Brevet FR2637346A1 — publié le 19900406

La présente invention conceme une soupape de sûreté qui a pour caractéristiques une grande fiabilité à l'ouverture et une étanchéité parfaite. Cette soupape de sûreté a pour but de limiter la pression dans une capacité, un circuit ou tout appareil qui ne doit pas dépasser une certaine pression de calcul. Elle sera donc utilisée dans les industries où le non-dépassement d'une pression donnée est très important dans ces circuits, appareils, capacités, et particulièrement dans le cas d'utilisation de fluides à haute pression, fluides corrosifs ou tout fluide présentant des risques en cas de fuite. Les soupapes de sûreté de technique actuelle ont l'inconvénient de se détarerfacilement et de fuire après un nombre très réduit de manoeuvres, ce qui peut être très grave, en particulier dans certains domaines de pointe. De nombreux modèles de soupapes existent sur le marché, et notamment celle décrite dans le brevet FR 2094741. Dans le cas d'utilisation de ce type d'appareil, avec des fluides chargés d'impuretés, le clapet peut rester coincé, la soupape de sûreté ne se fermant pas et ne remplissant donc pas son office. Cet inconvénient peut également se présenter pour des soupapes assurant un grand débit ou lorsque le clapet a un grand poids. La soupape de la présente invention comporte comme celle du brevet cité ci dessus les éléments suivants : un ensemble piston-moteur actionné par la pression à limiter, un ressort contrebalançant l'effort de cette pression sur le piston-moteurjusqu'à une valeur dite de tarage de sorte que lorsque la pression dépasse cette valeur prédéterminée de la pression de tarage, le piston-moteur se déplace, ouvrant ainsi la soupape de sûreté. La présente invention se caractérise par rapport à la précédente par les éléments suivants: Selon une première caractéristique, le clapet assurant l'étanchéité amont-aval de la soupape est lié mécaniquement au piston moteur, excluant ainsi les risques de coincement du clapet. En outre, I'orifice de transmission de la pression à limiter est percé directement dans l'ensemble piston-moteur-clapet. Le percement de cet orifice dans l'ensemble clapet-piston-moteur simplifie grandement la réalisation mécanique de l'ensemble et permet également de faire une bonne barrière thermique entre le fluide à véhiculer et le piston moteur. Un trou percé dans un cache protège le clapet de l'effet dynamique du fluide lors de l'ouverture et permet de transmettre au piston moteur la pleine pression du fluide éventuellement augmentée de cette pression dynamique. Selon une deuxième caractéristique, le cache de protection décrit précédemment a un rôle important pour le bon fonctionnement de la soupape. En effet, il est prolongé d'une jupe située au droit du passage du fluide, près du siège. La longueur de cette jupe est déterminée pour que l'effort dynamique du fluide sur le clapet à l'ouverture ne soit pas trop important, sinon la soupape se refermerait, et pour que l'effort dynamique du fluide sur le clapet au cours de la refermeture soit tel qu'il aide à cette refermeture. Selon une troisiéme caractéristique, dans certaines applications où une étanchéité amont-aval parfaite est souhaitée, il sera intéressant de prévoir un montage coulissant du clapet à l'extrémité de la tige du piston moteurentre deux butées de manière à donner un léger jeu dans la liaison mécanique entre le clapet et le piston moteur. Une telle réalisation avec jeu est décrite ci-après ; elle nécessite des moyens d'étanchéité tels que des joints supplémentaires d'étanchéité entre le clapet et le piston moteur ou des soufflets ou membranes lorsque les conditions de service sont telles que l'on ne peut pas utiliser des joints disponibles dans un matériau compatible avec le fluide véhiculé (cas en particulier des hautes températures). Enfin selon une quatriéme caractéristique, l'étanchéité amont-aval de ce type d'appareil est réalisée en utilisant des duretés différentes pour les clapets et siège : par exemple un clapet réalisé en acier revêtu de métal dur (Stellite - Colmonoy ...) et un siège en métal plus mou, par exemple en revêtement électrolytique sur le corps du siège d'un métal noble (or, argent .;.) - de quelques dizièmes de millimètres d'épaisseur- ,l'usinage de ce clapet étant réalisé par des procédés simples par exemple fraises à dentures alternées. Dans le cas où le clapet ne peut pas tourner autour d'un axe différent de celui qui est orthogonal à la section de portage clapet-siège, des choix inverses de dureté peuvent être utilisés si l'on veut reporter l'usure sur le clapet. II est évident que lorsque la température et la pression du fluide véhiculé sont basses, ces matériaux du clapet et du siège pourront être ceux utilisés classiquement (acier, plastique ...) Lorsque les fluides sont corrosifs ou dangereux, l'étanchéité vers l'extérieur sera assurée par des soufflets ou membranes qui seront métalliques lorsque les températures seront élevées. On pourra en outre doubler ces éléments d'étanchéité en interposant entre les deux un détecteur de fuite permettant de prévenir que l'un des éléments d'étanchéité est cassé, permettant ainsi son remplacement lors d'un arrêt de l'installation ou d'une révision de l'appareil. Ces étanchéités pourront en outre être complétées par la soudure de lèvres d'étanchéité. La figure (1) illustre, à titre d'exemple non limitatif, une réalisation de la présente invention Le corps (1) de la soupape est fixé sur la capacité, circuit ou appareil où la pression est à limiter (entrée du fluide A). Le clapet (2) est normalement sur son siège (3) assurant l'étanchéité amont aval. Le clapet (2) est rappelé sur son siège par un ressort (4), dont le but est de vaincre les frottements et le poids du clapet. La pression en A est transmise sur le piston moteur (5) par l'orifice (6) axialement percé dans le clapet et dans la tige (7) liés mécaniquement au piston-moteur. Le piston-moteur (5) a son mouvement contrecarré par le ressort (8) appliqué d'un côté sur le corps (1) et de l'autre côté sur une entretoise (9) solidaire de la tige du piston (5) guidée par des colonnes (15). Lorsque la pression en A atteint une valeur prédéterminée correspondant au tarage de la soupape, l'effort de la pression sur le piston (5) devenant supérieur au tarage du ressort, le piston (5) se déplace, venant de ce fait déplacer le clapet et donc ouvrir la soupape. Par effet inverse, lorsque la pression en A descend en-dessous d'une certaine valeur, le ressort rappelle le piston (5) et donc le clapet (2) sur son siège, fermant de ce fait la soupape. L'étanchéité de l'appareil vers l'extérieur devant être parfaite, on notera le soufflet (10) soudé d'une part sur la tige (7) et sur l'entretoise (11) du corps (t), une garniture de sécurité (12 ) étant prévue avec un détecteur de fuite éventuelle monté sur trou fileté C de l'entretoise ( De même l'étanchéité du piston vers l'extérieur est assurée par le soufflet (13), soudé d'une part sur le piston (5), et d'autre part sur ladite entretoise (11), une garniture de sécurité étant prévue en partie arrière (14) du piston avec un détecteur de fuite disposé dans un trou fileté (D) de l'entretoise (11). L'étanchéité vers l'extérieur du fluide présent sur le piston est assurée par le cylindre fermé (16). L'ensemble entretoise (1 1 r et cylindre (16) est maintenu rigidement au corps à l'aide des colonnes tirants (15). Lorsque l'étanchéité demandée doit être parfaite,l'entretoise (11) sera soudé sur le corps (I) en G et le cylindre (16) sur l'entretoise (11) en H. Des joints (21) et (22) disposés dans la zone inférieure, entre les parties à souder, permettent de faire les essais de bon fonctionnement avant soudure. De même, le siège (3), s'il n'est pas monobloc avec le corps (1), pourra être soudé en partie supérieure I ,un joint (23) disposé sur le portage permettant de faire les essais avant soudure. Dans le cas illustré par la vue de détail agrandie figure 2, on notera que le clapet (2) a un mouvement légèrement indépendant par rapport à la tige (7) aeu E et jeu F), l'étanàhéité étant garantie par les joints (26). II est évident que selon les cas d'utilisation, les réalisations pourront varier légèrement. En particulier dans le cas présenté sur la figure 1, pour une facilité de montage, la tige (7) sera munie à la partie supérieure d'une pièce (17) liée rigidement à la tige (7) formant butée supérieure, la butée inférieurs étant constituée d'un épaulement (24) de la tige (7) entre lesquelles coulissera le clapet (2). Parexemple, lorsque le fluide est àtempérature élevée, on retiendra une solution, où le clapet (2 ) et la tige (7) seront monobloc, et la tige (7 ) sera liée étanche au piston (5), soit par soudure, soit à l'aide d'un soufflet ou d'une membrane permettant un léger mou vement relatif par exemple à la base. La plupart des installations industrielles de pointe rencontrent actuellement de grandes difficultés avec les soupapes de sûreté. Par exemple, dans l'énergie nucléaire, un tel problème n'est actuellement pas résolu de façon satisfaisante. La soupape de sûreté, objet de la présente invention, apporte une solution aux problèmes posés. REVENDICATIONS 1) Soupape de sûreté destinée à limiter la pression dans un circuit, une capacité ou tout appareil fonctionnant avec des fluides haute ou basse pression, haute ou basse température, corrosifs, dangereux ou non, du type comportant un piston moteur (5) actionné par la pression à limiter, un ressort (8 ) contrebalançant l'effort de cette pression sur le piston moteur (5) jusqu'à une valeur prédéterminée dite pression de tarage de la soupape, de sorte que lorsque la pression du fluide dépasse cette pression de tarage, le piston moteur (5) se déplace, entrainant le clapet (2) et ouvrant ainsi la soupape; soupape caractérisée par le fait que le clapet (2) est lié mécaniquement au pistonmoteur (5) - ou partie de ce piston (7) - permettant ainsi de rappeler sûrement le clapet (2) sur son siège (3) lors de la refermeture de la soupape et en ce que un orifice (6) percé dans l'ensemble clapet - piston moteur. et un trou (40) calibré percé dans un cache(1 9) protégeant le clapet (2), améliorent l'ouverture de manière à permettre à la pression d'agir directement sur le piston moteur en bénéficiant de la pression dynamique du fluide. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cache(19) est pourvu d'une jupe (41 ) située au droit du passage du fluide près du siège dont la longueur est déterminée pour que l'effort dynamique du fluide sur le clapet (2) à l'ouverture ne soit pas trop important mais parcontre pour que cet effort à la refermeture soittel qu'il favorise la refermeture. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le clapet (2) est dans certains cas monté coulissant sur l'extrémité de la tige (7) entre deux butées (17) et (24) de manière à définir un léger jeux axial (jeu E, jeu F) au niveau de la liaison mécanique permettant d'obtenir une meilleure étanchéité amontaval, des moyens d'étanchéité entre clapet(2) et tige (7) et piston moteur (5) étant prévus. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par une étanchéité amont-aval au portage clapet (2)-siège (3) réalisée par un couple de matériaux de duretés différentes et en particulier pour les hautes températures par le dépôt d'un métal noble (18) sur l'un des éléments.