Brevet FR2674932A1 — publié le 19921009

I CLAPET A CHAMBRE DE COMMANDE A FERMETURE CONTROLEE La présente invention concerne un clapet à chambre de commande à fermeture contrôlée utilisable notamment, mais non exclusivement, comme clapet principal dans un distributeur d'hydrocarbures. De façon plus précise, l'invention se rapporte à un clapet dont la fermeture peut être commandée en fonction de la pression qui règne dans une chambre de commande agissant sur la face postérieure de ce clapet, et dont le temps de fermeture complète sous l'effet de la pression de commande peut être contrôlée. Dans la demande de brevet européen No O 357 513, on a décrit un distributeur d'hydrocarbures comportant des moyens de contrôle de la teneur en gaz contenu dans l'hydrocarbure distribué. Comme on le sait, un distributeur d'hydrocarbure comporte non seulement une vanne de fermeture disposée dans la lance de distribution mais également un clapet principal situé en amont du flexible de la lance de distribution et interposé ainsi entre la pompe du distributeur et la lance de distribution Dans la demande précitée, on a décrit un système permettant de provoquer automati- quement la fermeture du clapet principal lorsque la teneur en gaz dans l'hydrocarbure est supérieure à un pourcentage prédéterminé. Pour celâ un système permet soit de mettre à la pression atmosphérique la chambre de commande du clapet principal lorsque la teneur en gaz est normale, ce qui permet le maintien en position ouverte du clapet principal, soit d'obturer la chambre de commande, ce qui provoque, par augmentation de pression dans la chambre, la fermeture du clapet principal, même si la vanne de la lance de distribution est maintenue ouverte, c'est-à-dire même si la pompe du distributeur continue à fonctionner. En se référant aux figures la et lb annexées, on comprendra mieux les problèmes qui peuvent se poser en ce qui concerne la réalisation de ce clapet principal. Sur la figure la, on a représenté le clapet de commande de la demande européenne mentionnée ci-dessus, dans sa position ouverte Le clapet comporte un piston 22 monté à coulissement dans une chambre de commande 38 La chambre de commande est normalement soumise à la pression atmosphérique par la conduite 36 Le piston 22 peut coopérer avec un siège 19 qui entoure la conduite de sortie 18 allant vers la lance de distribution On a représenté également la conduite 16 par laquelle arrive l'hydrocarbure entraîné par la pompe Le piston 22 tend à être plaqué sur son siège 19 par un ressort de rappel 44 logé dans la chambre 38 Lorsque la teneur du gaz dans l'hydrocarbure est normale, la chambre 38 est à la pression atmosphérique Lorsque le distributeur est activé, la haute pression qui règne dans la conduite 36 agissant sur la face 22 a du piston 22 provoque l'ouverture du clapet principal Lorsque la teneur en gaz devient supérieure à une valeur prédéterminée, la conduite 36 est fermée et, grâce à l'orifice 40 ménagé dans le piston 22, la haute pression arrivant par la canalisation 16 s'établit également dans la chambre de commande 38, ce qui provoque la fermeture du clapet principal sous l'action du ressort, le piston 22 venant en appui sur son siège 19. Sur la figure lb, on a représenté le clapet principal en position fermée, c'est-à-dire que le piston 22 est en appui sur son siège 19 On appelle D le diamètre du piston 22 et d le diamètre du siège 19, c'est-à-dire sensiblement celui de la conduite 18. Lorsque, en fonctionnement normal, la pression atmosphérique PA règne dans la chambre 38 et que la haute pression HP est appliquée par la canalisation 16, l'équilibre du piston 22 peut être exprimé de la manière suivante: 2 2 2 (HP-PA) (D d) + (PL-PA) d F expression dans laquelle F est la force de compression exercée par le ressort 44 et PL la basse pression régnant dans la conduite 18 à la suite de la fermeture du clapet principal et HP la haute pression régnant dans la canalisation 16. On voit que, lors de la ré-ouverture du clapet principal, la pression PL contribue à cette ouverture tant qu'elle est supérieure à la pression atmosphérique PA A l'inverse, si la pression PL est inférieure à la pression atmosphérique, il se crée ainsi un vide partiel relatif qui s'oppose à l'ouverture du clapet principal lorsque la pression HP est appliquée On comprend bien que selon la valeur de la dépression dans la conduite 18 et selon la valeur adoptée pour la haute pression HP, il peut se produire des circonstances dans lesquelles il ne sera pas possible d'obtenir l'ouverture du clapet principal lors de l'application de la haute pression dans la canalisation 16. On peut envisager deux cas principaux de situation pouvant créer une dépression dans la conduite 18. La première situation est celle dans laquelle, le distributeur d&hydrocarbure est à l'arrêt, c'est-à-dire que la vanne de la lance de distribution est fermée Dans ces circonstances, un véhicule roulant sur le flexible de la lance de distribution crée une surpression de l'hydrocarbure dans le flexible Cette surpression importante dans le flexible et donc dans la conduite 18 est suffisante pour provoquer le soulèvement du piston 22 Il en résulte le passage d'une fraction de l'hydrocarbure de la canalisation 18 vers la canalisation 16 correspondant à l'écrasement du flexible Dès qu'une quantité de liquide suffisante a été transférée pour abaisser la pression dans 16, le piston peut regagner son siège sous l'action du ressort. Alors si la roue quitte le flexible, celui-ci cherchant à retrouver son volume initial, il se crée une dépression liée au manque de liquide par rapport à la situation antérieure Ce vide partiel dans le flexible de la lance est rendu possible en raison de la rigidité de celui-ci Dans certains cas, on a pu constater une dépression de 700 millibars avec certains types d'hydrocarbures. Une autre circonstance pouvant entraîner la création d'une dépression dans la conduite 18 est la suivante Lorsqu'une teneur en gaz anormale est détectée, le clapet principal 22 se referme brutalement sous l'effet de l'augmentation rapide de pression dans la chambre de commande 38 Cependant l'inertie de la colonne liquide comprise entre le clapet 22 et la lance de distribution montée à l'extrémité du flexible doit être prise en compte Cette colonne liquide est, lors de la distribution d'hydrocarbure, animée d'une vitesse de plusieurs mètres par seconde La fermeture brutale du piston 22 ne permet pas d'arrêter immédiatement l'écoulement au niveau de la lance, d'o l'apparition d'une dépression qui va s'installer dans le flexible et donc dans la conduite de sortie 18. Pour résoudre ce problème, un objet de la présente invention est de fournir un clapet à chambre de commande qui comporte des moyens pour contrôler la vitesse de fermeture complète de celui-ci lors de l'application de la pression dans la chambre de commande. Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'ensemble clapet qui comprend un ensemble piston dont une première face est placée dans une chambre de commande recevant une pression de commande et dont une deuxième face est apte à coopérer avec un siège fixe pour interrompre l'écoulement d'un fluide entre une canalisation d'entrée et une canalisation de sortie, se caractérise en ce que ledit ensemble piston comprend un premier piston monté à coulissement dans la chambre de commande et un deuxième piston dont une première face coopère avec ledit siège fixe entourant ladite canalisation de sortie et une deuxième face tournée vers la deuxième face du premier piston, ledit deuxième piston comportant un canal traversant débouchant en regard de ladite conduite de sortie, et en ce qu'il comprend en outre des moyens portés par lesdits premier et deuxième pistons pour assurer une étanchéité entre lesdits pistons lorsqu'ils sont appliqués l'un contre l'autre, des moyens pour provoquer le déplacement du premier piston et pas celui du deuxième piston lors de l'application de la haute pression dans la canalisation d'entrée et des moyens pour écarter le deuxième piston du siège lorsque ledit premier piston s'est déplacé d'une distance prédéterminée sous l'effet de l'application de la haute pression. On comprend qu'ainsi on réalise un clapet à deux pistons qui s'ouvrent successivement ou se ferment successivement Dans la phase d'ouverture, lors de l'application de la haute pression, le premier piston s'ouvre seul, ce qui démasque une section de passage réduite correspondant à l'orifice du canal traversant Ce n'est que dans une deuxième étape que le deuxième piston se déplace à son tour démasquant ainsi la totalité de la section de passage d'hydrocarbure. A l'inverse, lorsque la pression augmente dans la chambre de commande, le deuxième piston vient en appui sur son siège mais dans une première phase le premier piston n'est pas appliqué sur le second Dans cette configuration, l'hydrocarbure à haute pression continue à s'écouler par le canal traversant du deuxième piston. Ce n'est que dans un deuxième temps que le premier piston vient s'appliquer de façon étanche sur le deuxième piston pour provoquer la fermeture complète du clapet On voit qu'ainsi la fermeture du clapet est contrôlée, ce qui évite la création d'une dépression dans la canalisation de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: la figure la, déjà décrite, représente en coupe verticale un clapet à chambre de commande en position ouverte, selon l'art antérieur; la figure lb représente le même clapet dans sa position fermée; et la figure 2 représente en coupe verticale un clapet principal à chambre de commande selon la présente invention. Sur la figure 2 on a repris les références déjà utilisées en liaison avec les figures la et lb On a donc représenté la chambre de commande 38 avec sa paroi cylindrique 38 ' dans laquelle est monté à coulissement libre le clapet 22 La canalisation de commande 36 débouche dans la chambre de commande 38 Sur cette figure, on a également représenté la canalisation de sortie 18 entourée par le siège 19 du clapet et la conduite d'entrée 16 débouchant latéralement par rapport au piston 22. Comme on l'a déjà indiqué, le clapet 22 est constitué par un premier piston 50 comportant une jupe 52 montée à coulissement libre dans la chambre de commande 38 et s'étendant à partir d'une première face 53 du piston et une deuxième face référencée 54 non tournée vers la chambre de commande 38. Le clapet 22 comporte également un deuxième piston 56 disposé entre le premier piston 50 et le siège 19 La première face 58 du deuxième piston 56 comporte une garniture annulaire d'étanchéité 60 pour coopérer avec le siège 19 du clapet Le deuxième piston 56 est traversé de part en part par un canal traversant 62 qui débouche dans la première face 58 du deuxième piston 56 en regard de la conduite de sortie 18 La deuxième face 64 du deuxième piston 56 est muni d'une nervure 66 formant l'équivalent du siège d'un clapet La deuxième face 54 du premier piston 50 est pourvue d'une garniture annulaire d'étanchéité 68 pour coopérer avec le siège 66 lorsque les pistons 50 et 56 sont plaqués l'un contre l'autre sous l'effet du ressort de rappel 44 monté dans la chambre de commande 38 Une extension axiale 70 de la deuxième face 54 du premier piston 50 traverse à coulissement libre le deuxième piston 56 par un alésage axial 72 L'alésage axial 72 est disposé en regard de la canalisation de sortie 18, c'est-à-dire à l'intérieur de la portion de la face 58 limitée par la garniture d'étanchéité 60 Le prolongement 70 se termine par une collerette 74 dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre de l'alésage 72 En outre, un ressort 76 est interposé entre les pistons 50 et 56 autour de l'extension 70, le ressort 76 tendant à écarter les pistons 50 et 56 l'un de l'autre. Lorsque le clapet est dans sa position fermée, c'est-à-dire dans la position représentée sur la figure 2, la circulation entre la conduite d'entrée 16 et la conduite de sortie 18 est quasi interrompue en raison du fait que le deuxième piston 56 est plaqué de façon étanche sur son siège 19 et que le deuxième piston 50 est lui-même plaqué de façon étanche sur le deuxième piston 56 Ainsi, le canal traversant 62 et les éventuelles fuites dans l'orifice 72 du piston 56 sont masquées par la coopération entre le siège 66 et la garniture d'étanchéité 68 Cependant on tolère une fuite réduite par le canal 87 qui est utile pour annuler la dépression que provoquerait le passage d'un véhicule sur le flexible comme on l'a expliqué précédemment. On va maintenant décrire le mode de fonctionnement du clapet 22 On suppose tout d'abord que l'on se trouve dans les conditions normales de fonctionnement, c'est-à-dire que la pression dans la chambre de commande 38 est sensiblement égale à la pression atmosphérique Lorsque le distributeur d'hydrocarbure est mis en route, c'est-à- dire lorsque la pompe est actionnée, la pression dans la canalisation d'arrivée 16 augmente pour atteindre la valeur HP Sous l'action de cette haute pression qui agit en particulier sur la couronne périphérique de la face 54 du piston 50 à l'extérieur de la garniture d'étanchéité 68 mais également sur les couronnes périphériques du piston 56, le piston 50 seul est repoussé en comprimant le ressort 44 du fait de la présence du ressort 76 disposé entre les pistons 50 et 56 Il en résulte l'établissement d'une circulation d'hydrocarbure depuis la canalisation 16 vers la canalisation de sortie 18 à travers le canal traversant 62 Lorsque le piston 50 a été repoussé d'une longueur suffisante, la collerette 74 de l'extension 70 du piston 56 provoque l'écartement mécanique du piston 56 par rapport à son siège 19 On obtient alors un écoulement direct de l'hydrocarbure depuis la canalisation 16 vers la canalisation de sortie 18 par la totalité de la section de passage définie par le siège 19. Lorsque la pompe du distributeur est arrêtée brutalement, la pression chute dans la canalisation 16 Cette chute de pression provoque le déplacement global du piston 56 et du piston 50 jusqu'à ce que le piston 56 arrive en contact avec son siège 19 sous l'effet du ressort de rappel 44 Cependant dans cette première phase le piston 50 reste écarté du piston 56 sous l'effet du ressort 76 En conséquence, dans cette phase, il continue à se produire un débit d'hydrocarbure à travers le canal traversant 62 vers la conduite de sortie 18, ce qui évite la mise en dépression de celle-ci Dans une deuxième phase, sous l'effet du ressort de rappel 44 et lorsque la pression dans la conduite 16 a suffisamment chuté, le ressort 76 est comprimé et le piston 50 revient en appui sur le piston 56 Plus précisément, les éléments d'étanchéité 68 viennent en contact avec le siège 66 du piston 56. Dans cette position, le clapet 22 est entièrement fermé. Si l'on repart de la position totalement ouverte du clapet 22 et que l'on suppose que, en raison d'un excès de gaz dans l'hydrocarbure, la conduite 36 est obturée, ce qui entraîne l'augmentation de la pression dans la chambre de commande 38 via le passage 40 La différence de pression entre les faces 53 et 54 du piston tend ainsi à s'annuler et par conséquent la force correspondante aussi, de sorte que le ressort 44 peut repousser les pistons 50 et 56 vers le siège 19 Cependant dans cette phase, en raison de la présence du ressort 76, le piston 50 reste écarté du piston 56, ce qui autorise l'écoulement d'hydrocarbure par le canal traversant 62 Lorsque le piston 56 arrive en contact avec son siège 19, le piston 50 tend à comprimer le ressort 76 sous l'effet conjugué du ressort de rappel 44 et de l'accroissement de la pression dans la chambre 38 Le ressort 76 est comprimé jusqu'è ce que la surface d'étanchéité 68 du piston 50 arrive en contact avec le siège 66 du piston 56 Dans cette position, le clapet 22 est entièrement fermé sous l'effet conjugué du ressort 44 et de la différence de pression entre la chambre 38 (à la pression HP) et la face 54 du piston. On comprend cependant que, grâce à la fermeture, dans un premier temps, du seul piston 56 qui autorise une circulation d'hydrocarbure à travers le canal traversant 62 L'arrêt du débit n'est plus brutal et l'apparition d'une dépression dans le flexible liée à l'inertie de la colonne liquide comprise entre le clapet 22 et la lance n'est plus à craindre. Comme le montre la figure 2, de préférence le clapet selon l'invention comporte de plus un dispositif qui permet d'assurer une mise en équipression entre la chambre de commande 38 et la canalisation de sortie 18 dans le cas o malgré la fermeture en deux temps du clapet une légère dépression se créerait dans la conduite de sortie 18. Ce dispositif comporte essentiellement un clapet à bille constitué par une chambre de clapet 82 débouchant dans la chambre de commande 38 par un orifice formant siège de clapet 84. Le clapet à bille 80 comporte également une bille 86 emprisonnée dans la chambre 82 La chambre 82 est prolongée par une canalisation axiale de diamètre réduit 87 qui traverse l'extension du piston 50 Ainsi, l'intérieur de la chambre du clapet à bille 82 est en permanence en communication avec la canalisation de sortie 18 Un ergot 88 disposé à l'intérieur de la chambre 84 permet d'empêcher la bille 86 d'obturer le canal 87 Le fonctionnement du clapet à bille est facile à comprendre Si une dépression apparaît dans le flexible du distributeur, c'est-à-dire dans la conduite 18, la différence de pression amont et aval appliquée à la bille 86 provoque l'écartement de celle-ci par rapport à son siège 84 Il y a ainsi écoulement d'hydrocarbure de la chambre 38 vers la conduite 18 via le canal 87 ainsi que du canal 16 vers la chambre 38 par l'intermédiaire du perçage 40. Cet écoulement se produit jusqu'à ce qu'on obtienne égalité des pressions entre la conduite 18 et la chambre de commande 38. Lorsque cette égalité est atteinte, la bille 86 retombe sur son siège 84 par gravité. On comprend que ce clapet à bille ménagé à travers les deux pistons 50 et 56 permet d'augmenter encore la sécurité de fonctionnement du clapet dans des circonstances exceptionnelles o la fermeture en deux temps du clapet principal ne serait pas suffisante pour éviter la création d'une dépression dans la conduite de sortie et dans le flexible du distributeur. La possibilité d'ouvrir en deux temps le clapet principal avec un débit limité durant le premier temps d'ouverture permet d'éviter les bruits de cavitation qui peuvent survenir lorsque la lance de distribution est mise en position ouverte avant que la pompe ne soit mise en marche C'est souvent le cas dans les stations en self-service o la pompe ne peut être mise en route que lorsque le client précédent a acquitté le montant correspondant à la quantité d'hydrocarbure qu'il a introduit dans le réservoir de son véhicule En effet dans ce cas à un appel brutal de débit correspond une accélération importante de la colonne d'aspiration. Cette colonne présentant également une grande inertie, la pompe crée une dépression plus importante que nécessaire avant que la vitesse nominale de l'hydrocarbure ne soit atteinte Il en découle des risques de cavitation dans la pompe avec le bruit qui en résulte. il REVENDICATIONS 1 Ensemble clapet comprenant un ensemble piston dont une première face est placée dans une chambre de commande recevant une pression de commande et une deuxième face est apte à coopérer avec un siège fixe pour interrompre l'écoulement d'un fluide entre une canalisation d'entrée et une canalisation de sortie, caractérisé en ce que ledit ensemble piston ( 22) comprend un premier piston ( 50) monté à coulissement dans la chambre de commande ( 38) et un deuxième piston ( 56) dont une première face ( 58) coopère avec ledit siège fixe ( 19) entourant ladite canalisation de sortie ( 18) et une deuxième face ( 64) tournée vers la deuxième face ( 54) du premier piston ( 50), ledit deuxième piston ( 56) comportant un canal traversant ( 62) débouchant en regard de ladite conduite de sortie ( 18), et en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 66, 68) portés par lesdits premier ( 50) et deuxième ( 56) pistons pour assurer une étanchéité entre lesdits pistons lorsqu'ils sont appliqués l'un contre l'autre, des moyens ( 76) pour provoquer le déplacement du premier piston ( 50) et pas celui du deuxième piston ( 56) lors de l'application de la haute pression (HP) dans la canalisation d'entrée ( 16) et des moyens ( 72, 74) pour écarter le deuxième piston ( 56) du siège ( 19) lorsque ledit premier piston s'est déplacé d'une distance prédéterminée sous l'effet de l'application de la haute pression (HP). 2 Ensemble clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser une étanchéité comprennent des premiers moyens ( 66) solidaires de la deuxième face ( 64) du deuxième piston ( 56) et des moyens ( 68) solidaires de la deuxième face ( 54) du premier piston ( 50) pour réaliser une étanchéité entre lesdites faces des pistons au moins autour du débouché dudit canal traversant ( 62) lorsque les deux pistons sont appliqués l'un contre l'autre. 3 Ensemble clapet selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour provoquer le déplacement dudit premier piston ( 50) par rapport audit deuxième piston ( 56) comprennent des moyens élastiques ( 76) interposés entre la deuxième face ( 54) du premier piston ( 50) et la deuxième face ( 64) du deuxième piston ( 56). 4 Ensemble clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour provoquer un déplacement du deuxième piston ( 56) comprennent une extension ( 70) de la deuxième face ( 54) du premier piston ( 50) traversant ledit deuxième piston par un orifice ( 72), l'extrémité ( 74) de ladite extension étant apte à coopérer ( 56) avec la première face ( 58) du deuxième piston ( 56). Ensemble clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système élastique ( 44) de rappel disposé dans ladite chambre de commande ( 38) tendant à appliquer le premier piston ( 50) sur le deuxième piston ( 56) et la première face ( 58) du deuxième piston ( 56) sur le siège ( 19). 6 Ensemble clapet selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première face ( 53) du premier piston ( 50) comprend une pièce ( 80) formant une chambre ( 82) de clapet avec un siège ( 84) débouchant dans la chambre de commande ( 38), ladite chambre de clapet ( 82) communiquant avec un canal ( 87) traversant de part en part ladite extension ( 80) du premier piston ( 50).