FR2686679A1 - Dispositif de securite protegeant contre les surpressions d'un fluide confine dans une enceinte. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de sécurité protégeant contre les surpressions d'un fluide confiné dans une enceinte close (12), comprenant une soupape de sûreté principale (1) à passage direct en communication permanente avec ladite enceinte (12) et à organe obturateur à double effet (13) directement actionné par ledit fluide au moins en déplacement d'ouverture avec ressort (17) de rappel en position de fermeture au moins maintenue par ledit fluide. La soupape de sûreté (1) est pilotée par asservissement à une soupape pilote tarée (18) de décharge automatique dudit fluide en cas de surpression, maintenue fermée par force d'attraction magnétique statique. L'invention est applicable à la protection de systèmes et d'appareils sous pression de fluide.

Description

La présente invention concerne généralement et a essentiellement pour objet un dispositif de sécurité protégeant contre les surpressions d'un fluide confiné dans une enceinte notamment close et, en particulier, contre des dépassements de pression de gaz, de vapeurs ou de liquides pouvant être utilisés dans diverses branches de l'industrie tel que le génie nucléaire, le génie chimique, le génie cryogénique, par exemple pour la protection contre la dépression ou la pression dans un accélérateur de particules alimenté en hélium liquide, ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de la mise en oeuvre d'un tel dispositif et les systèmes, appareils, équipements et installations qui en sont pourvus.

Par l'article intitulé "A magnetic safety valve" de G. Bon Mardion, J. Challier, R. Prost et L. Senet, publié dans la revue mensuelle américaine "Cryogenics" de
Juillet 1979 (éditée par IPC Business Press) en page 425, est connue une soupape de sûreté magnétique pour des récipients ou appareils contenant des gaz liquéfiés ou des fluides comprimés et montée à l'extrémité ouverte d'une conduite ou tubulure cylindrique reliée à un tel récipient ou appareil et débouchant par ladite extrémité dans un espace de purge ou d'évacuation par mise à l'échappement.

Cette extrémité ouverte de conduit est obturable en bout de façon étanche par un couvercle réalisé partiellement ou entièrement en matière ferromagnétique et maintenu pressé en position de fermeture contre une garniture annulaire de joint d'étanchéité (montée sur le bord périphérique extrême dudit conduit) par la force d'attraction magnétique d'une serie d'aimants permanents disposés suivant une rangée circulaire et respectivement attachés amoviblement et individuellement à un anneau métallique radialement externe, entourant coaxialement ladite extrémité de conduit et fixé à la surface latérale externe de paroi de celui-ci de façon amovible et longitudinalement déplaçable parallèlement à l'axe de celui-ci.La force magnétique d'attraction, nécessaire pour maintenir le joint d'étanchéité comprimé et la pression normale ou de service à l'intérieur dudit conduit, donc la pression maximale d'ouverture, peut être réglée sélectivement par modification du nombre d'aimants permanents ou par la variation de l'entrefer entre le couvercle et le système magnétique. Si la pression de service augmente légèrement juste au-dessus de la valeur à laquelle la force magnétique d'attraction est équilibrée par la pression, le couvercle est libéré presque instantanément et l'attraction magnétique décrit très vite dès que le couvercle commence à s'écarter du conduit en provoquant ainsi une ouverture immédiate et totale de celui-ci. Le remontage du couvercle est réalisé simplement en replaçant le couvercle sur son siège.

Ce dispositif de la technique antérieur présente notamment les inconvénients suivants
- il nécessite un diamètre de circuit magnétique par diamètre de soupape ou de conduit
- il nécessite un groupe d'aimants permanents séparés
- il nécessite une puissance ou force d'attraction magnétique par pression de tarage et par diamètre de conduit
- il présente des difficultés importantes de réglage, lequel est spécifique à chaque dispositif
- il est sensible à des variations brusques de pression telles que coup de bélier d'où un risque de déréglage dont le palliatif exige des mesures de consigne notamment par contrainte mécanique (exercée par exemple par un ressort).

L'invention a pour but de supprimer les inconvénients précités de ce dispositif connu et résout ce problème en créant un dispositif de sécurité du type à soupape de sûreté principale à passage direct, éventuelle à gros débit d'évacuation, en communication permanente avec l'enceinte précitée contenant le fluide sous pression et à servo-moteur intégré de commande d'organe obturateur à double effet directement actionné par ledit fluide au moins en déplacement d'ouverture avec ressort de rappel en position de fermeture au moins maintenue par ledit fluide, caractérisé par une commande de servo-moteur pilotée par asservissement à un contrôleur formant soupape auxiliaire tarée, de préférence sélectivement réglable, de décharge automatique dudit fluide en cas de surpression ou d'excès inadmissible de pression, maintenue fermée par force d'attraction magnétique statique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la soupape principale précitée est de préférence à sens d'écoulement traversant réversible selon l'utilisation choisie et son organe obturateur précité est un piston-tiroir cylindrique différentiel coulissant de façon étanche dans une chambre de travail étagée conjuguée ainsi partagée ou divisée en deux chambres partielles de pression respectivement de fermeture et d'ouverture, ladite chambre partielle de pression d'ouverture débouchant par deux orifices respectivement d'entrée et de sortie dont l'un est relié à l'enceinte précitée et dont l'un est coaxial audit organe obturateur et pourvu d'un siège annulaire d'étanchéité formant butée de fin de course de fermeture dudit piston-tiroir et l'autre est à direction d'axe radiale tandis que la soupape pilote précitée communique par son orifice d'entrée, d'une part, avec ladite enceinte ou ledit orifice d'entrée par l'intermédiaire d'une voie de passage étranglée à section transversale libre restreinte d'écoulement éventuellement réglable sélectivement et, d'autre part, avec ladite chambre partielle de pression de fermeture.

Lorsqu'on veut éviter une mise à l'échappement du fluide sous pression excessive à l'air libre et selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'orifice de sortie de la soupape pilote précité communique avec l'orifice de sortie de la soupape principale précitée débouchant dans un espace confiné de purge.

Selon encore une autre caractéristiquc de l'invention, le piston-tiroir précité a deux faces opposées coaxiales sensiblement de même aire active comprenant une face totalement active instantanément à effet au moins de maintien en position fermée et une face opposée fractionnée à action antagoniste échelonnée successivement dans le temps, d'abord partielle par une fraction de face puis totale par la face entière à effet d'ouverture, le ressort de rappel précité étant de préférence un ressort hélicoïdal de compression agissant sur ladite face à effet au moins d'un maintien en position fermée.

Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, le piston-tiroir précité comporte une tête extrême radialement saillante vers l'extérieur, formant piston proprement dit coulissant de façon étanche dans le compartiment de chambre précité de plus grand diamètre et une tige de piston coaxiale adjacente formant tiroir de plus petit diamètre pourvue, en bout, de la portée annulaire d'appui formant clapet de fermeture étanche et coulissant dans le compartiment de chambre précité de plus petit diamètre débouchant vers l'extérieur respectivement par les orifices précités de passage de fluide, ledit tiroir définissant ainsi respectivement une face annulaire de piston sur le côté adjacent de ladite tête et une face circulaire centrale en bout de l'extrémité terminale libre dudit tiroir, la longueur axiale dudit tiroir étant au moins égale et de préférence supérieure à la longueur axiale dudit compartiment de chambre de plus petit diamètre déterminée par la distance entre ledit siège d'étanchéité et l'épaulement annulaire séparant les deux étages ou compartiments de chambre.

Lorsque l'orifice d'entrée de la soupape principale précitée est l'orifice radial précité, il est avantageux que celui-ci soit à section transversale de passage de forme progressivement évolutive de façon à causer un ralentissement ou freinage du mouvement de fermeture du piston-tiroir précité en particulier par laminage du courant de fluide passant.Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'orifice d'entrée précité est alors par exemple composé de trous ou de lumières multiples dans la paroi latérale perforée du compartiment de chambre précité de plus petit diamètre, la forme et les dimensions desdits trous ou lumières variant dans le sens dégressif ou décroissant dans le sens du mouvement de fermeture précité, l'effet de laminage donc de ralentissement précité étant alors sensiblement inversement proportionnel à la section de passage et au nombre de tels trous ou lumières.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la soupape pilote précitée comporte un clapet à levée en matière au moins partiellement ferromagnétique, maintenu pressé en position de fermeture étanche contre son siège au moins par la force magnétique d'attraction sélectivement réglable d'un aimant permanent annulaire coaxial de collage dont la carcasse formant circuit magnétique est à alésage axial traversant pourvu dudit siège d'étanchéité à une extrémité et relié de façon étanche, par son extrémité opposée, à l'orifice coaxial d'entrée de fluide sous pression.

Il est avantageusement prévu, selon encore une autre caractéristique de l'invention, des moyens indépendants ou autonomes de mise à l'échappement volontaire du fluide sous pression, à commande sélective indépendante, constitués notamment par un organe de neutralisation sélective de la force magnétique d'attraction de l'aimant permanent de la soupape pilote précitée, tel qu'un électro-aimant créant un flux magnétique de polarité opposée à celle dudit aimant permanent et/ou par une vanne branchée en dérivation sur la conduite reliant l'enceinte précitée à la soupape principale ou pilote précitée.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention et dans le cas d'un fluide très chaud tel que vapeur d'eau à haute température, un refroidisseur ou condenseur de fluide est avantageusement intercalé dans la conduite reliant l'enceinte précitée à la soupape pilote précitée.

Le dispositif conforme à l'invention présente notamment les avantages suivants
- selon la position relative de la prise de fluide sous pression par rapport à l'enceinte à contrôler, la pression différentielle, produite dans ledit dispositif, peut varier dans un large domaine allant par exemple de 0,1 bar à plusieurs bars
- l'ouverture de la soupape pilote précitée peut être obtenue à volonté de façon indépendante par commande de l'extérieur permettant de libérer son clapet et, ainsi, d'obtenir l'ouverture de la soupape principale
- le dispositif est capable de fonctionner aussi bien sous vide que sous pression
- les ressorts de rappel précités respectivement de la soupape principale et de la soupape pilote servent uniquement à ramener les organes obturateurs respectifs dans leur position de fermeture après mise à l'échappement donc après baisse de pression du fluide, de sorte que leur force élastique peut être relativement faible
- la différence entre les aires respectives de la face pleine circulaire et de la face annulaire de la tête du piston-tiroir de la soupape principale permet de fonctionner avec des pressions différentielles variant en fonction des diamètres et de la force du ressort de rappel
- un seul modèle donc diamètre de soupape pilote précitée permet d'actionner des soupapes principales associées de diamètre quelconque
- la taille relativement importante de la soupape pilote précitée permet d'utiliser un organe d'étranglement (formant régulateur de débit à débit de préférence réglable) à section transversale libre de passage restreint également de dimension relativement importante en évitant ainsi tout risque d'obstruction par bouchage ou encrassement
- dans la soupape pilote, l'excitation de l'électro-aimant précité par un courant électrique unidirectionnel pulsé à fréquence variable par réglage sélectif permet, avec un organe obturateur de forme évolutive appropriée, une ouverture progressive de ladite soupape pilote notamment pour le contrôle de son fonctionnement
- la puissance de la soupape pilote permet le contrôle du vide en particulier à des pressions allant de 3000 bars à 4000 bars
- la structure précitée de la soupape pilote permet de réduire l'hystérésis, ctest-à-dire le retard dans l'évolution de l'un des phénomènes fonctionnels par rapport à l'autre ainsi que l'écart entre les phénomènes respectivement d'enclenchement et de déclenchement de ladite soupape à une valeur de + 1 % environ du point de réglage et, ce, contrairement aux organes pilotes classiques
- la soupape pilote précitée permet l'emploi d'organes d'étranglement à section transversale libre de passage restreint plus grande (d'où moindre perte de charge) donc des ressorts de rappel de force relativement faible et, par conséquent, sans influence sur la précision de la mesure de tarage
- le point d'enclenchement et de déclenchement de la soupape principale précitée est précis et invariable dans le temps donc fiable, contrairement aux soupapes de sûreté à ressort classiques
- la précision et la fiabilité ou fidélité du point d'enclenchement et de déclenchement de la soupape principale précitée évite tous battements de son organe obturateur sur son siège
- le tarage de la soupape pilote est facile à régler par simple réglage de l'intensité du champ magnétique permanent notamment par variation sélective de la reluctance du circuit magnétique
- la présence de la soupape pilote magnétique permet de réaliser une séparation entre l'organe de protection et l'information de commande en évitant ainsi tout phénomène de battement
- la pression spécifique entre organe obturateur et siège associés est prédéterminée par le ressort de rappel précité qui assure une étanchéité parfaite, même après de nombreux cycles de fonctionnement
- le fonctionnement du dispositif est très fiable grâce aux grandes sections libres de passage et, ce, même en cas d'emploi avec des fluides ou des produits analogues chargés
- grande fiabilité ou sûreté de fonctionement même en cas de secousses sismiques notamment grâce à la faible inertie des pièces mobiles
- l'organisation particulière précitée de la soupape principale permet un écoulement de fluide à travers celle-ci au choix dans l'un ou l'autre des deux sens contraires, c'est-à-dire entrée par l'orifice radial ou sous la face annulaire de la tête du piston-tiroir avec sortie par l'orifice axial, soit entrée sous la tête du piston-tiroir par l'orifice axial et sortie par le l'orifice radial
- dans le cas de l'entrée de fluide dans la soupape principale par l'orifice radial, c'est-à-dire sous la face annulaire du piston-tiroir, l'étanchéité entre tête de piston-tiroir et paroi latérale de chambre associée n'a pas besoin d'être absolument parfaite mais peut être imparfaite, de sorte qu'il est possible de se passer de joint d'étanchéité sur la tête du piston-tiroir grâce à un ajustement glissant suffisamment juste de celle-ci dans la chambre de travail coopérante, de sorte qu'aucun soufflet d'étanchéité n'est nécessaire.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs illustrant plusieurs modes de réalisation spécifiques actuellement préférés de l'invention, et dans lesquels
- la figure 1 représente un schéma de principe du dispositif conforme à l'invention
- la figure 2 représente le schéma de principe d'une variante du dipositif précédent à sens d'écoulement traversant inverse de celui du dispositif de la figure 1
- la figure 3 représente une vue en coupe axiale longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une soupape de sûreté conforme à l'invention selon le schéma de principe de la figure 1
- la figure 4 est une vue en coupe axiale similaire d'un second mode de réalisation de la soupape de sûreté conforme à l'invention selon le schéma de principe de la figure 2 ; et
- la figure 5 est une vue fragmentaire à plus grande échelle en coupe axiale du dispositif de la figure 3 montrant la soupape pilote précitée en coupe axiale longitudinale, directement montée sur la soupape de sûreté.

Selon l'exemple de réalisation conforme au schéma de principe représénté sur la figure 1, le dispositif comprend une soupape principale de sûreté désignée de façon générale par le chiffre de référence 1, se composant globalement d'un corps creux cylindrique 2 dont la cavité intérieure forme une chambre cylindrique 3 étagée par un épaulement radialement interne 4 en divisant ainsi la chambre 3 en deux étages ou compartiments de chambre de diamètres respectivement différents comprenant un compartiment de chambre de plus grand diamètre 3a fermé en bout axial par le fond extrême du corps 2 et un compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b limité, à son extrémité éloignée du compartiment de chambre de plus grand diamètre 3a, c'est-à-dire opposée à l'épaulement radialement interne 4, par le fond extrême opposé du corps 2.Le compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b débouche à l'extérieur, d'une part, par un orifice coaxial 5 traversant ledit fond opposé du corps précité 2 et, d'autre part, par un orifice radial 6 traversant la paroi latérale du corps 2. L'orifice axial 5 est de diamètre généralement inférieur au diamètre du compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b, de sorte que le bord extrême axialement interne de cet orifice 5 définit, par la face interne dudit fond de corps, un épaulement annulaire radialement interne 7 formant, par son raccordement à la surface latérale de l'orifice 5, le bord intérieur extrême de cet orifice, ce bord étant soit à angle saillant vif, soit chanfreiné tronconiquement pour constituer le siège annulaire coaxial d'étanchéité 8 de la soupape.

Selon l'exemple purement indicatif de la figure 1, la surface radialement interne de la paroi latérale du compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b peut être constituée par la surface latérale radialement interne d'un manchon ou d'une douille tubulaire 9 emmanché jointivement dans l'alésage coaxial correspondant du corps 2 en ayant sa paroi latérale perforée périphériquement, dans le tronçon de manchon ou fourreau situé en face ou au niveau de l'orifice 6, perforée de trous ou lumières précités de formes et dimensions évolutives causant un mouvement de fermeture ralenti ou freiné de la soupape.

Les perforations 9a de ce fourreau 9 formant cage débouchent avantageusement dans un évidement annulaire cylindrique 10 dans la surface radialement interne de la paroi latérale du corps 2 située au droit de l'orifice radial 6, cet évidement entourant coaxialement la partie perforée 9a de la cage 9.

L'orifice radial 6 est relié par une conduite 11 à l'enceinte 12 contenant le fluide sous pression à contrôler, de sorte que l'orifice 6 est l'orifice d'entrée du fluide sous pression dans la soupape 1 dont il sort par l'orifice axial 5 précité.

L'organe obturateur de la soupape est constitué par un piston-tiroir cylindrique 13 déplaçable axialement en translation dans la chambre 3 et comprenant une tête radialement saillante 13a formant le piston proprement dit et montée coulissante de façon étanche ou sensiblement étanche dans le compartiment de chambre de plus grand diamètre 3a ainsi qu'une tige de piston formant tiroir 13b de diamètre sensiblement égal ou inférieur au diamètre du compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b mais supérieur au diamètre du siège annulaire d'étanchéité 8, ce tiroir plongeant dans ledit compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b et venant en contact d'appui étanche par sa face circulaire terminale 13c contre le siège annulaire d'étanchéité 8 dans la position de fermeture du piston-tiroir 13 pénètrant au maximum dans ledit compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b.

Cette face terminale d'appui 13c du tiroir 13b comporte, avantageusement un chanfrein tronconique annulaire 13'c formant la portée d'appui venant en contact étanche avec le siège 8.

L'étanchéité du contact glissant entre la tête de piston 13a et la paroi latérale du compartiment de chambre de plus grand diamètre 3a peut être assurée par une garniture annulaire de joint d'étanchéité 14 montée par exemple dans une gorge appropriée radialement externe de la tête de piston, cette tête de piston séparant ainsi la chambre 3 en deux chambres partielles, à savoir une chambre partielle de pression de fermeture située du côté de la tête opposé au tiroir 13b et une chambre partielle de pression d'ouverture située du même côté de la tête 13a que ledit tiroir 13b.La chambre partielle de pression de fermeture est ainsi délimitée entre la face extrême circulaire entière de la tête de piston 13a du côté opposé au tiroir 13b et le fond correspondant du corps 2 tandis que la chambre partielle de pression d'ouverture est délimitée entre la face annulaire 16 de la tête de piston 13a (définie par le tiroir 13b) et le fonc opposé 7 du corps 2.

La longueur axiale du tiroir 13b est supérieure de préférence légèrement à la longueur axiale du compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b, de façon qu'en position de fermeture de l'organe obturateur 13, la face annulaire 16 de la tête de piston reste écartée de l'épaulement 4, c'est-à-dire ne puisse pas venir en butée contre celui-ci.

Un ressort hélicoidal notamment cylindrique de compression 17 est interposé entre la face terminale entière 15 de la tête de piston 13a et le fond voisin du corps 2, l'extrémité active de ce ressort prenant avantageusement appui contre le fond d'un évidement ou chambrage cylindrique coaxial 15a de la tête de piston. La longueur axiale totale de l'organe obturateur 13 ou du compartiment de chambre de plus grand diamètre 3a est avantageusement telle que la course d'ouverture totale de l'organe obturateur 13 pour découvrir entièrement l'orifice radial 6 est au plus égale ou inférieure à la plus petite distance de la face terminale entière 15 de la tête de piston 13a au fond voisin du corps 2 dans la position de fermeture dudit organe obturateur. Le ressort 17 est conçu ou dimensionné de telle façon que, dans la position d'ouverture totale de l'organe obturateur 13, ses spires ne soient pas jointives. La force élastique du ressort 17 est relativement faible car elle doit simplement suffir à repousser l'organe obturateur dans sa position de fermeture après ouverture de la soupape et chute de pression correspondante du fluide à contrôler (provoquant l'équilibre des pressions des deux côtés de l'organe obturateur).

L'ensemble de la tête 13a du piston-tiroir et du compartiment de chambre de plus grand diamètre 3a constitue en quelque sorte un vérin de commande à double effet de l'organe obturateur 13, piloté par une soupape magnétique de décharge automatique 18.

Le compartiment de chambre de plus grand diamètre 3a, délimité entre l'épaulement annulaire radialement interne 4 du corps et la face annulaire précitée 16 de la tête de piston 13a, communique avec l'arrivée précitée 11 de fluide sous pression soit par le compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b et l'orifice d'entrée 6, soit par au moins un orifice radial traversant la paroi latérale du compartiment de chambre de plus grand diamètre 3a au voisinage de son extrémité axiale correspondante formée par l'épaulement annulaire radialement interne 4 et restant découvert en permanence par la tête de piston 13a.

Dans le premier cas, cette communication avec l'orifice d'entrée 6 a lieu par l'intermédiaire d'un conduit longitudinal constitué soit par l'espace annulaire coaxial 19 défini par un jeu radial entre les surfaces latérales respectivement convexe du tiroir 13b et concave de la paroi du compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b, soit par au moins une rainure longitudinale dans une ou chaque surface latérale précitée, débouchant dans une gorge annulaire dans ladite paroi latérale communiquant avec ledit orifice d'entrée.

Le fond du corps 2, situé du côté de la face terminale entière 15 évidée du piston-tiroir, peut éventuellement servir de butée de fin de course d'ouverture totale à celui-ci notamment par entrée en contact de la face 15 avec ledit fond.

Le conduit d'arrivée de fluide sous pression 11 est relié, d'une part, à l'entrée 18a de la soupape pilote 18 par une conduite 20 à travers un organe d'étranglement réglable 21 et, d'autre part, à la chambre de pression partielle de fermeture précitée à travers le fond correspondant du corps 2 par une conduite 20a branchée par exemple en dérivation sur la conduite 20. L'orifice de sortie 18b de la soupape pilote 18 débouche directement à l'air libre ou bien est relié par une conduite 22 à l'orifice de sortie 5 de la soupape principale 1.

Le fonctionnement de ce dispositif est alors le suivant
Tant que la pression de tarage de la soupape pilote 18 n'est pas atteinte par la pression 1 du fluide sous pression provenant par la conduite 11 de l'enceinte close 12, la soupape pilote 18 est maintenue fermée magnétiquement et la soupape principale 1 est maintenue fermée par la pression P1 du fluide à contrôler agissant simultanément, d'une part, sur la face terminale entière 15 de la tête de piston 13a en passant par la conduite 20, l'étranglement 21 et la conduite 20a, et, d'autre part, sur la face annulaire 16 de la tête de piston 13a en passant par l'orifice 6, éventuellement à perforations 9a et l'espace annulaire 19, de sorte que la force de pression de fermeture, exercée sur le siège 8, est égale à la différence des poussées en sens contraires produites respectivement par la force de pression appliquée sur la face entière 15 et la force de pression appliquée sur la face annulaire 16. Lorsque la pression P1 du fluide atteint et excède légèrement la pression de tarage de la soupape pilote 18, celle-ci s' ouvre brusquement en mettant à l'écheppement, par la conduite 20a, le fluide contenu dans la chambre partielle de pression de fermeture dont la pression est ainsi ramenée à une valeur P2 inférieure à la valeur P1 en déchargeant la face entière 15 de la tete de piston, de sorte que la pression P1, s'exerçant sur la face annulaire 16 de la tête de piston, repousse l'organe obturateur dans le sens d'ouverture en comprimant le ressort 17 ; l'orifice de sortie 5 est alors ouvert et l'orifice d'entrée 6 éventuellement avec les perforations 9a est entièrement découvert en provoquant ainsi la mise à l'échappement à grand débit du fluide sous pression dont la pression décroît ainsi rapidement de la valeur P1 à la valeur inférieure P2. Il est à noter que lorsque l'orifice d'entrée 6 est entièrement découvert par le tiroir 13b, la pression du fluide s'exerce alors à la fois sur la face annulaire 16 de la tete de piston et sur la face terminale 13c du tiroir, la somme des aires respectives de ses faces étant sensiblement égale à l'aire de la face entière opposée 15 de la tete de piston.Lorsque cette baisse de pression a été réalisée en équilibrant ou égalisant ainsi les forces de pression de fluide s'exerçant respectivement sur les deux faces opposées du piston-tiroir, celui-ci est ramené dans sa position de fermeture en appui sur le siège 8 par le ressort de rappel 17 dont la force relativement faible est suffisante pour réaliser une assise d'origine de l'organe obturateur 13 sur son siège et assurer l'étanchéité de la fermeture sous la seule force dudit ressort.

Comme cela a été mentionné plus haut, l'étanchéité du contact coulissant de la tete de piston 13a avec la paroi latérale du compartiement de chambre de plus grand diamètre 3a peut etre imparfaite sans altérer sensiblement le fonctionnement satisfaisant du dispositif.

Une vanne 23 à trois voies, dont une voie est intercalée dans la conduite 20 reliant la conduite 11 donc l'enceinte 12 contenant le fluide sous pression à l'entrée 18a de la soupape pilote 18 et au compartiment de chambre de pression de fermeture 3a et ayant une autre voie reliée par la conduite 24 à la sortie 18b de la soupape pilote 18 ou à la conduite d'échappement 22 de cette dernière, permet de contrôler, en circuit local, le fonctionnement de la soupape principale 1 notamment par mise à l'échappement du compartiment de chambre 3a de pression de fermeture.

La figure 2 représente une variante d'exécution du dispositif illustré par la figure 1. Dans cette variante, le sens d'écoulement du fluide sous pression à travers la soupape principale de sûreté 1 est inversé, le fluide, provenant de l'enceinte 12 et de la conduite d'amenée 11, entrant dans la soupape principale 1 par l'orifice 5 et en sortant par l'orifice 6 de celle-ci. Le système de circuit de branchement de la soupape pilote 18 est ici spéculairement symétrique de celui représenté sur la figure 1, de sorte que ces deux circuits peuvent etre qualifiés en quelque sorte de circuits énantiomorphes dans la mesure où la fonction ou le sens de circulation dans les diverses conduites dans le circuit de la figure 2 est inversé par rapport à celui du circuit de la figure 1.

C'est ainsi que la conduite 20 de la figure 1 partant de l'orifice 6 de la soupape principale ou de la conduite d'arrivée 11 devient, sur la figure 2, la conduite 20' partant de l'orifice 5 de la soupape principale ou de la conduite d'arrivée 11 tandis que la conduite 22 de mise à l'échappement de la soupape pilote 18 aboutissant à l'orifice 5 de la soupape principale sur la figure 1 devient la conduite 22' aboutissant à l'orifice 6 de la soupape principale sur la figure 2.

Comme cependant, dans les conditions normales, la soupape principale est fermée de sorte que la communication entre l'orifice d'entrée 5 et le compartiment de chambre de pression d'ouverture 3b est interrompue, il est nécessaire de relier l'espace annulaire 10, entourant le tiroir 13b, au fluide sous pression par une conduite d'embranchement 20'a branchée en dérivation sur la conduite 20'. Contrairement au cas de la figure 1, les deux chambres partielles 3a et 3b doivent être séparés l'un de l'autre d'une façon parfaitement étanche, de sorte que l'étanchéité entre le piston 13a et la surface latérale interne de paroi de sa chambre de travail 3 donc celle assurée par la garniture annulaire de joint 14 doit être parfaite. La pression
P1 d'arrivée du fluide sous pression est évidemment supérieure à la pression P2 de l'espace ou milieu de mise à l'échappement de la soupape principale 1 dans l'un et l'autre cas respectivement des figures 1 et 2.

Sur les figures 1 et 2, les orifices 5 et 6 de la soupape principale 1 sont avantageusement reliés respectivement à des tubulures 5a et 6a comportant chacune en bout une bride d'assemblage à une canalisation adjacente éventuelle.

Les figures 3 et 4 représentent respectivement deux exemples de réalisation pratiques des schémas de principes illustrés respectivement sur les figures 1 et 2.

Selon ces deux figures, la soupape principale la, lb est embotée, par son corps cylindrique creux 2a, 2b, avec un jeu radial et éventuellement axial dans au moins une partie ou un tronçon 25a, 25'a d'une tubulure cylindrique de passage de fluide 25, 25' dont l'extrémité ouverte 25b, 25'b, entourant ladite soupape principale et éventuellement pourvue d'une bride extrême externe ou radialement saillante vers l'extérieur 25c (figure 3), est jointivement accolée et amoviblement assemblée de façon étanche à une bride extrême externe 2c, 2'c du corps 2a, 2b de la soupape principale en laissant ainsi subsister un espace respectivement annulaire 26, 26' et axial 26a, 26b tout autour de la portion dudit corps de soupape principale pénètrant en saillie dans ladite tubulure.

L'orifice radial précité 5 de passage de fluide de la soupape principale débouche dans cet espace annulaire 26, 26'. La partie 13b, formant tiroir du piston-tiroir 13 précité, coulisse dans le compartiment de chambre précitée de plus petit diamètre 3b de préférence avec un ajustement glissant juste.

L'autre extrémité 27, 27' de préférence à bride de la tubulure 25, 25', correspondant à la tubulure 6a des figures 1 et 2, peut être disposée coaxialement à la soupape principale 1 comme sur la figure 3 ou radialement par rapport à celle-ci comme sur la figure 4. Sur la figure 3, les deux brides 2c et 25c respectivement du corps de soupape 2a et de la tubulure 25 sont assemblées de façon étanche notamment par boulonnage avec interposition d'une rondelle d'étanchéité 28 tandis que sur la figure 4, l'assemblage s'effectue par des vis traversant la bride 2'c du corps de soupape et se vissant dans l'extrémité adjacente 25'b de la tubulure 25' avec interposition d'une garniture annulaire de joint d'étanchéité 28'.

Le piston-tiroir précité 13 est avantageusement creux en forme de boisseau s'ouvrant à travers la tête de piston 13a et à fond plein 13c servant intérieurement d'appui à l'extrémité active du ressort de rappel précité 17 pénétrant dans le creux dudit piston-tiroir et prenant appui par son extrémité opposée contre la face interne du fond voisin 2d, 2'd du corps de soupape principale précité 2a, 2b. La paroi latérale annulaire de la partie 13b formant tiroir du piston-tiroir 13 est traversée radialement, au voisinage immédiat de la tête de piston 13a, par au moins un trou 30 d'équilibrage de pression de diamètre relativement faible formant étranglement et situé près de la face annulaire 16 sous ladite tête de piston.

Le siège d'étanchéité 8 se compose ici d'une garniture annulaire de joint d'étanchéité 8a logée dans un évidement correspondant de la surface de paroi latérale interne du compartiment de chambre de plus petit diamètre 3b entre l'orifice de passage de fluide 5 et l'extrémité voisine du corps de soupape et d'un épaulement annulaire interne 8b dudit compartiment de chambre de plus petit diamètre. La garniture annulaire de joint d'étanchéité 8a est destinée à venir en contact glissant étanche avec la surface latérale radialement externe de la paroi annulaire du tiroir 13b dans la position de fermeture du piston-tiroir, dans laquelle la portée annulaire convexe sensiblement tronconique d'appui d'étanchéité 13'c vient en contact avec la portée annulaire concave conjuguée de l'épaulement 8b.Sur les figures 3 et 4, le joint d'étanchéité 8a est par exemple logé dans un chambrage partiel de l'alésage 5 en venant en butée contre le fond annulaire de ce chambrage et y étant maintenu par une bague de butée lisse 8c elle-même maintenue immobilisée par une bague de blocage extérieurement filetée 8d se vissant dans un lamage taraudé correspondant de l'alésage 5.

Un conduit 31 s'étend longitudinalement dans l'épaisseur de la paroi latérale du corps 2a, 2b de soupape principale puis radialement vers l'extérieur dans l'épaisseur de la bride 2c, 2'c de celui-ci en débouchant respectivement à une extrémité 32 dans la chambre partielle de pression de fermeture précitée près du fond 2d, 2'd de celle-ci et à l'autre extrémité soit par un orifice 33 axialement externe de la bride 2c du corps de soupape (figure 3), soit par un orifice 34 dans la face périphérique radialement externe de ladite bride 2'c (figure 4), cet orifice 33, 34 étant destiné à être mis en communication avec l'orifice d'entrée 18a de la soupape pilote précitée éventuellement fixée directement sur ladite bride 2c comme sur la figure 3.

Il est prévu une butée fixe de fin de course d'ouverture du piston-tiroir 13 arrêtant celui-ci de façon qu'au moins une partie de la face extrême libre (15) de sa tête 13a reste écartée du fond plein extrême voisin 2d, 2'd de la chambre partielle de pression de fermeture associée 3a, d'un intervalle dans lequel débouche l'extrémité correspondante 32 du conduit précité 31 de liaison avec la soupape pilote 18. Cette butée est constituée avantageusement par une tige coaxiale 34 solidaire par une extrémité dudit fond 2d, 2'd de corps de soupape et pénétrant dans la cavité du piston-tiroir 13 en étant susceptible de venir en contact, par son extrémité opposée, avec le fond plein de celui-ci dans la position de fin de course d'ouverture dudit piston-tiroir déterminée par la longueur appropriée du segment libre de la tige 34.Cette longueur doit donc maintenant être telle que, dans sa position extrême de fin de course d'ouverture, la portion extrême libre du tiroir 13b reste engagée dans l'alésage du compartiment de chambre le plus petit diamètre 3b en découvrant complètement l'orifice radial 5 du corps de soupape et que la tête de piston 13a reste écartée de la face interne du fond plein 2d, 2'd du corps de soupape.

Dans le mode de réalisation selon la figure 3, le fluide sous pression de l'enceinte 12 est amené par la conduite 11 à l'orifice coaxial d'entrée 27 et sort de la soupape la par l'orifice coaxial de sortie 6. Dans ce cas, la paroi latérale du compartiment de chambre de plus grand diamètre est traversée, au voisinage de l'épaulement annulaire 4 précité dudit compartiment, par un trou radial 35 débouchant, par son extrémité externe, dans l'espace annulaire 26 et, par son extrémité interne, dans l'espace annulaire délimité entre cet épaulement 4 et la face annulaire 16 sous la tête de piston 13a. Ce trou radial 35 est avantageusement d'un diamètre sensiblement plus petit que celui de l'orifice radial 6, de façon à accomplir ainsi en quelque sorte dans une mesure plus ou moins grande approximativement la fonction d'un étranglement.

L'orifice coaxial 5 de la soupape principale la débouche dans une tubulure coaxiale de sortie de préférence à bride 36 solidaire de ladite soupape et notamment de la face axialement externe de la bride 2c de celle-ci en ayant de préférence avec son orifice extrême de sortie 27' un diamètre intérieur supérieur à celui de l'orifice extrême d'entrée 27 de la tubulure 25. La soupape pilote 18 est ici avantageusement montée par sa voie de passage d'entrée directement sur l'orifice 33 de la bride 2c et sa voie de passage de sortie communique par une conduite 22 avec l'intérieur de la tubulure de sortie 36 de la soupape principale comme le montre en particulier plus en détail la figure 5.

L'enceinte de fluide sous pression 12 est reliée par la conduite 11 à l'orifice d'entrée 27 de la tubulure d'entrée 25. Le fonctionnement du dispositif selon la figure 3 est alors le suivant : dans les conditions normales de pression, la soupape principale la est fermée par le piston-tiroir 13 appliqué contre le siège d'étanchéité 8, de sorte que l'orifice radial 6 est obturé à son extrémité radialement interne par le tiroir 13b du piston-tiroir 13.Le fluide sous pression, arrivant par l'orifice 27 de la tubulure 25, passe dans l'espace annulaire 26 entourant le corps de la soupape principale et pénètre, d'une part, dans l'orifice radial 6 où il est arrêté et, d'autre part, par le trou radial 35 dans la chambre partielle de pression d'ouverture du côté de la face annulaire 16 de la tête de piston 13a puis par le trou radial étranglé 30 traversant la paroi latérale annulaire du tiroir 13b pour parvenir dans la cavité intérieure du piston-tiroir et, ainsi, dans la chambre partielle de pression de fermeture située du côté de la face entière 15 de la tête de piston 13a, pour pénétrer ensuite par l'orifice radial 32 et le conduit 31 de la paroi latérale du corps de soupape principale dans la voie d'entrée de la soupape pilote 18.La suite du fonctionnement est identique à celui qui a été décrit en corrélation avec le schéma de principe de la figure 1.

Dans le mode de réalisation selon la figure 4, l'enceinte de fluide sous pression 12 est reliée d'une part, par la conduite 11' à l'orifice d'entrée 27' de la tubulure 36 communiquant avec l'orifice axial 5 de la soupape 5 de la soupape principale et, d'autre part, par une conduite 20, comportant l'organe d'étranglement 21 monté en série, à la voie de passage d'entrée de la soupape pilote 18 et par la conduite d'embranchement en dérivation 20a à l'orifice 34 du conduit 31 s'étendant dans la paroi du corps de la soupape principale.La voie de passage de sortie 18b de la soupape pilote 18 est reliée par une conduite 22' à la tubulure 25' et à l'orifice extrême radial de sortie 27 dont l'axe central longitudinal est perpendiculaire à la direction d'axe longitudinal de la soupape principale lb. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est alors le suivant en supposant des conditions initiales normales de pression comme dans l'exemple de la figure 3. Le fluide sous pression provenant de l'enceinte 12 arrive par la conduite 11' et la tubulure 36 dans l'orifice coaxial 5 de la soupape principale qui est obturé par le piston-tiroir 13 dans sa position de fermeture.Ce fluide sous pression parvient aussi par les conduites 20 et 20a, d'une part, à l'entrée de la soupape pilote 18 et, d'autre part, à l'entrée 34 du conduit 31 par lequel le fluide sous pression parvient à travers l'orifice 32 dans la chambre partielle de pression de fermeture du côté de la face entière 15 de la tête de piston 13a de la soupape principale lb dont l'orifice radial 6 est obturé par le tiroir 13b du piston-tiroir 13. La suite du fonctionnement est sensiblement identique à celui décrit en corrélation avec la figure 2.

Sur la figure 4, la vanne 23, branchée en dérivation sur la conduite 20 en aval de l'étranglement 21, permet un contrôle du fonctionnement du dispositif par une mise à l'échappement volontairement provoquée de la conduite sous pression 20 donc de la soupape principale lb et de l'enceinte 12.

La structure organique interne de la soupape pilote 18 est représentée en détail sur la figure 5 selon laquelle elle est montée directement sur la soupape principale la.

Cette soupape pilote 18 comporte un corps creux 37 avantageusement cylindrique dont les fonds extrêmes opposés respectivement amont 37a et aval 37b sont traversés coaxialement par les orifices précités respectivement d'entrée 18a et de sortie 18b, l'orifice de sortie 18b étant relié par la conduite 22 à la tubulure 36. Les fonds extrêmes précités peuvent par exemple être rapportés en étant fixés à la partie intermédiaire du corps de soupape 37 respectivement par des vis 38 pour le fond amont 37a et des vis 39 pour le fond aval 37b avec interposition de joints d'étanchéité respectifs 40 et 41.

Le fond amont 37a est pourvu, coaxialement à l'orifice d'entrée 18a et extérieurement, d'un embout tubulaire 42 extérieurement fileté destiné à se visser dans le trou taraudé 33 de la bride 2c de la soupape principale la. Cet embout est pourvu avantageusement à sa base d'une tête à plusieurs pans notamment hexagonale 43 servant de prise à un outil tel qu'une clé à écrou pour faciliter le vissage et le dévissage de l'appareil.

Les organes internes de la soupape pilote 18 sont généralement à configuration sensiblement coaxiale au corps de soupape précité. Cette soupape pilote comporte essentiellement un clapet à levée 44 en matière au moins partiellement ferromagnétique, maintenu pressé en position de fermeture étanche contre son siège d'étanchéité 45 par la force d'attraction magnétique statique, sélectivement réglable, d'un aimant permanent annulaire coaxial de collage 46 dont la carcasse 47 formant circuit magnétique est à alésage axial traversant 47a pourvu dudit siège d'étanchéité 45 à une extrémité interne et relié de façon étanche notamment par un joint d'étanchéité 48, par son extrémité opposée, à l'orifice coaxial d'entrée de fluide 18a.La carcasse 47 précitée est avantageusement en forme de manchon cylindrique tubulaire en matière ferromagnétique coaxialement entouré par l'aimant permanent annulaire précité 46 par exemple encastré ou noyé dans un évidement annulaire périphérique conjugué, en forme de gorge large, dudit manchon en ménageant un entrefer annulaire 49 entre ceux-ci. Le clapet précité 44 est constitué par un équipage formant armature coaxiale en matière ferromagnétique, longitudinalement mobile en translation rectiligne à guidage forcé entre deux positions respectivement d'ouverture ou écartée dudit manchon et de fermeture ou en contact avec ledit manchon avec un ressort 50 de rappel en position de fermeture.

Cette armature comprend un barreau cylindrique droit 51 formant noyau magnétique constituant l'organe obturateur insérable partiellement en bout (à son extrémité axialement interne) 44 à ajustement glissant étanche dans l'alésage central de passage de fluide 40 du manchon 47 et coaxialement solidaire d'un disque, plateau ou collet annulaire plat 52 radialement saillant vers l'extérieur, de même diamètre extérieur que ledit manchon 47 et applicable, en position de fermeture, contre la face terminale plane axialement interne correspondante 53 dudit manchon en formant butée de fin de course de fermeture. Le tronçon restant du barreau 51, du côté opposé à sa partie extrême 44 formant clapet, peut coulisser axialement dans l'alésage d'une douille fixe de guidage 54 avantageusement pourvu, au fond, d'un amortisseur 55 de stabilisation de fin de course d'ouverture dudit barreau.Cette douille cylindrique de guidage 54 comporte un fût 54a de diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur de la cavité cylindrique du corps de soupape 37 et inférieur au diamètre extérieur du disque ou plateau 52 dont le diamètre extérieur ainsi que celui du manchon 47 peuvent être inférieurs au diamètre intérieur de la cavité du corps de soupape 37 en ménageant ainsi un jeu radial entre la surface latérale interne de la paroi du corps de soupape 37 et la surface périphérique externe du disque ou plateau 52 et du manchon 47.La douille de guidage 54 comporte également, vers son extrémité aval, une tête 54b emmanchée avec un ajustement glissant juste dans la cavité interne formant chambre cylindrique du corps de soupape 37, l'étanchéité du contact étant assurée par une garniture annulaire de joint d'étanchéité 56 logée dans une gorge correspondante de la surface latérale externe de ladite tête 54b ou éventuellement de la surface interne de la paroi latérale du corps de soupape 37. La course du clapet est supérieure à la longueur de la portion extrême insérable 44 du barreau 51. Le ressort de rappel 50 est un ressort hélicoïdal cylindrique de compression prenant coaxialement appui, par une extrémité, contre la face aval 52b du disque 52 et, par son extrémité opposée, contre l'épaulement radialement saillant formant la face annulaire amont de la tête 54b de la douille de guidage 54.

La partie radialement saillante de la tête de douille 54b est traversée, parallèlement à l'axe longitudinal de la douille, par au moins et de préférence plusieurs orifices de passage de fluide 57 faisant communiquer la cavité amont 37c du corps de soupape avec l'espace aval 58 subsistant entre la face terminale extrême aval de la tête 54b de la douille de guidage et le fond aval 37c du corps de soupape donc communiquant avec l'orifice de sortie 18b de celui-ci. L'alésage coaxial de la douille 54 est avantageusement borgne du côté aval en étant par exemple obturé amoviblement par un bouchon extérieurement fileté 59 se vissant dans un lamage ou chambrage coaxial appropprié correspondant de la tête de douille.Ce bouchon est pourvu d'un alésage borgne en prolongement coaxial direct de l'alésage de la douille 54, de sorte que la portion extrême aval du barreau 52 peut coulisser de façon étanche dans cet alésage borgne du bouchon, l'étanchéité étant assurée par un joint annulaire d'étanchéité 60 logé dans un lamage coaxial de l'extrémité amont dudit bouchon en y étant maintenu par une bague de blocage 61.

L'espace 62, formé par l'alésage du bouchon 59 et délimité par le fond amont de celui-ci, sert avantageusement de moyen de ralentissement ou de freinage du barreau 51 en fin de course d'ouverture de celui-ci en formant ainsi une sorte de cataracte pneumatique ou dash-pot par le fait que cet espace 62 communique avec l'espace 58 par au moins un orifice calibré 63 traversant le fond du bouchon 59 en freinant, par étranglement, le débit d'air refoulé par l'extrémité aval du barreau 51 lors de son mouvement d'approche du fond du bouchon 59.

Avantageusement, la face interne du fond du bouchon 59 est garnie d'un tampon ou coussin élastiquement déformable notamment en élastomère pour amortir le choc de l'extrémité aval du barreau 51 contre ce fond en fin de course d'ouverture du barreau 51, ce fond servant de butée de fin de course, de sorte que la longueur du tronçon de barreau 51, situé du côté aval du disque 52, est supérieure à la distance du fond précité du bouchon 57 à la face terminale extrême amont 54c du fût 54a de la douille de guidage, voisine de la face aval 52b du disque 52 qui reste ainsi écartée de ladite douille en position d'ouverture extrême.

La soupape pilote 18 comporte avantageusement des moyens de réglage de la force d'attraction magnétique précitée par variation sélective de la reluctance du circuit magnétique précité, ces moyens de réglage comportant de préférence un shunt magnétique à au moins un élément réglable en position et/ou en dimension. Ces moyens de réglage peuvent ainsi être constitués par des vis radiales 64 en matière ferromagnétique, uniformément réparties suivant une rangée circulaire dans un même plan radial du manchon 47 en étant disposées contre une face plane extrême aval de l'aimant permanent annulaire 46 et la masse dudit manchon du côté de la face d'attraction active 53 de celui-ci, ces vis étant à profondeur de vissage réglable à volonté, de façon à faire varier localement l'entrefer précité.

Additionnellement ou en variante, les moyens de réglage précités peuvent comporter un circuit magnétique shunt sélectivement variable constitué par un fourreau en matière ferromagnétique 65 jointivement emmanché coaxialement dans l'alésage du manchon porte-aimant 47 et pourvu d'une gorge ou rainure annulaire coaxiale périphérique 66 formant entrefer de longueur axiale et d'épaisseur radiale déterminées en fonction de la force d'attraction désirée, ce fourreau étant ainsi amovible pour être interchangeable à volonté. Ce fourreau dépasse avantageusement par une partie extrême aval hors de la face aval du manchon 47 pour être en appui par sa face terminale extrême contre un épaulement correspondant du fond interne voisin du corps de soupape, l'étanchéité latérale étant assurée par un joint annulaire d'étanchéité 67.Le manchon est fixé avantageusement au corps de soupape 37 par exemple par des vis 68 traversant le fond interne correspondant dudit corps.

Le siège d'étanchéité 45 du clapet 44 est essentiellement constitué par une garniture annulaire de joint d'étanchéité 45a montée dans un logement conjugué de la paroi latérale interne de l'alésage central du manchon 47 en y étant par exemple maintenu en place avantageusement à l'état comprimé par la face terminale extrême amont du fourreau 65 venant en appui contre ladite garniture annulaire de joint d'étanchéité 45a.

La portion extrême aval de la carcasse 47 précitée est avantageusement pourvue d'un électro-aimant 69 excitable à volonté pour neutraliser la force magnétique d'attraction de l'aimant permanent annulaire 46. Cet électro-aimant 69 comporte avantageusement une bobine de fil électroconducteur 69a enroulé à spires jointives, montée coaxialement dans un évidement annulaire correspondant du manchon 47 au voisinage de sa face polaire extrême d'attraction active 53.

Le fonctionnement de la soupape pilote 18 est alors le suivant. Dans les conditions normales de pression de fluide, cette soupape pilote est fermée, de sorte que son clapet 44 est inséré partiellement dans l'alésage du manchon 47 avec contact latéral étanche par le joint d'étanchéité 45a, le disque ou plateau 52 étant alors appliqué par sa face amont 52a contre la face aval 53 du manchon 47 servant de butée de fin de course de fermeture comme le montre la demi-vue inférieure en coupe longitudinale de la figure 5. La pression de fluide arrivant par l'alésage du manchon 47 est appliquée contre la face terminale extrême libre du clapet 44 à l'intérieur dudit alésage.Lorsque cette pression excède une valeur limite maximale correspondant à la force magnétique d'attraction statique tarée de l'aimant permanent 46, la pression de fluide refoule le clapet 44 hors de l'alésage du manchon 47 donc du siège d'étanchéité 45 en surmontant aussi la force de rappel antagoniste du ressort 50 et en provoquant ainsi l'ouverture complète de la soupape-pilote 18, comme le montre la demi-vue supérieure en coupe longitudinale de la figure 5, de sorte que le fluide s'échappe par l'espace intérieur 37c du corps de soupape en s'écoulant par le jeu radial périphérique autour du disque 52 puis par les orifices 57 pour sortir finalement par l'orifice de sortie 18b de la soupape pilote et être évacué par la canalisation 22 dans la tubulure de mise à l'échappement 36 de la soupape principale la.Dès que l'excédent de pression disparait, le ressort hélicoïdal de compression 50, qui peut être d'une force relativement faible en raison de l'équilibre des pressions régnant de part et d'autre du clapet 44 et du disque 52, repousse le clapet 44 depuis sa position d'ouverture complète représentée sur la demi-vue supérieure en coupe longitudinale de la figure 5, dans sa position de fermeture complète dans laquelle le clapet est fermement maintenu par la force magnétique d'attraction statique de l'électro-aimant permanent.Il est possible de provoquer artificiellement ou volontairement l'ouverture de la soupape pilote 37 en excitant, avec une intensité appropriée, l'électro-aimant 69 dont la polarité est opposée à celle de l'aimant permanent 46, de sorte que la force d'attraction magnétique de celui-ci est alors neutralisée d'où résulte l'ouverture de la soupape par la pression de fluide.

Il est avantageux que la soupape principale 1 et/ou la soupape pilote 18 comporte au moins un moyen frangible susceptible d'être rompu par une surpression excessive ou dangereuse du fluide pour créer brusquement une grande ouverture d'évacuation ou d'échappement de fluide. Dans la soupape principale précitée, ce moyen frangible peut être constitué par un disque d'éclatement ou analogue 70 directement soumis à la pression du fluide.

Dans le cas de la figure 3, ce disque d'éclatement 70 est encastré dans un lamage correspondant de la face externe de la bride 2c de la soupape principale la, ce logement communiquant par un trou 71 avec le conduit 31 précité.

Dans le cas de la figure 4, ce disque d'éclatement 70 est encastré dans un logement approprié de la face externe du fond 2'd du corps de la soupape principale lb, ce logement communiquant par un orifice 71 avec la chambre partielle de pression de fermeture de la cavité 3 dudit corps de soupape principale.

Dans la soupape pilote 18, ce moyen frangible peut avantageusement être constitué par des vis cassables d'assemblage d'éléments du corps de soupape, telles que les vis 39 de fixation du fond aval 37b au corps 37 de la soupape pilote. Ces vis cassables sont soumises à une force de traction exercée par la pression de fluide appliquée contre le fond 37b du corps de soupape 37, de sorte que, lorsque ces vis se brisent par une pression de fluide dangereusement excessive, le fond 37b est arraché en procurant ainsi une large ouverture de mise à l'échappement immédiate ou instantanée du fluide sous pression.

Bien entendu, l'invention n' est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemple car elle couvre aussi tous les moyens équivalents à ceux décrits ainsi que leurs combinaisons dans le cadre des revendications annexées.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de sécurité protégeant contre les surpressions d'un fluide confiné dans une enceinte close (12), du type à soupape de sûreté principale (1) à passage direct, éventuellement à gros débit d'écoulement, en communication permanente avec ladite enceinte (12) avec servo-moteur intégré de commande d'organe obturateur (13) à double effet directement actionné par ledit fluide au moins en déplacement d'ouverture avec ressort (17) de rappel en position de fermeture au moins maintenue par ledit fluide, caractérisé par une commande de servo-moteur pilotée par asservissement à une soupape auxiliaire tarée (18), de préférence sélectivement réglable, de décharge automatique dudit fluide en cas de surpression, maintenue fermée par force d'attraction magnétique statique.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape principale précitée (1) est de préférence à sens d'écoulement traversant réversible selon l'utilisation choisie et son organe obturateur précité est un piston-tiroir cylindrique différentiel (13) coulissant de façon étanche dans une chambre de travail étagée conjuguée (3) ainsi partagée en deux chambres partielles de pression respectivement de fermeture et d'ouverture, ladite chambre partielle de pression d'ouverture débouchant par deux orifices respectivement d'entrée et de sortie (5, 6), dont l'un est relié à l'enceinte précitée (12) et dont l'un (5) est coaxial et pourvu d'un siège annulaire d'étanchéité (8) formant butée de fin de course de fermeture dudit piston-tiroir (13) et l'autre (6) est à direction d'axe radiale et en ce que la soupape pilote précitée (18) communique par son orifice d'entrée (18a), d'une part, avec ladite enceinte (12) ou ledit orifice d'entrée par l'intermédiaire d'une voie de passage étranglée (21) à section transversale libre restreinte d'écoulement éventuellement réglable sélectivement, et, d'autre part, avec ladite chambre partielle de pression de fermeture.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (18b) de la soupape pilote précitée (18) communique avec l'orifice de sortie (5 ou 6) de la soupape principale (1) précitée.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston-tiroir précité (13) a deux faces opposées coaxiales (15 ; 16, 13c) sensiblement de même aire active comprenant une face (15) totalement active instantanément à effet au moins de maintien en position fermée et une face opposée fractionnée (16, 13c) à action antagoniste, échelonnée successivement dans le temps, d'abord partielle par une fraction de face (16) puis totale par la face entière (16, 13c) à effet d'ouverture, tandis que le ressort de rappel précité (17) est de préférence un ressort hélicoïdal de compression agissant sur ladite face (15) à effet au moins de maintien en position fermée.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston-tiroir précité (13) comporte une tête extrême (13a) radialement saillante vers l'extérieur, formant piston proprement dit coulissant de façon étanche dans le compartiment de chambre de plus grand diamètre (3a) et une tige de piston coaxiale adjacente formant tiroir (13b) de plus petit diamètre, pourvue, en bout, de la portée d'appui annulaire formant clapet de fermeture étanche (13'c) et coulissant dans le compartiment de chambre de plus petit diamètre (3b) débouchant vers l'extérieur respectivement par les orifices précités de passage de fluide (5, 6), ledit tiroir (13b) définissant ainsi respectivement une face annulaire de piston (16) du côté adjacent de ladite tête (13a) et une face circulaire centrale (13c) en bout de l'extrémité terminale libre dudit tiroir (13b), la longueur axiale dudit tiroir étant au moins égale et de préférence supérieure à la longueur axiale dudit compartiment de chambre de plus petit diamètre (3b) déterminée par la distance entre ledit siège d'étanchéité (8) et l'épaulement annulaire interne (4) séparant les deux étages de chambre.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée est l'orifice radial précité (6) qui est à section transversale de passage de forme de préférence progressivement évolutive, de façon à causer un ralentissement ou freinage du mouvement de fermeture du piston-tiroir précité (13) en particulier par laminage du courant de fluide passant.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée précité (6) est composé de trous ou lumières multiples (9a) dans la paroi latérale perforée du compartiment de chambre de plus petit diamètre (3b), la forme et les dimensions desdits trous (9a) variant dans le sens dégressif ou décroissant dans le sens du mouvement de fermeture précité.

8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le compartiment de chambre de plus grand diamètre (3a), délimité par la face annulaire (16) de la tête (13a) du piston-tiroir précité, communique avec l'arrivée (11, 11') de fluide sous pression soit par le compartiment de chambre de plus petit diamètre (3b) et l'orifice d'entrée précité (6), soit par au moins un orifice radial (35) traversant la paroi latérale du compartiment de chambre de plus grand diamètre (3a) au voisinage de son extrémité axiale correspondante formée par l'épaulement précité (4) et restant découvert en permanence par ladite tête de piston (13a).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la communication précitée avec l'orifice d'entrée précité (6) a lieu par l'intermédiaire d'un conduit longitudinal (19) constitué soit par l'espace annulaire coaxial défini par un jeu radial entre les surfaces latérales respectivement convexes et radialement externe du tiroir (13b) précité et radialement interne et concave de la paroi du compartiment de chambre de plus petit diamètre (3b), soit par au moins une rainure longitudinale dans une ou chaque surface latérale précitée débouchant dans une gorge annulaire (10) dans ladite paroi latérale communiquant avec ledit orifice d'entrée (6).

10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape principale (la, lb) est emboîtée par son corps cylindrique creux (2a, 2b) à bride externe (2c, 2'c) solidaire de l'extrémité à orifice coaxial (5) de passage de fluide côté siège d'étanchéité (8), avec un jeu radial (26) et éventuellement axial (26a) dans au moins une partie (25a) d'une tubulure cylindrique de passage de fluide (25, 25') dont l'extrémité ouverte (25b), entourant ladite soupape principale (la, lb) et éventuellement pourvue d'une bride extrême externe (25c), est jointivement accolée et assemblée amoviblement de façon étanche à ladite bride (2c, 2'c) dudit corps (2a, 2b) de la soupape principale en laissant subsister un espace respectivement annulaire (26, 26') et axial (26a, 26b) tout autour de la portion dudit corps (2a, 2b) pénétrant en saillie dans ladite tubulure (25, 25'), l'orifice radial précité de passage de fluide (6) de ladite soupape principale débouchant dans ledit espace annulaire (26, 26'), la partie formant tiroir (13b) du piston-tiroir (13) précité coulissant dans le compartiment de chambre de plus petit diamètre (3b), de préférence avec un ajustement glissant juste.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par un conduit (31) s'étendant longitudinalement dans l'épaisseur de la paroi latérale du corps de soupape principale (2a, 2b) précité et radialement vers l'extérieur dans l'épaisseur de la bride (2c, 2'c) de celui-ci en débouchant respectivement à une extrémité (32) dans la chambre partielle de pression de fermeture précitée près du fond (2d, 2'd) de celle-ci et, à l'autre extrémité, vers l'extérieur dans la face axialement ou radialement externe de ladite bride (2c, 2'c) par un orifice (33, 34) destiné à être mis en communication avec l'orifice d'entrée de fluide (18a) de la soupape pilote précitée (18) éventuellement fixée directement sur ladite bride (2c).

12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par un piston-tiroir précité (13) creux en forme de boisseau s'ouvrant à travers la tête de piston (13a) et à fond plein servant d'appui à l'extrémité active du ressort de rappel (17) pénètrant dans ledit piston-tiroir (13) et prenant appui par son extrémité opposée contre le fond voisin (2d, 2'd) du corps de soupape principale (2a, 2b), la paroi latérale annulaire (13b) sous tête (13a) dudit piston-tiroir (13) étant traversée radialement par au moins un trou d'équilibrage de pression (30) de diamètre relativement faible formant étranglement situé près de la face annulaire (16) de ladite tête de piston (13a).

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par une butée fixe de fin de course d'ouverture du piston-tiroir précité (13) arrêtant celui-ci de façon qu'au moins une partie de la face extrême libre (15) de sa tête (13a) reste écartée du fond plein extrême voisin (2d, 2'd) de la chambre associée de pression partielle de fermeture, d'un intervalle dans lequel débouche l'extrémité correspondante (32) du conduit précité (31) de liaison avec la soupape pilote précitée (18), ladite butée étant constituée de préférence par une tige coaxiale (34) solidaire par une extrémité dudit fond (2d, 2'd) et pénètrant dans ledit piston-tiroir (13) en étant susceptible de venir en contact avec le fond plein de celui-ci.

14. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la tubulure de passage de fluide précitée (25), entourant la soupape principale précitée (la), communique avec l'enceinte précitée de fluide sous pression (12) et la paroi latérale du compartiment de chambre de plus grand diamètre (3a) est traversée par au moins un trou radial (35) de diamètre sensiblement inférieur à celui de l'orifice radial (6) de passage de fluide précité du corps de soupape (2a) en débouchant par son extrémité radialement interne dans la chambre partielle de pression d'ouverture du côté de la face annulaire (16) de la tête de piston (13a) au voisinage de l'épaulement annulaire précité (4).

15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape pilote précitée (18) comporte un clapet à levée (44) en matière au moins partiellement ferromagnétique, maintenu pressé en position de fermeture étanche contre son siège (45) au moins par la force d'attraction magnétique sélectivement réglable d'un aimant permanent annulaire coaxial de collage (46) dont la carcasse (47) formant circuit magnétique est à alésage axial traversant (47a) pourvu dudit siège d'étanchéité (45) à une extrémité et relié de façon étanche par son extrémité opposée à l'orifice coaxial d'entrée de fluide (18a).

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par des moyens indépendants de mise à l'échappement volontaire du fluide sous pression, à commande sélective indépendante, constitués notamment par une organe de neutralisation sélective de la force magnétique d'attraction de l'aimant permanent (46) de la soupape pilote précitée (18), tel qu'un électro-aimant (69) créant un flux magnétique de polarité opposée à celle dudit aimant permanent (46), et/ou par une vanne (23) branchée en dérivation sur la conduite (20) reliant l'enceinte précitée (12) à la soupape principale (la, lb) ou pilote (18), par exemple une vanne à trois voies intercalée sur la conduite (20) reliant l'arrivée de fluide sous pression à l'entrée (18a) de ladite soupape pilote (18) et reliée par une canalisation (24) à l'orifice de sortie de celle-ci.

17. Dispositif selon la revendication 15 ou 16, caractérisé par une carcasse précitée en forme de manchon cylindrique tubulaire en matière ferromagnétique (47) coaxialement entouré par l'aimant permanent annulaire précité (46) éventuellement encastré ou noyé dans un évidement périphérique dudit manchon en ménageant un entrefer annulaire (49) entre ceux-ci, tandis que le clapet (44) précité est constitué par une armature coaxiale en matière ferromagnétique longitudinalement mobile en translation rectiligne à guidage forcé entre deux positions respectivement d'ouverture ou écartée dudit manchon (47) et de fermeture ou en contact avec ledit manchon (47) avec ressort (50) de rappel en position de fermeture.

18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'armature précitée comprend un barreau cylindrique droit (51) formant noyau magnétique constituant l'organe obturateur (44) insérable partiellement en bout à ajustement glissant étanche dans l'alésage central de passage (47a) du manchon précité (47) et coaxialement solidaire d'un disque ou plateau annulaire (52) radialement saillant, de même diamètre extérieur que ledit manchon et applicable en position de fermeture contre la face terminale plane correspondante (53) dudit manchon (47) formant butée de fin de course de fermeture, la partie restante dudit barreau (51) pouvant coulisser axialement dans l'alésage central d'une douille fixe coaxiale de guidage (54) éventuellement pourvu, au fond (59), d'un amortisseur (55) de stabilisation de fin de course ou d'ouverture dudit barreau (51), ledit fond (59) de l'alésage de ladite douille de guidage (54) servant de préférence de butée de fin de course d'ouverture audit barreau (51), le ressort de rappel précité (50) étant un ressort hélicoïdal de compression prenant coaxialement appui contre ledit disque (52).

19. Dispositif selon la revendication 17 ou 18, caractérisé par des moyens de réglage de la force d'attraction magnétique de l'aimant permanent (46) précité par variation sélective de la reluctance du circuit magnétique précité, lesdits moyens de réglage comprenant un shunt magnétique à au moins un élément (64, 65) réglable en position et/ou en dimension.

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens de réglage précités comprennent des vis radiales en matière ferromagnétique (64) uniformément réparties suivant une rangée circulaire dans un même plan radial du manchon précité (47), disposées entre une face plane extrême de l'aimant permanent annulaire (46) et la masse dudit manchon (47) du côté de la face d'attraction active (53) de celui-ci et à profondeur de vissage réglable à volonté, de façon à faire varier localement l'entrefer précité.

21. Dispositif selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que les moyens de réglage précités comprennent un circuit magnétique shunt sélectivement variable constitué par un fourreau en matière ferromagnétique (65) jointivement emmanché coaxialement dans le manchon porte-aimant précité (47) et pourvu d'une gorge ou rainure annulaire coaxiale périphérique (66) formant entrefer de longueur axiale et d'épaisseur radiale déterminées en fonction de la force d'attraction désirée.

22. Dispositif selon l'ensemble de la revendication 16 et de l'une des revendications 15 à 21, caractérisé en ce que l'électro-aimant précité (69) comporte une bobine (69a) de fil électroconducteur enroulé à spires jointives, montée coaxialement dans un évidement annulaire correspondant du manchon précité (47) au voisinage de sa face polaire extrême d'attraction active (53).

23. Dispositif selon au moins l'une des revendications 18 à 22, caractérisé en ce que la soupape pilote précitée (18) comporte un corps cylindrique creux (37) à cavité (37c) contenant tous les éléments composants précités et fermé à chaque extrémité de façon étanche par un fond plein (37a, 37b) coaxialement traversé par un trou de passage de fluide qui est un trou d'entrée (18a) du côté amont devant communiquer en permanence avec le fluide sous pression et qui est un trou de sortie (18b) du côté aval ou d'échappement.

24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que la soupape pilote précitée (18) est amoviblement montée sur la soupape principale précitée (la), de préférence par un embout tubulaire (42) solidaire de la face externe du fond amont précité (37a) du corps (37) de ladite soupape pilote coaxialement au trou d'entrée (18a) de celui-ci et extérieurement fileté pour se visser dans un trou taraudé (33) de la paroi de ladite soupape principale (la), débouchant dans un conduit (31) communiquant avec l'orifice d'entrée précité (6) de ladite soupape principale (la).

25. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape principale (1) et/ou la soupape pilote (18) comporte au moins un moyen frangible susceptible d'être rompu par une surpression excessive ou dangereuse de fluide pour créer brusquement une grande ouverture d'évacuation ou d'échappement de fluide, chaque tel moyen pouvant être constitué par des vis cassables (39) d'assemblage d'éléments de corps de soupape (37) ou par un disque d'éclatement ou analogue (70) et directement soumis à la pression dudit fluide.

26. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le cas d'un fluide très chaud, tel que vapeur d'eau à haute température, un refroidisseur ou condenseur de fluide est intercalé dans la conduite (20) reliant l'enceinte précitée (12) à la soupape pilote précitée (18).