Brevet FR2728648A1 — publié le 19960628

I Soupape de sécurité L'invention concerne les soupapes, et plus précisément une soupape de sécurité pour réseau de fluide sous pression, par exemple pour les installations de chauffage ou les installations de distribution d'air comprimé. Les soupapes conventionnelles destinées aux réseaux de fluide sous-pression sont généralement constituées d'un grand nombre de pièces agencées de manière complexe, ce qui implique des coûts de fabrication élevés, multiplie les risques de pannes, et complique les interventions de dépannage. Le dernier de ces inconvénients est obvié par les conceptions modulaires, car le dépannage consiste alors à localiser le module défectueux et à le remplacer, ce qui permet des durées et des coûts d'intervention modérés. L'invention a pour but de remédier également aux deux premiers inconvénients cités, en créant une soupape constituée d'un nombre de composants minimal. A cet effet, l'invention concerne une soupape de sécurité pour dispositif à fluide sous pression, du type comportant un corps définissant deux chambres séparées par une cloison munie d'un passage pour le fluide entouré d'un siège annulaire, et un clapet muni d'une portée susceptible d'occuper deux emplacements, à savoir un emplacement dans lequel elle est appliquée contre le siège et un emplacement dans lequel elle est à distance du siège, soupape caractérisée en ce qu'elle est constituée seulement - d'un corps en deux parties, à savoir un porte- siège définissant les deux chambres séparées par la cloison munie du passage entouré du siège, et une cage de clapet, sous la forme de deux pièces fixées l'une à l'autre ou en une seule pièce, - du clapet, lequel est en matériau déformable et est susceptible de prendre au moins une forme dans laquelle la portée est contre le siège et au moins une forme dans laquelle elle est à distance du siège, - et d'au plus une pièce supplémentaire, permettant lorsqu'elle existe d'ouvrir manuellement la soupape, réalisée sous la forme d'un bouton de manoeuvre solidarisé au clapet. Grâce à ces caractéristiques, la soupape est d'un faible coût de fabrication, a peu de sources possibles de pannes, et ne demande en cas de défaillance qu'une durée d'intervention minimale sur l'installation. De plus, dans sa forme de réalisation comportant un bouton de manoeuvre pour pouvoir effectuer une vidange manuelle, le blocage volontaire ou non du bouton de manoeuvre n'empêche pas la portée du clapet de se soulever du siège en cas de surpression, ce qui permet de satisfaire aux conditions de normalisation, et l'on a alors une soupape normalisable à levée manuelle présentant tous les avantages cités plus haut. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de formes de réalisation de l'invention données à titre d'exemples non limitatifs, dont l'une est représentée sur le dessin ci-joint qui en est une coupe longitudinale schématique. La soupape représentée sur la figure est constituée seulement d'un corps 1 pouvant être en une seule pièce comportant deux parties fonctionnelles ou en deux pièces correspondant respectivement à ces deux parties, à savoir un porte-siège 10 et une cage de clapet 11, un clapet 2 en matériau déformable élastiquement, et facultativement un bouton 3 d'actionnement manuel du clapet, dont la présence permet de satisfaire aux conditions de normalisation si nécessaire, comme on le verra par la suite. Le porte- siège 10 comporte une chambre d'entrée 100 et une chambre de sortie ou d'échappement 101 adaptées à être reliées respectivement à une conduite d'arrivée du fluide et à une conduite de départ de fluide pour l'échappement du fluide excédant la pression spécifiée. En fonction de la position relative de ces deux conduites, les chambres peuvent présenter des axes longitudinaux alignés, perpendiculaires, ou avec une autre disposition relative. Les deux chambres sont séparées par une cloison 102 présentant un passage 103 pour le fluide, normalement obturé par le clapet 2; ce passage, de préférence circulaire, est entouré d'un siège 104 alors annulaire s'étendant dans la chambre d'entrée. Le porte- siège 10 présente aussi, dans la paroi extérieure de la chambre d'entrée 100, une ouverture 105 également de préférence circulaire centrée sur le même axe que le passage 103 pour le fluide; cette ouverture est destinée à livrer passage au clapet 2; elle est entourée coaxialement d'un collet 106 s'étendant en direction opposée au siège. Lorsque le corps 1 est en deux pièces comme cela est représenté sur la figure, la face interne de la paroi latérale du collet 106 présente un diamètre supérieur à celui de l'ouverture 105 du porte-siège pour le passage du clapet; l'épaulement de transition entre les deux diamètres comporte une couronne circulaire 107 s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe central du siège 104 et de l'ouverture 105 pour le passage du clapet, pouvant servir de butée à la cage de clapet 11, laquelle présente une région introduite dans le collet; à son extrémité opposée au siège, la face interne de la paroi latérale du collet présente un chanfrein. La cage de clapet 11 est alors, extérieurement, sensiblement de forme générale cylindrique à section droite circulaire, mais avec d'une part, à l'opposé de sa région logée dans le collet, une courte région de forme générale tronconique 110 se rétrécissant vers son extrémité libre, et d'autre part, approximativement à mi-longueur, une collerette 111 d'appui contre l'extrémité du collet 106 du porte-siège; du côté de la collerette d'appui 111 qui est vers le siège 104, la cage de clapet est filetée extérieurement jusqu'à proximité de son extrémité, la région non filetée ayant un diamètre au plus égal au diamètre à fond de filet, et le collet du porte-siège est lui- même fileté intérieurement aux mêmes pas, profil et diamètre, de telle sorte que la cage de clapet 11 puisse être vissée dans le porte- siège 10 jusqu'à une position dans laquelle la collerette 111 et/ou l'extrémité non filetée est en appui respectivement contre l'extrémité du collet 106 et la couronne circulaire 107 de l'épaulement du porte- siège. La paroi latérale de la cage de clapet 11 porte intérieurement à proximité de son extrémité proche ou au contact de la couronne circulaire 107, une base 112 s'étendant vers l'intérieur en déterminant une couronne circulaire, et une lèvre 113 déformable élastiquement s'étendant circonférentiellement en tronc de cône de quelques millimètres de long dont le diamètre va en se rétrécissant en direction de l'extrémité proche, de la cage 11; cette lèvre 113 détermine avec le repli de la base 112 de la cage, un logement 114 de faible épaisseur dont le rôle sera précisé dans la suite. Lorsque le corps 1 est en une seule pièce, la cage de clapet, qui est toujours sensiblement de forme générale cylindrique à section droite circulaire avec une courte région tronconique se rétrécissant vers son extrémité libre, et qui s'étend également extérieurement au-delà du porte-siège et plus précisément du collet en direction opposée au siège, ne comporte pas de collerette d'appui, puisqu'au lieu qu'une région de la cage de clapet soit vissée dans le collet du porte- siège, ce collet joue également le rôle que jouait cette région dans la forme de réalisation précédemment décrite. Plus précisément, la face interne de la paroi du collet présente également un diamètre supérieur à celui de l'ouverture 105 pour le passage du clapet, mais cette face interne comporte, légèrement au-dessus de cette ouverture pour le passage du clapet, un logement de faible épaisseur déterminé entre un appui en forme de couronne circulaire constitué par la face externe de la partie de la paroi de la chambre d'entrée qui s'étend autour de l'ouverture et une lèvre déformable élastiquement, longue de quelques millimètres et s'étendant circonférentiellement en tronc de cône vers l'intérieur de la cage de clapet. Dans les deux cas, le clapet 2, réalisé sous la forme d'un bloc déformable élastiquement moulé en élastomère, a une forme allongée et s'étend dans le porte-siège 10 et dans la cage de clapet 11. Il présente, sur sa longueur, plusieurs régions de forme générale cylindrique à section droite circulaire, notamment la région 20 de son extrémité du côté du siège 104, laquelle extrémité comporte une portée 21 circulaire plane en contact avec le siège lorsque la soupape est en position de fermeture. Dans la région 22 de son extrémité opposée, le clapet présente une forme tronconique de même inclinaison que la région tronconique 110 de la cage de clapet, en regard de celle-ci et contre elle, sous une compression choisie en fonction des caractéristiques désirées pour le déclenchement de l'ouverture de la soupape. Entre ces deux régions d'extrémités, s'étendent tout d'abord, depuis la région 20 de la portée 21, une région approximativement centrale 23 de plus petit diamètre, et, pour la raccorder à la région tronconique 22 de même inclinaison que la région tronconique 110 de la cage de clapet, une autre région tronconique 24, mais inclinée en sens inverse, c'est-à-dire dont le diamètre augmente en s'éloignant du siège, suivie d'une région cylindrique dont le diamètre extérieur constitue le grand diamètre des régions tronconiques 22, 24. Une solidarisation du clapet 2 au corps 1 est réalisée autour de la transition entre les deux régions cylindriques 20, 23 respectivement d'extrémité du côté du siège et centrale de plus petit diamètre, au moyen d'un voile ou d'une membrane 26 annulaire en une seule pièce avec le clapet, dont le pourtour de préférence renflé, est pincé en y étant clipsé, dans le logement 114 de faible épaisseur, entre l'appui en forme de couronne circulaire déterminé sur la base 112 de la cage de clapet et la lèvre déformable 113; ce voile 26 est par exemple une membrane déformable élastiquement, ou encore une membrane souple à déroulement, de telle sorte que le clapet 2 ait la faculté de se déformer depuis sa position dans laquelle la portée 21 est au contact du siège 104, à des positions dans lesquelles elle est à distance de celui-ci; en variante aux formes de réalisation précédemment décrites, lorsque le corps 1 est en deux pièces, au lieu d'être pincée dans un logement de la cage de clapet, la membrane 26 peut être pincée soit dans un logement du porte-siège, soit entre la couronne circulaire 107 du porte-siège et l'extrémité de la cage de clapet qui est du côté du siège; il est également possible de prévoir que la membrane ne soit pas clipsée ou pincée par vissage, mais soit sertie ou pressée de toute autre manière, ou même collée, dans un logement ou sous une protubérance appropriée. Afin d'augmenter sa déformabilité et ainsi de faciliter, lors d'une surpression, l'ouverture de la soupape, le clapet 2 comporte un évidement intérieur débouchant dans sa face opposée à sa portée 21 par une chambre tronconique 27 dont le diamètre est croissant en direction de cette face; en revanche, cet évidement ne débouche pas du côté du siège. Pour compenser une trop grande déformabilité du clapet dans une direction o une telle déformabilité ne serait pas souhaitée, ou privilégier une direction de déformation, le clapet peut être muni intérieurement, dans ses régions extérieurement tronconiques, d'un ressort 4 métallique noyé surmoulé, par exemple étoilé, ce qui n'augmente pas le nombre de pièces du dispositif, du point de vue du monteur et de l'utilisateur. La soupape ainsi constituée de deux ou trois pièces (selon que le corps est en une ou deux pièces) est pleinement exploitable. Dans la version dans laquelle le corps est en deux pièces, le clapet est introduit dans la cage de clapet ou dans le porte-siège selon que c'est l'une ou l'autre pièce qui est munie du logement pour le pourtour de sa membrane, ou que ce pourtour est pincé entre les deux pièces, puis la cage de clapet est vissée dans le porte-siège. Dans la version dans laquelle le corps est en une seule pièce, pour permettre le montage de la soupape, la région de forme générale tronconique de la cage de clapet ne sort pas de fabrication en l'état, mais sous une forme générale cylindrique crénelée, de telle sorte que tout d'abord le clapet puisse être introduit dans le corps par cette région et que sa membrane puisse être solidarisée dans son logement, puis qu'il puisse y être encagé et en quelque sorte serti simplement en repliant la matière entre les créneaux vers l'intérieur, approximativement en tronc de cône. Ainsi, lorsque cette soupape est montée, dès que la pression outrepasse la valeur prédéterminée par le choix de ses caractéristiques mécaniques, sa membrane souple guide le soulèvement de la portée du clapet, résultant de la déformation de celui-ci, ce qui assure la fonction de sécurité recherchée. Pour " satisfaire en normalisation ", comme on l'a vu, il est nécessaire qu'une vidange manuelle volontaire soit possible, et cette fonction est assurée par le bouton 3. Ce bouton 3 présente ici extérieurement une forme générale cylindrique; il est évidé de manière à venir encapsuler la cage de clapet 11 en la coiffant; il est solidarisé au clapet 2 par le fait qu'il comporte, en proéminence depuis la face interne de sa paroi d'extrémité 30 s'étendant approximativement perpendiculairement à sa paroi latérale cylindrique, un doigt en forme de harpon dont la hampe cylindrique 31 porte une tête 32 renflée clipsée dans le clapet, dont l'évidement intérieur présente à cet effet une forme adaptée; plus précisément, dans cette forme de réalisation " normalisable ", la chambre tronconique 27 se prolonge en direction de la portée du clapet, par un couloir cylindrique 28 pour le passage du harpon et le logement de la hampe 31 de celui-ci, lequel couloir 28 se prolonge lui-même dans la même direction, par une chambre 29 de forme générale cylindrique de dimensions légèrement supérieures à celles de la tête 32 du harpon, pour le logement de cette tête, toujours sans déboucher dans une autre face du clapet que celle opposée à la portée de celui-ci. Naturellement, par mesure de standardisation, ce clapet à trou borgne puis conico- cylindrique s'expansant vers son extrémité fermée peut aussi bien équiper la version sans bouton de vidange. Dans ces conditions, il suffit d'exercer sur le bouton 3 un mouvement de traction en direction opposée au siège 104, pour que la tête 32 du harpon entraîne le clapet 2 dans son mouvement et éloigne la portée 21 de celui-ci du siège; la force exercée directement au moyen d'une telle traction étant peu contrôlable, la soupape est de préférence agencée pour que ce mouvement soit la conséquence d'un autre tel qu'une rotation du bouton 3 provoquant la traction désirée au moyen d'une ou plusieurs rampe(s) ou d'un pas de vis; avantageusement, à cet effet, le collet 106 du corps et la paroi latérale 33 du bouton présentent ici une longueur variable tout le long de leur circonférence, due à la présence d'ondulations par exemple de forme sinusoïdale se succédant sur toute cette circonférence, de formes conjuguées sur les deux pièces; les dimensions des pièces sont choisies de telle sorte que lorsque d'une part le clapet 2 est contre le siège 104 et d'autre part l'épaulement reliant la tête 32 à la hampe 31 du harpon est en contact avec l'épaulement reliant la chambre cylindrique 29 au passage cylindrique 28 du clapet, les formes conjuguées du corps et de la paroi latérale du bouton soient en position d'engrènement; ainsi toute rotation du bouton 3 dans un sens ou dans l'autre provoque l'écartement de celui-ci par rapport au corps 1, et exerce, par l'intermédiaire de la tête du harpon, une traction sur le clapet éloignant la portée de celui-ci du siège, ce qui permet la décharge volontaire du fluide;il est de plus possible de prévoir des crans aux sommets des ondulations ou des rampes du collet ou du bouton afin que le bouton et le corps possèdent une deuxième position relative stable, dans laquelle le clapet est maintenu à distance du siège, pour pouvoir maintenir la décharge si nécessaire; le dépassement de ce cran fait retomber le clapet en position de fermeture, sauf surpression. On peut noter qu'il n'y a pas de sens privilégié de rotation du bouton pour assurer la vidange, et que si le bouton est bloqué intempestivement par un obstacle ou volontairement, le clapet peut toujours se lever et assurer sa fonction de sécurité. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation cidessus décrite et représentée, et on pourra en prévoir d'autres sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Soupape de sécurité pour dispositif à fluide sous pression, du type comportant un corps (1) définissant deux chambres (100, 101) séparées par une cloison (102) munie d'un passage (103) pour le fluide entouré d'un siège (104) annulaire, et un clapet (2) muni d'une portée (21) susceptible d'occuper deux emplacements, à savoir un emplacement dans lequel elle est appliquée contre le siège et un emplacement dans lequel elle est à distance du siège, soupape caractérisée en ce qu'elle est constituée seulement - d'un corps (1) en deux parties (10, 11), à savoir un porte-siège (10) définissant les deux chambres (100, 101) séparées par la cloison (102) munie du passage (103) entouré du siège (104), et une cage de clapet (11), sous la forme de deux pièces fixées l'une à l'autre ou en une seule pièce, - du clapet (2), lequel est en matériau déformable et est susceptible de prendre au moins une forme dans laquelle la portée (21) est contre le siège et au moins une forme dans laquelle la portée est à distance du siège, - et d'au plus une pièce (3) supplémentaire, permettant lorsqu'elle existe d'ouvrir manuellement la soupape, réalisée sous la forme d'un bouton de manoeuvre solidarisé au clapet (2). 2 - Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le porte-siège (10) comporte une ouverture (105) pour le passage du clapet (2), et un collet (106) entourant cette ouverture en direction opposée au siège (104), et en ce que la cage de clapet (11) s'étend au-delà du collet (106) également en direction opposée au siège. 3 - Soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (2) comporte un voile ou une membrane (26) annulaire, et le corps (1) comporte 1! intérieurement des moyens (112, 113) de fixation du clapet pour immobiliser le pourtour de ce voile ou de cette membrane. 4 - Soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (2) comporte extérieurement, à l'opposé de sa portée (21), une région tronconique (22) en contact contre la cage de clapet (11). - Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le clapet (2) comporte un évidement intérieur (27, 28, 29) débouchant dans sa face opposée à sa portée (21). 6 - Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le clapet (2), est noyé un ressort (4) métallique. 7 - Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bouton de manoeuvre (3) présente intérieurement un doigt (31, 32) en forme de harpon dont la tête (32) est logée dans une chambre (29) creusée dans le clapet (2). 8 - Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps (1) et le bouton de manoeuvre (3) comportent en regard des surfaces munies d'ondulations de formes conjuguées adaptées à engrener mutuellement, et le bouton est mobile en rotation de telle sorte que les ondulations respectivement du corps (1) et du bouton (3) puissent être sélectivement engrenées et désengrenees.