EP0084754B2

EP0084754B2 - Disconnecteur pour des canalisations hydrauliques

Info

Publication number: EP0084754B2
Application number: EP82420018A
Authority: EP
Inventors: Jean François Comeau; Bernard Neuzeret; Jean Richard
Original assignee: Socla SAS
Current assignee: Socla SAS
Priority date: 1982-01-26
Filing date: 1982-01-26
Publication date: 1991-12-11
Anticipated expiration: 2002-01-26
Also published as: CA1210665A; ATE15822T1; EP0084754A1; DE3266453D1; US4478236A; EP0084754B1

Description

La présente invention concerne un appareil disconnecteur, destiné à équiper des canalisations hydrauliques, dont on veut éviter la pollution. Le liquide circulant dans ces canalisations peut être de toutes sortes. Il peut s'agir d'eau, et notamment d'eau potable ou de divers liquides utilisés dans l'industrie chimique.
Le principe des appareils disconnecteurs est le suivant :
lorsque le liquide circule dans la direction considérée comme normale, le disconnecteur laisse librement communiquer les circuits situés en amont et en aval ; si par contre le sens de la circulation des liquides vient à s'inverser, le disconnecteur se ferme automatiquement et empêche le liquide du circuit aval considéré comme pollué, de remonter dans le circuit amont
On connaît des disconnecteurs fonctionnant selon ce principe. En cas d'inversion du flux, le disconnecteur protège le circuit amont et décharge à l'extérieur le liquide provenant du circuit aval. Cela est utilisé par exemple dans l'industrie chimique pour des eaux de haute pollution : on interdit à l'eau polluée de remonter vers la source d'eau propre, même si un clapet ordinaire, devenu défectueux, cesse d'être étanche. Par ailleurs, si l'espace intérieur du disconnecteur définit une zone morte, on doit garantir que l'eau considérée comme polluée contenue dans cette zone morte ne risque pas d'être réaspirée vers le circuit amont, c'est-à-dire vers le circuit propre.
On connaît des appareils disconnecteurs permettant d'obtenir certains résultats, mais ils présentent des inconvénients.
Certains sont d'une réalisation très compliquée (voir par exemple US-A-4 244 392). La plupart présentent un risque car, s'ils assurent bien leur fonction en temps normal, leur conception ne leur permet pas d'assurer une sécurité absolue dans certains cas de figure. Il peut en résulter des incidents graves.
Le document US-A-2 503 424 décrit un disconnecteur comprenant un corps creux muni d'un embout de raccordement amont et d'un embout de raccordement aval équipés respectivement d'un clapet automatique à ressort amont et d'un clapet automatique à ressort aval, tandis qu'entre les sièges de ces deux clapets se trouve définie une chambre intermédiaire dans laquelle se trouve, au même niveau que les clapets amont et aval, un corps de clapet présentant un siège fixe bordant une ouverture entre la chambre intermédiaire et l'intérieur du corps de clapet qui communique avec l'extérieur par une ouverture latérale, le siège du corps de clapet coopérant avec un obturateur relié à une membrane maintenue sur son pourtour par le corps creux et surmontée d'une chambre à pression qui communique directement avec l'embout de raccordement amont, la face inférieure de la membrane étant soumise à la pression régnant dans la chambre intermédiaire, de telle sorte que l'obturateur ne s'applique sur le siège du corps de clapet que si la pression dans l'embout de raccordement amont est supérieure à la pression dans la chambre intermédiaire.
Le document FR-A-2 427 532 décrit un dispositif antireflux comportant un embout de raccordement amont, une soupape de retenue et un ensemble à soupape de sûreté disposé en aval de la soupape de retenue, en parallèle et à l'exterieur de l'embout de raccordement aval du dispositif. La soupape de sûreté comporte en partie basse un orifice de décharge et un orifice d'entrée d'air séparés, relié chacun à l'embout de raccordement aval par un passage respectif, l'ouverture ou la fermeture de ces passages s'opérant grâce à une soupape de décharge et une soupape d'entrée d'air, coopérant entre elles et avec une membrane maintenue sur son pourtour par le corps de la soupape du sûreté et surmontée d'une chambre à pression qui communique directement avec l'embout de raccordement amont, la face inférieure de la membrane étant soumise à la pression régnant dans l'embout de raccordement aval, de telle sorte que les soupapes de décharge et d'entrée d'air ne se ferment que si la pression dans l'embout de raccordement amont est supérieure à la pression dans l'embout de raccordement aval. La soupape de retenue est d'une construction compliquée, notamment quant à la forme des passages de décharge et d'entrée d'air, et à la façon dont coopèrent les sièges de décharge et d'entrée d'air, leur accouplement se faisant par un équipage complexe de pièces diverses, parmi lesquelles figure un troisième siège mobile le long d'une paroi cylindrique pour assurer l'isolement étanche des conduits de décharge et d'entrée d'air. En outre, la soupape de décharge étant située dans l'une des branches d'un coude en U inversé du passage de décharge, du liquide pollué peutstagnersous celle-ci au fond du corps de la soupape de sûreté, et être réaspirée dans la conduite d'alimentation.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients des appareils antérieurs en réalisant un appareil disconnecteur dans lequel tout incident de fonctionnement donne lieu à une fuite visible de l'extérieur sans pour autant permettre une quelconque réaspiration du liquide aval pollué.
Par ailleurs, l'invention vise à réaliser un disconnecteur de construction simple, utilisant uniquement des clapets et membranes de type courant.
Un appareil disconnecteur hydraulique suivant l'invention comprend un corps creux muni d'un embout de raccordement amont et d'un embout de raccordement aval équipés respectivement d'un clapet automatique à ressort amont et d'un clapet automatique à ressort aval, tandis qu'entre les sièges de ces deux clapets se trouve définie une chambre intermédiaire dans laquelle se trouve un siège fixe pour une ouverture de décharge qui s'ouvre vers l'extérieur, ce siège coopérant avec un obturateur de décharge relié à une membrane maintenue sur son pourtour par le corps et surmontée d'une chambre à pression qui communique directement avec l'embout de raccordement amont, la face inférieure de la membrane étant soumise à la pression régnant dans la chambre intermédiaire ; cet appareil étant caractérisé en ce que ledit siège fixe pour une ouverture de décharge se trouve à un niveau inférieur au clapet amont et au niveau le plus bas de la chambre intermédiaire, de sorte qu'il ne peut y avoir de liquide pollué stagnant dans la chambre intermédiaire et par conséquent une quelconque réaspiration de ce liquide pollué à l'amont par l'embout amont ; et en ce que ledit obturateur de décharge est situé à la partie inférieure d'une tige mobile verticale dont la partie supérieure est reliée à ladite membrane, cette tige étant munie d'un perçage axial, son extrémité inférieure étant en permanence ouverte sur l'extérieur, tandis que son extrémité supérieure qui forme obturateur d'entrée d'air dans la chambre intermédiaire est susceptible de venir s'obturer sur un siège d'entrée d'air solidaire du corps.
Des modes particuliers de réalisation font l'objet des revendications 2 à 10.
En particulier, la partie inférieure de la chambre intermédiaire est formée d'aubages inclinés de façon à faire apparaître au sein du liquide un vortex qui augmente la vitesse de vidange de cette zone intermédiaire lorsque le clapet de décharge s'ouvre. Cette dernière disposition jointe à l'effet de l'entrée d'air qui se produit à travers la tige creuse provoque en cas d'urgence une vidange extrêmement rapide des liquides pollués éventuellement contenus dans la cavité intermédiaire.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention.

Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un disconnecteur selon l'invention en position de repos.
Fig. 2 est une coupe analogue lorsque le disconnecteur est en position de fonctionnement normal.
Fig. 3 illustre le fonctionnement lors d'un incident possible, à savoir lorsque la membrane est crevée.
Fig. 4 est une coupe suivant IV-IV (fig. 3).

Le disconnecteur illustré sur les dessins comprend un corps creux 1 coiffé d'un couvercle 2, qui le referme de façon étanche. Entre le corps creux 1 et le couvercle 2 sont serrés les bords d'une membrane étanche souple 3 dont la partie centrale reste mobile.
Le corps creux 1 est muni d'un embout de raccordement amont 4 et d'un embout de raccordement aval 5.
Au centre du corps creux 1 est définie une chambre intermédiaire 6. Celle-ci est séparée :

- de l'embout de raccordement 4 par un clapet automatique amont 7 formé d'un siège fixe 8 devant lequel un organe obturateur 9 peut coulisser sous l'action d'un ressort de rappel 10 ;
- de l'embout de raccordement aval 5, par un clapet automatique aval 11 comprenant un siège annulaire fixe 12 devant lequel un organe obturateur 13 peut se déplacer sous la poussée d'un ressort de rappel 14.

Comme cela apparaît sur les dessins, ces deux clapets amont 7 et aval 11 sont orientés dans le même sens, c'est-à-dire qu'ils ont tous deux tendance à s'ouvrir sous la poussée d'une pression fluide lorsque le liquide circule normalement de l'embout amont 4 à l'embout aval 5, comme schématisé sur la fig. 2 par les flèches 15 et 16.
La chambre intermédiaire 6 définie entre les sièges 8 et 12 des deux clapets précités s'ouvre par ailleurs vers l'extérieur grâce à un siège fixe 17 situé à sa partie basse.
Ce siège fixe de décharge 17 coopère avec un obturateur de décharge 18 susceptible de venir l'obturer de façon étanche. L'obturateur 18 est situé à la partie inférieure d'une tige mobile verticale 19 dont la partie supérieure est reliée à la partie centrale de la membrane 3, par des moyens qui vont maintenant être décrits.
La tige verticale 19 de l'obturateur de décharge est creuse: un perçage axial 20 la traverse sur toute sa longueur pour être en permanence en communication avec l'atmosphère extérieure, par son extrémité inférieure traversant le centre du siège 17. L'extrémité supérieure de cette tige formant obturateur 21 est susceptible de venir coopérer avec un siège 22 dans la partie inférieure d'une chambre en communication avec le perçage axial 20.
La tige creuse est munie de bras radiaux 23 traversant le siège intermédiaire pour aller se fixer sur la coupelle inférieure 24 de façon à solidariser l'action de la membrane avec le clapet de décharge 18 et l'obturateur 21 d'entrée d'air.
La partie inférieure de la cavité intermédiaire est formée d'aubage 25 inclinés de façon à faire apparaître au sein du liquide un vortex ou tourbillon augmentant la vitesse de vidange du liquide dans cette zone lorsque le clapet de décharge 17-18 est ouvert
Sur la face supérieure du siège intermédiaire prend appui un ressort de compression 26 dont le sommet porte sous la coupelle inférieure 24. L'action de ce ressort a tendance à soulever d'une part le clapet de décharge 18 au-dessus de son siège, d'autre part à soulever l'obturateur 21 au-dessus de son siège 22.
Au-dessus de la membrane une coupelle supérieure vient se fixer par un trou central à la membrane sur la coupelle inférieure. La membrane 3 se trouve ainsi serrée et épaulée entre les coupelles 24 et 27. La coupelle supérieure est munie d'un joint annulaire 28 susceptible de coopérer avec un siège 29 situé sur la partie centrale du couvercle 2. Une chambre de pression 30 se trouve ainsi définie à l'intérieur du couvercle au-dessus de la coupelle supérieure 27 sur son siège 28. Cette chambre de pression communique directement avec l'embout de raccordement amont 4, par un canal 31 qui s'ouvre en amont du clapet 7.
La pression amont régnant dans l'embout de raccordement 4 s'applique en permanence dans la chambre 30 que le clapet amont 7 soit ouvert ou fermé. Une seconde chambre 32 se trouve également définie, toujours à l'intérieur du couvercle 2, entre l'obturateur 28 et la membrane 3.
Le fonctionnement est le suivant
Lorsque le disconnecteur selon l'invention n'est pas branché, c'est-à-dire lorsqu'il se trouve au repos, ses organes occupent les positions illustrées sur la fig. 1.
Autrement dit:

- le clapet amont 7 est fermé ainsi que le clapet aval 11 ;
- le clapet de décharge 17, 18, 21 est ouvert;
- l'action du ressort 26 maintient le joint 28 de la coupelle 27 appliqué de façon étanche sur le siège 29.

Lorsque le disconnecteur est branché entre un circuit amont relié à l'embout 4 et un circuit aval relié à l'embout 5, il conserve la position de repos illustrée sur la fig. 1 si la pression amont dans l'embout 4 et dans la chambre 30 est insuffisante pour provoquer la fermeture de l'obturateur des clapets de décharge 17, 18,21,22.
Si par contre, la pression du fluide amont augmente jusqu'à provoquer la circulation du liquide de façon normale dans le sens indiqué par les flèches 15 et 16, sur la fig. 2, on observe successivement les opérations suivantes:

- dans un premier temps, les clapets 7 et 11 restant tous deux fermés, l'augmentation de pression dans la chambre 30 commence par abaisser la partie centrale de la membrane 3, c'est-à-dire le joint 28 décolle de son siège 29;
- aussitôt, la pression amont se met à intéresser la totalité de la surface de la face supérieure de la membrane 3 dont la partie centrale s'abaisse alors rapidement en comprimant le ressort 26, jusqu'à ce que l'obturateur 18 vienne s'appliquer de façon étanche sur son siège 17, ainsi que le clapet 21 sur son siège 22; désormais, la chambre intermédiaire 6 ne communique plus avec l'extérieur;
- à ce moment, du fait du jeu des tarages des divers ressorts et du dimensionnement des surfaces intéressées par la pression, le clapet amont 7 s'ouvre et une pression inférieure à la pression amont 15 s'établit dans la chambre intermédiaire 6;
- une fois cette pression établie dans la chambre intermédiaire 6, elle provoque l'ouverture du clapet aval 11 et le fluide peut désormais s'écouler par l'embout 5, comme indiqué par la flèche 16.

Si le courant s'arrête, les clapets 7 et 11 se referment. Du fait des différents tarages des ressorts, la pression dans la cavité intermédiaire reste inférieure à celle dans l'embout 4. Les clapets de décharge 18 et 21 restent sur le siège 17 et 22.
Si par contre, le courant du liquide a tendance à s'inverser, c'est-à-dire si le tiquide aval a tendance à refouler dans l'embout 5, comme indiqué sur la fig. 1 par la flèche 35, ce qui peut être dû soit à une augmentation de la pression aval; soit à une chute de pression amont, on observe les opérations suivantes:

1) dans le cas d'une surpression aval, on observe la fermeture des clapets 7 et 11. Le clapet 11 interdit tout retour du fluide aval dans la cavité intermédiaire. Si par contre, le clapet 11 devient défectueux, la pression aval s'installe dans la cavité intermédiaire jusqu'à ce qu'elle devienne suffisante pour ouvrir les clapets de décharge 17, 18 et 21, 22. Le liquide pollué provenant de l'aval peut alors s'écouler par les clapets de décharge 17, 18 et 21 22;
2) dans le cas d'une chute de pression amont, on observe la fermeture des clapets 7 et 11. La pression amont devient insuffisante par rapport à la pression régnant dans la cavité intermédiaire, si bien que le ressort 26 soulève la membrane 3. Ouverture des clapets 21, 22 et 17, 18. Le liquide contenu alors à l'intérieur de la cavité intermédiaire et considéré comme pollué s'écoule alors à l'extérieur par le siège 17 et cet écoulement est d'autant plus rapide que de l'air extérieur est admis par le perçage axial 20 de la tige 19 pour pénétrer dans la chambre 6 au-dessus du niveau du liquide en cours de vidange, lequel liquide est entraîné en tourbillon par le vortex dû aux auba- ges 25;
3) incident possible: la membrane 3 peut se cre- ver en 36 (fig. 3). Dans ce cas, la même pression règne sur les deux faces de la membrane 3, si bien que le ressort 26 peut agir librement et ouvrir à la fois le clapet de décharge 17 et 18, et la mise à l'air libre 21, 22, comme indiqué sur les fig. 1 et 3.
Dans ce cas, bien que la membrane 3 soit crevée, la circulation de liquide s'effectue normalement dans le sens indiqué par les flèches 15 et 16; le circuit amont ne court donc aucun risque de contamination de la part du circuit aval pollué 5. La fuite à la membrane se manifeste à l'extérieur par un écoulement sous le siège ouvert 17. Les utilisateurs ont donc leur attention attirée sur l'incident et ils peuvent effectuer la réparation sans avoir couru aucun risque de contamination pour le circuit amont 4.

Dans le cas de la fig. 1. au contraire, le circuit aval a tendance à refouler (flèche 35) tandis que la membrane 3 est crevée. Du fluide amont a donc tendance à pénétrer à travers la membrane 3 dans la chambre 6 pour s'écouler vers l'extérieur à travers le siège 17 et attirer l'attention des utilisateurs. Si le clapet aval 11 est étanche, rien d'autre ne se produit. Si au contraire, le clapet 11 est lui aussi détérioré, le liquide aval refoulant dans la chambre 6 s'écoule lui aussi par le siège du clapet de décharge 17, 18, le joint 28 étant sur son siège 29, augmentant le débit de la fuite visible de l'extérieur, mais sans risquer pour autant de contaminer le liquide propre du circuit amont 4.
On voit que le disconnecteur selon l'invention présente de nombreux avantages. En particulier:

- la membrane 3 étant située à la partie haute, l'appareil ne court aucun risque d'ensablage ou de colmatage par des impuretés véhiculées par un fluide;
- l'entrée d'air 20 réalisée par le sommet de la tige creuse 19 permet d'accélérer la vidange de la chambre intermédiaire 6;
- en cas de rupture de la membrane 3, on a une sécurité positive, c'est-à-dire que le ressort ouvre les clapets verticaux 17.18,21,22, et ferme le 28, 29;
- il n'existe donc aucun risque de réaspiration vers l'amont même à travers la membrane dans le cas où celle-ci est crevée;
- le vortex créé par les bras inclinés des profilés 25 permet d'accélérer la vidange de la zone morte constituée par la chambre intermédiaire 6;
- le clapet de décharge étant placé plus bas que le clapet amont, il ne peut y avoir aucun risque de réaspiration du liquide stagnant éventuellement dans la cavité intermédiaire lorsque le clapet de décharge 17, 18, est ouvert.

Claims

1. Appareil disconnecteur hydraulique destiné à être intercalé entre un circuit amont et un circuit aval, comprenant un corps creux (1) muni d'un embout de raccordement amont (4) et d'un embout de raccordement aval (5) équipés respectivement d'un clapet automatique à ressort amont (8, 9, 10) et d'un clapet automatique à ressort aval (12, 13, 14), tandis qu'entre les sièges (8, 12) de ces deux clapets se trouve définie une chambre intermédiaire (6) dans laquelle se trouve un siège fixe (17) pour une ouverture de décharge qui s'ouvre vers l'extérieur, ce siège (17) coopérant avec un obturateur de décharge (18) relié à une membrane (3) maintenue sur son pourtour par le corps (1) et surmontée d'une chambre à pression (30) qui communique directement avec l'embout de raccordement amont (4), la face inférieure de la membrane (3) étant soumise à la pression régnant dans la chambre intermédiaire (6) ; cet appareil étant caractérisé en ce que ledit siège fixe (17) pour une ouverture de décharge se trouve à un niveau inférieur au clapet amont (8, 9, 10) et au niveau le plus bas de la chambre intermédiaire (6), de sorte qu'il ne peut y avoir de liquide pollué stagnant dans la chambre intermédiaire (6) et par conséquent une quelconque réaspiration de ce liquide pollué à l'amont par l'embout amont (4) ; et en ce que ledit obturateur de décharge (18) est situé à la partie inférieure d'une tige mobile verticale (19) dont la partie supérieure est reliée à ladite membrane (3), cette tige (19) étant munie d'un perçage axial (20), son extrémité inférieure étant en permanence ouverte sur l'extérieur, tandis que son extrémité supérieure qui forme obturateur d'entrée d'air (21) dans la chambre intermédiaire (6) est susceptible de venir s'obturer sur un siège d'entrée d'air (22) solidaire du corps (1).

2. Appareil disconnecteur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit siège d'entrée d'air (22) est situé à la partie inférieure d'une chambre solidaire du corps (1) en communication avec l'extrémité supérieure du perçage axial (20).

3. Appareil disconnecteur hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige mobile (19) est munie de bras radiaux (23) traversant un siège intermédiaire fixe, solidaire du corps (1) pour aller se fixer sur une coupelle inférieure (24) disposée sous la membrane (3) de façon à solidariser l'action de cette dernière avec le clapet de décharge (18) servant d'obturateur de décharge et l'obturateur d'entrée d'air (21), un ressort (26) étant logé entre le siège intermédiaire et la coupelle inférieure (24) et tendant à rappeler le clapet de décharge (18) en position d'ouverture et à éloigner l'obturateur d'entrée d'air (21) de son siège (22) solidaire du corps (1).

4. Appareil disconnecteur hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite membrane (3) est horizontale et située à un niveau supérieur à l'embout amont (4), ce qui évite un dépôt par gravité de particules provenant essentiellement de l'amont par l'embout (4).

5. Appareil disconnecteur hydraulique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que Il obturateur d'entrée d'air (21) et le clapet de décharge (18) sont reliés à la même tige (19) de façon à ce qu'ils s'ouvrent et se referment simultanément.

6. Appareil disconnecteur hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le siège fixe (17) du clapet de décharge (18) est horizontal.

7. Appareil disconnecteur hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie inférieure du corps (1) au niveau du siège (17) du clapet de décharge (18) possède des bras radiaux (25) inclinés de façon à définir chacun un aubage fixe (25) entourant la partie mobile du clapet de décharge (18) à l'intérieur de la chambre intermédiaire (6) du corps (1 de façon à faire apparaître au sein du liquide un vortex qui augmente la vitesse de vidange de cette zone intermédiaire lorsque le clapet de décharge (18) s'ouvre.

8. Appareil disconnecteur hydraulique suivant la revendication 7, caractérisé en ce que sur la face supérieure de la membrane (3) est fixée une coupelle

(27) ayant un joint annulaire (28) susceptible de coopérer avec un siège fixe (29) communiquant avec la chambre de pression amont (30).

9. Appareil disconnecteur hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le choix des dimensions respectives des pièces exposées aux diverses pressions amont et aval, ainsi que le choix du tarage du ressort de décharge (26) de façon que, lorsqu'apparaît entre l'amont (4) et l'aval (5) une différence de pression conduisant à un fonctionnement normal, par écoulement du liquide dans le sens amont-aval :

a) simultanément l'obturateur (21) d'entrée d'air et le clapet de décharge (18) viennent obturer leurs sièges (22, 17) de façon étanche ;

b) le clapet amont (8, 9, 10) s'ouvre ;

c) le clapet aval (12, 13, 14) s'ouvre.

10. Appareil disconnecteur hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le choix des dimensions respectives des pièces exposées aux diverses pressions amont et aval ainsi que le choix du tarage du ressort de décharge (26) de façon que :

a) en cas de dépression amont, l'obturateur d'entrée d'air (21) et le clapet de décharge (18) s'éloignent de leurs sièges (22, 17), l'entrée d'air par le siège d'entrée d'air (22) permettant un vidage accéléré de la chambre intermédiaire ;

b) en cas de surpression aval et une fuite au clapet aval (11), l'obturateur d'entrée d'air (21) et le clapet de décharge (18) s'éloignent de leurs sièges (22, 17), le liquide pollué s'écoulant par le siège fixe (17) du clapet de décharge (18), cet écoulement étant facilité lorsqu'il y a surpression aval importante, car le liquide pollué s'écoule également par le siège d'entrée d'air (22).