Brevet FR2912486A1 — publié le 20080815

Description La présente invention a pour objet un système pour amortir mécaniquement les vibrations dans une soupape de sûreté. Elle a également pour objet une soupape de sûreté équipée d'un tel système d'amortissement. L'invention concerne le domaine technique des systèmes permettant d'amortir mécaniquement les vibrations pouvant apparaître dans une soupape de sûreté du type comportant une tige de guidage équipée à son extrémité inférieure d'un clapet, un ressort de tarage étant agencé avec ladite tige de guidage de manière à maintenir ledit clapet en appui étanche contre un siège de soupape. Le fonctionnement d'une telle soupape est commandé par la pression régnant dans l'enceinte contenant le fluide. Lorsque la pression dans l'enceinte est inférieure ou égale à une pression normale déterminée par la pré-tension du ressort de tarage, le clapet est maintenu en appui étanche contre le siège de la soupape. Lorsque la pression du fluide est supérieure à la pression normale, le clapet se soulève de son siège et laisse passer le fluide jusqu'à ce que la pression régnant dans l'enceinte diminue et devienne à nouveau inférieure ou égale à la pression normale de fonctionnement. Le clapet revient alors en appui étanche contre le siège et ferme la soupape. Si la pression à l'intérieur de l'enceinte augmente de nouveau, le clapet se soulève de nouveau, suivi d'une nouvelle fermeture. Ce type de soupape de sûreté peut être le siège de vibrations et/ou de battements lorsqu'elle est sollicitée. Ceci est particulièrement vrai quand elle 30 fonctionne sur des fluides incompressibles et qu'elle est montée à l'extrémité de tuyauteries longues. Les vibrations trouvent leur origine, entre autres causes 2 possibles, dans la mise en résonance de fréquences acoustiques de la soupape et de celle de la tuyauterie d'amenée du fluide. Ces vibrations et battements peuvent conduire à des échauffements importants au niveau des zones de guidage des éléments mobiles et notamment du clapet. Lorsqu'ils sont trop importants, ces échauffements sont de nature à endommager les parties mobiles de la soupape, et il arrive que certaines finissent par se bloquer sous l'action du grippage et/ou de micro-soudures. Le blocage d'une soupape peut avoir pour conséquence de maintenir le clapet ouvert et conduire à la vidange de l'enceinte, ce qui est néfaste pour l'installation. De plus, dans certaines applications particulières, et notamment lorsque la soupape de sécurité équipe le circuit d'eau de refroidissement d'une centrale nucléaire, la vidange fortuite de ce circuit peut avoir des conséquences dramatiques. II est donc tout à fait utile de prévoir des systèmes capables d'amortir les vibrations dans une soupape de sûreté. Les principaux systèmes d'amortissement connus sont du type à amortissement hydraulique ou à amortissement mécanique. Des systèmes d'amortissement hydraulique sont par exemple décrits dans le document FR 2.473.670 (ÉLECTRICITÉ DE FRANCE). Ils sont généralement formés d'un frein hydraulique disposé entre le clapet et le ressort de tarage de la soupape de sûreté. Le frein hydraulique décrit dans FR 2.473.670 (ÉLECTRICITÉ DE FRANCE) peut être inséré dans une soupape de sécurité existante, car il est configuré pour être monté et démonté en bloc. Toutefois, aucun réglage de l'amortissement n'est possible car le frein hydraulique est calibré définitivement avant le montage en fonction d'un amortissement souhaité. En effet, on peut calibrer différemment l'amortissement à l'ouverture et à la fermeture du clapet, mais on ne peut pas faire varier cet amortissement selon les spécificités de l'installation et/ou de l'utilisation de la soupape. De plus, les systèmes d'amortissement utilisant un frein hydraulique connaissent habituellement des pertes de fluide hydraulique qui les rendent peu fiables dans le temps, et engendrent des problèmes récurrents de maintenance. Un autre inconvénient réside dans le fait que pour intervenir sur le frein hydraulique, il faille démonter complètement la soupape de sécurité, et donc la mettre hors service, ce qui évidemment peut être préjudiciable pour la sécurité de l'installation, et notamment lorsqu'elle est installée dans une centrale nucléaire. On connaît par le document US 3.848.632 (POWELL), un système d'amortissement mécanique formé par un joint torique aménagé dans la tige de guidage du clapet de la soupape de manière à venir se plaquer contre le guide de ladite tige lors d'une augmentation de pression. Le frottement du joint torique contre la surface de guidage est censé atténuer les vibrations. Toutefois, l'amortissement engendré par le frottement du joint torique n'est pas efficace du fait l'élasticité de ce dernier. De plus, le montage du joint nécessite des usinages complexes qui rendent très difficile son intégration dans des soupapes existantes. Il n'est également pas possible de régler l'amortissement en cas d'usure du joint torique, et le remplacement de ce dernier nécessite de démonter complètement la soupape de sécurité et de la mettre hors service. On connaît également par le document FR 2.372.365 (SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT) une soupape de sécurité comportant, solidaire d'un organe de guidage en forme de tige, une butée qu'un ressort hélicoïdal presse contre un orifice de passage, ladite butée prenant appui contre une vis de réglage qui l'attaque excentriquement. Cette soupape est remarquable en ce que la butée et l'organe de guidage sont disposés l'un par rapport à l'autre de façon à établir une tendance au coincement créant un frottement mutuel. Outre le fait que la force de friction est difficilement réglable, ce type de système est complexe et n'assure pas un amortissement constant dans le temps du fait de la forte usure de l'organe de guidage. -4 On connaît encore par le document US 4.481.974 (BOPP & REUTHER), un système d'amortissement mécanique intégré dans une soupape de sûreté et comportant un étui dans lequel sont disposés des patins de frottement, ces derniers étant agencés de manière à pouvoir enserrer la tige de guidage du clapet montée mobile en translation dans ledit étui et exercer, par l'intermédiaire d'un ressort auxiliaire, une force de friction contre la surface extérieure de ladite tige, ce qui a pour effet d'atténuer les vibrations. Cette solution technique présente l'avantage d'être particulièrement efficace et fiable dans le temps comparativement aux autres solutions de l'art antérieur. Toutefois, un certain nombre d'inconvénients apparaît. Tout d'abord, le réglage de la force de friction ne peut être effectué qu'en augmentant ou en diminuant le nombre de patins de frottement de façon à régler la pré-tension du ressort auxiliaire. Ce réglage ne peut donc pas être effectué en marche, c'est-à-dire qu'il faut démonter totalement la soupape de sécurité pour régler la force de friction, avec tous les inconvénients que cela engendre. De plus, étant donné que l'étui comportant les différents éléments constitutifs du système d'amortissement doit être disposé dans l'espace interne cylindrique du ressort de tarage, ledit système d'amortissement n'est pas adaptable aux soupapes de sûreté existantes. Et au mieux, son installation nécessite le démontage de toute la soupape. Au vue de l'état de la technique et en particulier du document US 4.481.974 (BOPP & REUTHER), le problème technique que vise à résoudre l'invention est de proposer un système d'amortissement mécanique des vibrations pouvant être adapté aux soupapes de sûreté existantes, sans qu'il soit nécessaire de démonter ces dernières. Un autre but de l'invention est de proposer un système d'amortissement mécanique des vibrations du type décrit dans le document US 4.481.974 (BOPP & REUTHER), et dont l'intensité de l'amortissement peut être facilement réglée en fonction de l'installation et/ou de l'usure du système. L'invention a encore pour but de proposer une soupape de sûreté comportant un système d'amortissement mécanique des vibrations pouvant être facilement réglé et/ou changé, sans qu'il soit nécessaire d'arrêter l'installation ni de mettre hors service ladite soupape. L'invention a également pour but de proposer une soupape de sûreté de conception simple, facile à installer et peu onéreuse. La solution proposée par l'invention est un système pour amortir mécaniquement les vibrations du type décrit dans le document US 4.481.974 (BOPP & REUTHER), ledit système étant remarquable en ce qu'une rallonge de tige est montée mobile en translation dans ledit étui, ladite rallonge étant enserrée entre lesdits patins de frottement de manière à ce que ces derniers exercent une force de friction contre sa surface extérieure, ladite rallonge étant configurée pour être fixée à l'extrémité supérieure de la tige de guidage d'une soupape de sûreté. Ces caractéristiques techniques permettent d'intégrer simplement et rapidement le systèrne d'amortissement mécanique à une soupape de sûreté existante, sans démontage de cette dernière. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention permettant de simplifier la mise en place du système d'amortissement sur une soupape de sûreté existante, la rallonge de tige comporte à son extrémité inférieure un alésage axial configuré pour recevoir de manière amovible l'extrémité supérieure de la tige de guidage d'une soupape de sûreté. Selon une autre caractéristique remarquable de l'invention permettant de régler l'amortissement selon l'installation ou le type de soupape de sûreté sur lequel il est agencé et/ou permettant de réajuster l'amortissement en fonction de l'usure des patins de frottement, (l'étui renferme un dispositif de réglage destiné à faire varier la force de friction exercée par lesdits patins de frottement sur la surface extérieure de la rallonge de tige. Selon une caractéristique préférée de réalisation permettant de simplifier la conception du dispositif de réglage de l'amortissement, ce dernier comporte des bagues biaises agencées avec les patins de frottements, un organe de compression exerçant sur lesdites bagues un effort dans la direction axiale de la rallonge de tige, lesdites bagues étant configurées pour transformer cet effort axial en une force radiale appliquant lesdits patins de frottement contre la surface extérieure de ladite rallonge de tige, ledit organe de compression prenant appui contre une butée agencée dans l'étui, la position de ladite butée étant réglable de manière à pouvoir faire varier la pré-tension dudit organe de compression. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant de simplifier le réglage de la force de friction, la butée est constituée par un écrou monté de manière coaxiale à la rallonge de tige et dont le filetage coopère avec un filetage complémentaire aménagé sur l'étui. Un autre aspect de l'invention concerne une soupape de sûreté du type comportant une tige de guidage équipée à son extrémité inférieure d'un clapet, un ressort de tarage étant agencé avec ladite tige de guidage de manière à maintenir ledit clapet en appui étanche contre un siège de soupape, ladite soupape étant équipée d'un système pour amortir mécaniquement les vibrations comportant un étui dans lequel ladite tige de guidage est montée mobile en translation, des patins de frottement étant disposés dans ledit étui de manière à enserrer ladite tige de guidage et exercer une force de friction contre la surface extérieure de cette dernière. Cette soupape est remarquable en ce que le système pour amortir les vibrations est disposé au niveau de l'extrémité supérieure de la tige de guidage. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention permettant de simplifier la mise en position du système d'amortissement sur une soupape de sûreté existante, l'étui dudit système d'amortissement comporte des éléments de fixation coopérant avec un couvercle amovible fixé à l'extrémité supérieure du bâti de ladite soupape, de manière à ce que la fixation dudit couvercle sur ledit bâti maintienne ledit étui en position. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence au dessin annexé, réalisé à titre d'exemple indicatif et non limitatif et sur lequel la figure 1 est une vue schématique en coupe du système d'amortissement objet de l'invention disposé sur une soupape de sûreté. La soupape de sûreté 1 sur laquelle est destiné à être monté le système d'amortissement 20, équipe généralement une enceinte 2 contenant le fluide, compressible ou incompressible, et dont la pression doit être maintenue en dessous d'une pression limite de fonctionnement. Toutefois, le système d'amortissement 20 convient particulièrement aux soupapes de sûreté équipant un circuit d'eau de refroidissement d'une centrale nucléaire. La soupape de sûreté 1 est du type comportant une tige de guidage 10 équipée à son extrémité inférieure d'un clapet 11. Un ressort de tarage 12 est agencé avec la tige de guidage 10 de manière à maintenir le clapet 11 en appui étanche contre un siège 4 de soupape disposé à l'extrémité d'un conduit 3 relié à l'enceinte 2 et en saillie vers l'intérieur d'un raccord en T 5. Un patin 7 permet de guider la tige 10 en translation dans le raccord 5. Des joints d'étanchéité 8 agencés au niveau du patin de guidage 7 permettent au fluide de ne s'échapper que par la sortie 6 du raccord 5. Le ressort de tarage 12 est disposé dans une cloche 9 fixée de manière temporaire ou permanente sur le corps du raccord 5. D'une manière connue de l'homme du métier, le ressort de tarage 12 est positionné autour de la tige de guidage 10 et prend appui contre une flasque inférieure 13 et une flasque supérieure 14. La flasque inférieure 13 vient en butée contre un épaulement 15 de la tige de guidage 10 de manière à ce que le ressort de tarage 12 exerce un effort en direction du clapet 11 et maintienne ce dernier en appui étanche contre le siège 4. La flasque supérieure 14 est en appui contre une vis de réglage 16 positionnée au niveau de la cloche 9. En fonction du vissage de la vis de réglage 16, la pré-tension du ressort de tarage 12 est modifiée. Pour éviter tout déréglage de la vis 16, cette dernière est avantageusement accouplée à un contre-écrou 17. Le principe de fonctionnement de la soupape 1 est classique. La pression statique du fluide contenu dans l'enceinte 2 s'exerce sur la face inférieure du clapet 11. Elle est contrariée par l'action du ressort de tarage 12, comprimé par la vis de réglage 16 et transmise par la tige de guidage 10 au clapet 11. En cas de surpression dans l'enceinte 2, la pression exercée sur le clapet 11 excède l'effort de rappel du ressort 12 et le clapet 11 se soulève du siège 4, laissant passer le fluide qui s'échappe vers un conduit de récupération relié à la sortie 6 du raccord 5. En se rapportant à la figure annexée, un dispositif extérieur d'actionnement 18 à mécanisme manuel ou hydraulique permet de manoeuvrer par une action extérieure directe ou à distance, la prolongation de la tige de guidage 10. Ce dispositif est du type connu de l'homme du métier et par exemple décrit dans le document US 4.481.974 (BOPP & REUTHER). Le dispositif extérieur d'actionnement 18 est avantageusement agencé dans un corps 19 fixé de manière amovible ou permanente sur la cloche 9 ou une autre partie du bâti de la soupape 1. Lorsque le clapet 11 se soulève du siège et laisse passer le fluide, ce dernier est mis en mouvement. Les forces exercées sur le clapet 11 deviennent alors dynamiques et dans certaines conditions liées au fluide et à la configuration de l'installation, le mouvement du clapet 11 peut être instable et sujet à des vibrations et/ou battements et/ou martelage. Le système 20 pour amortir les vibrations de la tige de guidage 10 est explicité en détail sur la figure 1 annexée. Conformément à l'invention, le système d'amortissement 20 est disposé au niveau de l'extrémité supérieure de la tige de guidage 10. Le système d'amortissement 20 peut être disposé directement sur la tige de guidage 11 si cette dernière est suffisamment longue. Dans une variante de réalisation représentée sur la figure 1, le système d'amortissement 20 coopère avec la tige de guidage 10 par l'intermédiaire d'une rallonge de tige 21 configurée pour être fixée de manière temporaire ou permanente à l'extrémité supérieure de ladite tige de guidage 10. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la rallonge de tige 21 est rapportée à l'extrémité supérieure de la tige de guidage 10. Pour ce faire, cette dernière comporte à son extrémité inférieure un alésage axial 22 configuré pour recevoir de manière amovible ou non l'extrémité supérieure de la tige de guidage 10. De cette manière, la rallonge de tige 21 et la tige de guidage 10 sont disposées de manière coaxiale. Une goupille 23, ou tout autre moyen de fixation équivalent convenant à l'homme du métier, permet de maintenir en position la rallonge de tige 21 et la tige de guidage 10. L'étui 24 est avantageusement réalisé par un corps cylindrique creux disposé de manière coaxiale à la tige de guidage 10 et/ou à la rallonge de tige 21. La tige de guidage 10, ou sa rallonge 21, sont montées mobile en translation dans l'étui 24. Des patins cle frottement 25 sont disposés dans l'étui 24 de manière à enserrer la tige de guidage 10 ou sa rallonge 21 et exercer une force de friction contre la surface extérieure de ces dernières. On peut utiliser un seul ou préférentiellement plusieurs patins de frottement 25. Ces derniers sont réalisés dans un matériau ayant de bonnes propriétés de frottement. En pratique, on utilise du graphite. La force de friction exercée par les patins de frottement 25 provoque l'effet d'amortissement recherché, les vibrations étant éliminées. 10-L'étui 24 renferme préférentiellement un dispositif de réglage destiné à faire varier la force de friction exercée par les patins de frottement 25 sur la surface extérieure de la tige de guidage 10 ou de la rallonge 21. Ce dispositif de réglage comporte avantageusement des bagues biaises 26 agencées avec les patins de frottements 25, un organe de compression 27 exerçant sur lesdites bagues un effort dans la direction axiale de la tige de guidage 10 ou de la rallonge de tige 21. Les bagues sont configurées pour transformer l'effort axial de l'organe de compression 27 en une force radiale appliquant les patins de frottement 25 contre la surface extérieure de la tige de guidage 10 ou de sa rallonge 21. En pratique, les patins de frottement 25 comportent une surface extérieure latérale de forme sphérique, conique ou inclinée et les bagues biaises 26 comportent une surface intérieure de forme complémentaire. Les bagues biaises 26 sont agencées autour des patins de frottement 25 de sorte qu'en comprimant lesdits patins, ces derniers tendent à enserrer avec plus ou moins de pression la tige de guidage 10 ou sa rallonge 21. L'organe de compression 27 est avantageusement un ressort de compression disposé dans l'étui 24, autour de la tige de guidage 10 ou de sa rallonge 21. En lieu et place du ressort de compression, on peut prévoir d'utiliser un empilement de rondelles ressort ou tout autre moyen équivalent convenant à l'homme du métier. L'organe de compression 27 prend appui contre les rondelles biaises 26 de manière à exercer un effort axial sur ces dernières. L'autre extrémité de l'organe de compression 27 prend appui contre une butée 28 agencée dans l'étui 24. La position de la butée 28 est réglable de manière à pouvoir faire varier la pré-tension de l'organe de compression 27. En se rapportant à la figure 1, la butée 28 est préférentiellement constituée par un écrou monté de manière coaxiale à la tige de guidage 10 et/ou sa rallonge 21 et dont le filetage coopère :30 avec un filetage complémentaire aménagé sur l'étui 24. En fonction du vissage -11- de l'écrou, la pré-tension de l'organe de compression est modifiée. Pour éviter tout déréglage de cet écrou, ce dernier peut être accouplé à un contre-écrou. Dans une variante de réalisation non représentée, la butée 28 est une flasque en appui contre une vis de réglage positionnée au niveau du couvercle 30. En fonction du vissage de cette vis, la position de la flasque varie modifiant de surcroît la pré-tension de l'organe de compression 27. Cette solution s'apparente à celle utilisée pour le réglage de la pré-tension du ressort de tarragel2 décrite précédemment. La charge exercée par la butée 28 peut être réajustée en service au cas où, la soupape de sûreté 1 ayant été de nombreuses fois sollicitée, les patins de frottement 25 se seraient usés et auraient perdu de leur efficacité. Pour ce faire, il suffit de modifier le positionnement de la butée 28 de sorte que l'organe de compression 27 compense cette usure. Cette opération peut être réalisée sans démontage des éléments intrinsèquement constitutifs de la soupape 1. De même, en démontant seulement les éléments constitutifs du système d'amortissements 20, sans qu'il soit nécessaire d'arrêter l'installation ni de démonter la soupape de sûreté 1, les patins de frottement 25 peuvent être facilement remplacés en cas d'usure trop prononcée. L'invention ne doit toutefois pas être comprise comme se limitant à ce mode de réalisation, d'autres dispositifs de réglage permettant de régler la force de friction des patins de frottement 25 et convenant à l'homme du métier peuvent être employés. On peut par exemple prévoir un organe de compression exerçant directement un effort radial sur les patins de frottement 25, ces derniers tendant à enserrer avec plus ou moins de pression la tige de guidage 10 ou sa rallonge 21. L'étui 24 comporte des éléments de fixation 29 permettant de le fixer de manière amovible au bâti de la soupape de sûreté 1. Les éléments de fixation 29 coopèrent avec le couvercle amovible 30 fixé à l'extrémité supérieure du bâti de la soupape, et en particulier, s'il est présent, à l'extrémité supérieure du - 12 - corps 19 dans lequel est agencé le dispositif extérieur d'actionnement 18, de manière à ce que la fixation dudit couvercle sur ledit bâti maintienne l'étui 24 en position. En pratique, des éléments de fixation 29 en saillie vers l'extérieur sont agencés au bas du corps de l'étui 24. Ces éléments 29 sont configurés de manière à venir en appui sur l'extrémité supérieure du bâti de la soupape. Le couvercle 30 est disposé de manière à venir presser ces éléments de fixation 29 et un dispositif de serrage 31 vient maintenir l'ensemble en position. L'ensemble du système d'amortissement 20 est agencé à l'extérieur de la structure intrinsèque à la soupape ,de sûreté 1 et peut par conséquence être facilement adapté sur une soupape existante. Revendications 1. Système pour amortir mécaniquement les vibrations dans une soupape de sûreté (1) du type comportant une tige de guidage (10) équipée à son extrémité inférieure d'un clapet (11), un ressort de tarage (12) étant agencé avec ladite tige de guidage de manière à maintenir ledit clapet en appui étanche contre un siège (4) de soupape, ledit système d'amortissement comportant un étui (24) dans lequel sont disposés des patins de frottement (25), se caractérisant par le fait qu'une rallonge de tige (21) est montée mobile en translation dans ledit étui, ladite rallonge étant enserrée entre lesdits patins de frottement de manière à ce que ces derniers exercent une force de friction contre sa surface extérieure, et par le fait que ladite rallonge est configurée pour être fixée à l'extrémité supérieure de la tige de guidage (10) d'une soupape de sûreté (1). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel la rallonge de tige (21) comporte à son extrémité inférieure un alésage (22) axial configuré pour recevoir l'extrémité supérieure de la tige de guidage (10) d'une soupape de sûreté (1). 3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étui (24) renferme un dispositif de réglage destiné à faire varier la force de 25 friction exercée par les patins de frottement (25) sur la surface extérieure de la rallonge de tige (21). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de réglage comporte des bagues biaises (26) agencées avec les patins de 30 frottements (25), un organe de compression (27) exerçant sur lesdites bagues un effort dans la direction axiale de la rallonge de tige (21), lesdites- 14 - bagues étant configurées pour transformer cet effort axial en une force radiale appliquant lesdits patins de frottement contre la surface extérieure de ladite rallonge de tige, ledit organe de compression prenant appui contre une butée (28) agencée dans l'étui (24), la position de ladite butée étant réglable de manière à pouvoir faire varier la pré-tension dudit organe de compression. 5. Système selon la revendication 4, dans lequel la butée (28) est constituée par un écrou monté de manière coaxiale à la rallonge de tige (21) et dont le filetage coopère avec un filetage complémentaire aménagé sur l'étui (24). 6. Soupape de sûreté du type comportant une tige de guidage (10) équipée à son extrémité inférieure d'un clapet (11), un ressort de tarage (12) étant agencé avec ladite tige de guidage de manière à maintenir ledit clapet en appui étanche contre un siège (4) de soupape, ladite soupape étant équipée d'un système (20) pour amortir mécaniquement les vibrations comportant un étui (24) dans lequel ladite tige de guidage est montée mobile en translation, des patins de frottement (25) étant disposés dans ledit étui de manière à enserrer ladite tige de guidage et exercer une force de friction contre la surface extérieure de cette dernière, se caractérisant par le fait que ledit système (20) pour amortir les vibrations est disposé au niveau de l'extrémité supérieure de ladite tige de guidage. 7. Soupape selon la revendication 6, dans laquelle la tige de guidage (10) comporte à son extrémité supérieure une rallonge (21) enserrée entre les patins de frottement (25) et montée mobile en translation dans l'étui (24) du système (20) pour amortir les vibrations. :30 8. Soupape selon la revendication 7 dans lequel le système (20) pour amortir les vibrations est conforme aux revendications 1 à 5.- 15 - 9. Soupape selon l'une des revendications 6 à 8, dans laquelle l'étui (24) du système (20) pour amortir les vibrations comporte des éléments de fixation (29) coopérant avec un couvercle (30) amovible fixé à l'extrémité 5 supérieure du bâti de ladite soupape, de manière à ce que la fixation dudit couvercle sur ledit bâti maintienne ledit étui en position.