Brevet FR2891633A1 — publié le 20070406

La présente invention concerne un dispositif formant détendeur de gaz notamment pour la régulation automatique de la pression aval d'un fluide gazeux. On connaît de tels dispositifs comprenant un carter, une membrane souple et étanche séparant le carter en deux chambres respectivement de régulation et d'échappement, la chambre d'échappement communiquant en permanence avec l'extérieur; un ressort de tarage monté dans la chambre d'échappement de manière à repousser la membrane; deux tubulures de raccordement d'entrée et de sortie de gaz débouchant dans la chambre de régulation, la tubulure d'entrée étant pourvue d'une soupape de régulation; un équipage mobile de régulation permettant de commander la soupape de régulation; et une soupape de sûreté logée dans la chambre de régulation. Cette soupape de sûreté comporte un organe obturateur annulaire solidaire de la membrane et coaxial à une tige de l'équipage mobile traversant coaxialement une ouverture centrale de la membrane en s'étendant dans la chambre d'échappement et un siège d'étanchéité sur lequel est en appui l'organe obturateur sous l'action de la force de rappel d'un ressort monté précontraint entre la membrane et une butée solidaire de l'extrémité libre de la tige de l'équipage mobile. Cependant, ce dispositif détendeur connu pose un problème de sécurité en cas de défaillance se traduisant par une élévation importante de la pression du flux gazeux s'exerçant sur le clapet de régulation par la tubulure d'entrée se traduisant à la tubulure de sortie du dispositif détendeur par une pression également très élevée, supérieure à la pression admissible pour un appareil d'utilisation ou de consommation raccordé à la tubulure de sortie. La présente invention a pour but de résoudre ce problème en assurant la sécurité d'un dispositif détendeur de fluide gazeux lors d'une apparition d'une pression anormalement élevée régnant dans la tubulure d'entrée de ce dispositif. A cet effet, le dispositif formant détendeur de gaz de l'invention, du type comprenant un carter, une membrane souple et étanche séparant le carter en deux chambres respectivement de régulation et d'échappement, la chambre d'échappement communiquant en permanence avec l'extérieur; un ressort de tarage monté dans la chambre d'échappement de manière à repousser la membrane; deux tubulures de raccordement d'entrée et de sortie de gaz débouchant dans la chambre de régulation, la tubulure d'entrée étant pourvue d'une soupape ou clapet de régulation; un équipage mobile de régulation permettant de commander la soupape de régulation; et une soupape de sûreté logée dans la chambre de régulation, laquelle soupape comporte un organe obturateur annulaire solidaire de la membrane et coaxial à une tige de l'équipage mobile traversant coaxialement une ouverture centrale de la membrane en s'étendant dans la chambre d'échappement et un siège d'étanchéité sur lequel est en appui l'organe obturateur sous l'action de la force de rappel d'un ressort monté précontraint entre la membrane et une butée solidaire de l'extrémité libre de la tige, est caractérisé en ce que la membrane comprend un tube solidaire perpendiculairement de celle-ci et s'étendant dans la chambre d'échappement concentriquement à la tige de l'équipage mobile, et en ce que la butée d'extrémité de la tige comporte un organe obturateur sur lequel peut venir en appui l'extrémité du tube lorsque la membrane est déplacée en direction de la chambre d'échappement par une surpression régnant dans la chambre de régulation et supérieure à une valeur de seuil déterminée, de manière à obturer complètement ou partiellement le passage de gaz de surpression au travers de la soupape de sûreté et du tube de la membrane. De préférence, l'organe obturateur de la butée d'extrémité de la tige est un joint torique monté concentriquement à la tige et sur lequel peut venir en appui une portée périphérique circulaire interne de l'extrémité du tube de la membrane. Avantageusement, l'organe obturateur est en un matériau élastiquement déformable, tel qu'un élastomère, et le ressort de rappel de la soupape de sûreté à sa position de fermeture est logé dans le tube de la membrane en étant précontraint entre une rondelle montée coaxialement coulissante à l'extrémité de la tige à proximité de la butée en étant en appui sur l'organe obturateur et une collerette interne du tube, le ressort de la soupape de sûreté se comprimant lors du déplacement de la membrane dans la chambre d'échappement pour provoquer une déformation radiale de l'organe obturateur par l'intermédiaire de la rondelle. L'extrémité du tube sur laquelle peut venir en contact l'organe obturateur comporte un orifice calibré permettant le passage de gaz sous pression dans la chambre d'échappement lorsque l'organe obturateur est en appui sur l'extrémité du tube. La face interne de l'extrémité du tube de la membrane est tronconique et évasée en sens opposé à la chambre de régulation. L'office calibré est avantageusement constitué par une rainure réalisée dans la face interne oblique de l'extrémité du tube de la membrane suivant sa direction d'évasement. La tige de l'équipage mobile est déplacée dans la chambre d'échappement lorsque l'extrémité du tube de la membrane est en appui sur l'organe obturateur de manière que l'équipage mobile provoque la fermeture de la soupape de régulation. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence à la figure 2891633 4 unique qui est une vue en coupe du dispositif détendeur conforme à l'invention. En se reportant à la figure unique, le dispositif formant détendeur comprend un carter étanche 1 comportant une tubulure de raccordement 2 d'entrée d'un fluide gazeux débouchant dans une chambre de régulation ou de détente 3 et une tubulure de sortie 4 du fluide gazeux détendu débouchant également dans la chambre 3. Le dispositif détendeur peut être inséré entre une source d'alimentation sous pression du fluide gazeux en étant raccordé à cette source par la tubulure 2 et un appareil d'utilisation ou de consommation raccordé à la tubulure de sortie 4. Le détendeur comprend en outre une membrane souple et étanche 5 séparant le carter 1 en deux chambres respectivement de régulation 3 et d'échappement 6, cette dernière communiquant en permanence avec l'extérieur par l'intermédiaire d'un trou d'évent 7 réalisé au travers de la paroi supérieure du carter 1 et délimitant la chambre d'échappement 6. Un plateau 8 est fixé sur une partie de la face supérieure de la membrane 5 qui est chargée par un ressort de tarage 9 logé dans la chambre d'échappement 6 coaxialement à la membrane 5 en ayant sa spire extrême inférieure en appui sur le plateau 8 et sa spire extrême supérieure en appui sur la paroi supérieure du carter 1 de manière à repousser la membrane 5 vers la chambre de régulation ou basse pression 3. La tubulure d'entrée 2 est pourvue d'une soupape ou clapet de régulation 10 à déplacement commandé par un équipage mobile 11 de manière à obturer ou ouvrir l'extrémité de la tubulure 2 débouchant dans la chambre de régulation 3. Cet équipage mobile comporte une tringlerie 12, représentée schématiquement, et reliée d'une part à la soupape de régulation 10 et d'autre part à la partie d'extrémité inférieure d'une tige 13 située dans la chambre de régulation 3, la tige 13 se 2891633 5 prolongeant dans la chambre d'échappement 6 au travers d'une ouverture centrale du plateau 8 et de la membrane 5. La tringlerie 12 est reliée de manière articulée à la partie d'extrémité inférieure de la tige 13. Le détendeur comprend de plus une soupape de sûreté ou soupape d'écrêtage 14 logée dans la chambre de régulation 3 et comprenant un organe obturateur annulaire 15 solidaire de la membrane 5 au niveau de son ouverture centrale circulaire et coaxial à la tige 13 de l'équipage mobile 11 et un siège d'étanchéité 16 formé par une collerette solidaire de la partie inférieure de la tige 13. L'organe obturateur 15 est normalement maintenu en appui sur le siège d'étanchéité 16 par un ressort 17 monté précontraint entre le plateau 8 de la membrane 5 et une butée 18 solidaire de l'extrémité libre supérieure de la tige 13. Le ressort 17 est ainsi logé dans la chambre d'échappement 6 à l'intérieur du ressort de tarage 9 coaxialement à ce dernier. Selon l'invention, le plateau 8 de la membrane 5 comprend un tube rigide 19 solidaire du plateau 8 perpendiculairement à celui-ci et s'étendant dans la chambre d'échappement 6 concentriquement à la tige 13 de l'équipage mobile 11. Le tube 19 a sa face interne d'extrémité supérieure 19a de forme tronconique en étant évasée vers le haut, c'est-à-dire en sens opposé à la chambre de régulation 3. Le tube 19 comprend en outre, à l'opposé de son extrémité tronconique 19a, une collerette interne 19b délimitant l'ouverture centrale du plateau 8 et sur laquelle est en appui la spire d'extrémité inférieure du ressort 17 logé dans le tube 19 en entourant coaxialement la tige 13. La spire d'extrémité supérieure du ressort 17 est en appui sur une rondelle 20 montée coaxialement coulissante à l'extrémité supérieure de la tige 13 et immobilisée en rotation relativement à celle-ci par exemple par un méplat 13a de cette extrémité coopérant avec un méplat 20a du perçage de la rondelle 20. Le tube rigide 19 et le plateau 8 peuvent être réalisés en une seule pièce. La butée d'extrémité 18 de la tige 13 comporte un organe obturateur 21 en un matériau élastiquement déformable, tel qu'un matériau élastomère, et de préférence constitué par un joint torique monté concentiquement à la tige 13 en étant en appui sur une partie d'épaulement 18a de la butée 18 afin d'être retenu axialement. Le joint torique 21 est également en appui par son bord périphérique interne sur le pourtour circulaire d'une partie cylindrique 18b de la butée 18. Le joint torique 21 est maintenu en appui sur l'épaulement 18a de la tubée 18 par le ressort 17 monté précontraint dans le tube 19 et exerçant un effort axial sur la rondelle 20 pour plaquer cette dernière sur le joint torique 21, la rondelle 20 étant espacée axialement d'une distance prédéterminée de la partie cylindrique 18b de la butée 18. Le cas échéant, l'extrémité supérieure du tube 19 est pourvue d'un orifice calibré 22 de passage suivant un débit limité du fluide gazeux sous pression provenant de la chambre 3 comme on le verra ci-dessous. De préférence, l'orifice 22 est constitué par une rainure réalisée dans la face interne oblique 19a de l'extrémité du tube 19 et s'étendant dans la direction d'évasement de cette face. En fonctionnement normal du détendeur, dès qu'il y a appel de débit, la pression dans la chambre 3 diminue pour déplacer la membrane 5 dans cette chambre et déplacer verticalement vers le bas la tige 13 qui déplace, par la tringlerie 12 adaptée à cet effet, la soupape de régulation 10 à sa position d'ouverture pour assurer le passage du fluide gazeux à travers la soupape 10 dans la chambre de régulation 3 jusqu'à ce que le débit demandé soit assuré. De la sorte, le débit et la pression du fluide gazeux sont régulés. Hors débit, en cas d'excès de pression dans la chambre 3 dû à un excès de pression à l'entrée 2, la membrane 5 est soulevée dans la chambre 6, ce qui provoque le déplacement vertical vers le haut de la tige 13 à l'encontre de la force de rappel des ressorts 9, 17, amenant ainsi la soupape de sûreté 14 en position d'ouverture de passage du fluide gazeux de la chambre 3 dans la chambre 6 pour évacuer le fluide gazeux à l'atmosphère par le trou d'évent 7 et au travers du passage encore libre défini entre le joint torique 21 et la face d'extrémité supérieure tronconique 19a du tube 19. Lorsque la surpression régnant dans la chambre 3 dépasse une valeur limite déterminée, le soulèvement concomitant de la membrane 5 et du tube 19 amène la face interne tronconique 19a de ce tube en appui, par sa portée périphérique circulaire correspondante, sur le joint torique 21 qui est déformé radialement par la compression du ressort 17 exercée sur la rondelle 20, de manière à stopper le passage du fluide gazeux dans la chambre d'échappement 6, la tige 13 étant déplacée verticalement vers le haut pour en même temps amener la soupape de régulation 10 à sa position de fermeture de l'orifice d'entrée 2. Ainsi, la course de la membrane 5 est stoppée et le débit du fluide gazeux de la chambre 6 est arrêté. Dans le cas de la variante de réalisation comportant l'orifice calibré 22 et dans la même situation de surpression précédemment décrite dépassant la valeur de seuil déterminée, un débit limité de fluide peut circuler dans la chambre d'échappement 6 au travers de l'orifice calibré 26, bien que le joint torique 28 soit en appui étanche sur la face interne tronconique 19a de l'extrémité du tube 19. REVENDICATIONS 1. Dispositif formant détendeur de gaz comprenant un carter (1) ; une membrane souple et étanche (5) séparant le carter (1) en deux chambres respectivement de régulation (3) et d'échappement (6), la chambre d'échappement (6) communiquant en permanence avec l'extérieur; un ressort de tarage (9) monté dans la chambre d'échappement (6) de manière à repousser la membrane (5) ; deux tubulures de raccordement d'entrée (2) et de sortie (4) de gaz débouchant dans la chambre de régulation (3), la tubulure d'entrée (2) étant pourvue d'une soupape ou clapet de régulation (10) ; un équipage mobile de régulation (11) permettant de commander la soupape de régulation (10) ; et une soupape de sûreté (14) logée dans la chambre de régulation (3), laquelle soupape (10) comporte un organe obturateur annulaire (15) solidaire de la membrane (5) et coaxial à une tige (13) de l'équipage mobile (11) traversant coaxialement une ouverture centrale de la membrane (5) en s'étendant dans la chambre d'échappement (6) et un siège d'étanchéité (16) sur lequel est en appui l'organe obturateur (15) sous l'action de la force de rappel d'un ressort (17) monté précontraint entre la membrane (5) et une butée (18) solidaire de l'extrémité libre de la tige (13), caractérisé en ce que la membrane (5) comprend un tube (19) solidaire perpendiculairement de celle-ci et s'étendant dans la chambre d'échappement (6) concentriquement à la tige (13) de l'équipage mobile (11), et en ce que la butée d'extrémité (18) de la tige (13) comporte un organe obturateur (21) sur lequel peut venir en appui l'extrémité (19a) du tube (19) lorsque la membrane (5) est déplacée en direction de la chambre d'échappement (6) par une surpression régnant dans la chambre de régulation (3) et supérieure à une valeur de seuil déterminée, de manière à obturer complètement ou partiellement le passage de gaz de surpression au travers de la soupape de sûreté (14) et du tube (19) de la membrane (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe obturateur (21) de la butée d'extrémité (18) de la tige (13) comprend un joint torique (21) monté concentriquement à la tige (13) et sur lequel peut venir en appui une portée périphérique circulaire interne de l'extrémité (19a) du tube (19) de la membrane (5). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe obturateur (21) est en un matériau élastiquement déformable, tel qu'un élastomère, et le ressort (17) de rappel de la soupape de sûreté (14) à sa position de fermeture est logé dans le tube (19) de la membrane (5) en étant précontraint entre une rondelle (20) montée coaxialement coulissante à l'extrémité de la tige (13) à proximité de la butée (18) en étant en appui sur l'organe obturateur (21) et une collerette interne (19b) du tube (19), le ressort (17) de la soupape de sûreté (14) se comprimant lors du déplacement de la membrane (5) dans la chambre d'échappement (6) pour provoquer une déformation radiale de l'organe obturateur (21) par l'intermédiaire de la rondelle (20). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité (19a) du tube (19) sur laquelle peut venir en contact l'organe obturateur (21) comporte un orifice calibré (22) permettant le passage de gaz sous pression dans la chambre d'échappement (6) lorsque l'organe obturateur (21) est en appui sur l'extrémité (19a) du tube (19). 5. Dispositif selon l'une des revendications ce que la face interne de (19) de la membrane (5) est précédentes, caractérisé en l'extrémité (19a) du tube tronconique et évasée en 35 régulation (3). 6. Dispositif selon caractérisé en ce que sens opposé à la chambre les revendications 4 et 5, l'orifice calibré (22) est de constitué par une rainure réalisée dans la face interne oblique de l'extrémité (19a) du tube (19) de la membrane (5) suivant sa direction d'évasement. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige (13) de l'équipage mobile (11) est déplacée dans la chambre d'échappement (6) lorsque l'extrémité du tube (19) de la membrane (5) est en appui sur l'organe obturateur (21) de manière que l'équipage mobile (11) provoque la fermeture de la soupape de régulation (10).