Brevet FR2911379A1 — publié le 20080718

- 1 - La présente invention concerne d'une façon générale les soupapes de sécurité, et plus particulièrement un dispositif d'assistance pour soupape de sécurité. Une soupape de sécurité est conventionnellement destinée à limiter à une valeur de consigne maximale la pression régnant à l'intérieur d'une enceinte, telle que par exemple un réservoir sous pression ou une tuyauterie sous pression. A cet effet, elle comprend un clapet sollicité contre son siège par un ressort taré, de telle sorte que le clapet s'ouvre lorsque la pression exercée sur le clapet est telle que la force du ressort est surmontée. On connaît déjà des dispositifs d'assistance pour de telles soupapes. Ainsi le document FR-A-2 115 574 au nom de la Demanderesse divulgue un dispositif d'assistance qui comporte un vérin piloté, ce vérin étant propre à exercer sur le clapet de la soupape de sécurité une force s'additionnant à celle du ressort pour le maintenir appliqué contre son siège, tant que la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte n'atteint pas une valeur de consigne maximale, et à cesser instantanément d'exercer cette force lorsque cette consigne est franchie, la tige du vérin n'étant solidaire qu'en poussée de l'équipage mobile de la soupape. Conformément aux normes existant en la matière, la valeur de ce surcroît d'effort est en général limitée à un certain pourcentage, faible, de l'effort exercé par le ressort (par exemple 10% dans le cas de la norme ISO 4126-1) . Un inconvénient d'une telle soupape assistée est que soit du fait de la technologie de la soupape elle même, soit du fait de la réaction du fluide, soit encore du fait de l'isométrie de la tuyauterie, soit pour une autre raison, - 2 - une telle force supplémentaire de 10% de la consigne peut avec le temps ne plus être suffisante pour garantir une fermeture correcte de la soupape. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients, et de permettre de mieux assurer la refermeture d'une soupape de sécurité, sans toutefois appliquer au clapet des efforts qui, au cours du fonctionnement normal de la soupape, risqueraient d'empêcher sa bonne ouverture sur la valeur de consigne, et tout en respectant les normes en vigueur qui limitent le niveau d'assistance apporté au clapet en fonctionnement normal. On propose à cet effet, selon un premier aspect de la présente invention, un système de soupape de sécurité pour une enceinte susceptible de donner lieu à des surpressions de fluide, comprenant une soupape de sécurité comportant un clapet appliqué contre un siège avec une force contrôlée à l'aide d'un organe d'application de force, un organe d'assistance commandé par pression de fluide et monté sur la soupape de façon à engendrer en réponse à une première pression de fluide une force additionnelle s'ajoutant à celle de l'organe d'application de force, et un dispositif de commande apte à commander l'application de ladite première pression de fluide à l'organe d'assistance lorsque la pression dans l'enceinte est acceptable, et à supprimer ladite pression de fluide lorsque la pression dans l'enceinte est inacceptable, de manière à permettre alors à la soupape de sécurité de s'ouvrir à sa pression de consigne nominale, système caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'assistance à la refermeture comprenant une source d'une seconde pression de fluide supérieure à la première pression de fluide et un moyen pour appliquer audit organe d'assistance ladite seconde pression de fluide seulement pendant une période de temps limitée incluant une phase de refermeture de la soupape. Selon un deuxième aspect de l'invention, on propose un dispositif de commande pour une soupape de sécurité destinée à une enceinte susceptible de donner lieu à des surpressions de fluide et comportant un clapet appliqué contre un siège avec une force contrôlée à l'aide d'un organe d'application de force et équipée d'un organe d'assistance commandé par pression de fluide et monté sur la soupape de façon à engendrer en réponse à une première pression de fluide une force additionnelle s'ajoutant à celle de l'organe d'application de force, le dispositif de commande étant apte à commander l'application de ladite première pression de fluide à l'organe d'assistance lorsque la pression dans l'enceinte est acceptable, et à supprimer ladite pression de fluide lorsque la pression dans l'enceinte est inacceptable, de manière à permettre alors à la soupape de sécurité de s'ouvrir à sa pression de consigne nominale, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'assistance à la refermeture comprenant une source d'une seconde pression de fluide supérieure à la première pression de fluide et un moyen pour appliquer audit organe d'assistance ladite seconde pression de fluide seulement pendant une période de temps limitée incluant une phase de refermeture de la soupape. Certains aspects préférés mais non limitatifs du système et du dispositif de l'invention sont les suivants : * il comprend en outre un organe commandé capable d'appliquer à l'organe d'assistance une contre-pression destinée à accélérer la neutralisation de ce dernier lorsque la première pression de fluide n'est plus appliquée, et la - 4 - source d'une seconde pression de fluide comprend un espace en communication avec une sortie de fluide dudit organe. * il est prévu un clapet anti-retour entre ledit organe commandé et ledit espace. * ledit espace communique avec l'air libre par l'intermédiaire d'au moins un régulateur de débit, de manière à ce que la pression dans celui-ci diminue graduellement. * la première pression de fluide est engendrée par un régulateur de pression alimenté par une pression de réseau, tandis qu'il est prévu au moins une valve commandée pour sélectivement appliquer la première pression de fluide à l'organe d'assistance, ainsi qu'une valve automatique reliée audit espace et audit régulateur de pression, de manière à appliquer à ladite valve commandée la plus élevée parmi la première pression et la pression régnant dans ledit espace. * il comprend un bloc commun de communication de fluide véhiculant la première pression de fluide et ladite contre-pression, et un élément abritant ledit espace, ladite valve automatique et le clapet anti-retour sont rapportés sur ledit bloc commun de communication par des raccords. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : La figure 1 représente un schéma général électrique et pneumatique du système d'assistance pour soupape de sécurité selon l'invention, La figure 2 est une vue générale de l'agencement de la soupape et d'un boîtier de commande comprenant les circuits électriques et pneumatiques, et La figure 3 est une vue en section longitudinale verticale d'un bloc de raccordement additionnellement pourvu d'un bloc complémentaire et d'une valve à commande pneumatique suffisants pour la mise en oeuvre de la présente invention à partir d'un dispositif connu. Dans sa généralité, un dispositif d'assistance pour soupape de sécurité selon l'invention s'applique à une soupape de sécurité connue en elle-même, protégeant une enceinte pressurisée et comportant un clapet de soupape appliqué contre son siège par une force engendrée par un ressort convenablement taré. De façon également connue, on associe à cette soupape un organe d'assistance comprenant un vérin, ici un vérin pneumatique, dont une tige peut sélectivement appliquer à l'équipage mobile de la soupape, comportant le clapet, une force d'assistance destinée dans des conditions déterminées à s'ajouter à la force exercée par le ressort taré. Le dispositif de commande d'assistance qui commande le vérin d'assistance comprend au moins un capteur de pression et un système de commande sensible à la pression régnant dans l'enceinte et contrôlant en fonction de la pression observée la force exercée par le vérin. Le dispositif d'assistance est conçu en particulier pour supprimer immédiatement la force d'assistance lorsque la pression atteinte dans l'enceinte atteint sa valeur de consigne maximale, et pour la rétablir lorsque cette même pression retombe à une valeur inférieure d'un pourcentage déterminé à la précédente, que l'on nommera par la suite consigne basse. Une telle soupape de sécurité à assistance répond typiquement à certaines normes qui prévoient que la force d'assistance doit valoir au plus 10% de la force correspondant à la consigne de pression maximale (voir par exemple norme ISO 4126-1). Selon la présente invention, le dispositif d'assistance est également conçu pour appliquer à la soupape, au cours d'une phase de refermeture de celle-ci et donc de façon tout à fait ponctuelle, une force d'assistance plus grande que celle mentionnée au paragraphe précédent, ceci afin de s'assurer d'une bonne refermeture du clapet même dans certaines conditions négatives dues par exemple à la technologie de la soupape, à une contre-pression importante ou à une modification de l'isométrie de la tuyauterie de l'installation. Maintenant en référence à la figure 1, et suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de commande d'assistance comprend tout d'abord au moins un circuit électropneumatique incluant : • un capteur de pression Xi mesurant la pression régnant dans l'enceinte (elle-même non représentée) et dont la sortie communique via une connecteur Ni avec un convertisseur programmable CPi apte à ouvrir (respectivement refermer) un circuit électrique relié à ses contacts lorsque la pression dans l'enceinte atteint une consigne de pression maximale admissible (respectivement une consigne basse), une électrovalve pilote Bi commandée par le convertisseur programmable CPi via un bouton poussoir de sécurité Yi et un relais Ri. De préférence, on prévoit ce circuit électropneumatique en triple, comme illustré sur la figure 1, de manière à augmenter la sécurité de fonctionnement du dispositif de commande. Les références des éléments des trois branches se terminent respectivement par 1, 2 et 3. - 7 - Les entrées des électrovalves B1 à B3 sont reliées à la sortie d'un régulateur de pression E lui-même relié à la sortie d'un filtre à air D dont l'entrée communique avec une source d'air sous pression, tel qu'un réseau 7 bars conventionnel désigné par R. Les sorties des électrovalves B1 à B3 sont reliées en commun à la chambre supérieure d'un vérin d'assistance J monté sur la soupape de sécurité à ressort S, via une valve à bille trois voies G1. La chambre basse du vérin J est reliée quant à elle à la sortie d'une autre électrovalve BS dont l'entrée est reliée à la sortie du filtre D. L'électrovalve BS est commandée par un relais R4 lui même commandé par les relais R1 à R3 de manière à ce que la l'électrovalve BS soit mise à l'air (position de purge) lorsque les électrovalves B1 à B3 sont passantes et appliquent une pression à la chambre haute du piston, et qu'inversement l'électrovalve BS soit passante pendant que les électrovalves B1 à B3 sont mises à l'air. Des manomètres F1 et F2 peuvent être prévus pour contrôler les niveaux de la pression d'assistance et de la contre-pression. Ce circuit électropneumatique, connu en soi, fonctionne de la manière suivante : lorsque la pression dans l'enceinte est normale, les électrovalves B1 à B3 sont passantes de manière à appliquer à la chambre supérieure du vérin J une pression contrôlée, déterminée par le régulateur E. Pendant cette phase, l'électrovalve BS est en purge de façon à ce que le chambre basse du vérin soit à la pression atmosphérique. La pression contrôlée appliquée par les électrovalves B1 à B3 au vérin se traduit en une force d'assistance exercée sur l'équipage mobile de la soupape. Elle est déterminée typiquement pour que ce surcroît de force, par rapport à la force nominale appliquée par son ressort, n'excède pas 10% de celle-ci. Dès que la pression dans l'enceinte atteint la valeur maximale admissible, les capteurs Xl à X3 détectent cette situation pour commander la mise à l'air (purge) des électrovalves B1 à B3, et simultanément le passage de l'électrovalve BS à l'état passant, pour ainsi immédiatement relever la tige du vérin J grâce à la pression appliquée à la chambre basse du vérin. La soupape S peut ainsi agir sur sa valeur de consigne pour se soulever à l'encontre de la seule force de son ressort. Les convertisseurs programmables sont programmés de telle sorte que ce n'est que lorsque la pression dans l'enceinte est redescendue au-dessous d'une consigne basse, typiquement légèrement au-dessous de la consigne maximale admissible (par exemple 3% au-dessous), que les capteurs Xl à X3, par l'intermédiaire desdits convertisseurs, rendent les électrovalves B1 à B3 à nouveau passantes et mettent l'électrovalve BS à l'air, pour ainsi ré-appliquer la tige du vérin J contre l'équipage mobile de la soupape S avec la force contrôlée désirée. Selon l'invention, le dispositif d'assistance comporte en outre un circuit d'assistance à la refermeture destiné à appliquer au vérin, pendant une durée incluant la phase de refermeture de la soupape mais limitée dans le temps, une force supérieure à la force d'assistance précitée. Ce circuit comprend un bloc de temporisation BT dont une entrée est reliée à la sortie de l'électrovalve BS par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour à bille AR. Ce bloc comprend une série de régulateurs de débit (ici au nombre de trois) RD1 à RD3 qui ont pour but d'assurer une baisse contrôlée de la pression dans un espace intérieur du bloc de temporisation après que celle-ci a été mise sous pression, comme on va le voir dans la suite. Une sortie du bloc de temporisation BT est reliée à une entrée d'une valve pneumatique champignon PV par ailleurs branchée entre la sortie du filtre à air D et la sortie du régulateur de pression E. Le comportement de cette valve est tel que la pression en sortie du régulateur E. telle qu'elle est appliquée aux électrovalves B1 à B3, est automatiquement égale soit à la pression délivrée par ledit régulateur E, soit à la pression présente dans le bloc de temporisation BT si celle-ci est plus élevée. Le comportement du dispositif de commande ainsi modifié reste inchangé lors du fonctionnement normal (pression normale dans l'enceinte) et lorsque l'action du vérin J doit être neutralisée dès que la pression dans l'enceinte atteint sa consigne maximale admissible. En effet, pendant ces phases, le bloc de temporisation est à la pression atmosphérique et c'est la pression du régulateur E qui est appliquée au vérin J. Les exigences prévues notamment par les normes continuent ainsi à être respectées. En revanche, dès que l'électrovalve BS a été rendue passante pour neutraliser le vérin J lors de l'apparition d'une surpression, cette même électrovalve assure la mise en pression de l'espace intérieur du bloc de temporisation BT, et maintient ledit espace intérieur à cette pression aussi longtemps qu'elle est passante. Dès que la consigne basse est atteinte, l'électrovalve BS est mise à l'air, et le clapet anti-retour AR empêche le 30 bloc de temporisation BT d'en faire de même. A partir de cet instant, la pression à la sortie du bloc de temporisation diminue graduellement, grâce aux - 10 - régulateurs de débit, en partant d'une pression voisine de celle du réseau. Aussi longtemps que cette pression est supérieure à celle délivrée par le régulateur de pression, c'est celle-ci qui est appliquée, via les électrovalves B1 à B3 qui sont à l'état passant, à la chambre supérieure du vérin J. De la sorte, un surcroît de force temporaire, existant seulement au cours de la phase de refermeture de la soupape S, est appliqué à l'équipage mobile de celle-ci de façon à garantir une bonne application de son clapet contre son siège, et ainsi diminuer les risques d'une fermeture imparfaite due à la technologie de la soupape, à la réaction du fluide, à l'isométrie de la tuyauterie de l'installation, etc. En revanche, dès que la pression dans le bloc de temporisation BT est redescendue au-dessous de la pression disponible à la sortie du régulateur de pression E, le dispositif de commande fonctionne à nouveau comme décrit précédemment, le surcroît de force appliqué à la soupape de sécurité étant conforme à la norme. Typiquement, les régulateurs d'écoulement RD1 à RD3 qui déterminent la vitesse de chute de la pression dans le bloc de temporisation BT est telle qu'une surpression se substitue à la pression du régulateur E seulement pendant une durée de l'ordre de 5 à 15 secondes, en particulier suivant la technologie de la soupape, de manière que le fonctionnement normal de la soupape et de son dispositif de commande soit assuré à nouveau très rapidement après la fin de la phase de refermeture. On a représenté sur la figure 2 des dessins l'agencement général de la soupape S équipée de son vérin pneumatique J, du boîtier B abritant le dispositif de commande, du bloc de mesure BM en communication avec - 11 - l'enceinte (elle même non représentée). Des signes de référence identiques à ceux de la figure 1 ont été utilisés dans la mesure du possible, pour les éléments apparaissant sur cette figure. On observe sur la figure 2 un bloc commun de communication pneumatique BC destiné au raccordement des électrovalves B1, B2, B3 et BS avec le reste des éléments et susceptible de véhiculer d'une part la pression d'assistance et d'autre part la contre-pression. La figure 3 vise à illustrer le fait que la présente invention peut être mise en oeuvre de façon simple en rapportant des éléments choisis sur ce bloc de communication BC, adapté si nécessaire pour disposer des raccords pneumatiques appropriés. Ainsi cette figure illustre, rapportés par dessus ce bloc BC, d'une part un bloc incluant le clapet anti-retour AR et l'espace du bloc de temporisation BT, formé par un alésage borgne dans lequel débouchent des passages radiaux filetés pour des vis formant des organes de réglage de débit, et d'autre part la valve champignon PV reliée au bloc de temporisation par un conduit pneumatique souple CP. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus, mais l'homme de l'art saura y apporter de nombreuses variantes et modifications. Notamment, les fonctions d'assistance réalisées selon la présente invention pourront être mises en oeuvre à partir d'une pression pneumatique ou d'une pression hydraulique. REVENDICATIONS 1. Système de soupape de sécurité pour une enceinte susceptible de donner lieu à des surpressions de fluide, comprenant une soupape de sécurité (S) comportant un clapet appliqué contre un siège avec une force contrôlée à l'aide d'un organe d'application de force, un organe d'assistance (J) commandé par pression de fluide et monté sur la soupape de façon à engendrer en réponse à une première pression de fluide une force additionnelle s'ajoutant à celle de l'organe d'application de force, et un dispositif de commande apte à commander l'application de ladite première pression de fluide à l'organe d'assistance lorsque la pression dans l'enceinte est acceptable, et à supprimer ladite pression de fluide lorsque la pression dans l'enceinte est inacceptable, de manière à permettre alors à la soupape de sécurité de s'ouvrir à sa pression de consigne nominale, système caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'assistance à la refermeture (AR, BT, PV) comprenant une source (BT) d'une seconde pression de fluide supérieure à la première pression de fluide et un moyen (PV) pour appliquer audit organe d'assistance ladite seconde pression de fluide seulement pendant une période de temps limitée incluant une phase de refermeture de la soupape. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commande comprend en outre une valve commandée (BS) capable d'appliquer à l'organe d'assistance (J) une contre-pression destinée à accélérer la neutralisation de ce dernier lorsque la première pression de fluide n'est plus appliquée, et en ce que la- 13 - source d'une seconde pression de fluide comprend un espace (BT) en communication avec une sortie de fluide dudit organe (BS). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un clapet anti-retour (AR) entre ladite valve commandée et ledit espace. 4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit espace (BT) communique avec l'air libre par l'intermédiaire d'au moins un régulateur de débit (RD1, RD2, RD3), de manière à ce que la pression dans celui-ci diminue graduellement. 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la première pression de fluide est engendrée par un régulateur de pression (E) alimenté par une pression de réseau (R), en ce qu'il comprend au moins une valve commandée (B1, B2, B3) pour sélectivement appliquer la première pression de fluide à l'organe d'assistance (J), ainsi qu'une valve automatique (PV) reliée audit espace (BT) et audit régulateur de pression (E), de manière à appliquer à ladite valve commandée la plus élevée parmi la première pression et la pression régnant dans ledit espace. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc commun de communication de fluide (BC) véhiculant la première pression de fluide et ladite contre-pression, et en ce qu'un élément abritant ledit espace (BT), ladite valve automatique (PV) et le- 14 -clapet anti-retour (AR) sont rapportés sur ledit bloc commun de communication par des raccords. 7. Dispositif de commande pour une soupape de sécurité (S) destinée à une enceinte susceptible de donner lieu à des surpressions de fluide et comportant un clapet appliqué contre un siège avec une force contrôlée à l'aide d'un organe d'application de force et équipée d'un organe d'assistance (J) commandé par pression de fluide et monté sur la soupape de façon à engendrer en réponse à une première pression de fluide une force additionnelle s'ajoutant à celle de l'organe d'application de force, le dispositif de commande étant apte à commander l'application de ladite première pression de fluide à l'organe d'assistance lorsque la pression dans l'enceinte est acceptable, et à supprimer ladite pression de fluide lorsque la pression dans l'enceinte est inacceptable, de manière à permettre alors à la soupape de sécurité de s'ouvrir à sa pression de consigne nominale, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'assistance à la refermeture (AR, BT, PV) comprenant une source (BT) d'une seconde pression de fluide supérieure à la première pression de fluide et un moyen (PV) pour appliquer audit organe d'assistance ladite seconde pression de fluide seulement pendant une période de temps limitée incluant une phase de refermeture de la soupape. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe commandé (BS) capable d'appliquer à l'organe d'assistance une contre-pression destinée à accélérer la neutralisation de ce- 15 - dernier lorsque la première pression de fluide n'est plus appliquée, et en ce que la source (BT) d'une seconde pression de fluide comprend un espace en communication avec une sortie de fluide dudit organe. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est prévu un clapet anti-retour (AR) entre ledit organe commandé et ledit espace. 10 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit espace communique avec l'air libre par l'intermédiaire d'au moins un régulateur de débit (RD1, RD2, RD3), de manière à ce que sa pression diminue graduellement. 15 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la première pression de fluide est engendrée par un régulateur de pression (E) alimenté par une pression de réseau, en ce qu'il comprend au moins une 20 valve (B1, B2, B3) commandée pour sélectivement appliquer la première pression de fluide à l'organe d'assistance, ainsi qu'une valve automatique (PV) reliée audit espace et audit régulateur de pression, de manière à appliquer à ladite valve commandée la plus élevée parmi la première 25 pression et la pression régnant dans ledit espace. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc commun de communication de fluide (BC) véhiculant la première pression de fluide et 30 ladite contre-pression, et en ce qu'un élément abritant ledit espace (BT), ladite valve automatique (PV) et le5- 16 -clapet anti-retour (AR) sont rapportés sur ledit bloc commun de communication par des raccords.