Brevet FR2980547A1 — publié le 20130329

La présente invention concerne d'une façon générale les soupapes de sûreté, et plus particulièrement un dispositif d'assistance pour soupape de sûreté. Une soupape de sûreté 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 élément mobile sollicité contre son siège par un ressort taré, de telle sorte que l'élément mobile s'ouvre lorsque la pression exercée sur l'élément mobile devient supérieure à la force du ressort. On connaît déjà des dispositifs d'assistance pour de telles soupapes. Ainsi le document FR 2 115 574 au nom de la Demanderesse divulgue un dispositif d'assistance qui comporte un vérin piloté par un dispositif de commande, ce vérin étant propre à exercer sur l'élément mobile de la soupape de sûreté 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, l'actionneur du vérin n'étant solidaire qu'en poussée de l'équipage mobile de la soupape. On connaît également du document FR 2 911 379, toujours au nom de la Demanderesse, un perfectionnement du dispositif d'assistance du document FR 2 15 574, dans lequel le système comprend en outre un circuit d'assistance à la refermeture adapté pour appliquer au vérin piloté une pression de fluide supérieure à la pression de fluide appliquée en utilisation normale audit vérin piloté pendant une période de temps limitée incluant une phase de refermeture de la soupape. Conformément aux normes existantes en la matière, la valeur de la force additionnelle 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). 2 98054 7 2 Dans certaines applications nécessitant notamment de transmettre un faible effort de poussée mais un effort de traction important afin de pouvoir maintenir la soupape ouverte et ce quelles que soient ses dimensions, il a été proposé d'utiliser un vérin à double effet et à double piston pour appliquer 5 la force additionnelle sur la soupape de sûreté. Un tel vérin 1 est illustré en figure 1 et comprend, de manière connue en soi : - un cylindre 10, - un premier piston 20 et un deuxième piston 30, mobiles en translation dans le cylindre 10 et séparant le volume du cylindre en au moins deux 10 chambres 22, 32 isolées l'une de l'autre, à savoir une première chambre 22 adjacente au premier piston 20 et une deuxième chambre 32 adjacente au deuxième piston 30, et - un actionneur 40, typiquement une tige, adapté pour transmettre les efforts exercés sur ou par le vérin. 15 La surface de travail du premier piston 20 étant généralement supérieure à la surface de travail du deuxième piston 30, en utilisation dans le dispositif d'assistance, on peut introduire simultanément du fluide (habituellement du gaz, typiquement de l'air) dans les deux chambres 22, 32 par des orifices associés 24, 34, de sorte que seule une faible pression (mais 20 toutefois suffisante afin d'appliquer la force additionnelle requise sur la soupape de sûreté 50) soit appliquée sur l'élément mobile 52 de la soupape 50 afin de le maintenir fermée lorsque la pression au sein de l'enceinte est inférieure à la valeur de consigne maximale. Puis, lorsque la pression atteint ou dépasse la valeur de consigne 25 maximale, on coupe l'alimentation en fluide de la première chambre 22 uniquement. L'introduction continue de fluide dans la deuxième chambre 32 tend donc à actionner l'actionneur 40 du vérin 1 et à permet l'ouverture de la soupape de sûreté 50. De manière conventionnelle, un vérin à double effet et à double piston 30 peut en outre comprendre une soupape auxiliaire 60, agencée sur le cylindre 10 en communication fluidique avec la première chambre 22 et tarée de sorte que, lorsque la pression au sein de la première chambre 22 atteint une valeur de consigne donnée en raison par exemple d'un blocage du dispositif de commande, la soupape auxiliaire 60 s'ouvre afin de réduire la pression au sein de ladite chambre 22 et de permettre la suppression de la force additionnelle sur la soupape de sûreté 50. Typiquement, le tarage est réalisé de sorte qu'en cas de surpression appliquée sur l'actionneur 40 par la soupape de sûreté 50 supérieure ou égale à 10% de sa valeur de réglage mécanique, la soupape auxiliaire 50 s'ouvre. De la sorte, on garantit le respect des normes en la matière malgré un éventuel dysfonctionnement du dispositif d'assistance. Néanmoins, la Demanderesse s'est aperçue que, lors des tests réalisés sur un tel dispositif d'assistance, au cours desquels on simule un dysfonctionnement du dispositif de commande en isolant les première 22 et deuxième chambres 32 et en appliquant sur l'actionneur une force supérieure à la valeur de consigne maximale, la soupape auxiliaire 60 ne s'ouvrait pas. Il est apparu après des investigations plus poussées que cela était dû à l'existence de fuites, même extrêmement minimes, au niveau de la partie inférieure du vérin 1 (et plus particulièrement entre l'actionneur 40 lui-même et le cylindre 10). Par conséquent, bien que le dispositif d'assistance ait fait ses preuves en utilisation, il s'avère qu'il risque de ne pas être validé par les organismes agréés en raison du type de test effectué. L'invention a pour objet de résoudre ce problème, et de proposer un dispositif d'assistance pour soupape de sûreté destinée à limiter à une valeur de consigne maximale la pression régnant à l'intérieur d'une enceinte, dans le cas où ce dispositif est équipé d'un vérin à double effet et à double piston, permettant de garantir que la soupape de sûreté puisse s'ouvrir malgré un éventuel dysfonctionnement du dispositif d'assistance, au cours duquel le dispositif de commande ne supprime pas la pression additionnelle sur la soupape bien que la pression au sein de l'enceinte dépasse la valeur maximale de consigne, et ce malgré la présence éventuelle de fuites du fait de la construction du vérin lui-même. Un autre objectif de la demande est de proposer un tel dispositif d'assistance, qui soit en outre capable de respecter les normes en vigueur à s ce jour en matière de sécurité. Pour cela, l'invention propose un dispositif d'assistance pour soupape de sûreté destinée à limiter à une valeur de consigne maximale la pression régnant à l'intérieur d'une enceinte, comprenant : - une soupape de sûreté comportant un élément mobile appliqué contre 10 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 sûreté de façon à engendrer 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 15 force additionnelle sur la soupape de sûreté lorsque la pression dans l'enceinte est inférieure à une valeur de consigne maximale, et à supprimer ladite force additionnelle sur la soupape de sûreté lorsque la pression dans l'enceinte atteint ladite valeur de consigne maximale, de manière à permettre alors à la soupape de sûreté de s'ouvrir à sa pression de consigne nominale, 20 dans lequel l'organe d'assistance est un vérin à double effet et à double piston comprenant : - un cylindre, - un premier piston et un deuxième piston, mobiles en translation dans le cylindre et séparant le volume du cylindre en au moins deux chambres 25 isolées l'une de l'autre, à savoir une première chambre adjacente au premier piston et une deuxième chambre adjacente au deuxième piston, et - un actionneur adapté pour transmettre un effort au premier et au deuxième piston, le dispositif d'assistance étant caractérisé en ce que le vérin comprend en 30 outre au moins un clapet anti-retour agencé entre la première et la deuxième chambre et adapté pour n'autoriser un passage de fluide qu'en direction de la deuxième chambre. Certains aspects préférés mais non limitatifs du dispositif d'assistance conforme à l'invention sont les suivants : - une surface de travail du premier piston est supérieure à une surface de travail du deuxième piston ; - il comprend en outre une soupape auxiliaire en communication fluidique avec la première chambre, et adaptée pour s'ouvrir lorsque la pression au sein de la première chambre excède une valeur seuil donnée 10 correspondant à une valeur de consigne maximale de la soupape de sûreté ; - le vérin peut comprendre une série de clapets anti-retour (typiquement deux ou trois) disposés en parallèle entre la première et la deuxième chambre, chacun étant adapté pour n'autoriser un passage de fluide qu'en direction de la deuxième chambre ; et 15 - le ou les clapets anti-retour sont soit intégrés au vérin, soit rapportés sur le vérin au moyen de raccords externes au vérin. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un vérin à double effet et à double piston pourvu d'au moins un clapet anti-retour, destiné à équiper un dispositif d'assistance conforme à l'invention. 20 Selon un dernier aspect, l'invention propose une soupape de sûreté comportant un élément mobile appliqué contre un siège avec une force contrôlée à l'aide d'un organe d'application de force, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un dispositif d'assistance conforme à l'invention. 25 D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées données à titre non limitatif et sur lesquelles : La figure 1 représente une vue en coupe d'un vérin à double effet à 30 double piston conforme à l'art antérieur, La figure 2A représente un mode de réalisation d'un vérin à double effet à double piston destiné à être utilisé dans un dispositif d'assistance conforme à l'invention, La figure 2B représente une vue en coupe du vérin à double effet à 5 double piston, sur laquelle le clapet anti-retour et les vannes sont représentées schématiquement, et La figure 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif d'assistance conforme à l'invention. 10 Nous allons à présent décrire un dispositif d'assistance 100 pour soupape de sûreté 50 destinée à limiter à une valeur de consigne maximale la pression régnant à l'intérieur d'une enceinte 110 en référence aux figures 2A, 2B et 3 annexées. Pour cela, nous utiliserons les mêmes références numériques afin de désigner des éléments identiques. 15 Un tel dispositif 100 comprend : - une soupape de sûreté 50 comportant un élément mobile 52 appliqué contre un siège (non visible sur les figures) avec une force contrôlée à l'aide d'un organe d'application de force 54 tel qu'un ressort hélicoïdal, - un organe d'assistance commandé par pression de fluide et monté sur 20 la soupape de façon à engendrer une force additionnelle s'ajoutant à celle de l'organe d'application de force 54, et - un dispositif de commande 120 apte à commander l'application de ladite force additionnelle sur la soupape 50 lorsque la pression dans l'enceinte 110 est inférieure à une valeur de consigne maximale, et à 25 supprimer ladite force additionnelle sur la soupape lorsque la pression dans l'enceinte 110 atteint ladite valeur de consigne maximale, de manière à permettre alors à la soupape de sûreté 50 de s'ouvrir à sa pression de consigne nominale. Un tel dispositif d'assistance peut par exemple être conforme aux 30 dispositifs décrits par les documents FR 2 115 574 ou FR 2 911 379. 2 98054 7 7 L'organe d'assistance 1 peut être un vérin à double effet et à double piston. Un tel vérin étant connu en soi de l'art antérieur il ne sera pas décrit en détail ici. De manière générale, un vérin à double effet et à double piston 1 comprend : s - un cylindre 10, - un premier piston 20 et un deuxième piston 30, et - un actionneur 40 (généralement une tige) adapté pour transmettre les efforts exercés sur ou par le vérin. Le premier 20 et le deuxième 30 piston sont mobiles en translation 10 dans le cylindre 10 et séparent le volume du cylindre en au moins deux chambres 22, 32 isolées l'une de l'autre. Une première 22 des chambres est adjacente au premier piston 20, et délimitée par une paroi du cylindre 10 et ce piston 20. La deuxième 32 des chambres quant à elle est adjacente au deuxième piston 30, et disposée généralement du côté de la soupape de 15 sûreté 50. Chacune des chambres 22, 32 comprend un orifice d'introduction 24, 34 d'un fluide, connecté respectivement à une vanne d'alimentation 26, 36. Généralement, le fluide est de l'huile ou du gaz. Par ailleurs, la surface de travail du premier piston 20 est plus grande 20 que la surface de travail du deuxième piston 30. Selon une forme de réalisation préférée, les orifices 24, 34, sont alors alimentés simultanément par leurs vannes d'alimentation respectives 26, 36, de sorte que, en utilisation normale, la pression appliquée sur le premier piston 20 est supérieure à celle appliquée sur le deuxième piston 30, transmettant ainsi la 25 force additionnelle à la soupape de sûreté 50 par l'intermédiaire de l'actionneur 40. Le rapport entre la surface de travail du premier piston 20 et celle du deuxième piston 30 est choisi en fonction de la valeur de la pression additionnelle souhaitée. 30 Comme illustré sur les figures 2A et 2B, le vérin à double effet et à double piston 1 comprend en outre un clapet anti-retour 70 agencé entre la première 22 et la deuxième chambre 32. Ce clapet anti-retour 70 est adapté pour permettre un passage de fluide de la première chambre 22 vers la deuxième chambre 32, et empêcher tout passage de fluide de la deuxième chambre 23 en direction de la première 22. En variante (non illustrée sur les figures), pour des questions de sûreté du fonctionnement, le vérin 1 peut comprendre plusieurs clapets antiretour 70, typiquement deux ou trois, montés en parallèle entre la première chambre 22 et la deuxième chambre 32. De la sorte, en utilisation, lorsque les chambres 22, 32 sont alimentées par les vannes d'alimentations 26, 36, et qu'en parallèle un effort est appliqué sur l'actionneur 40, par exemple au cours d'un test par un organisme agréé ou lors d'un dysfonctionnement du dispositif de commande 120, la surpression appliquée par le premier piston 20 à la première chambre 22 est transférée, par le biais du clapet anti-retour 70, à la deuxième chambre 32. La pression au sein de la deuxième chambre 32 augmente donc par rapport à celle qui règne au sein de la première chambre 22, de sorte que les pistons agissent sur l'actionneur 40 et suppriment la pression additionnelle appliquée sur la soupape de sûreté 50, et ce avant de dépasser 110% de la valeur de consigne maximale. La présence du clapet de sûreté 60 n'influence pas le fonctionnement normal du dispositif d'assistance 100. En effet, lorsque le dispositif de commande 120 détecte que la pression au sein de l'enceinte 110 atteint la valeur de consigne maximale, celui-ci supprime l'alimentation en fluide de la première chambre 22 tout en maintenant celle de la deuxième chambre 32. Etant donné que le clapet 70 est un clapet anti-retour, celui-ci ne permet pas le passage du fluide en provenance de la deuxième vanne 36 ou de la deuxième chambre 32 en direction de la première chambre 22, permettant ainsi la suppression de la force additionnelle sur la soupape de sûreté 50 et l'ouverture de ladite soupape 50. Par ailleurs, lorsque la pression au sein de l'enceinte 110 est inférieure à la valeur de consigne maximale, la pression au sein de la deuxième chambre 32 est supérieure à celle au sein de la première chambre 22, de sorte que le clapet anti-retour reste fermé et ne permet pas le passage d'un fluide entre la première chambre 22 et la deuxième chambre 32. Le clapet anti-retour 70 peut être rapporté sur le vérin 1 au moyen de raccords 72, 74 externes à celui-ci, comme illustré sur les figures 2A et 2B annexée. En variante (non illustrée sur les figures), le clapet anti-retour 70 peut être intégrée au vérin 1 et se connecter directement entre la première 22 et la deuxième chambre 32. Selon une forme de réalisation, le vérin 1 comprend en outre de manière conventionnelle une soupape auxiliaire 60, agencée dans le cylindre 10 en communication fluidique avec la première chambre 22, tarée de sorte que, lorsque la pression au sein de la première chambre 22 atteint une valeur seuil donnée, la soupape auxiliaire 60 s'ouvre afin de réduire la pression au sein de ladite chambre 22. Typiquement, le tarage est réalisé de sorte qu'en cas de surpression appliquée sur l'actionneur par la soupape de sûreté 50 supérieure ou égale à 10% de sa valeur de réglage mécanique, la soupape auxiliaire 60 s'ouvre. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et représentées sur les figures 2A, 2B et 3, mais l'homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes et modifications. REVENDICATIONS1. Dispositif d'assistance (100) pour soupape de sûreté destinée à limiter à une valeur de consigne maximale la pression régnant à l'intérieur d'une enceinte (110), comprenant : - une soupape de sûreté (50) comportant un élément mobile (52) appliqué contre un siège avec une force contrôlée à l'aide d'un organe d'application de force (54), - un organe d'assistance (1) commandé par pression de fluide et monté sur la soupape de sûreté (50) de façon à engendrer une force additionnelle s'ajoutant à celle de l'organe d'application de force (54), et - un dispositif de commande (120) apte à commander l'application de ladite force additionnelle sur la soupape de sûreté (50) lorsque la pression dans l'enceinte (110) est inférieure à une valeur de consigne maximale, et à supprimer ladite force additionnelle sur la soupape de sûreté (50) lorsque la pression dans l'enceinte (110) atteint ladite valeur de consigne maximale, de manière à permettre alors à la soupape de sûreté (50) de s'ouvrir à sa pression de consigne nominale, dans lequel l'organe d'assistance (1) est un vérin à double effet et à double piston comprenant : - un cylindre (10), - un premier piston (20) et un deuxième piston (30), mobiles en translation dans le cylindre (10) et séparant le volume du cylindre (10) en au moins deux chambres (22, 32) isolées l'une de l'autre, à savoir une première chambre (22) adjacente au premier piston (20) et une deuxième chambre (32) adjacente au deuxième piston (30), et - un actionneur (40) adapté pour transmettre un effort au premier (20) et au deuxième piston (30),le dispositif d'assistance (100) étant caractérisé en ce que le vérin (1) comprend en outre au moins un clapet anti-retour (70) agencé entre la première (22) et la deuxième chambre (32) et adapté pour n'autoriser un passage de fluide qu'en direction de la deuxième chambre (32). 2. Dispositif d'assistance (100) selon la revendication 1, dans lequel une surface de travail du premier piston (20) est supérieure à une surface de travail du deuxième piston (30). 3. Dispositif d'assistance (100) selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant en outre une soupape auxiliaire (60) en communication fluidique avec la première chambre (22), et adaptée pour s'ouvrir lorsque la pression au sein de la première chambre (22) excède une valeur seuil donnée correspondant à une valeur de consigne maximale de la soupape de sûreté (50). 4. Dispositif d'assistance (100) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le vérin comprend plusieurs clapets anti-retour (70) montés en parallèle entre la première (22) et la deuxième (32) chambre, chacun étant adapté pour n'autoriser un passage de fluide qu'en direction de la deuxième chambre (32). 5. Dispositif d'assistance (100) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le ou les clapets anti-retour (70) sont intégrés au vérin (1). 6. Dispositif d'assistance (100) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le ou les clapets anti-retour (70) sont rapportés sur le vérin au moyen (1) de raccords (72, 74) externes au vérin (1).30 7. Vérin à double effet et à double piston (1) pourvu d'au moins un clapet anti-retour (70), destiné à équiper un dispositif d'assistance (100) selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Soupape de sûreté (50) comportant un élément mobile (52) appliqué contre un siège avec une force contrôlée à l'aide d'un organe d'application de force (54), caractérisée en ce qu'elle est munie d'un dispositif d'assistance (100) selon l'une des revendications 1 à 6.