Brevet FR2600396A1 — publié le 19871224

ENSEMBLE DE RUPTURE ET PROCEDE DE LIBERATION)E PRESSION. La présente invention concerne un procédé et ensemr ble de sécurité à libération de pression, du type à rupture, permettant de libérer une pression différentielle positive prédéterminée dans une direction et/ou une pression différentielle négative prédéterminée dans la direction opposée. D'une manière générale, les dispositifs de libération de pression connus comportent un disque de rupture supporté entre une paire de brides ou éléments supports complémentaires qui sont eux-mêmes reliés à un raccord 15 de sécurité d'une enceinte ou system( contenant le fluide pressurisé. Lorsque la pression à l'int'rieuir de l'enceinte ou de l'installation dépasse la pression de rupture prédéterminée prévue à la construction du disque de rupture, ce dernier se rompt afin de provoquer la li20 bération du fluide pressurisé. Divers procédés et dispositifs bidirectionnels de libération de pression ont déjà été proposés, par exemple dans les US-A-3 091 359; 4 079 854; 4 301 938 et 2 4 479 587, ces dispositifs comprenant un élément d'étanchéité flexible disposé de manière adjacente àun élément de rupture perforé. Lorsqu'une pression différentielle positive prédéterminée s'exerce contre cet ensemble, l'élément de ruoture se rompt, provoquant éqalement la 3A rupture de l'élément d'étanchéité et, par suite, la pression peut être libérée au travers de l'ensemble. :Lorsqu'une pression différentielle négative s'exerce à travers les perforations de l'élément de rupture sur l'élément d'étanchéité, ce dernier est amené en contact 35 avec des moyens tranchants adjacents qui entraînent la - 2 coupe de l'élément d'étanchéité.et, Dar suite, la libération de la pression différentielle négative. Dans la presente description, l'expression "pression différentielle positive".est utilisée pour désiqner un état dans 5 lequel la pression dans une première zone sur un côté de l'ensemble à disque de rupture est supérieure à la pression atmosphérique et est nettement plus élevée qgu la pression dans une seconde zone sur l'autre côté. L'expression "oression différentielle négative" est utilisé10 pour désigner l'état dans lequel la pression différen.tielle est supérieure dans la seconde zone à celle à l'intérieur de la première zone. Bien qu'une pression différentielle négative puisse résulter du fait que la pression dans la seconde zone est nettement supérieure à 15 la pression atmosphériqueetà/ou supérieure à la pression atmosphérique dans la premi-re zone, elle est cepend;,plus spécialement le résultat du fait de la irésence d'uin vide dans la première zone et d'une pression égale à la pression atmosphérique ou légèrement supérieure dans la 20 seconde zone. Bien que les procédés et dispositifs bidirectionnels proposés à ce jour aient été utilisés de manière satisfaitante, on se trouve confronté à certains ^5 problèmes lorsqu'une libération de pression différentielle négative est exigée à des niveaux spécifiques très faibles, par exemple lorsqu'une enceinte sous pression fonctionne normalement avec une pression interne considérable et exige une libération de oression diffé30 rentielle positive à un niveau normal et une libération différentielle de pression négative à un niveau très bas, par exemple lorsqu'un vide produit à l'intérieur de l'enceinte entraîne une pression différentielle n4gative comprise ente 10o mm et 230 mm d'une colonne d'eau 35 (0,27 à 0,61 bar), aucune ouverture ne devant se pro- -3 duire jusqu'à ce que la pression différentielle négative dépasse 100 mm de colonne d'eau. Malgré les dispositifs et méthodes connus à ce jour, il se produit très souvent une perforation prématurée de l'élément d'étanchéité et 5 une pression différentielle néqative inférieure à celle désirée, ce qui entraîne des arrêts et remplacements fréquents inutiles. La présente invention vise à surmonter ces inconvé10 nients. D'une manière générale, l'invention concerne donc un ensemble de sécurité à libération de Dression adapté pour être fixé dans une zone de libération de pression 15 pour permettre unt décharge de fluide sous pression entre une première et une seconde zone sous pression, à une pression différentielle négative prédéterminée lorsque la pression dans la seconde zone est plus élevée que celle dans la première zone, ledit ensemble comprenant 20 un élément d'étanchéité flexible, un élément de retenue positionné de manière adjacente d'un côté dudit élément d'étanchéité et qui peut être relié à la seconde zone sous pression et permet de maintenir l'élément d'étanchéité dans une première position et c, jusqu'à ce 25 qu'il soit dégagé de l'élément de retenue lorsqu'une pression différentielle négative pitédéterminée s'exerce à travers ledit élément d'étanchéité ainsi qu'un moyen de découpe permettant de couper l'élément d'étanchéité, cet élément de découpe étant disposé de manière adjacen30 te du côté de l'élément d'étanchéité opposé à l'élément de retenue et espacé de ce dernier de telle sorte que l'élément d'étanchéité. ne Douisse être en contact avec les moyens coupants tant qu'4l n'est pas dégagé de l'élément de retenue. - 4 Grâce à une telle structure, il est possible d'obtenir une ouverture précise et sûre et ce, avec une pression différentielle négative déterminée très faible ainsi que d'avoir une libération de pression totale. En outre, l'ensemble peut être facilement nettoyé sur Dlace. Avantaqeusement, l'élément de retenue comporte un bouton de retenue fixé à l'élément flexible d'étanchéité 10. et une oince à ressort en prise avec lui ' Le bouton he retenue fixé à l'élément d'étanchéité-comprend de préférence une tiqe verticale comportant une tête de plus grande dimension à son extrémité libre et la Dince à ressort comporte une paire de jambes espacées pouvant 15 être engagées en dessous de ladite t.êtc, pour rete(nit l'élément d'étanchéité flexible dans sa premiere position mais Douvant fléchir de manière à libérer la tête lorsqu'une pression négative prédéterminée est atteinte. Lorsqu'une pression différentielle positive ainsi qu'une pression différentielle neqative doiv-nt atre libérées par l'ensemble, un élément de rupture'perforé peut être disposé de manière adjacente à un côté de l'élément d'étanchéité pour entraîner la rupture lors25 qu'une pression différentielle positive prédéterminée est exercée à travers ledit élément d'étanchéité. L'invention concerne ég.qalement un procédé de libération de pressions différentielles prédéterminéesposi30 tives et/ou négativesentre une première et une seconde zone utilisant un ensemble de libération de Dression conforme à l'invention. La présente invention et les avantages qu'elle ao35 porte seront cependant mieux comoris grâce à la descrip- -- 5 -tion qui suit et de l'exemple de réalisation donné ciaprès à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en plan de dessus d'un mode de réalisation d'un ensemble de libération de pression bidirectionnel conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe selon la liqne 10 3-3 de la figure 2, - la figure 4 est une vue en perspective éclatée des principales parties de l'ensemble illustré par les figures 1 à 3; - la figure 5 est une vue similaire à la figure 2 51 montrant l'ensemble après rupture lors de la présence d'une pression différentielle positive - la figure 6 est une vue agrandie d'une partie de l'appareil illustré à la figure 1; - la figure 7 est une vue agrandie d'une partie de 20 l'appareil illustré à la figure 2; - la figure 8 est une vue similaire à la figure 7 montrant l'appareil après fonctionnement partiel et, - la figure 9 est une vue similaire à la figure 2 montrant l'ensemble après rupture lors de la présence 25 d'une pression différentielle négative. Si l'on se reporte aux figures annexées et plus particulièrement aux figures 1 à 4, l'ensemble à libération de pression bidirectionnel conforme à l'invention, 30 ensemble désigné par la référence générale (10) , comporte une paire d' éléments supports complémentaires carrés (12) et (14) qui sont maintenus ensemble par l'intermédiaire de boulons (16). Les têtes des boulons (16) sont de préférence noyées dans l'élément support (14) et les 35 parties filetées desdits boulons s'étendent à l'inté- - 6 rieur de parties filetées (non représentées) prévues dans l'élément support (12). Les éléments supports (12) et (14) forment des sur5 faces planes et annulaires (18) et (20) entre lesquelles sont serrés un élément d'étanchéité flexible circulaire (22), un élément de protection perforé (24) et un élément de rupture perforé (26). Ainsi que cela ressort plus particulièrement de la figure 4, l'élément d'étan10 chéité (22) est de préférence réalisé dans une matière plastique flexible et comporte une partie en forme de dôme (28) reliée à une partie plane annulaire (30), un élément de liaison (32) étant fixé au centre ou à proximité de la partie en forme de dome (28). L'élément de 15 liaison (32) est montré plus en détail aux figures 7 et. 8 et comporte une base (34) qui est collée ou fixée par tout autre moyen approprie à l'élément d'étanchéité flexible (22). Une tige (36) verticale de petit diamètre est fixée à la base (34),une tête (38) en forme de bou20 ton de plus grande dimension, étant réalisée à l'extrémité supérieure de la tige (36). L'élément de protection (24) comporte également une partie en forme de dome (40) reliée à un rebord annulai25 re plat (42) et est également de préférence formé à base d'une matière plastique flexible. La partie en forme de dome (40) comporte une ouverture circulaire centrale (44) avec une pluralité de fentes (46) qui s'étendent de manière radiante vers la base et se terminent au voisi30 nage de la périphérie de la partie en forme de dome (40). L'élément de rupture (26) comporte également une partie annulaire plate (50) reliée a une partie en forme 35 de dome (48) comportant des ouvertures (52) espacées, - 7 disposées autour d'une partie centrale, et qui sont reliées par une fente (54) à l'une des ouvertures additionnelles (56) disposées à l'intérieur de la périphérie de la partie en forme de dome (48). Les ouvertures (52) 5 et (56) et les fentes (54) divisent la partie en forme de dome (48) en plusieurs secteurs (57) à l'intérieur desquels sont réalisées une pluralité d'orifices (58). Un bouton de retenue (62) est positionné au-dessus 10 de l'ouverture centrale (60) de la partie en forme de dome (48), cet ensemble comprenant un ressort (64) et une base (66). La base (66) est fixée en un point unique à l'intérieur. de l'un des secteurs (56) par l'intermédiaire d'un point de soudure (68) de telle 15 sorte que lors de la rupture de l'élément de rupture (26) entre les ouvertures (52), les secteurs (56) soient libres de se courber vers le haut, le bouton de retenue (62) restant fixé à l'un des secteurs ainsi que cela ressort de la figure 5. Les fentes (46) de l'élément de protection (24) sont disposées de manière à être décalées des fentes (34) de l'élément de rupture (26>. L'élément de protection (24) est disposé de manière à recouvrir les fentes 25 (54), les ouvertures (52), les ouvertures (56) et les orifices (58) dans l'élément de rupture (26) et protège également l'élément d'étanchéité (22) pour éliminer des défauts dus à l'abrasion et à des coupures sur les bords des fentes, ouvertures et orifices. 30 L'élément de protection (24) ne donne pas de résistance à la rupture à l'ensemble (10) dans d'autres directions étant donné que les secteurs définis par les ouvertures (44) et des fentes (46) ne sont pas reliés ensemble. - 8 Si l'on se réfère encore aux figures 1 à 3, l'ensemble (10) comporte une structure (70) formant une lame coupante reliée à l'élément support (12) et permettant de découper l'élément d'étanchéité (22) lorsqu'il vient 5 en contact avec lui. La structure de la lame coupante peut avoir différentes formes et peut être constituée d'un élément indépendant del'ensemble (10), non relié à l'élément support. De même, les éléments supports (12) et (14) peuvent être complètement éliminés, les divers 10 autres composants, y compris les moyens de découpe, étant alors serrés entre les flasques conventionnels de conduite ou similaires. La structure.(70) illustrée comporte trois lames 15 coupantes (72) s'étendant radialement, les extrémités internes de ces lames étant reliées les unes aux autres à un sommet (74) alors que les extrémités externes sont reliées à l'élément support (12). La structure (70) est espacée de l'élément d'étanchéité (22), ce qui permet 20 d'éviter que les lames coupantes soient en contact avec cet élément d'étanchéité lorsque le bouton de maintien (32) est enclenché avec le bouton de retenue (62). En outre, ainsi que cela ressort plus clairement de la figure 1, le sommet (74) est décalé par rapport au bouton 25 (32) de telle sorte que lors de la découpe de l'élément d'étanchéité (22) par la structure à lames coupantes (70), ledit bouton (32) n'entre pas en contact avec les lames coupantes. Cela peut être obtenu en disposant les boutons (32) et (64) légèrement décalés par rapport au 30 centre tandis que le sommet (74) est positionné sur le centre. Ainsi que cela ressort des.figures 6 et 7, le bouton de retenue (62) comporte une base (66) avec une par35 tie cylindrique centrale verticale (80) reliée à un re- - 9 bord annulaire (82) dont la périphérie extérieure est tournée vers le haut de manière à former un bord de.retenue courbé (84) pour maintenir le ressort (64) en position. Le ressort (64) comporte un élément résilient 5 allongé présentant des parties extrêmes disposées en opposition ayant la forme d'un U courbé (86) reliées ensemble par une partie intermédiaire (88) retenue par le bord (84) de la base (66). Les jambes (85) les plus internes des parties courbées en U (86) s'étendent à 10 travers des ouvertures latérales (90) dans la partie cylindrique (80) de manière à retenir l'extrémité de grand diamètre (38) du bouton (32). La résistance du ressort (64) et les dimensions du bouton (32) sont complémentaires et sont telles que lorsque l'on exerce une force prédéterminée vers le bas sur le bouton (32), les jambes (85) du ressort (64) soient écartées en force et que le bouton (32) soit relâché ainsi que cela est montré à la figure 8. Dans l'ensemble constituant la structure (10),. 1'4iément d'étanchéité flexible (22), l'élément de protection perforé (24) et l'élément de rupture perforé (26) sont positionnés ensemble les uns contre les autres et le bouton (32) fixé à l'élément d'étanchéité (22) est 25 disposé de telle sorte qu'il traverse l'ouverture (60) prévue à l'intérieur de l'élément de rupture (26) et vienne s'enclencher avec le bouton de retenue (62) qui assure donc son maintien. Les éléments (22,24 et 26) sont serrés de manière étanche entre les éléments sup30 ports (12) et (14) et la structure à lames coupantes (70) est disposée sur le c8té de l'élément d'étanchéité (22) opposé aux éléments (24) et (26). - 10 Les'éléments supports (12) et (14) ont des formes et dimensions complémentaires de. telle sorte qu'après les avoir serrés l'un contre l'autre par l'intermédiaire des boulons noyés (16), l'ensemble 5 puisse être monté de manière étanche entre les flasques conventionnels-de conduite ou similaires et soit orienté de telle sorte que la pression provenant d'une première zone sous-pression soit transmise par l'élément support (12). sur le côté concave de l'élément d'étanchéité (22) 10 et une pression de fluide provenant d'une seconde zone sous pression soit transmise par I'élément support (14), les ouvertures et fentes de l'1élément de rupture (26) et les ouvertures et fentes de l'élément de protection (24) sur le côté convexe de l'élément d'étanchéité (22). 15 En fonctionnement, lorsqu'une pression différentielle positive est -exercée sur l'élément flexible d'étanchéité (22), la partie en forme de dome (28) est déformée par contact avec l'élément de protection (24). 20 La pression différentielle s'exerce ainsi à travers l'élément d'étanchéité (22) et l'élément de rupture (26) et,lorsqu'une pression différentielle de rupture positive prédéterminée est atteinte, la force exercée sur l'élément d'étanchéité et l'élément de rupture provoque 25 la déchirure de l'élément de rupture (26) entre les ouvertures (52) qu'il comporte. La rupture de l'élément (26) entraîne également la rupture de l'élément flexible d'étanchéité (22), ce qui permet la libération de la pression différentielle. Le débit de fluide libéré 30 provoque par suite le repliement vers l'extérieur de l'élément d'étanchéité (22), de l'élément de protection (24) et de l'élément de rupture (26) et ce, sous la forme de secteurs tels qu'illustrés à la figure 5, le bouton de retenue (62) restant fixé à l'un des secteurs. - 11 Lorsqu'une pression différentielle négative s'exerce à travers l'élément d'étanchéité flexible (22), ledit élément d'étanchéité (22) n'est pas déformé en direction de la structure coupante tant que le bouton (32) fixé à l'élément d'étanchéité est retenu par le bouton (62). Lorsque la pression différentielle de rupture négative est atteinte, la force exercée sur l'élément d'étanchéité (22) et sur le bouton (32) dépasse la pression exercée par le ressort (64) du bouton de retenue (62) et qui 10 permet de retenir le bouton (32) qui peut alors s'échapper. Dans ce cas, l'élément d'étanchéité (22) est également découpé par la structure coupante (70) et ouvert en parties en forme de secteurs de la manière illustrée à la figure 9. Dans des conditions o une libération différentielle de pression positive n'est pas nécessaire, un élément perforé approprié (non représenté) peut être substitué à l'élément de rupture (26) afin de maintenir le bouton de 20 retenue (62) ou tout autre moyen de retenue. Le.fonctionnement d'un tel ensemble ainsi modifié pour libérer une pression différentielle négative sera le même que celui décrit ci-dessus. La libération du bouton de retenue (62) se produit soudainement lorsque la pression différentielle négative prédéterminée est atteinte. Un tel relâchement soudain fait que l'élément d'étanchéité (22) vient en contact avec la structure coupante (70) avec une force 30 considérable, ce qui permet que la découpe et l'ouverture de l'élément d'étanchéité (22) se produisent même lorsque la pression différentielle négative est très faible. 2 00396 - 12 Etant donné que le bouton (32) et le bouton de retenue (62) sont disposés à côté de l'ensemble (10) opposé au côté normalement en communication avec l'enceinte -qui doit être protégée, un tel ensemble (10) peut être 5 facilement nettoyé depuis l'intérieur de l'enceinte sans qu'il soit besoin de l'enlever. Une telle possibilité est particulièrement avantageuse dans le cas d'application pour l'industrie alimentaire. - 13 REVENDICATIONS 1/ Ensemble de sécurité à libération de pression adapté pour être fixé dans une zone de libération de 5 pression pour permettre une décharge de fluide sous pression entre une première et une seconde zone souspression, à une pression différentielle négative prédéterminée lorsque la pression dans la seconde zone est plus élevée que celle dans la première zone, ledit en10 semble comprenant un élément d'étanchéité flexible (28) et des moyens de découpe (70) montés sur le côté dudit élément flexible d'étanchéité (28) soumis à ladite première zone de pression et permettant de découper l'élément d'étanchéité lorsqu'une pression différentielle né15 gative prédéterminée est atteinte, caractérisé en ce qu'il comprend également un élément de retenue (32), positionné de manière adjacente d'un côté dudit élément d'étanchéité (28) qui est soumis à la seconde zone de pression et permettant de retenir ledit élément d'étan20 chéité (28) dans une première position et ce, jusqu'à ce qu'il soit dégagé de l'élément de retenue lorsqu'une pression différentielle négative prédéterminée s'exerce à travers ledit élément d'étanchéité, les éléments de découpe (70) étant disposés de manière adjacente du côté 25 de l'élément d'étanchéité opposé à l'élément de retenue et espacé de ce dernier de.telle sorte que l'élément d'étanchéité (28) ne puisse être en contact avec les moyens coupants (70) tant qu'il n'est pas dégagé de l'élément de retenue (32). 2/ Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de retenue comporte un bouton de retenue (36,38) fixé à l'élément d'étanchéité flexible (28) ainsi qu'une pince à ressort (64) en Drise avec 35 lui. - 14 3/ Ensemble selon la revendication 2, caractériséen ce que le bouton de retenue (32) fixé à l'élément d'étanchéité (28) comporte une tige verticale (36) présentant à son extrémité libre une tête (38) en.forme de 5 bouton, la pince àressort (64) comportant une paire de jambes espacées (85) susceptibles d'être disposées en dessous du bouton (38) pour retenir l'élément flexible d'étanchéité (28) dans sa première position mais pouvant être écartées l'une de l'autre pour libérer la tête (38) 10 lorsqu'une pression négative prédéterminée est atteinte. 4/ Ensemble selon l'une des revendications 1,2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de rupture perforé (26) disposé de manière adjacente à un 15 côté dudit élément d'étanchéité (28) et pouvant se rompre lorsqu'une pression différentielle positive prédéterminée s'exerce contre lui et contre ledit élément d'étanchéité. 5/ Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit ensemble de rupture perforé (26) comporte des fentes (54) disposées de manière radiante autour d'une partie centrale et qui se terminent en relation espacée à la périphérie de celle-ci, de manière à former 25 des secteurs (57) sur le disque de rupture, chacun desdits secteurs comportant une pluralité d'orifices (58). 6/ Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de retenue (32) est fixé à l'élément 30 de rupture (26) en un point unique à l'intérieur de l'un des secteurs (57). 7/ Ensemble selon l'une des revendications 1, 3 à 6, caractérisé en ce que l'élément de rupture (26) et 35 l'élément d'étanchéité (28) sont en forme de dome, le - 15 côté convexe de l'élément d'étanchéité étant positionné de manière adjacente au côté concave de l'élément de rupture. 8/ Ensemble selon l'une des revendications 5, 6 ou -7 prises en combinaison avec l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie centrale de l'élément de rupture (26) comporte une ouverture centrale (60), la pince ressort (64) étant fixée au côté de 10 l'élément 'de rupture (26) opposé à l'élément d'étanchéité (28) autour de ladite partie centrale (60) et l'élément de retenue (32) est fixé audit élément d'étanchéité traversant le centre de l'ouverture réalisé dans l'élément de rupture et étant emprisonné par la pince 15 ressort (64). 9/ Ensemble selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'un élément de protection perforé (24) est disposé entre l'élément de rupture (26) et 20 l'élément d'étanchéité (28), de manière à recouvrir les fentes (34) et ouvertures. (58) de manière à assurer une protection de l'élément d'étanchéité (28) contre toute détérioration prématurée due à l'abrasion ou partie tranchante sur les bords, lesdites fentes et ouvertures. 25 i0/ Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments supports (12,14) maintenus ensemble par l'intermédiaire de boulons, des parties annulaires (30,42,50) de l'élément d'étanchéité 30 (28), de l'élément de rupture (26) et de l'élément de protection (24) étant maintenues emprisonnées entre lesdits supports. 260.0396 - 16 11/ Ensemble selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens coupants (70) sont constitués de trois lames coupantes rigides (72) dont les extrémités internes sont reliées les unes aux autres 5 et dont les extrémités externes sont fixées à l'élément support annulaire (12). 12/ Procédé permettant de libérer une pression différentielle positive prédéterminée dans une direction 10 et/ou une pression différentielle négative prédéterminée dans la direction opposée entre deux zones sous pression, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer un ensemble selon l'une des revendications précédentes entre lesdites zones de telle sorte que l'élément de 15 retenue assurant le maintien de l'élémert d'étanchéité dans sa première position soit tel que l'élément d'étanchéité soit espacé des moyens de découpe de telle sorte que lorsqu'une pression négative prédéterminée est atteinte, ledit élément de retenue soit dégagé et que 20 l'élément d'étanchéité soit déplacé et vienne en contact avec les éléments tranchants qui le découpent.