Brevet FR2843437A1 — publié le 20040213

DISPOSITIF DE SECURITE A DECLENCHEMENT AUTOMATIQUE ET A CLAPET DOUBLE POUR CONTROLER LE DEBIT D'UN FLUIDE. La présente invention concerne, de façon générale, les dispositifs du type représenté par les vannes de sécurité à déclenchement automatique utilisées dans les réseaux de distribution de gaz. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de sécurité inséré dans une canalisation de fluide de section minimum déterminée pour la protéger contre un débit excessif du fluide qui y circule d'amont en aval, ce dispositif comprenant un tube présentant des 15 extrémités amont et aval ouvertes et offrant au fluide une voie de circulation centrale, des moyens de retenue pour maintenir le tube en place dans la canalisation, et des moyens de contrôle de circulation de fluide incluant un clapet central, ce dispositif évoluant 20 entre une configuration de repos, qu'il adopte en cas de débit normal du fluide et dans laquelle le clapet central libère la voie de circulation centrale, et une configuration de sécurité, qu'il adopte en cas de débit excessif du fluide et dans laquelle le clapet central 25 obture la voie de circulation centrale, ce clapet central incluant lui-même un siège de clapet formé sur le tube, un obturateur central sélectivement appliqué sur le siège de clapet, et un ressort exerçant sur l'obturateur central une force élastique d'ouverture 30 qui le sollicite à distance du siège de clapet, à l'encontre d'une force de fermeture exercée sur cet obturateur central par une perte de charge croissant avec le débit du fluide dans la canalisation. Des dispositifs répondant à cette définition générique sont connus dans l'art antérieur, comme en témoignent par exemple les brevets US 2 926 690 et US 5 293 898. Certains réseaux de distribution de fluides justifient des mesures de sécurité particulières, imposées par la nature du fluide transporté et par d'éventuels risques d'endommagement des conduites dont ces réseaux sont constitués. Par exemple, les réseaux de distribution de gaz en zone urbaine s'étendent généralement sous les chaussées et les trottoirs, c'est-à-dire sous des ouvrages du domaine public susceptibles de faire l'objet 15 d'interventions diverses, et notamment d'opérations de terrassement. Or, si une conduite de gaz se trouve accidentellement arrachée ou sectionnée à l'occasion d'une telle 20 opération, la fuite de gaz qui en résulte immédiatement fait apparaître un risque élevé d'incendie ou d'explosion. Dans ce contexte, des vannes de sécurité ont été mises 25 au point pour obturer les conduites de gaz dès qu'un débit de gaz anormalement élevé y est détecté. A ce jour, les vannes de sécurité ne peuvent cependant être montées que sur des réseaux neufs en cours de 30 construction, ou éventuellement sur des réseaux existants, mais à l'occasion seulement de leur rénovation. En effet, dans la mesure o les conduites des réseaux 35 existants peuvent avoir été construites à des époques différentes et suivant des normes différentes, o elles n'ont pas nécessairement des diamètres définis avec une très grande précision, o elles présentent sur leur longueur des obstacles, bavures, écrasements, 5 restrictions, et / ou rayons de courbure variés, et o la mise en place d'une vanne de sécurité exige un ajustement parfait du corps de vanne à la conduite, l'insertion de vannes de sécurité dans les réseaux existants impose une intervention à l'endroit même de 10 l'insertion, c'est-à-dire une excavation donnant accès au point choisi du réseau, une coupure de l'alimentation en fluide vers l'aval, et une adaptation locale du réseau à la vanne, au point d'insertion luimême. Ainsi, bien qu'il soit connu d'introduire dans un réseau en charge, notamment à des fins de détection, des dispositifs de taille limitée à travers un point d'accès sans avoir à intervenir de façon très lourde 20 sur le réseau, cette technique, analogue au cathétérisme pour l'exploration médicale, est à ce jour très difficilement exploitable pour la pose de vannes de sécurité. On connaît par ailleurs, par le document de brevet EP 1 059 481, une vanne de sécurité qui, à défaut de comprendre un tube et donc d'appartenir au type précédemment défini, comporte une chambre s'ouvrant en cas de débit excessif du fluide dans la canalisation et 30 permettant le gonflage d'une enveloppe externe à la chambre et formant clapet. Bien que cette vanne puisse être introduite dans un réseau existant et réponde donc au besoin précédemment 35 évoqué, son fonctionnement repose sur des compromis techniques difficiles à concilier pour des fabrications en grande série. L'invention, qui se situe dans ce contexte, a donc pour 5 but de proposer un dispositif de sécurité susceptible d'être mis en place, sans excavation, dans un réseau par introduction au plus près d'une prise de branchement de ce réseau, et présentant un comportement fiable sans requérir l'emploi de matériaux présentant 10 des propriétés physiques aux limites des possibilités techniques connues. A cette fin, le dispositif de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le 15 préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que les moyens de contrôle de circulation de fluide comprennent en outre un obturateur annulaire élastiquement déformable, monté à la périphérie externe du tube, et radialement séparé de la canalisation, dans 20 la configuration de repos du dispositif, par un espace annulaire offrant au fluide une voie de circulation périphérique, cet obturateur annulaire subissant, en cas de débit excessif du fluide, une expansion radiale par laquelle il est appliqué contre la canalisation et 25 obture la voie de circulation périphérique. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le siège du clapet est porté par l'extrémité amont du tube. L'obturateur central est avantageusement solidaire d'une tige sur laquelle agit le ressort, cet obturateur central, la tige et le ressort pouvant alors aisément être disposés en amont du tube. 35 Par exemple, le dispositif de sécurité de l'invention comprend un corps creux disposé dans le prolongement du tube en amont de ce dernier, dans lequel sont logés la tige et le ressort, et qui présente une extrémité aval 5 par rapport à laquelle coulisse l'obturateur central, le corps creux et le tube étant longitudinalement séparés l'un de l'autre par un espace longitudinal offrant au fluide un passage contrôlé par le clapet central et reliant l'extérieur du corps creux à 10 l'intérieur du tube. Dans ce cas, le ressort peut être interposé entre une butée interne du corps creux et une butée formée sur la tige, ce ressort travaillant en compression. 15 La perte de charge du fluide circulant dans la canalisation peut être réduite en prévoyant que l'obturateur central présente une pointe tournée vers le siège de clapet. L'obturateur annulaire, qui est de préférence plus proche de l'extrémité aval du tube que de l'extrémité amont, présente par exemple une extrémité aval fixe par rapport au tube, et une extrémité amont sélectivement 25 mobile sur le tube en cas de débit excessif de fluide, le déplacement vers l'aval de l'extrémité amont de l'obturateur annulaire provoquant un élargissement radial de cet obturateur annulaire. Cet obturateur annulaire, avantageusement réalisé dans un matériau élastomère, peut par ailleurs être conformé en un soufflet présentant au moins un renflement radial. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'obturateur annulaire est conformé en un soufflet présentant un renflement radial amont et un renflement radial aval, le renflement radial aval présentant au 5 moins un passage d'air, par exemple offert par une rainure axiale, permettant d'évacuer vers l'aval le fluide présent dans le volume que délimitent entre eux les renflements radiaux. Il peut en outre être judicieux de faire en sorte que, lors du passage du dispositif de sa configuration de repos à sa configuration de sécurité, l'obturateur central s'applique de façon réversible sur le siège de clapet tandis que l'obturateur annulaire s'applique de 15 façon irréversible sur la canalisation. Dans un mode de réalisation facile à mettre en oeuvre, les moyens de retenue comprennent par exemple une pluralité de griffes fixées à l'extrémité amont du 20 corps creux et sollicitées par une force élastique vers une configuration de déploiement radial équivalente à celle des baleines d'un parapluie ouvert. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 25 ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - La figure 1 est une vue latérale d'un dispositif conforme à l'invention, représenté dans sa configuration de repos, à l'intérieur d'une canalisation vue en coupe; - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la figure 1, observé suivant l'incidence définie par les flèches II-II de cette figure 1; - La figure 3 est une reproduction agrandie d'un détail de la figure 2; - La figure 4 est une vue semblable à celle de la figure 1, mais dans laquelle le dispositif est 10 représenté dans sa configuration de sécurité; - La figure 5 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la figure 4, observé suivant l'incidence définie par les flèches V-V de cette figure 4; et 15 - La figure 6 est une reproduction agrandie d'un détail de la figure 5. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un 20 dispositif de sécurité destiné à être inséré dans une canalisation K de fluide de section minimum S déterminée, et plus spécifiquement dans une canalisation de gaz dans l'application privilégiée de l'invention, pour protéger cette canalisation contre un 25 débit excessif du fluide, et plus spécifiquement du gaz, qui y circule depuis une région amont X- vers une région aval X+. De façon connue en soi, ce dispositif comprend 30 essentiellement un tube 1, des moyens de retenue 2 pour maintenir le tube 1 en place dans la canalisation K, et des moyens de contrôle de circulation de fluide incluant un clapet central 3. Le tube 1 est ouvert à ses extrémités amont 10 et aval 11, et offre ainsi spontanément au fluide une voie de circulation centrale CC (figure 2), contrôlée par le clapet central 3. Dans ces conditions, le dispositif de l'invention peut évoluer entre une configuration de repos, qu'il adopte en cas de débit normal du fluide et dans laquelle le clapet central 3 libère la voie de circulation centrale 10 CC, et une configuration de sécurité, qu'il adopte en cas de débit excessif du fluide et dans laquelle le clapet central 3 obture la voie de circulation centrale CC. Le clapet central 3 est essentiellement constitué d'un siège de clapet 30 formé sur le tube 1, d'un obturateur central 31 qui s'applique sur le siège de clapet 30 en configuration de sécurité, et d'un ressort 32. Le ressort 32 exerce sur l'obturateur central 31 une force élastique d'ouverture qui sollicite cet obturateur 31 à distance du siège de clapet 30, à l'encontre d'une force de fermeture exercée sur cet obturateur central 31 par une perte de charge subie, 25 entre les régions directement en amont et en aval de l'obturateur central, par le fluide circulant dans la canalisation K. Tant que le débit du fluide dans cette canalisation est 30 normal, la force de fermeture est vaincue par la force exercée par le ressort 32, de sorte que l'obturateur central 31 est maintenu à distance du siège de clapet 30. En revanche, dès que le débit du fluide dans la canalisation K devient excessif, la force exercée par le ressort 32 est vaincue par la force de fermeture exercée par la perte de charge, qui croît avec le 5 débit, de sorte que l'obturateur central 31 est appliqué sur le siège de clapet 30. Comme le comprendra aisément l'homme de métier au moins à la lecture de ce qui précède, la valeur limite du 10 débit au-delà de laquelle ce débit est considéré comme excessif peut être ajustée par un réglage de la force de tarage du ressort 32. Dans le dispositif de l'invention, les moyens de 15 contrôle de circulation de fluide comprennent, en plus du clapet central 3, un obturateur annulaire 4 élastiquement déformable, qui est monté sur la périphérie externe du tube 1. Dans la configuration de repos du dispositif, l'obturateur annulaire 4 est radialement séparé de la canalisation K par un espace annulaire EA (figure 1) qui offre au fluide une voie de circulation périphérique CP. Cependant, dès que le débit du fluide dans la canalisation K devient excessif, l'obturateur annulaire 4 subit, en raison de l'importance de la perte de charge du fluide en mouvement, une expansion radiale 30 par laquelle cet obturateur annulaire 4 est appliqué contre la canalisation K et obture la voie de circulation périphérique CP (figures 4 et 5). En plus de cette caractéristique principale, le 35 dispositif de sécurité de l'invention comprend d'autres caractéristiques qui renforcent de façon significative les avantages apportés par cette caractéristique principale. En particulier, l'obturateur central 31 est fixé à l'extrémité aval d'une tige 33 sur laquelle agit le ressort 32, et cet obturateur central 31, ainsi que la tige 33 et le ressort 32, sont disposés en amont du tube 1 au lieu d'être insérés dans le tube comme c'est 10 le cas pour les dispositifs décrits dans les brevets antérieurs US 2 926 690 et US 5 293 898 précités. Grâce à cet agencement, la perte de charge du fluide traversant le tube 1 est réduite, ce tube pouvant donc, 15 sans conséquence négative majeure, avoir une section transversale sensiblement inférieure à la section transversale minimum S de la canalisation K. La tige 33 et le ressort 32 peuvent être logés et 20 guidés dans un corps creux 5 qui est disposé en amont du tube 1 et dans son prolongement. Par exemple, le ressort 32 est interposé entre une butée interne 52 du corps creux 5 et une butée 330 25 formée sur la tige 33, ce ressort 32 travaillant en compression, et l'obturateur central 31 coulissant par rapport à l'extrémité aval 51 du corps creux 5. Pour pouvoir être fixé au tube 1, le corps creux 5 peut 30 présenter, par exemple à son extrémité aval 51, des pattes flexibles 53 s'engageant élastiquement dans une rainure périphérique externe 100 du tube 1. Comme le comprendra aisément l'homme de métier, le 35 profil du corps creux 5 pourra être optimisé sur le Il plan aérodynamique et pourra notamment se rapprocher du profil d'un nez d'avion, de manière à minimiser les perturbations du flux de fluide et réduire ainsi les pertes de charge du dispositif. Les moyens de retenue 2 prennent par exemple la forme d'une pluralité de griffes 20 qui sont fixées à l'extrémité amont 50 du corps creux 5 et qui sont sollicitées par une force élastique vers une 10 configuration de déploiement radial, analogue à celle qu'adoptent les baleines d'un parapluie ouvert. Comme le montre la figure 1, le corps creux 5 et le tube 1 sont longitudinalement séparés l'un de l'autre 15 par un espace longitudinal EL qui offre au fluide circulant dans la canalisation K un passage que contrôle le clapet central 3 et qui relie l'extérieur du corps creux 5 à l'intérieur du tube 1. Le siège du clapet 30 est avantageusement porté par l'extrémité amont 10 du tube 1, l'obturateur central 31 pouvant présenter une pointe 310 tournée vers le siège de clapet 30 pour réduire la perte de charge du fluide empruntant la voie de circulation centrale CC. 25 L'obturateur annulaire 4, qui est de préférence réalisé dans un matériau élastomère, est disposé à plus grande proximité de l'extrémité aval 11 du tube 1 que de l'extrémité amont 10 de ce tube. 30 L'extrémité aval 41 de l'obturateur annulaire 4 est fixe par rapport au tube 1, et bute par exemple sur un épaulement terminal du tube. L'extrémité amont 40 de cet obturateur annulaire 4, qui est avantageusement conformé en soufflet, se déplace sur le tube 1 vers l'aval X+ en cas de débit excessif de fluide, cet obturateur 4 subissant, du fait de ce 5 mouvement, un élargissement radial grâce auquel il vient s'appliquer sur la périphérie interne de la canalisation K (figures 4 et 5). Comme le montrent les figures 1, 2, 4, et 5, 10 l'obturateur annulaire 4 comporte de préférence un renflement radial amont 420 et un renflement radial aval 421. Des expériences ont montré que l'obturation de la 15 canalisation K par le renflement amont 420 pouvait être renforcée en prévoyant, sur le renflement radial aval 421, un ou plusieurs passages d'air, par exemple formés par autant de rainures axiales 421a, et permettant d'évacuer vers l'aval le fluide présent dans le volume 20 V que délimitent entre eux les renflements radiaux 420 et 421. Tel qu'il a été décrit, l'obturateur central 31 s'applique de façon réversible sur le siège de clapet 25 30 lorsque le dispositif de sécurité passe de sa configuration de repos à sa configuration de sécurité, ce comportement permettant d'éviter, lorsque le dispositif installé dans une canalisation K est passé de sa configuration de repos à sa configuration de 30 sécurité, d'avoir à extraire ce dispositif de la canalisation K pour remettre cette dernière en service après sa réparation. En revanche, il peut être judicieux de faire en sorte 35 que l'obturateur annulaire 4 s'applique de façon irréversible sur la canalisation K lorsque le dispositif de sécurité passe de sa configuration de repos à sa configuration de sécurité, ce comportement pouvant être obtenu en réalisant l'obturateur annulaire 5 4 dans un matériau à haut facteur d'adhérence et à faible rigidité, permettant d'obtenir une étanchéité optimale dans la configuration de sécurité. Pour la mise en place du dispositif dans une 10 canalisation K, les griffes 20 doivent être repliées radialement vers le corps creux 5 pour permettre à ce dispositif de progresser dans cette canalisation malgré l'existence d'éventuelles restrictions de diamètre de cette canalisation, après quoi les griffes 20 sont 15 autorisées à reprendre spontanément leur configuration déployée pour assurer l'ancrage de ce dispositif dans la canalisation. Cette mise en place peut être réalisée, de façon connue 20 en soi de l'homme de métier et décrite dans le document de brevet EP 1 059 481 précité, en plaçant le dispositif, en configuration repliée et comprimée, au moins en partie dans une douille portée à l'extrémité d'un jonc flexible, en poussant le jonc dans la 25 canalisation jusqu'à ce que la douille atteigne l'emplacement choisi pour l'implantation du dispositif, et en expulsant ce dernier de la douille par tout moyen approprié. Compte tenu de la structure de l'obturateur annulaire et de la matière qui le compose, le dispositif peut être comprimé dans la douille jusqu'à présenter un diamètre fortement réduit facilitant la traversée des passages étroits de la canalisation, la force élastique 35 radiale de constriction de l'obturateur annulaire par la douille suffisant en outre à garantir la cohésion mécanique de l'ensemble que forment la douille et ce dispositif. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité inséré dans une 5 canalisation de fluide (K) de section minimum déterminée pour la protéger contre un débit excessif du fluide qui y circule d'amont (X-) en aval (X+), ce dispositif comprenant un tube (1) présentant des extrémités amont et aval (10, 11) ouvertes et offrant 10 au fluide une voie de circulation centrale (CC), des moyens de retenue (2) pour maintenir le tube (1) en place dans la canalisation (K), et des moyens de contrôle de circulation de fluide (3, 4) incluant un clapet central (3), ce dispositif évoluant entre une 15 configuration de repos, qu'il adopte en cas de débit normal du fluide et dans laquelle le clapet central (3) libère la voie de circulation centrale (CC), et une configuration de sécurité, qu'il adopte en cas de débit excessif du fluide et dans laquelle le clapet central 20 (3) obture la voie de circulation centrale (CC), ce clapet central (3) incluant lui-même un siège de clapet (30) formé sur le tube (1), un obturateur central (31) sélectivement appliqué sur le siège de clapet (30), et un ressort (32) exerçant sur l'obturateur central (31) 25 une force élastique d'ouverture qui le sollicite à distance du siège de clapet (30), à l'encontre d'une force de fermeture exercée sur cet obturateur central (31) par une perte de charge croissant avec le débit du fluide dans la canalisation (K), caractérisé en ce que 30 les moyens de contrôle de circulation de fluide (3, 4) comprennent en outre un obturateur annulaire (4) élastiquement déformable, monté à la périphérie externe du tube (1), et radialement séparé de la canalisation (K), dans la configuration de repos du dispositif, par 35 un espace annulaire (EA) offrant au fluide une voie de circulation périphérique (CP), cet obturateur annulaire (4) subissant, en cas de débit excessif du fluide, une expansion radiale par laquelle il est appliqué contre la canalisation (K) et obture la voie de circulation périphérique (CP). 2. Dispositif de sécurité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le siège du clapet (30) est porté par l'extrémité amont (10) du tube (1). 10 3. Dispositif de sécurité suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'obturateur central (31) est solidaire d'une tige (33) sur laquelle agit le ressort (32). 4. Dispositif de sécurité suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'obturateur central (31), la tige (33) et le ressort (32) sont disposés en amont du tube (1). 5. Dispositif de sécurité suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un corps creux (5) disposé dans le prolongement du tube (1) en amont de ce dernier, dans lequel sont logés la tige (33) et le 25 ressort (32), et qui présente une extrémité aval (51) par rapport à laquelle coulisse l'obturateur central (31), le corps creux (5) et le tube (1) étant longitudinalement séparés l'un de l'autre par un espace longitudinal (EL) offrant au fluide un passage contrôlé 30 par le clapet central (3) et reliant l'extérieur du corps creux (5) à l'intérieur du tube (1). 6. Dispositif de sécurité suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort (32) est interposé 35 entre une butée interne (52) du corps creux (5) et une butée (330) formée sur la tige (33), ce ressort (32) travaillant en compression. 7. Dispositif de sécurité suivant l'une quelconque 5 des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur central (31) présente une pointe (310) tournée vers le siège de clapet (30). 8. Dispositif de sécurité suivant l'une quelconque 10 des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur annulaire (4) est plus proche de l'extrémité aval (11) du tube que de l'extrémité amont (10). 9. Dispositif de sécurité suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur annulaire (4) présente une extrémité aval (41) fixe par rapport au tube (1), et une extrémité amont (40) sélectivement mobile sur le tube (1) en cas 20 de débit excessif de fluide, le déplacement vers l'aval de l'extrémité amont (40) de l'obturateur annulaire (4) o provoquant un élargissement radial de cet obturateur annulaire (4). 10. Dispositif de sécurité suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur annulaire (4) est réalisé dans un matériau élastomère. 11. Dispositif de sécurité suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur annulaire (4) est conformé en un soufflet présentant au moins un renflement radial (420). 12. Dispositif de sécurité suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur annulaire (4) est conformé en un soufflet présentant un renflement radial amont (420) et un 5 renflement radial aval (421), le renflement radial aval (421) présentant au moins un passage d'air (421a) permettant d'évacuer vers l'aval le fluide présent dans le volume (V) que délimitent entre eux les renflements radiaux (420, 421). 13. Dispositif de sécurité suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors du passage du dispositif de sa configuration de repos à sa configuration de sécurité, l'obturateur 15 central (31) s'applique de façon réversible sur le siège de clapet (30) tandis que l'obturateur annulaire (4) s'applique de façon irréversible sur la canalisation (K). 14. Dispositif de sécurité suivant l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de retenue (2) comprennent une pluralité de griffes (20) fixées à l'extrémité amont (50) du corps creux (5) et 25 sollicitées par une force élastique vers une configuration de déploiement radial équivalente à celle des baleines d'un parapluie ouvert.