Brevet FR2638807A3 — publié le 19900511

FR 2638807 A3 19900511 FR 8914654 A 19891108 La présente invention concerne un dispositif à soupape de sûreté pour une bouteille à gaz comprimé, ser- vant à arrêter l'écoulement de gaz lorsque le dispositif de commande d'écoulement de gaz en aval est structurale- ment endommagé. L'écoulement de gaz à partir d'une bouteille à gaz comprimé est commandé par une soupape de commande qui est montée dans la tubulure de sortie de la bouteille à gaz. Lorsqu'un dommage structural se produit dans le dispo- sitif à soupape de commande en provoquant une rupture ou une déficience du matériau dont la soupape est constituée, il existe une condition dangereuse qui peut avoir pour conséquence une explosion du dispositif de commande, avec projection de fragments dans de nombreuses directions et à grande vitesse et la tubulure proprement dite peut devenir un projectile sous l'effet de l'échappement non réglé des gaz sortant de la bouteille. Additionnellement, lors d'un échappement de gaz corrosifs ou d'autres types de gaz nocifs pour des personnes ou pour l'environnement, ces personnes et l'environnement exposés aux gaz peuvent être sérieusement affectés. En conséquence il est créé conformément à la présente invention un dispositif à soupape de sûreté pour une bouteille à gaz comprimé, servant à arrêter l'écoule- ment de gaz dans la tubulure de sortie de la bouteille lorsqu'un dispositif de commande d'écoulement de gaz vers l'aval est structuralement endommagé par des forces exté- rieures, avant qu'une déficience se produise dans le dispo- sitif de commande d'écoulement de gaz. La présente invention concerne un dispositif à soupape de sûreté qui est composé d'un carter traversé par un conduit de passage de gaz, le carter étant adapté pour être monté dans la tubulure de sortie d'une bouteille à gaz comprimé. Un siège de clapet est logé à l'intérieur du conduit dans une position fixe par rapport à la tubulure de sortie et un clapet passe au travers du siège de telle sorte que, lorsque le clapet s'appuie contre le siège, le conduit soit fermé en empêchant ainsi un écoulement de gaz vers l'orifice d'entrée de la soupape principale de comman- de de gaz. Selon l'invention, il est prévu un ressort héli- coïdal qui pousse le clapet contre le siège de telle sorte que le conduit soit normalement fermé dans le carter; - cependant, un élément cassable est disposé en compression entre le clapet et l'orifice d'entrée de la soupape de commande de gaz de façon à retenir le clapet écarté de son siège et à maintenir ainsi le conduit ouvert. L'élément cassable-s'appuie contre un épaulement prévu dans le carter de la soupape de commande, cet épaulement étant situé en amont de l'orifice d'entrée de la soupape de com- mande. L'élément cassable, dans une réalisation de l'inven- tion, est formé de carbure de silicium qui est un matériau céramique et résistant à la corrosion par certains types de gaz. Il a une grande résistance à la traction et une faible résistance au cisaillement de telle sorte que, quand des forces extérieures suffisantes sont appliquées à la soupa- pe principale de commande, une contrainte suffisante de flexion et de cisaillement agissant sur l'élément cassable produise sa rupture avant que le matériau dont la soupape de commande de gaz est constituée se brise. Le clapet est alors appliqué contre son siège, en fermant ainsi le con- duit et en empêchant un écoulement de gaz par la tubulure de sortie de la bouteille à gaz. Dans la réalisation préférée, l'élément cassable est un élément en forme de colonne qui comporte en amont une première chambre entourant de façon étanche une plaque perforée. La plaque perforée permet un écoulement de gaz dans la chambre d'amont par l'intermédiaire de la tubulure de sortie de la bouteille à gaz. L'élément cassable, qui est placé dans une position adjacente à la chambre d'aval, comporte une zone de section minimale qui est située entre la chambre d'amont et une seconde chambre ou chambre d'aval. Les deux chambres comportent un orifice qui permet un écoulement de gaz, les orifices agissant alors comme des régulateurs de gaz s'il s'est produit une rupture structurale en aval de la soupape principale de commande. L'élément cassable est maintenu en compression entre un épaulement, situé dans le corps de la soupape principale et dans l'orifice d'entrée de la soupape principale de commande, et le clapet de la soupape de sûreté de telle sorte que les forces extérieures agissant sur la soupape principale soient transmises à l'élément cassable. Lorsque les forces extérieures ont des grandeurs suffisantes, les forces transmises par l'intermédiaire du carter de la soupape principale produisent une rupture de l'élément cassable dans la zone de section minimale. Dans une autre réalisation, l'élément cassable peut être constitué d'un élément en forme de colonne qui se rompt sous l'effet d'une contrainte de flexion et cisaillement de valeur suffisante. En conséquence, dans le cas o la soupape princi- pale de commande de gaz est soumise à une rupture structu- rale, une soupape de sûreté montée dans la tubulure de sortie de la bouteille à gaz comprimé empêchera un écoule- ment de gaz vers la soupape principale en évitant ainsi une fragmentation de cette soupape principale et les ris- ques en résultant. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip- tion, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe de la soupape principale de commande et de la bouteille à gaz comprimé pour illus- trer la présente invention, la figure 2 est une vue en coupe de la structure de la figure 1, faite dans la direction de la ligne 2-2 indiquée 263880? sur la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe faite dans la direction de la ligne 3-3 indiquée sur la figure 1. Sur la figure 1 est représentée une vue en coupe d'une bouteille 1 à gaz comprimé qui comporte un orifice fileté de sortie 2 dans lequel est montée la tubulure de raccordement 4 de la soupape principale de commande 3. La soupape principale de commande 3 comporte un corps princi- pal 5 qui est pourvu d'un orifice de sortie 6 et d'un ori- fice d'entrée 7. Dans une zone adjacente à l'orifice d'en- trée 7, il est prévu une tige de soupape commandée 8, qui contient un élément obturateur 9 assurant la fermeture de l'orifice d'entrée 7 de la soupape principale quand cet élément obturateur 9 est comprimé contre le siège 10 de l'orifice d'entrée. A l'intérieur du corps principal 5 de l'ensemble de soupape de commande 3, il est prévu une cavi- té cylindrique 11 qui s'étend au travers de la tubulure de raccordement 4 et qui communique avec une soupape de dé- charge 12. La soupape de décharge est reliée au corps 5 de la soupape principale. En fonctionnement, l'ensemble de soupape de com- mande 3 est actionné par rotation du bouton de commande 13 qui est relié à la tige de soupape 8 par un élément de liaison 14 de telle sorte que, lors d'une rotation du bouton 13, l'élément de liaison produise une rotation dans la même direction de la tige de soupape commandée 8. En conséquence, l'élément obturateur 9 est écarté de son siège par une rotation appropriée du bouton de commande 13 de façon à ouvrir ainsi l'orifice d'entrée 7 du corps 5 de la soupape principale, en permettant un écoulement de gaz vers l'orifice de sortie 6. Comme le montre la figure 1, un ensemble de sou- pape de sûreté 15 est monté dans la tubulure de sortie 2 de la bouteille 1 à gaz comprimé afin d'empêcher un écoulement de gaz de la bouteille 1 vers la cavité cylindrique 11 du corps 5 de la soupape principale. Un carter 16 de la sou- pape de sûreté, comportant une extrémité filetée 17, est vissé dans la tubulure de raccordement 4 du corps 5 de la soupape principale. Un joint périphérique 18 est disposé entre le carter 16 de la soupape de sûreté et le corps 5 de la soupape principale. Pour permettre le passage de gaz de la bouteille 1 vers la cavité cylindrique 11, le carter 16 de la soupape de sûreté comporte un conduit 19 qui s'étend au travers dudit carter 16 et qui communique avec la cavité cylindrique 11 du corps 5 de la soupape principale. A l'in- térieur du conduit 19 sont disposés un siège 20 et un clapet correspondant 21 de telle sorte que le clapet 21 soit poussé par un ressort hélicoïdal 22 dans une position normalement fermée, le ressort sollicitant le clapet 21 de manière à l'appliquer contre le siège 20. Une bague torique d'étanchéité 23 est supportée par le clapet 21 de façon à établir une étanchéité avec le siège et à empêcher un écou- lement de gaz de la bouteille vers la cavité cylindrique 11 du corps 5 de la soupape principale. Le clapet 21 comporte une tige 24 contre laquelle s'appuie en compression un élément cassable 25, qui main- tient le clapet 21 écarté de son siège 20. Lorsque des forces extérieures sont appliquées au corps 5 de la soupape principale et lorsque des contraintes suffisantes de cisail- lement et de flexion sont transmises à l'élément cassable , cet élément se rompt en permettant au clapet 21 de s'appliquer contre son siège 20. Cela ferme le conduit 19 et empêche un écoulement de gaz vers la cavité cylindrique 11. L'élément cassable 25 s'appuie en compression contre un épaulement 26 du corps de la soupape principale et il s'appuie en sens opposé et en compression contre le clapet 21 de telle sorte qu'une contrainte de flexion ou de cisail- lement sollicitant- le corps 5 de la soupape principale sous l'effet de forces extérieures soit transmise à l'élément cassable 25. Pour conserver une résistance à une compression et pour se rompre au cisaillement, l'élément cassable 25 est constitué d'un matériau qui a une grande résistance à la traction et une faible résistance au cisaillement, comme du carbure de silicium ou d'autres matériaux céramiques de grande résistance à la traction et il peut aussi être formé de l'un quelconque des matériaux suivants, en fonction du type de gaz se trouvant dans la bouteille: Elgiloy, Hastelloy, acier inoxydable de la série 300, PVDF ( poly- mère fluoré contenant du carbone), tungstène, alliage d'aluminium, Torlon ( résine de polyamide-imide) et allia- ge platine-rhodium 4000R. Sur la figure 1, on peut voir que l'élément cassable 25 comporte un élément en forme de plaque 27 qui s'appuie contre la tige de clapet 24. Pour permettre à du gaz de pénétrer par l'intermédiaire du conduit 19 dans la cavité cylindrique 11, l'élément 27 en forme de plaque est perforé. La structure de l'élément cassable 25 représenté sur la figure 1 se compose d'un élément en forme de colon- ne qui comporte une zone 28 de section droite minimale qui est située entre une première chambre 29 et une seconde chambre 30. La première chambre 29 entoure de façon étanche l'élément 27 en forme de plaque de telle sorte que du gaz passant dans le conduit et au travers des perforations de la plaque 27 pénètre dans la première chambre 29 et par- vienne ensuite par l'intermédiaire d'un orifice 31 dans la cavité cylindrique 11 du corps 5 de la soupape principale. Pour que le gaz arrive à l'orifice d'entrée 7 du corps 5 de la soupape principale, il est prévu dans la seconde chambre un orifice 32 et du gaz provenant de la cavité cylindri- que 11 passe par cet orifice 32 pour parvenir à l'orifice d'entrée 7. Les orifices 31 et 32 sont utilisés dans l'élé- ment cassable 25 pour étranger un écoulement de gaz lors- qu'il se produit une rupture en aval de l'ensemble de soupape de commande 3. Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, l'élément cassable 25 peut être un simple élément en forme de colonne ayant une section droite régulière, qui se rompt sous l'effet d'une contrainte suffisante de flexion ou de cisaillement et qui s'appuie contre l'élément 27 en forme de plaque. L'élément cassable conforme à cette invention est maintenu dans une position fixe par rapport à l'orifice de sortie 2 de la bouteille et il est maintenu en compression entre le clapet 21 et l'épaulement 26 du corps 5 de la soupape principale de telle sorte que, quand une rupture se produit dans l'élément cassable sous l'effet d'une déficience structurale de la soupape principale, la soupape de sûreté se ferme et empêche tout autre écoulement de gaz. Bien entendu l'invention n'est pas limité aux exemples de réalisation cidessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Soupape de sureté pour une bouteille à gaz comprimé, servant à arrêter un écoulement de gaz dans la tubulure de sortie de la bouteille lorsqu'un dispositif de commande d'écoulement de gaz en aval est structuralement endommagé par des forces externes, caractérisé en ce qu'elle comprend: - a) un carter (16) pourvu d'un conduit (19) le traversant pour le passage de gaz, ledit carter étant adapté pour être monté dans ladite tubulure de sortie (2), b) un siège de clapet (20) logé dans ledit conduit et dans une position fixe par rapport à ladite tubulure de sor- tie, c) un clapet (21) passant au travers dudit siège (20) et adapté pour fermer ledit conduit (19) quand ce clapet s'appuie contre ledit siège (20) , d) un moyen de sollicitation (22) servant à solliciter ledit clapet (21) pour qu'il s'applique contre ledit siège (20) de manière que ledit conduit (19) soit normalement fermé, e) un moyen compensateur cassable (25), disposé en compres- sion entre ledit clapet (21) et ledit dispositif de com- mande de gaz (3) de façon à réagir à des contraintes de flexion et de cisaillement qui sont transmises audit moyen compensateur cassable (25) par ledit dispositif de commande de gaz (3) en vue de maintenir ledit clapet (21) écarté dudit siège (20) de telle sorte que, lors- qu'une force extérieure suffisante agit sur ledit dispo- sitif de commande de gaz (3), ledit moyen compensateur cassable (25) se rompe avant ledit dispositif de commande de gaz (3), en fermant ainsi ledit conduit (19) et en empêchant tout autre écoulement de gaz. 2. Soupape de sûreté selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen compensateur cassable (25) comprend en outre un élément (27) en forme de plaque qui s'appuie en compression contre ledit clapet (21). 3. Soupape de sûreté selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit élément (27) en forme de plaque comporte une perforation permettant le passage d'un écoulement de gaz. 4. Soupape de sûreté selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit moyen compensateur cassable (25) comprend en outre un élément en forme de colonne qui s'appuie en compression contre ledit élément en forme de plaque (27). 5. Soupape de sûreté selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit élément en forme de colonne comprend en outre des première et seconde chambres (29, ), chacune desdites chambres (29, 30) comportant un ori- fice permettant le passage de gaz. 6. Soupape de sûreté selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit élément (25) en forme de colonne comprend en outre une zone de section minimale située entre lesdites première et seconde chambres (29, ) . 7. Soupape de sûreté selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen compensateur cassable (25) est formé d'un matériau résistant à la corrosion. 8. Soupape de sûreté selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit matériau résistant à la corro- sion est du carbure de silicium. 9. Soupape de sûreté selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit matériau résistant à la corro- sion est une matière céramique de haute résistance à la traction. 10. Soupape de sûreté selon la revendication 7, ca- ractérisée en ce que ledit matériau résistant à la corro- sion est un acier inoxydable de la série 300. 11. Soupape de sûreté selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est uti- lisée en combinaison avec une soupape de commande adaptée pour être montée dans une tubulure de sortie d'une bouteil- le de gaz comprimé, ladite soupape de ommande pouvant être sou- mise à un dommage par des forces externes et comportant une entrée de gaz, une sortie de gaz, un siège de soupape situé entre ladite entrée et ladite sortie de gaz et un moyen d'étanchéité réglable pour commander un écoulement de gaz de ladite entrée vers ladite sortie de gaz.