Brevet FR2568974A1 — publié le 19860214

I La présente invention se rapporte de façon généra- le aux soupapes de décharge et de sûreté à ouverture automa- tique et ressort de rappel, c'est-à-dire aux soupapes de décharge pour installations à fluide sous pression, dans lequelles l'obturateur est sollicité vers son siège par la force d'un ressort s'opposant à la poussée que le fluide exerce sur cet obturateur. Plus précisément, l'invention se rapporte à un dispositif et un circuit destinés à assister le fonctionnement de la soupape et à mesurer sa pression d'équilibre. Il a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 349 885 un dispositif de mesure de la pres- sion nominale d'équilibre pour soupapes de sûreté, dans lequel la poussée d'un air comprimé est appliquée à un soufflet destiné à appliquer un effort sur la tige de la soupape de sûreté. Un dispositif de commande a pour but de pressuriser ce soufflet pendant que la soupape est en service dans une installation dans laquelle la pression du fluide est inférieure à la pression d'équilibre. Par "pression nomi- nale d'équilibre", appelée aussi "pression d'ouverture spon- tanée", on entend la pression à laquelle la poussée du fluide tendant à ouvrir la soupape est juste égale à la poussée du ressort qui retient l'obturateur sur son siège. Conformément au brevet cité, la pression appliquée au soufflet est portée à une valeur suffisante pour produire une poussée qui, s'ajoutant à celle exercée par le fluide, ayant la pression qui règne à ce moment dans l'installation, équilibre la pous- sée que le ressort exerce sur l'obturateur, en permettant à celui-ci de s'ouvrir. Ce.fait, appelé "instant de vérifica- tion" est décelé par un transformateur différentiel à varia- tion linéaire, (TDVL), qui est aussi relié au dispositif de commande. Ce dernier comporte par ailleurs des éléments de mesure de la pression dans l'installation et de l'effort que le soufflet applique sur la tige de l'obturateur à l'ins- tant de la vérification. Un ordinateur coopérant avec le dispositif de commande détermine alors la pression d'équi- libre réelle de la soupape, sous la forme de la somme de la pression qui règne dans l'installation à l'instant de la vérification et de la valeur supplémentaire, calculée, de cette pression, qui créerait une poussée égale à celle que le soufflet applique au même instant. Le dispositif du brevet précité apporte ainsi de nombreux avantages dans son râle essentiel de mesure de la pression nominale d'équilibre de la soupape et de détection de toute déviation de cette pression pendant que la soupape est en service. Ces avantages résident dans la capacité de vérifier ou mesurer à distance la pression nominale d'équilibre pendant que la soupape est en place et que l'installation est en service. Cela diminue le risque pour l'opérateur d'être exposé à des dangers si la soupape est située dans un milieu dangereux, dans une centrale nucléaire à eau bouillante par exemple. Typiquement, il suffit à un opérateur de quelques minutes pour vérifier la pression nominale d'équilibre d'un grand nombre de soupa- pes sans gêner leur fonction de protection contre les sur- pressions. En pratique, ce dispositif a fait faire de grandes économies et a réduit l'obligation de mettre l'installation hors service sans sacrifier les précautions de sécurité exi- gées par les réglementations officielles. Outre la mesure de la pression nominale d'équili- bre d'une soupape de décharge et la détection de ses varia- tions éventuelles, il a été considéré opportun de s'assurer qu'en service l'obturateur reste bien appliqué sur son siège jusqu'à ce que la pression dans l'installation atteigne la valeur à laquelle cet obturateur doit s'ouvrir; qu'il s'ouvre bien à la pression désirée et qu'il se ferme quand la pression est tombée à la valeur de décharge désirée. Un inconvénient courant des soupapes de sûreté, en particulier avec la vapeur sous pression, est qu'elles fuient ou cracho- tent à une pression un peu inférieure à la pression nominale d'équilibre. Il est aussi extrêmement important d'assurer une décharge précise, en particulier avec les soupapes de sûreté pour centrales nucléaires, afin de limiter l'extrac- tion du fluide de l'installation. L'invention concerne donc un dispositif d'assis- tance pour soupape de sûreté, qui garantisse que cette sou- pape s'ouvre bien à une pression prédéterminée, malgré une variation éventuelle de sa pression nominale d'équilibre; qui puisse être utilisé pour vérifier la capacité de la sou- pape de s'ouvrir, à un moment o la pression dans l'instal- lation est en fait bien inférieure à cette pression nominale d'équilibre et égale par exemple à 75 pour-cent de celle- ci; qui repousse l'obturateur contre son siège lorsque la pression de décharge est atteints; -et qui empêche la soupape de crachoter en maintenant cet obturateur contre son siège pendant le fonctiohnement normal; cette assistance étant apportée par des moyens qui permettent d'utiliser aussi à distance le dispositif de mesure de la pression nominale d'équilibre selon le brevet précité, de façon qu'on opérateur n'ait pas à pénétrer dans un milieu dangereux o la soupape peut se trouver. Le dispositif d'assistance selon l'invention com- porte deux ensembles de soufflets métalliques concentriques, montés à l'extérieur d'une soupape de sûreté à'ouverture automatique et ressort de rappel. Un jeu extérieur de souf- flets fonctionne de manière semblable à celle du soufflet décrit dans le brevet précité, de façon à appliquer à la tige de l'obturateur un effort tendant à ouvrir ce dernier. Un second ensemble de soufflets est destiné à appliquer sur cette tige, dans certaines conditions de fonctionnement, un effort tendant à fermer l'obturateur. En associant cet agencement de soufflets de manière qu' il coopère avec un dispositif de commande appro- prié7 destiné & réagir à la pression du fluide de l'instal- lation et à commander sélectivement leur pressurisation et dépressurisation, on obtient une grande soupliesse d'appli- cation de la fonction d'assistance à la soupape. D'autres caractéristiques de l'invention concer- nent d'autres éléments destinés à remplir les fonctions décrites dans le brevet précité, c'est-à-dire la mesure ou la vérification de la pression nominale d'équilibre à la- quelle la soupape s'ouvre automatiquement. L'invention sera décrite de manière plus détail- lée en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et dont la figure unique est une coupe verticale d'une forme de réalisation du dispositif d'assistance selon l'invention, monté sur le chapeau d'une soupape de sûreté typique. Comme le représente cette figure, le dispositif d'assistance selon l'invention, désigné dans son ensemble par 10, est un ensemble que des vis à tête 12 fixent sur le chapeau 14 d'une soupape de sûreté à ouverture automatique, retenue par un ressort. Une tige 16 est fixée à l'obturateur (non représenté) de cette soupape et fait saillie du chapeau 14 vers l'extérieur, dans le sens de l'ouverture de cette soupape. Le chapeau ou corps de soupape contient un siège pour cet obturateur. La tige 16 est vissée dans une extrémité d'un prolongement 18 comportant un épaulement 20. Une goupil- le 22 passe dans des troua de ce prolongement et de cette tige en les empêchant de tourner l'un par rapport à l'autre quand ils ont été assemblés. Une pièce de raccord 24 de forme tubulaire, présentant des brides à ses deux extrémités, est fixée au chapeau 14 par les vis 12 et porte le bâti 26 d'un transfor- mateur différentiel à variation linéaire (TDVL) 28 ayant la fonction décrite dans le brevet précité. Des vis 30 fixent la bride supétieurecomme on le voit sur la figure, de ce raccord à un support central 32 en forme de manchon. Ce support est fixé, avantageusement par soudure, au plateau supérieur fixe 34 ou première pièce extrême supérieure d'un ensemble intérieur A de soufflets et des vis {non représentées) ou des éléments équivalents le fixent au plateau inférieur fixe 36 ou seconde pièce extreme inférieure d'un ensemble extérieur B de souf- flets. L'ensemble A comporte un plateau inférieur ou pièce extrême inférieure 38 mobile, pouvant coulisser sur la sur- face intérieure du support 32, ainsi que deux soufflets métalliques concentriques 40 et 42, respectivement, fixés aux plateaux 34 et 38 de manière à former une enceinte annu- laire 44. L'ensemble B comporte aussi un plateau supérieur ou pièce extrême supérieure 46, fixé à une plaque annulaire 48 de charge, qui peut coulisser sur la surface extérieure du support 32, ainsi que deux soufflets concentriques 50 et 52, respectivement, fixés aux plateaux 46 et 36 de manière à former une enceinte annulaire 54. Le plateau 46 et la plaque 48 de charge peuvent former une seule pièce. Des glissières annulaires 55, en une matière appropriée à faible coefficient de friction, servent à réduire les frottements entre le support central et les plateaux mobiles des souf- flets respectifs. Un carter 57 est fixé à la plaque de charge 48 afin de protéger l'ensemble de soufflets B. Il est évident, d'après la description ci-dessus, que le raccord 24 et le support central 32 sont fixés au chapeau de la soupape, que la plaque 48 de charge peut cou- lisser axialement sur ce support quand la poussée d'un fluide comprimé s'exerce dans l'enceinte 54 formée par l'ensemble B et que le plateau 38 peut aussi coulisser sur ce support central sous l'effet de la poussée d'un fluide comprimé injecté dans l'enceinte 44 de l'ensemble A. De l'air comprimé est fourni à un distributeur 56, qui est relié à l'enceinte 44 par un tube 58 passant librement dans la plaque 48 et fixé au plateau 34. Un conduc- teur de commande 60 relie ce distributeur 56 à un dispositif de commande 62 du genre décrit dans le brevet précité, mais présentant en plus les caractéristiques qui seront décrites plus loin. De même, de l'air comprimé AC est fourni à un dis- tributeur à trois voies 64, qu'un conducteur 66 relie au dis- positif de commande. Ce distributeur 64 est destiné à déli- vrer de l'air comprimé à l'enceinte 54 de l'ensemble de soufflets B, ou à en chasser l'air en fonction de la program- mation du dispositif de commande. Les plateaux de l'un ou l'autre des ensembles ou des deux peuvent être percés de trous de purge 65 et 67. Ces trous sont assez petits pour permettre de pressuriser les enceintes 44 et 54 respectives lorsque les instructions de commande l'exigent, mais permettent de vidanger ces enceintes lorsque l'arrivée d'air est coupée. Le prolongement 18 comporte une tige 68 pour détection de charge qui fait partie intégrante du prolonge- ment 18 et passe avec un certain jeu dans des ouvertures centrales de l'ensemble de soufflets A et de la plaque 48 de charge. Cette tige passe encore dans une ouverture cen- trale d'un capteur 70 de la charge appliquée à cette tige et elle est vissée à un écrou de serrage 72 et un contre- écrou 74. Il ressort de la description ci-dessus que, lors- que de l'air comprimé AC est injecté dans l'ensemble 8, il est appliqué sur la tige 68, par l'intermédiaire de la plaque 48 de charge et du capteur 70, un effort qui est par suite appliqué à l'obturateur de la soupape dans le sens qui tend à ouvrir celle-ci. Un conducteur 76 transmet la valeur de cet effort au dispositif de commande, le fonctionnement étant, à ce point de vue, semblable à celui qui a été décrit dans le brevet précité. Une plaquette détectrice 78 est aussi montée sur la tige 16 et fournit une surface d'appui 80 à la tige 82 du noyau du transformateur TDVL, ainsi que décrit dans le brevet précité. Une surface tronconique 84 de portée est façonnée dans l'ouverture du plateau 38, de manière à porter sur l'épaulement 20 du prolongement 18 dans certaines conditions, ainsi qu'on va le décrire. Lorsqu'il est appliqué sur cet épaulement 20, l'ensemble A est destiné à appliquer un effort de fermeture sur l'obturateur de la soupape quand l'enceinte 44 est pressurisée. Cela aide cet obturateur à se fermer pen- dant la purge et aide par-ailleurs, si on le désire, à le maintenir contre son siège pendant le fonctionnement normal de l'installation. Le dispositif de commande 62 peut être ajusté par un dispositif R de réglage et il est destiné à faire exécuter au dispositif d'assistance un certain nombre de fonctions en rapport avec l'objet de l'invention, en commandant de manière appropriée les distributeurs 56 et 64, en traitant les informations provenant du TDVL 28, la valeur de la pression, transmise par un conducteur 86 et la valeur de l'effort exercé sur la tige 1B, relevée par le capteur 70. La description ci-dessous donne un exemple dans un but expli- catif, mais n'est évidement pas destinée à limiter le domaine de l'invention. On supposera qu'en service la pression du fluide qui agit sur la soupape de sûreté a une valeur inférieure a une valeur prédéterminée et est par exemple égale à 75 pour- cent du point d'ouverture spontanée ou pression nominale d'équilibre de cette soupape, pression qui est par exemple égale à 6,89 MPa. Dans ces conditions, le dispositif de com- mande 62 n'envoie pas d'air comprimé AC dans les ensembles A et B et par conséquent aucun d'eux n'exerce d'effort sur la tige 68 pour détection de charge. Les éléments du dispo- sitif d'assistance peuvent alors avoir les positions relati- ves représentées sur la figure. Si la pression dans l'installation est portée à la valeur prédéterminée de 75 pour-cent de la pression nomi- nale d'équilibre, dans cet exemple 5,17 MPale dispositif de commande fait fonctionner le distributeur 56 de manière à laisser pénétrer dans l'ensemble de soufflets A assez d'air comprimé pour amener la surface 84 en contact avec l'épaule- ment 20 du prolongement 18, Si la pression dans l'installa- tion augmente au-delà de cette valeur, l'effort que l'ensem- ble A applique tend à maintenir la soupape fermée, ce qui a un effet "d'anti-crachotement" ou de "baillonnement". Le dispositif de commande 62 permet de modifier à volonté la pression à laquelle cette fonction est exécutée. On supposera que, dans cet exemple, la -pression normale de service de l'installation est égale à 90 pour-cent de la pression nomi- nale d'équilibre soit 6,2 MPa et que l'ensemble A est alimen- té en air comprimé AC de manière à exercer un effort de baillonneilent sur la soupape lorsque la pression de l'ins- tallation est comprise entre 75 pour-cent et trois pour-cent en-dessous de la pression nominale d'équilibre, la limite supérieure de cette pression etant donc de 6,69 MPa dans cet exemple. Si la pression dans l'installation augmente jus- qu'à une valeur légèrement inférieure à la pression nominale d'équilibre, et par exemple inférieure de deux pour-cent ou moins, le dispositif de commande fait fonctionner le distri- buteur à trois voies 64 de façon qu'il fasse passer de l'air comprimé AC dans l'ensemble de soufflets B. Cela a pour effet de créer, par l'intermédiaire de la plaque 48 et du capteur , un supplément d'effort de levée suffisant pour faire s'ouvrir la soupape. Ce supplément d'effort fourni par l'ensemble B est avantageusement supérieur à l'augmentation de force correspondant à un accroissement de deux pour-cent de la pression de l'installation et la soupape s'ouvre donc immédiatement et indépendamment de toute déviation éventuelle de la pression d'ouverture spontanée. Cela garantit une ouverture positive de cette soupape. Il est important que l'ensemble de soufflets A n'empêche pas la soupape de s'ouvrir. Il est possible de satisfaire à cette condition en adaptant le dispositif de commande de manière à couper l'arrivée d'air comprimé AC à cet ensemble A lorsque la pression dans l'installation a sen- siblement la valeur à laquelle l'ensemble B est pressurisé comme dans l'exemple décrit. En variante, il est possible, par une conception appropriée, de faire que la pressurisation de l'ensemble B crée un effort suffisant pour tre supérieur 2r à celui de l'ensemble A, même quand ce dernier reste pressu- risé, si bien que l'effort net est suffisant pour ouvrir la soupape. Quand 'la soupape s'est ouverte et que la pression dans l'installation a été réduite en raison de la perte de fluide, une pression de décharge prédétermines est atteinte. Cette pression peut être, par exemple inférieure de B pour- cent à la pression nominale d'équilibre, c'est-à-dire égale à 6,34 MPa dans cet exemple. A cette valeur de la pression, le dispositif de commande actionne le distributeur à trois voies 64 de manière à faire tomber la pression dans l'ensem- ble B et il actionne le distributeur 56 de manière à pressu- riser l'ensemble A. Cela fait que la surface 84 s'applique contre l'épaulement 20 du prolongement 18, en aidant le ressort de la soupape à fermer cette soupape. Il est évident que l'on dispose d'une grande sou- plesse pour les pressions auxquelles les ensembles respectifs A et B sont pressurisés et dépressurisés. Cela permet au dis- positif d'assistance d'agir à la fois pour faire fonction- ner la soupape de sûreté quand la pression dans l'installa- tion a une valeur prédéterminée et de provoquer une purge prédéterminée, par application positive sur cette soupape d'efforts qui éliminent les conséquences d'une variation des caractéristiques de pression nominale d'équilibre et de pression de purge. En plus des fonctions précédentes, le dispositif décrit ci-dessus est destiné à remplir la fonction de mesurer et vérifier la pression nominale d'équilibre, comme décrit en détail dans le brevet précité. Par conséquent, toutes ces fonctions, de mesure de la pression nominale d'équilibre et d'assistance, peuvent être remplies à distance. Comme expli- qué dans le brevet précité, cela est particulièrement avanta- geux pour des soupapes installées dans des milieux ou ambian- ces rudes, par exemple dans des centrales nucléaires. La configuration imbriquée des ensembles de souf- flets présente plusieurs avantages. En premier lieu, elle donne une disposition ramassée qui permet de monter le dispo- sitif dans un espace limité. Deuxièmement, elle facilite l'assemblage, la plaque 48 de charge servant à préassembler le support central 32 et ces ensembles de soufflets avant de les monter sur le raccord 24. Troisièmement, il est facile de régler le dispositif au- moyen de la tige filetée 16 et de la tige 68 du détecteur de charge On remarquera aussi que la forme de réalisation représentée est entièrement métallique, ce qui est un avan- tage très important dans des milieux rudes, o des disposi- tifs de commande du type à vessie en matière élastomère et analogue seraient soumis à un endommagement et au risque de panne en service. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter diverses modifications au dispositif d'assistance pour soupape de sûreté décrit et représenté. REUENDICATIONS 1. Dispositif d'assistance pour soupape de sûreté d'installations à fluide sous pression, qui comporte un obtu- rateur et un corps (14) contenant un siège pour cet obtura- teur, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un prolongement (18, 68) de la tige (16) de l'obturateur; des premier (B) et second (A) ensembles, sensibles à la pression d'un fluide et comportant chacun une extrémité fixe par rapport au corps de la soupape et une autre extré- mité pouvant venir en prise avec ce prolongement (18, 68), le premier ensemble (B) étant destiné à appliquer audit pro- longement, lorsqu'il est soumis à l'action du fluide sous pression, un effort qui s'exerce dans le sens de l'ouverture de la soupape et le second ensemble (A) étant destiné à appli- quer sur ce prolongement, lorsqu'il est soumis à l'action du fluide sous pression, un effort qui s'exerce dans le sens de la fermeture de la soupape; et un dispositif de commande (62) sensible à la pression du fluide de l'installation et destiné à commander l'application du fluide comprimé à ces premier (B) et second (A) ensembles. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'un au moins (B) des ensembles sensibles à la pression comprend deux soufflets métalliques (50, 52) formant une enceinte (54) qui entoure le prolongement (18, 68) de la tige (16f), l'autre ensemble (A) étant disposé pra- tiquement entre cette enceinte (54) et ledit prolongement (18,68). 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le second ensemble (A) sensible à la pression comprend deux soufflets métalliques (40, 42) qui forment une enceinte annulaire (44). 4. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'une extrémité-(38, 84) du second ensemble (A) sensible à la pression peut venir en prise avec le prolonge- ment (18) ou en être dégagé. 1 1 5. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comporte un support central (32) destiné à être fixé (30, 24, 12) au corps (14) de la soupape, les extrémités fixes (36, 34) des premier (B) et second (A) ensembles sensibles à la pression étant fixées à ce support et leurs autres extrémités (38, 46) pouvant coulisser indé- pendamment sur lui. 6. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'un au moins des ensembles (B, A) sensibles à la pression comporte un orifice de purge (65, 67) du fluide sous pression. 7. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte un capteur de charge (70) qui est disposé entre le premier ensemble (B) sensible à la pression et le prolongement (68) de la tige (16) et qui est connecté au dispositif de commande (62). B. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comporte uin appareil (28) qui est destiné à déceler les déplacements du prolongement (18, 68) de la tige (16) et qui est connecté (76) au dispositif de commande (62). 9. Dispositif selon la revendication 1, caracté- rise en ce que le dispositif de commande (62) est destiné à pressuriser le premier ensemble (B) sensible à la pression quand la pression dans l'installation est très voisine de la pression nominale d'équilibre de la soupape. 10. Dispositif selon la revendication 19 caracté- risé en ce que le dispositif de commande (62) est destiné à pressuriser lea second ensemble (A) sensible à la pression lorsque la pression dans l!installation devient supérieure à une valeur prédéterminée, inférieure à celle de la pression nominale d'équilibre de la soupape.