Brevet FR2740195A1 — publié le 19970425

L'invention concerne un appareil, un ensemble et un procédé pour interrompre de manière sélective la circulation d'un fluide dans une conduite de distribution de fluide. L'invention est en particulier destinée à être utilisée sur des conduites plastiques dans lesquelles circule un fluide compressible et en particulier un gaz combustible. A toutes fins utiles, il est précisé que dans la suite, les termes encoche et méplat, de même que les termes clapet et soupape seront différenciés dans un but de clarté de la description, de manière à mieux distinguer les éléments ainsi dénommés bien que ces termes désignent des caractéristiques analogues. Le but de l'invention est d'assurer une interruption "automatique (c'est-à-dire effectuée d'office, sans intervention humaine) de la circulation du fluide, dans l'hypothèse où une fuite de fluide se déclencherait. Cette interruption automatique devra être fiable, ne pas se produire de manière intempestive ; l'appareil prévu pour cela devra, en outre, être d'un coût de revient limité et être adaptable tant sur des conduites métalliques que sur des conduites plastiques. L'appareil devra, en outre, pouvoir être raccordé à une conduite plastique constituée de deux tubes concentriques et permettre alors la détection de fuites faibles par rapport au débit de fluide dans la conduite et éventuellement situées à distance de l'appareil, par exemple plusieurs mètres. La solution de l'invention consiste en un appareil d'interruption sélective de la circulation d'un fluide dans une conduite comprenant: - un corps creux dont l'intérieur est divisé en une chambre principale et une chambre de contrôle communiquant entre elles par l'intermédiaire d'un premier orifice calibré d'un diamètre inférieur ou égal à quelques millimètres, - des premiers moyens amont de raccordement du corps à une conduite amont, pour permettre l'arrivée du fluide dans le corps, - des seconds moyens aval de raccordement du corps à une conduite aval, pour la circulation du fluide en aval de l'appareil, lesdits seconds moyens aval de raccordement comportant deux canaux concentriques comprenant un canal central communiquant avec la chambre principale et un canal périphérique communiquant avec la chambre de contrôle, - une première membrane disposée à l'intérieur du corps et soumise à l'action de premiers moyens de pression s'opposant à la pression exercée sur ladite première membrane par le fluide contenu dans la chambre de contrôle, - un deuxième orifice obturable disposé entre la chambre principale et les premiers moyens de raccordement, et à travers lequel s'effectue la circulation du fluide d'amont en aval, et - un clapet mobile d'obturation dont le mouvement est lié fonctionnellement à celui de la première membrane, ce clapet laissant le deuxième orifice ouvert dans une gamme de pression du fluide et venant l'obturer lorsque la pression du fluide est en dehors de cette gamme de pression. Ainsi, lorsque la conduite sera percée ou rompue, la pression viendra à baisser dans le corps. Et l'appareil interrompra automatiquement la circulation du fluide dans la conduite. De plus, cette solution est particulièrement intéressante si l'on raccorde les canaux des seconds moyens aval de raccordement à une conduite plastique constituée elle-même de deux tubes concentriques. En particulier, l'emploi combiné de la solution en question de l'invention et d'une telle conduite plastique devrait permettre que des conduites plastiques puissent être employées (et agréées) à l'intérieur d'habitations, domaine jusqu'à présent interdit. Pour améliorer encore la fiabilité d'utilisation, notamment lorsque la pression du fluide est faible (quelques mbar à quelques dizaines de mbar, par exemple de gaz), une autre caractéristique de l'invention prévoit que le mouvement du clapet d'obturation puisse être lié à celui de la première membrane par l'intermédiaire:: - d'un arbre lié à la première membrane et possédant une première encoche, - d'une première tige liée au clapet et possédant un méplat, - de deuxièmes moyens de pression tendant à appliquer le clapet contre le deuxième orifice d'alimentation pour le fermer, et - d'une bille se déplaçant dans une rainure communiquant d'un côté avec l'arbre et de l'autre côté avec la première tige, de telle manière que la bille occupe soit une première position en appui contre le méplat où elle empêche le déplacement de la tige et maintient le clapet ouvert, soit une deuxième position engagée dans la première encoche où elle autorise le déplacement, avec fermeture du clapet sous l'action des deuxièmes moyens de pression. Pour répondre à l'exigence d'une fermeture automatique fiable, y compris lorsque la pression du fluide est faible et que les fuites sont faibles, l'invention propose également un procédé dans lequel: - on utilise en aval par rapport à la circulation du fluide, une conduite de distribution de ce fluide comprenant un canal central dans lequel circule ledit fluide et un canal périphérique isolé dudit canal central, - on interpose de façon étanche une membrane mobile, entre une première partie et une seconde partie d'une chambre d'un appareil d'interruption sélective de la circulation d'un fluide dont on fait communiquer ladite première partie avec le fluide en circulation, de telle sorte que cette membrane soit soumise du côté de ladite première partie de chambre à une pression inférieure ou égale à la pression du fluide et, du côté de la seconde partie de la chambre, à une contre-pression, - on scinde ladite première partie de chambre en une chambre principale et une chambre de contrôle, - on fait communiquer le canal central de la conduite avec la chambre principale où est disposé un clapet d'autorisation ou d'interdiction de la circulation du fluide, et le canal périphérique de la conduite avec la chambre de contrôle où est disposée la membrane, - on relie le déplacement de la membrane dans la chambre de contrôle au déplacement du clapet, - on commande l'ouverture ou la fermeture du clapet par déplacement de la membrane dans la chambre de contrôle, et - on réalise un orifice calibré entre la chambre principale et la chambre de contrôle de telle sorte qu'une variation de la pression du fluide en circulation ou la présence d'un trou de section supérieure à celle de l'orifice calibré réalisé entre le canal périphérique et l'extérieur induise ladite fermeture du clapet avec interruption de la circulation du fluide, consécutivement au déplacement de la membrane. Pour obtenir, dans un même appareil, une sécurité active en cas de chute et en cas d'excès de pression, l'arbre peut posséder une deuxième encoche pour commander l'obturation du deuxième orifice par le clapet lorsque la pression du fluide dans la chambre de contrôle dépasse une valeur déterminée. Cela permet de compléter la sûreté de l'installation pour un coût modeste. n peut également apparaître intéressant d'utiliser un même appareil pour des pressions différentes de fluide circulant dans la conduite. Pour cela, un détendeur peut être interposé entre la chambre principale et le premier orifice calibré, ledit détendeur comprenant alors avantageusement: - une chambre de détente communiquant avec la chambre de contrôle via le premier orifice calibré, - une seconde membrane disposée dans la chambre de détente, en appui contre des troisièmes moyens de pression, - un troisième orifice calibré pour la communication entre la chambre de détente et la chambre principale, et - une première soupape liée fonctionnellement à la membrane par une seconde tige pour obturer plus ou moins le troisième orifice calibré en fonction de la position de la seconde membrane. Cette solution permet de réduire le coût d'installation en utilisant une proportion importante de pièces identiques pour des pressions de fluide différentes. Toutefois, en condition d'utilisation, le troisième orifice est obturé en permanence par la seconde soupape de la seconde tige. Le volume de fluide contenu dans le canal périphérique de la conduite de distribution, dans la chambre de contrôle et dans la chambre de détente étant constant, en cas d'augmentation naturelle et lente de la température du fluide, sa pression va monter et l'appareil risque d'interrompre la circulation en raison d'une pression de fluide dans la chambre de contrôle paraissant anormalement élevée.Pour résoudre ce problème, l'ensemble comprend en outre: - un quatrième orifice ménagé dans la seconde membrane, - une deuxième soupape liée à la seconde tige pour obturer ou découvrir le quatrième orifice en fonction de la pression du fluide dans la chambre de détente, et - des quatrièmes moyens de pression en appui à une extrémité contre la seconde tige et à une autre extrémité contre la seconde membrane, ces quatrièmes moyens tendant à presser la deuxième soupape contre le quatrième orifice. Toute surpression due à un phénomène d'échauffement lent du fluide (phénomène normal) dans la chambre de contrôle ne provoquera pas de coupure d'alimentation intempestive. En cas d'échauffement rapide du fluide, caractéristique d'un phénomène anormal généralement annonciateur d'une rupture de la conduite par incendie, la faible section du premier orifice ne permettra qu'un faible débit d'évacuation du fluide à travers le quatrième orifice. n y aura donc une augmentation de la pression dans la chambre de contrôle, ce qui interrompra la circulation du fluide en aval de l'ensemble. Les différents avantages et caractéristiques de l'appareil et de l'ensemble selon l'invention apparaîtront encore plus clairement de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une réalisation d'un ensemble de contrôle de pression selon l'invention en position interruption de la circulation du fluide, - la figure 2 représente à échelle agrandie le détail repéré II à la figure 1, - la figure 3 représente l'ensemble de la figure 1 en position circulation du fluide, - la figure 4 représente à échelle agrandie le détail repéré IV à la figure 3, - la figure 5 représente une autre réalisation d'un ensemble de contrôle de pression selon l'invention en position circulation du fluide, - la figure 6 représente à échelle agrandie le détail repéré VI à la figure 5. En figures 1 à 5, on voit illustré un ensemble comprenant un corps 10, comportant des premiers moyens de raccordement 2 et des seconds moyens de raccordement 3. Les premiers moyens de raccordement 2 situés en une partie amont dudit corps 10 permettent l'arrivée du fluide dans ledit corps 10 par l'intermédiaire d'une conduite d'amenée (non représentée) raccordée mécaniquement (par exemple vissée avec interposition d'un joint) ou soudée sur les premiers moyens de raccordement 2. Les seconds moyens de raccordement 3 situés en aval par rapport audit corps 10 sont liés de la même manière à une conduite de distribution 6 en l'espèce en matière plastique. Ces seconds moyens de raccordement 3 et la conduite de distribution 6 possèdent un canal central 3a, 6a et un canal périphérique 3b, 6b disposés concentriquement. L'intérieur du corps 10, forme une chambre 32, 33, 34. Cette chambre 32, 33, 34 est scindée en une première (32, 34) et une seconde partie 33 entre lesquelles s'interpose de façon étanche une membrane mobile 12 contre laquelle des premiers moyens de pression 14 disposés dans la seconde partie de chambre 33 viennent en appui. La première partie de chambre 32, 34 comporte une chambre principale 32 et une chambre de contrôle 34 séparées par une première paroi de séparation 58 et communiquant entre elles par l'intermédiaire d'un premier orifice calibrée 8. La chambre principale 32 communique directement avec le canal principal 6a de la conduite de distribution 6 et, par l'intermédiaire d'un deuxième orifice 4 avec l'arrivée de fluide.Les premiers moyens de pression, ici constitués par un premier ressort 14 exercent sur la membrane 12 un effort (ou une contrepression) s'opposant à la pression exercée par le fluide présent dans la chambre de contrôle 34. Un arbre 20 lié à la membrane 12 possède des première et deuxième encoches 22, 56 destinées à venir en contact avec une bille 24 coulissant dans une rainure 26, avantageusement réalisée dans la première paroi de séparation 58. Un clapet mobile 16 possède une première tige 18 comprenant un méplat 28 également destiné à venir en contact avec la bille 24. La rainure 26 communique d'un côté avec l'arbre 20 et de l'autre avec la tige 18. Le clapet 16 est soumis à une force exercée par des deuxièmes moyens de pression ici constitués par un deuxième ressort 30. Cette force tend à appliquer le clapet 16 contre le deuxième orifice 4 et ainsi à l'obturer. Un premier évent 66 permet la mise à l'air libre de la seconde partie de chambre 33, tandis qu'un testeur 70 disposé entre la chambre de contrôle 34 et le milieu extérieur permet l'échappement du fluide contenu dans la chambre de contrôle lorsqu'il est actionné. En utilisation, l'ensemble est tout d'abord en situation d'obturation illustrée aux figures 1 et 2. Le fluide circulant dans la conduite d'amenée ne peut pénétrer dans la chambre principale 32 dont le deuxième orifice d'entrée 4 est obturé par le clapet 16. On ouvre alors le deuxième orifice 4 en actionnant la première tige 18 du clapet 16 par l'intermédiaire d'un levier d'armement 60. Le fluide entre alors dans la chambre principale 32 et s'écoule en aval dans le canal central 6a de la conduite de distribution 6. Le fluide pénètre également dans la chambre de contrôle 34 par l'intermédiaire du premier orifice 8. La pression exercée sur la première membrane 12 tend à contraindre le ressort 14 et ainsi à déplacer ladite membrane 12 et l'arbre 20 auquel elle est liée. L'action sur le levier d'armement 60 a amené le méplat 28 de la première tige 18 du clapet 16 au niveau de la bille 24. Cette bille 24 peut alors se déplacer pour venir en appui contre ce méplat 28 et permettre ainsi le déplacement de l'arbre 20. On peut ensuite relâcher le levier d'armement 60, la bille 24 maintenue en appui contre le méplat 28 de la première tige 18 par l'arbre 20 empêche ladite première tige 18 de se déplacer. Le clapet 16 est ainsi maintenu en position ouverte, dégagé du deuxième orifice 4. Lorsqu'il se produit une fuite dans le canal 6b, lequel est le premier exposé aux agressions, cette fuite crée une baisse de pression dans la chambre de contrôle 34 d'autant plus importante que la section du premier orifice calibré 8 est faible. Pour cette raison ce premier orifice 8 aura une section inférieure à quelques millimètres carré et de préférence comprise entre un dixième et deux millimètres carré (diamètre compris entre 0,35 et 1,6 mm). La baisse de pression dans la chambre de contrôle 34 engendre un déplacement de l'arbre 20. Lorsque l'on sort d'une gamme de pression préétablie, l'arbre 20 vient en regard de la bille 24 laquelle s'engage dans ladite première encoche 22 libérant ainsi la première tige 18 du clapet 16 lequel vient obturer le deuxième orifice 4 sous l'action des deuxièmes moyens de pression 30 et interrompt la circulation du fluide.En pratique, la fermeture du clapet 16 interviendra lorsque la section du trou par lequel s'opère la fuite est supérieure à celle du premier orifice calibré 8. De même, lorsque la pression vient à baisser dans la chambre principale 32 consécutivement à la baisse de la pression d'alimentation en fluide, celle-ci baisse ensuite dans la chambre de contrôle 34, ce qui interrompt la circulation du fluide. Lorsque inversement la pression augmente dans la chambre principale 32 jusqu'à atteindre un seuil prédéterminé, le déplacement de l'arbre 20 amène la deuxième encoche 56 de l'arbre 20 en regard de la bille 24 laquelle libère la première tige 18 du clapet 16 qui interrompt la circulation du fluide. Afin de s'assurer du bon fonctionnement de l'ensemble, on pourra actionner le bouton testeur 70, lequel permet de créer un débit de fuite supérieur au débit de fluide fourni par le premier orifice calibré 8 et de vérifier ainsi que l'alimentation en fluide est interrompue en cas de fuite de fluide. Lorsque ce bouton 70 est relaché la communication entre la chambre de contrôle et le milieu extérieur est supprimée. En figure 5 et 6, un ensemble destiné à être utilisé pour une pression de fluide plus élevée a été illustré. Celui Ce détendeur 36 comprend une chambre de détente 38 communiquant avec le milieu extérieur par l'intermédiare d'un deuxième évent 68, et une seconde paroi de séparation 62 laquelle présente un troisième orifice 44 susceptible d'être plus ou moins partiellement obturé par une première soupape 46. Cette soupape 46 est liée à une seconde membrane 40 disposée dans la chambre de détente 38, en appui contre des troisièmes moyens de pression ici constitués par un troisième ressort 42. Tant que la pression dans la chambre de détente 38 est inférieure à une pression prédéterminée fonction de la raideur du ressort 42, la première soupape 46 laisse pénétrer le fluide dans la chambre de détente 38. Ceci permet donc bien d'obtenir dans la chambre de contrôle 34 une pression prédéterminée pour un fonctionnement normal. Mais si la pression vient à monter lentement dans la chambre de contrôle 34, consécutivement à une augmentation naturelle et progressive de la température et sans qu'il y ait un fonctionnement anormal, il est souhaitable d'évacuer une partie du fluide. C'est pourquoi, la seconde membrane 40 possède un quatrième orifice 50 obturé par une seconde soupape 52 de la seconde tige 48 lorsque celle est pressée contre la seconde membrane 40 par l'intermédiaire de quatrièmes moyens de pression ici constitués par un quatrième ressort 54. Ainsi, pour une pression dans la chambre de détente comprise entre la pression en fonctionnement normal et la pression amenant la deuxième encoche 56 de l'arbre en regard de la bille 24, la pression exercée par le fluide sur la seconde membrane 40 provoquera un décollement de ladite seconde membrane 40 par rapport à la seconde soupape 52. Le quatrième orifice 50 sera alors découvert et permettra l'évacuation de cet excédent de fluide vers le milieu extérieur par l'intermédiaire du deuxième évent 68. Afin de fiabiliser le décollement de la seconde membrane 40 par rapport à la seconde soupape, ladite seconde membrane 40 sera avantageusement rigidifiée par une rondelle 64. Les illustrations sont données à titre d'exemple et ne sauraient limiter l'invention, on aurait pu prévoir, par exemple, pour chacune des réalisations illustrées, une vis de tarage des ressorts pour faire varier les pressions de déclenchement. Revendications 1. Appareil d'interruption sélective de la circulation d'un fluide comprenant: - un corps creux (10) dont l'intérieur est divisé en une chambre principale (32) et une chambre de contrôle (34) communiquant entre elles par l'intermédiaire d'un premier orifice calibré (8) d'un diamètre inférieur ou égal à quelques millimètres, - des premiers moyens amont de raccordement (2) du corps (10) à une conduite amont, pour permettre l'arrivée du fluide dans le corps (10), - des seconds moyens aval de raccordement (3) du corps (10) à une conduite aval (6) pour la circulation du fluide en aval de l'appareil, lesdits seconds moyens aval de raccordement (3) comportant deux canaux concentriques comprenant un canal central (3a) communiquant avec la chambre principale (32) et un canal périphérique (3b) communiquant avec la chambre de contrôle (34), - une première membrane (12) disposée à l'intérieur du corps (10) et soumise à l'action de premiers moyens de pression (14) s'opposant à la pression exercée sur ladite première membrane (12) par le fluide contenu dans la chambre de contrôle (34), - un deuxième orifice obturable (4) disposé entre la chambre principale (32) et les premiers moyens de raccordement (2) et à travers lequel s effectue la circulation du fluide d'amont en aval, et - un clapet mobile d'obturation (16) dont le mouvement est lié fonctionnellement à celui de la première membrane (12), ce clapet (16) laissant le deuxième orifice (4) ouvert dans une gamme de pression du fluide et venant l'obturer, lorsque la pression du fluide est en dehors de cette gamme de pression. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement du clapet d'obturation (16) est lié à celui de la première membrane (12) par l'intermédiaire: - d'un arbre (20) lié à la première membrane (12) et possédant une première encoche (22), - d'une première tige (18) lié au clapet (16) et possédant un méplat (28), - de deuxièmes moyens de pression (30) tendant à appliquer le clapet (16) contre le deuxième orifice d'alimentation (4) pour le fermer, et - d'une bille (24) se déplaçant dans une rainure (26) communiquant d'un côté avec l'arbre (20) et de l'autre côté avec la première tige (18), de telle manière que la bille (24) occupe soit une première position en appui contre le méplat (28) où elle empêche le déplacement de la tige (18) et maintient le clapet (16) ouvert, soit une deuxième position engagée dans la première encoche (22) où elle autorise ce déplacement, avec fermeture du clapet (16) sous l'action des deuxièmes moyens de pression (30). 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arbre (20) possède une deuxième encoche (56) pour commander l'obturation du deuxième orifice (4) par le clapet (16) lorsque la pression du fluide dans la chambre de contrôle (34) dépasse une valeur déterminée. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un détendeur (36) est interposé entre la chambre principale (32) et le premier orifice calibré (8). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le détendeur (36) comprend: - une chambre de détente (38) communiquant avec la chambre de contrôle (34) via le premier orifice calibré (8), - une seconde membrane (40) disposée dans la chambre de détente (38), en appui contre des troisièmes moyens de pression (42), - un troisième orifice calibré (44) pour la communication entre la chambre de détente (38) et la chambre principale (32), et - une première soupape (46) liée fonctionnellement à la seconde membrane (40) par une seconde tige (48) pour obturer plus ou moins le troisième orifice calibré (44) en fonction de la position de la seconde membrane (40). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un quatrième orifice (50) ménagé dans la seconde membrane (40), - une deuxième soupape (52) liée à la seconde tige (48) pour obturer ou découvrir le quatrième orifice (50) en fonction de la pression du fluide dans la chambre de détente (38), et - des quatrièmes moyens de pression (54) en appui à une extrémité contre la seconde tige (48) et à une autre extrémité contre la seconde membrane (40), ces quatrièmes moyens (54) tendant à presser la deuxième soupape (52) contre le quatrième orifice (50). 7. Ensemble comprenant un appareil, selon l'une des revendications 1 à 6, et ladite conduite aval de circulation du fluide (6), laquelle comprend deux canaux plastiques concentriques (6a, 6b) raccordés respectivement auxdits canaux concentriques (3a, 3b) desdits moyens aval de raccordement (3) de l'appareil. 8. Procédé pour interrompre de manière sélective la circulation d'un fluide dans une conduite (6) de distribution de fluide, dans lequel: - on utilise en aval par rapport à la circulation du fluide, une conduite de distribution de ce fluide (6) comprenant un canal central (6a) dans lequel circule ledit fluide et un canal périphérique (6b) isolé dudit canal central (6a), - on interpose de façon étanche au fluide une membrane mobile (12), entre une première partie (32, 34) et une seconde partie (33) d'une chambre (32, 33, 34) d'un appareil d'interruption sélective de la circulation d'un fluide, dont on fait communiquer ladite première partie (32,34) avec le fluide en circulation, de telle sorte que cette membrane (12) soit soumise du côté de ladite première partie de chambre (32, 34) à une pression inférieure ou égale à la pression du fluide et, du côté de la seconde partie (33) de la chambre, à une contre-pression, - on scinde ladite première partie de chambre (32, 34) en une chambre principale (32) et une chambre de contrôle (34), - on fait communiquer le canal central (6a) avec la chambre principale (32) où est disposé un clapet (16) d'autorisation ou d'interdiction de la circulation du fluide, et le canal périphérique (6b) avec la chambre de contrôle (34) où est disposée la membrane (12), - on relie le déplacement de la membrane (12) dans la chambre de contrôle (34) au déplacement du clapet (16), - on commande l'ouverture ou la fermeture du clapet (16) par déplacement de la membrane dans la chambre de contrôle (34), et - on réalise un orifice calibré (8) entre la chambre principale (32) et la chambre de contrôle (34) de telle sorte qu'une variation de la pression du fluide en circulation ou la présence d'un trou de section supérieure à celle de l'orifice calibré réalisé entre le canal périphérique (6b) et l'extérieur induise ladite fermeture du clapet (16) avec interruption de la circulation du fluide, consécutivement au déplacement de la membrane (12).