Brevet FR2792387A1 — publié le 20001020

RACCORD A SOUPAPES POUR UN RECIPIENT SOUS PRESSION La présente invention se rapporte à un raccord à sou- papes pour un récipient sous pression, comprenant un carter pourvu d'un manchon destiné au récipient et d'un manchon de prélèvement, reliés par l'intermédiaire d'un canal de circu- lation du fluide qui peut être isolé par une soupape d'iso- lement, et comprenant en outre une soupape intégrée de régu- lation comportant un corps obturateur soumis à l'influence d'un ressort régulateur et muni d'un passage parcouru par le fluide, le côté dudit corps obturateur, qui est tourné vers la zone de pression amont, présentant un siège d'obturation et un premier élément d'étanchement pouvant être déplacés l'un par rapport à l'autre en séparant la zone de pression amont et la zone de pression aval. Des récipients sous pression, en particulier des bou- teilles de gaz comprimé sous haute pression, servent au conditionnement et à la livraison de différents gaz. Les ré- cipients renferment lesdits gaz soit à l'état gazeux, sous des pressions élevées, soit sous la forme d'un liquide pres- surisé dans le cas du dioxyde de carbone, par exemple. D'autres gaz, par exemple l'acétylène, sont dissous dans un fluide récepteur tel que de l'acétone, sous pression à l'in- térieur du récipient, afin d'éviter un risque d'explosion. Pour régler et/ou réguler une pression aval infé- rieure à la haute pression amont régnant dans le récipient sous pression, on utilise des raccords à soupapes équipés de régulateurs de pression. Un raccord de ce genre fait partie de l'état de la technique, par exemple d'après la demande de brevet DE-A1-34 41 348. Ledit raccord comprend un clapet ré- ducteur de pression intégré dans le carter, et un régulateur de pression muni d'un ressort régulateur. Le régulateur de pression réduit la pression statique du côté soutirage (zone de pression aval). Aussi longtemps qu'un fluide pressurisé peut circuler par la soupape, le ressort régulateur maintient ladite soupape ouverte et le corps obturateur est soulevé. Lors de la fermeture de la soupape du côté soutirage, il se développe, dans la zone de pression aval, une pression qui amène le corps obturateur à sa position de fermeture, en association avec le ressort ré- gulateur et avec les surfaces efficaces du corps obturateur, et ferme ainsi la soupape. Une modification de la précharge du ressort permet de régler la pression maximale dans la zone de pression aval. L'on stocke fréquemment, dans les récipients sous pression, des gaz particuliers qui ne doivent pas être mé- langés à d'autres gaz ou à de l'air, pour des raisons de sé- curité ou du fait de leur utilisation spécifique, par exem- ple en tant que gaz purs dans la technique, en tant que gaz médicaux ou en tant que gaz d'immersion. C'est pourquoi les récipients sous pression sont équipés de raccords à soupapes possédant des soupapes intégrées à pression résiduelle. Un raccord doté d'une soupape intégrée à pression résiduelle fait, par exemple, partie de l'art antérieur d'après le brevet EP-B1-0 458 253 ou la demande de brevet DE-Al-197 09 096. La soupape à pression résiduelle est réa- lisée à la manière d'un clapet antiretour. En présence d'une pression intérieure supérieure à la pression résiduelle ré- glée, elle est soulevée de son siège d'obturation, et donc ouverte. En cas de dépassement négatif de la pression rési- duelle, la soupape provoque un isolement en étant actionnée par un ressort. Ainsi, lorsque la soupape de soutirage est ouverte, la soupape à pression résiduelle empêche une sup- pression totale de la pression, dans le récipient, dès que la pression intérieure du gaz dépasse négativement une pres- sion minimale prédéterminée. Cela permet d'assurer que le récipient sous pression ne doive pas être mis sous vide, ou rincé lors de chaque nouvel emplissage. En outre, la soupape à pression résiduelle empêche des substances étrangères de pénétrer de l'extérieur. Les types de réalisation connus de raccords à soupa- pes ont fondamentalement fait leurs preuves. Ils ont été constamment perfectionnés au fil du temps. Toutefois, l'on vise à conférer un agencement structurel plus compact et plus simple à des raccords à soupapes. De ce fait, en se fondant sur l'art antérieur, l'in- vention a pour objet de fournir un raccord à soupapes à pression régulable, disposant d'un blocage de la pression résiduelle du gaz, dont la structure et la fabrication soient techniquement simples et dont le fonctionnement soit fiable. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait qu'un siège d'étanchement, coopérant avec un second élément d'étanchement, est prévu côté soutirage du corps ob- turateur, le second élément d'étanchement isolant le canal de circulation du fluide dans la zone de pression aval, en cas de dépassement négatif d'une pression résiduelle dans le récipient sous pression, en venant s'appliquer contre le siège d'étanchement. L'aspect crucial de l'invention réside dans la mesure consistant à prévoir sur la soupape de régulation, en plus de l'élément d'étanchement dans la zone de pression amont, également du côté soutirage du corps obturateur, un second élément d'étanchement qui coopère avec un siège d'étanche- ment et qui, en cas de dépassement négatif d'une pression résiduelle dans le récipient, isole le canal de circulation du fluide dans la zone de pression aval, en venant s'appli- quer sur ledit siège d'étanchement. La pression résiduelle peut être déterminée structu- rellement. Elle dépend de la force élastique du ressort ré- gulateur et de la courbe caractéristique d'élasticité de celui-ci, ainsi que de la distance entre le corps obturateur et le siège d'étanchement. La possibilité est également of- ferte d'agencer le raccord de façon telle que la pression résiduelle soit réglable. Dans le raccord à soupapes conforme à l'invention, les fonctions de la soupape de régulation et de la soupape à pression résiduelle sont structurellement regroupées et af- fectées à un corps obturateur. Conformément à l'invention, l'excursion du ressort régulateur agissant sur le corps ob- turateur est mise à profit pour assurer, respectivement, la réaction ou la fermeture de la soupape à pression rési- duelle. Aussitôt que la pression amont dépasse négativement la pression aval, le ressort régulateur de la soupape de ré- gulation se détend et imprime un mouvement translatoire au corps obturateur. Dans ce cas, le second élément d'étanche- ment vient s'appliquer contre le siège d'étanchement associé audit corps obturateur, et assure l'étanchéité de la zone de pression amont vis-à-vis de l'atmosphère. De la sorte, dans une soupape à régulateur de pres- sion intégré, un blocage de la pression résiduelle du gaz peut être concrètement obtenu sans pièces structurelles ad- ditionnelles complexes. Ledit blocage empêche le récipient sous pression d'être totalement vidé par l'intermédiaire du manchon de prélèvement. Cela assure, par conséquent, que la pression régnant dans le récipient soit en permanence supé- rieure à la pression atmosphérique. Un échange gazeux avec l'environnement est ainsi évité. En conséquence, l'on inter- dit également une pénétration de l'humidité de l'air, pou- vant se traduire par des corrosions dans le récipient sous pression, et l'on garantit la pureté du fluide pressurisé à stocker dans ledit récipient. Avant l'emplissage du réci- pient, il est possible de se dispenser de mesures complexes prises pour assurer la création d'un vide. Le raccord à soupapes conforme à l'invention est d'une fabrication techniquement avantageuse, car il supprime des alésages supplémentaires destinés à recevoir une soupape distincte à pression résiduelle. Egalement pour ce qui concerne le montage des pièces individuelles et la mainte- nance, ledit raccord offre de nombreux avantages dans la pratique. Dans le principe, le ressort régulateur peut être concrétisé par des éléments élastiques de types différents, par exemple par un ressort pneumatique. Diverses réalisa- tions du corps obturateur sont possibles, elles aussi, par exemple en tant que piston ou membrane. Le corps obturateur peut être avantageusement formé d'un piston étagé guidé dans un alésage. Un ressort hélicoï- dal de pression peut être utilisé en tant que ressort régu- lateur. Cette réalisation fonctionne fiablement, sans vibra- tions en service, et se prête bien à un ajustement. Le second élément d'étanchement peut être conçu de différentes manières, par exemple comme une couche d'étan- chement en élastomère vulcanisée sur le corps obturateur, ou garnitures d'étanchement similaires. En tant que second élément d'étanchement, il est ju- dicieusement possible d'utiliser un joint torique qui est encastré dans une saignée annulaire, à la périphérie du pas- sage parcouru par le fluide, et coopère avec un bourrelet annulaire ménagé sur le carter et formant le siège d'étan- chement. Cette réalisation est d'une fabrication et d'un mon- tage techniquement simples. L'obtention du blocage de la pression résiduelle du gaz réclame uniquement un joint tori- que et le bourrelet annulaire dans le carter, remplissant la fonction d'un siège d'étanchement. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe verticale d'un raccord à soupapes conforme à l'invention; et la figure 2 est une illustration, à échelle agrandie, du fragment II de la figure 1. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un raccord à soupapes pouvant être affecté à un récipient sous pression (bouteille de gaz) non représenté en détail. Le raccord 1 à soupapes comporte un carter 2 en plusieurs parties, avec un manchon 3 destiné au récipient et un manchon de prélèvement 4 rapporté de manière articulée. En vue de la consignation à demeure sur un récipient à gaz comprimé, le raccord 1 est vissé de manière étanche, par une région filetée 5 du man- chon 3, dans un trou taraudé correspondant dudit récipient. La liaison acheminant le gaz entre le manchon 3 et le man- chon 4, d'une zone de pression amont VD à une zone de pres- sion aval HD, est établie par un canal 6 de circulation du fluide formé de plusieurs segments, par des alésages longi- tudinaux, transversaux et obliques. Une soupape d'isolement 7 est intégrée dans le carter 2. L'actionnement de la soupape 7 s'effectue à l'aide d'un volant 8. Grâce à une rotation dudit volant 8, un élément obturateur 9, dans lequel une garniture d'étanchement 10 est incorporée, peut être respectivement plaqué contre un siège principal d'obturation 11 ou être soulevé dudit siège 11. Cela a respectivement pour effet d'isoler ou de libérer le canal 6 de circulation du fluide. Un manomètre 12, intégré dans le volant 8, est en communication avec le canal 6 de circulation du fluide par l'intermédiaire d'un perçage capillaire 13. De la sorte, il est possible d'afficher la pression régnant dans la zone de pression amont VD du raccord à soupapes. Le manomètre 12 est fixe par rapport au volant 8 ro- tatif. A cette fin, ledit manomètre 12 est logé dans un porte- manomètre 14 vissé, par un mamelon fileté 15, dans une broche supérieure 16 de la soupape dans laquelle sa rotation est interdite. En vue de l'emplissage du récipient sous pression, le raccord 1 à soupapes possède un manchon d'emplissage 17 à clapet antiretour 18 intégré. Pour emplir un récipient sous pression, un corps obturateur 19 du clapet antiretour 18 est presse en s'opposant à la force d'un ressort 20 logé dans un alésage transversal formant partie intégrante du canal 6 de circulation du fluide, puis le récipient peut être empli par l'intermédiaire de la partie inférieure dudit canal 6. Le -7 clapet antiretour 18 se ferme automatiquement après l'achè- vement de l'opération d'emplissage. Une soupape de régulation 21 est par ailleurs inté- grée dans le carter 2. Ladite soupape 21 sépare la zone de pression amont VD et la zone de pression aval HD du raccord 1 à soupapes. La soupape 21 comprend un corps obturateur re- vêtant la forme d'un piston étagé 22 qui est guidé dans un alésage 23, pareillement étagé, et coopère avec un ressort régulateur 24. Un ressort hélicoïdal de pression est utilisé en tant que ressort régulateur 24. Le piston 22 est tra- versé, en son centre, par un passage 25 parcouru par le fluide. Le ressort régulateur 24 prend appui, d'une part, dans un logement 26 pratiqué dans le carter 2 et faisant partie intégrante de l'alésage 23 et, d'autre part, dans un logement 27 du piston 22. Un siège d'obturation 29 et un premier élément d'étanchement 30 se trouvent sur un côté 28 du piston 22 qui est tourné vers la zone de pression amont VD. L'élément 30 peut être déplacé vis-à-vis du siège 29, conjointement au piston 22. Lorsque le piston 22 ou l'élément 30 est respec- tivement appliqué contre le siège 29, la force élastique qui en résulte détermine la pression régnant dans la zone de pression aval HD. Du gaz peut être soutiré par l'intermédiaire d'une prise 31 de pression aval. La pression aval et le débit considéré peuvent être réglés. A cette fin, la prise 31 est en communication, par l'intermédiaire d'un perçage 34 et d'une gorge 33 façonnée dans un support 32 de disque sélec- teur (cf. figure 2), avec la zone de pression aval HD sur un côté soutirage 35 du corps obturateur (piston 22). Le sup- port 32 est monté à rotation dans le carter 2, et est ac- tionné par un volant 36 prenant des positions d'encliquetage bien définies. Un disque sélecteur 37 est interposé entre le support 32 et le carter 2, et est verrouillé en rotation vis-à-vis dudit support 32. Le disque 37 est pourvu de trous de diamètres différents, ce qui permet de commander le débit sur la prise 31. C'est pourquoi le disque 37 est également désigné par "disque sélecteur de débit". La prise 31 peut aussi être obturée par l'intermédiaire du disque 37. Ledit disque 37 prend appui, dans le carter 2, contre des bagues de glissement 38 qui, d'une part, assurent l'étanchéité de la zone de pression aval HD et, d'autre part, remplissent la fonction de coussinets de glissement. Un blocage de la pression résiduelle du gaz est concrètement obtenu à l'aide du piston 22 de la soupape de régulation 21. Ledit piston 22 présente à cet effet du côté du soutirage, c'est-à-dire sur un côté 39 tourné vers le disque sélecteur 37, un second élément d'étanchement 40 qui coopère avec un siège d'étanchement 41. En cas de dépasse- ment négatif d'une pression minimale réglable, dans le réci- pient sous pression, l'élément 40 isole le canal 6 de circu- lation du fluide dans la zone de pression aval HD, en venant s'appliquer sur le siège 41. La pression résiduelle dépend de la force élastique du ressort régulateur 24 et de la courbe caractéristique d'élasticité de ce dernier, ainsi que de la distance entre le piston 22 et le siège 41. Comme le met notamment en lumière la figure 2, le se- cond élément d'étanchement 40 est un joint torique encastré dans une saignée annulaire 42, à la périphérie du passage 25 parcouru par le fluide. Le siège d'étanchement 41 est réa- lisé sous la forme d'un bourrelet annulaire 43 dans le car- ter 2, au-dessous du support 32 du disque sélecteur. A l'état sollicité par la pression, et lorsque du gaz s'écoule par l'intermédiaire de la prise 31 de pression aval, un équilibre de forces s'instaure entre les forces ré- sultantes qui proviennent de la pression amont et d'une sur- face Ai sur le siège d'obturation 29; de la pression aval et d'une surface A2 sur le siège d'étanchement 41; ainsi que de la force du ressort régulateur 24. Le piston 22 est soulevé à l'écart du siège 29 et est parcouru par le gaz. Ce dernier parvient ensuite dans le passage 25 parcouru par le fluide, par l'intermédiaire d'une chambre annulaire 44 entre le premier gradin de l'alésage 23 et le premier gradin du piston 22, en empruntant des orifices transversaux 45, pour gagner la prise 31. Si le flux gazeux est interrompu, par exemple sous l'action du disque sélecteur 37, l'équilibre de forces se décale et la force résultant de la surface A2 et de la pression aval prédomine. Le piston 22 est déplacé contre le siège d'obturation 29 et son étanchéité est assu- rée sur la surface Ai, en s'opposant à la pression amont. Si, lors d'un soutirage de gaz, la pression amont chute en deçà de la pression aval résultant des rapports su- perficiels Al/A2, de ladite pression amont et de la force du ressort, c'est la force élastique du ressort régulateur 24 qui prédomine. Celui- ci se détend et imprime un mouvement transiatoire au piston 22, vers le haut dans le plan du des- sin, pour l'appliquer contre le siège d'étanchement 41. Le flux gazeux est alors interrompu. La zone de pression amont VD est rendue étanche par rapport à l'atmosphère. Un blocage de la pression résiduelle du gaz est ainsi concrètement ob- tenu, du côté prélèvement du corps obturateur (piston 22), à l'aide du siège d'étanchement 41 et du second élément d'étanchement 40 situé dans cette région. Cela a pour effet d'assurer que le récipient sous pression ne puisse pas être totalement vidé par l'intermédiaire de la prise 31 de pres- sion aval. La pureté d'un gaz renfermé par le récipient s'en trouve garantie, et une mise sous vide complexe n'est pas nécessaire avant le remplissage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au raccord à soupapes décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. -R E V E N D I C A T I ONS- 1. Raccord à soupapes pour un récipient sous pres- sion, comprenant un carter (2) pourvu d'un manchon (3) des- tiné au récipient et d'un manchon de prélèvement (4), reliés par l'intermédiaire d'un canal (6) de circulation du fluide qui peut être isolé par une soupape d'isolement (7), et com- prenant en outre une soupape intégrée de régulation (21) comportant un corps obturateur (22) soumis à l'influence d'un ressort régulateur (24) et muni d'un passage (25) par- couru par le fluide, le côté (28) dudit corps obturateur (22), qui est tourné vers la zone de pression amont (VD), présentant un siège d'obturation (29) et un premier élément d'étanchement (30) pouvant être déplacés l'un par rapport à l'autre en séparant la zone de pression amont (VD) et la zone de pression aval (HD), raccord caractérisé par le fait qu'un siège d'étanchement (41), coopérant avec un second élément d'étanchement (40), est prévu côté soutirage du corps obturateur (22), le second élément d'étanchement (40) isolant le canal (6) de circulation du fluide dans la zone de pression aval (HD), en cas de dépassement négatif d'une pression résiduelle dans le récipient sous pression, en venant s'appliquer contre le siège d'étanchement (41). 2. Raccord selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps obturateur (22) est formé d'un piston étagé guidé dans un alésage (23), et un ressort hélicoïdal de pression est utilisé en tant que ressort régulateur (24). 3. Raccord selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le second élément d'étanchement (40) est un joint torique qui est encastré dans une saignée annulaire (42), à la périphérie du passage (25) parcouru par le fluide, et coopère avec un bourrelet annulaire (43) ménagé sur le carter (2) et formant le siège d'étanchement (41).