Brevet FR2598479A1 — publié le 19871113

La présente invention a pour objet un obturateur interne de sécurité à compensation de pression. Cet appareil est plus particulièrement destiné à être monté sur des réservoirs fixes ou mobiles tels que ceux des camionsiter- nes transportant des hydrocarbures ou des produits dangereux. Un tel obturateur permet lors des opérations de chargement de garantir une sécurité à l'ouverture mais aussi, assure durant toutes les phases du transport une sécurité à la fermeture. On connaît des dispositifs comportant un piston pouvant coulisser à l'intérieur d'un corps de vérin, ce même piston pouvant prendre une position basse ou une position haute destinée à fermer ou bien ouvrir les orifices de transfert. En position fermée, la tige cylindrique et centrale de commande du piston met en communication par un orifice dont elle est munie la partie supérieure du piston et la partie inférieure du piston avec le fluide à transférer ou bien la pression atmosphérique. Les forces sont ainsi équilibrées de part et d'autre de ce piston. Par ailleurs, étant soumis aux efforts exercés par un ressort de compression disposé entre ce même piston et le corps du vérin dans lequel il coulisse, le piston reste en position basse.Un dispositif de commande a air comprimé, par exemple un vérin pneumatique, est lié a ce même piston par l'intermédiaire de la tige centrale de commande. Lorsque l'on souhaite ouvrir cet obturateur, le vérin pneumatique est donc alimenté en air comprimé, la tige de manoeuvre se déplace et entraine avec elle le piston, tandis que le fluide ou l'air disposé à la partie supérieure du vérin est évacué à travers des orifices de correspondance usinés dans la paroi du piston. Un tel dispositif n'est pas sans inconvénient car, toute la partie interne de l'obturateur, c'est-a-dire la partie supérieure du piston, les orifices de correspondance, les parties coulissantes, le ressort de compression, se trouvent au contact du fluide à transférer. Une telle conception n'est utilisable que pour des fluides de faible viscosité et-faiblement chargé. Par ailleurs, le dispositif de commande a air comprimé disposé dans le coude d'accès est encombrant et provoque des pertes de charge nuisibles au transfert. Le fonctionnement présente un autre inconvénient. Lorsque le fluide à transférer dans le sens extérieur vers l'intérieur du réservoir est envoyé sans que l'obturateur ait été ouvert, celui-ci devrait être étanche, puisqu'il y a normalement équilibre des pressions par passage du fluide a travers la tige centrale pour venir équilibrer à la partie supérieure l'effort exercé en partie inférieure, mais l'orifice dans la tige ne peut être que de faible dimension, il ne provoque alors pas un équilibre instantané. I1 se produit des sursauts du piston à la mise en pression entraî- nant une fuite momentanée. Il existe d'autres dispositifs qui utilisent des systèmes à membrane. L'obturateur est alors constitué d'une structure externe dans laquelle peut coulisser un clapet mobile, soumis à l'action d'un ressort de compression qui prend appui d'une part sur le clapet et d'autre part sur la face inférieure de la partie supérieure de la structure externe. Le clapet est destiné à venir obturer des passages de transfert usinés dans la structure extérieure mettant en communication le volume interne du réservoir et l'extérieur. Entre le clapet et la paroi interne de la structure externe sont disposées deux membranes à des niveaux différents dont l'une a une surface plus petite que l'autre. On réalise par exemple une protubérance dans la structure externe orientée vers l'intérieur sur laquelle est liée la membrane inférieure. De l'air comprimé peut être insufflé dans le volume annulaire limité en partie haute et basse par les deux membranes et latéralement par la face externe du clapet interne et la face interne de la structure externe. La pression s'exerçant sur toutes les parois qui limitent ce volume, on comprend que le clapet se déplacera vers le haut avec une force égale à la pression multipliée par la différence de surface des deux membranes supérieures et inférieuresdiminuée par la force antagoniste du ressort. La durée de vie de ces obturateurs à membranes est liée à la durée de vie de ces dernières,fort courte lorsqu'elles sont au contact de certains fluides. De plus, en fonction des produits à transférer, il faudra s'assurer de la compatibilité de ces mêmes membranes pour ne pas provoquer de pollution. L'obturateur selon l'invention vise à pallier ces inconvénients et à permettre une étanchéité parfaite même lorsque les produits sont à viscosité élevée ou fortement chargés. Cette étanchéité sera conservée même lors de la mise en pression notamment celle exercée par une pompe de transfert. L'obturateur selon l'invention présente également une très longue durée de vie de par le fait qu'il n'existe pas de contact entre le fluide à transférer et les parties sensibles de ce même obturateur. La longue durée de vie est complétée en outre par une facilité de maintenance grâce à un bouchon hermétique et amovible permettant d'accéder aux différentes parties mobiles seules susceptibles d'usure et aux joints. On a remarqué par ailleurs que les dispositifs existants sont du type automatique et fonctionnent à l'aide d'une commande à air comprimé. Il n'est par contre pas prévu de dispositifs permettant de remplacer la commande automatique par une commande manuelle de secours. Ce problème est également résolu par l'obturateur selon l'invention. Un tel obturateur interne à sécurité positive est caractérisé en ce qu'il comprend - un corps d'obturateur destiné à être monté sur le réservoir - un clapet mobile creux coulissant autour dudit corps d'obturateur et définissant au moins une chambre de pression, ce clapet pouvant prendre sous l'effet d'au moins un ressort une position basse dans laquelle il vient obturer au moins un orifice de communication et pouvant prendre au moins une position haute sous la poussée contrôlée d'un fluide de commande introduit dans ladite chambre de pression li bérant ainsi au moins un orifice de communication - des moyens d'étanchéité entre le clapet mobile et le corps d'obturateur - un dispositif d'amenée du fluide de commande sous pression mettant en relation sans contact avec le fluide à transférer la chambre de pression et la source du fluide de commande. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descriotion d'un mode particUlier de réalisation en relation avec la figure urique en annexe qui représente une coupe transversale du dispositif obturateur interne monté sur une enveloppe de réservoir dans sa position fermée sur la partie gauche du dessin et dans sa position ouverte à la partie droite du dessin. Sur la figure unique, on distingue en 1 l'obturateur interne fixé sur un réservoir 2 par l'intermédiaire des vis 3, tandis que le joint 4 assure l'étanchéité du montage. L'orientation de ce dispositif obturateur est telle que la partie supérieure du dessin correspond à la partie interne du réservoir et la partie inférieure du dessin correspond a l'extérieur du réservoir. Le corps 10 de l'obturateur est de forme cylindrique et se prolonge à sa partie inférieure par une bride 11 portant le joint d'étanchéité 4, cette même bride se prolongeant également en partie inférieure par un coude de jonction 12. Ce coude de jonction possède un point de fragilisation 13 qui lui permet d'être désolidarisé du corps 10 de l'obturateur en cas de chocs. L'extrémité libre du coude est dans la représentation de la figure unique, un raccord à bride 14 destiné à assurer la jonction avec les canalisations de transfert. A l'extrémité supérieure du corps de l'obturateur est rapportée une chemise cylindrique 20 maintenue en place grace à des vis 21.Cette chemise 20 est d'un diamètre tel que sa surface extérieure soit dans le prolongement exact, au jeu près de fonctionnement, de la surface extérieure du corps de l'obturateur grâce à un suralésage 22 réalisé dans ce même corps 10 de l'obturateur. Cette chemise se prolonge en 23 au-dessus des moyens de fixation 21. Cette chemise 20 a donc une hauteur h1 équivalente à la course de la partie mobile de l'obturateur que nous verrons ci-après. Des orifices de communication 24 sont par ailleurs disposés à la partie médiane de l'obturateur et régulièrement répartis sur sa périphérie de manière à pouvoir faire communiquer l'intérieur du réservoir et l'intérieur du coude de jonction. Un filtre cylindrique 25 à paroi mince est fixé sur la bride 11 et il est tel que son diamètre soit supérieur au diamètre du corps de l'obturateur.Un tel filtre assure la protection contre tous dépits de charges et particules engendrés par le passage du fluide à transférer, de tels dépits empêcheraient une bonne étanchéité de l'obturateur lors de la fermeture. Un clapet mobile 30,du type cloche,vient coulisser autour du corps de l'obturateur par sa paroi interne 31, laquelle paroi comprend des moyens d'étanchéité sous la forme de joints toriques 32 et 33. Ces joints seront situés à une hauteur telle que le joint inférieur 33 soit en vis-à-vis de la partie inférieure de la chemise 20 lorsque le clapet est en position basse. Le joint 32 sera situé légèrement au-dessus du joint 33 pour assurer une meilleure sécurité a l'étanchéité entre la paroi externe de la chemise 20 et la paroi interne 31 du clapet. Les joints 32 et 33 sont complétés par un joint 26 d'étanchéité du montage de la chemise. Sur la surface d'appui inférieure du clapet 30 sur la bride 11 cOté réservoir, il est prévu un joint d'étanchéité à lèvre 34 de manière à obturer le passage du fluide par les orifices de communication tels que 24 lorsque le clapet est en position basse fermée. A sa partie supérieure le clapet 30 comporte un alésage 35 qui se prolonge vers l'intérieur par une partie cylindrique 36. Un bouchon 37 est prévu pour venir obturer cet alésage, il est muni d'un joint d'étanchéité 38 disposé a la périphérie de ce même bouchon au contact de la paroi de l'alésage 35. Le blocage de ce bouchon 37 dans l'alésage est assuré par un circlips 39 disposé au-dessus du bouchon et pénétrant dans une gorge usinée dans la paroi de l'alésage. Une butée cylindrique 50 est bloquée dans le corps de l'obturateur 10 à l'aide d'un montage à balonnettes 41. Cette butée sert d'appui de fin de course au clapet lorsque le suralésage 52 vient en appui sur la collerette 53 de la butée cylindrique 50.La partie cylindrique 36 comporte à son extrémité un redan 54 sur lequel vient s'appuyer l'une des extrémités d'un ressort de compression 55, l'autre extrémité de ce ressort de compression venant en appui sur la partie inférieure de la collerette 53. La butée cylindrique 50 se prolonge à sa partie inférieure par un tube 60 qui traverse le corps d'obturateur 10 et dont le passage est rendu étanche grâce à des joints 61. Ce tube 60 se prolonge à son tour hors du corps de l'obturateur jusqu'à venir traverser la paroi du coude de jonction 12 en 62. Cette traversée est également rendue étanche gracie à des joints 63. Une surépaisseur de renfort 64 est pré-moulée dans ce coude de jonction pour permettre un meilleur maintien du tube 60. Le passage 62 est suivi d'un suralésage 65 dans lequel viennent se visser les filets d'un boulon 66 qui maintient un raccord orientable 67 accessible de l'extérieur du coude.La chambre de pression 68 limitée par le clapet et le corps d'obturateur peut donc être en communication directe avec l'extérieur grace aux différents jeux mécaniques et aux différents joints par l'intermédiaire du tube 60 et du raccord orientable 65. Cet obturateur 1 comporte également une tige métallique 70 en deux morceaux d'un diamètre tel qu'elle puisse coulisser à travers le tube 60 et à travers la butée cylindrique 50, et d'une longueur telle qu'une fois le raccord orientable 67 en place elle vienne au contact de la face inférieure 71 du bouchon 37 et en appui sur la face inférieure 72 du corps du boulon 66 qui maintient le raccord orientable. Nous allons maintenant décrire le fonctionnement d'un tel dispositif dans ses conditions d'utilisation. L'obturateur selon l'invention étant vissé à la partie inférieure d'un réservoir contenant un liquide, seuls restent accessibles la bride 14 et le raccord orientable 67. Dans le cas d'une vidange,on suppose donc le réservoir rempli et le clapet en position fermée. Cette position est obtenue sous l'effet du ressort 55 qui maintient en appui le clapet 30 sur la bride ll du corps de l'obturateur. En effet, la chambre de pression 68 est à la pression atmosphérique et les orifices de communication tels que 24 ne sont soumis du cOté extérieur à aucune pression. On vient alors connecter sur la bride 14 la canalisation de vidange. Parallèlement, on effectue la connexion du raccord orientable 67 avec une source de fluide sous pression.Lorsque l'opération de vidange doit s'effectuer, il suffit d'ouvrir la vanne de commande du fluide sous pression pour injecter ce meme fluide dans la chambre de pression 68 à travers le raccord 67, le tube 60, la butée cylindrique 50; le fluide ne pouvant s'échapper par l'alésage 35 à cause du bouchon 37 passe sans difficulté à travers les jeux de fabrication jusqu'à cette meme chambre 68. Les différents joints d'étanchéité 26, 32, 33, 38, 61 suppriment les fuites pour permettre une augmentation de pression instantanée dans cette même chambre 68. La poussée engendrée sur la face inférieure du clapet provoquera son déplacement vers le haut en comprimant le ressort 55 et en libérant les orifices de communication 24.Ce déplacement du clapet peut être réalisé sur toute la hauteur de la course voisine de hl ou bien par étage en modulant l'admission du fluide de commande dans la chambre de pression 68. Lorsque l'on souhaite arrêter la vidange il suffit de manipuler la vanne par exemple 3 voies non figurées pour mettre à la pression atmosphérique le fluide de commande; ainsi fait le clapet est soumis à l'action prépondérante du ressort qui le ramene en position basse de fermeture. Dans le cas où un tel obturateur interne serait utilisé lors d'un remplissage, les opérations de départ sont identiques, il s'agit de connecter la canalisation de transfert sur la bride 14 du coude de jonction 12 et à l'aide d'un groupe moto-pompe par exemple de mettre en pression le liquide à transférer dans la canalisation et le coude. Le clapet étant en position basse de fermeture, le liquide vient exercer sa pression perpendiculairement à la face interne du clapet qui est dans le prolongement du système d'étanchéité constitué des joints à lèves 32, 33 et de la chemise rapportée 20. I1 n'existe donc pas de composantes verticales ayant tendance à soulever le clapet même momentanément. L'ouverture sera donc provoquée comme pour la vidange par introduction d'un gaz sous pression dans la chambre de pression 68 qui permettra au clapet de se soulever et au liquide à transférer de passer à travers les ouvertures de communication 24, pour remplir enfin le réservoir. Le fonctionnement qui vient d'être décrit lors d'une vidange ou lors d'un remplissage utilise le dispositif automatique associé a une source de fluide sous pression permettant la commande étagée de cet obturateur. Celui-ci est également prévu avec une commande manuelle de secours utilisable en cas de non-fonctionnement du système automatique. Cette commande manuelle est composée d'une tige métallique 70 qui vient prendre appui sur le boulon 66. Dans le cas d'une utilisation manuelle le boulon 66 est dévissé et le raccord orientable 67 retiré.La tige 70 étant maintenue en position dans le tube 60, il suffira d'introduire à nouveau le boulon 66 et de le visser plus profondément dans le suralésage 65 pour que la tige 70 coulissant à travers le tube 60 et la butée cylindrique 50 viennent en appui sur la partie inférieure 71 du bouchon 37 et le soulève ainsi que le clapet 30 d'un espace correspondant à la longueur de vissage supplémentaire permettant ainsi une vidange du réservoir mobile. Le dispositif selon l'invention présente de gros avantages au niveau de sa maintenance. En effet, pour accéder aux différents éléments du clapet, à savoir la chemise rapportée 20, le ressort 55, les différents joints 26, 32, 33, 68, ou bien pour extraire le clapet du corps de l'obturateur et permettre ainsi le changement du joint principal d'étanchéité 34 il suffit de retirer le circlips 39 ,le bouchon 37 peut alors être dégagé et laisser accès à la butée cylindrique 50.Cette dernière par son montage à baïonnettes 41 peut donc être pivotée d'un angle adéquat pour permettre aux ergots de sortir du corps de l'obturateur 10. I1 y a donc simultanément libération du ressort 55 et le clapet 30 par sa partie 54 n'étant plus retenu par la collerette 53 de la butée cylindrique peut être rètiré . I1 est également possible d'extraire le tube 60 après avoir dévissé le raccord orientable 67 maintenu par le boulon 66. Un tel dispositif comme décrit est la représentation d'un modèle particulier d'un dispositif selon l'invention mais des modifications dans la forme ou des remplacements de pièces par des équivalents techniques seront considérés comme faisant partie de l'invention, par exemple le raccord à brides 14 peut etre remplacé par un raccord à ergot type pompier , les joints toriques par des segments racleurs et le montage avec circlips par un vissage. La présente invention n'est pas limitée aux exemples dréalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Obturateur interne à compensation de pression pour réservoir fixe ou mobile tel que celui des camions-citernes contenant des hydrocarbures ou des fluides dangereux permettant une fermeture étanche lors du transport et/ou lors de la mise en pression, et une ouverture à l'aide d'une source auxiliaire de fluide sous faible pression, caractérisé en ce qu'il comprend - un corps d'obturateur (10) muni d'une bride (11) destinée à être fixée sur la bride associée du réservoir (2) et percé d'au moins un orifice de communication (24), - un clapet mobile creux (30) coulissant autour dudit corps de l'obturateur et définissant au moins une chambre de pression (68) entre la face interne (31) du clapet et l'extrémité supérieure du corps de l'obturateur et de sa chemise (20) rapportée, ce clapet pouvant prendre sous l'effet d'au moins un ressort (55) une position basse dans laquelle il vient obturer au moins un orifice de communication et au moins une position sous la poussée contrôlée d'un fluide de commande introduit dans ladite chambre de pression et s'exer çant sur le clapet, position dans laquelle il libère au moins un orifice de communication, - des moyens d'étanchéité (26, 32, 33, 34) entre le clapet mobile et le corps de l'obturateur, - un dispositif (60, 67) d'amenée du fluide de commande sous pression mettant en relation sans contact avec le fluide à transférer ladite chambre de pression et la source du fluide de commande. 2 - Obturateur interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité sont des joints à lèves (32, 33) disposés dans des gorges usinées à la surface interne (31) du clapet et montés coulissants sur la chemise (20) rapportée sur le corps de l'obturateur. 3 - Obturateur interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité pour obturer au moins un orifice de communication, sont constitués par un joint à lèvre logé dans une gorge usinée dans la surface d'appui inférieure du clapet et prenant appui en position fermée sur la bride (11) du corps de l'obturateur. 4 - Obturateur interne selon les revendications 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent un joint (26) entre la chemise rapportée et le corps de l'obturateur. 5 - Obturateur interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet mobile (30) comporte à sa partie supérieure un bouchon (37) étanche en (38) fixé par vissage et/ou par circlips. 6 - Obturateur interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort prend appui à sa partie inférieure sur une partie cylindrique (36) du clapet et à sa partie supérieure sur la collerette (53) d'une butée cylindrique (50) disposée a l'intérieur du volume défini par les spires du ressort et solidaire du corps de l'obturateur. 7 - Obturateur interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que la butée cylindrique est solidaire du corps de l'obturateur par un montage à balonnettes (41) 8 - Obturateur interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'amenée du fluide de commande est un tube débouchant (60) avec joints d'étanchéité (61, 63) qui relie la chambre de pression a la source du fluide de commande à travers le corps de l'obturateur et à travers la paroi du coude de transfert (12). 9 - Obturateur interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que le raccord (67) du tube débouchant et de la source du fluide de commande est du type raccord orientable vissé. 10 - Obturateur interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une tige métallique (70) interne d'un diamètre tel qu'elle puisse coulisser dans le tube d'amenée du fluide de commande et à travers la butée cylindrique, d'une longueur telle qu'une fois le raccord orientable en place elle soit très légèrement inférieure à la distance séparant la face inférieure (71) du bouchon en place sur le clapet et la face inférieure (72) du corps du boulon qui maintient le raccord orientable. 11 - Obturateur interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre circulaire (25) fixé au corps de l'obturateur et disposé à la périphérie du clapet.