Brevet FR2552846A1 — publié le 19850405

La présente invention se rapporte au domaine technique de la manutention des fluides. Les soupapes de sûreté de type courant conçues pour les applications industrielles sont habituellement construites de la manière décrite, d'une façon générale, dans le brevet des EUA n 2 628 632 Dans de tels agencements, la soupape comporte typiquement un passage d'écoulement s'étendant depuis un orifice d'entrée jusqu'à un orifice de sortie lequel est situé sur un axe décalé par rapport à l'orifice d'entrée. 10 A un emplacement intermédiaire du passage, un disque d'obturation coopère avec un siège annulaire pour ouvrir et fermer la soupape à l'écoulement du fluide La sollicitation du disque vers une position fermée,effectuée en appliquant une force de pression prédéterminée à la face supérieure du disque est, en général, produite au moyen d'un ressort hélicoidal comprimé qui agit en opposition à la force du fluide du circuit qui est surveillé,laquelle agit sur la face inférieure du disque et tend à le repousser en position ouverte. On règle en général préalablement la grandeur de la force 20 exercée par le ressort comprimé en fonction des spécifications du client pour un point de consigne auquel une valeur de pression de fluide à réduire peut déclencher le déplacement du disque en direction de la position d'ouverture de la soupape. Les soupapes du type précité sont typiquement utilisées pour la réduction de pressions de fluide manométriques de l'ordre de 50 à 2000 livres par pouce carré (de l'ordre de 3,45 à 137,9 hbars manométriques) et àdestempératures habituellement inférieures à environ 1000 F ( 537,770 C) Dans de telles conditions, le fonctionnement au point de consigne de la soupape peut être prédit de manière fiable conformément aux dispositions des organismes gouvernementaux et autres qui réglementent les performances de ces soupapes Cependant, dans des conditions de fonctionnement sous une pression mano35 métrique relativement basse, d'une grandeur inférieure à environ 50 livres par pouce carré ( 3,45 hbars manométriques) et à une température élevée du fluide, de l'ordre de 537,770 C et au-dessus, la conduction de la chaleur à partir du milieu fluide contenu dans le corps de soupape tend à introduire des changements de propriétés physiques du ressort hélicoidal, lesquels,à leur tour, modifient la charge du ressort préalablement réglée On a constaté que ces changements de la charge, qui sont attribués aux variations de laforce de ressort provoqués par la dilatation thermique et par les changements du module d'élasticité des matières à ressort en fonction de la température, provoquaient une instabilité 10 du fonctionnement de la soupape en changeant nuisiblement le point de consigne désiré préalablement établi. Les tentatives antérieures effectuées en vue de résoudre le problème mais qui n'ont pas donné des résultats satisfaisants ont été en grande partie centrées sur l'apport de modi15 fication à la construction des ressorts ou sur l'emploi de montages inversés pour éliminer les effets du poids intrinsaque des éléments Cependant, bien que le problème soit reconnu,on n'y avait pas encore apporté de solution satisfaisante. Cette invention se rapporte à des soupapes de sûreté de type industriel pour le soulagement dela surpression d'un circuit de fluide et plus spécifiquement à de telles soupapes fonctionnant dans des conditions de décharge de la pression de fluide à basse pression et à haute température auxquelles 25 les constructions antérieures ont généralement fonctionné d'une manière peu satisfaisante On obtient ce résultatconformément à l'invention,en modifiant une soupape par ailleurs essentiellement classique,de façon à appliquer la force de fermeture contre le disque par l'intermédiaire d'un poids 30 porté coaxialement ayant une masse prédéterminée et monté dans une relation d'application de charge en série avec un ressort hélicoïdal réglable lequel sert à effectuer le réglage final nécessaire pour assurer le fonctionnement au point de consigne désiré Etant donné que l'on choisit la masse du poids de manière qu'il fournisse approximativement quatre vingt cinq pour cent ou davantage de la force depression totale, le ressort ne représente qu'une faible partie de la charge et comme il est, en outre, positionné physiquement au-dessus du poids à l'emplacement le plus loin du corps de soupape, le ressort ne subit au plus que des effets nuisibles minimaux de la conductivité thermique de la soupape. 5 Ceci a pour effet qu'un fonctionnement au point de consigne de la soupape est maintenu sans l'instabilité induite thermiquement à laquelle sont soumises les constructions antérieures dans ces mêmes conditions de fonctionnement. Par conséquent, un but de l'invention est de réaliser une construction de soupape de sûreté assurant un fonctionnement au point de consigne qui peut être prédit de manière fiable pour des conditions de surveillance d'un fluide à pression relativement basse et à température relativement élevée. Un autre but de l'invention est d'atteindre 1 ' objectif ci-dessus d'une manière très nouvelle et économique. D'autres caractérisitques de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: la Figure unique est une vue en coupe verticale d'une soupape de sûreté incorporant la présente invention. Sur le dessin, auquel on se référera maintenant, on a représenté une soupape de sûreté qui est essentiellement d'un type disponible dans le commerce sous la désignation soupape 25 de sûreté du type "CONSOLIDATED" série 1900 En bref, la soupape est composée d'un corps ou socle 10 qui comporte un passage d'écoulement 12 qui s'étend depuis un orifice d'entrée 14 à travers un ajutage 16 jusqu'à un orifice de sortie 18 entouré d'une bride 20 Sur la face d'extrémité aval de l'aju30 tage 16 est formé un siège de soupape annulaire 22 avec lequel coopère un disque d'obturation mobile 24 pour ouvrir et interrompre l'écoulement du fluide par le passage 12 qui s'étend de l'orifice d'entrée 16 à l'orificedesortie 18. Un chapeau 26 intérieurement ouvert qui, en combinai35 son avec un capuchon creux 28, enferme une queue coulissante , est boulonné sur la partie supérieure du corps 10 La queue est fixée, à son extrémité inférieure, dans un porte- disque 32 agencé de façon à pouvoir se déplacer vers le haut à l'intérieur d'un guide tubulaire 34 et sur lequel le disque 24 est monté Pour appliquer la charge de point de consigne à la soupape, on utiliserait normalement un ressort hiélicol5 dal comprimé (non représenté) réglable au moyen d'une vis de réglage 36 La vis de réglage 36 peut être déplacée par vissage dans un filetage 38 formé dans le chapeau de manière à positionner verticalement une rondelle 40 d'appui de ressort. Un contre-écrou 42 est utilisé pour immobiliser la vis 36 10 en position après que tous les réglages ont été achevés. Pour produire la charge de point de consigne pour des conditions de basse pression et de haute température conformément à l'invention, on a supprimé le ressort hélicoïdal classique ci-dessus mentionné et on l'a remplacé par une com15 binaison comprenant un poids cylindrique 44 et un ressort relativement petit 46 qui fonctionnent d'une manière que l'on expliquera ci-après Pour que le poids 44 puisse être logé dans cet agencement, il comporte un alésage axial central 48 qui reçoit la queue 30 à coulissement libre et il a un dia20 mètre extérieur suffisamment inférieur au diamètre intérieur de chapeau 26, à son niveau, pour qu'il puisse se déplacer librement vers le haut sans que ce déplacement soit entravé par la paroi latérale. Pour effectuer le chargement de la soupape aux fins de la présente invention, il est prévu que le poids 44 doit fournir au moins quatre vingt cinq pour cent et, de préférence, au moins quatre vingt quinze pour cent de laforce de pression au point de consigne de façon à réduire au minimum la charge restante produite par le ressort 46, ce ressort ayant 30 pour rôle de permettre un ajustement précis du point de consigne au moyen de la vis de réglage 36 Le poids 44 utilisé à cette fin devrait être fabriqué en une composition à forte densité ou masse par unité de volume et il est typiquement fabriqué en un alliage métallique Un alliage préféré est un acier inoxydable afin de réduire ou supprimer une corrosion éventuelle qui,sinon,pourrait se produire La participation à la charge du ressort 46 étant limitée à une gran- deur de l'ordre de dix pour cent ou moins et le ressort étant, en outre, situé au-dessus du poids 44 à l'emplacement le plus éloigné du corps 10, tout effet thermique appliqué au poids 44 n'aura, au plus, qu'un effet minimal sur 5 le ressort et, au plus, qu'un effet sans conséquence sur le fonctionnement de la soupape au point de consigne. On a décrit ci-dessus une nouvelle construction qui permet d'adapter facilement une soupape de sûreté, par ailleurs classique, de manière à assurer son fonctionnement prévi10 sible de manière fiable lorsqu'elle sert à surveiller un fluide à haute température à des points de consigne établis à des pressions relativement basses Etant donné que les variations des effets thermiques imposés au poids 44 n'ont pas, en tant que telles,des effets sur la charge appliquée et que 15 tous les effets thermiques transmis au ressort 46 seront, s'il y en a, insignifiants, on peut obtenir un fonctionnement fiable et prévisible moyennant une modeste substitution structurale et cela avec un accroissement du coût, s'il y en a, minimal L'agencement offre un avantage maximal pour les dispo20 sitifs de décharge à très hautes températures du fait de la stabilité thermique supérieure de la force antagoniste tandis que, simultanément, il peut être réglé de manière plus précise que les constructions classiques du fait qu'il fournit une force antagoniste constante indépendamment de la hauteur 25 du soulèvement Par conséquent, l'invention a apporté une solution à un problème qui existait de longue date d'une manière extrêmement avantageuse par rapport aux solutions antérieurement proposées en vue de le résoudre. Etant donné que l'on pourrait apporter de nombreux chan30 gements à la construction décrite ci-dessus et que l'on pourrait imaginer de nombreux modes de réalisation en apparence largement différents de cette invention sans sortir pour cela de son cadre, il est bien entendu que tous les éléments contenus dans le dessin et dans la description doivent être 35 considérés comme donnés à titre d'illustration et ne devraient pas être interprétés dans le sens limitatif. REVENDICATIONS 1 Une soupape de sûreté comportant un corps ( 10) dans lequel est formé un passage ( 12) à -fluide qui s'étend entre un orifice d'entrée ( 14) et un orifice de sortie ( 18),un siège annulaire ( 22) entourant le passage en un emplacement intermédiaire de celui-ci et un disque ( 24) monté mobile entre une première position, dans laquelle il est sollicité, en appui contre lesiège pour empêcher le fluide de s'écouler au-delà de lui et une seconde position écartée du siège pour 10 permettre au fluide de s'écouler jusqu'à l'orifice de sortie en réponse à une surpression du fluide, cette soupape comportant des moyens pour appliquer une force de pression de point de consigne au disque et étant caractérisée en ce qu'elle comporte: (a) un poids ( 44) ayant une masse prédéterminée ca15 pable d'appliquer au moins quatre vingt cinq pour cent de la force de pression totale que l'on désire appliquer au disque ( 24) pour le solliciter vers la position fermée; (b) des moyens supports pour porter le poids dans une relation d'application de force au disque; (c) un ressort hélicoidal ( 46) 20 positionné de manière opérante dans une relation d'application de charge en série avec ledit poids pour appliquer la force de pression restante que l'on désire appliquer au disque ( 24); et (d) des moyens de réglage ( 36, 38, 40, 42) pour régler la charge appliquée par le ressort ( 46) afin 25 d'étalonner la charge combinée pour effectuer le réglage désiré du point de consigne de la soupape. 2 Soupape de sireté selon la revendication 1, caractérisée en eeque le ressort hélicoidal ( 46) exerce sa force de ressort contre le poids ( 44) sur la surface du poids la plus 30 éloignée du passage ( 12) à fluide formé dans le corps ( 10). 3 Soupape de sûreté selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte une queue allongée ( 30) reliée de manière opérante au disque ( 24) de façon à pouvoir se déplacer avec lui, le poids ( 44) comportant un alésage central tra35 versant ( 48) pour recevoir la queue et les moyens supports comprenant des moyens pour assurer une interaction de solidarisation dans la direction d'action du poids entre le poids et la queue. 4 Soupape de sûreté selon la revendication 3, caractérisée en ce que le ressort hélicoidal ( 46) est monté sur la queue ( 30) et est disposé entre lepoids ( 44) et les moyens de ré5 glage ( 36, 38, 40, 42). Soupape de sûreté selon la revendication 4, caractérisée en ce que le ressort ( 46) est conçu pour appliquer une force de pression restante inférieure à environ dix pour cent de la force de pression totale que l'on désire appliquer au 10 disque ( 24). 6 Soupape de sûreté selon la revendication 3, caractérisée en ce que le poids ( 44) est fabriqué en une composition d'alliage métallique ayant une masse relativement élevée par unité de volume. 7 Soupape de sûreté selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'alliage métallique est de l'acier inoxydable.