Brevet FR2726063A1 — publié le 19960426

"Dispositif de coupure de débit de fluide en cas de sur-débit" L'invention concerne un dispositif de coupure de débit de fluide destiné à être inséré dans un circuit de fluide pour interrompre, par mesure de sécurité, le débit lorsque celui-ci dépasse un seuil prédéterminé. On connaît déjà des dispositifs assurant cette fonction, constitués par un cylindre dans lequel sont disposés coaxialement un siège fixe annulaire et en amont un piston portant un clapet de plus petit diamètre, le clapet étant susceptible de venir s'appliquer contre le siège en amont de celui-ci pour obturer son trou central lorsque le piston est actionné en direction du siège à l'encontre de l'effort exercé en sens inverse par un ressort.Dans ces dispositifs, c'est la perte de charge apparaissant entre la paroi externe du piston et la paroi interne du cylindre qui est utilisée pour créer la force déclenchant l'actionnement du piston en direction du siège, menant à l'obturation du trou central de ce dernier par le clapet ; cette perte de charge s'applique tout d'abord sur la section du piston lui-même, qui est relativement grande, puis, quand le déplacement vers la position d'obturation a commencé, entre le siège et le clapet, qui est de plus faible section. I1 en résulte que la sensibilité et la précision de tels dispositifs sont insuffisantes, il est difficile de fonctionner avec de faibles différences de pression, et l'action de coupure n'est pas "franche".En revanche ces dispositifs peuvent être réalisés sous une forme peu volumineuse, et ils sont donc assez bien adaptés à une utilisation dans un réseau souterrain (enterré) On connaît également des dispositifs assurant la même fonction, comportant, à l'intérieur d'un carter cloisonné par une membrane portant un plateau présentant une ouverture et formant clapet, en deux chambres dans lesquelles débouchent un conduit d'entrée et un conduit de sortie dont les axes longitudinaux sont parallèles, un siège établi dans la chambre du conduit de sortie de telle sorte que la membrane puisse être déformée et que le clapet soit alors susceptible de venir s'appliquer contre le siège en obturant l'ouverture de celui-ci. Dans ces dispositifs, c'est la perte de charge entre le clapet et le siège qui crée la force s'appliquant sur l'ensemble membrane-plateau et permet à la membrane de se déformer de telle sorte que le clapet vienne au contact du siège. Cette fois, on obtient une sensibilité et une précision plus satisfaisantes, il est possible de fonctionner avec de plus faibles différences de pression, et dès que le débit nominal de déclenchement est atteint, la tendance à l'obturation est de plus en plus forte, et ainsi l'action de coupure est assez franche ; de plus, il est aisé d'adapter des moyens de compensation de variation de pression d'entrée et de réarmement manuel mécanique.De tels dispositifs sont donc performants, mais en revanche volumineux et onéreux, ce qui rend difficile leur logement dans une enveloppe de polyéthylène qui permettrait leur insertion dans un réseau souterrain, et entraîne une utilisation essentiellement en pied d'immeuble éventuellement de grande hauteur pour la protection des alimentations en gaz naturel. Un autre inconvénient commun à ces deux types de dispositifs connus, est que le ressort disposé en aval du clapet perturbe l'écoulement et limite la capacité du dispositif. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de ces dispositifs connus et en particulier de créer un dispositif de coupure sensible et précis pour pouvoir fonctionner avec un déclenchement franc dans une large gamme de débits et de pressions, qui soit de structure simple pour être peu onéreux, peu volumineux, et logeable dans une enveloppe permettant son insertion dans un réseau souterrain. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de coupure de débit de fluide en cas de sur-débit, caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur d'un boîtier, un siège constituant une délimitation entre une région amont et une région aval, ce siège s'étendant autour d'un passage pour le fluide, un ensemble de clapet constitué solidairement au moins d'un clapet muni d'une portée s'étendant annulairement autour d'une saillie centrale aérodynamique et destinée à venir en contact étanche contre le siège dans une première position de butée, et d'une entretoise s'étendant à partir du clapet à l'opposé du siège, cet ensemble de clapet étant mobile en translation longitudinale entre la première position de butée et une deuxième position de butée dans laquelle le clapet est à un éloignement maximal du siège, et des moyens de rappel auxquels est lié l'ensemble de clapet et tendant à s'opposer au rapprochement du clapet par rapport au siège, de telle sorte qu'en l'absence de débit de fluide à travers le dispositif ou en présence d'un débit inférieur à un seuil prédéterminé, le clapet reste à distance du siège, et que lors d'un sur-débit, la perte de charge entre le clapet et le siège crée une force déplaçant l'ensemble de clapet jusqu'à ladite première position et interrompe ainsi toute communication entre région amont et région aval. Grâce à cette disposition avec un siège s'étendant autour d'un passage pour le fluide et une portée de clapet annulaire, il a été possible de munir le clapet d'une saillie centrale aérodynamique, et d'obtenir une perte de charge importante entre clapet et siège, et ainsi une récupération de pression à l'aval du clapet, provoquant une coupure extrêmement franche. De plus, on parvient à un dispositif de section totale modérée, avec un équipage mobile simple sans membrane ni joint. 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 et illustrées sur les dessins ci-joints dans lesquels - les figures 1 et 2 sont des schémas d'un dispositif selon l'invention, montrant respectivement les positions extrêmes possibles de son équipage mobile, et - la figure 3 est une section longitudinale d'une forme de réalisation de l'invention, constituée de deux demi-sections correspondant respectivement à celles des figures 1 et 2. Les dispositifs de coupure de débit représentés sur les figures (sur lesquelles les organes correspondants portent les mêmes repères numériques) comportent un boîtier 1 présentant une forme de révolution à sections droites circulaires, et leur structure interne est ici coaxiale. Le boîtier l est destiné à être inséré entre deux conduits d'un circuit de fluide dans lequel le fluide doit circuler sous réserve que son débit ne dépasse pas une valeur prédéterminée, et à cet effet il contient des moyens pour isoler une conduite d'arrivée de fluide dans le boîtier, d'une conduite de départ de fluide (non représentées). L'un de ces moyens est un siège il en forme de couronne circulaire, fixe par rapport au boîtier et pouvant être en une seule pièce avec lui, de part et d'autre duquel sont définies une chambre amont 12 destinée au raccordement de la conduite d'arrivée de fluide, et une chambre aval 13 destinée au raccordement de la conduite de départ du fluide, présentant des formes générales de révolution à sections droites circulaires centrées sur l'axe longitudinal du boîtier 1. La chambre amont 12 est cylindrique, tandis que la chambre aval 13 présente, dans sa zone de raccordement à la chambre amont, une courte partie cylindrique de quelques millimètres de long et de diamètre inférieur à celui de la chambre amont, se prolongeant par une longue partie tronconique dont le diamètre augmente en direction de l'aval.Le siège 11, constitué par la face plane, perpendiculaire à l'axe longitudinal du boîtier, de l'épaulement de raccordement de la chambre amont à la partie cylindrique de plus faible diamètre de la chambre aval, s'étend ainsi, autour d'un passage central 14 circulaire, entre les deux chambres. Pour coopérer avec le siège annulaire 11 afin d'isoler la conduite d'arrivée de la conduite de départ de fluide, est prévu un clapet 2 fixé à une face d'extrémité d'une entretoise 3 de forme générale cylindrique formant piston, muni d'une portée 21 adaptée à venir sélectivement en contact étanche avec le siège à l'encontre de l'effort exercé par des moyens de rappel sur l'ensemble de clapet constitué par le clapet 2 et l'entretoise 3. Le clapet 2 présente vers l'aval une partie en forme de disque dont une face comporte la portée 21 adaptée à venir contre le siège, ainsi qu'une saillie centrale 22 aérodynamique autour de laquelle s'étend la portée présentant ainsi une forme plane en couronne circulaire ; c'est la face opposée (amont) du clapet qui porte l'entretoise 3 formant piston, laquelle présente elle-même une extrémité amont 31 formant butée et assure le guidage des moyens de rappel lorsque ceux-ci comprennent un ressort hélicoïdal en amont du clapet, comme cela sera décrit ci-après. En effet, tandis que le contact entre la portée 21 et le siège annulaire 11 détermine une première position de butée (position de fermeture) pour l'ensemble de clapet, une deuxième position de butée (position d'ouverture maximale) est déterminée par le contact entre la face d'extrémité libre 31 de l'entretoise 3 (opposée à celle fixée au clapet) et un moyen de butée porté par le boîtier 1. Ce moyen de butée est ici constitué par un axe 4, par exemple une goupille, traversant la chambre amont 12 à une distance du siège supérieure à la somme de l'épaisseur du disque du clapet et de la longueur de l'entretoise ; ainsi l'emplacement de l'entretoise fixe la distance maximale entre le clapet et le siège, qui est primordiale pour définir le point de déclenchement du phénomène de coupure. Dans la présente forme de réalisation, où les moyens de rappel comprennent un ressort hélicoïdal 5, l'entretoise 3 est tubulaire et le ressort hélicoïdal 5 est logé à l'intérieur de celle-ci, ce qui assure son guidage ; de plus, l'axe 4 peut servir à l'accrochage du ressort hélicoïdal, le fil enroulé constituant le ressort étant coudé à ses extrémités de sorte qu'y soient constitués des crochets sous la forme d'une spire s'étendant approximativement dans un plan contenant l'axe longitudinal du boîtier ; de la sorte, le crochet du côté amont du ressort 5 est accroché autour de l'axe 4, de même que le crochet du côté aval peut être accroché à une goupille (non représentée sur les figures 1 et 2) traversant l'alésage central de l'entretoise à proximité du clapet. Par ailleurs, le clapet 2 porte un (ou plusieurs) organe(s) de guidage 6 évitant son déport latéral, cet organe de guidage pouvant être également une goupille fixée au clapet et en contact avec la paroi interne de la chambre amont 12, ou encore être en une seule pièce avec le clapet. La saillie centrale 22 du clapet s'étend du côté aval de celui-ci dans le passage 14 entre les deux chambres et dans la chambre aval 13 ; elle présente une forme conique de révolution dont le diamètre se rétrécit à l'opposé de l'entretoise 3, c'est-à-dire vers l'aval la pente de la conicité de la saillie est ici plus grande que celle de la conicité de la paroi de la chambre aval. Le choix de la longueur de l'entretoise 3 et des caractéristiques dimensionnelles et mécaniques du ressort 5 permettent de choisir la distance entre le clapet 2 et le siège li lorsque le dispositif est en position d'ouverture et le calibrage de la tension du ressort, et ainsi les caractéristiques de déclenchement de la fermeture. Lorque, le dispositif selon l'invention étant inséré dans un circuit de fluide, le débit dans le circuit dépasse la valeur prédéterminée pour ce dispositif, l'ensemble de clapet est entraîné vers le siège 11 à l'encontre de l'effort exercé par le ressort 5, et la portée 21 du clapet 2 vient en contact étanche avec le siège. Selon que le dispositif est réalisé en version non-étanche ou en version étanche, le réarmement est plus ou mois aisé. - En version non étanche, si la cause du surdébit (trou en aval du clapet, arrachement d'une conduite aval) n'est pas éliminée, le dispositif reste fermé ; en revanche, si la cause est éliminée, le dispositif peut se réarmer tout seul à condition que l'on coupe totalement le débit d'utilisation; la fuite du dispositif suffit alors à équilibrer les pressions en amont et en aval, et le dispositif revient en position d'ouverture sous l'action du ressort. - En version étanche, même si la cause de l'excès du débit est éliminée, et le débit d'utilisation coupé, le dispositif est incapable de se réarmer seul une contre-pression doit être introduite en aval du dispositif pour qu'il se réarme. La figure 3 montre un dispositif selon l'invention de manière moins schématique sur certains points. En particulier, le siège 11 de la chambre amont 12 du boîtier 1 est raccordé à la paroi périphérique de celle-ci par un congé 15, et la saillie aérodynamique 22 du clapet 2 est elle-même reliée à la portée 21 de celui-ci par un congé 23 ; on peut noter qu'ici le disque du clapet n'existe plus réellement, le clapet présentant à l'opposé de sa saillie aérodynamique 22, une queue 24 présentant une partie de même diamètre extérieur que l'entretoise 3, raccordée à la portée 21 de clapet par une surface de révolution dont la génératrice est une courbe présentant deux concavités inversées reliées par un point d'inflexion ; la partie de la queue 24 de même diamètre extérieur que celui de l'entretoise tubulaire 3 se prolonge côté amont, au moyen d'un épaulement, par une partie d'extrémité de diamètre très légèrement inférieur au diamètre intérieur de l'entretoise, de telle sorte que l'entretoise puisse être ajustée autour de cette partie d'extrémité du clapet, et y être fixée par quelque moyen que ce soit de la sorte, l'entretoise 3 et le clapet 2 se raccordent de manière continue, l'extrémité aval de l'entretoise étant contre l'épaulement de la queue du clapet, selon un profil aérodynamique favorisant l'écoulement du fluide. Le guidage du clapet est amélioré par le fait que l'axe 4 présente une gorge centrale 41, et le crochet amont 51 du ressort est ancré autour de l'axe 4 dans cette gorge 41 ; le crochet aval 52 du ressort est ancré autour d'une gorge d'une goupille 7 logée transversalement dans la queue du clapet ; l'organe de guidage 6 du clapet est une goupille logée dans un trou borgne s'étendant radialement également dans la queue 24 ; tandis que la goupille 7 d'ancrage du ressort 5 est logée dans la partie de petit diamètre de la queue du clapet, entourée par l'entretoise, la goupille 6 de guidage est dans sa partie dont le diamètre est égal au diamètre extérieur de l'entretoise. Grâce à l'aérodynamisme que l'on peut conférer à ces formes de réalisation et notamment celui de la forme de la figure 3, les dispositifs selon l'invention présentent des performances de débit avant déclenchement plus importantes que les dispositifs traditionnels, et ainsi, à caractéristiques données, il est possible de les réaliser de manière très compacte. De plus, le montage du dispositif est très simple, puisqu'il suffit d'assembler l'ensemble de clapet et les pièces servant au rappel du clapet, de les introduire dans la chambre amont par l'amont de celleci, et de les y fixer au moyen de la goupille tranversale. Les composants du dispositif peuvent être métalliques, ou pour certains d'entre eux (corps 1, clapet 2, entretoise 3 notamment), en matière plastique injectée ou analogue. Cependant, bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation ci-dessus décrites et représentées, et on pourra en prévoir d'autres formes sans sortir de son cadre. On pourra en particulier prévoir un ensemble de clapet en une seule pièce assurant à la fois la fonction du clapet 2 et de l'entretoise 3 ; une telle version est pleinement compatible même avec ce qui a été décrit en référence à la figure 3, à ceci près que si la fonction de la goupille 7 de la figure 3 reste assurée par une goupille, le logement de celle-ci s'étendra aussi dans la partie formant entretoise. On pourra également prévoir une entretoise qui ne serait pas tubulaire et ne contiendrait pas un ressort hélicoïdal, mais en revanche qui serait un axe plein s'étendant axialement autour duquel serait guidé un ressort hélicoïdal, ce qui libère davantage le passage en amont du clapet et facilite le montage du ressort ; les modifications qu'entraîne par ailleurs cette forme de réalisation sont minimes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de coupure de débit de fluide en cas de sur-débit, caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur d'un boîtier (1), un siège (11) constituant une délimitation entre une région amont (12) et une région aval (13), ce siège s'étendant autour d'un passage (14) pour le fluide, un ensemble de clapet constitué solidairement au moins d'un clapet (2) muni d'une portée (21) s'étendant annulairement autour d'une saillie centrale (22) aérodynamique et destinée à venir en contact étanche contre le siège (11) dans une première position de butée, et d'une entretoise (3) s'étendant à partir du clapet à l'opposé du siège, cet ensemble de clapet étant mobile en translation longitudinale entre la première position de butée et une deuxième position de butée dans laquelle le clapet est à un éloignement maximal du siège, et des moyens de rappel (5) auxquels est lié l'ensemble de clapet et tendant à s'opposer au rapprochement du clapet (2) par rapport au siège (11), de telle sorte qu'en l'absence de débit de fluide à travers le dispositif ou en présence d'un débit inférieur à un seuil prédéterminé, le clapet reste à distance du siège, et que lors d'un sur-débit, la perte de charge entre le clapet et le siège crée une force déplaçant l'ensemble de clapet jusqu'à ladite première position et interrompe ainsi toute communication entre région amont (12) et région aval (13). 2 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une structure interne générale coaxiale. 3 - Dispositif de coupure du débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise (3) et le clapet (2) sont en deux pièces. 4 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise (3) et le clapet (2) sont en une seule v pièce. 5 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise (3) est tubulaire et les moyens de rappel comprennent un ressort hélicoïdal (5) logé dans l'entretoise, solidarisé d'un côté au clapet (2) et à l'opposé à un organe d'accrochage (4) fixe par rapport au boîtier (1). 6 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise s'étend axialement et les moyens de rappel comprennent un ressort hélicoïdal entourant l'entretoise, solidarisé d'un côté au clapet et à l'opposé à un organe d'accrochage fixe par rapport au boîtier. 7 - Dispositif de coupure du débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la saillie centrale (22) est tronconique. 8 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier (1) est muni d'un organe de butée (4) pour l'entretoise (3). 9 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que l'organe d'accrochage et l'organe de butée sont une même pièce sous la forme d'un axe (4) fixé au boîtier (1). 10 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région aval est une chambre (13) de forme générale tronconique dont le diamètre est croissant lorsque l'on s'éloigne du siège (11). 11 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de guidage (6) fixé au clapet (2). 12 - Dispositif de coupure de débit de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet comporte un organe de guidage en une seule pièce avec lui.