Brevet FR2544047A1 — publié le 19841012

Soupa E hydraulique pour faibles différences de pression de ga La présente invention se rapporte à une soupape hydraulique pour faibles différences de pression de gaz. Il est bien connu dans des installations mettant en oeuvre des gaz sous pression, d'utiliser des soupapes qui limitent la pression à une valeur déterminée, toute surpression au-dessus de cette pression déterminée se traduisant par un échappement de gaz. Généralement, ces soupapes comportent un clapet mobile rappelé par un ressort qui s'oppose à la pression du gaz et, qui ferme un orifice d'échappement Si la différence de pression, entre l'amont et l'aval de la soupape, s'exerçant sur le clapet devient supérieure au tarage du ressort, celui-ci s'ouvre et laisse échapper le gaz Mais ces soupapes sont peu fia- bles, et donnent surtout une erreur sur la pression d'ouverture importante, et cela d'autant plus que la différence de pression est faible, ce qui bien entendu constitue un inconvénient extrêmement gênant pour un dispositif de sécurité. Par ailleurs, il est également connu d'utiliser une colonne de li- quide pour équilibrer une pression de gaz et pour faire office de ressort, le clapet étant alors le liquide lui-même. Toutefois, l'utilisation d'une colonne de liquide comme clapet présente des inconvénients En effet, il se produit un entrainement du li- quide par le gaz à contrôler et même une projection plus ou moins complète. Or ce liquide peut-ête indésirable en aval de la soupape et son élimination totale ou partielle de ladite soupape modifiera, après une première utilisa- tion, ses caractéristiques de fonctionnement et entraînera éventuellement sa mise hors d'usage. L'invention concerne donc une soupape hydraulique qui évite les inconvénients précités et notamment la perte du liquide d'obturation, tout en étant très sûre, précise et fidèle. L'invention a ainsi pour objet une soupape hydraulique pour limi- ter une pression de gaz à une valeur prédéterminée, comportant au moins un réservoir à deux colonnes contenant un liquide sur le niveau supérieur du- quel s'exerce la pression du gaz, les deux colonnes communiquant entre- elles pour le passage du liquide et éventuellement du gaz, caractérisé par le fait que le réservoir est constitué par une enveloppe externe cylin- drique raccordée à son extrémité inférieure à une virole interne de sépara- tion également cylindrique descendant jusqu'à un niveau situé au-dessus du fond du réservoir et séparant le volume interne dudit réservoir en une co- lonne centrale et une colonne périphérique et que la soupape comporte, au- dessus du réservoir une chambre communiquant avec l'une des colonnes du ré- servoir de liquide et comprenant des moyens de séparation du mélange gaz- liquide par variation de la vitesse de passage et de direction dudit mélan- ge et de récupération du liquide, en cas de dépassement de la pression pré- déterminée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivan- te se rapportant à des modes de réalisation particuliers donnés à titre d'e- xemples et en se référant aux dessins annexés qui représentent: Figure 1: une coupe axiale d'une soupape hydraulique à simple conforme à l'invention; Figure 2 une coupe axiale d'une première variante de réali- sation; Figure 3 une coupe axiale d'une seconde variante de réali- sation d'une soupape à simple effet; Figures 4 et 5: deux coupes axiales d'une soupape hydraulique à double effet conforme à l'invention, montrant chacune le cheminement du gaz dans un sens de fonctionnement de la soupape. En se reportant tout d'abord à la figure 1, la soupape hydrau- lique à simple effet comporte une partie inférieure constituée par un réser- voir cylindrique 1 traversé en son centre par un tuyau vertical 2 qui cons- titue la prise de pression de la soupape et qui débouche à la partie supé- rieure de ladite soupape Entre l'enveloppe externe 3 du réservoir 1 et le tuyau vertical 2 est disposé une virole cylindrique 4 qui coiffe l'extré- mité supérieure du tuyau 2 et qui descend jusqu'à un niveau situé au- dessus du fond horizontal du réservoir 1 Cette virole cylindrique 4 sépare le volume interne du réservoir 1 en une colonne centrale 5 et une colonne périphérique 6 communiquant entre elles et toutes les deux remplies partiel- lement d'un liquide -dont le rôle est de fermer la soupape au gaz ou de permettre l'évacuation de ce gaz en cas de surpression La pression du gaz à contrôler s'exerce donc directement sur le niveau de liquide dans la co- lonne centrale 5. L'enveloppe externe 3 du réservoir 1 se prolonge vers le haut pour former avec la virole cylindrique 4, une chambre 7 de séparation gaz- liquide et de récupération du liquide, disposée au-dessus du réservoir 1 et communiquant d'une part avec la colonne périphérique 6 et d'autre part, à sa partie supérieure, avec un tuyau d'évacuation 8. 3 - La paroi extérieure de la chambre 7 est formée, dans le cas de la figure 1, par une succession de conduites tronconiques alternées 9 créant avec la virole cylindrique 4 des passages de section variable. A la figure 2, o l'on retrouve le réservoir cylindrique 1 divisé en deux colonnes par la virole 4, la chambre 7, dont la paroi extérieure est cylindrique, comporte une série de chicanes verticales 10 qui ménagent entre elles un passage alterné vers le haut ou vers le bas. A la figure 3, qui montre également une soupape hydraulique à sim- ple effet, la chambre 7 disposée au-dessus du réservoir 1 comporte un plus grand nombre de chicanes verticales 10 de façon à augmenter les changements de direction de mélange gaz-liquide La chicane verticale 10, la plus pro- che de l'arrivée du mélange dans la chambre 7, est percée sur une partie de sa surface de petits orifices Il de section ronde ou rectangulaire De plus entre les chicanes verticales 10 sont rapportées des chicanes planes 12 pla- cées dans des plans inclinés par rapport à un plan horizontal, et qui ne couvrent qu'une portion de tour de la chambre 7 Le fond de la chambre 7, légèrement incliné, est raccordé à la colonne périphérique 6 du réservoir l par un petit canal annulaire 13. Le fonctionnement des soupapes à simple effet décrites ci-dessus est le suivant: En l'absence de pression, le liquide contenu dans le réservoir 1 est au même niveau dans la colonne centrale 5 et la colonne périphérique 6. Si la pression détectée par le tuyau 2 augmente, le liquide va descendre dans la colonne centrale 5 et augmenter dans la colonne périphérique 6, le liquide équilibrant cette augmentation Lorsque cette pression dépasse une certaine valeur, telle que le niveau du liquide dans la colonne centrale 5 atteigne et dépasse légèrement l'extrémité inférieure de la virole 4, le gaz va s'échapper sous forme de bulles avec un entraînement plus ou moins intense du liquide suivant la surpression. Le mélange gaz-liquide va donc traverser une succession de varia- tions de sections (figure 1) ou subir des changements de direction (figures 2 et 3) ce qui a pour effet de ralentir et d'accélérer l'ensemble gaz- liquide et d'assurer ainsi une séparation du liquide avec le gaz qui s'é- chappe par le tuyau-8, le liquide étant récupéré et ramené par gravité dans le réservoir 1. Dans le cas de la figure 3, le mélange gaz-liquide subit, en plus des changements de direction verticaux, un trajet partiellement circulaire par les chicanes planes 12 ce qui a pour effet de centrifuger les goute- lettes liquides et d'assurer une séparation totale. La soupape hydraulique à double-effet représentée aux figures 4 et 5 comporte également une partie inférieure constituée par un réservoir cylindrique 1 traversé en son centre par un tuyau vertical 2 Ce réservoir 1 est séparé par une virole cylindrique 4 en une colonne centrale 5 et une colonne périphérique 6 communiquant entre elles et toutes les deux remplies partiellement d'un liquide. La chambre 7 de séparation gaz-liquide et de récupération du li- quide, disposée au-dessus du réservoir 1 est divisée en deux compartiments distincts 7 a-7 b placés l'un au-dessus de l'autre Le compartiment supérieur 7 a communique d'un côté avec le tuyau 2 d'arrivée de gaz et de l'autre côté avec la colonne centrale 5 du réservoir 1 Le compartiment inférieur 7 b com- munique d'un côté avec la colonne périphérique 6 du réservoir 1 et de l'au- tre côté avec un autre tuyau 8 d'arrivée de gaz Chaque compartiment 7 a-7 b comporte une série de chicanes verticales 10 et une série de chicanes pla- nes 12 intercalées entre les chicanes verticales Les chicanes verticales de chaque compartiment, les plus proches de l'arrivée du mélange gaz- liquide sont percées sur une partie de leur surface de petits orifices ll de section ronde ou rectangulaire Enfin le fond incliné du compartiment su- périeur 7 a est raccordé avec la colonne centrale 5 du réservoir 1 par un pe- tit canal annulaire 20, et le fond incliné du compartiment inférieur 7 b avec la colonne périphérique 6 par un petit canal annulaire 21. Si la pression détectée en A par le tuyau 2 (figure 4) est supé- rieure à la pression en B, le liquide va descendre dans la colonne centrale 5 et monté dans la colonne périphérique 6. Si cette différence de pression dépasse une certaine valeur, tel- le que le niveau de liquide atteigne et dépasse légèrement la partie infé- rieure de la virole 4, le mélange gaz-liquide va s'échapper et traverser le compartiment inférieur 7 b Le cheminement du mélange dans le compartiment 7 b est donc ascendant, descendant, hélicoïdal et ainsi de suite, ce qui pro- voque une séparation du liquide avec le gaz Le gaz s'échappe par le tuyau 8 en contournant le compartiment supérieur 7 a, tandis que le liquide ainsi recueilli, redescend par gravité dans la colonne périphérique 6 du réser- voir 1 par le petit canal 21. Inversement, si la pression détectée en B par le tuyau 8 (figure ) est supérieure à la pression en A, le liquide va descendre dans la colon- ne périphérique 6 et monter dans la colonne centrale 5 Si cette différence de pression dépasse une certaine valeur, le mélange gaz-liquide va traver- 2544 Q 47 ser le comnartimsnt supérieur 7 a, provoquant ainsi une séparation du liqui- de avec le gaz Le gaz s'échappe donc par le tuyau 2, et le liquide redes- cend dans le réservoir 1 par le petit canal 20. Cette soupape à double effet trouve plus particulièrement son ap- Dlicatioa dans les réacteurs à neutrons rapides. En effet, dans ces derniers, le sodium de la cuve principale est surmonté d'un gaz neutre en général de l'argon qui doit être épuré par sui- te de la présence d'aérosols de sodium et de produits de fission Du gaz est donc prélevé, dans cette partie supérieure appelée ciel de pile, et après filtration passe dans des réservoirs, puis dans un piège d'épuration et après recompression est renvoyé dans le ciel de pile. Toutefois, le niveau de sodium est soumis à des variations de ni- veau par suite des variations de température, donc des variations volumi- ques du sodium qui en résultent Au démarrage, la pression dans le ciel d'argon augmente Par contre lors d'un arrêt rapide le niveau va redes- cendre Une régulation existe, mais si cette dernière tombe en panne, ou si un tuyau de l'épuration vient à se boucher avant le filtre, il est néces- saire de disposer d'un dispositif de sécurité qui évite un dépassement dan- gereux de la pression dans un sens positif mais aussi négatif De telle sou- papes hydrauliques sont alors indispensables, soit en permettant à l'argon de s'échapper directement par exemple vers les réservoirs du circuit d'épu- ration, soit au contraire d'admettre du gaz de ces réservoirs dans le ciel de pile Dans cet exemple d'application, le liquide de fermeture utilisé dans les soupapes est de l'alliage sodium-potassium. Cette soupape hydraulique à double effet, fonctionne donc dans les deux sens, les pressions d'ouverture dans un sens ou dans l'autre peuv- ent être égales ou différentes, suivant les volumes des colonnes de liquide du réservoir. Les liquides de fermeture peuvent être très variés et adaptés par exemple aux conditions de fonctionnement, différences de pression, types de gaz, ou températures Outre l'alliage de sodium-potassium, le sodium lui- même réchauffé peut-être utilisé, ainsi que des alliages denses à bas point de fusion, du type Darcet, mais aussi du mercure, des huiles silicone, de l'eau ou des liquides organo-métalliques lourds. De plus, il est souhaitable que les surfaces des chambres de séparationrécupération du liquide aient subi un traitement de surface ou soient telles que le liquide ne mouille pas sur elles. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples, mais elle couvre éga- lement les réalisations qui n'en déffêraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents, notamment en ce qui concerne la forme et les dimensions des chambres de séparation- récupération. REVENDICATIONS 1 Soupape hydraulique pour limiter une pression de gaz à une va- leur prédéterminée comportant au moins un réservoir à deux colonnes conte- nant un liquide sur le niveau supérieur duquel s'exerce la pression du gaz, les deux colonnes communiquant entre-elles pour le passage du liquide et é- ventuellement du gaz caractérisée par le fait que le réservoir ( 1) est cons- titué par une enveloppe externe cylindrique ( 3) raccordée à sonextrémité inférieure à une virole interne également cylindrique ( 4) de séparation des- cendant jusqu'à un niveau situé au-dessus du fond du réservoir et séparant le volume interne dudit réservoir en une colonne centrale ( 5) et une colon- ne périphérique ( 6), et que la soupape comporte, au-dessus du réservoir ( 1) une chambre ( 7) communiquant avec l'une des colonnes ( 5-6) du réservoir de liquide et comprenant des moyens de séparation du mélange gaz-liquide par variation de la vitesse de passage et de direction dudit mélange dans la chambre de séparation et de récupération du liquide, en cas de dépassement de la pression prédéterminée - 2 Soupape hydraulique selon la revendication l caractérisée par le fait que la chambre ( 7) est divisée en deux compartiments distincts ( 7 a-7 b) disposés l'un au-dessus de l'autre, communiquant chacun d'un côté avec l'une des colonnes ( 5-6) du réservoir ( 1) et de l'autre c 8 té avec un tuyau d'échappement ( 2-8) et comprenant chacun des moyens de séparation du mélange gaz-liquide et de récupération du liquide, en cas de dépassement de la pression prédéterminée. 3 Soupape hydraulique selon la revendication-l caractérisée par le fait que les moyens de séparation du mélange gaz-liquide et de récupéra- tion du liquide sont formés par une succession de conduites tronconiques al- ternées ( 9) créant avec la virole ( 4) des sections de passage variable. 4 Soupape hydraulique selon les revendications 1 et 2 caractéri- sée par le fait que les moyens de séparation du mélange gaz-liquide et de récupération du liquide sont formés par des chicanes verticales ( 10) ména- geant entre elles un passage alterné vers le haut ou vers le bas. Soupape hydraulique selon la revendication 4 caractérisée par le fait qu'entre les chicanes verticales ( 10) sont rapportées des chicanes planes ( 12) légèrement inclinées par rapport à l'horizontale, ne couvrant qu'une portion de tour de la chambre ( 7) et communiquant au mélange gaz li- quide un mouvement giratoire. 6 Soupape hydraulique selon la revendication 4 caractérisée par le fait que la chicane verticale ( 10), la plus proche de l'arrivée du mélan- ge gaz-liquide est percée sur une partie de sa surface de petits orifices ( 11) de section ronde ou rectangulaire. 7 Soupape hydraulique selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le fond incliné, de la chambre ( 7) est raccordé par un petit ca- nal annulaire ( 13) avec la colonne périphérique ( 6) du réservoir ( 1). 8 Soupape hydraulique selon la revendication 2 caractérisée par le fait que le fond incliné du compartiment supérieur ( 7 a) de la chambre ( 7) est raccordé par un petit canal annulaire ( 20) avec la colonne centrale ( 5) du réservoir ( 1) et le fond légèrement incliné du compartiment infé- rieur ( 7 b) par un petit canal annulaire ( 21) avec la colonne périphérique ( 6). 9 Soupape hydraulique selon la revendication 2 caractérisée par le fait que les pressions d'ouverture peuvent être différentes et ajustées en faisant varier les sections des colonnes centrales et périphériques ( 5-6) du réservoir ( 1). Soupape hydraulique selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le liquide du réservoir ( 1) est par exemple un alliage sodium- potassium ou un alliage à bas point de fusion, ou du mercure ou encore des huiles silicone, de l'eau, ou des liquides organo-métalliques lourds.