Brevet FR2601431A1 — publié le 19880115

VALVE AUTOMATIQUE SERVO-COMMANDEE A OUVERTURE ULTRA-RAPIDE La présente invention concerne une valve automatique à ouverture ultrarapide pour l'évacuation de gaz. Dans l'industrie en général et plus particulièrement dans les centrales atomiques, il peut se produire à certains endroits des augmentations de pression soudaines et incontrôlables, à la suite d'incendies, explosions, échappements de 10 gaz ou de vapeur et analogues. Pour empêcher de telles augmentation de pression, il est nécessaire de prévoir des diaphragmes à rupture rapide pour permettre l'échappement du gaz. Le principal inconvénient de ces diaphragmes à'rupture rapide réside dans le fait qu'il est nécessaire de les remplacer après emploi, c'est-à-dire après rupture et qu'ils ne servent donc qu'une fois. En dehors de l'aspect économique lié au remplacement, il est clair qu'il faut les étalonner sur des bases purement statistiques, en provoquant la rupture de certains diaphragmes destinés à être installés dans l'installation concernée. En outre, si de larges surfaces d'échappement sont requises pour des pressions différentielles'd'actionnement très basses, et même en utilisant des matériaux spéciaux, on atteint vite un seuil d'incompatibilité entre les exigences de haute sensibilité et de stabilité (acceptation du risque d'une rupture incorrecte du diaphragme). L'objet de l'invention est de pallier les inconvénients précités au moyen d'une valve automatique servo-commandée, 30 normalement fermée. 2 2601431 La présente valve comprend un cadre ou châssis fixe et un couvercle articulé qui est maintenu fermé par des moyens de verrouillage et qui, après la libération de ces moyens de verrouillage, est ouvert par un organe d'actionnement appro5 prié. Ces moyens de verrouillage sont sensibles à la pression ou, de manière plus précise, à la différence de pression entre les deux chambres séparées de la valve, qui sont munies d'au moins une goupille d'arrêt, intégrée au-couvercle et, par conséquent, poussée par la pression exercée sur le couvercle à l'encontre d'au moins un verrou coulissant d'une position libérée de verrouillage de la goupille jusqu'à une position rentrée de repos de celle-ci, qui dépasse la force de réaction de ressorts tarés. Selon l'invention, la tangente des surfaces de contact entre la goupille d'arrêt et le verrou coulissant fait un angle avec la direction de déplacement de l'un et/ou des deux organes. L'organe d'actionnement poussant le couvercle en posi20 tion d'ouverture consiste en un vérin à piston intérieur opposé à un ressort ou à un fluide sous pression; il est en outre pourvu de moyens d'amortissement, pour ralentir la vitesse du couvercle de valve en fin de course. Des moyens de régulation convenables permettent de faire 25 varier à la fois la vitesse et l'accélération provoquées par l'organe d'actionnement du couvercle de valve. Les moyens de verrouillage précités sont en outre munis de moyens de réglage aptes à faire varier la pression d'actionnement minimale de la valve, qui peut être abaissée à la 30 demande. Il est clair que la différence de pression minimale agissant des deux côtés du couvercle de valve peut être abaissée comme on veut en accroissant la surface du clapet de valve, en abaissant la précontrainte des ressorts tarés agis35 sant sur le verrou coulissant et, finalement, en réduisant le coefficient de frottement des surfaces en contact avec la goupille d'arrêt, d'une part, et le verrou d'autre part. 3 2601431 Le coefficient de frottement peut être réduit notablement par l'introduction de moyens de contact aptes à substituer un frottement de roulement au frottement de glissement. Les caractéristiques principales de l'invention seront énumérées et précisées dans les revendications suivantes; ses buts et avantages apparaîtront dans la description qui suit, relative à des modes de réalisation choisis à titre d'exemples seulement, en référence au dessin annexé o: - la figure 1 est une vue générale en perspective de la lO valve selon l'invention; - la figure 2 est une vue de côté en position ouverte, comme à la figure 1, mais à échelle réduite; les figures 3, 4 et 5 sont des vues en, coupe, selon le 15 plan de symétrie de la valve, de détails identifiés par les vignettes III, IV et V de la figure 2, à plus grande échelle; - la figure 6 est une vue prise selon le plan VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue prise selon le plan VII-VII de la figure 3; et - la figure 8 est une vue en coupe partielle d'un détail du verrou déjà représenté à la figure 7. En référence aux figures précités, le repère 10 désigne 25 le châssis de base de la valve selon l'invention, châssis ou cadre qui doit être fixé solidement et d'une manière étanche à la paroi de la chambre dont la pression intérieure est à contrôler. Le repère 20 désigne un couvercle, fixé jointivement à 30 l'un des côtés du châssis 10 au moyen de charnières 21. En outre, un joint 11 garnit le profil du châssis 10, ce joint étant destiné à être comprimé par le bord du couvercle 20 en position fermée, de manière à le rendre étanche à l'air. Les moyens de verrouillage du couvercle fermé, dans le mode de 35 réalisation représenté, consistent en une paire de goupilles d'arrêt 30, sur lesquelles sont montés des manchons tournants 31 qui, comme montré en détail plus loin, sont aptes à agir en moyens réducteurs de la friction, de manière à réduire 4 2601431 la pression minimale d'actionnement de la valve selon l'invention. Les goupilles d'arrêt 30 sont portées par un support 32, faisant saillie de la face interne du couvercle 20 et voisin de la face 22 du couvercle 20, opposée au côté 23 et munie des charnières 21. Sur le même support 32, est monté un doigt 41 articulé sur l'extrémité 42 de la tige 243 du piston 43 du vérin d'actionnement 40 articulé à celle-ci (voir figures 1 et 5). Ce vérin est articulé à l'autre bout, à un axe 44 porté par un support 13 en saillie par rapport à la face interne de la face 12 du châssis 10. Quand le couvercle 20 est fermé, le piston 43 est rétracté et comprime un ressort, alors qu'à la position ouverte 15 de la figure 1, le piston 43 du vérin est sorti. Comme on le verra plus loin en détail, le vérin commande l'ouverture du couvercle 20 quand ses moyens de verrouillage sont en position ouverte. Ces moyens de verrouillage, outre le fait qu'ils sont 20 munis de goupilles d'arrêt 30 montées sur le couvercle 20, comprennent aussi au moins un verrou coulissant 50 monté sur la face 14 du châssis 10, opposée à la face 12, comme indiqué ci-dessus. Dans le mode de réalisation illustré par les figures, on 25 prévoit deux verrous coulissants 50 symétriques et aptes à agir chacun en combinaison avec une goupille d'arrêt 30. Les deux verrous coulissants 50 sont montés sur un support commun 51 présentant un évidement 52 (voir figure 7). Les embouts 53 des deux verrous coulissantspénètrent 30 dans cet évidement et, le couvercle étant fermé, les deux goupilles d'arrêt 30 s'y logent aussi. - Comme représenté à la figure 7, lorsque le couvercle 20 est fermé et verrouillé, les embouts 53 des verrous 50 retiennent les goupilles d'arrêt 30. Comme représenté en détail à la figure 8, le verrou 50 est formé d'un embout 53 monté coulissant dans un corps tubulaire 54, fileté extérieurement pour être vissé dans un taraudage du support 51. 2601431 Le fond du trou axial 55 du corps tubulaire 54 est muni d'un collet interne 56, faisant office de butée pour un collet externe 57 de l'embout 53 qui repousse élastiquement vers l'extérieur par un ressort 58 constitué dans le cas présent par des rondelles Belleville convenablement empilées. La compression des rondelles Belleville est assurée par une tige filetée 59 vissée à l'intérieur du trou 55 à l'autre bout du corps tubulaire 54, opposé à l'embout 53. La fonction de l'écrou 60 est de fixer le corps tubu10 laire 54, vissé dans un trou correspondant du support 51 dans la position axiale requise. Par ailleurs, la fonction de l'écrou 61 est de fixer la position relative de la tige filetée 59 dans le trou 55, et donc de maintenir la pression requise sur les rondelles Belleville 58. Il est maintenant clair que la force nécessaire au rappel de l'embout 53 à partir du verrou 50 peut être réglée de manière continue et avec une grande précision. S'il se produit une surpression par rapport à l'environnement extérieur dans l'enceinte délimitée par la valve selon 20 l'invention, les goupilles d'arrêt 30 appuient contre les embouts 53 des verrous 50 et appliquent une force proportionnelle à la surface du couvercle et à cette surpression. L'ouverture de moyens de verrouillage 30 à 50 est obtenue par le mouvement de retrait des verrous coulissants 50, ou 25 plutôt des embouts 53. Pour que les embouts 53 reculent quand cette surpression atteint un seuil prédéterminé, les goupilles d'arrêt 30 et les embouts 53 ont des surfaces de contact inclinées, de telle sorte que la force appliquée par les goupilles 30 aux em30 bouts 53 des verrous 50 fasse apparaître une composante parallèle à l'axe de ces verrous. Si la surpression agissant sur la face interne du couvercle 20 s'accroît, il se produit une augmentation proportionnelle de la force appliquée par les goupilles d'arrêt 30 aux embouts 53, et par conséquent de la 35 composante de cette force, parallèle à l'axe des embouts. Quand cette composante excède l'état de précontrainte des rondelles Belleville 58, les embouts reculent et les moyens de verrouillage 30 à 50 prennent la position ouverte. 6 2601431 A ce moment, le vérin 40 précontraint commande l'ouverture ultra-rapide de la valve, en provoquant le retournement du couvercle. Selon l'invention, il est possible de régler à de très faibles valeurs la surpression d'ouverture de valve comparativement à la surpression minimale des valves à diaphragme connues. Selon l'invention, cette pression minimale peut descendre à un centième de bar, voire moins. Divers facteurs peuvent intervenir pour réduire ainsi la 10 pression d'actionnement de la valve. On peut augmenter les dimensions de la valve, produisant ainsi une grande force appliquée par les goupilles d'arrêt 30 aux embouts 53 des verrous 50. On peut également abaisser la surpression d'ouverture de la valve en réduisant la charge des 15 ressorts 58 des verrous coulissants 50. On peut aussi accroître la composante axiale de la force agissant sur les embouts 53, en agissant sur l'angle de la tangente aux surfaces de contact des embouts et des goupilles d'arrêt. De plus, comme on peut le voir sur le mode de réalisation illustré par le dessin, on peut transformer le frottement de glissement entre l'embout 53 et les goupilles d'arrêt 30 en frottement de roulement au moyen des manchons 31, montés rotatifs sur les goupilles d'arrêt 30. Il est ainsi possible d'obtenir non seulement une réduction supplémentaire de la pression à l'ouverture de la valve, mais aussi et surtout une tolérance étroite de la valeur de la surpression d'actionnement de la valve, en raison du fait que le frottement de roulement détermine des conditions de fonc30 tionnement plus douces. Comme il a été dit précédemment, les valves selon l'invention doivent être à ouverture ultra-rapide; à cet effet, quand le piston est en position de retrait, il est sous charge élastique et, par conséquent, une fois les moyens de verrouil35 lage 30 à 50 ouverts, il repousse rapidement le couvercle 20. Dans ce but, le vérin peut être précontraint par des ressorts ou un fluide sous pression. L'emploi d'un fluide sous pression permet une vitesse d'ouverture élevée en début de phase, 7 2601431 lorsque, la pression de fluide dans le vérin 40 étant encore élevée, la force appliquée par le piston correspondant à la tige 243 et par celle-ci au couvercle 20 est aussi élevée. Au fur et à mesure que le vérin chasse la tige 243 vers l'extérieur, la pression du fluide comprimé dans la chambre de travail du vérin diminue et la force de basculement appliquée au piston en fait de même. La vitesse de rotation à l'ouverture du couvercle décroît en correspondance, ce qui ne signifie pas une réduction d'efficacité de la valve, du fait que 10 l'augmentation de section du passage de valve décroît durant la phase finale de basculement, quand le couvercle est ouvert. En conséquence, non seulement la réduction de la vitesse d'ouverture du couvercle dans la phase finale de la course n'est pas dommageable; mais elle est même réellement à conseil15 ler parce qu'elle empêche alors le couvercle de heurter brutalement et d'abîmer les charnières 24 en fin de course. Dans ce but, comme représenté à la figure 5, le piston 43 du vérin 40 délimite deux chambres à l'intérieur du vérin 40. La première chambre 141 ou chambre de travail (au bas de la figure 5) contient un ressort ou un fluide comprimé, alors que la seconde chambre (haut de la figure 5) renferme de l'air à pression ambiante s'écoulant par le passage 143 situé sur la paroi supérieure 142 du vérin 40. Peu à peu le piston 43 monte, la pression dans la chambre supérieure augmente 25 malgré le trou 143 et (en particulier dans la dernière phase de la course du piston 43, quand le passage de valve est proche de la section maximale), elle retarde et freine la course du piston, en agissant comme un moyen d'amortissement. Cet effet amortisseur peut être régulé en fermant plus ou moins le passage 143 à l'aide d'une tige filetée 144 à pointe conique. AInsi, selon l'invention, il est non seulement possible de réguler la pression d'actionnement de la valve comme on le désire, dans de larges limites, en l'abaissant en dessous des 35 valeurs prévues pour les dispositifs connus ayant le même objet, mais encore il est possible d'obtenir une vitesse d'ouverture élevée dans la phase initiale d'ouverture de valve et une décélération progressive, ceci afin d'empêcher les 8 2601431 chocs sur les organes mécaniques de la valve dans la phase finale de la course d'ouverture, quand l'augmentation de la section de passage est devenue presque négligeable. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 9 2601431 REVENDICATIONS 1.- Valve automatique servo-commandée à ouverture ultrarapide, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps de valve composé d'un châssis ou cadre (10) et un obturateur composé d'un couvercle (20) articulé sur le cadre (10) et en ce qu'il est prévu des moyens de verrouillage (30, 50) dont l'ouverture est commandée par des moyens sensibles à la surpression éventuelle agissant contre la face interne de la valve; et au moins un organe d'actionnement précontraint par un fluide sous 10 pression ou par un ressort et apte à commander l'ouverture du couvercle de valve (20), dès que ces moyens de verrouillage se déplacent vers une position ouverte. 2.- Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de verrouillage comprennent au moins une gou15 pille d'arrêt (30) intégrée audit couvercle (20) et s'appuyant contre au moins un verrou coulissant (50) sollicité par des moyens élastiques (58) et en ce que la surface de contact entre cette goupille d'arrêt (30) et ce verrou coulissant (50) est inclinée de manière à assurer le mouvement de rappel du verrou coulissant (50) et ensuite l'ouverture de ces moyens de verrouillage quand la surpression agissant sur le couvercle (20) dépasse un seuil minimal prédéterminé. 3.- Valve selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe d'actionnement, apte à commander l'ouverture 25 du couvercle (20) de la valve quand les moyens de verrouillage (30, 50) se déplacent vers une position ouverte, comprend un vérin (40) précontraint par un ressort ou par un fluide gazeux sous pression et relié de façon articulée (en 44) au châssis (10) de valve, d'une part, et au couvercle (20) de 30 valve, d'autre part. 4.- Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que le verrou coulissant (50) est muni d'un embout (53) agissant à l'encontre de la goupille d'arrêt (30) et repoussé élastiquement vers l'extérieur par des ressorts (58) pré35 contraints à l'aide d'une vis de réglage (59). 5.- Valve selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit embout (53) présente une pointe ronde hémisphérique. 2601431 6.- Valve selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la goupille d'arrêt (30) est entourée par une douile ou un manchon (31) tournant librement et apte à produire un frottement de roulement contre le verrou (50) sur lequel elle s'appuie., 7.- Valve selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une paire de goupilles d'arrêt (30) et une paire de verrous coulissants (50) symétriques. 8.- Valve selon l'une des revendications 1 à 7, carac10 térisée en ce que l'organe d'actionnement comporte, entre le fond du vérin et le piston correspondant (43), une chambre de travail (141) dans laquelle est comprimé un fluide gazeux ou un ressort, et une chambre d'amortissement entre le piston et le fond du vérin (142) traversé par la tige (243) de piston et 15 en ce que cette chambre d'amortissement est reliée à l'environnement extérieur par un trou (143) dont la section de passage peut être réglée par une tige (144) de préférence vissée en direction d'un siège correspondant et muni d'un corps fileté.