Brevet FR2557250A1 — publié le 19850628

L'invention est relative à un nouveau dispositif assistant les mouvements d'une soupape à ressort taré, tant pour l'ouverture que la fermeture de son clapet et le maintien de celui-ci en position de fermeture. Dans les soupapes du type assisté, la tige du clapet est solidaire du piston d'un vérin pneumatique à double effet et à action différentielle asservi à un dispositif de commande comportant des moyens détecteurs de pression, des moyens interprétant les informations fournies par ces moyens détecteurs et des moyens susceptibles d'alimenter en air comprimé le vérin, soit pour provoquer I 'ou- verture ou la fermeture du clapet de la soupape, soit pour conforter la position de fermeture étanche. Si ces derniers moyens sont obligatoirement du type pneumatique, leur commande peut être soit pneumatique, soit électrique (électrovannes et relais) de meme que les moyens de détection peuvent être soit pneumatiques, soit électriques. I1 est en particulier connu d'utiliser pour 1 'as- sistance des vannes du type précité, un dispositif dans lequel la détection est confiée à des tubes de Bourdon en spirale dont l'extrémité libre est solidaire d'une palette placée dans un flux d'air de commande (0,6 bar), dont elle modifie le débit en direction de soupapes à membrane qui règlementent la pression dans le circuit d'air de charge aboutissant à la chambre supérieure du vérin d'assistance. Ces dispositifs sont d'un fonctionnement satisfaisant si ce n'est que l'on leur reproche une consommation importante d'air de commande (environ 2 Nm3/h en charge à 10 Nm3/h à l'échappement) et leur coût élevé. L'invention vise des perfectionnements apportés à de tels dispositifs d'assistance. Comme dans les appareils connus, le dispositif selon l'invention comprend des moyens de détection pneumatique, des moyens de traitement et des moyens de distribution de l'air d'assistance : air de charge, air de soulevage (ce dernier étant en permanence appliqué à la chambre inférieure du vérin). S'il y a identité dans les fonctions, il y a divergence totale dans la nature des moyens et leurs rapports. Tout d'abord, la détection est assurée par des pressostats comportant un détecteur à soufflet en communication avec lkencéinte ou la tubulure à protéger par la soupape et un interrupteur pneumatique placé dans le circuit de commande reliant l'alimentation en air aux moyens de traitement. Les moyens de traitement sont des cellules ET, soit pneumatiques, soit électriques, soit electroniques. Enfin, les moyens deidistribution- s,ont des distri- buteurs, des distributeurs à tiroir par exemple asservis aux celludes ET. B'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description et des revendications qui vont suivre, faites en regard des dessins sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un dispositif d'assistance objet de l'invention pour une position des éléments correspondant au cas où la pression régnant dans la tubulure à contrôler est inférieure à la pression de tarage de la soupape ; - la figure 2 est un schéma d'une variante de ce dispositif selon laquelle les organes de traitement sont électriques. Comme on peut le voir à l'examen de la figure 1, d'une manière classique, le clapet CL de la soupape SP, dont le siège est en communication avec la tubulure TB à protéger est solidaire du piston PS1 - PS2 d'un vérin VR. Le piston PS1 divise le cylindre du vérin en deux chambres : une chambre supérieure A recevant en Al la canalisation d'air de charge AC, et une chambre inférieure B à laquelle aboutit en Bl la canalisation d'air de soulèvement AS. La soupape elle-même est completée par une tubulure de décharge TD servant à I'évacuation du fluide de la canalisation TB lorsque le clapet CL est soulevé. Enfin, sur cette canalisation TB existent autant de piquages que nécessaire en vue d'obtenir le degré de sécurité désiré par multiplication des voies d'assistance du vérin. Sur la figure 1, les voies d'assistance ont été doublées ; il existe donc deux piquages TPl - TP2 amenant la pression régnant dans la canalisation TB à deux pressostats PR1 - PR2 constitués chacun par une capsule en soufflet S1 (ou S2) dont l'intérieur est en communication avec une des tubulures TPl (ou TP2) et par une vanne V1 (ou V2) interruptrice d'un circuit pneumatique et actionnée par la déformation du soufflet en fonction de la pression reçue. La vanne Vi (ou V2) reçoit de l'air comprimé (4 bars) venant d'un détendeur d'air instrument DA par une canalisation BV. L'objet de la vanne Vi (ou V2) est de conduire cet air de commande à la pression de 4 bars à l'entrée d'une cellule du type ET. On sait que la particularité d'une telle cellule, qu'elle soit pneumatique ou électrique est de délivrer un signal de sortie positif lorsque les deux entrées sont positives et un signal de sortie nul lorsque l'une seule ou les deux entrées sont nulles. Les entrées ER1 (ou ER2) des cellules ET1 (ou ET2), dans le cas d'une réalisation pneumatique, reçoivent une pression de 4 bars de l'air venant directement du détendeur DA. Les entrées EC1 (ou EC2) reçoivent la même pression de 4 bars d'air venant aussi du détendeur DA lorsque les vannes V1 (ou V2) sont dans une position d'ouverture les laissant traversées par cet air. Dans cette hypothèse, les sorties ESI (ou ES2) delivrent un flux d'air à 4 bars à entrée 1 dtun distributeur DC1 (ou DC2), flux qui repousse le piston-tiroir DPi (ou DP2) en comprimant un ressort RC. Le corps de ces distributeurs comporte une entrée 2 à laquelle aboutit une canalisation venant du détendeur DA et deux sorties 3 et 4. La sortie 3 est reliée par une canalisation à l'entrée Al de la chambre A du vérin VR La sortie 4 débouche à l'air libre. Le piston-tiroir DP1 (ou DP2) comporte une gorge ménagée entre ses deux têtes permettant selon sa position dans le corps, de relier soit l'entrée 2 à la sortie 3, soit la sortie'3,à la sortie 4. L'installation est complétée par un troisième distributeur DS dont le corps comporte une entrée 5 reliée par une canalisation au détendeur DA ., une seconde entrée 6 également reliée à ce réservoir au-travers d'une vanne V3 (marche-arrêt) et deux sortie 7 et 8, la sortie 7 étant en communication avec l'entrée B1 de la chambre B du vérin VR. Dans le distributeur DS coulisse un tiston-tiroir DP3 pourvu d'une gorge permettant de relier soit l'entrée 5 à la sortie 7, soit 7 et 8. Ce piston est déplacé dans un sens par l'air arrivant en 6 lorsque la vanne V3 est en position "marche" et dans le sens inverse par un ressort RS. Dès que la vanne V3 est sur cette position, la chambre B est alimentée en air de soulèvement du piston PS1 donc du clapet CL qui lui est solidaire. On sait que l'un des inconvénients des soupapes non-assistées est d'être "fuyarde" lorsque la pression du fluide à réguler approche de la pression de tarage fournie par le ressort, la soupape "fuse" d'où ouverturo intempestive, érosion et usure prématurée des portées d'étanchéité. Au contraire, dans les soupapes assistées dans lesquelles les deux faces du piston sont soumises à une même pression d'air de commande, à la valeur de tarage PT dûe au ressort vient s'ajouter une force additionnelle égale à la différence des forces produites par l'air de commande (ici 4 bars) appliquées à la différence des surfaces (S-s) des faces du piston. On verra plus loin que dans ces soupapes assistées le clapet est maintenu parfaitement étanche, tant que la pression de tarage n'a pas été atteinte par la pression du fluide circulant dans l'enceinte à surveiller. La position des éléments représentée à la figure 1 correspond au cas normal, c'est-à-dire lorsque la pression du fluide PF règnant dans l'enceinte TB est inférieure à la pression de tarage PT du ressort RT dé a soupape. Dans cette position, les chambres A et B de ce verin sont l'une et l'autre alimentées en air à 4 bars puisque la vanne V3 est en position "marche" et les vannes V1 et V2 en position ouverte.En effet, les pressostats PR1 et PR2 ayant leur points de consigne réglés sur la valeur PT, tant que la pression PF est inférieure à cette valeur, délivrent, par l'intermédiaire des cellules ET1 et ET2,un signal pneumatique de 4 bar aux distributeurs DC1-DC2 repoussant les tiroirs DPI et DP2, mettant ainsi en communication l'entrée 2 avec la sortie 3 permettant à l'air du détendeur DA d'atteindre la chambre A. Lorsque la pression PF s'élevant dans l'enceinte TB atteint et dépasse la pression de tarage imposée, les pressostats PRI et PR2 -ferment les vannes V1-V2 ; les entrées EC1 et EC2 des cellules ET1 et ET2 ne sont pas alimentées en air à 4 bar ; ces cellules n'émettent pas un signal de sortie, agissant sur les pistons DP1 et DP2 ; les ressorts RC les repoussent mettant en communication 3 et 4, c'est-à-dire mettant la chambre supérieure A du vérin à l'air libre supprimant ainsi la charge additionnelle sur la face supérieure du piston. Comme la pression de 4 bars est maintenue sur la face s de celui-ci, la force obtenue s'ajoutant à celle constituée par la pression PF multipliée par la surface du clapet, produit une ouverture franche de celui-ci. La pleine ouverture est ainsi plus rapidement atteinte et la "pression d'accumulation s'en trouve réduite. De ce fait, on constate qu'il est possible de faire travailler la soupape à une pression de service plus proche de la pression limite, d'où économie de coût et d'énergie. On retrouve le processus inverse lorsque la pression PF repasse par la valeur PT. Au moment précis où cette pression passe par cette valeur, les pressostats réouvrent les vannes V1 et V2, qui, par les cellules ET1 et ET2 actionnent les distributeurs DCl-DC2, rétablissant l'arrivée de l'air à 4 bars dans la chambre A. Grâce au matelas d'air contenu dans la chambre B, la surface se referme sans choc dommageable. Grâce à la présence dès la fermeture de la force additionnelle, telle que précédemment définie, aucun phénomène de battements constaté avec les soupapes non-assistées, ne peut se produire. La duplication des moyens-pressostats-cellulesdistributeurs est rendue nécessaire pour pallier à une défaillance éventuelle. On remarque sur la figure 1 que l'installation est complétée par une vanne manuelle V4 permettant l'ouverture manuelle de la soupape SP, soit pour se conformer aux réglementations qui imposent des vérifications périodiques du bon fonctionnement, soit pour satisfaire certaines conditions momentanées d'exploitation. Cette vanne V4 est commndée par un bouton-poussoir ayant deux positions "AUTO" et MANU dont seule la position "AUTO" est stable. Si on le place volontairement sur "MANU" on interrompt le circuit DA/ERl-ER2. Les cellules ET cessent d'être alimentées directement en air à 4 bars n'émettent plus de signaux de sortie, les ressorts RC repoussent les tiroirs DPI et DP2, la chambre A se vide par les sorties 4 ; la soupape SP s'ouvre. Lorsque la pression sur le poussoir cesse, les cellules ET sont à nouveau alimentées, la chambre A se rem- plit et la soupape SP retrouve son étanchéité. Comme précédemment dit, et visible sur la figure 2, le pressostat PR peut agir sur un interrupteur électrique IV (jouant le rôle de la vanne Vl), et fermé tant que la pression a laquelle le soufflet est soumis est inférieure à la pression de tarage, (sur la figure 2 cet interrupteur est représenté ouvert, ce qui correspond au cas où la pression PL excède la pression PT et que par conséquent la soupape doit s'ouvrir). Les deux bornes ER de la cellule ET (type électrique classique) sont alimentees par le courant de référence. Les bornes EC sont reliées aussi à ce courant, mais 1 'une d'entre elles au travers de l'interrupteur lV. I1 est aisé de comprendre que Si celui-ci est ouvert, le courant est nul en EC donc aussi nul en ES. L'électro-aimant EL dont le noyau est relié au-piston DP du distributeur OS n'est pas alimenté. Ce pison, sous l'action du ressort RC, recule et ouvre la communication entre 3 et 4 permettant à la chambre A de se vider. Dès que le pressostat referme l'interrupteur IV l'électro-aimant EL est à nouveau excité, le piston interrompt le passage 3/4 et ouvre le passage 2/3 ; l'air à 4 bars rentre dans la chambre A et referme la soupape. Il est également possible de placer les deux cellules ET, non plus en parallèle comme il vient d'être décrit en vue d'obtenir deux lignes indépendantes allant du détecteur PR au distributeur DC, mais en série, les circuits aboutissant aux entrées de la première cellule (par exemple ET2) étant dépendants des deux interrupteurs V1-V2, la sortie ES2 étant reliée à l'entrée ECI de l'autre cellule dont l'entrée ER1 est en communication avec le détendeur DA ; dans ce cas, deux distributeurs recoivent le signal de la sortie ES1. Bien entendu, on peut multiplier le nombre des piquages et celui des lignes d'assistance. REVENDICATIONS 1.--Dispositif d'assistance des mouvements d'une soupape de sureté à ressort-taré du type comportant un servo-moteur constitué d'un vérin pneumatique à double effet et à piston différentiel solidaire du clapet de la soupape, l'air de soulèvement étant appliqué en permanence (pendant le temps de service) -à la petite surface de ce piston, tandis que l'air de charge est appliqué à la grande surface tant que la pression dans l'enceinte à protégér reste inférieure à la pression de tarage du ressort, le dit dispositif comportant en outre un détecteur de la pression à reguler, agissant sur vanne ou organe similaire, lorsque cette pression excède la pression de tarage en vue de supprimer l'air de charge, caractérisé en ce que ce détecteur est un pressostat (PR1 (ou PR2)) réglé pour la pression de tarage (PT), comportant un soufflet (SI (ou S2)) en communication permanente avec L'enceinte (TB) à protéger et un interrupteur (V1 (ou V2)) électrique ou pneumatique susceptible de fermer ou d'ouvrir un circuit aboutissant à l'une des deux entrées (ER1 (ou ER2)) d'une cellule (ET1 (ou ET2)) du type (E7) dont la seconde entrée (ECI (ou EC2)) est soumise en permanence à un circuit de référence de même nature et dont la sortie (ES1 (ou ES2)) émet un signal de commande conditionnant la position de l'organe mobile (DPI (ou DP2)) d'un distributeur (DC1 (ou OC2)) d'air de charge. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule du type (E?, ETI (ou ET2)) est une cellule pneumatique, l'interrupteur (V1 (ou V2)) étant une vanne intercalée dans un circuit pneumatique reliant un détendeur d'air à l'entrée (ECI (ou EC2)) de la cellule (ET) alors que la seconde entre (ER1 (ou ER2)) est directement reliée à ce même détendeur (DA). 3.- Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que la cellule de type (E) (ET1 (ou ET2)) est une cellule électrique (électronique), l'interrupteur (Vl (ou V2)) étant un interrupteur ouvrant ou fermant un circuit électrique aboutissant aux bornes de I'entrée (EC1 (ou EC2)), le même circuit étant directement relié aux bornes de l'autre entrée (ER1 (ou ER2)Y r. 4.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le distributeur (DC1 (ou DC2)) d'air de charge à la surface supérieure (S) du piston du vérin (VR) comporte une commande pneumatique reliée à la sortie de la cellule (ET), (ES1 (ou ES2)). 5.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le distributeur (DC1 (ou DC2)) d'air de charge à la surface (S) du piston du vérin (VR) comporte un électro-aimant (EL) dont le noyau (N) est solidaire du piston-tiroir (DP) du distributeur, l'alimentation de cet électro-aimant étant dépendante du signal électrique émis par (ES) de la cellule (ES).