Brevet FR2671603A3 — publié le 19920717

FR 2671603 A3 19920717 FR 9100600 A 19910110 "Dispositif interne de sécurité à clapets pour citerne de gaz en phase liquide. " Les wagons citernes transportant du gaz liquide, c'est à dire contenant du gaz en phase liquide surmonté par une couche de gaz en phase gazeuse, sont munis, en partie inférieure, d'au moins un dispositif interne de sécurité sur la canalisation du gaz en phase liquide et, d'au moins un dispositif interne de sécurité du gaz en phase gazeuse. De façon connue, le dispositif interne de sécurité disposé sur la canalisation de gaz liquide composé d'une embase munie d'un siège pour un clapet principal, dont les déplacements verticaux sont commandés par une tige verticale axiale traversant l'embase du dispositif et la paroi de la citerne. L'extrémité inférieure de cette tige est reliée à des moyens de commande, et par exemple repose sur l'extrémité libre d'un levier dont l'autre extrémtié est articulée sur un levier de commande oscillant. Lors de l'ouverture du clapet, ce levier de commande oscillant est muni de moyens complémentaires provoquant la fermeture immédiate du clapet, par exemple en cas d'incendie ou de déplacement inopiné du wagon. Parfois, le clapet principal du dispositif est associé à un clapet de pilotage, s'ouvrant en premier pour permettre l'équilibrage des pressions entre les faces interne et externe du clapet principal, avant son ouverture. Enfin, le dispositif interne de sécurité débouche dans un conduit dont l'extrémité est munie d'une vanne traditionnelle. En général, de tels clapets de sécurité sont également munis d'un dispositif complémentaire permettant de les ouvrir même lorsque leur clapet principal est immobilisé par une gangue de glace formée par l'eau contenue dans le gaz. Traditionnellement, ce dispositif est constitué par un système visécrou interposé entre la citerne et le levier oscillant de commande. La rotation de l'un des éléments du système vis-écrou permet, par appui sur un point fixe du levier oscillant, d'exercer un effort vertical important sur la tige du clapet principal, effort permettant de casser la gangue de glace et de libérer le clapet. Un premier inconvénient de tels dispositifs provient du fait, qu'après actionnement du système vis-écrou, le réglage de la course du clapet, et parfois sa remise en état après détérioration, impose une révision indispensable pour assurer l'étanchéité recherchée en position de fermeture. Pour satisfaire aux règles de sécurité, cette révision doit être effectuée en atelier, ce qui immobilise le wagon citerne.Un autre inconvénient résulte de l'incapacité du système visécrou à briser-une gangue de glace épaisse, alors même que, précisément les wagons citernes sont de plus en plus utilisés pour transporter du gaz dans des pays froids, c'est à dire dans des pays où la température extérieure peut descendre jusqu'à - 50 , c'est à dire dans des conditions favorisant la formation, au fond de la citerne, d'une couche de glace ayant une épaisseur de l'ordre de 8 cm. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un clapet de sécurité pouvant fonctionner quelle que soit la température extérieure, sans mécanisme particulier pour briser la glace et ne nécessitant aucun réglage en atelier après ouverture normale en conditions glacées. A cet effet, dans le clapet selon l'invention, le clapet principal, d'une part, a la forme d'une cloche, cette cloche coiffant ses moyens de rappel et étant munie, à son extrémité inférieure, du moyen d'étanchéité apte à venir en appui sur le siège conique interne de l'embase et, d'autre part, comporte, au moins sur une partie de sa hauteur, une face périphérique externe tronconique dont le diamètre va en décroissant suivant le sens de fermeture et dont la hauteur est au moins égale à la hauteur de la couche de glace pouvant se former dans la citerne. Grâce à cet agencement, lorsque le clapet principal est soumis à un effort d'ouverture destiné à écarter son moyen d'étanchéité de la portée conique du siège de l'embase, la forme tronconique de sa paroi extérieure se désolidarise aisément de la couche de glace, et pour ainsi dire se démoule aisément, en formant, avec l'empreinte qu'elle laisse dans la couche de glace, un canal périphérique permettant au gaz liquide de s'écouler jusqu'à l'embase et, de là, jusqu'au conduit raccordé au clapet. Il faut noter que l'effort nécessaire pour ouvrir le clapet en condition d'emprisonnement par la glace est limité à la valeur de l'effort d'adhérence de la glace sur sa périphérie et est ainsi inférieur à l'effort qu'il faut réaliser actuellement avec un clapet totalement enveloppé par une gangue de glace. En d'autres termes, la structure selon l'invention permet d'utiliser le levier oscillant de commande pour provoquer l'ouverture du clapet en conditions glacées et évite donc à avoir recours à des moyens complémentaires renchérissant le coût du clapet et exigeant un contrôle des conditions de fermeture de ce clapet. Un tel dispositif peut être aussi appliqué à d'autres clapets de vidange ou de remplissage pouvant être amenés à fonctionner pris dans la glace, sur des wagons, des conteneurs, des cuves de stockage. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce clapet. Figure 1 est une vue en perspective montrant l'implantation du clapet dans un wagon citerne, Figure 2 est une vue de côté en coupe transversale montrant le clapet en position de fermeture, Figures 3 et 4 sont des vues partielles similaires à la figure 2 montrant le clapet, respectivement, après ouverture du clapet de pilotage et après ouverture du clapet principal. A la figure 1, 2 désigne un wagon citerne destiné à contenir du gaz en phase liquide 3 associé à du gaz en phase gazeuse 4. 5 désigne le clapet de sécurité actionnable par un levier de commande 6 articulé en 7 sur le châssis de la citerne. Enfin, 8 désigne la couche de glace qui se forme au fond de la citerne par congélation de l'eau contenue dans le gaz. Le clapet selon l'invention et du type composé d'une embase 10, d'un clapet principal 12, d'un clapet de pilotage 13, d'une tige axiale verticale 14, et de moyens de rappel 15. L'embase 10 est fixée avec étanchéité en 16 dans un embrèvement 17 ménagé dans le fond 2a de la citerne 2. Cet embrèvement communique par un alésage 18 avec une bride intermédiaire 19, elle-même raccordée à une conduite d'évacuation du gaz liquide. Le corps de la bride intermédiaire constitue palier pour l'axe d'articulation 7 du levier de commande 6. Selon l'invention, le clapet principal 12 a la forme générale d'une cloche coiffant les moyens de rappel 15. Il est muni à son extrémité inférieure d'un joint d'étanchéité annulaire 20, maintenu sur lui par une douille filetée et épaulée 22. Le joint 20 est destiné à venir en contact avec une portée conique 23 ménagée dans l'embase 10. La paroi périphérique du clapet 24 est tronconique et, plus précisément, a un diamètre qui va en décroissant suivant le sens de fermeture. Avantageusement, cette paroi est rendu anti-adhérente soit par un traitement de surface, soit par projection sur elle d'une couche d'un produit approprié tel que du polytétrafluorétylène. La hauteur H de la paroi tronconique 24 est déterminée pour être toujours supérieure à la hauteur de la couche de glace 8 pouvant se former dans le fond de la citerne. A titre d'exemple, pour un clapet monté sous une citerne de 3 m de diamètre, la hauteur H a une valeur de 10 cm. Cette disposition permet de garantir le fonctionnement du clapet pour une valeur de la température extérieure allant jusqu'à 60 " C. Dans la forme d'exécution représentée, la paroi supérieure du clapet 12 est traversée axialement par un alésage vertical 25 prolongé vers le haut par un siège tronconique 26 destiné à coopérer avec un joint 27 du clapet de pilotage 13. Ce joint est calé entre une portée épaulée 28, de la tige 14, et une rondelle 29, immobilisée par un écrou 30 vissé sur l'extrémité supérieure filetée de la tige 14. Au moins un canal 32 traverse la paroi supérieure du clapet 12 et met en communication la partie du siège disposé sous le joint d'étanchéité 27 avec l'intérieur du clapet principal 12. La tige axiale 14 est en appui, par son extrémité inférieure, dans un logement borgne 33 ménagé à l'extrémité d'un levier 34 articulé en 35 sur le levier de commande 6. Elle est guidée en translation, d'une part, par une bague supérieure 36 affleurant l'alésage 25 du clapet 12, et d'autre part, par une bague inférieure 37 disposée dans un croisillon 38 solidaire de l'embase 10. Elle est aussi guidée en translation par une bague intermédiaire 39 montée dans un croisillon 40 fixé à l'extrémité d'un corps cylindrique 42 soudé en 43 sur l'embase et s'étendant verticalement à l'intérieur du clapet 12. Ce corps cylindrique constitue logement pour un ressort de rappel 44 prenant appui, d'une part, sur le croisillon 40 et, d'autre part, sur une bague 45 liée à la tige 14. Le clapet 12 est solidaire d'une broche excentrée 46, saillant de son fond et pénétrant dans un alésage du croisillon 40 précité. Cette broche cale en rotation le clapet 12 par rapport au corps cylindrique 42 et à l'embase 10, et évite tout déplacement du joint 20 par rapport à la portée conique 23 de son siège. Dans sa partie interne et inférieure, le clapet 12 comporte un moyeu 47 dont l'alésage axial 48 est monté coulissant sur une bague de guidage 49 rapportée à l'extérieur du corps 42. L'alésage 48 comprend au moins une et de préférence deux rainures longitudinales 50 faisant communiquer la chambre supérieure du clapet 12 avec des fentes 51, ménagées à la base de la bague 49, en coincidence avec des fentes longitudinales 52, ménagées à la base du corps cylindrique 42, afin d'éviter toute rétention entre l'intérieur du clapet 12 et l'extérieur du corps 42. De façon connue, l'ouverture de ce clapet s'effectue en deux phases, une première phase consistant à ouvrir le clapet de pilotage 13 jusqu'à équilibrage des pressions à l'intérieur du clapet 12, puis une seconde phase, consistant à soulever directement le clapet 12. La première phase s'effectue en faisant pivoter le levier de commande 6 dans le sens de la flèche 55 de figure 2jusqu'à ce que l'épaulement 54 ménagé près de l'extrémité supérieure de la tige 14, vienne en contact avec la face intérieure du fond du clapet 12 en constituant limiteur de la course d'ouverture du clapet de pilotage 13. Dans ces conditions et comme le montre la figure 3, le joint 27 du clapet de pilotage 13 est éloigné de la portée conique 26 et permet ainsi au gaz liquide de passer par le ou les canaux 32 pour remplir la chambre supérieure du clapet 12. De là, le gaz liquide, passant par les rainures 50 et par les fentes 51 et 52, peut traverser l'alésage de l'embase 10 et venir dans la bride intermédiaire 19. Lorsque le gaz, en phase liquide, a rempli en totalité la conduite allant de la bride intermédiaire jusqu'à la vanne aval, c'est à dire lorsque l'équilibre des pressions de part et d'autre du clapet 12 est réalisé, le levier de commande 6 est à nouveau déplacé dans le sens de la flèche 55. Dans ces conditions, l'épaulement 54 de la tige 14, en appui sur le fond du clapet 12, soulève ce clapet sur une course verticale qui dépend de l'angle de pivotement du levier 6. Comme le montre la figure 4, le clapet 12, grâce à la forme tronconique de sa paroi périphérique 24, se démoule aisément de la gangue de glace 8 qui l'enveloppe et forme avec l'empreinte 56, qu'il laisse dans cette glace, un canal annulaire 57 par lequel peut s'évacuer le gaz en phase liquide 3. Au-dessous du clapet 12, le gaz passe par les fentes 52 du corps cylindrique 42 des moyens 15, traverse l'embase et, par la bride intermédiaire 19, va dans le conduit d'évacuation dont la vanne peut alors être ouverte. I1 ressort de la figure 4 que l'intervalle entre la paroi périphérique 24 du clapet et la face 56 de l'empreinte qu'il laisse dans la glace, dépend d'une part, de la levée du clapet, mais aussi, d'autre part, de l'angle de sa paroi tronconique. L'usage montre que pour obtenir un débit satisfaisant avec une course d'ouverture réduite, la conicité de la paroi 24 doit être comprise entre 5 et 30 ". Dans la forme d'exécution représentée, cet angle est de 12 et pour une course d'ouverture du clapet 12 de 30 mm. Un tel clapet présente de nombreux avantages par rapport aux clapets de sécurité actuels. En particulier, il supprime toute opération de contrôle après utilisation dans un environnement glacé. De plus, il nécessite un effort réduit pour amener en position d'ouverture le clapet principal, même lorsque celui-ci est dans un environnement glacé, et, surtout, il permet d'obtenir le débit recherché. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la forme d'exécution qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple. C'est ainsi que, sans sortir du cadre de l'invention, l'étanchéité du clapet principal 12 avec le siège 23, de même que celle du clapet secondaire 13 avec le siège 26, qui sont réalisées aux figures 2 à 4 par des joints 20 et 27, peuvent être réalisées par contact métal sur métal. Une telle étanchéité peut résulter, soit du remplacement des joints 20 et 27 par des bagues métalliques, soit par contact direct sur le siège 23, du corps du clapet 12 et, sur le siège 26, d'une bague métallique remplaçant celle 29 et montée avec étanchéité sur la tige 24. Les éléments constituant sièges et clapets sont, soit réalisés dans des matériaux métalliques appropriés, soit renforcés par apport métallique. L'étanchéité métal sur métal augmente la longévité des clapets et garantit la fiabilité de la fermeture, même en présence de produits, gazeux ou liquides, très corrosifs. Enfin, ce dispositif décrit ci-dessus dans le cas de son application à un wagon citerne peut aussi être appliqué à toutes autres citernes, conteneurs, et cuves de stockage, fixes ou déplaçables. REVENDICATIONS 1. Dispositif interne de sécurité à clapet pour citerne de gaz liquide du type comprenant une embase (10) avec un siège d'étanchéité (23), un clapet principal (12) avec un moyen d'étanchéité inférieur (20) apte à coopérer avec le siège, une tige axiale (14) dont l'extrémité inférieure coopère avec des moyens de commande d'ouverture (34-6), un clapet de pilotage (13) actionnable par la tige axiale (14), et des moyens (15) de rappel en position fermée du clapet principal (12) et du clapet secondaire (13), caractérisé en ce que le clapet principal (12), d'une part, a la forme d'une cloche, cette cloche coiffant les moyens de rappel (15) et étant munie à son extrémité inférieure d'un moyen d'étanchéité (20) apte à venir en appui sur le siège conique interne (23) de l'embase, et, d'autre part, comporte, au moins sur une partie de sa hauteur, une face périphérique externe tronconique (24) dont le diamètre va en décroissant suivant le sens de fermeture et dont la hauteur (H) est au moins égale à la hauteur de la couche de glace pouvant se former dans la citerne. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi supérieure du clapet (12) est traversée axialement par un alésage vertical (25) qui, comportant des moyens de guidage (36) coopérant avec l'extrémité de la tige axiale, est prolongé vers le haut par une portée conique (26) constituant siège pour un moyen d'étanchéité (27), solidaire de cette tige (14) et formant clapet de pilotage (13), tandis qu'au moins un canal (32), traversant ladite paroi supérieure, met en communication la partie du siège sous le joint d'étanchéité (27) avec l'intérieur du clapet (12). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tige axiale (14) est munie, en partie supérieure, d'un épaulement (54) apte à venir en appui sur le-fond du clapet principal (12) et constituant, d'une part, limiteur de la course d'ouverture du clapet de pilotage (13) et d'autre part, moyen de transmission de l'effort d'ouverture au clapet principal (12). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la partie inférieure du clapet principal (12) est munie d'un moyeu (47) comportant un alésage axial (48) monté coulissant sur une bague de guidage (49) fixée sur la partie extérieure d'un corps cylindrique (42) contenant les moyens de rappel (15), corps lui-même solidaire de l'embase (10). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'alésage du moyeu (47) du clapet principal (12) comporte au moins une rainure longitudinale (50) faisant communiquer la chambre interne supérieure de ce clapet (12) avec des fentes longitudinales (52) ménagées dans la partie inférieure du corps cylindrique (42) des moyens de rappel (15) et communiquant elles-mêmes avec l'alésage interne de l'embase (10). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tige axiale (14) est guidée en translation verticale d'une part et en partie inférieure, par une douille de glissement (37) disposée dans l'alésage d'un croisillon (38) fixé au centre de l'alésage de l'embase (10), et, d'autre part et en partie supérieure, par une douille de glissement (39) disposée dans l'alésage axial d'un croisillon (40) fixé à l'extrémité supérieure du corps cylindrique (42) pour les moyens de rappel (15). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'angle formé par la génératrice de la face tronconique (24) avec l'axe longitudinal du clapet (12) a une valeur comprise entre 5 et 30 ".