FR2489466A1 - Soupape de detente equilibree avec nouveau joint - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE SOUPAPE DE DETENTE ACTIONNEE PAR UNE VALVE PILOTE ET DESTINEE A LIMITER LA PRESSION DANS DES RESERVOIRS, CONDUITS OU ENCEINTES COMPARABLES A MOYENNE OU HAUTE PRESSION, CETTE SOUPAPE COMPRENANT UN JOINT 103 RESISTANT AUX RISQUES DE DETERIORATION OU D'EXPULSION. LA SOUPAPE 7 EST MONTEE DIRECTEMENT SUR L'ENCEINTE SOUS PRESSION POUR ETRE MISE A L'ECHAPPEMENT SOUS UNE PRESSION PREDETERMINEE EN S'OUVRANT ENTRE UN PISTON 69 ET UN JOINT FRONTAL 103 QUI EST LOGE DANS UNE GORGE TRIANGULAIRE QUI EST MENAGEE ENTRE LE POURTOUR D'UN SIEGE 100 ET UNE LEVRE 107 D'UNE PIECE TUBULAIRE D'ECHAPPEMENT 101, CETTE GORGE COMMUNIQUANT EN ARRIERE DU JOINT AVEC DES PASSAGES D'ECHAPPEMENT 109.

Description

A L'invention se rapporte de façon générale à des soupapes de détente

actionnées par la pression et elle concerne plus particulièrement un nouveau joint de pression pour une soupape de détente de pression équilibrée. Jn particulier, le joint décrit assure un fonctionnement amélioré de la soupape de détente en empêchant le frémissement

de la soupape et sa fuite.

Jusqu'à présent, il a été difficile sinon impossible d'utiliser des joints traditionnels tels que des anneaux toriques dans les constructions de soupapes avec obturateur à piston quand une extrémité de l'obturateur et le siège sont bout à bout. Avec ce type de joint "frontal", en

service sous pression élevée, un mouvement rapide de l'obtu-

rateur à l'écart du siège a pour résultat un changement de 90 dans l'écoulement du produit d'échappement, ce qui soumet le joint à des forces aérodynamiques notables. Ces forces tendent à soulever le joint de sa gorge de retenue, ce qui

aboutit soit à une détérioration du joint et à un fonctionne-

ment devenu défectueux, soit à l'arrachement complet du joint et à une défaillance de la soupape. Ces forces projettent aussi des particules abrasives contre le joint, ce qui entraîne la détérioration et la destruction éventuelle du joint. Des solutions classiques pour la conservation du

joint dans ces conditions comprennent habituellement l'utili-

sation de joints ayant des sections transversales qui peuvent être retenues mécaniquement par des dispositifs de fixation

positive tels que des vis, des rivets ou d'autres moyens.

Ces soupapes, en plus de nécessiter des joints de fabrication

spéciale, sont difficiles à maintenir en état car le rempla-

cement du joint devient compliqué.

Le procédé de retenue du joint d'une soupape princi-

pale ou de détente qui fait l'objet de la présente invention

permet l'utilisation d'un anneau torique communément disponi-

ble dans une configuration qui élimine efficacement les forces aérodynamiques tendant à soulever l'anneau torique de sa position d'obturation pendant le fonctionnement de la soupape. Des soupapes de détente connues sont exposées dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 3 595 263, 3 664 362,

3 512 560 et 3 568 706; cependant des tentatives précé-

dentes d'utilisation de joints frontaux entre le piston et le siège de ces soupapes n'ont pas abouti au succès par

suite de l'enlèvement de la matière du joint par la turbu-

lence de l'écoulement de fluide pendant le fonctionnement-

de la soupape. Cette détérioration ou destruction du joint

aboutit à une fuite et à un frémissement de la soupape.

Aussi, afin de prolonger la durée d'utilisation de soupapes pour la détente d'une pression excessive dans de grands réservoirs sous haute pression, il est désirable de

prévoir un organe d'obturation qui n'est pas soumis à l'abra-

sion des milieux en écoulement et qui n'est pas moulé de la

façon habituelle.

On décrira une soupape de détente de pression action-

née par valve pilote qui emploie un premier étagé et un

second actionnés par pression, mécaniquement indépendante.

Dans une forme d'exécution préférée, la valve pilote à deux étages commande une soupape principale notablement plus grande en mettant à l'échappement le volume de tète de la soupape principale. Le dispositif de fermeture de la soupape principale est en équilibre de pression avec le réservoir sous pression; cependant quand le volume de tête

est mis en échappement à l'atmosphère, la pression du réser-

voir est utilisée pour ouvrir la soupape principale en

assurant la détente de pression désirée. Un signal addition-

nel pour la valve pilote est établi par venturi en aval ou par un tube à plongeur qui donne une indication de la véritable pression dans le réservoir en permettant à la valve pilote et à la soupape principale de se refermer pour une pression de réservoir correcte indépendante de la valeur du débit de la soupape principale, On peut aussi

employer un prélèvement de pression à distance.

Une caractéristique de la valve pilote à deux étages décrite consiste à utiliser, pour commander le taux de

variation de l'écoulement du produit, un volume d'emmagasi-

nage spécifique à mettre à l'échappement par la soupape

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principale, entre le premier étage et le second. Ces degrés contrôlés de fonctionnement assurent des opérations de détente et de fermeture positives et plus précises à la

fois pour la valve pilote et la soupape principale.

On décrit aussi un joint de soupape principale ou de détente établi dans le siège de la soupape principale et

ce joint utilise des ouvertures d'échappement en des empla-

cements prédéterminés adjacents à une gorge de retenue du joint, en assurant une détente effective des différences de 1o pression et la résistance aux forces aérodynamiques qui agissent sur le joint au moment du fonctionnement de la soupape. Cela permet d'utiliser des joints communément dispc nibles qui peuvent 8tre aisément remplacés, ce qui aboutit à une diminution notable du coût et du travail du maintien de la soupape en état. La probabilité d'un fonctionnement défectueux de la soupape principale ou de détente est en

outre beaucoup diminuée.

D'autres buts et avantages de l'invention apparai-

tront à la lecture de la description détaillée qui suit,

établie en référence au dessin annexé, dans lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'une soupape de détente actionnée par valve pilote selon une forme d'exécution préférée mais non exclusive dans laquelle la valve pilote à deux étages est montée au voisinage immédiat de la soupape principale; la figure 2 est une coupe de la partie de soupape principale de l'invention dans la position d'ouverture de la soupape comprenant le nouveau joint et le tube reliant la valve pilote; 30. la figure 3 est une vue selon la ligne 3-3 de la figure 2; et la figure 4 est une coupe détaillée du nouveau joint

de soupape principale de l'invention montrant les caracté-

ristiques de retenue du joint dans la coupe transversale.

Bien qu'on décrive ci-après l'invention en liaison avec un joint et une gorge de retenue préférés, on

comprendra que l'invention n'est pas limitée à la configura-

tion décrite. Au contraire, l'invention englobe toutes variantes, modifications et équivalences qui peuvent rentrer dans le cadre de l'invention-définie par les

revendications annexées.

En référence aux figures 1 et 2, la soupape de dé-

tente 20 actionnée par pression décrite ici comprend une valve pilote représentée de façon générale en 5 (voir la figure 1) ayant un premier étage 10 et un second étage représenté de façon générale en 41 contenus dans un corps 14. Dans une forme d'exécution préférée, la valve pilote est montée au voisinage immédiat de l'extrémité supérieure d'une soupape principale 7 communiquant avec la valve pilote 5, à travers l'orifice de soupape principale 61 et l'orifice' 11 de la valve pilote 5. Dans la forme d'exécution décrite, un tuyau ou conduit 9 relie les orifices 61 et 11. En outre, un tube extérieur 6 de prise de pression communique avec un raccord 63 contenu dans la partie inférieure de la soupape principale 7 juste au-dessus de la collerette d'entrée 66 de la soupape principale et du passage d'entrée 65. Le raccord de pression 63 communique avec un tube pilote à pression totale 64 établissant un signal de pression de réservoir pendant l'écoulement de la soupape principale. Typiquement,

la collerette inférieure 66 de la soupape principale commu-

nique avec un réservoir ou un conduit sous pression. Le fonctionnement de la soupape de détente actionnée par pression laisse ainsi échapper le produit contenu dans le

réservoir ou le conduit sous pression mentionnée.

En fonctionnement, si on suppose que la pression de réservoir est audessous du réglage de détente de la soupape , comme représenté aux figures 1 et 2, la pression statique provenant du réservoir ou du conduit associé est appliquée au piston de la soupape principale à travers l'orifice 65 et à la valve pilote à travers le passage 12 et le tube 6, comme indiqué ci-dessus. La pression est donc communiquée à la valve pilote, au premier élément d'étage 10 et au second

41.

La conception de la valve pilote 5 et des étages '10 et 41 est décrite dans la demande de brevet européen publiée

sous le numéro 20352. Il suffira donc d'exposer la descrip-

tion de la soupape principale et du montage du joint.

La pression du réservoir est captée à travers l'entrée 65 de la soupape principale et le réglage de pression du premier étage de la valve pilote est déterminé par la contrainte d'un ressort de compression contenu dans

le premier étage de la valve pilote mettant en fonctionne-

ment le premier étage 10 et le second 41 de la valve

pilote 5.

Après fonctionnement du premier étage 10 et du second 41, la pression totale du réservoir ou du conduit en échappement est maintenant appliquée au tube pilote 64 placé dans le raccord 63 et communique cette pression à travers le tube 6 et l'orifice 12, en maintenant ainsi le second étage pilote 41 dans une position de dépression ou

de détente.

En revenant maintenant à la soupape principale ou de détente 7, on décrira le fonctionnement du nouveau dispositif de retenue du joint pendant l'action d'échappement de la soupa]p de détente amorcée par l'actionnement du premier

étage 10 et du second 41.

Comme indiqué ci-dessus, quand les deux étages pilotes 10 et 41 sont dans la disposition représentée et que l'entrée de la soupape principale 65 communique avec un réservoir ou conduit à mettre en détente, la pression du produit entre dans la soupape principale à travers l'entrée et s'exerce sur la partie inférieure du piston 69 de la soupape principale et elle agit à travers le passage 71 sur

la surface inférieure active 75 du piston de la soupape prin-

cipale. De façon analogue, la pression du produit est transmise par le passage 63, le tube 6, l'orifice d'entrée 12 et les orifices internes des étages pilotes à l'orifice

11 de la valve pilote qui, à son tour, communique avec l'ori-

fice d'entrée 61 de la soupape principale pour appliquer la pression du produit au volume de tête 68 de la soupape principale et à la face de tête supérieure 74- du piston de la soupape principale. Comme la face 74 est plus grande que la surface 75, la soupape de détente est maintenue en position de fermeture en comprimant le Joint 103 de la soupape principale qui peut, dans la forme d'exkcxtion

préférée, être un anneau torique.

Lors du fonctionnement de la valve pilote établis-

sant un écoulement du produit, le volume de tête 68 de la soupape principale est en échappement à l'atmosphère par le passage d'écoulement 61, 11 et les orifices internes de la

valve pilote en sortant par l'orifice du second étage.

Comme conséquence de la mise à l'atmosphère du volu-

me de tête 68 de la soupape principale, le piston 69 se soulève rapidement et l'écoulement du produit passe à travers l'orifice 71 de la soupape principale et par la

sortie 67 de la soupape principale.

A ce moment, l'écoulement de produit à travers le passage 71 est dirigé contre la face inférieure 75 du piston 69 puis radialement en franchissant le passage 117

- du cylindre de soupape principale et est dévié pour s'échap-

per par l'orifice de sortie 67 de la soupape principale.

La turbulence produite par cet écoulement comprend un tourbillon notable au voisinage du joint 103 (voir la figure 4) partiellement retenu dans une gorge d'un profil

de forme générale triangulaire délimité par un siège d'ori-

fice 100 et par une pièce insérée 101. La pièce 101 est montée de façon séparable dans la soupape principale 7 par filetage ou par d'autres moyens et elle peut être enlevée pour le service ou remplacée par une pièce de dimension différente afin de modifier la capacité d'écoulement de la soupape principale 7. Lagorge est asymétrique en section

transversale avec une cavité 115 du côté du diamètre inté-

rieur plus grande qu'une cavité 116 du côté extérieur pour permettre la dilatation thermique du joint 103, La gorge est cependant d'une dimension assurant l'extrusion du joint 1Q3 vers l'extérieur de façon qu'il touche le piston 69 dans la position de fermeture de la soupape. Dans ces conditions,

les basses pressions produites par les tourbillons mention-

nés ci-dessus aboutissent à l'emprisonnement de gaz dans une cavité de joint 116 délimitée à l'intérieur de la gorge triangulaire et autour du joint 103 en refoulant le joint 103 en dehors de la cavité de joint triangulaire au-delà du siège d'orifice 100 et de la lèvre-de retenue 107 de la

pièce insérée 101. L'utilisation d'une pluralité d'ouver-

tures d'évent 109, comme représenté, au voisinage du siège d'orifice 100 et de la lèvre 107 permet aux gaz provenant des cavités 115 et 116 de s'échapper en éliminant ainsi la tendance à déloger l'organe de joint 103. De cette manière,

on peut utiliser un joint relativement simple et de fabri-

cation facile tel qu'un anneau torique. En outre, par l'em-

ploi de la construction décrite, l'organe formant Joint 103 est en dehors de la direction d'écoulement, ce qui évite

le choc direct par des particules abrasives.

On a trouvé que la construction décrite ci-dessus est hautement efficace dans des soupapes ayant un piston 69 d'un diamètre aussi grand que 20 cm et subissant des pressions aussi élevées que 150 bars. Le procédé permet que la construction relativement simple compatible à la plupart des constituants qu'on peut enlever par un outil pour rétablir un joint fiable et durable pour une soupape de détente de grande capacité car le joint 103 est placé en dehors de la turbulence de l'écoulement du produit tout en

assurant ancore une obturation efficace.

Ainsi, on voit qu'on a établi selon l'invention une soupape de détente actionnée par valve pilote utilisant une valve pilote à non-écoulement à deux étages et une soupape principale qui satisfait pleinement aux objectifs et

avantages exposés ci-dessus.

Bien qu'on ait décrit l'invention en se référant à une configuration et à des formes d'exécution particulières des éléments, il est évident que bien des variantes et à possibilités de modifications appraitront aux spécialistes

à la lumière de la description qui précède. On comprendra

que l'invention englobe de telles modifications rentrant

dans le cadre des revendications annexées.

Claims (9)

REVENDICATIONS.

1. Soupape de détente actionnée par valve pilote ayant une enveloppe, un organe obturateur (69) à mouvement de va-et-vient dans ladite enveloppe délimitant une première cavité sous pression et une seconde respectivement au-dessus et au-dessous de l'organe obturateur et comprenant: - une première ouverture (61) communiquant avec ladite première cavité; - une seconde ouverture (65) communiquant avec la

dite seconde cavité et présentant un orifice; -

- une pièce insérée (101) concentrique audit orifice et limitant une gorge de retenue d'un joint; - un joint (103) dans ladite gorge;

- une pluralité d'ouvertures (109) communiquant avec-

ladite gorge de retenue du joint en position écartée de la périphérie de la dite pièce insérée et communiquant en outre avec ladite seconde cavité; - un moyen formant siège appuyant ledit joint contre ledit organe obturateur; - un moyen maintenant ledit organe obturateur en contact étanche avec ledit joint pour une égalité de pression dans lesdites cavités;

- un moyen assurant sélectivement la mise à l'échap-

pement de ladite première cavité, de façon que-la pression du produit déplace ledit organe obturateur à l'écart dudit siège tandis qu'une pression augmentée dans ladite gorge de joint au-dessous dudit joint par suite de l'écoulement du produit à travers ledit orifice est détendue par lebdites

- ouvertures.

2. Dans une soupape de détente équilibrée pour permettre l'échappement du produit d'un réservoir sous pression à l'atmosphère ou à un conduit convenable du type

employant un piston obturateur (69) à mouvement de va-et-

vient auquel est appliquée la pression de réservoir maintenant une position de fermeture, le perfectionnement comprenant: - une pièce insérée dans un orifice de siège pour constituer une gorge de joint concentrique audit piston en position de fermeture;

- un joint retenu dans ladite gorge de joint déli-

mitant un volume de joint et coopérant avec ledit piston pour assurer la fermeture du réservoir; une pluralité d'ouvertures d'échappement (109) dans ledit volume de joint; - un moyen détendant sélectivement les pressions lo appliquées au piston pour produire un mouvement alternatif de ce piston en écartant ledit piston de sa position en butée contre ledit joint pour mettre ainsi à l'échappement ledit réservoir; - l'élévation de pression dans ledit volume établie par l'écoulement du produit à travers ledit orifice étant égalisée par lesdites ouvertures d'échappement de façon à

retenir ledit joint pendant l'échappement.

3. Soupape de détente selon la revendication 2, dans

laquelle ledit joint est un anneau torique.

4. Soupape selon la revendication 2, dans laquelle ledit moyen sélectif de détente est une valve pilote sensible

à la pression.

5. Dlans une soupape principale équilibrée qui est du type actionné par une valve pilote sensible à la pression et qui comprend une enveloppe délimitant une chambre à piston avec un piston monté pour un mouvement de va-et-vient dans ladite chambre et un siège d'obturation, un moyen d'obturation établi dans ledit siège et comprenant une gorge constituée dans ledit siège et un joint élastomère monté dans ladite gorge en s'étendant partiellement en dehors de ladite gorge pour venir en contact avec ledit piston en position

de fermeture de la soupape.

6. Soupape équilibrée selon la revendication 5, dans laquelle ladite gorge présente une configuration générale

triangulaire.

7. Soupape équilibrée selon la revendication 5, dans

laquelle ledit joint est un anneau torique.

8. Soupape équilibrée selon la revendication 5, dans laquelle ladite gorge est limitée d'un côté par un siège d'orifice fixé à l'enveloppe de ladite soupape principale et de l'autre côté par une pièce insérée dans l'orifice et fixée à l'enveloppe de ladite soupape principale dans une position adjacente audit siège d'orifice.

9. Soupape équilibrée selon la revendication 5, comprenant de plus au moins un moyen d'échappement pour

empocher l'élévation de pression dans ladite gorge.