Brevet FR2628500A1 — publié le 19890915

ELEMENT DE SECURITE A LIBERATION DE PRESSION, DU TYPE A RUPTURE, RESISTANT AUX VIBRATIONS. La présente invention a trait à un nouveau type d'élément de sécurité à libération de pression résistant aux vibrations ainsi qu'à la chaleur. Un très grand nombre de dispositifs de sécurité à libération de pression du type à rupture ont été déve- loppés et utilisés à ce jour. Parmi les splutions cou- ramment utilisées, afin d'assurer la protection d'en- ceintes ou toutes autres installations contenant des fluides sous pression, on peut citer les disques de rupture. D'une manière générale, les disques de rupture se présentent sous la forme d'un élément sensiblement circulaire et qui est fixé entre une paire de flasques ou tout autre élément de maintien, eux-mêmes montés sur un raccord de libération de pression prévu sur l'en- ceinte ou installation. Lorsque la pression à l'inté- rieur de l'enceinte ou installation dépasse une pression de rupture déterminée pour laquelle le disque a été prévu, ce dernier se rompt, ce qui provoque la détente (ou libération) de la pression du fluide. Une très grande variété de disques de rupture ayant des struc- tures différentes ont été développés et utilisés à ce jour. Parmi les différentes solutions proposées, on peut citer les disques simples ou complexes, les disques plats ou bombés ainsi que les disques qui comportent une ou plusieurs parties présentant des lignes de moindre résistance obtenues par la présence d'entailles, fentes, perforations.., formées sur ou au travers de la surface dudit disque. Des exemples de tels disques de libération de pression à rupture comportant des lignes de moindre résistance formées par des entailles, sont décrits dans les brevets US no. 3 463 351, 3 484 817 et 4 122 595. Comme autres solutions d'éléments de libération de pression du type à rupture proposés à ce jour, on peut citer également les ensembles dits "panneaux de rupture" (désignés également par l'expression "évents d'explo- sion"), qui permettent une détente (ou libération) à des pressions pouvant entraîner une explosion et ce, avant d'avoir un endommagement structurel de l'installation ou équipement. Des exemples de tels panneaux de rupture ressortent des brevets US 4 067 154 et 4 662 126. Le panneau de rupture décrit dans le brevet US 4 662 126 est constitué de deux panneaux fragiles et cassants qui sont disposés face à face, espacés l'un de l'autre, et qui emprisonnent entre eux une âme à base de mousse de polyuréthane expansé, qui permet d'amortir les vibra- tions transmises audit panneau. Des lignes de moindre résistance sont réalisées sur les deux panneaux fragiles et sont obtenues par une pluralité de fentes allongées. Si les $osutions p citéeg de disquesg ót pnneaux d'éclatement sont efficaces pour les applications dans lesquelles on ne se trouve pas confrontés à des phénomè- nes de vibration, en revanche, pour toutes les applica- tions o se produisent de telles vibrations, elles pré- sentent peu de sécurité et sont relativement inefficaces étant donné que très souvent, les vibrations peuvent entraîner une rupture du disque ou panneau et ce, sans que la pression pour laquelle les éléments sont conçus pour se rompre ne soit atteinte. Comme type d'applica- tions dans lesquelles on retrouve ces phénomènes de vibration ainsi que des contraintes thermiques élevées, pour laquelle des systèmes de rupture du type précité ne sont pas efficaces et sont inadaptés, on peut citer les moteurs surcompressés, tels que par exemple les moteurs de voitures de course. Dans de tels moteurs, la surcom- pression, c'est-à-dire la compression et concentration élevées de combustible, tels que l'alcool et l'air, entraîne fréquemment des explosions qui peuvent détruire les pièces du compresseur et/ou du moteur, et même met- tre des vies en danger. La présente invention vise à résoudre ces problèmes et concerne un élément de sécurité à libération de pres- sion, du type à rupture, résistant aux vibrations, per- mettant de protéger de manière étanche un évent de dé- tente de pression d'une structure soumise à des vibra- tions et susceptible de se rompre à un niveau de pres- sion déterminé afin de protéger la dite structure de toute surpression. L'élément conforme à l'invention se présente sous la forme d'un panneau de rupture pouvant être adapté de manière étanche sur ledit évent et qui présente une partie bombée allongée de forme concave- convexe comprenant des entailles disposées selon une configuration prédéterminée à sa surface et formant des lignes de moindre résistance le long desquelles la rup- ture du panneau peut se produire, lesdites entailles ayant une configuration telle qu'elles comportent une entaille allongée s'étendant longitudinalement le long de ladite partie bombée et dont les deux extrémités sont prolongées par une paire d'entailles additionnelles divergentes, également réalisées sur la partie bombée et qui forment un V, ladite entaille allongée ayant une longueur comprise entre deux et dix fois la longueur de la plus longue entaille additionnelle en forme de V. Un tel élément de libération de pression à rupture présente une grande efficacité et offre une grande sécu- rité par le fait qu'il peut être utilisé sur des ensem- bles soumis à des vibrations ou contraintes thermiques et élimine pratiquement tout risque de rupture intempes- tif, tant que la pression de rupture sur laquelle l'en- semble a été conçu n'est pas atteint. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à la suite de la descrip- tion et à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif, et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un élément de rupture conforme à l'inven- tion, boulonné sur un évent de libération de pression, associé à une structure à protéger; - la figure 2 est une vue de dessus dudit élément de rupture représenté à la figure 1 après qu'il se soit rompu suite à une surpression; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2; - la figure 4 est une vue de dessus de l'élément de rupture utilisé dans l'ensemble faisant l'objet de la figure 1; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne -5 de la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne. 6-6 de la figure 4. Si l'on se reporte à la figure 3, l'élément de rupture, désigné par la référence générale (10) est utilisé pour être associé et recouvrir de manière étan- che une couverture ou évent d'explosion (12), permettant une libération de la pression à l'intérieur d'une en- ceinte (14) qui doit être protégée et qui peut être constituée par exemple, par tout appareil ou dispositif sous pression qui est soumis à des vibrations et pres- sions internes élevées, par exemple le collecteur d'en- trée d'un moteur à combustion interne surcompressé. L'élément (10) est fixé de manière étanche à l'évent de détente (libération) de pression (12) de manière connue. Ainsi que cela est représenté, une bride rectangulaire (15) est disposée au dessus de l'élément (10) et des boulons (16), qui passent au travers d'ouvertures cor- respondantes (17,18,19) et réalisés respectivement dans la bride (15), l'élément de rupture (10) et la garniture rectangulaire (13) disposés entre la surface supérieure de l'évent et de l'élément à fixer de manière étanche sur l'élément (10) recouvrant l'évent (12), permettent de fixer l'ensemble sur la structure (14) qui comporte des orifices filetés correspondants (20). Ainsi que cela ressort des figures 2 et 3, lorsque la pression à l'intérieur de la structure (14) atteint une pression correspondant à la pression pour laquelle l'élément de rupture (10) doit se rompre, ledit élément de rupture (10) se déchire le long des lignes de moindre résistance qu'il comporte, lignes qui sont constituées par les entailles (22,24) et ce, de telle sorte qu'ils s'ouvrent. Cette rupture se produit, comme illustré, de telle sorte qu'il se forme quatre portiós ou PétalS qui sont courbées vers l'extérieur sous l'action du fluide sous pression qui est contenu à l'intérieur de la struc- ture (14) et qui s'échappe au travers de l'ouverture ainsi formée. Si l'on se reporte aux figures 4 à 6, qui montrent en détail la structure de l'élément de rupture (10) résistant aux vibrations conformes à l'invention, ce dernier se présente sensiblement sous la forme d'un panneau de forme rectangulaire, comportant une partie concave-convexe, allongée, sensiblement rectangulaire, reliée à une partie latérale plate (28) et ce, au moyen d'une zone de liaison de transition (30). Les orifices (18) permettant la fixation de cet élément sont disposés à intervalles réguliers, et sont formés dans la partie latérale (28). Les entailles (22) et (24) formant les zones de moindre résistance sont réalisées dans la sur- face convexe de la partie concave-convexe (26). Il con- vient cependant de noter, qu'éventuellement, lesdites entailles (22,24) pourraient être formées sur l'autre surface de la partie concave-convexe (26). Lesdites entailles (22,24) sont, conformément à l'invention, formées sur la surface de l'élément de rupture de manière à avoir une configuration bien pré- cise et permettent d'obtenir un élément de rupture (10) éliminant pratiquement tout risque de rupture prématuré par suite de vibrations et de contraintes thermiques. Comme cela ressort des schémas annexés, les dites zones de moindre' résistance sont réalisées de telle sorte qu'elles comportent une entaille allongée (22) s'éten- dant longitudinalement sur pratiquement toute la lon- gueur de la partie sensiblement rectangulaire de la zone bombée (26), les extrémités de ladite entaille (22) étant prolongées et se trouvant à l'intersection d'en- tailles additionnelles divergentes (24), également réa- lisées dans la partie bombée (26) et ayant la forme de V. L'entaille (22) coïncide de préférence avec l'axe longitudinal de l'élément de rupture (10) et s'étend depuis un point proche de la partie bombée (26), jusqu'à un point disposé du côté opposé de ladite partie bombée. Les paires d'entailles divergentes (24) forment des V et sont disposées dans la partie bombée (26) à chacune des extrémités de l'entaille (22) et sont donc en sens op- posé l'une de l'autre. En d'autres termes, les intersec- tions des entailles formant le sommet du V relient les extrémités de l'entaille allongée (22) et l'extrémité opposée au sommet ainsi formé par les entailles (24) est disposée au voisinage ou dans l'angle de chacun des coins de la partie bombée (26). 7 2628500 Comme indiqué précédemment et montré à la figure 2, lorsque l'élément de rupture (10) se rompt, il se dé- chire le long des lignes de moindre résistance formées par les entailles (22) et (24) et forment donc quatre parties ou pétales qui sont courbées dans la direction de l'écoulement du fluide sous pression qui est libéré au travers de l'élément (10). Afin que l'élément de rupture (10) résiste aux vibrations et contraintes thermiques qui, peuvent lui être transmises, et restent intactes tant qu'une pres- sion de rupture prédéterminée ne s'exerce pas sur sa face concave, il a été trouvé que la longueur de l'en- taille allongée (22) (longueur référencée "D" à la fi- gure 4), doit être telle qu'elle soit de deux à environ dix fois la longueur de la plus longue des entailles (24) (référencée "d" à la figure 4). De préférence, les entailles (22,24) sont droites, les longueurs d des entailles (24) étant toutes identiques et la longueur D de l'entaille (22) étant quatre fois celle de la lon- gueur d de l'entaille (24). En outre, il a été trouvé que l'angle P formé par chaque paire d'entailles (24.) doit être compris entre 60 et environ 180 . De préféren- ce, l'angle au sommet 1 est égal à environ 130 . L'exemple qui suit illustre un mode de réalisation conforme à l'invention. Exemple: On réalise un élément de rupture (10) résistant aux' vibrations à partir d'une feuille à base d'alliage alu- minium, ayant une épaisseur de 0,81 mm et se présentant sous la forme d'un panneau de 76,2 mm x 152,4 mm. La partie annulaire plane (28) a une largeur d'environ 12,7 mm et comporte vingt quatre orifices ayant un dia- mètre de 4,8 mm pour le passage des boulons de fixation, ces orifices étant espacés de 7,9 millimètres les uns des autres. Une partie rectangulaire présentant une portion bombée concave-convexe (26) est formée dans la plaque. Cette partie a une hauteur (référencée h à la figure 6) d'environ 8 millimètres. Les dimensions péri- phériques approximatives de la partie bombée sensible- ment rectangulaire sont de 54 mm x 130,2 minm. On réalise dans la surface convexe de la partie bombée (26) une entaille allongée (22) selon une ligne coïncidant avec l'axe longitudinal de la plaque. Cette entaille allongée (22) a une profondeur d'environ 0,30 mm, une largeur de 0,81 mm et une longueur de I5 106,7 mm. Les extrémités de cette entaille (22) sont prolongées par deux entailles additionnelles (24) for- mant des V et qui se trouvent disposées sur le côté convexe de la partie (26). Ces entailles additionnelles (24) ont une profondeur de 0,3 mm, une largeur de 0,81 mm et une longueur de 27 mm. Les angles au sommet des V formés par les paires de chaque entaille diver- gente (24) sont chacun de 130 . Un élément de rupture (10) réalisé de cette manière est conçu pour se rompre sous une pression de 12,92 bars exercée sur le côté concave dudit élément. Un tel élé- ment de rupture, en usage normal, élimine pratiquement tout risque de rupture prématuré par suite de vibrations et contraintes thermiques, la rupture ne se produisant que lorsque la pression de rupture prédéterminée est atteinte. Z628500 REVENDICATIONS 1/ Elément de sécurité (10) à libération de pres- sion, du type à rupture, résistant aux vibrations, per- mettant de protéger de manière étanche un évent (12) de détente de pression d'une structure soumise à des vibra- tions et susceptible de se rompre à un niveau de pres- sion déterminé afin de protéger ladite structure de toute surpression, ledit élément se présentant sous la forme d'un panneau de rupture pouvant être adapté de manière étanche sur ledit évent et qui présente une partie bombée (26) de forme concave/convexe comprenant une entaille (22,24) de configuration prédéterminée à sa surface et formant des lignes de moindre résistance le long desquelles la rupture du panneau peut se produire, caractérisé en ce que ladite partie bombée (26) concave/ convexe présente une forme allongée et en ce que ladite entaille de configuration prédéterminée comporte une entaille allongée (22) s'étendant longitudinalement le long de ladite partie bombée, et dont les deux extrémi- tés sont prolongées par une paire d'entailles addition- nelles (24) divergentes et formant un V, ladite entaille allongée (22) ayant une longueur comprise entre deux et dix fois la longueur de la plus longue des entailles additionnelles (24) en forme de V. 2/ Elément de rupture selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites entailles (22) et (24) sont réalisées dans la surface convexe de la partie concave/convexe (26) dudit panneau. 3/ Elément de rupture selon l'une des. revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur de l'en- taille allongée (22) est égale à quatre fois la longueur des entailles additionnelles (24). 4/ Elément de rupture selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle au sommet formé par chaque paire d'entailles (24) en forme de V est compris entre 60 et environ 180 . / Elément de rupture selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle au sommet compris entre chaque paire d'entailles (24)-en forme de V est égal à environ 130 . 6/ Elément de rupture selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que ledit panneau et la partie bombée concave/convexe sont sensiblement de forme rectangulaire: 7/ Elément de rupture selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'entaille allongée (22) est rec- tiligne et coïncide avec l'axe longitudinal de l'élément de rupture, les paires d'entailles divergentes (24) en forme de V étant également rectilignes et ayant des longueurs identiques. 8/ Elément de rupture selon l'une des revendica- tions 6 ou 7, caractérisé en ce que les entailles ad- ditionnelles (24) sont adjacentes aux angles de chacun des coins de la partie bombée concave/convexe (26).