Brevet FR2804488A1 — publié le 20010803

-1 - DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine de la circulation de fluide gazeux dans des conduits, notamment les réseaux de distribution de gaz naturel aux particuliers, et a pour objet un dispositif d'obturation de sécurité, pour la coupure de l'écoulement gazeux en cas de fuite ou de dépression importante en aval. On connaît déjà actuellement divers dispositifs de sécurité du type précité, qui obture brutalement le passage d'écoulement du gaz dans une portion de conduite donnée lorsque le débit dépasse une valeur seuil. Ainsi, par le document EP-A-0 491 027, on connaît un dispositif de fermeture de sécurité, destiné à être monté dans un conduit transportant un fluide gazeux. Ce dispositif comprend, d'une part, un corps en forme de manchon tubulaire, pouvant être installé de manière fixe et avec une étanchéité extérieure dans une portion de conduit, et, d'autre part, un élément formant soupape et mobile par rapport audit corps, la tête de soupape présentant une section transversale inférieure à la section de passage de ladite portion de conduit, mais adaptée pour obturer de manière étanche, par coopération de formes, l'une des ouvertures dudit corps, et étant sollicitée, sous l'action d'une force élastique, vers une position d'ouverture calée, située à distance de l'ouverture à obturer en direction amont par rapport à l'écoulement normal du fluide gazeux. Ce dispositif connu présente toutefois un inconvénient majeur, à savoir que le ressort de compression générant la force élastique est situé dans le passage formé par le corps tubulaire et constitue, par conséquent, un élément perturbateur du flux, empêchant la création ou la reconstitution d'un écoulement laminaire à ce niveau, et introduisant une perte de charge. En outre, ledit ressort est logé dans un boîtier relié au corps tubulaire par des ailes de fixation et à la tête de soupape par une queue centrale, ce qui accroît davantage encore la perturbation de l'écoulement et complique la fabrication du dispositif, et induit une perte de charge. La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités. A cet effet, elle a pour objet un dispositif d'obturation de sécurité, à passage intégral, destiné à être monté dans un conduit -2- transportant un fluide gazeux, comprenant, d'une part, un corps en forme de manchon tubulaire, pouvant être installé de manière fixe et avec une étanchéité extérieure dans une portion de conduit, et, d'autre part, un élément formant soupape et mobile par rapport audit corps, la tête de soupape présentant une section transversale inférieure à la section de passage de ladite portion de conduit, mais adaptée pour obturer de manière étanche, par coopération de formes, l'une des ouvertures dudit corps, et étant sollicitée, sous l'action d'une force élastique, vers une position d'ouverture calée, située à distance de l'ouverture à obturer en direction amont par rapport à l'écoulement normal du fluide gazeux, caractérisé en ce que la tête de soupape est prolongée par au moins trois pattes s'étendant le long de la paroi interne du corps en forme de manchon tubulaire et guidées en translation, au niveau de leurs extrémités libres pourvues de patins de guidage adaptés, dans des segments de rainures ou de fentes longitudinales correspondantes ménagées dans la paroi d'une portion aval du corps, attenante à l'ouverture aval opposée à l'ouverture amont pouvant être obturée par la tête de soupape, la force élastique étant produite par un ressort de compression à boudin monté dans ladite portion aval du corps, dont les spires sont plaquées contre la paroi interne de ladite portion aval et qui prend appui sous pression sur les extrémités libres des pattes pour solliciter l'élément formant soupape dans sa position d'ouverture calée. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale et en coupe longitudinale d'un dispositif d'obturation de sécurité en position d'ouverture, selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue de dessous du dispositif représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation latérale d'un élément de soupape faisant partie du dispositif représenté sur les figures 1 et 2; la figure 4 est une vue en élévation latérale et en coupe longitudinale d'un dispositif d'obturation de sécurité en position d'ouverture, selon un second mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue de dessous du dispositif représenté sur la figure 4; 3 - la figure 6 est une vue en élévation latérale d'un élément formant soupape faisant partie du dispositif représenté sur les figures 4 et 5, et, la figure 7 est une vue en élévation latérale du corps tubulaire du dispositif représenté sur les figures 4 et 5. Comme le montrent les figures des dessins annexés, le dispositif d'obturation de sécurité 1, destiné à être monté dans un conduit transportant un fluide gazeux, comprend, d'une part, un corps 2 en forme de manchon tubulaire, pouvant être installé de manière fixe et avec une étanchéité extérieure 3 dans une portion de conduit, et, d'autre part, un élément 4 formant soupape et mobile par rapport audit corps 2, la tête de soupape 5 présentant une section transversale inférieure à la section de passage de ladite portion de conduit, mais adaptée pour obturer de manière étanche, par coopération de formes, l'une 2' des ouvertures dudit corps 2, et étant sollicitée, sous l'action d'une force élastique, vers une position d'ouverture calée, située à distance de l'ouverture 2' à obturer en direction amont par rapport à l'écoulement normal du fluide gazeux. Conformément à l'invention, la tête de soupape 5 est prolongée par au moins trois pattes 6 s'étendant le long de la paroi interne du corps 2 en forme de manchon tubulaire et guidées en translation, au niveau de leurs extrémités libres 6' pourvues de patins de guidage 7 adaptés, dans des segments de rainures 8 ou de fentes 9 longitudinales correspondantes ménagées dans la paroi d'une portion aval 2" du corps 2, attenante à l'ouverture aval opposée à l'ouverture amont 2' pouvant être obturée par la tête de soupape 5, la force élastique étant produite par un ressort de compression 10 à boudin monté dans ladite portion aval 2" du corps 2, dont les spires 10' sont plaquées contre la paroi interne de ladite portion aval 2" et qui prend appui sous pression sur les extrémités libres 6' des pattes 6 pour solliciter l'élément formant soupape 4 dans sa position d'ouverture calée. Par ces dispositions, entraînant un déplacement des pattes 6 formant queue de soupape et du ressort de compression 10 vers la périphérie du passage d'écoulement du fluide gazeux dans le corps 2 en forme de manchon tubulaire, on libère sensiblement la totalité de la section de passage, en éliminant presque totalement tout obstacle perturbateur du flux et en autorisant, déjà au niveau du corps 2, l'établissement ou le rétablissement d'un flux laminaire en position ouverte du dispositif d'obturation 1. -4- Dans cette dernière position, le flux gazeux passe entre le bord latéral de la tête de soupape et la portion de conduit recevant le dispositif 1. Toutefois, lorsque le débit gazeux dépasse une valeur seuil, correspondant à une pression d'intensité donnée sur la tête 5 de l'élément 4 formant soupape, légèrement supérieure à la pression exercée par le ressort de compression 10 sur les pattes 6, ledit élément 4 formant soupape est brutalement déplacé de sa position d'ouverture vers une position de fermeture dans laquelle il repose sur le bord de l'ouverture amont 2' et obture de manière étanche cette dernière. Bien entendu, cette valeur seuil de pression et donc de débit peut être calibrée en fonction du coefficient d'élasticité et du dimensionnement du ressort de compression 10 utilisé. En outre, on notera que la tête de soupape 5 pourra présenter au niveau de son côté frontal ou amont différents profils en fonction, le cas échéant, de la nature du fluide et des caractéristiques d'écoulement dans la portion de conduit concerné, à savoir un profil en forme de pointe, en forme de demi-sphère, en forme de dôme plus ou moins aplati, en forme de plateau à bord arrondi, ou analogue. Conformément à une caractéristique de l'invention, permettant de minimiser les perturbations du flux gazeux dans le corps 2, la portion aval 2" de ce dernier 2 peut présenter un diamètre intérieur supérieur à celui de la portion amont 2"' du corps 2, de manière à créer un renfoncement interne annulaire 11 dans la paroi de cette portion du corps 2 pour une réception effacée du ressort de compression 10. Avantageusement, la profondeur de renfoncement pourra correspondre au diamètre des spires 10' du ressort 10, de telle manière que la face interne desdites spires soit de niveau avec la paroi interne de l'extrémité aval de la portion amont 2"' du corps 2. En outre, pour garantir un plaquage intime des spires 10' contre la paroi de renfoncement 11, le diamètre externe du ressort pourra éventuellement être légèrement supérieur au diamètre interne dudit renfoncement de telle manière que ce dernier soit mis en place et installé dans ledit corps 2 suite à une légère contraction radiale. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, représenté notamment aux figures 2, 3, 5 et 6 des dessins annexés, l'élément formant soupape 4 comporte trois pattes 6 longitudinales réparties de manière équiangulaire autour de la tête de soupape 5, présentant chacune une -5 - structure lamellaire allongée ou en forme de languette, le cas échéant renforcée par une nervure 12 sur sa face interne, dont la section s'accroît en direction de l'extrémité 6' et qui fournit, en association avec cette dernière, une zone d'appui à extension radiale pour le ressort de compression 10. Pour garantir simultanément, d'une part, un déplacement aisé de l'élément 4 formant soupape de sa position de fermeture vers sa position d'ouverture et vice versa et, d'autre part, une application intime des pattes contre la paroi interne du corps 2, lesdites pattes 6 présentent chacune, en partant de la tête de soupape 5, d'une part, une première partie droite 6" sensiblement parallèle à l'axe longitudinal L de l'élément en forme de soupape 4 et correspondant à la portion desdites pattes 6 qui dépasse du corps 2 lorsque l'élément en forme de soupape 4 est situé en position d'ouverture calée et, d'autre part, une seconde partie droite 6"' faisant suite à la première partie 6" et s'étendant jusqu'à l'extrémité libre 6' inclinée vers l'extérieur ou divergente par rapport à l'axe longitudinal L en direction de ladite extrémité 6'. Les secondes parties 6"' des pattes 6' sont par conséquent soumises à une légère compression élastique après leur introduction dans le corps 2, ce qui entraîne un maintien sous pression des patins 7 dans les portions de rainures 8 et de fentes 9 et évite leur extraction de ces derniers, notamment en cours d'un mouvement en translation de l'élément 4 en forme de soupape. Conformément à une variante de réalisation préférentielle de l'invention, représentée notamment sur les figures 1, 3, 4, 6 et 7 des dessins annexés, les patins de guidage 7 sont formés sur les extrémités libres 6' des pattes 6 en étant radialement proéminents vers l'extérieur et en définissant chacun un décrochement radial 7' en direction de la tête de soupape 5, lesdits décrochement 7' venant en butée contre les bords formant les limites amont 8', 9' des segments de rainures 8 ou de fentes 9 de guidage correspondants lorsque l'élément formant soupape 4 arrive en position d'ouverture calée. Ainsi, ladite position d'ouverture, de même que la section de passage à l'ouverture peut être définie très précisément en ajustant la longueur des pattes 6 et la position longitudinale des bords 8' ou 9' des segments de rainures 8 ou de fentes 9. En vue d'éviter une extraction totale de l'élément 4 en forme de soupape du corps 2 sous l'effet du ressort de compression 10, il peut être -6avantageusement prévu que les décrochements radiaux 7' des extrémités libres 6' des pattes 6, d'une part, et les bords 8', 9' formant les limites amont des segments de rainures 8 ou de fentes 9 de guidage, d'autre part, présentent en section des faces frontales à inclinaisons opposées, de manière à obtenir, lorsqu'ils sont mutuellement en butée, une liaison par accrochage de crans complémentaires (voir figures 3, 6 et 7). En vue de permettre une installation et un calage aisés du dispositif 1 dans la portion de conduit concernée, d'éviter un dysfonctionnement (par exemple par grippage) dudit dispositif 1 en cas d'application de chaleur ou de pression lors de l'installation et d'assurer un montage et une rétention sûre du ressort de compression 10, la portion aval 2" du corps 2 en forme de manchon tubulaire est composée de plusieurs languettes 13 séparées par des fentes longitudinales 13', dont certaines constituent, le cas échéant, des segments de fentes de guidage 9 pour les patins 7 formés sur les extrémités libres 6' des pattes 6 de l'élément en forme de soupapes 4, chaque languette 13 présentant, au niveau de son extrémité libre un rebord intérieur 14 pour l'appui du ressort de compression 10 et un rebord extérieur 14' pour la rétention et le calage d'un anneau de serrage 15 maintenant les languettes 13 à l'intérieur d'un périmètre circulaire limite. Lorsque les patins 7 sont guidés dans des segments de fentes 9, ils sont en outre pourvus d'ailettes latérales 7" venant en appui sur la face interne des languettes 13 adjacentes aux fentes de guidage 9 et assurant un guidage radial desdits patins 7 en association avec le guidage longitudinal assuré par lesdites fentes 9. Comme le montrent les figures 1 et 4 des dessins annexés, ainsi qu'en partie les figures 3, 6 et 7, l'étanchéité entre la tête de soupape 5 et le corps 2 en forme de manchon, en position d'obturation rétractée de l'élément formant soupape 4, peut être réalisée par l'intermédiaire d'un joint torique 16 monté dans une rainure circonférentielle 16' s'étendant au niveau du bord latéral inférieur de ladite tête de soupape 5 venant en appui sur une surface annulaire inclinée 17 délimitant l'ouverture amont 2' dudit corps 2 et formant siège de soupape. En outre, l'étanchéité entre le corps 2 en forme de manchon tubulaire ou de douille et la portion de conduit dans laquelle il est logé, peut être réalisé par l'intermédiaire d'un joint torique 3 monté dans une rainure circonférentielle extérieure 3' ménagée dans ledit corps 2 (voir figure 1) . -7- De manière préférentielle, le corps 2 en forme de manchon tubulaire et l'élément formant soupape 4 sont réalisés, par exemple par moulage par injection, en un matériau synthétique rigide (mais néanmoins faiblement élastique sous forme d'éléments allongés et de faible épaisseur) et chimiquement insensible au fluide gazeux qui le traverse, ledit corps 2 présentant un passage intérieur s'élargissant coniquement, selon un angle d'environ 5 , sur une partie au moins de sa portion amont 2"' s'étendant jusqu'à sa portion aval 2". Cet élargissement conique contribuera de manière favorable au rétablissement d'un flux laminaire dans le corps 2. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. - 8 - REVENDICATIONS 1) Dispositif d'obturation de sécurité, à passage intégral, destiné à être monté dans un conduit transportant un fluide gazeux, comprenant, d'une part, un corps en forme de manchon tubulaire, pouvant être installé de manière fixe et avec une étanchéité extérieure dans une portion de conduit, et, d'autre part, un élément formant soupape et mobile par rapport audit corps, la tête de soupape présentant une section transversale inférieure à la section de passage de ladite portion de conduit, mais adaptée pour obturer de manière étanche, par coopération de formes, l'une des ouvertures dudit corps, et étant sollicitée, sous l'action d'une force élastique, vers une position d'ouverture calée, située à distance de l'ouverture à obturer en direction amont par rapport à l'écoulement normal du fluide gazeux, caractérisé en ce que la tête de soupape (5) est prolongée par au moins trois pattes (6) s'étendant le long de la paroi interne du corps (2) en forme de manchon tubulaire et guidées en translation, au niveau de leurs extrémités libres (6') pourvues de patins de guidage (7) adaptés, dans des segments de rainures (8) ou de fentes (9) longitudinales correspondantes ménagées dans la paroi d'une portion aval (2") du corps (2), attenante à l'ouverture aval opposée à l'ouverture amont (2') pouvant être obturée par la tête de soupape (5), la force élastique étant produite par un ressort de compression (10) à boudin monté dans ladite portion aval (2") du corps (2) , dont les spires (10') sont plaquées contre la paroi interne de ladite portion aval (2") et qui prend appui sous pression sur les extrémités libres (6') des pattes (6) pour solliciter l'élément formant soupape (4) dans sa position d'ouverture calée. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion aval (2") du corps (2) présente un diamètre intérieur supérieur à celui de la portion amont (2"') du corps (2), de manière à créer un renfoncement interne annulaire (11) dans la paroi de cette portion du corps (2) pour une réception effacée du ressort de compression (10). 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément formant soupape (4) comporte trois pattes (6) longitudinales réparties de manière équiangulaire autour de la tête de soupape (5), présentant chacune une structure lamellaire allongée ou en forme de languette, le cas échéant renforcée par une nervure (12) sur sa face interne, dont la section s'accroît en direction de l'extrémité (6') et qui -9- fournit, en association avec cette dernière, une zone d'appui à extension radiale pour le ressort de compression (10). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les patins de guidage (7) sont formés sur les extrémités libres (6') des pattes (6) en étant radialement proéminents vers l'extérieur et en définissant chacun un décrochement radial (7') en direction de la tête de soupape (5), lesdits décrochement (7') venant en butée contre les bords formant les limites amont (8', 9') des segments de rainures (8) ou de fentes (9) de guidage correspondants lorsque l'élément formant soupape (4) arrive en position d'ouverture calée. ) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les décrochements radiaux (7') des extrémités libres (6') des pattes (6), d'une part, et les bords (8', 9') formant les limites amont des segments de rainures (8) ou de fentes (9) de guidage, d'autre part, présentent en section des faces frontales à inclinaisons opposées, de manière à obtenir, lorsqu'ils sont mutuellement en butée, une liaison par accrochage de crans complémentaires. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pattes (6) présentent chacune, en partant de la tête de soupape (5), d'une part, une première partie droite (6") sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (L) de l'élément en forme de soupape (4) et correspondant à la portion desdites pattes (6) qui dépasse du corps (2) lorsque l'élément en forme de soupape (4) est situé en position d'ouverture calée et, d'autre part, une seconde partie droite (6"') faisant suite à la première partie (6") et s'étendant jusqu'à l'extrémité libre (6') inclinée vers l'extérieur ou divergente par rapport à l'axe longitudinal (L) en direction de ladite extrémité (6'). 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la portion aval (2") du corps (2) en forme de manchon tubulaire est composée de plusieurs languettes (13) séparées par des fentes longitudinales (13'), dont certaines constituent, le cas échéant, des segments de fentes de guidage (9) pour les patins (7) formés sur les extrémités libres (6') des pattes (6) de l'élément en forme de soupapes (4), chaque languette (13) présentant, au niveau de son extrémité libre un rebord intérieur (14) pour l'appui du ressort de compression (10) et un rebord extérieur (14') pour la rétention et le calage d'un anneau de serrage (15) maintenant les -10- languettes (13) à l'intérieur d'un périmètre circulaire limite. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étanchéité entre la tête de soupape (5) et le corps (2) en forme de manchon, en position d'obturation rétractée de l'élément formant soupape (4), est réalisée par l'intermédiaire d'un joint torique (16) monté dans une rainure circonférentielle (16') s'étendant au niveau du bord latéral inférieur de ladite tête de soupape (5) venant en appui sur une surface annulaire inclinée (17) délimitant l'ouverture amont (2') dudit corps (2) et formant siège de soupape. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'étanchéité entre le corps (2) en forme de manchon tubulaire ou de douille et la portion de conduit dans laquelle il est logé est réalisé par l'intermédiaire d'un joint torique (3) monté dans une rainure circonférentielle extérieure (3') ménagée dans ledit corps (2). 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le corps (2) en forme de manchon tubulaire et l'élément formant soupape (4) sont réalisés en un matériau synthétique rigide et chimiquement insensible au fluide gazeux qui le traverse, ledit corps (2) présentant un passage intérieur s'élargissant coniquement, selon un angle d'environ 5 , sur une partie au moins de sa portion amont (2"') s'étendant jusqu'à sa portion aval (2").