Brevet FR2786242A1 — publié le 20000526

SOUPAPE D'ARRET DE BASSE ET HAUTE PRESSION La présente invention concerne une soupape d'arrêt de basse et haute pression applicable, en particulier, mais pas exclusivement, aux régulateurs de pression qui renferment une membrane en tant que moyens sensibles à la pression du fluide qui y transite et, en tant que tel, susceptibles de se déplacer en réaction aux variations de pression. On a recours à une soupape d'arrêt lorsqu'il convient de surveiller un écoulement de fluide en mesurant sa pression et d'intercepter, en l'interrompant, ledit écoulement si la pression dépasse des limites minimale et maximale d'étalonnage prédéfinies. Les soupapes d'arrêt sont en général directement appliquées sur les régulateurs de pression mais elles peuvent dans tous les cas être utilisées également avec tous les appareils de régulation et d'interception d'un écoulement de fluide. Une soupape d'arrêt comprend ou inclut essentiellement un élément de mesure, tel qu'une membrane élastique qui se déplace en réaction aux variations de pression du fluide et un élément de sollicitation, tel qu'au moins un ressort. Quand les pressions prédéfinies dont deux "minima et maxima", les ressorts sont au nombre de deux, un pour chaque pression. Celle-ci comprend en outre un élément d'interception ou d'obturation qui peut faire partie du dispositif auquel est appliquée la soupape d'arrêt, et un élément d'intervention pour retenir l'élément d'interception dans une position d'ouverture quand la pression est comprise dans les Tir I- limites prédéterminées et le déconnecter automatiquement pour la fermeture quand la pression sort de ces limites. Les exigences fondamentales pour une soupape d'arrêt fiables sont les suivantes: - la répétitivité de la ou des pression(s) d'intervention; une large possibilité de régulation des pressions; - un faible différentiel entre les pressions quand il est prévu une intervention de pression minimale et maximale; - une insensibilité aux chocs pour ne pas risquer d'interventions incontrôlées; et donc - une absence d'interventions anormales. Les soupapes d'arrêt connues possèdent des systèmes de déconnexion différents en fonction du type d'application: - en équerre, généralement avec un système de levier et des tiges de renvoi entre l'élément de mesure de la pression et l'élément d'interception; - en ligne, généralement avec des billes et un système de déconnexion télescopique, c'est-à-dire en forme de lunette astronomique, mais elles nécessitent invariablement une poussée discrète de la part de la membrane de mesure de pression. La présente invention a pour objet de réaliser une soupape d'arrêt relativement simple, présentant une bonne sensibilité et de bonnes capacités de réglage et qui permette l'éventuelle application également d'un système "test" pour vérifier les interventions sans avoir à agir sur la pression du fluide, et surtout sans que la TiFr -T membrane doive exercer une force de poussée sur les moyens de blocage/déblocage. Un tel objet est atteint, conformément à la présente invention, par une soupape d'arrêt de basse et haute pression destinée à des appareils de réglage et d'interception d'un écoulement de fluide sous pression, comprenant un corps pourvu d'une chambre traversée par le fluide et contenant une membrane élastique susceptible d'effectuer des mouvements par rapport à une position d'équilibre en réaction aux variations de la pression dans la chambre et en relation avec des ressorts d'étalonnage et un obturateur disposé à l'extrémité d'un arbre de commande passant dans la chambre et mobile avec l'arbre entre une position d'ouverture et une position de fermeture d'un siège d'interception situé le long du parcours du fluide, dans laquelle la position d'ouverture est définie par un système de blocage et la position de fermeture est due à un ressort de poussée associé à l'obturateur, caractérisée par un levier de verrouillage situé entre l'arbre de l'obturateur et la membrane élastique, oscillant entre une position de blocage et une position de déblocage de l'arbre et ayant, d'un côté, une goupille de blocage destinée à intercepter et arrêter l'arbre dans la position d'ouverture de l'obturateur et, de l'autre côté, des moyens de contact qui interagissent avec une came de déblocage connexe et mobile avec la membrane élastique et destinée à provoquer le relèvement de l'arbre pour la fermeture de l'obturateur, le levier de verrouillage maintenant la position de blocage de l'arbre, quand la membrane est en position d'équilibre, au moyen de l'appui des moyens de contact sur la came et par l'intermédiaire de la poussée exercée par le ressort Idi 71 de l'obturateur, le levier de verrouillage passant dans la position de déblocage de l'arbre quand la came s'éloigne desdits moyens de contact pour un mouvement de la membrane consécutif à une variation de la pression et sous la poussée du ressort de l'obturateur. La présente invention sera ci-après décrite comme appliquée à un régulateur de pression et en référence aux dessins joints. Sur lesdits dessins, la figure 1 représente, en coupe, un exemple de régulateur de pression doté d'une soupape d'arrêt; la figure 2 représente une vue en coupe de la soupape d'arrêt; et la figure 3 représente une vue à grande échelle d'un détail de celle-ci. La soupape d'arrêt représentée sur les figures 2 et 3 et appliquée à un régulateur de pression 100 tel que, par exemple, celui de la figure 1, comprend un corps 10 composé d'une base 11 et d'un couvercle 12 assemblés, et une membrane élastique 13 bloquée de manière périphérique entre la base et le couvercle dudit corps et soumise à l'action d'un premier ressort 14 et d'un deuxième ressort coaxiaux. La soupape présente en outre des conduits ' d'entrée et de sortie du fluide à travers un filtre 10", dans une chambre 16 définie par la membrane 13 par la base du corps et renferme un élément obturateur 17 pouvant être commandé manuellement en vue de son ouverture à l'aide d'un volant 18 avec l'interposition d'un arbre 19 auquel est associé un système de blocage 20, l'obturateur pouvant être déplacé en fermeture grâce à un ressort de poussée 17'. Le couvercle 12 du corps 10 possède un système en forme de lunette astronomique qui reçoit les deux ressorts coaxiaux 14, 15 de façon que le premier ressort 14 puisse s'étendre vers le bas sans contraintes de course pour l'établissement d'une pression de service minimale, tandis que le deuxième ressort 15 peut s'étendre seulement vers le haut pour l'établissement de la pression maximale, permettant ainsi à la membrane de bouger suivant les variations de la pression du fluide. Le point de contact entre le mouvement vers le bas et vers le haut correspond à la pression nominale d'étalonnage et est le point d'équilibre. Le système de blocage 20 comprend un support en plastique 21 placé dans ladite chambre 16, un levier de verrouillage 22 fixé sur un pivot d'oscillation 23 porté par ledit support 21, une goupille de blocage 24 portée par le levier 23 et destinée à interagir avec l'arbre 19 de l'obturateur 17 et une came de déblocage 25 solidaire de la membrane 13 et mobile avec elle. L'arbre 19 passe dans le support 21, entre celui-ci et le levier oscillant 22, et présente un gradin 26 tourné dans la direction du mouvement de fermeture de l'obturateur 17 grâce au ressort respectif 17'. La goupille de blocage 24 est portée par un piston 27 coulissant dans un siège 28 ménagé dans le levier oscillant 22 et poussé normalement vers l'arbre 19 par un ressort 29 afin de maintenir la goupille 24 en contact avec l'arbre 19 sur une trajectoire d'interception du gradin 26 et de permettre le soulèvement de la goupille lorsque l'arbre est avancé et la partie supérieure de celui-ci est en correspondance avec la goupille. 1ill [ La came de déblocage 25 est de préférence de forme trapézoïdale ou triangulaire sur un pied 30, guidé par une paire de galets 31 portés par le support 21 et destinés à réduire les frottements de mouvement. Le levier oscillant 22, du côté opposé à la goupille de blocage 24, est muni d'une galette 32 en contact avec le sommet de la came de déblocage 25. Il faut noter en particulier que la partie du levier oscillant 22 qui porte, d'un côté, le piston avec la goupille de blocage et, de l'autre, la galette de contact, est inclinée d'environ 25 à 30 par rapport à l'arbre de l'obturateur, formant avec cet arbre un angle aigu à partir de la partie o se trouve le pivot d'oscillation 23 ou bien du côté de la came de déblocage. Le contact entre le levier oscillant et la came par l'intermédiaire de la galette de contact 32 est assuré par l'action combinée du ressort 17' de l'obturateur 17 et du ressort 29 du piston 27 qui porte la goupille de blocage 24 lorsque celle-ci s'appuie sur l'arbre 19 contre le gradin 26 et quand la membrane 13 qui porte la came 25 est dans une position d'équilibre. En d'autres termes, le levier oscillant 22 reste alors entravé entre le gradin 26 de l'arbre 19 de l'obturateur qui est poussé par le ressort respectif 17' vers la position de fermeture, et la came 25 portée par la membrane 13 comme le montre la figure 2, grâce également à l'inclinaison du levier. Dans cette condition, lorsque la pression du fluide distribué varie, la membrane 13 bouge en déplaçant la came de déblocage 25 vers le bas par manque de pression ou vers le haut par excès de pression. nMr - Alors, la galette de contact 32 ne trouve plus appui sur la came 25, c'est pourquoi le levier 22, sous la poussée exercée par le ressort 17' de l'obturateur, tourne sur le pivot respectif 23 dans le sens (anti- horaire sur les dessins) afin d'éloigner la goupille de blocage 24 du gradin 26 de l'arbre 19 de l'obturateur. Par conséquent, l'arbre est "déconnecté" et l'obturateur, poussé par son ressort respectif 17', se déplace en allant fermer le siège de l'appareil auquel est relié le régulateur. Par ailleurs, les extrémités de la goupille de blocage 24 s'étendent dans des fentes 33 ménagées dans les côtés du levier et dans des trous prévus dans deux bras parallèles d'une fourche 34 située perpendiculaire à l'arbre 19 de l'obturateur 17 à partir du fond de la chambre 16 entre la membrane 13 et l'élément de base 11 du corps 10. La partie de la fourche reliant lesdits bras parallèles est guidée à l'aide d'une cheville 35 solidaire de celle-ci, dans un trou ménagé dans le support en plastique 21 auquel est fixé le levier oscillant 22. Dans la base 11 du corps 10, en alignement avec la fourche 34, est disposé un bouton 26 permettant de tester manuellement le système de blocage 20. En effet, lorsque l'on veut vérifier manuellement le fonctionnement de la soupape, sans modifier la pression du fluide, on appuie sur le bouton 36 afin de faire bouger la fourche vers l'intérieur 34 et de déplacer la goupille de blocage 24 en vue de l'éloigner du gradin 26 de l'arbre 19 qui, une fois débloqué, peut avancer jusqu'à ce que l'obturateur entre dans sa position de fermeture. TIF ' Par ailleurs, le levier doté de la goupille de blocage, outre le fait qu'il peut intervenir automatiquement au cours du fonctionnement du régulateur avec la variation de pression hors de limites minimale et maximale préétablies, permet aussi une vérification manuelle depuis l'extérieur du fonctionnement du système de blocage/déblocage. Dans le domaine de l'ensemble ensuite, le fait que la goupille de blocage 24 soit portée par un piston à ressort et par conséquent élastique ment mobile par rapport à l'arbre 19 permet: - à la membrane 13 de se remettre dans la position d'équilibre même si l'arbre 19 est avancé et la goupille vient en appui sur la partie la plus haute de l'arbre proprement dit; - la fonction de test manuel; - le déplacement de l'arbre de l'obturateur sur toute la course possible même quand la membrane et, avec elle, la chambre, sont dans la position d'équilibre; - le montage dans toutes les positions du levier; - d'éviter le blocage du levier, et donc l'empêchement de la fonction de la soupape d'arrêt, quelle que soit la position dans laquelle se trouvent la chambre et/ou l'arbre de l'obturateur. Il faut noter que, sur l'arbre 19 de l'obturateur 17 pourront être ménagées deux gorges destinées à retenir avec deux anneaux élastiques un aimant 37 pour l'application d'un interrupteur magnétique à l'extérieur de la soupape afin de signaler la position de l'arbre proprement dit. Enfin, la soupape décrite ci-dessus peut être préparée également pour remplir la fonction de soupape il il thermique ou fusible. Comme on l'a dit en préambule, une soupape d'arrêt est un dispositif de sécurité qui intervient quand risquent d'apparaître des conditions dangereuses en termes de variation de pression, en bloquant l'écoulement du gaz lorsque le niveau de pression "surveillée" baisse ou augmente au-delà des limites établies. Dans quelques pays pour les dispositifs de contrôle de la distribution de gaz, on demande de plus en plus souvent un dispositif de sécurité capable d'intervenir en cas d'excès de température. La soupape de la présente invention peut remplir aussi une telle fonction annexe. On utilise dans ce cas, dans la soupape proprement dite, comme support interne 21 du mécanisme de connexion 20 un matériau à basse température de ramollissement/fusion de sorte que, à la température préétablie, ledit support se déforme et permette au pivot 23 de ne plus être solidement retenu par les côtés et d'être donc entraîné par le ressort de réaction 17' qui provoque l'intervention de l'obturateur 17. Ce moyen représente une amélioration ultérieure du produit à des fins de sécurité, facilement disponible même dans d'autres pays qui n'exigent pas encore expressément une protection intrinsèque face aux excès de température. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation tout en restant dans la portée de l'invention. flr -T REVENDICATIONS 1. Soupape d'arrêt de basse et haute pression destinée à des appareils de réglage et d'interception d'un écoulement de fluide sous pression, comprenant un corps (10) pourvu d'une chambre (16) traversée par le fluide et contenant une membrane élastique (13) susceptible d'effectuer des mouvements par rapport à une position d'équilibre en réaction aux variations de la pression dans ladite chambre et en relation avec des ressorts d'étalonnage (14, 15) et un obturateur (17) disposé à l'extrémité d'un arbre de commande (19) passant dans ladite chambre et mobile avec ledit arbre entre une position d'ouverture et une position de fermeture d'un siège d'interception situé le long du parcours du fluide, dans laquelle la position d'ouverture est définie par un système de blocage (20) et la position de fermeture est due à un ressort de poussée (17') associé à l'obturateur, caractérisée par un levier de verrouillage (22) situé entre l'arbre de l'obturateur et la membrane élastique, oscillant entre une position de blocage et une position de déblocage dudit arbre et ayant, d'un côté, une goupille de blocage (24) destinée à intercepter et arrêter ledit arbre dans la position d'ouverture de l'obturateur et, de l'autre côté, des moyens de contact (32) qui interagissent avec une came de déblocage (25) connexe et mobile avec la membrane élastique et destinée à provoquer le relèvement de l'arbre pour la fermeture de l'obturateur, le levier de verrouillage (22) maintenant la position de blocage dudit arbre, quand la membrane est en position d'équilibre, au moyen de l'appui desdits moyens de contact (32) sur ladite came et par 1l' ' l'intermédiaire de la poussée exercée par le ressort (17') de l'obturateur, le levier de verrouillage (22) passant dans la position de déblocage dudit arbre quand ladite came (25) s'éloigne desdits moyens de contact pour un mouvement de la membrane consécutif à une variation de la pression et sous la poussée du ressort de l'obturateur. 2. Soupape d'arrêt selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit levier de verrouillage (22) est fixé sur un support (21) placé dans ladite chambre (16) et est incliné par rapport à l'arbre (19) de l'obturateur. 3. Soupape d'arrêt selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite came de déblocage (25) est située le long d'un pied (30) fixé à la membrane, tourné perpendiculairement vers l'arbre (19) de l'obturateur (17) et maintenu guidé par des galets antifrottement (31) portés par ledit support (21), et en ce que lesdits moyens de contact (32) sur le levier de verrouillage (22) sont une galette en interaction avec ladite came de déblocage. 4. Soupape d'arrêt selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite goupille de blocage (24) sur le levier de verrouillage (22) est destinée à interagir avec un gradin (26) prévu le long de l'arbre (19) de l'obturateur (17) pour arrêter l'arbre dans la position de l'obturateur ouvert. I i11 5. Soupape d'arrêt selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite goupille de blocage (24) est portée par un piston (27) coulissant dans un siège prévu dans le levier de verrouillage, ledit piston étant poussé par un ressort (29) vers l'arbre (19) pour maintenir normalement la goupille de blocage (24) sur la trajectoire d'interception du gradin (26) dudit arbre. 6. Soupape d'arrêt selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite goupille de blocage (24) avec ses extrémités s'étend dans des fentes ménagées dans des côtés opposés du levier de verrouillage et se fixe à une fourche s'étendant dans le fond de ladite chambre (16) jusqu'à un bouton de commande (36), ledit bouton servant de moyens pour faire bouger ladite fourche et déplacer ladite goupille de la position de blocage à la position de déblocage de l'arbre de l'obturateur pour une vérification depuis l'extérieur du fonctionnement de la soupape d'arrêt sans modifier la pression de ladite chambre. 7. Soupape d'arrêt selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que l'arbre de l'obturateur porte un moyen magnétique de position de commande d'un interrupteur magnétique placé à l'extérieur de la chambre. 8. Soupape d'arrêt selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le levier de verrouillage (21) est relié à un élément de support (21) sujet à une déformation ou fusion à une valeur prédéterminée de température. AI 11