Brevet FR2644548A1 — publié le 19900921

La présente invention a pour objet un dipositif de contrôle de débit pour clapet à battant de non retour particulièrement adapté à l'isolement du circuit primaire d'un réacteur nucléaire en cas de rupture d une tuyauterie de haute énergie. Les exigences applicables dans le domaine du nucléaire demandent de plus en plus de sécurité et de fiabilité de la part des éléments présents sur ce type d'installation. Le rôle des clapets à battant est de permettre la circulation du fluide dans une direction seulement et d isoler la veine fluide dans la direction opposée par effet d'autoclave. A cet effet. les clapets à battant interviennent dans des conditions accidentelles telles que la rupture d'une tuyauterie haute énergie située en amont du clapet. Dans le cas d'une rupture de la tuyauterie, le débit de fluide qui s'écoulait de l'amont vers l'aval en direction du circuit primaire est brutalement interrompu et inversé. Dans ces conditions, la fermeture du clapet est extrémement rapide et on comprend aisément qu'il est indispensable de contrôler la vitesse à laquelle doit se déplacer le battant du clapet de façon à éviter ce que l'on appelle un coup de bélier. On connait dans le FR-A-2 463 351. un dispositif amortisseur pour soupape de non retour muni d'un élément de fermeture déplaçable par le courant d'écoulement. Ce dispositif se compose d'un corps cylindrique qui enserre une chambre fermée vers l'extérieur. Dans cette chambre est déplaçable longitudinalement un piston solidaire à cet effet d'une tige guidée dans le corps cylindrique de part et d'autre du piston. Le piston est poussé en direction de l'élément de fermeture par un ressort qui prend appui d'une part. sur le corps cylindrique. et d'autre part sur la tige. La cavité dans lequel se trouve le ressort est reliée au volume intérieur de la conduite tubulaire par un alésage. Dans ce dispositif, 1 amortisseur intervient sur l'élément' de fermeture peu avant sa fin de course et. de ce fait, le fluide contenu dans la cavité, où est disposé le ressort. est refoulé sous pression en direction de la tuyauterie. Dans le cas où la vidange de la tuyauterie s'effectue très rapidement, le ressort seul ne suffit pas à garantir un amortissement progressif du battant, et des risques de choc des surfaces d'étanchéité en vis à vis sont previsibles. Ce dispositif présente également un autre inconvénient. En effet, dans le cas où 1 alésage est obturé par des salissures, l écoulement du fluide contenu dans la cavité est perturbé ce qui favorise l'effet de rebond du battant, pouvant nuire, ainsi à une fermeture étanche satisfaisante du clapet. On connait également dans le FR-A-2 400 157 un dispositif amortisseur pour clapets de non retour placés dans des c-onduites de liquide et munis d'un élément de fermeture appuyé contre un siège de soupape en leur position de fermeture et déplaçable par le courant de liquide, équipé d'un piston approprié qui n'est relié audit élément de fermeture, par concordance de forme, que peu avant la position de fermeture de ce dernier. Ce dispositif comporte des ouvertures d'étranglement disposées de façon à découvrir une section de passage variable en fonction de la position du clapet de non retour par rapport à la portée d'étanchéité dudit clapet. Ce dispositif présente certaines faiblesses. En effet. il existe une possibilité de blocage lors d'un déplacement rapide au niveau de l'accouplement articulé. liant le clapet à la tige poussoir, et un risque de mattage de la génératrice de l'élément de liaison mécanique reliant le clapet et la tige poussoir pouvant provoquer une modification dimensionnelle dans le temps. favorisant un contact prématuré du clapet anti retour sur son siège. Ainsi, l'éfficacité de 1 amortisseur se trouve fortement diminué. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif amortisseur qui évite les inconvénients précités et qui permet de réduire l'amplitude de l'onde de pression à la fermeture du clapet en cas de rupture d'une tuyauterie. L'invention a pour objet un dispositif de contrôle de débit pour clapet à battant amorti comprenant un élément de fermeture destiné à s'appuyer sur un siége de clapet disposé dans une conduite et déplaçable par le courant de fluide circulant dans ladite conduite et un amortisseur à piston relié par une tige à l'élément de fermeture. caractérisé en ce qu'il comprend également un limiteur de débit disposé à la périphérie du siège de clapet adapté pour assurer, avec l'amortisseur à piston, un déplacement controlé de l'élément de fermeture tout au long de sa course. Selon d'autres caractéristiques - le limiteur de débit est constitué par une bague fixée sur la face suoérieure du siège du clapet. - la bague détermine un alésage interne dimensionné pour recevoir l'élément de fermeture avec un jeu autorisant une réduction de débit de fluide pour un déplacement significatif dudit élément de fermeture, - la bague comporte au moins un orifice latérale ménagé dans l'épaisseur de ladite bague et disposé transversalement par rapport au sens d'écoulement du fluide, - et l'entrée de l'alésage interne est profilée. L'invention va être décrite plus en détails ci-dessous en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels - la Fig. i est une vue en coupe d'un clapet battant en position ouverte muni du dispositif de contrôle de débit conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue analogue à la Fig. 1 montrant le clapet à battant en position fermée, - la Fig. 3 est une vue à plus grande échelle et en demi coupe d'une première variante du limiteur de débit, - la Fig. 4 est une vue à plus grande échelle en demi coupe d'une seconde variante du limiteur de débit, la Fig. 5 est une vue à plus grande échelle en coupe d'une troisième variante du limiteur de débit, - la Fig. S est un graphique montrant les résultats d'essais comparatifs entre un clapet à battant muni d'un dispositif amortisseur classique et un clapet à battant muni d'un dispositif de contrôle de débit conforme à l'invention. Comme représenté sur les Figs. 1 et 2 le clapet à battant, désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend une tuyauterie d'entrée 2 et une tuyauterie de sortie 3 permettant au fluide véhiculé de s'écouler selon un courant allant de l'amont vers l'aval par rapport au clapet à battant 1 et matérialisé par les flèches f sur ces figures. Dans la tuyauterie 2 est rapporté par des moyens classiques, du type soudure, vissage ou boulonnage, un siège 4 dont l'extrémité libre détermine une surface annulaire & diposée suivant un angle par rapport à l'axe des tuyauteries d'entrée et de sortie (2, 3). Le clapet à battant 1 comprend un élément de fermeture 5 qui se présente sous la forme d'un disque circulaire dont la face opposée au courant de circulation f du fluide dispose d'une surface annulaire ménagée en périphérie, définissant une portée d'étanchéité 5a. La face parallèle et opposée à la portée d'étanchéité 5a de l'élément de fermeture 5 est surmontée d'un axe cylindrique 6 dont l'extrémité est prolongée par un axe fileté 7. Le clapet à battant 1 comprend également un bras 8 à deux branches (8a, 8b) de forme coudée. L'extrémité de la branche Sa, est percée d'un alésage débouchant 9 traversé par un axe de rotation 10 supporté par des oreilles fixes 11 solidaires du corps 12 dudit clapet à battant 1. Les oreilles 11 peuvent etre solidaires du siège 4. Le bras 8 est percé, au droit de son coude, d'un trou oblong 13 dans lequel se déplace un axe de commande 14 solidaire d'une chape 15 fixée à 1' extrémité d'une tige verticale 16 d d'un amortisseur à piston 30 qui sera décrit ultérieurement. L'extrémitré de la seconde branche Sb du bras 8 est percee d'un alésage cylindrique 17 dont l'axe est perpendiculaire à l'axe du trou oblong 13. Dans cet alésage 17 vient prendre place l'axe cylindrique 6 de l'élément de fermeture 5. L'élément de fermeture 5, ainsi positionne, est maintenu en place par un écrou de serrage 18 freiné par une goupille cylindrique 19. Tout autre moyen de serrage et de blocage peut être envisagé. telle l'association d'un écrou à créneaux avec une goupille fendue. A la périphérie du siège 4 est fixé un limiteur de débit 20 qui se présente sous la forme d'une bague comportant un alésage central 21. La bague 20 peut être fixée sur la face supérieure du siège 4 par soudure (Figs. 1 et 2) ou par des vis 22 (Fig.3) ou encore par un filetage 23 (Fig. 4). La bague 20 comporte ponctuellement sur sa périphérie extérieure des encoches 24 (Fig.1) de façon à laisser passer le bras 8 lorsque l'élément de fermeture 5 est appliqué sur le siège 4 (Fig. 2). Par ailleurs, l'alésage 21 de la bague 20 est dimensionné pour recevoir l'élément de fermeture 5 avec un jeu JA (Fig. 2) qui autorise une réduction de débit pour un déplacement significatif dudit élément de fermeture 5. L'entrée de l'alésage 21 est profilé par exemple par un chanfrein 21a. La hauteur de la bague 20 constituant en le limiteur de débit est définie en tenant compte de multiples paramètres, comme par exemple les conditions de service, la dimension de l'élément de fermeture 5 et sa course totale. La dimension moyenne se situe aux environs de 25',( de la course totale. Selon une variante représentée à la Fig. 4. la bague 20 peut également comporter au moins un -orifice latéral 25 ménagé dans l'épaisseur de ladite bague et disposé transversalement par rapport-au sens d'écoulement du fluide de façon à augmenter les effets de contrôle de débit. Selon une autre variante représentée à la Fig. 5, la bague est limitée d'un coté par une face annulaire 20a perpendiculaire à l'axe et. de 1 autre côté. par une face annulaire 20b inclinée par rapport à l'axe et 'plane de façon à former une rampe. Cette inclinaison permet à l'élément de fermeture 5 de pénétrer dans l'alésage 21 de la bague d'une façon simultanée sur toute la périphérie. La tige de liaison 16 de 1 amortisseur 30 est par exemple vissée dans la chappe 15 solidaire de l'axe de commande 14. L'extrémité opposée est accouplée à un piston 31 (Figs. let 2) qui délimite dans le corps 12 une chambre supérieure 32 et une chambre inférieure 33. Au moins un orifice calibré 34 est ménagé dans l'épaisseur du piston 31 et un joint d'étanchéité 35 est disposé à la périphérie-dudit piston pour imposer au fluide contenu dans les chambres (32, 33) une circulation passant par le ou les orifices calibrés 34 . La chambre supérieure 32 est reliée à la tuyauterie de sortie 3, en aval de l'élément de fermeture 5. par une conduite 36. La tige de liaison 16 est guidée dans un alésage 37 ménagé dans une bague 38 emmanchée dans une plaque support 39 rapportée ou intégrée au corps 12 de l'amortisseur 30. L'alésage 37 de la bague 38 et la tige 16 sont dimensionnés de façon à obtenir un jeu JB Suf- fisant pour permettre au fluide de circuler de la tuyauterie de sortie 3 vers la chambre inférieure 33 et inversement. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. Le clapet à battant intervient dans des conditions accidentelles telles que la rupture d'une tuyauterie haute énergie située en amont dudit clapet à battant. Dans ce cas, le débit de fluide, qui s'écoulait de l'amont à l'aval, est brutalement interrompu et inverse. Dans ces conditions, le temps de fermeture du clapet est d'environ 1 seconde et le dispositif selon l'invention permet de contrôler la vitesse à laquelle doit se déplacer l'élément de fermeture 5 de façon à amener progressivement en contact les surfaces d'étanchéité et cela en intervenant sur la totatilité de la course dudit élément de fermeture, de deux façons distinctes et consécutives. La rupture de la tuyauterie provoque une chute de pression à l'amont du clapet à battant et induit une forte pression différentielle sur ledit clapet donc un effort de fermeture croissant. La première partie de la course de l'élément de fermeture 5 est contrôlée par l'amortisseur à piston 30. En effet, la pression P7 à l'aval devient supérieure à la pression P0 à l'amont et s'exerce à la fois sur l'élément dé fermeture 5 et sur la face supérieure du piston 31 par l'intermédiaire de la conduite 36. Les forces ainsi développées sont complémentaires et orientées en direction de la fermeture de l'élément 5. Le deplacement du piston 31 modifie le volume de la chambre intérieure 33, ce qui provoque une augmentation de la pression interne dans ladite chambre, Le fluide contenu dans la chambre interne 33 s'écoule au travers du ou des orifices 34, dont la section de passage est définie en tenant compte d'une vitesse d'écoulement prédéterminée, de sorte que le déplacement de l'élément de fermeture 5 s'effectue lentement et sans à-coups. L'élément de fermeture 5 pénètre dans le limiteur de débit 20 qui contrôle la course dudit élément en faisant varier la section de passage assurant ainsi une progréssivité de la chute de débit à la fermeture. Par conséquent. grace à la combinaison du limiteur de débit 20 et de l'amortisseur â piston 30. le dispositif selon l'invention associe le mouvement lent de fermeture par l'amortisseur 30 et la réduction du débit par le limiteur sur une course significative. Cet aménagement permet d'éviter les effets destructeurs du coup de bélier comme cela est mis en évidence sur le diagrame de la Fig. 5, ou l'axe des abscisses représente le temps en seconde et l'axe des ordonnées la pression en bar. Sur ce diagrame, la courbe A représente le transitoire de pression dans la ligne aval pendant la fermeture d'un clapet à battant sans limiteur de débit et la 'courbe B représente le transitoire de pression dans la ligne aval pendant la fermeture d'un clapet à battant muni du dispositif selon l'invention. La courbe A met en évidence qu'avec un clapet à battant classique il se produit des coups de bélier. ce qui n'est pas le cas avec un clapet muni du dispositif selon l'invention comme le montre la courbe B qui est beaucoup plus progressive. L'invention s'applique notamment aux clapets d'isolement d'enceintes et d'une manière plus générale aux clapets disposés sur des installations à risque de coup de bélier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de controle de débit pour clapet à battant amorti (7) comprenant un élément de fermeture (5) destiné à s'appuyer sur un siège de clapet 141 disposé dans une conduite (2, 3) et déplaçable par le courant de fluide circulant dans ladite conduite (2, 3) et un amortisseur à piston (30, 31) relié par une tige (16) à l'élément de fermeture caractérisé en ce qu'il comprend également un limiteur de débit (20) disposé à la périphérie du siège de clapet (4) adapté pour assurer, avec l'amortisseur à piston (301. un deplacement controlé de l'élément de fermeture (5) tout au long de sa course. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le limiteur de débit est constitué par une bague (20) fixée sur la face supérieure du siège de clapet (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague (20) détermine un alésage interne (21) dimensionné pour recevoir l'élément de fermeture (5) avec un jeu autorisant une réduction de débit de fluide pour un déplacement significatif dudit élément de fermeture (5). 4, Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bague (20) comporte au moins un orifice latéral (25) ménagé dans l'épaisseur de ladite bague et disposé transversalement par rapport au sens d'écoulement du fluide. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague (20) est limitée d'un côté, par une face annulaire (20a) perpendiculaire à l'axe et, de l'autre coté, par une face annulaire (20b) inclinée par rapport à l'axe et plane pour former une rampe. 6. Dispositif selon l'une des revevendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée de 1 alésage interne (21) de la bague (20) est profilé. 7. Dispositif selon la revendication I dans lequel le piston (31) de l'amortisseur (301 délimite deux chambres (32, 33) communiquant chacune avec la conduite (3) en aval du siège de clapet (4) par rapport au sens de circulation du fluide, caractérisé en ce que les chambres (32, 33) communique entre elles par au moins une ouverture (34) ménagée dans l'épaisseur dudit piston (31 > , et en ce que la chambre inférieure (33) communique avec la conduite (3) par un jeu ménagé entre la tige (16) reliant le piston (31) avec l'élément de fermeture (5) et une bague de guidage (38) de ladite tige (16).