Brevet FR2795482A1 — publié le 20001229

RAINURE DE SÉCURITE APPLICABLE AUX CUVES SOUS PRESSION DES C R I PT ION OBJET DE L'INVENTION Cette mnémoire descriptive fait référence à une demande de Brevet d'Invention, relatif à une rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression, comme peuvent l'être les emballages conteneurs des boissons carboniques, les réservoirs d'air comprimé, les réservoirs de GLP, etc. De même, dans cette mémoire descriptive, considérée comme étant l'objet de l'invention, on cherche aussi à étudier l'application sur la rainure citée d'un matériel poreux de faible résistance, dans le cas précis des récipients dotés d'un recouvrement, ce qui permettrait, à partir de l'incorporation du matériel poreux, d'éliminer l'augmentation dans la pression de rupture, que le recouvrement occasionnerait, et par conséquent, de réduire davantage l'épaisseur minimale restante dans le matériel constitutif du récipient. La rainure de sécurité sus-mentionnée fonctionne comme une soupape de sûreté à une pression pré-établie, ce qui permet d'éviter l'explosion une fois que la pression normale de rupture du récipient est atteinte et, ce qui permet aussi de réduire en même temps les risques éventuels de dommages humains ou matériels. DOMAINE DE L'INVENTION Cette invention trouve son application dans le domaine de l'industrie relative à la fabrication de cuves -2- sous pression, comme c'est le cas des conteneurs de boissons carboniques, des extincteurs d'incendie, tout comme des réservoirs d'air comprimé, des récipients ou des réservoirs de GLP, fabriqués au moyen de matériel de toutes sortes, indépendamment du fait que le matériel utilisé soit du métal, du plastique, du composite, etc., c'est aussi le cas des récipients fabriqués à l'aide de plusieurs matériels tels que les conteneurs métalliques recouverts de caoutchouc ou de polyuréthane. PRECEDENTS DE L'INVENTION Généralement, les cuves sous pression sont conçues en vue de résister au moins 1.5 fois la pression de dessin; normalement, le rapport réel entre la pression de travail et celui de rupture est beaucoup plus important, étant donné que, indépendamment du fait qu'elle doit résiter à la pression, la cuve sous pression doit avoir une résistance capable de garantir la stabilité structurelle, ce qui normalement élève les épaisseurs à des valeurs très supérieures aux valeurs de calcul, et par conséquent, à la valeur de la pression de rupture. Ce genre de récipients disposent déjà ou lors de leur installation, d'éléments de sécurité tels que les soupapes, les disques, etc., qui, normalement, se trouvent tout près des équipements de réglage de la pression. Toutefois, on s'est rendu compte du fait que des manipulations frauduleuses peuvent se produire dans le système de sécurité incorporé, ce qui, dans le cas éventuel des récipients utilisés comme des emballages d'emmagasinage de bière, de boissons carboniques, etc., - 3 - peut pressuriser le récipient au-delà de la pression stipulée par le fabricant, réussissant ainsi à créer de façon inhérente un risque éventuel d'explosion de l'emballage même ou du récipient. Si l'explosion arrive à se produire alors que le récipient est rempli de gaz, les effets provoqués par celle-ci sont d'habitude assez graves, voire même désastreux si l'explosion arrive à se produire dans un lieu fermé, avec des êtres humains à l'intérieur, comme cela peut être le cas si l'explosion se produit dans un restaurant, dans un bar ou dans une propriété privée, etc. Concernant d'autres types de récipients, comme cela peut être le cas des récipients conteneurs de GLP, ils peuvent être soumis à des situations extrêmes comme par exemple au feu, à la congélation de la soupape de sûreté etc., des circonstances qui peuvent créer la même situation, étant donné qu'en cas d'incendie, le risque auquel les pompiers sont exposés est aggravé par les risques mécaniques d'explosion, qui peuvent se produire si le récipient en question ne dispose pas d'un élément capable d'éviter le risque d'explosion. Le solliciteur a connaissance au préalable du fait qu'à l'origine, pour tout type de récipients, comme peuvent l'être les tonneaux ou les récipients du même genre, et en vue de supprimer le risque cité, des disques de rupture dotés d'une épaisseur constante et ayant une forme circulaire ou carrée destinés à être placés sur l'emballage, ont été crées. Par ailleurs, ces disques de rupture ont été conçus pour garantir l'explosion localisée à une pression minimale, bien entendu. -4- Toutefois, l'existence de ces disques ne supprime pas complètement les éventuels effets destructifs étant donné que ces disques mêmes peuvent provoquer la rupture de façon instantanée de toute la surface interne o ils se trouvent placés, ce qui peut aussi entraîner la fuite de la totalité du gaz contenu à l'intérieur de l'emballage, provoquant ainsi une réaction telle qui propulse le récipient d'un mouvement rapide et fort (effet "jet"), dont les résultats constatés dans certains cas sont considérés comme étant catastrophiques. Par le biais du Brevet d'Invention DE 375977 C2/BLEFA, on a connaissance de l'existence d'une invention proposant la réalisation d'une fente de forme circulaire et d'une profondeur uniforme, sans pour autant arriver à atteindre les 30 , qui permettrait de faire disparaître le risque éventuel d'un détachement de la zone interne de la zone délimitée par la fente, étant donné qu'elle fait fonction de point de jonction ou de charnière, et se présente ainsi de la même façon que lors d'une opération d'ouverture manuelle d'une canette de boisson. Cette solution évite le détachement violent d'une partie du récipient, mais ne fait disparaître en aucun cas l'effet "jet" et ses risques. Comme progrès ultérieur, le solliciteur a connaissance de l'existence du Brevet d'Invention EP- 0686120 B1/SCHAEFER dans lequel l'on décrit et revendique le fait que, si la fente est réalisée de façon circulaire et possède une profondeur variable dans l'un des fonds du récipient qui est doté d'un collet au milieu, le résultat obtenu quand l'augmentation de pression se produit, provoque la rupture de façon graduelle, ce qui fait disparaître l'effet "jet" qui se produisait dans le cas de la solution décrite auparavant dans le Brevet d'Invention sollicité en Allemagne sous le numéro 3757977. Toutefois, il convient de signaler que la solution présentée dans le Brevet EP-0686120 pose les problèmes suivants. A savoir: - La nécessité inexcusable de l'existence d'un collet au milieu ou d'une galette. - La difficulté de contrôle technique de l'épaisseur. - Le risque de rupture accidentelle lors de l'utilisation normale. - La difficulté supplémentaire dans le cas de l'existence d'un recouvrement dans la zone de sécurité. Concernant la necessité de l'existence d'un collet au milieu ou d'une galette, il convient de souligner que dans le Brevet d'Invention cité, connu sous le numéro EP-0686120, et aussi bien dans la description de ce Brevet d'Invention que dans ses revendications, notamment dans les revendications 1,3,7 et 8, l'on reflète et propose que l'invention exige la présence au moins dans un des fonds du récipient d'un collet au milieu ou d'une galette afin de pouvoir réaliser l'entaille sur la partie latérale du collet en question. -- 6 - Quant au contr8le de l'épaisseur minimale, il convient de signaler que, le fait de réaliser le disque de sécurité sous forme de cercle total ou de demi-cercle, et le fait de le placer dans un chapeau, qui est normalement obtenu au moyen d'un emboutissage, crée des difficultés pendant la réalisation précise du disque, vu que l'épaisseur minimale restante doit être indépendante aussi bien de l'épaisseur initiale qui varie d'une pièce à l'autre que de la forme du chapeau notamment, de la forme de ses courbures qui peuvent faire varier la position du matériel par rapport au point de contr8le tout au long de la longueur qui délimite le disque. Considérant ce qui a été avancé auparavant, il convient de chercher une zone capable de disposer d'une épaisseur plus grande dans le but d'obtenir la même pression spécifiée et recommandable pour placer le disque dans la zone proche à la galette ou au collet. Concernant le risque de rupture accidentelle pendant l'utilisation, il convient de signaler qu'il est évident que, contrairement aux avantages propres à la disparition du risque éventuel d'explosion, le système du disque de rupture présente une facilité de sabotage voire même de rupture accidentelle, dû à un effort externe localisé sur la surface même du disque. De même, il convient de signaler qu'en ce qui concerne la difficulté supplémentaire en cas d'existence d'un recouvrement dans la zone de sécurité, et comme cela est indiqué sur le Brevet d'Invention EP-0686120, l'utilisation de recouvrements occasionne par eux-mêmes une augmentation de la pression de rupture du disque, qui oscille entre 5 bars et 10 bars, ce qui représente le nombre de bars qu'exige la réalisation mécanique du 7 - disque en question, concernant les pressions de rupture ils oscillent entre 12 bars et 17 bars, et dans le cas d'un dessin de l'ensemble base-recouvrement, ils oscillent entre 22 bars, ou de 25 bars à 30 bars, dans le cas d'un dessin de l'ensemble base-recouvrement, ils oscillent entre 35 bars. Le fait de placer le disque dans le matériel de base du récipient à 12 bars au lieu de 22 bars, exige une réduction supplémentaire de l'épaisseur, une opération très complexe à réaliser étant donné qu'elle implique le placement du disque en question dans la zone proche à la galette, sans tenir compte de l'aspect de sécurité mécanique en rapport avec la possibilité de sabotage, ni les aspects négatifs en rapport avec la sortie directe du jet de fuite, et sans l'avantage de pouvoir le diriger contre d'autres éléments comme c'est le cas des cercles des tonneaux, des anses des bombonnes, etc., Cette partie considère qu'en guise de solution à la nécessité de disposer du collet central mentionnée auparavant, il convient de disposer d'une invention qui, due à son dessin en ce qui concerne la rainure, n'a non seulement pas du tout besoin de ce collet, mais qui en plus, pourrait être réalisée aussi bien sur les fonds que sur la partie cylindrique du récipient. En guise de solution à la difficulté de contrôle technique de l'épaisseur, on devrait disposer d'une invention permettant de réaliser la rainure sur n'importe quelle partie du chapeau, étant donné que le contr8le de l'épaisseur minimale rémanente devrait être réalisé en se servant notamment comme point de référence d'un point de la ligne d'une épaisseur plus réduite, au - 8 - lieu de l'ensemble des points de la ligne circulaire, c'est-à-dire, de la limite de la surface du disque. En outre, on devrait compter sur la garantie que la pièce se trouve dans la position correcte. Dans ce cas, on devrait seulement exiger la pression sur un point, au lieu de tout le contour du disque. Concernant le risque de rupture accidentelle pendant l'utilisation normale, on devrait disposer d'une invention pouvant réduire sensiblement cette possibilité au cas o il n'y aurait pas une surface débilitée comme c'est le cas d'autres solutions, mais plutôt une petite longueur qui ne provoque pas la concentration d'efforts. En dernier lieu, concernant la difficulté supplémentaire en cas d'absence de recouvrement dans la zone supérieure, l'invention considérée comme étant la plus appropriée devrait utiliser dans la zone la plus faible de la rainure un matériel poreux incorporé à l'intérieur du recouvrement, sans pour autant provoquer une augmentation de la pression, ce qui permettrait de situer la zone de rupture dans la situation la plus convenable pour la sécurité et de réaliser la rainure sur le matériel de base sans la nécessité de procéder à une réduction de l'épaisseur, cela étant possible grâce au recouvrement réalisé au moment de faire la rainure en question pour la même pression que celle fixée pour l'ensemble base-recouvrement, c'est-à-dire, celle fixée dans les exemples considérés de 22 à 35 bars, au lieu de 12 à 25 bars. Cependant, dans ce cas précis, le solliciteur n'a pas connaissance de l'existence dans l'actualité d'une invention présentant les caractéristiques -9 considérées comme étant les plus appropriées pour la solution problématique actuelle dans cette matière. DESCRIPTION DE L'INVENTION La rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression que l'invention propose, constitue en elle- même une trouvaille évidente dans son champ d'application spécifique, vu qu'elle aborde pratiquement d'une façon globale et complète la problématique mentionnée auparavant. De façon plus concrète, la rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression, considérée comme étant l'objet de l'invention, présente l'avantage d'avoir une ouverture programmée de façon graduelle à une pression pré-fixée, ce qui permet d'obtenir les effets suivants. A savoir: - Ne s'ouvre que la zone prévue dans la mesure nécessaire pour évacuer le débit qui s'introduit ou se produit à l'intérieur, ce qui fait qu'au lieu d'une explosion, il se produit un échappement. - La sortie est orientée dans la direction souhaitée, et la plus grande partie du débit libéré sort vers la direction prévue, ce qui permet d'adapter le dessin au moindre risque. - La réalisation et la mécanisation de la rainure sont faites de façon simple et précise et sont indépendantes de la position du récipient, ce qui garantit ainsi l'existence d'une épaisseur rémanente, indépendante de la courbure et ce qui permet le tarage de l'outil avec une fiabilité maximale. - 10 - - Concernant la rainure de sécurité qui est proposée dans cette invention, une rainure conçue pour la pression de rupture la plus réduite et au moyen de l'utilisation d'un matériel poreux placé dans son point de commencement de rupture (épaisseur minimale), ses propriétés ne se perdent pas en cas d'utilisation de recouvrements, indépendamment de l'épaisseur de celui-ci, si l'on élimine entièrement l'augmentation qui, sans cette solution, pourrait être de 5 - 10 bars. Pour ce faire, il est possible de maintenir au point d'épaisseur minimale une valeur acceptable qui, dans le cas contraire, pourrait provoquer des ruptures à la suite de petits coups. - Comme conséquence de ce qui a été dit auparavant, le risque de rupture accidentelle pendant l'utilisation normale du récipient, quand il est soumis à des efforts externes, c'est-à-dire à des coups, à des chocs, etc., localisés, est minime, étant donné qu'il ne présente pas une surface débilitée mais plutôt une longueur, ce qui élimine la concentration d'efforts. De même, il faut souligner que, si l'on prend en compte que la plupart des cuves sous pression sont dotées d'une partie cylindrique centrale qui se ferme au moyen de deux surfaces hémisphériques, demi- elliptiques, etc., la sécurité doit être réalisée de la façon la plus appropriée et dans la zone la plus adéquate pour obtenir l'objectif fixé. Dans l'invention, on constate l'utilisation d'un outil conique qui, étant donné qu'il est asymétrique, réalise l'ouverture dans le sens souhaité. - il - Comme conséquence de ce qui a été mentionné, l'utilisation d'une ou de plusieurs rainures linéaires réalisées sur un emballage au moyen d'un système quelconque possédant une profondeur variable de 0 au maximum, de forme circulaire, triangulaire, trapézoïdale etc., provoquant une débilitation de la tôle ou du matériel utilisé, occasionne en cas d'augmentation de la pression, au-delà de la pression de travail, la rupture à la pression prévue de façon contrôlée, aussi bien en ce qui concerne la taille de l'ouverture qu'en ce qui concerne la direction et la sortie d'échappement, maintenant ainsi la résistance maximale aux coups pendant l'utilisation normale et sans la nécessité de réduire l'épaisseur de la partie mécanisée, pour compenser l'augmentation de résistance du recouvrement utilisant à cet effet un matériel poreux sur la zone recouverte de la rainure. DESCRIPTION DES DESSINS Pour compléter la description menée à bien en ce moment et dans le but d'aider à une meilleure compréhension des caractéristiques de l'invention, la présente mémoire descriptive, considérée comme étant une partie intégrante de cette dernière, est accompagnée d'un jeu de plans très illustratif et non limitatif dans lequel est représenté ce qui suit: La figure numéro 1. Correspond à une série de différents types de cuves sous pression, sur lesquelles l'incorporation de l'objet de l'invention est réalisé, à savoir une rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression. Il est évident qu'elle peut aussi être incorporée à d'autres types de cuves sous pression non reflétées sur cette figure, comme cela peut être le cas - 12 - d'un réservoir de GLP, des tonneaux de bière ou des liquides du même genre, des -réservoirs et d'une bouteille de GLP. La figure numéro 2.- Montre la zone supérieure d'une cuve sous pression, dans laquelle se trouvent reflétées les tensions qui se produisent sur n'importe quel élément fini de la surface. La figure numéro 3.- Montre l'objet représenté sur la figure numéro 2, dans lequel une rainure de projection restangulaire ou elliptique, réalisée sur le fond ou sur la virole est incorporée. La figure numéro 4.- Correspond à une vue par A-A' de l'objet représenté sur la figure numéro 3. La figure numéro 5.- Montre une vue par B-B' de l'objet représenté sur la figure numéro 3. La figure numéro 6.- Correspond à une rainure qui se différencie de celles mentionnées sur les figures numéros 3 et 4, aussi bien en ce qui concerne sa projection, qu'en ce qui concerne sa section, étant donné qu'elle est obtenue au moyen d'un outil conique, ce qui permet d'obtenir au moyen de ce dessin la rupture et l'ouverture dans la direction souhaitée ou pré-établie. La figure numéro 7.- Montre une vue par C-C' de l'objet représenté sur la figure numéro 6. La figure numéro 8.- Montre une vue par D-D' de l'objet représenté sur la figure numéro 6. La figure numéro 9.- Montre une vue en élévation latérale dûment sectionnée d'un emballage, sur - 13 - lequel ont été réalisés la rainure pertinente et le revêtement ultérieur de la rainure en question au moyen d'un matériel de recouvrement, o le matériel poreux se trouve incorporé sur la rainure de sécurité. La figure numéro 10.- Correspond en dernier lieu, à une vue par E de l'objet représenté sur la figure 9. REALISATION PRÉFÉRABLE DE L'INVENTION Considérant ces figures, on peut observer comment la rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression, se présente comme une rainure linéaire d'une épaisseur variable, réalisée sur des équipements ou des récipients (1), (2), (3) et (4), ou sur d'autres ayant une application similaire, destinés à contenir des gaz ou des liquides sous pression; la rainure en question a pour mission celle de faire fonction d'élément ou de zone de sécurité pour la sortie du produit contenu quand la pression pour laquelle elle a été conçue est dépassée, elle constitue, en plus des caractéristiques du matériel dans lequel la rainure a été réalisé, l'élément qui définit l'épaisseur minimale restante à l'endroit de la profondeur maximale de la rainure en question. Par ailleurs, chacun des équipements ou des récipients peut avoir une ou plusieurs rainures. La rainure de sécurité pourra être réalisée à l'endroit le plus convenable selon le dessin et l'utilisation, et comme solutions concrètes proposées, sont considérées comme étant prioritaires les solutions suivantes: - 14 - Dans les équipements fixes, qui sont normalement réalisés conformément à ce qui a été indiqué auparavant, la rainure sera réalisée de préférence sur le cylindre, comme cela se trouve reflété sur les figures 3,4,5,6 et 7, des rainures marquées avec les références (11), (12), et (13), tandis que dans les équipements portables, la rainure sera réalisée de préférence sur l'un des fonds, de préférence sur le fond supérieur, comme cela se reflète sur les figures mentionnées. La rainure sera située loin de la zone cylindrique et près de l'endroit o l'angle formé par la tangente, au fond et la paroi du cylindre est de 60 , c'est-à-dire, là o l'angle résistant est de 30 . Comme on peut l'observer sur les figures adjointes, la forme de la rainure peut être différente; cela dépend en partie du processus de réalisation comme on le voit sur les figures 3,4 et 5, les rainures (11) et (12) présentent une section obtenue au moyen d'un outil de coupe rotative, ou bien au moyen d'un poinçon triangulaire, concrètement marqué avec la référence (12), quoique l'on doive indiquer que la réalisation des rainures au moyen d'un laser peut être obtenue de n'importe quelle forme. La section de la rainure peut pratiquement adopter n'importe quelle forme, comme on le voit sur la figure numéro 5, c'est-à-dire, qu'elle peut être rectangulaire, triangulaire, trapézoïdale, demi- circulaire, etc., Selon les figures numéros 6, 7 et 8, la rainure (13) peut présenter une section asymétrique, par exemple dans le cas o elle serait réalisée au moyen d'une fraise conique, ce qui a pour avantage de permettre - 15 - l'orientation de l'échappement dans une direction pré- fixée. Selon les figures numéros 9 et 10, on remarque que dans les réservoirs (1), (2), (3) et (4), qui sont parfois recouverts d'un matériel de base (20), dans lesquels a été réalisé un certain type d'empreinte réduisant ainsi de façon locale la résistance du matériel, aussi bien en ce qui concerne les solutions d'une épaisseur constante qu'en ce qui concerne celles d'une épaisseur variable, le recouvrement en question a été appliqué par la suite, en plaçant le matériel poreux équivalent (21), sans pratiquement pas de résistance à la pression, matériel placé juste au dessus du point ayant l'épaisseur la plus réduite. Il n'est pas nécessaire de s'étendre davantage sur cette description pour que n'importe quel expert en la matière comprenne l'envergure de l'invention tout comme les avantages que celle-ci comporte. Aussi bien les matériels, la forme, la taille, tout comme la disposition des éléments peuvent varier si toutefois cela ne suppose aucune altération à la nature essentielle de l'invention. Les termes employés pour décrire cette mémoire devraient toujours être considérés dans leur sens le plus large et non pas dans leur sens limitatif. REVENDICATIONS 1. Rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression, notamment celles destinées à être incorporées dans des équipements ou dans des récipients comme les récipients (1), (2), (3) et (4), conçus pour contenir des gaz, ou des liquides sous pression, ladite rainure étant destinée à servir de zone de sécurité quand la pression pour laquelle la cuve a été conçue est dépassée et elle est caractérisée en ce que la rainure (11), (12) ou (13) présente une épaisseur correspondant à une rupture du récipient lorsque la valeur de la pression a dépassé un seuil déterminé, ladite rainure pouvant être unitaire ou à plusieurs endroits du récipient.15 2. Rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression, selon la première revendication, caractérisée en ce que dans le cas des équipements fixes, elle est réalisée de préférence sur le cylindre et de façon longitudinale.20 3. Rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression, selon la première revendication, caractérisée en ce que dans le cas des équipements portables, elle est réalisée de préférence sur l'un des fonds, concrètement sur25 la partie supérieure et loin de la zone cylindrique mais à l'endroit o l'angle formé par la tangente au fond et la paroi du cylindre est de 60 minimum, c'est-à-d-ire, là o l'angle résistant présente 30 maximum, dans une situation tangente au cercle du fond.30 4. Rainure de sécurité aDopplicable aux cuves sous pression, selon la première revendication, caractérisé en ce que la section de la rainure peut pratiquement adopter toutes les formes possibles, c'est-à-dire, qu'elle peut être rectangulaire, triangulaire, trapézoïdale, demi- circulaire, etc. 5. Rainure de sécurité applicable aux cuves sous pression, selon la première revendication, caractérisée en ce que dans le cas des réservoirs dotés d'un recouvrement dans lequel a été réalisé un certain type d'empreinte, réduisant ainsi de façon locale la résistance du matériel et sur lequel est appliqué le recouvrement (20), un matériel poreux ou un matériel du même genre (21) sera placé, matériel sans résistance à la pression, et qui sera situé au-dessus du point ayant l'épaisseur la plus réduite.