Brevet FR2910583A1 — publié le 20080627

La présente invention concerne d'une façon générale les soupapes telles que les soupapes d'évent et/ou de sécurité. Elle concerne en particulier les soupapes de sécurité à très faible pression de fonctionnement, notamment pour caissons susceptibles de contenir des atmosphères explosives (cuves de citernes pour matériaux inflammables, etc.). De façon bien connue, une telle soupape peut comprendre un organe mobile formant obturateur et reposant de façon étanche sur un siège associé seulement par gravité. C'est alors seulement lorsque le produit de la pression du fluide et de la surface de l'organe mobile exposée à ce fluide est supérieur au poids de l'organe que ce dernier se soulève. De la sorte, en jouant sur la masse de l'organe mobile, on peut tarer une telle soupape sur toute valeur de consigne d'ouverture souhaitée. Un telle soupape a typiquement deux applications. La première est d'autoriser un balayage de l'espace intérieur du caisson avec de l'air ; à cet égard certaines normes imposent un tel balayage d'air avec un volume multiple (typiquement 5 fois) du volume intérieur du caisson. La seconde est une application de sécurité, la soupape étant apte à soulager toute surpression considérée comme excessive. Une telle soupape connue présente toutefois certains inconvénients. Principalement, la relative liberté de l'organe mobile lorsque les pressions intérieure et extérieures sont équilibrées amène celui-ci à se déplacer fréquemment pour créer des phénomènes d'usure. En 2910583 2 particulier, cet organe mobile adopte, plutôt qu'une position ouverte et une position fermée bien définies, un ensemble de positions intermédiaires, et de façon parfois très rapide (oscillations entre les deux positions). Une 5 telle usure amène à son tour une diminution de la fiabilité du fonctionnement de la soupape. La présente invention vise à pallier ces inconvénients, et à proposer une soupape de sécurité à très faible pression dont le fonctionnement soit 10 amélioré, sans toutefois compromettre la réactivité de la soupape lorsque les conditions de son ouverture sont réunies. A cet effet, l'invention propose selon un premier aspect une soupape de sécurité à basse pression, 15 comprenant un organe mobile monté libre dans un corps de soupape et assujetti à sa propre force de gravité pour être appliqué contre un siège dans la position fermée de la soupape, ledit organe mobile étant destiné à être exposé à la pression d'un milieu pour se soulever dudit 20 siège lorsqu'une surpression est suffisante pour vaincre ladite force de gravité, et ainsi évacuer cette surpression, soupape caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un vérin d'assistance apte à opérer entre le corps de soupape et ledit organe mobile, et destiné à 25 être commandé par un dispositif de commande sensible à ladite pression du milieu pour actionner ledit vérin lors de l'apparition de ladite surpression pour assister le soulèvement de l'organe mobile. Certains aspects préférés mais non limitatifs de 30 cette soupape sont les suivants : 2910583 3 * ledit vérin est un vérin pneumatique comportant une tige mobile apte à venir en appui contre l'organe mobile mais non solidaire de lui. * le vérin possède un ressort de rappel apte à 5 dégager la tige dudit organe mobile pour laisser ce dernier revenir en position fermée sous l'action de la gravité lorsque la surpression a disparu. * la soupape est aménagée pour être montée dans une ouverture formée dans un caisson étanche, et le corps de 10 soupape comprend un premier passage dont une première extrémité débouche dans une région du corps susceptible d'être exposée à un milieu situé à l'intérieur du caisson, et dont une seconde extrémité débouche dans une région du corps apte à se situer à l'extérieur du 15 caisson, en vue d'une connexion à une entrée pneumatique du dispositif de commande. * le corps de soupape comprend un deuxième passage dont une première extrémité est en communication avec une entrée de commande pneumatique du vérin, et dont une 20 seconde extrémité débouche dans une région du corps apte à se situer à l'extérieur du caisson, en vue d'une connexion à une sortie de commande pneumatique du dispositif de commande. * le ou chaque passage comprend une partie 25 s'étendant axialement dans une zone formant cylindre dudit corps, apte à guider l'organe mobile, et une partie s'étendant radialement dans une zone formant bride dudit corps, destinée à la fixation de la soupape. * la soupape comprend un capteur de position apte à 30 délivrer une information représentative de la position de l'organe mobile de la soupape. 2910583 4 * la soupape comprend au moins une ouverture située en partie supérieure du corps de soupape et apte à faciliter l'évacuation des gaz situés en partie supérieure d'une enceinte dans la région supérieure de 5 laquelle la soupape est montée. Selon un deuxième aspect de l'invention, on propose un système de sécurisation d'un caisson étanche, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape équipée d'un vérin telle que définie ci-dessus, montée dans une 10 ouverture du caisson, un dispositif de commande situé dans le caisson, sensible à la pression du milieu situé dans le caisson, et une conduite entre le dispositif de commande et une entrée de commande du vérin, conduite également située dans le caisson. 15 Avantageusement, le dispositif de commande est pneumatique, et il est prévu une conduite d'alimentation en gaz comprimé entre l'extérieur et l'intérieur du caisson. On propose également selon l'invention un système de 20 sécurisation d'un caisson étanche, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape équipée d'un vérin avec des premier et deuxième passages dans le corps de soupape comme défini plus haut, soupape montée dans une ouverture du caisson et un dispositif de commande situé à 25 l'extérieur du caisson, ainsi qu'une conduite reliant le premier passage du corps de soupape à une entrée de détection du dispositif de commande, et une conduite reliant une sortie de commande du dispositif de commande au deuxième passage du corps de soupape. 30 De façon préférée, le dispositif de commande comprend un pressostat actionnant un relais pneumatique. 2910583 5 On prévoit également de préférence un moyen pour forcer l'ouverture de la soupape à l'aide du vérin lors d'une opération de balayage du caisson avec un gaz tel que de l'air. 5 D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante des formes de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur 10 lesquels : La figure 1 est un schéma d'une soupape de sécurité à très basse pression et de son dispositif de pilotage selon une première forme de réalisation de l'invention, et 15 La figure 2 est un schéma d'une soupape de sécurité à très basse pression et de son dispositif de pilotage selon une deuxième forme de réalisation de l'invention. On notera à titre préliminaire que, sur les figures 1 et 2, des éléments ou parties identiques ou similaires 20 sont désignés dans la mesure du possible par les mêmes signes de référence. En référence tout d'abord à la figure 1, un système de soupape de sécurité à très basse pression selon une première réalisation de l'invention comprend tout d'abord 25 une soupape. Cette soupape 100 comprend un corps de soupape 110 pourvu d'une bride 112 par laquelle la soupape est montée dans une ouverture 0 d'une paroi P d'une enceinte ou caisson fermé C tel qu'un réservoir, citerne, etc. pour 30 matériaux inflammables ou explosifs. Ce corps définit un siège tronconique 114 dans lequel est encastré un joint torique 120 et contre lequel 2910583 6 peut s'appliquer le clapet 134 de pourtour tronconique correspondant d'un organe mobile 130. L'organe mobile 130 présente par ailleurs une partie de guidage 136 plus étroite que le clapet 134 et guidée 5 dans un cylindre de guidage 116 défini par le corps 110 de soupape. En partie supérieure de ce cylindre, une série d'ouvertures 115 sont prévues pour assurer une bonne évacuation des gaz situés tout en haut du caisson lorsque la soupape est ouverte. 10 La masse de l'organe mobile est fixée à une valeur bien déterminée en fonction du comportement souhaité pour la soupape. On peut jouer sur cette masse en jouant notamment sur la densité du matériau qui le constitue et/ ou sur la dimension axiale (verticale sur la figure) de 15 la partie de guidage 136. La soupape 100 comporte en outre en partie supérieure, en aval du moyen d'obturation comprenant le clapet 134 et son siège 114, un matériau filtrant 140 retenu par une plaque perforée, grille ou analogue 142, 20 elle-même solidarisée au corps de soupape 110 par tout moyen approprié tel que des vis. Le fonctionnement de la soupape décrite jusqu'ici serait celui d'une soupape très basse pression opérant par gravité. L'organe mobile 130 est ainsi assujetti 25 d'une part à la force de gravité causée par sa propre masse, et d'autre part à la force causée par l'action de la pression régnant dans le caisson sur sa surface inférieure du corps 116. Selon l'invention, il est prévu un dispositif 30 d'assistance au soulèvement comprenant un dispositif de contrôle et de régulation pneumatique 200 (dispositif de commande) et un vérin pneumatique d'assistance 300. 2910583 7 Le dispositif 200 est ici logé à l'intérieur du caisson, et est reliée à une source d'air sous pression 204 (par exemple un réseau d'air à 7 bars) existant à l'extérieur du caisson via une conduite 202. 5 Le vérin pneumatique est de construction conventionnelle et comprend une tige 304 mue par un ensemble cylindre/piston en étant solidaire dudit piston (ou dont une partie constitue le piston). Il est fixé par une embase 302 sur la partie inférieure du corps 110 et 10 la soupape, de façon à ce que l'extrémité supérieure de la tige 304 soit apte à appliquer à l'organe mobile 130 de la soupape 100 une effort de soulèvement. On notera que la coopération entre l'organe 130 et la tige 304 est un simple appui, sans solidarisation. 15 Cet effort est appliqué en réponse à une pression de pilotage engendrée dans le dispositif 200 et véhiculée jusqu'au vérin 200 par une conduite 206. Le vérin 300 comprend un ressort de rappel 306 qui détermine le niveau de pression à atteindre pour 20 provoquer le soulèvement de la tige 304 et, de là, de l'organe mobile 110. On prévoit également dans cette forme de réalisation un capteur de position, globalement désigné par la référence 400, qui est de préférence un capteur 25 pneumatique de type moustache et comprend une tige ou moustache 402 assujettie au mouvement de l'organe mobile 130 de la soupape en traversant avec un leu limité une ouverture 138 formée dans un axe tournant 137 de la partie de guidage 136. Ce capteur est destiné à délivrer 30 à un pupitre de commande une information sur l'état ouvert ou fermé de la soupape. Il passe d'un état fermé à un état ouvert dès qu'un déplacement même très faible est 2910583 8 imparti à sa tige 402. Il est relié à un relais de fuite 404 lui-même alimenté par un régulateur de pression à faible débit 406 relié à la pression du réseau 204. Des voyants d'état fermé (410) et ouvert (412) sont commandés 5 par la sortie de du relais 404, avec une inversion réalisée par une porte pneumatique 408. Le dispositif 200 est destiné à contrôler la pression dans le caisson. Il comprend à cet effet un capteur non représenté et connu en soi, sensible à la 10 pression instantanée régnant dans le caisson. Il peut d'agir par exemple d'un pressostat pneumatique taré sur une valeur appropriée. Ce pressostat commande un relais pneumatique relié en entrée à la source d'air comprimé 204 par la conduite 202 et dont la sortie est reliée au 15 vérin 300 via la conduite 206. Dès qu'une surpression dans le caisson est détectée, le vérin 300 est actionné par le dispositif de commande 200 pour provoquer le soulèvement de l'organe mobile 130 et l'ouverture de la soupape 100, cet effort se cumulant 20 avec l'action de la pression sur la face inférieure dudit organe mobile. De la sorte, on assure un soulèvement franc de l'organe mobile, en évitant les oscillations indésirables de celui-ci. Dans le même temps, la soupape 100 continue 25 à fonctionner en mode gravité, si bien qu'une augmentation brutale de la pression provoquera sous ouverture immédiate, en s'affranchissant ainsi des éventuels temps de latence au niveau du dispositif 200 et de l'ensemble du circuit pneumatique de pilotage. 30 Lorsque la surpression a disparu, le vérin 300 reprend rapidement sa position d'origine grâce au ressort de rappel 306, et la soupape peut reprendre, par le 2910583 9 simple jeu de la gravité exercée sur l'organe mobile, sa position fermée. Dans un mode de balayage normalisé de l'espace intérieur du caisson avec de l'air, un dispositif de 5 pompage d'air (non représenté et connu en soi) est prévu pour injecter de l'air dans le caisson. Dans le même temps, un ordre de soulèvement de la soupape est appliqué 300 de au vérin l'ouverture par le dispositif 200 pour forcer la soupape. Cet ordre est soit déclenché 10 par la surpression liée à l'injection d'air dans le caisson, soit déclenché systématiquement dès le début du processus de balayage d'air. On comprend qu'un tel agencement selon l'invention ne nécessite que très peu de modifications au niveau du 15 caisson C et de la soupape 100. Il suffit en effet de prévoir une conduite 202 entre la source 204 d'air comprimé et le dispositif 200 qui est simplement un boîtier à placer dans le caisson, et une conduite 206 entre ce boîtier et le vérin. Il suffit également de 20 prévoir sur la base du corps 110 de la soupape une aménagement pour recevoir le vérin 300. La figure 2 illustre une deuxième forme de réalisation de l'invention. Dans cette deuxième forme, le dispositif de commande 200 se situe à l'extérieur du 25 caisson C et doit donc pouvoir communiquer avec l'intérieur de celui-ci d'une part pour connaître l'information de pression régnant dans le caisson, et d'autre part pour commander le vérin d'assistance 300. La constitution du dispositif 200 est détaillée sur 30 cette figure, avec le pressostat désigné par 201 et le relais pneumatique 203 opérant en réponse à une commande pneumatique de la part du pressostat. 2910583 10 Le relais 203 est alimenté à partir du réseau d'air comprimé 204 via la conduite 202. Dans cette réalisation, la soupape 100 comporte, au sein du corps 110, un premier passage 117 s'étendant par 5 exemple en partie parallèlement à l'axe de la soupape et en partie radialement vers l'extérieur, au niveau de la bride 112, qui à cet effet présente une épaisseur plus importante. Ce passage communique en partie inférieure librement avec l'espace intérieur du caisson, et en 10 partie supérieure, au niveau de la bride 112, avec une conduite 207 (via un raccord étanche non représenté) dont l'extrémité opposée est reliée à l'entrée du pressostat 201. De la sorte, le pressostat reçoit la pression régnant dans le caisson C. 15 Le corps de soupape 110 comporte un deuxième passage 118, par exemple de même forme que le premier et situé dans la région diamétralement opposée, et qui ici encore débouche en partie inférieure du corps et latéralement au niveau de la bride 112. Il est relié à sa partie 20 inférieure, via une courte conduite 119 faisant partie de l'ensemble soupape 100/vérin 300, à l'entrée de commande dudit vérin, et extérieurement, via une conduite 208, à la sortie du relais pneumatique 203. De la sorte, le déclenchement du relais lors d'une 25 surpression dans le caisson provoque l'action du vérin 300 comme précédemment. On notera ici que dans cette forme de réalisation, la soupape 100 équipé du vérin 300, de la conduite 119 et des deux passages 117, 118, peut se présenter sous forme 30 d'un produit d'un seul tenant qui ne nécessite aucune modification au niveau du caisson C et de son ouverture 0 2910583 11 pour le montage de la soupape (compatibilité assurée), ni aucun équipement supplémentaire à l'intérieur du caisson. On comprend aisément que cette forme de réalisation de l'invention opère selon le même principe que la 5 première, les deux circuits étant sensiblement équivalents sur le plan pneumatique bien que différents l'un de l'autre dans leur agencement. Avantageusement et bien que de façon illustrée, cette seconde forme de soupape comprend également les 10 aménagements préférés de la première forme de réalisation tels que capteur 400 de position de la soupape et ouvertures 115 pour l'évacuation des gaz situés en haut de caisson. Bien entendu, de nombreuses variantes et 15 modifications peuvent être apportées à l'invention. REVENDICATIONS 1. Soupape de sécurité à basse pression (100), comprenant un organe mobile (130) monté libre dans un corps de soupape (110) et assujetti à sa propre force de gravité pour être appliqué contre un siège (114) dans la position fermée de la soupape, ledit organe mobile étant destiné à être exposé à la pression d'un milieu pour se soulever dudit siège lorsqu'une surpression est suffisante pour vaincre ladite force de gravité, et ainsi évacuer cette surpression, soupape caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un vérin d'assistance (300) apte à opérer entre le corps de soupape (110) et ledit organe mobile (130), et destiné à être commandé par un dispositif de commande sensible à ladite pression du milieu pour actionner ledit vérin lors de l'apparition de ladite surpression pour assister le soulèvement de l'organe mobile. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit vérin (300) est un vérin pneumatique comportant une tige mobile (304) apte à venir en appui contre l'organe mobile (130) mais non solidaire de lui. 3. Soupape selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le vérin possède un ressort de rappel (306) apte à dégager la tige dudit organe mobile (130) pour laisser ce dernier revenir en position fermée sous l'action de la gravité lorsque la surpression a disparu. 2910583 13 4. Soupape selon l'une des revendications 1 à 3, aménagée pour être montée dans une ouverture (0) formée dans un caisson étanche (C), caractérisée en ce le corps de soupape comprend un premier passage (117) dont une 5 première extrémité débouche dans une région du corps susceptible d'être exposée à un milieu situé à l'intérieur du caisson, et dont une seconde extrémité débouche dans une région du corps apte à se situer à l'extérieur du caisson, en vue d'une connexion à une 10 entrée pneumatique du dispositif de commande. 5. Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce le corps de soupape comprend un deuxième passage (118) dont une première extrémité est en communication (119) 15 avec une entrée de commande pneumatique du vérin, et dont une seconde extrémité débouche dans une région du corps apte à se situer à l'extérieur du caisson, en vue d'une connexion à une sortie de commande pneumatique du dispositif de commande. 20 6. Soupape selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que le ou chaque passage (117 ; 118 ; 117, 118) comprend une partie s'étendant axialement dans une zone formant cylindre (116) dudit corps, apte à 25 guider l'organe mobile, et une partie s'étendant radialement dans une zone formant bride (112) dudit corps, destinée à la fixation de la soupape. 7. Soupape selon l'une des revendications 1 à 6, 30 caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur de position (400) apte à délivrer une information 2910583 14 représentative de la position de l'organe mobile {130) de la soupape (100). 8. Soupape selon l'une des revendications 1 à 7, 5 caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une ouverture (115) située en partie supérieure du corps de soupape et apte à faciliter l'évacuation des gaz situés en partie supérieure d'une enceinte dans la région supérieure de laquelle la soupape est montée. 10 9. Système de sécurisation d'un caisson étanche (C), caractérisé en ce qu'il comprend une soupape (100) équipée d'un vérin (300) selon l'une des revendications 1 à 3, montée dans une ouverture (0) du caisson, un 15 dispositif de commande (200) situé dans le caisson, sensible à la pression du milieu situé dans le caisson, et une conduite (206) entre le dispositif de commande et une entrée de commande du vérin, conduite également située dans le caisson. 20 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de commande est pneumatique, et en ce qu'il est prévu une conduite (202) d'alimentation en gaz comprimé entre l'extérieur et l'intérieur du caisson. 25 11. Système de sécurisation d'un caisson étanche, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape (100) équipée d'un vérin (300) selon la revendication 5, montée dans une ouverture (0) du caisson et un dispositif de 30 commande (200) situé à l'extérieur du caisson, ainsi qu'une conduite (207) reliant le premier passage (117) du corps de soupape à une entrée de détection du dispositif 2910583 15 de commande, et une conduite (208) reliant une sortie de commande du dispositif de commande au deuxième passage (118) du corps de soupape. 5 12. Système selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le dispositif de commande (200) comprend un pressostat (201) actionnant un relais pneumatique (203). 10 13. Système selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour forcer l'ouverture de la soupape (100) à l'aide du vérin (300) lors d'une opération de balayage du caisson (C) avec un gaz tel que de l'air. 15