible dans la conduite 1 (laquelle pression règne dans la chambre d'actionnement 7)agissant sur la surface de la membrane roulante 20 Cette force est en même temps inférieure à la force provoquée par la pression de commande minimum admissible(qui règne dans la conduite de commande 17)agissant sur la surface de la membrane 20. La valve de commande 14 est fermée par le ressort de compression 12 d'nd il s'ensuit que l'ouverture de commande 15 est fermée Au moment de la fermieture de l'ouverture de commande 15, le ressort de compression 12 se détend jusqu'à une valeur de sa force de réaction qui est supérieure à la force provoquée par la pression de sortie nominale dans la conduite 1 agissant sur la surface de la membrane, c'est-à-dire la pression pour laquelle le dispositif de commande ne doit pas fonctionner. Si la pression de sortie dépasse la valeur limite tarée, le mécanisme de commande décharge la pression de fluide d'o il s'ensuit que le clapet 25 de la valve est fermé La différence de force entre la force de réaction du ressort de compression 12 d'une part et la surpression de sortie agissant sur la surface de la membrane 10 d'autre part, déplace la valve de commande 14 vers le haut lorsque la pression augmente d'o il s'ensuit que l'ouverture de commande 15 est ouverte Le fluide arrivant dans la conduite de commande 17, tel qu'un gaz ou un liquide, peut alors entrer dans la chambre de mesure 6 et repousser la membrane 10 à nouveau vers le haut à l'encontre de la force de réaction du ressort 12 par suite de la pression plus élevée du fluide entrant qui s'écoule par le conduit vers la chambre d'actionnement 7 de la membrane roulante 20 Ensuite, sous l'influence de la différence des forces entre celle provoquée par la pression du fluide entrant agissant sur la surface de la membrane rou- lante 20 d'une part et la force de réaction du ressort de compression 21 d'autre part, la membrane roulante 20 se déplace vers le bas et provoque ainsi l'application du clapet 25 sur son siège Par suite de la différence de pression dans le conduit 5 entre la pression du fluide entrantd'une part, et la Dression de sortie dans la conduite de mesure 1 d'autre part, le clapet anti-retour 3 est fermé. Le retour du dispositif de sécurité dans les conditions de service nonnales est réalisé par llégalisation des pressions des deux côtés du clapet 25 Ensuite, la conduite de commande 17 est mise à l'échappement d'o il s'ensuit que la pression dans la chambre d'actionnement 7, le conduit 5, l'ouverture de commande 15 et le conduit 16 décroît et que le clapet de valve 25 est déplacé vers le haut sous l'effet de la force de réaction du ressort de compression 21 Ainsi, le passage est rétabli pour le fluide dans la conduite principale 24 Par suite de la diminution de pression dans la chambre de mesure 6, la membrane 10 ferme la valve de com- mande 14 sous l'influence du ressort 12 de façon à fermer l'ouverture de coimmande 15 En méême temps, l'effort de fermeture du clapet anti-retour 3 sur son siège 2 diminue. Les figures 2 et 3 représentent une modification du premier mode de réalisation selon la figure 1 dans lequel les mêmes repères de réfé- rence ont été utilisés pour les parties correspondantes à celle de la figure 1. Dans ce mode de réalisation modifié, le corps de commande 11 com- porte une deuxième ouverture de commande 26 qui est reliée à la conduite proloncée 16 du conduit de commande 17 L'ouverture de commande 26 peut être obturéepar un clapet de commande 27 qui est fixé à la membrane rou- lante 20 De plus, le corps de commande comporte un ou plusieurs conduits additionnels qui sont au nombre de deux( 28 et 29)dans le niode de réalisa- tion représenté (voir la figure 3) et auxquels on peut relier des apnareils de commande (non représentés) tels que des valves à actionnement pneuma- tiques, des vérins ou autres Le ressort 21 est taré ou réalisé de telle façon que la pression du fluide entrant dans laconduite 16,combinée à la pression de sortie dans la chambre 7 n'excède pas la force de réaction du ressort 21 Ainsi, en position de repos, le clapet de commande 27 est en contact avec l'ouverture de commande 26 Si la pression de sortie dans la chambre de mesure 6 dépasse la valeur limite taree par le ressort 12, la valve de commande 14 est ouverte Ainsi, le fluide entrant dans la conduite 16 pénètre dans la chambre de mesure 6 et dans la chambre d'ac- tionner,ent 7 et dépasse la force de réaction du ressort 21 de telle façon que la membrane roulante se déroule et que le clapet de commande 27 libère - l'ouverture de comnàiande 26 Du fait que la section transversale de l'ou- verture de conxmmande 26 est sensiblement plus grande que celle de l'ouverture de commande 15, les chambres 6 et 7 sont remplies rapidement par le fluide entrant qui atteint les conduits 28 et 29, lesquels en retour transmettent la pression aux appareils de contrôle qui leurs sont reliés tels que des vérins à air comprimé. L'avantage de ce second mode de réalisation réside dans le fait que la durée d'actionnement du dispositif est très courte Pour ramener le dispositif de sécurité dans les conditions de service normales, le conduit de commande 17 doit être mis à l'échappement. Un autre mode de réalisation est représenté à la figure 4, o les numéros de repère correspondent à des parties qui se trouvent dans les premiers modes de réalisation Ce mode de réalisation modifié peut être utilisé dans les cas o la pression de sortie dans le conduit de mesure 1 est suffisamment élevée pour permettre d'actionner la valve de sécurité dans le conduit principal 24 en dépassant l'effort de réaction du ressort de compression 12 Ainsi, la liaison du fluide entrant dans la conduite 17 vers la conduite 16 neut être supprimée ou peut être utilisée pour une liaison externe d'un piston pneumatique d'actionnement C'est pourquoi la conduite 16 a été représentée sur la figure 4 obturée oar un bouchon. Dans ce mode de réalisation, la conduite 5 amenant la pression de sortie estniunie d'une ouverture de coi imande 30 sur laquelle est susceptible de venir s'appliquer un clapet de commande 31 qui est fixé à la membrane roulante De plus, la conduite 16 est reliée par un conduit 32 dans le corps de comn"ande a la chambre 7 Ddns ce cas, le ressort 21 doit être taré à une valeur telle que la pression de sortie qui peut agir sur la valve de commande -31 produise une force plus faible que la force de réaction du ressort. Ainsi, en position de repos, le clapet 31 de la valve de commande reste en appui sur l'ouverture de commande 30. Si la pression de sortie dans la chambre de mesure 6 provoque une force qui dépasse la force de réaction au ressort 12 précédemment taré, le clapet 14 de la valve de commande se dégage de l'ouverture de commande et il s'ensuit que la pression de sortie se transmet par les conduits 16 et 32 à la chambre d'actionnemient 7 Ainsi la membrane roulante 20 se déroule et le clapet 31 de la valve de commande se dégage de l'ouverture de commande 30 de telle façon que la pression de sortie peut se transmettre par l'ouverture de commande 30 dont la section transversale est sensible- ment plus importante que celle de l'ouverture de commande 15 Ainsi, la membrane roulante 20 est rapidement déroulée et peut à nouveau influencer l'appareil de conuuande tel qu'une valve ou la tige de valve 22 du clapet de valve 25 Pour ram Iener le dispositif dans les conditions normales de fonctionnement, le conduit d'alimentation 1 est mis à l'échappement Il est bien wévident que la membrane d'actionnement de la valve d(e sécurité peut être également constituée par une membrane plane au lieu d'une mem- brane roulante en particulier si la course d'actionnement à réaliser est faible o même également par un piston s'il est nécessaire d'effectuer une course importante. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité contre les surpressions d'un fluide li- quide ou gazeux dans lequel une valve de sécurité interposée dans un con- duit principal d'alimentation en fluide est susceptible d'être actionnée au moyen d'un organe d'actionnement chargé par un ressort et monté dans un corps tel qu'une membrane, la pression à contrôler étant amenée par une conduite d'entrée dans le corps, caractérisé en ce que ledit conduit d'en- trée ( 1, 5) est relié à une chambre de mesure ( 6) délimitée par une deu- xième membrane ( 10) ou membrane de mesure à laquelle est fixé un organe d'obturation d'une valve de commande tel qu'un clapet ( 14), ladite valve obturant, en position fermée, la liaison entre une source de fluide d'action- nement et une chambre d'actionnement ( 7) délimitée par une première membrane ( 20) ou membrane d'actionnement, et en ce qu'un conduit de communication est prévu entre la chambre de mesure ( 6) et la chambre d'actionnement ( 7) respec- tivement délimitées par les deux membranes ( 10 et 20). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un clapet ( 27) d'une deuxième valve de commande est fixé à la première mem- brane ( 20) et est prévu pour obturer une ouverture ( 26) ménagée dans le corps entre la chambre d'actionnement ( 7) de ladite membrane et un conduit ( 16) relié à la source de fluide d'actionnement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de la section transversale de l'ouverture de commande ( 26) coopé- rant avec le clapet ( 27) de la deuxième valve de conunande est sensiblement plus grande que celle de l'ouverture de commande ( 15) de la première valve de commande ( 14). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps comporte une ou plusieurs conduites ( 28, 29) débouchant sur la cham- bre d'actionnement ( 7) delimitéepar la membrane d'actionnement ( 20) et reliées à un commutateur ou à un piston pneumatique servant à l'actionne- ment d'une valve de sécurité ( 25) prévue dans la conduite d'alimentation en fluide. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un clapet ( 31) d'une deuxième valve de commande est fixé à la membrane d'ac- tionnement ( 20) et est interposé dans la conduite de liaison ( 5) entre la chambre de mesure ( 6) et la chambre d'actionnement ( 7) délimitées par les membranes ( 10) et respectivement ( 20), un deuxième conduit de liaison ( 32) étant prévu entre lesdites chambres ( 6 et 7) et le canal sur lequel est disposée la première valve de commande ( 14). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface transversale de l'ouverture de coninande ( 30) coopérant avec le clapet ( 31) de la deuxième valve de commande est sensiblement plus grande que celle de l'ouverture de commande ( 15) de la première valve de comman- de ( 14). 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un contacteur pneumatique tel qu'une valve à deux voies reliée à la chambre d'actionnement ( 7) de la membrane d'actionnement ( 20) est prévue à l'in- térieur du corps. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un conduit ( 32) relié à la chambre de mesure ( 6) délimitée par la membrane de mesure ( 10) est relié à l'intérieur du corps à une ouverture de la valve pneumatique.