Brevet FR2714138A1 — publié le 19950623

L'invention se situe dans le domaine technique des vannes pneumatiques de réservoir de gaz sous pression et concerne plus particulièrement un dispositif d'ouverture rapide d'un tel réservoir destiné notamment au gonflage de ballons de grand volume. Dans certaines applications particulières des ballons gonflables, par exemple pour améliorer la flottabilité d'objets flottants tels que des maquettes de fusée destinées à des tirs d'essais à partir d'une aire de lancement sous-marine, il faut qu'en un très court laps de temps un gaz sous pression soit injecté dans un ballon par une grande section de passage. La commande électrique de l'ouverture d'admission de gaz dans ledit passage pouvant avoir une section de 100 cm2 doit être de faible puissance tout en étant très rapide (inférieure à 0,1 seconde) et présentant une sécurité de fonctionnement renforcée. Les solutions connues de type robinet ou verrou mécanique commandé électriquement sont écartées en raison de leur consommation importante de courant et de leur temps de réponse trop long compte tenu de l'énergie à vaincre. Il existe aussi des systèmes utilisant un dispositif électrique et pyrotechnique pour commander une énergie pneumatique et hydraulique d'ouverture d'un clapet, par exemple pour chasser l'eau des ballasts d'un engin sousmarin. Mais l'utilisation de composants pyrotechniques rend le système irréversible et polluant pour les mécanismes environnants ; il conduit également à une remise en état plus lourde. En outre le surnombre des énergies utilisées entraîne des réseaux fonctionnels plus compliqués, moins fiables et aussi plus coûteux en fabrication et en maintenance. L'invention propose un dispositif d'ouverture rapide qui pallie à ces inconvénients par le fait que l'énergie potentielle du gaz du réservoir sert elle-même d'assistance à l'ouverture d'un clapet obturateur et permet de limiter l'énergie électrique de commande à une faible puissance, tout en améliorant la sécurité de fonctionnement. L'invention a donc pour objet un dispositif d'ouverture rapide d'un réservoir de gaz sous pression fermé par un clapet obturateur en appui sur la partie supérieure d'un corps de vanne et manoeuvré par un vérin à l'encontre de la force de rappel d'un ressort, dispositif selon lequel le vérin est un vérin à double étage dont une chambre inférieure située sous un disque de guidage formant un premier étage de piston dudit vérin, communique avec le réservoir par un conduit sur lequel est intercalée une électrovanne de gonflage, et selon lequel une bouteille de gaz comprimé communique par un conduit sur lequel est intercalée une électrovanne de sécurité, avec une petite chambre délimitée par la partie inférieure du vérin formant un second étage de piston et le prolongement inférieur du corps de vanne. Avantageusement, le disque de guidage sépare la chambre inférieure d'une chambre supérieure interne au corps de vanne à l'intérieure de laquelle est logé un ressort de rappel. D'autre part, le corps de vanne sert de siège au clapet obturateur ainsi que d'organe canalisant le gaz vers un conduit de passage de gaz de grande section et de guide pour le vérin double-étage. D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'une forme de réalisation dans laquelle on fait référence aux dessins annexés qui représentent Figure 1, une vue schématique en coupe du dispositif. Figures 2 et 3, la même vue respectivement en position de prééquilibrage du clapet, puis de gonflage rapide. Le dispositif représenté à la figure 1 est destiné à commander le passage d'un gaz sous pression contenu dans un réservoir 1 vers un ballon gonflable non représenté, par l'intermédiaire d'un conduit de passage 2 de grande section. Un clapet obturateur 3 ferme l'orifice inférieur 4 du réservoir en venant en appui contre un siège de clapet 5 prévu à la partie supérieure d'un corps de vanne 6. Ce dernier comporte deux chambres : une chambre supérieure 7 en liaison directe avec le conduit 2 et une chambre inférieure 8, cylindrique, servant de logement à un vérin double-étage 9. Le vérin est relié au clapet 3 par une tige 10 traversant de façon étanche la paroi 11 interne au corps de vanne, séparant les deux chambres 7 et 8. Le vérin 9 coulisse à l'intérieur de la chambre 8 grâce à un disque de guidage 12 formant piston, constituant l'étage supérieur du vérin et monté sensiblement en son milieu, et équipé d'un joint torique 13 pour assurer ltétanchéité le long de la paroi interne de la chambre cylindrique. Le disque 12 sépare la chambre 8 en deux, une chambre supérieure 8a dans laquelle est logé un ressort 21 en appui, d'une part sur le disque, d'autre part sur la face inférieure de la paroi 11, et une chambre inférieure 8b. La partie inférieure du vérin constituant l'étage inférieur forme un piston 14 équipé de joints toriques 15 coulissant dans un prolongement 16 de plus faible section, du corps de vanne 6. La base du prolongement du corps de vanne délimite avec le piston 14 une petite chambre 23 qui communique par un conduit 17 avec une bouteille 18 de gaz comprimé, une électrovanne de sécurité 19 étant intercalée dans ce conduit, pour autoriser le passage du gaz vers le corps de vanne. Par ailleurs la base du réservoir 1 communique par un conduit 20 avec la chambre inférieure 8b, une électrovanne de gonflage 22 étant intercalée dans ce conduit. On voit que le corps de vanne 6 sert de siège au clapet 3, d'organe canalisant le gaz vers le conduit 2, et de logement et de guide pour le vérin double-étage 9. L'ensemble est avantageusement réalisé en acier inoxydable. Quant au clapet 3 il est en acier à haute résistance pour éviter tout matage. Sa surface de contact avec le siège 5 est de forme conique. Le fait que le siège soit en acier inoxydable moins résistant que le clapet fait que l'étanchéité - sous l'effet de la pression FR du gaz du réservoir, est assurée sans nécessité d'interposer un joint. Avant le remplissage du réservoir, le vérin 9 est dans la position représentée à la figure 1, pour laquelle le ressort 21 exerce une pression FK sur le disque 12 qui maintient le clapet 3 fermé par l'intermédiaire de la tige 10. Une petite pression Ff due au frottement des joints s 'exerce également dans le même sens. Ainsi grâce au ressort, l'ensemble mobile est immobilisé et peut résister aux sollicitations mécaniques externes. Une rondelle amortisseur en élastomère, non représentée, peut en outre amortir le vérin en fin de course. Pour la mise en service du dispositif, on commence par remplir de gaz le réservoir 1 et la bouteille 18 à leur pression de fonctionnement, par un orifice de remplissage non représenté. Le clapet 3 est alors fermé de façon étanche sur son siège 5 par la pression du gaz du réservoir. Dès qu'un ordre extérieur est donné, l'électrovanne de gonfage 22 s'ouvre un très court instant ce qui a pour effet de mettre en communication par le conduit 20, le réservoir 1 et la chambre 8b, puis l'électrovanne se referme. On voit à la figure 2 qu'une pression FR équivalente à celle du réservoir va donc s'établir dans cette chambre 8b. On a un état prééquilibré du clapet 3 sans toutefois que celui-ci s 'ouvre du fait de l'action du ressort 21. Ce transfert de gaz comprimé dans la chambre 8b n'entraîne pas de perte de pression notable dans le réservoir. Ce "gonflage" permet de compenser en partie l'effort d'obturation que la pression du réservoir génère sur le clapet. En cas de fuite détectée par des capteurs de pression, une mise à l'air libre de la chambre est possible pour revenir à l'état de départ. La phase de gonflage du ballon est illustrée à la figure 3. Préalablement, des capteurs de pression (non représentés) se sont assurés que la pression dans la bouteille 18 est correcte. L'ordre de gonflage du ballon est donné et l'électrovanne de sécurité 19 s'ouvre. La pression du gaz F2 de la bouteille s'établit alors par le conduit 17 sous la partie inférieure du vérin formant le piston 14 et provoque le déplacement de ce dernier dans le prolongement 16 du corps de vanne 6, qui lui sert de guide. L'effort ainsi exercé sur le piston dû à une pression de gaz de la bouteille 18, supérieure à celle établie dans la chambre 8b équilibrant le réservoir 1, est suffisant pour assurer la montée du vérin 9 et ouvrir le clapet 3 à l'encontre de la force du ressort 21. Le gaz du réservoir gonfle aussitôt le ballon par le conduit de passage 2. Un clapet anti-retour non représenté isole le ballon du dispositif en cas de sollicitations mécaniques qui pourraient s'exercer sur celui-ci après son gonflage. La remise en état du système, pour sa réutilisation, se fait par mise à l'air libre du réservoir, de la bouteille et du ballon. Les temps d'ouverture des clapets sont extrêmement faibles et on aboutit ainsi à un temps de moins de 0,1 s. pour libérer la pression vers le ballon. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'ouverture rapide d'un réservoir de gaz sous pression fermé par un clapet obturateur en appui sur la partie supérieure d'un corps de vanne et manoeuvré par un vérin à l'encontre de la force de rappel d'un ressort caractérisé en ce que le vérin est un vérin à double étage (9) dont une chambre inférieure (8b) située sous un disque de guidage (12) formant un premier étage de piston dudit vérin, communique avec le réservoir (1) par un conduit (20) sur lequel est intercalée une électrovanne de gonflage (22), et en ce que une bouteille (18) de gaz comprimé communique par un conduit (17) sur lequel est intercalée une électrovanne de sécurité (19), avec une petite chambre (23) délimitée par la partie inférieure du vérin formant un second étage de piston (14) et le prolongement inférieur (16) du corps de vanne (6). 2. Dispositif d'ouverture selon la revendication 1 caractérisé en ce que le disque de guidage (12) sépare la chambre inférieure (8b) d'une chambre supérieure (8a) interne au corps de vanne (6) à l'intérieur de laquelle est logé un ressort de rappel (21). 3. Dispositif d'ouverture selon la revendication 1 caractérisé en ce que le corps de vanne (6) sert de siège au clapet obturateur (3) ainsi que d'organe canalisant le gaz vers un conduit (2) de passage de gaz de grande section et de guide pour le vérin double-étage (9).