Brevet FR2729720A1 — publié le 19960726

La présente invention concerne un dispositif de sécurité, et notamment un dispositif de retenue destiné à assurer le blocage d'une charge déplacée par un récepteur hydraulique, tel qu'un vérin, en cas de rupture de la tuyauterie d'alimentation en fluide. La présente invention concerne également une valve de sécurité destinée à mettre en oeuvre ledit dispositif. Les vérins hydrauliques utilisés pour le déplacement de charges sont constitués d'un piston monté à coulissement dans un cylindre, ce piston séparant ledit cylindre en deux chambres. Des moyens distributeurs fournissent au vérin un fluide hydraulique sous pression qui est admis dans l'une des chambres, de façon à repousser le piston et la charge à déplacer (configuration de fluide moteur, c'est à dire dans laquelle le fluide se déplace des moyens distributeurs vers le vérin). La charge peut être bloquée en une position quelconque déterminée en interrompant la distribution de fluide hydraulique. Pour déplacer la charge en sens inverse (configuration de charge motrice, c'est à dire dans laquelle le fluide se déplace du vérin vers les moyens distributeurs) on laisse s s'écouler le fluide précédemment admis dans la chambre au travers d'un orifice dont on contrôle la section de passage de façon à régler la vitesse de déplacement du piston à une valeur souhaitée. On comprend que la rupture de la canalisation réunissant les moyens distributeurs au vérin a pour effet de mettre en communication le fluide contenu dans la chambre de celui-ci directement avec l'atmosphère, sans interposition de l'orifice de section contrôlée, si bien que la charge se trouve immédiatement libérée, ce qui peut être la cause de dommages particulièrement graves, notamment lorsque cette rupture se produit sur un engin de levage dont la charge se trouve en position haute. Afin d'éviter ce type d'inconvénients on a proposé d'utiliser une valve de sécurité, dite "clapet parachute", qui est interposée entre les moyens distributeurs et l'entrée du vérin. On sait qu'une telle valve de sécurité est habituellement constitué d'un corps cylindrique dans lequel est disposé un clapet qui est maintenu à une distance donnée d'un siège de clapet par un ressort qui exerce sur celui-ci une force d'ouverture donnée, éventuellement réglable. En configuration de fluide moteur, notamment pour soulever une charge, on admet le fluide hydraulique par des canaux d'alimentation qui traversent le corps de la valve pour arriver dans l'espace compris entre le siège de clapet et le clapet. Le ressort assure ainsi l'ouverture du clapet et le fluide hydraulique traverse la valve de sécurité pour assurer l'alimentation du vérin. En configuration de charge motrice, notamment pour faire descendre la charge, on fait en sorte que le fluide hydraulique traverse la valve de sécurité en sens inverse et exerce sur le clapet une force de fermeture antagoniste de celle du ressort. Cette force de fermeture suit les lois d'écoulement des fluides par les petits orifices et est proportionnelle au carré du débit du fluide traversant la valve de sécurité.Ainsi, dans le cas d'une perte de charge brutale, due par exemple à une rupture de canalisation, le débit de retour augmente rapidement et la perte de charge créée au niveau du clapet, entre le clapet et son siège, augmente dans des proportions importantes et dépasse la force du ressort d'ouverture, si bien que le clapet se trouve appliqué sur le siège de clapet, assurant ainsi l'arrêt de l'écoulement du fluide et, en conséquence, l'arrêt du piston du vérin. I1 est donc nécessaire, pour chaque vitesse limite de fluide acceptable pour une telle valve de sécurité déterminée, de régler la distance existant entre le clapet et son siège à une valeur suffisamment grande pour que le clapet reste ouvert sous la force du ressort lorsque le fluide hydraulique reflue par la valve de sécurité (configuration de charge motrice) mais également suffisamment petite néanmoins pour que, dans le cas d'une rupture de la conduite reliant les moyens distributeurs au vérin, la perte de charge engendrée par l'augmentation de débit du fluide hydraulique puisse refermer le clapet. Une telle valve de sécurité présente par ailleurs un inconvénient majeur, à savoir, dans le cas d'une rupture de la conduite reliant les moyens distributeurs au vérin, de ne pas assurer une immobilisation immédiate du piston de ce dernier. En effet, d'une part lorsque le système se trouve en configuration de fluide moteur, c'est à dire lorsque le fluide se déplace des moyens distributeurs vers le vérin, ce qui correspond notamment au cas où l'on soulève une charge, il est nécessaire que le piston du vérin se déplace sur une certaine distance pour que le débit de fluide s'inverse et engendre une perte de charge suffisante pour assurer la fermeture du clapet. Une telle inversion de mouvement assure un arrêt brutal de la charge en cours d'un mouvement accéléré, ce qui soumet les éléments mécaniques à des contraintes importantes. D'autre part, lorsque le système se trouve en configuration de charge motrice, c'est à dire lorsque le fluide se déplace du vérin vers les moyens distributeurs, ce qui correspond notamment au cas où l'on descend une charge, il est nécessaire qu'un certain débit de fluide traverse la valve afin que la perte de charge créée atteigne une valeur supérieure à la force du ressort d'ouverture du clapet afin d'assurer la fermeture de celui-ci, si bien que la charge est ainsi amenée à effectuer un déplacement important avant d'être stoppée, ce qui peut s'avérer particulièrement dangereux. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de sécurité pour récepteur hydraulique destiné à assurer le déplacement d'une charge qui ne nécessite pas de réglage complexe et qui soit en mesure d'assurer, de façon quasi immédiate, le blocage de la charge dans le cas d'une rupture de la conduite reliant les moyens distributeurs de fluide hydraulique audit récepteur. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de sécurité pour récepteur hydraulique et notamment pour vérin hydraulique, alimenté par des moyens distributeurs de fluide hydraulique sous pression, ce dispositif comportant une valve de sécurité disposée à l'entrée dudit récepteur, caractérisé en ce que - la valve de sécurité est essentiellement constituée d'un corps dans lequel se déplace un piston, ou tiroir, sous l'action du fluide hydraulique sous pression, le corps comportant au moins un premier orifice relié aux moyens distributeurs et un second orifice relié au récepteur, le tiroir étant apte à occuper deux positions principales, à savoir une première position, ou position de sécurité, dans laquelle il se trouve en appui contre un siège sous l'effet de moyens élastiques et bloque ainsi la circulation du fluide hydraulique entre les premier et second orifices, et une seconde position, ou position de fonctionnement, dans laquelle il autorise une circulation du fluide entre les susdits orifices, - il comporte une soupape de retour apte à créer une "pression pilote" appliquée au tiroir à l'encontre des moyens élastiques, qui est supérieure à la force exercée par ces derniers lorsque le fluide hydraulique circule entre les premier et second orifices de la valve, de façon que cette pression pilote maintienne le tiroir en position d'ouverture à l'encontre de la force de rappel des dits moyens élastiques. La présente invention a également pour objet une valve de sécurité pour récepteur hydraulique, et notamment pour vérin hydraulique, alimenté par des moyens distributeurs de fluide hydraulique sous pression, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps dans lequel se déplace un piston, ou tiroir, sous l'action du fluide hydraulique sous pression, le corps comportant au moins un premier orifice destiné à être relié à des moyens distributeurs dudit fluide et un second orifice destiné à être relié au récepteur, le tiroir étant apte à occuper deux positions principales, à savoir une première position, ou position de sécurité, dans laquelle il se trouve en appui contre un siège sous l'effet de moyens élastiques et bloque ainsi la circulation du fluide hydraulique entre les premier et second orifices, et une seconde position, ou position de fonctionnement, dans laquelle il autorise une circulation du fluide entre les susdits orifices, le premier orifice étant en communication avec un volume prévu entre le siège du tiroir et ce dernier. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue schématique d'un mode de mise en oeuvre d'un dispositif de sécurité suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe partielle d'une première variante d'un clapet de sécurité utilisé dans le dispositif de sécurité suivant l'invention. La figure 3 est une vue en coupe partielle d'une seconde variante d'un clapet de sécurité. La figure 4 est une vue en coupe de la variante de mise en oeuvre représentée sur la figure 3 suivant la ligne IV-IV de celle-ci. La figure 5 est une vue schématique d'une variante de mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif de sécurité suivant l'invention décrit sur la figure 1 est destiné à soulever une charge 2. Il comprend essentiellement une valve de sécurité 1 et une soupape dite soupape de retour 3. La valve 1 est constituée d'un corps tubulaire 5 à l'intérieur duquel est monté coulissant un tiroir 7 sollicité par un ressort taré 9 contre un siège 10, dans lequel débouche un orifice 11. Le tiroir 7 est creusé de façon à constituer avec les parois internes du corps 5 une chambre annulaire 20. Le corps 5 comporte un orifice latéral 13 qui est obturé par le tiroir 7 lorsque celui-ci se trouve en appui contre le siège 10 (figure 1). L'orifice 13 est relié par une canalisation rigide 14 à un vérin hydraulique 15 dont le piston 16 est destiné à déplacer la charge 2. Le corps 5 comporte un autre orifice 18 qui débouche dans la chambre 20 du tiroir 7. Le dispositif comprend des moyens distributeurs du fluide hydraulique constitués essentiellement d'un distributeur 24 et d'une source d'alimentation en fluide sous pression constituée d'une pompe 30 en aspiration avec un bac 32 contenant le fluide hydraulique. Le distributeur 24 est à trois positions, à savoir une position A, ou position de repos, une position B, ou configuration de fluide moteur, correspondant sur la figure 1 à une position de montée du piston 16, et une position C, ou configuration de charge motrice, correspondant sur cette même figure à une position de descente du piston 16. Le distributeur 24 est pourvu d'un orifice d'entrée 28, d'un orifice de sortie 26 et d'un orifice 29 d'entrée ou de sortie.L'orifice d'entrée 28 est relié à la pompe 30, et la sortie 26 est reliée au bac 32 contenant le fluide hydraulique, par l'intermédiaire de la soupape de retour 3. Cette dernière est conçue de façon à présenter, en fonctionnement normal, une perte de charge permettant de maintenir dans le circuit une légère pression résiduelle, ou pression pilote, qui est légèrement supérieure à la force exercée par le ressort 9 sur le tiroir 7 lorsque le fluide hydraulique se déplace vers le bac 32, et qui est fermée dans le cas inverse. L'orifice 29 est réuni à la valve 1 par une canalisation 12, habituellement une canalisation souple. Cette canalisation, dans le présent mode de mise en oeuvre, est en communication à la fois avec l'orifice 11 et avec l'orifice 18 du corps 5 par une canalisation 17. Dans ces conditions, le fonctionnement du dispositif de sécurité suivant l'invention s'effectue ainsi que décrit ci-après. Lorsque l'on souhaite soulever la charge 2 au moyen du piston 16, on place le distributeur 24 dans la position B ou configuration de fluide moteur, ce qui correspond à une position de montée du piston 16 sur la figure 1, si bien que le fluide sous pression fourni par la pompe 30 arrive à l'entrée 28, traverse le distributeur 24, sort de celui-ci par l'orifice 29, puis emprunte la canalisation souple 12 pour pénétrer dans la valve 1 à la fois par les orifices li et 18.Le fluide admis par l'orifice 11 repousse ainsi le tiroir 7 vers le haut, à l'encontre de la force exercée par le ressort 9, ce qui a pour effet de dégager l'orifice 13, de sorte que le fluide sous pression arrivant par l'orifice 18 peut s'écouler librement par ledit orifice 13, emprunter la canalisation rigide 14 et repousser vers le haut le piston 16, ainsi que la charge 2. Si, au cours du déplacement du piston 16, la canalisation souple 12 vient à se rompre, l'alimentation en fluide de l'orifice 11 est interrompue, si bien que le ressort 9 ramène immédiatement le tiroir 7 en contact avec le siège 10, ce qui a pour effet immédiat d'obturer l'orifice 13, si bien que l'écoulement du fluide hydraulique est immédiatement stoppé ainsi que le mouvement du piston 16. Lorsque l'on souhaite faire descendre la charge 2 maintenue par le piston 16, on place le distributeur 24 dans la position C, ou configuration de charge motrice, ce qui correspond à une position de descente du piston 16 sur la figure 1. Dans cette position, l'orifice 11 est en communication avec le bac 32 par l'intermédiaire de la soupape de retour 3. En raison de la perte de charge créée par celle-ci, la pression pilote maintient le tiroir 7 en position d'ouverture, si bien que le fluide hydraulique provenant du vérin 15 peut emprunter la canalisation 14, l'orifice 13 et la chambre annulaire 20 pour sortir de la valve 1 par l'orifice 18 et gagner, par la canalisation souple 12, l'orifice 29 du distributeur 24, l'orifice 26 de celui-ci, la soupape de retour 3 et le bac 32. Lorsque, au cours de cette phase, une rupture de circuit intervient au niveau de la canalisation souple 12, la pression pilote maintenant le tiroir 7 écarté de son siège 10, à l'encontre de l'action exercée par le ressort 9 disparaît, si bien que celui-ci ramène le tiroir 7 en contact avec son siège 10, ce qui a pour effet d'obturer l'orifice 13. Dès lors, tout mouvement du piston 16, aussi bien dans le sens de la montée que dans le sens de la descente, se trouve ainsi stoppé de façon quasi instantanée. Le présent dispositif de sécurité permet donc d'éviter toute descente brutale de la charge 2, aussi bien en cours de montée qu'en cours de descente. Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention représentée sur la figure 2, le corps de valve 5 ne comporte pas d'orifice 11 reliant le siège 10 du tiroir 7 à une canalisation de circulation de fluide, mais la base du tiroir 7 est creusée d'un chambrage 34 qui est en communication par un conduit 36 creusé dans le tiroir 7, avec la chambre 20. Dans ces conditions, lorsque le fluide est admis par l'orifice 18 dans la chambre annulaire 20, il est également admis par le conduit 36 dans le chambrage 34, si bien qu'il peut, comme dans le mode de mise en oeuvre précédent, repousser le tiroir 7 à l'encontre de la force de rappel du ressort 9, sans nécessiter la présence d'un orifice 11 dans le siège de clapet 10. Dans une autre variante de mise en oeuvre de l'invention représentée sur les figures 3 et 4, on assure la communication entre la chambre annulaire 20 et la surface de base du tiroir 7 en réalisant deux méplats diamétralement opposés 38 sur la base de celui-ci. Dans ce mode de mise en oeuvre le fluide est admis entre le siège 10 et la base du tiroir 7 par des microcanaux formés dans celle-ci notamment par sablage par des rayures etc. Le dispositif suivant l'invention peut être adapté facilement sur des matériels existants qui font appel à des valves de sécurité. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, représenté sur la figure 5, on a réalisé l'application d'une pression pilote en externe. On sait en effet que dans certaines installations de nombreuses pertes de charge sont crées sur la conduite qui relie les moyens distributeurs au vérin. Ces pertes de charge sont dues la plupart du temps à des raccords, et des liaisons plus ou moins défectueuses ainsi qu'à des commandes d'appareils divers qui viennent se raccorder sur cette conduite. Suivant la présente variante le siège de clapet 10 comporte, comme dans le mode de mise en oeuvre décrit en regard de la figure 1, un orifice 11 que l'on met directement en communication avec l'orifice 29 du distributeur 24 au moyen d'une conduite 12' exempte de tout élément pouvant causer une perte de charge significative. L'orifice 18 est également relié à ce même orifice 29 par la conduite 12, cette dernière pouvant par contre comporter des éléments susceptibles d'introduire des pertes de charge telles que des raccords 37, des coudes 37' ainsi que des branchements 40 et 40' vers des appareils hydrauliques divers. Cette variante est particulièrement intéressante en ce qu'elle permet d'avoir une installation qui tolère des pertes de charge sur la conduite reliant le distributeur 24 à la valve de sécurité 1, sans que ces dernières ne viennent perturber la fiabilité de fonctionnement du dispositif de sécurité. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de sécurité pour récepteur hydraulique, et notamment pour vérin hydraulique, alimenté par des moyens distributeurs de fluide hydraulique sous pression, ce dispositif comportant une valve de sécurité (1) disposée à l'entrée dudit récepteur (15), caractérisé en ce que - la valve de sécurité (1) est essentiellement constituée (18,13), d'un corps (5) dans lequel se déplace un piston, ou tiroir (7), sous l'action du fluide hydraulique sous pression, le corps (5) comportant au moins un premier orifice (18) relié aux moyens distributeurs et un second orifice (13) relié au récepteur (15), le tiroir (7) étant apte à occuper deux positions principales, à savoir une première position, ou position de sécurité, dans laquelle il se trouve en appui contre un siège (10) sous l'effet de moyens élastiques (9) et bloque ainsi la circulation du fluide hydraulique entre les premier et second orifices (18,13), et une seconde position, ou position de fonctionnement, dans laquelle il autorise une circulation du fluide entre les susdits orifices, - il comporte une soupape de retour (3) apte à créer une "pression pilote" appliquée au tiroir (7) à l'encontre des moyens élastiques (9), qui est supérieure à la force exercée par ces derniers lorsque le fluide hydraulique circule entre les premier et second orifices (18,13) de la valve (1), de façon que cette pression pilote maintienne le tiroir (7) en position d'ouverture à l'encontre de la force de rappel des dits moyens élastiques (9). 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le tiroir (7) est creusé d'une cavité qui définit avec la paroi interne du clapet (1) une chambre annulaire (20) qui est en communication avec le premier orifice (18) et avec le second orifice (13) lorsque le tiroir (7) est en position de fonctionnement, le second orifice (13) étant obturé par le tiroir (7) lorsque celui-ci est en position de sécurité. 3.- Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la chambre (20) est en communication avec un volume (34) prévu entre le siège (10) du tiroir (7) et ce dernier. 4.- Dispositif suivant la revendication 3 caractérisé en ce que la dite communication est assurée par au moins un canal (36). 5.- Dispositif suivant la revendication 3 caractérisé en ce que ladite communication est assurée par au moins un chanfrein (38) réalisé à la base du tiroir (7). 6.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le siège (10) du tiroir (7) est pourvu d'un orifice (11) en communication directe avec les moyens distributeurs, par une canalisation de commande (12'), le premier orifice (18) étant en communication avec les moyens distributeurs par une autre canalisation (12). 7.- Valve de sécurité pour récepteur hydraulique, et notamment pour vérin hydraulique, alimenté par des moyens distributeurs de fluide hydraulique sous pression caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (5) dans lequel se déplace un piston, ou tiroir (7), sous l'action du fluide hydraulique sous pression, le corps (5) comportant au moins un premier orifice (18) destiné à être relié à des moyens distributeurs dudit fluide et un second orifice (13) destiné à être relié au récepteur (15), le tiroir (7) étant apte à occuper deux positions principales, à savoir une première position, ou position de sécurité, dans laquelle il se trouve en appui contre un siège (10) sous l'effet de moyens élastiques (9) et bloque ainsi la circulation du fluide hydraulique entre les premier et second orifices (18,13), et une seconde position, ou position de fonctionnement, dans laquelle il autorise une circulation du fluide entre les susdits orifices, le premier orifice étant en communication avec un volume (34) prévu entre le siège (10) du tiroir (7) et ce dernier. 8. Valve de sécurité suivant la revendication 7 caractérisée en ce que le tiroir (7) est creusé d'une cavité qui définit avec la paroi interne du clapet (1) une chambre annulaire (20) qui est en communication avec le premier orifice (18) et avec le second orifice (13) lorsque le tiroir (7) est en position de fonctionnement, le second orifice (13) étant obturé par le tiroir (7) lorsque celui-ci est en position de sécurité. 9.- Valve de sécurité suivant l'une des revendications 7 ou 8 caractérisée en ce que la dite communication est assurée par au moins un canal (36). 10.- Valve de sécurité suivant l'une des revendications 7 ou 8 caractérisée en ce que ladite communication est assurée par au moins un chanfrein (38) réalisé à la base du tiroir (7).