Brevet FR2574522A1 — publié le 19860613

Vanne de sécurité à déclenchement rapide L'invention concerne une vanne de sécurité à déclenchement rapide, à fonctionnement en tout ou rien, utilisable notamment en milieu industriel perturbé par des vibrations, des chocs ou la corrosion par exemple. I1 existe des vannes de sécurité à déclenchement rapide, notamment pour circuits hydrauliques ou pneumatiques, qui fonctionnent en tout ou rien. Ces vannes ont en général une structure relativement compliquée et il faut prévoir des manoeuvres complexes et, le cas échéant, des outillages spéciaux pour assurer leur réarmement. L'un des buts de l'invention est de proposer une vanne de sécurité à fonctionnement sûr, simple et fiable, ne nécessitant pour son déclenchement qu'une énergie faible bien que les pressions contrôlées soient relativement fortes, et susceptible d'être réarmée de façon simple et sans démontage de pièces. Un autre but de l'invention est de proposer une vanne de sécurité comportant un minimum de pièces à usiner avec précision, de façon à en minorer le coût de fabrication. La présente invention a pour objet une vanne de sécurité à déclenchement rapide, à fonctionnement en tout ou rien, du type comportant un clapet obturant en position de fermeture une canalisation à contrôler, et autorisant en-position d'ouverture la libre circulation entre ladite canalisation à con trôner et un passage de sortie, ledit clapet étant susceptible de se déplacer dans un corps de vanne fermé par un chapeau, l'axe du clapet traversant ledit chapeau, caractérisée en ce que :: - l'axe du clapet est creux à sa partie supérieure et contient une came sollicitée vers l'extérieur par un ressort, - l'axe du clapet présente des fenêtres dans lesquelles sont logées des billes sollicitées vers ltextérieur par ladite came, - l'axe du clapet coulisse dans un fourreau vissé dans le chapeau du corps de vanne et présentant un chanfrein intérieur sollicitant les billes vers l'intérieur de l'axe, - de telle sorte que la fermeture du clapet est assurée lorsque les billes sont dans les fenêtres et maintenues à l'extérieur par le chanfrein du fourreau et à l'intérieur par la came. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la came présente une couronne d'appui pour maintenir les billes vers l'extérieur dans la position fermée du clapet, surmontée par une gorge annulaire susceptible de recevoir les billes lorsque la came est enfoncée en comprimant le ressort pour autoriser l'ouverture du clapet;; - la came est susceptible d'être enfoncée en comprimant le ressort par des moyens mécaniques, électriques, pyroélectriques ou pneumatiques - l'axe du clapet présente un épaulement servant d'appui à la came pour assurer la-mise en position du clapet sur son siège en vue du réarmement de la vanne - le blocage en position de fermeture du clapet en vue du réarmement de la vanne est réalisé par dévissage et revissage du fourreau dans le chapeau, le dévissage assurant l'efface- ment du-fourreau devant les fenêtres de façon à laisser les billes sortir de la gorge annulaire sous l'action du ressort et de la came, et le revissage assurant la compression d'un joint d'étanchéité entre le clapet et son siège. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui suit faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir Figure 1 - une vue en coupe axiale partielle d'un mode de réalisation d'une vanne de sécurité selon l'invention, la demi-vue de gauche correspondant à la position fermée de la vanne, la demi-vue de droite à la position ouverte. Figure 2 - une vue en coupe axiale partielle d'un autre mode de réalisation d'une vanne de sécurité selon l'invention, avec les deux demi-vues correspondant aux deux positions de la vanne, comme sur la figure 1. En se reportant à la figure 1, on voit que la vanne selon l'invention comporte un corps i dans lSaxe duquel débouche la canalisation 10 soumise à la pression à contrôler. Le corps de vanne 1 présente un-siège de clapet destiné à recevoir un clapet 2 porté par un axe 3. L'étanchéité entre le clapet 2 et son siège est assurée par un joint 4 comprimé. Le clapet 2 peut se déplacer dans une chambre 12, de diamètre supérieur à la canalisation 10, et dans laquelle est prévu un passage de sortie 13. Le sommet du corps de vanne 1 est fermé par un chapeau 8 présentant un trou central dans lequel est vissé un fourreau 7. Ce fourreau 7 présente un alésage axial dans lequel coulisse l'axe 3 du clapet 2. Cet axe 3 est creux à sa partie supérieure et dans sa cavité axiale est disposée une came 6 sollicitée vers le haut par un ressort 9, et maintenue dans la cavité par une butée en anneau 14. L'axe 3 comporte, entre sa cavité axiale et l'extérieur, des fenêtres 15 régulièrement réparties et dans lesquelles sont disposées des billes 5. Lorsqu'elles sont en position dans les fenêtres 15, le clapet 2 étant appliqué sur son siège, les billes 5 sont maintenues à l'intérieur par la came 6 et à l'ex- térieur par le chanfrein intérieur du fourreau 7 (demi-vue de gauche). Lorsqu'elle est en butée vers le haut, la came 6 maintient les billes 5 par une couronne d'appui 16. Au dessus de cette couronne 16, la came 6 présente une gorge annulaire 17 susceptible de recevoir les billes 5. Dans la variante de la figure 2, la vanne est réalisée en mécano-soudure. Les modifications de structure du corps de vanne 1 n'affectent pas le fonctionnement de la vanne par rapport à l'exemple de la figure 1 où le corps de vanne est réalisé en fonderie. Il faut cependant noter quelques différences en ce qui concerne le clapet 2. Tout d'abord ce clapet est prévu pour pénétrer à l'intérieur de la canalisation 10. Le siège du clapet 2 présente un chanfrein 18 et le clapet porte un joint torique 19 susceptible d'être écrasé contre le chanfrein 18. Dans cet exemple de réalisation, on a représenté une tige 20 susceptible de commander le mouvement de descente de la came 6. Le fonctionnement de la vanne de sécurité selon l'invention s'analyse de la façon suivante dans les deux modes de réalisation représentés. Lorsque la vanne est fermée (demi-vue de gauche) le clapet 2 est appliqué sur son siège, les billes 5 sont maintenues dans les fenêtres 15, entre le chanfrein du fourreau 7 et la couronne 16 d'appui de la came 6. En cas de surpression dans la canalisation 10, ou pour toute autre raison, l'ouverture de la vanne peut être commandée par tout moyen mécanique, électrique ou pneumatique par exemple. Cette commande assure l'enfoncement de la came 6, en comprimant le ressort 9. La gorge annulaire 17 se présente alors en face des billes 5. Compte tenu du chanfrein du fourreau 7 et de la sollicitation vers le haut du clapet 2 par la pression régnant dans la canalisation 10, les billes 5 sont repoussées vers l'intérieur dans la gorge annulaire 17. Le clapet 2 se trouve libéré et il remonte sous l'action de la pression qui s'exerce dessous, son axe 3 coulissant dans le fourreau 7 (demi-vue de droite), jusqu'à ce que le clapet soit en butée sous le chapeau 8. Pour le réarmement de la vanne lorsque la pression est retombée dans la canalisation 10, on voit qu'il suffit d'agir sur la tige 20 pour commander la descente du clapet 2 vers son siège. La came 6 appuie sur un épaulement 21 de l'axe 3. Lorsque le clapet 2 est en appui sur le joint, le relâchement de la tige 20 permet au ressort 9 de solliciter la came 6 vers le haut ce qui repousse les billes 5 vers l'extérieur. Mais comme le joint n'est pas comprimé entre le clapet 2 et le siège, les billes ne peuvent pas encore passer sous le chanfrein du fourreau 7. On dévisse alors le fourreau 7 jusqu'à ce que les billes puissent sortie en libérant la came 6 qui remonte dans la position représentée sur la demi-vue de gauche. On revisse alors le fourreau 7 dans le chapeau 8 pour assurer, par l'intermédiaire de l'axe 3 et du clapet 2, la compression voulue du joint, et la vanne est prête pour un nouveau fonctionnement. Les avantages de la vanne selon l'invention sont nombreux et on peut retenir en particulier les suivants - il s'agit d'une vanne commandée, et non consommable; - elle peut être réarmée sans démontage ni remplacement de pièces - elle peut être commandée par des moyens mécaniques, électriques, pyro-électriques ou pneumatiques, et par au moins deux de- ces moyens; - la pression de commande de l'ouverture de la vanne est faible, de l'ordre de 3 bars, alors que la pression régnant dans la canalisation à contrôler peut être de l'ordre de 50 bars; - la course de la came 6 nécessaire pour la mise en oeuvre de la vanne est très faible par rapport à la course du clapet 2 - le nombre des pièces à usiner respectant la qualité "tenue au vide" est limité à deux : le clapet 2 et son siège, l'étanchéité étant assurée par le joint qui est comprimé entre eux - il s'agit d'une vanne à fonctionnement en tout ou rien particulièrement fiable et sûre ; - l'entretien est particulièrement aisé car en l'absence de pression dans la canalisation à contrôler, le démon tage ne demande pas de précaution particulière; - la vanne est très peu sensible à l'environnement chi mique (corrosion) ou mécanique (chocs, vibrations). La vanne selon l'invention est bien adaptée au centrale des canalisations de fluides (gaz ou liquides) dont la pression nominale est susceptible d'atteindre 50 bars par exemple, pour un diamètre de canalisation au droit du clapet 2 susceptible d'atteindre 50 mm environ. Les dimensions de la vanne et de ses composants, la nature des- matériaux utilisés pour sa construction, le type et la forme du joint de clapet, sont déterminés par la nature des contraintes physiques et chimiques liées à chaque application. REVENDICATIONS 1. - Vanne de sécurité à déclenchement rapide3 à fonctionnement en tout ou rien, du type comportant un clapet obturant en position de fermeture une canalisation à. contrôler, et autorisant en position d'ouverture la libre circulation entre ladite canalisation à contrôler et un passage de sortie, ledit clapet étant susceptible de se déplacer dans un corps de vanne fermé par un chapeau, l'axe du clapet traversant ledit chapeau, caractérisée en ce que - l'axe (3) du clapet (2) est creux à sa partie supérieure et contient une came (6) sollicitée vers l'extérieur par un ressort (9), - l'axe (3) du clapet (2) présente des fenêtres (15) dans lesquelles sont logées des billes (5) sollicitées vers l'extérieur par ladite came (6), - l'axe (3) du clapet (2) coulisse dans un fourreau (7) vissé dans le chapeau (8) du corps de vanne (1) et présentant un chanfrein intérieur sollicitant les billes (5) vers l'inte- rieur de l'axe (3), - de telle sorte que la fermeture du. clapet (2) est assurée lorsque les billes (5) sont dans les fenêtres (15) et maintenues à l'extérieur par le chanfrein du fourreau (7) et à l'intérieur par la came 6. 2. - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la came (6) présente une couronne d'appui (161 pour maintenir les billes (5) vers l'extérieur dans la position fermée du clapet (2), surmontée par une gorge annulaire (17) susceptible de recevoir les billes (5) lorsque la came (6) est enfoncée en comprimant t le ressort (9) pour autoriser 1 1ouverture du clapet (2). 3. - Vanne selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que la came (6) est susceptible d'être enfoncée en comprimant le ressort (9) par des moyens mécaniques, électriques, pyroélectriques ou pneumatiques. 4. - Vanne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'axe (3) du clapet (2) présente un épaulement (21) servant d'appui à la came (6) pour assurer la mise en position du clapet (2) sur son siège (4) en vue du réarmement de la vanne. 5. - Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le blocage en position de fermeture du clapet (2) en vue du réarmement de la vanne est réalisé par dévissage et revissage du fourreau (7) dans le chapeau (8), le dévissage assurant l'effacement du fourreau (7) devant les fenêtres (15j de façon à laisser les billes (5) sortir de la gorge annulaire (17) sous l'action du ressort (9) et de la came (6), et le revissage assurant la compression d'un joint d'étanchéité entre le clapet et son siège.