Brevet FR2613020A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne les soupapes de sûreté ou sur- pression, et plus particulièrement une soupape de sûreté ou surpression à soupape pilote et équilibrée, comportant une soupape principale comprenant un piston étagé à surface différentielle en vue d'éliminer la nécessité d'un dispositif antirefoulement. Les soupapes de sûreté ou surpression du type à piston à surface différentielle comportent un piston principal de soupape qui vient en appui sur un siège pour assurer l'étanchéité d'une tuyauterie ou enceinte sous pression. Ce piston principal de soupape est disposé de manière coulissante à l'intérieur d'une chambre ou coupole de pression. La pression provenant de la tubulure principale de pression est dirigée à travers une soupape pilote et dans la coupole de pression. Sous des conditions normales, la pression régnant dans la coupole est égale à la pression régnant dans la tubulure principale. Etant donné que la surface du piston se trouvant dans la coupole est supérieure à la surface circonscrite par le siège de soupape, la pression régnant dans la coupole maintient le piston de soupape contre ce siège aussi longtemps que la pression de coupole est égale à la pression de tubulure principale. La soupape pilote, qui est interposée entre la tubulure prin- cipale et la coupole sert à mettre à l'atmosphère la pression régnant dans la coupole lorsque la pression de tubulure principale atteint un niveau préfixé. Cette mise à l'atmosphère de la pression régnant dans la coupole permet à la pression de tubulure principale d'écarter de force le piston du siège de soupape, ce qui met ainsi la tubulure principale à l'échappement dans une tubulure d'échappement. Lorsque la pression de tubulure principale tombe à un niveau préfixé, la soupape pilote sert à remettre la coupole sous pression en fermant ainsi la soupape principale en repoussant le piston sur le siège de soupape. Un défaut de la conception classique du piston de soupape de sûreté réside dans le fait que la surface du piston située sur le côté tubulure d'échappement du siège de soupape est exposée à une contre- pression se présentant dans la tubulure d'échappement et qui a une action antagoniste à la pression de coupole. Etant donné que la surface du piston soumise à la pression de tubulure principale, augmentée de la surface soumise à la pression de tubulure d'échappement, est approximativement égale à la surface du piston se présentant dans la coupole, une pression de tubulure d'échappement se trouvant au-dessus de la pression de tubulure principale se combinera à cette pression de tubulure principale pour as- surer une action antagoniste à la pression de coupole et faire se soulever 2615O2O le piston de sur le siège de soupape, permettant ainsi à la pression de tu- bulure d'échappement de s'échapper dans la tubulure principale. Afin de prévenir ce phénomène indésirable, les soupapes de sûreté ou surpression d'une conception antérieure ont comporté un dispositif antirefoulement afin de permettre à la soupape principale de demeurer hermétiquement fermée en présence d'une contre- pression élevée de tubulure d'échappement. Ce dispositif antirefoulement est nécessaire dans les soupapes de sûreté de la technique antérieure, étant donné que le fait de simplement réduire la surface du piston de soupape soumise à la pression de tubulure d'échappement accroit nécessairement la surface de ce piston de soupape soumise à la pression de tubulure principale. Etant donné que cette surface du piston soumise à la pression de tubulure principale est voisine de la surface du piston se présentant dans la coupole, la force différentielle est réduite à un point o le joint situé à l'endroit du siège de soupape fuit. C'est pourquoi, afin de réduire le coût et la complexité des soupapes de sûreté ou surpression à soupape pilote classiques, il est be- soin d'un piston perfectionné de soupape principale pour éliminer la néces- sité d'un dispositif antirefoulement. L'invention a pour objet une soupape de sûreté ou surpression à soupape pilote et équilibrée qui utilise une soupape principale comportant un piston étagé à surface différentielle en vue d'éliminer la nécessité d'un dispositif antirefoulement. Le piston étagé de la présente invention comprend une partie extrême à section réduite destinée à s'appliquer de manière étanche sur le siège de soupape, entre la tubulure principale sous pression et la tubulure d'échappement. Une partie extrême à section plus large du piston, obtenue par étagement, est disposée de manière coulissante à l'intérieur d'une chambre ou coupole de pression. Cette coupole est constituée par une cavité cylindrique délimitée par un manchon et une plaque supérieure fixée sur le corps de la soupape principale. Le manchon comporte un alésage plus large formant la cavité qui contient la partie extrême à surface plus large du piston et un alésage réduit destiné à guider la partie extrême à section réduite du piston sur le siège de soupape. Un joint est placé entre cette À partie extrême à section réduite du piston et le manchon à l'endroit de son alésage réduit, en vue d'empêcher une contre-pression se présentant dans la tubulure d'échappement d'agir sur la partie extrême à surface plus large du piston se trouvant dans la coupole. Lorsque le piston de soupape principale est en appui sur le siège de soupape, une surface du piston se trou- vant du côté tubulure d'échappement du siège de soupape est soumise à une contre-pression antagoniste. Cette surface peut toutefois être réduite à pratiquement zéro, étant donné que la surface du piston étagé soumise à la pression de tubulure principale à l'endroit du siège de soupape demeure toujours inférieure à la section plus large du piston soumise à la pression de service régnant dans la coupole. De la sorte, la surface du piston sou- mise à la contre-pression de la tubulure d'échappement peut être réduite d'une manière notable sans réduire la force qui maintient le piston contre le siège de soupape. Il en résulte qu'est éliminée la nécessité d'un dispo- sitif anti-refoulement séparé. L'invention a plus particulièrement pour objet une soupape de sûreté ou surpression, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps réunis- sant une tubulure principale de pression à une tubulure d'échappement, un siège de soupape monté sur la tubulure principale, dans ledit corps, un manchon cylindrique monté dans ce même corps de façon à délimiter une cham- bre, un piston étagé à surface différentielle comportant une partie extrême de section réduite destinée à prendre appui sur le siège de soupape et une partie extrême à surface plus large disposée de manière coulissante dans le manchon de façon à se déplacer en va-et-vient à l'intérieur de ladite cham- bre, des moyens permettant de diriger dans la chambre la pression provenant de la tubulure principale, cette pression provenant de la tubulure princi- pale agissant sur ladite partie extrême à section plus large du piston étagé de façon à repousser de force cette partie extrême à section réduite du piston en contact d'étanchéité avec le siège de soupape, et des moyens permettant de fermer hermétiquement la chambre pour l'isoler de la contre- pression régnant dans la tubulure d'échappement. L'invention a aussi e. particulier pour objet une soupape de sûreté ou surpression à soupape pilote permettant de faire s'échapper dans une tubulure d'échappement un excès de pression provenant d'une tubulure principale, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps dans lequel est monté un manchon cylindrique de façon à délimiter une chambre, un siège de soupape monté dans ce corps entre la tubulure principale et la tubulure d'échappement, un piston étagé à surface différentielle comportant une par- tie extrême à section réduite destinée à prendre appui sur le siège de sou- pape et une partie extrême à section plus large disposée de manière coulis- sante dans le manchon de façon à pouvoir se déplacer en va-et-vient à l'in- térieur de la chambre, une soupape pilote destinée à diriger dans la cham- bre la pression provenant de la tubulure principale de façon à repousser de force le piston en contact d'étanchéité avec le siège de soupape, et des 2 6 1 30.20 moyens d'étanchéité disposés entre la partie extrême à section réduite du piston et le manchon de façon à isoler la chambre et la partie extrême à section plus large du piston pour les empêcher d'être soumises à une contre-pression régnant dans la tubulure d'échappement. L'invention a encore en particulier pour objet une soupape de sûreté ou surpression à soupape pilote, destinée à mettre à l'échappement dans une tubulure d'échappement un excès de pression provenant d'une tubu- lure principale, caractérisé en ce qu'elle comprend un corps dans lequel est monté un manchon cylindrique de façon à délimiter une chambre, un siège de soupape monté dans ce corps entre la tubulure principale et la tubulure d'échappement, ledit manchon offrant un alésage plus large délimitant la chambre et un alésage réduit débouchant dans cette chambre, un piston étagé à surface différentielle comportant une partie extrême à surface plus large disposée de manière coulissante à l'intérieur de la chambre et une partie extrême à surface réduite s'étendant de manière coulissante à travers ledit alésage réduit de façon à prendre appui sur le siège de soupape, une soupa- pe pilote permettant de diriger dans la chambre la pression provenant de la tubulure principale de façon à repousser de force le piston en contact d'étanchéité avec le siège de soupape, un premier joint torique disposé entre l'alésage réduit et la partie extrême à section réduite du piston de façon à isoler de manière étanche la chambre par rapport à une contre- pression régnant dans la tubulure d'échappement, et un second joint torique disposé entre l'alésage plus large et la partie extrême à section plus large du piston. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lequels: la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une soupape de sûreté ou sur- pression à soupape pilote de la technique antérieure, illustrant un piston de soupape principale de conception classique, et la figure 2 est une vue en coupe verticale d'une soupape de sûreté ou sur- pression à soupape pilote et équilibrée, illustrant la soupape principale à piston étagé à surface différentielle conforme à l'invention. La figure 1 représente une soupape de sûreté ou surpression à soupape pilote lU d'une conception classique en vue d'illustrer.le problème auquel remédie la présente invention. Cette soupape 10 comporte une tubu- lure principale sous pression 12 qui est raccordée à une enceinte ou tuyau- terie sous pression (non représentée). Cette soupape 10 comporte en outre une tubulure 14 de mise de la pression à l'échappement et un piston de soupape 16 qui prend appui sur un siège de soupape 18 de façon à isoler la tubulure principale de pression 12 de la tubulure d'échappement 14. La pression provenant de la tubulure principale 12 est dirigée dans une tuyauterie de prélèvement de pression 19, à travers une soupape pilote 20 et jusque dans une chambre ou coupole de pression 22. Cette cou- pole 22 est délimitée par un manchon cylindrique 21, une plaque supérieure 23 et le piston 16. Ce piston 16 est disposé de manière coulissante à l'in- térieur du manchon 21. Un ressort hélicoïdal 24 ou autre moyen de sollici- tation élastique peut être placé dans la coupole 22 de façon à repousser le piston 16 sur le siège de soupape 18. Une pression P2 régnant dans la coupole 22 s'exerce sur une surface d'aire A2 du piston 16 de façon à repousser ce piston 16 sur le siège de soupape 18 en vue de réaliser une fermeture étanche. Un joint, tel qu'une bague torique 26, est prévu pour isoler la pression P2 régnant dans la coupole 22 par rapport à la tubu- lure d'échappement 14. Une pression de tubulure principale P1 s'exerce sur un surface d'aire A1 du piston 16 en s'opposant à la pression P2 régnant dans la coupole 22. Sous des conditions normales, la pression P1 régnant dans la tubulure principale 12 est égale à la pression P2 régnant dans la coupole 22. Par conséquent, comme l'aire A2 est supérieure à l'aire A1, la force nette appliquée sur le piston 16 repousse de force ce piston 16 en appui d'obturation étanche sur le siège de soupape 18. Par ailleurs, lorsque la pression P1 croît, la force du piston 16 sur le siège de soupape 18 croît aussi de façon à maintenir une fermeture d'obtu- ration étanche. Lorsque la pression P1 régnant dans la tubulure principale 12 dépasse une limite préfixée, la soupape pilote 20 fonctionne de façon à mettre à l'atmosphère, à partir de la coupole 22, la pression P2. Une fois cette pression P2 mise à l'atmosphère à partir de la coupole 22, la pression de tubulure principale P1 agissant sur la surface d'aire Ai force le piston 16 à se soulever du siège de soupape 18 de façon à mettre à l'échappement la tubulure principale 12 dans la tubulure d'échappement 14. Lorsque la pression P1 chute au-dessous d'un niveau préfixé, la soupape pilote 20 se ferme de façon à refaire monter la pression dans la coupole 22, ramenant ainsi de force le piston 16 sur le siège de soupape 18. Avec la conception classique d'une soupape de sûreté ou surpres- sion à soupape pilote et équilibrée, représentée à la figure 1, une surface d'aire A3 du piston 16 située du côté tubulure d'échappement du siège de soupape 18 est soumise à toute contre-pression éventuelle P3 présente dans la tubulure d'échappement 14. Cette contre-pression P3 agissant sur 2 6 1 3020 la surface d'aire A3 se combine avec la pression Pl agissant sur la surface d'aire A1 en vue de s'opposer à la pression P2 agissant sur la surface d'aire A2 située dans la coupole 22. Etant donné que l'aire A1 augmentée de l'aire A3 est approximativement égale à l'aire A2, une contre-pression P3 supérieure à la pression de tubulure principale P1 forcera le piston 16 à se soulever du siège de soupape 18, ce qui permet à la contre-pression d'échappement P3 de faire l'objet d'un échappement dans la tubulure principale 12. I1 s'agit là d'un phénomène hautement indésirable et les soupapes de sûreté ou surpression du type représenté à la figure I doivent par conséquent comporter un dispositif antirefoulement séparé (non représenté) de façon à permettre au piston 16 de demeurer en appui sur le siège de soupape 18 quelle que soit l'intensité de la pression P3 présente dans la tubulure d'échappement 14. La présente invention, qui élimine la nécessité d'un dispositif antirefoulement séparé, est illustrée sous la forme de la soupape de sûreté ou surpression 30 de la figure 2. Cette soupape 30 comprend une tubulure principale de pression 32, une tubulure d'échappement 34 et un piston étagé à surface différentielle 36 destiné à prendre appui sur un siège de soupape 38 de façon à isoler cette tubulure principale 32 de cette tubulure d'échappement 34. Une pression P4 régnant dans la tubulure principale de pression 32 s'exerce sur une surface d'aire A4 du piston 36 et est diri- gée dans une tuyauterie de prélèvement de pression 39, à travers une soupa- pe pilote 40, jusque dans une chambre ou coupole de pression 42. Cette cou- pole 42 est délimitée par un manchon cylindrique 41, une plaque supérieure 43 et le piston 36. Ce piston 36 est disposé de manière coulissante à l'in- térieur du manchon 41 qui offre un alésage plus large délimitant la coupole 42 et un alésage réduit débouchant dans cette coupole 42. Un ressort héli- coïdal 44 ou autre moyen de sollicitation élastique peut être disposé dans la coupole 42 afin de repousser le piston 36 sur le siège de soupape 38. Une pression P5 régnant dans la coupole 42 s'exerce sur une surface d'aire A5 du piston 36 en repoussant de force ce piston 36 en obturation étanche sur le siège de soupape 38. Un joint, tel qu'une bague torique 46, est prévu pour isoler hermétiquement la pression P5 régnant dans la coupole 42 pendant que le piston 36 se déplace en va-et-vient à l'intérieur du manchon 41. Le piston 36 de la présente invention offre une conception éta- gée à surface différentielle comportant une partie extrême à section réduite qui s'étend à travers l'alésage réduit du manchon 41 et offre une surface d'aire A4 destinée à prendre appui sur le siège de soupape 38, et 26130:0 une partie extrême à section plus large offrant une aire A5 entièrement contenue à l'intérieur de la coupole 42. Un joint supplémentaire 48, qui peut par exemple être constitué d'une bague torique, d'une membrane ou d'un joint à soufflet, est prévu en vue d'empêcher toute contre-pression éven- tuelle P6 présente dans la tubulure d'échappement 34 d'agir sur la partie plus large du piston 36 qui est située dans le manchon 41. Contrairement au piston 16 de la soupape de sûreté ou surpression 10 de la figure 1, la surface d'aire A6 du piston étagé 36 située sur le côté tubulure d'échap- pement du siège de soupape 38 peut être réduite à pratiquement zéro. Même avec cette aire A6 réduite à zéro, l'aire A4 demeure inférieure à l'aire A5, si bien que la pression P5 (qui normalement est égale à la pression P4) agissant sur la surface d'aire A5 située dans la coupole 42 fournit une force nette permettant de maintenir le piston étagé 36 en appui étanche sur le siège de soupape 38. Par ailleurs, la contre-pression P6 ne peut agir que sur la surface d'aire A6 très faible (ou nulle) pour s'opposer à la pression P5 régnant dans la coupole 42. De la sorte, la pression P6 doit dépasser fortement la pression de tubulure principale P4 pour forcer le piston 36 à se soulever du siège de soupape 38. Il en résulte que le piston étagé à surface différentielle 36 empêche tout refou- lement de pression P6 dans la tubulure principale 32, sans qu'il soit besoin d'un dispositif antirefoulement séparé. 26 13020 REVENDICATIONS 1. Soupape de sûreté ou surpression, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps réunissant une tubulure principale de pression (32) à une tubulure d'échappement (34), un siège de soupape (38) monté sur la tubulure principale (32), dans ledit corps, un manchon cylindrique (41) monté dans ce même corps de façon à délimiter une chambre (42), un piston étagé à surface différentielle (36) comportant une partie extrême de section réduite (A4)destinée à prendre appui sur le siège de soupape (38) et une partie extrême à surface plus large (As) disposée de manière coulissante dans le manchon (41) de façon à se déplacer en va-et-vient à l'intérieur de ladite chambre (42), des moyens (39-40) permettant de diriger dans la cham- bre (42) la pression (P4) provenant de la tubulure principale (32), cette pression P4 provenant de la tubulure principale (32) agissant sur ladite partie extrême à section plus large (A5) du piston étagé (36) de façon à repousser de force la partie extrême à section réduite (A4) du piston (36) en contact d'étanchéité avec le siège de soupape (38), et des moyens (4648) permettant de fermer hermétiquement la chambre (42) pour l'isoler de la contre-pression régnant dans la tubulure d'échappement (34). 2. Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'aire (A4) de la partie extrême à section réduite du piston (36) située 2D sur le côté tubulure d'échappement (34) du siège de soupape (38) et sou- mise à une contre-pression antagoniste à la pression (Ps) régnant dans la chambre (42) est sensiblement nulle. 3. Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon (41) comporte un alésage plus large délimitant la chambre (42) et un alésage réduit à travers lequel s'étend de manière coulissante la partie extrême à section réduite (A4) du piston (36) en vue de prendre appui sur le siège de soupape (38). 4. Soupape suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité (46-48) comprennent un premier joint (48) disposé entre la partie extrême à section réduite (A4) du piston (36) et l'alé- sage réduit du manchon (41). 5. Soupape suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le premier joint (48) est constitué par une bague torique. 6. Soupape suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité (46-48) comprennent en outre un second joint (46) disposé entre la partie extrême à section plus large (A5) du piston (36) et l'alésage plus large du manchon (41). 7. Soupape suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le second joint (46) est constitué par un joint torique. 8. Soupape de sûreté ou surpression à soupape pilote permettant de faire s'échapper dans une tubulure d'échappement (34) un excès de pres- sion provenant d'une tubulure principale (32), caractérisée en ce qu'elle comprend un corps dans lequel est monté un manchon cylindrique (41) de façon à délimiter une chambre (42), un siège de soupape (38) monté dans ce corps entre la tubulure principale (32) et la tubulure d'échappement (34), un piston étagé à surface différentielle (36) comportant une partie extrême à section réduite (A4) destinée à prendre appui sur le siège de soupape (3b) et une partie extrême à section plus large (As) disposée de manière coulissante dans le manchon (41) de façon à pouvoir se déplacer en va-et- vient à l'intérieur de la chambre (42), une soupape pilote (40) destinée à diriger dans la chambre (42) la pression (P4) provenant de la tubulure principale (32) de façon à repousser de force le piston (36) en contact d'étanchéité avec le siège de soupape (38), et des moyens d'étanchéité (46-48) disposés entre la partie extrême à section réduite (A4) du piston (36) et le manchon (41) de façon à isoler la chambre (42) et la partie extrême à section plus large (A5) du piston (36) pour les empêcher d'être soumises à une contre-pression (P6) régnant dans la tubulure d'échappement (34). 9. Soupape suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le manchon (41) comporte un alésage plus large délimitant la chambre (42) et un alésage réduit à travers lequel s'étend de manière coulissante la partie extrême à section réduite (A4) du piston (36) en vue de prendre appui sur le siège de soupape (38). 10. Soupape suivant la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité comprenne.t un joint torique (48) disposé entre la partie extrême à section réduite (A4) du piston (36) et l'alésage réduit du manchon (41) afin de fournir une obturation étanche lorsque le piston (36) se déplace en va-et-vient. 11. Soupape suivant la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un second moyen d'étanchéité (46) permettant de fournir une obturation étanche entre la partie extrême à section plus large (A5) du piston (36) et l'alésage plus large du manchon (41) lorsque le piston (36) se déplace en va-et-vient dans ce manchon (41). 12. Soupape suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le second moyen d'étanchéité (46) est constitué par un joint torique. 13. Soupape de sûreté ou surpression à soupape pilote, destinée à mettre à l'échappement dans une tubulure d'échappement (34) un excès de 26 1 3020 ) pression provenant d'une tubulure principale (32), caractérisé en ce qu'elle comprend un corps dans lequel est monté un manchon cylindrique (41)de façon à délimiter une chambre (42), un siège de soupape (38) monté dans ce corps entre la tubulure principale (32) et la tubulure d'échappe- ment (34), ledit manchon (41) offrant un alésage plus large délimitant la chambre (42) et un alésage réduit débouchant dans cette chambre (42), un piston étagé à surface différentielle (36) comportant une partie extrême à surface plus large (A5) disposée de manière coulissante à l'intérieur de la chambre (42) et une partie extrême à surface réduite (A4) s'étendant de manière coulissante à travers ledit alésage réduit de façon à prendre appui sur le siège de soupape (38), une soupape pilote 40) permettant de diriger dans la chambre (42) la pression (P4) provenant de la tubulure principale (32) de façon à repousser de force le piston (36) en contact d'étanchéité avec le siège de soupape (38), un premier joint torique (48) disposé entre l'alésage réduit et la partie extrême à section réduite (A4) du piston (36) de façon à isoler de manière étanche la chambre (42) par rapport à une contre-pression (P6) régnant dans la tubulure d'échap- pement (34), et un second joint torique (46) disposé entre l'alésage plus large et la partie extrême à section plus large (A5) du piston (36).