Brevet FR2538493A1 — publié le 19840629

La présente invention se rapporte à une soupape de sûreté à pilotage intégré. Une soupape de sûreté est disposée sur une enceinte contenant un fluide sous pression Elle-per- met de limiter la pression régnant à l'intérieur de cette enceinte En cas de surpression, la soupape s'ouvre, ce qui permet l'évacuation hors de l'enceinte d'une quantité de fluide, et par conséquent la lim:ta-, tion de la pression à l'intérieur de cette dernière. On connaît, dans l'art antérieur, les soupa- pes de sûreté encore appelées clapets de surpression. Elles comportent un clapet, constitué par exemple par une bille, obturant un orifice -et maintenu sur son siège par un piston d'appui poussé par un ressort La force exercée par le ressort est réglable à l'aide d'une vis qui le comprime plus ou moins De cette ma- nière, il est possible de régler la pression à partir de laquelle la bille se soulève sur son siège Une telle soupape est montée sur la paroi d'une enceinte contenant un fluide sous pression Lorsque la pression à l'intérieur de cette enceinte dépasse une valeur déterminée, la bille se soulève et le fluide contenu dans l'enceinte s'écoule à l'extérieur de celle-ci On évite ainsi les risques d'avaries qui pourraient sur- venir en cas de surpression dans l'enceinte considé- rée. Un inconvénient de tels clapets de surpres- sion réside dans le fait qu'ils réagissent instantané- ment aux variations de la pression régnant à l'inté- rieur de l'enceinte Il en résulte de nombreux déclen- chements du clapet, même pour évacuer une quantité de fluide très limitée Le phénomène de battement du cla- pet qui s'ensuit peut aboutir à une détérioration du siège de ce dernier. Les soupapes de sûreté à pilotage remédient à cet inconvénient Elles comportent un clapet princi- pal, par lequel le fluide est évacué hors de l'encein- te, et un dispositif de pilotage L'ouverture du cla- pet principal est commandée par le dispositif de pilo- tage qui est réglé sur la valeur de la pression ré- gnant à l'intérieur de l'enceinte. Grâce à cette disposition, les soupapes à pilotage fonctionnent en tout ou rien: le clapet principal est soit ouvert, soit fermé, sans position intermédiaire Ainsi, les risques de battement sont limités et la durée de vie de la soupape est accrue. Les soupapes à pilotage actuellement con- nues comportent des dispositifs de pilotage extérieurs raccordés par des canalisations au corps de soupape. Il en résulte une augmentation de l'encombrement de la soupape qui devient plus vulnérable aux chocs et dont la réalisation est plus complexe. L'invention remédie à ces inconvénients. Elle concerne une soupape à pilotage intégré qui con- serve les avantages des soupapes à pilotage connues et qui, en outre, remédie à leurs inconvénients énoncés ci-dessus. La soupape de sûreté à pilotage intégré de l'invention comprend: un corps de soupape cylindrique dont une extrémité communique, d'une part, avec l'enceinte sous pres- sion, et, d'autre part, avec l'atmosphère, par deux ouvertures séparées par le siège d'un clapet, et, l'autre extrémité est fermée pour déterminer une chambre, une soupape disposée dans le cylindre et comportant une tige dont l'une des extrémités est solidaire d'un clapet, dit principal, apte à obturer le siège, et l'autre extrémité est solidaire d'un piston cou- lissant, de manière étanche, dans la chambre, des moyens pour appliquer élastiquement le clapet principal sur le siège, un passage établissant une communication entre la chambre et l'enceinte sous-pression, des moyens pour obturer ledit passage. Elle se caractérise en ce que le passage est réalisé par un canal traversant la soupape suivant son axe, et en ce qu' elle comporte un or'ifice calibré met-z. tant la chambre en communication avec r'atmosphère. Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens pour obturer ledit: passage sont constitués par une aiguille logée dans le canal axial, par un- rétrécissement formé dans ledit passage et déterminant un siège pour l'aiguille, et par des moyens élastiques pour appliquer l'aiguille sur son siège. De préférence encore, la soupape est prolon- gée du c 8 té de la tête de soupape par un tube plongeur' qui a pour but de réduire l'influence de l'échappement tourbillonnaire du fluide hors de l'enceinte sur-l'ai- guille allongée. Selon un mode de réalisation perfectionné, la soupape de l'invention comporte des moyens pour ob- turer l'orifice de la chambre lorsque la soupape est en position fermée Ceci permet de maintenir dans la chambre une pression égale à la pression régnant dans l'enceinte Ces morens sont de préférence constitués. par un pointeau obturateur coulissant sur la soupape, l'entrée de l'orifice formant un siège pour ledit pointeau, ce dernier étant maintenu élastiquement en appui sur ce siège, le pointeau comportant en outre une partie saillante entraînée par la soupape dans son mouvement d'ouverture de manière à soulever le poin- teau obturateur de son siège lorsque la soupape est en position ouverte. D'autres caractéristiques et avantages de la description apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif et nullement limitatif, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention comportant des moyens pour. obturer l'orifice de la chambre lorsquella soupape est en position fermée. On a représenté sur la figure 1 un premier mode de réalisation de l'invention La soupape de sû- reté, désignée par la référence générale 2, comprend un corps de soupape 4 fixé sur la paroi 6, représentée en trait mixte, d'une enceinte à l'intérieur 12 de laquelle est contenu un fluide sous pression Le corps 4 comporte un cylindre 8 A son extrémité 8 a, le cylindre est en communication avec l'intérieur 12 de l'enceinte 6 par des ouvertures 10 L'extrémité oppo- sée 8 b du cylindre est fermée et détermine une chambre cylindrique 13 Selon l'invention un orifice de faible section 14 est prévu dans la paroi du cylindre 8 de manière à mettre la chambre 13 en communication avec l'atmosphère La section de passage de l'orifice 14 peut être réglée au moyen d'une vis, par exemple une vis pointeau 16 On réalise ainsi un orifice calibré Entre les extrémités 8 a et 8 b du cylindre, on trouve une paroi radiale 18 comportant un passage cen- tral 20, et une deuxième paroi radiale 22 comportant un trou central 24 dont les bords forment un siège 26 pour le clapet principal de la soupape Entre les pa- rois 18 et 22 on trouve un passage de communication avec l'atmosphère Dans l'exemple de réalisation re- présenté, le corps de soupape 4 comporte une conduite 27 perpendiculaire à l'axe longitudinal du cylindre 8 et munie d'une bride 28 permettant son raccordement à une autre canalisation (non représentée). A l'intérieur du corps de soupape 4, on trouve une soupape 30 Elle se compose d'une tige 32, -5 d'un clapet 34 solidaire de la tige 32 et d'un piston 36 également solidaire de la tige 32. Lorsque le clapet 34 est appliqué sur le siège 26, l'enceinte sous pression 6 est fermée de manière étanche Au contraire, lorsque le clapet sou- pape 34 est soulevé de son siège, l'intérieur 12 de l'enceinte est en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire des trous de passage 10, comme le mon- trent les flèches 38, puis par la canalisation 27. Le piston 36 est apte à coulisser dans le cylindre 8 Il comporte des moyens d'étanchéité, par exemple des segments 40 disposés dans des gorges de manière à réaliser une étanchéité entre la paroi inté- rieure du cylindre 8 et le piston La soupape 30 est rappelée en position fermée, c'est-à-dire vers le haut dans l'exemple représenté sur la figure 1, par un ressort de rappel 42 Ce ressort, qui entoure la tige 32, prend appui à l'une de ses extrémités sur la paroi 18 et à son autre extrémité sur la face inférieure 36 a du piston 36 On remarque également la présence d'un passage de communication 14 a entre le canal 14 et l'espace annulaire 43 contenant le ressort 42 Le canal 14 a a pour fonction de permettre l'évacuation de l'air contenu dans ce volume lors de l'ouverture de la soupape, c'est-à-dire de son mouvement vers le bas, afin de ne pas le comprimer, ce qui s'opposerait au mouvement d'ouverture de la soupape 32. Conformément à la présente invention, la soupape 30 est traversée de part en part par un canal axial 44 qui met en communication la chambre 13 du cylindre avec l'enceinte sous pression 6 A l'inté- rieur du canal 44 on trouve une aiguille 46 comportant une extrémité pointue 46 a A son autre extrémité, l'aiguille 46 comporte une collerette 48 L'extrémité 46 a de l'aiguille vient en appui sur une partie de diamètre rétréci 44 a du canal 44 et l'obture de maniè- re étanche. Un bouchon 50 est vissé dans un trou taraudé 52 pratiqué dans le piston 36 Un ressort 47 prend appui à l'une de ses extrémités sur la collerette 48 et à son autre extrémité à l'intérieur du bouchon 50. On peut régler la force d'appui du ressort 47 en vis- sant plus ou moins le bouchon 50 à l'intérieur du trou taraudé au moyen du six-pans 54 Un bouchon 56 vissé à la partie supérieure 8 b du cylindre permet d'accéder à la tête à six-pans 54 Un joint 58 réalise l'étanchéi- té entre le bouchon 56 et le coprs de pompe. Le fonctionnement de la soupape de sûreté de l'invention qui vient d'être décrite est le suivant Lors de l'apparition d'une surpression dans l'enceinte 6, l'aiguille 46 se soulève et livre passa- ge au fluide contenu dans l'enceinte qui envahit la chambre 13 Avant l'ouverture de l'aiguille 46, la pression dans la chambre 13 est égale à la pression atmosphérique car elle e st en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire du canal 14 Or, l'orifice calibré 15 réalisé au moyen de la vis de réglage 16 est tel que sa section de passage soit in- férieure à celle qui-est autorisée par l'aiguille 46 a. La pression augmente donc rapidement à l'intérieur de la chambre 13 jusqu'à dépasser l'effort du ressort hé- licoldal 42 qui maintient la soupape appuyée sur son siège 26, ce qui ouvre donc le clapet 34 Le fluide en surpression est alors évacué par les orifices 10, l'orifice 24 et la canalisation 27. Dès que la pression dans l'enceinte 6 est revenue à sa valeur normale, l'aiguille 46 se referme. La pression dans la chambre supérieure 13 du cylindre diminue par suite de l'évacuation du fluide hors de cette chambre par la tubulure de purge 14 La force exercée sur le cylindre 36 diminue de telle sorte que la soupape se referme sous l'action du ressort de rap- pel 42. La soupape, qui vient d-'être décrite comporte les avantages des soupapes de sûreté à pilotage, c'est-à-dire le fait d'éviter le phénomène de batte- ment du clapet d'évacuation En outre, elle permet la suppression des canalisations de liaison entre la sou- pape et le dispositif autonome de pilotage, comme c'est le cas dans les soupapes pilotées de l'art anté- rieur La stabilité de fonctionnement est encore accrue par l'adjonction d'un tube plongeur 58 situé du c 8 té de la tête de soupape 34 Le tube plongeur 58 a pour effet de soustraire l'aiguille 46-aux variations brutales de pression qui se produisent à proximité des ouvertures 10 La pression à laquelle l'aiguille 46 est sensible est celle qui règne en un endroit plus éloigné de l'ouverture d'évacuation, c'est-à-dire un endroit o elle est plus constante. On a représenté sur la figure 2 un deuxième mode de réalisation d'une soupape de sûreté à pilotage- réalisée conformément à l'invention Cette variante. diffère de celle précédemment décrite, par l'obtura- tion du canal de purge 14, au moyen d'un pointeau 102, lorsque la soupape est fermée La chambre 13 ne com- munique plus alors avec l'atmosphère Mais, l'espace annulaire 43 communique, en permanence, avec l'atmos- phère, par le canal 14 a, comme dans le premier mode de réalisation. Le pointeau 102 coulisse dans le bouchon 50 Il comporte deux collerettes, dont l'une, 104, est à l'extérieur, et l'autre, 108, à l'intérieur du bou- chon 50, et une pointe 110 pour obturer l'entrée du canal de purge 14 dont l'orifice de sortie 15 est ca- libré, comme précédemment, par la vis de réglage 16. -Après l'ouverture du clapet de pilotage 46, la pression monte dans la chambre 13, plus vite que dans la première version puisque ici, le canal 14 est obturé, le ressort 42 se comprime et le clapet princi- pal 34 s'ouvre en entraînant le pointeau 102 (par l'intermédiaire du bouchon 50 qui accroche la colle- rette 108) La pointe 110 se dégage alors de l'entrée du canal de purge 14 ce qui met la chambre 13 en commu- nication avec l'atmosphèreo Lorsque la pression à l'intérieur de l'enceinte 6 est revenue à une valeur normale, le clapet de pilotage 46 se referme La pres- sion à l'intérieur de la chambre 13 diminue par éva- cuation du fluide au travers du canal de purge 14, ce qui conduit à la fermeture du clapet principal 34 et par suite, à la fermeture du canal 14, par la pointe 110, un peu avant la fin de la course de la soupape 30. On enferme ainsi dans la chambre supérieure 13 un ma- telas de fluide qui amortit la fermeture du clapet principal 34. REVENDICATIONS 1 Soupape de sûreté à pilotage pour une en- ceinte sous pression, la soupape comprenant un corps de soupape ( 4) fixé à une paroi ( 6) de l'enceinte et. constitué par: un cylindre ( 8) dont une extrémité ( 8 a) communique, d'une part, avec, l'enceinte sous pression, et, d'autre part, avec l'atmosphère, par deux ouvertures séparées par le siège ( 26) d'un clapet et l'autre extrémité ( 8 b) est fermée pour déterminer une cham- bre ( 13), une soupape ( 30), disposée dans le cylindre ( 8), et comportant une tige ( 32), un clapet principal ( 34) solidaire de la tige ( 32) et apte à obturer le siège ( 26) et un piston ( 36) solidaire de la tige ( 32) et coulissant dans la chambre ( 13), des moyens ( 42) pour appliquer élastiquement le clapet principal ( 34) sur le siège ( 26), un passage ( 44) établissant une communication entre la chambre ( 13) et l'enceinte sous pression ( 12), des moyens pour obturer ledit passage ( 44), caractérisée en ce que le passage est réalisé par un canal ( 44) traversant axialement la soupape ( 30) et en ce qu'elle comporte un orifice calibré ( 15) mettant la chambre ( 13) en communication avec l'atmosphère. 2 Soupape selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les moyens pour obturer ledit passa- ge sont constitués par une aiguille ( 46), formant un clapet de pilotage logée dans le canal axial ( 44) par un rétrécissement ( 44 a) formé dans ledit passage ( 44) et déterminant un siège pour l'aiguile ( 46) et par des moyens élastiques ( 47) pour appliquer l'aiguille sur son siège. 3 Soupape selon la revendication 2, carac- térisée en ce que la soupape ( 30) est prolongée du côté du clapet principal ( 34) par un tube plongeur ( 58). 4 Soupape selon la revendication 2, carac- térisée en ce que les moyens élastiques pour appliquer l'aiguille ( 46) sur son siège sont constitués par un trou taraudé ( 52) pratiqué dans la soupape ( 30) et coaxial à l'orifice ( 44), par un bouchon ( 50) vissé dans ledit trou taraudé ( 52) et par un ressort ( 47) en appui contre le bouchon ( 50) sur une extrémité ( 48) de l'aiguille ( 46). Soupape selon la revendication 1, carac- térisée en ce qu'elle comporte des moyens ( 102, 104, 106) pour obturer l'orifice ( 14) mettant la chambre à l'atmosphère lorsque la soupape ( 30) est en position fermée. 6 Soupape selon la revendication 5, carac- térisée en ce que les moyens pour obturer l'orifice ( 14) sont constitués par un pointeau obturateur ( 102) monté coulissant sur la soupape ( 30) l'entrée de l'orifice ( 14) formant un siège pour ledit pointeau, ce dernier étant maintenu élastiquement en appui sur ce siège ( 110) le pointeau ( 102) comportant en outre une partie saillante ( 108) entraînée par la soupape ( 30) dans son mouvement d'ouverture de manière à sou- lever le pointeau obturateur ( 102) de son siège ( 110) lorsque la soupape s'ouvre.