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SOUPAPE DE SURETE A RESSORT A BARRE!DE.TORSION.
Dans les soupapes de sûreté, surtout dans celles pour des chaudiè- res à vapeur et pour des gaz à hautes températures, il se produit des effets perturbateurs du fait que la vapeur qui s'écoule ou les gaz chauds, qui noient les ressorts de fermeture, élèvent la température de ceux-ci, de sorte que leur force élastique se modifie aussi. La conséquence en est un changement de la pression de déclenchement du ressort de soupape, d'où résultent de nou- velles perturbations dans l'exploitation de l'installation à vapeur.
Suivant la présente invention, ces difficultés doivent être évitées du fait qu'au lieu des ressorts à baudin habituellement employés, on emploie un ressort à barre de torsion d'un mode de construction particulier qui est monté à l'extérieur de l'enveloppe de la soupape de sûreté et qui, par sa conformation particulière, est soustrait aux influences nuisibles des intem- péries, ce qui est particulièrement important pour des locomotives.
Un ressort à barre de torsion a, par rapport au ressort à boudin, l'avantage qu'il peut être monté à l'extérieur de l'enveloppe de la soupape de sûreté, sans que soit nécessaire le montage intermédiaire de bielles de renvoi, de leviers coudés ou analogues, comme cela serait nécessaire, avec un équipement à ressorts à boudin à l'extérieur de 1'enveloppe. Un inconvé- nient du ressort à barre de torsion est toutefois qu'il est difficile à fi- xer, parce qu'aux points de fixation du ressort à barre de torsion, par sui- te du petit diamètre de la barre de torsion et du très petit bras de levier qui en résulte, auquel s'applique les forces d'encastrement, se produisent des sollicitations très élevées.
Comme, par ailleurs, par les extensions qui se produisent par suite de l'échauffement, dans le cas d'une fixation à l'enveloppe de la soupape de sûreté, de petits relâchements de l'encastre- ment peuvent se produire, il y a danger que la force centrifuge élastique et par suite aussi la pression de déclenchement de la soupape de sûreté soi- ent sujettes à des modifications non calculables.
Ces difficultés doivent à présent être évitées par l'invention, par le fait que la partie de l'enveloppe à laquelle est fixée la barre de torsion, est complètement séparée de l'enveloppe de la soupape de sûreté et aussi qu'il n'y a aucune liaison positive avec l'enveloppe de la soupape.
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Ceci est obtenu par l'invention par le fait que la partie de l'enveloppe à laquelle est fixée la barre de torsion porte en même tempsle levier antago- niste qui sert comme appui au levier transmettant la force élastique de la barre de torsion. Le levier formant l'appui peut alors être fabriqué d'une pièce avec la partie de l'enveloppe recevant le ressort à barre de torsion, ou être soudé à celle-ci, de sorte qu'il n'y ait aucune liaison qui puisse se défaire et qui soit sujette à un danger de relâchement, la liaison entre le ressort à barre de torsion et la partie de l'enveloppe recevant la barre de torsion surtout pouvant se faire de manière indétachable par frettage.
Des ressorts à barres de torsion sont connus en soi, par exemple dans la construction des véhicules. Ces ressorts à barres de torsion connus ont l'inconvénient quils doivent être reliés solidement à la pièce à sou- mettre à l'action du ressort, auquel cas se présentent les difficultés expo- sées plus haut, ou qu'ils sont associés par paires, ce qui rend nécessaire un nombre exagérément grand de points de fixation, tandis que la réalisation suivant l'invention arrive au but avec un nombre plus petit de points de fixation.
La conformation suivant l'invention a en outre l'avantage qu'il n'est besoin en aucune façon d'une enveloppe supplémentaire pour la protéger de l'influence des intempéries, et que le bras de levier fait d'une pièce avec l'enveloppe du ressort, servant de point d'appui, peut être fait parti- culièrement robuste, mais malgré cela ne nécessite que de très petites di- mensions constructives, de sorte que Inapplication du dispositif est possi- ble aussi dans des conditions de faible encombrement.
Sur la figure 1 est montré un exemple de forme de réalisation de la soupape de sûreté avec ressort à barre de torsion incorporé. Le ressort à barre de torsion @raccourcissable a visible en coupe est relié à demeure au levier b (par exemple par frettage) qui presse sur le cône de soupape c.
Le ressort à barre de torsion a est, comme le montre la vue par-dessus de la figure 2, fixé par ses deux extrémités a1 et.512 à une enveloppe (avantageu- sement par frettage) qui porte le deuxième bras de levier!!, qui en jouant le rôle de point d'appui s'appuie sur une pièce de pression f qui peut être réglée en position par une vis g. Par le réglage de la vis g on peut modi- fier la tension du ressort à barre de torsion±, et obtenir ainsi la pression d'application désirée du 'levier b contre le cône de soupape c. Ni l'envelop- pe d avec son bras de levier e. ni le ressort à barre de torsion avec son bras de levier b ne sont reliés à l'enveloppe h de la soupape de sûreté par un dispositif de fixation.
Il n'est donc pas transmis à 1?enveloppe d'autres forces que celle qui est habituelle par exemple lors de remploi d'un res- sort à boudin, qui agit d'une part contre le cône de soupape et, dans la mê- me direction axiale ou dans la direction opposée, sur la vis de réglage ser- vant de point d'appui.
La figure 2 montre la conformation du ressort à barre de torsion, à plus grande échelle et vue du dessus. L'enveloppe d du ressort à barre de torsion est montrée en coupe. Il est visible que pour un dimensionnement de diamètre correspondant du point de frettage a1, a2 et !!:3' 1-'enveloppe d peut être faite d'une pièce avec le bras de levier e, puisque dans le frettage le ressort à barre de torsion peut être introduit de l'un des côtés par tous les alésages.
La partie en levier de l'enveloppe du ressort d est conformée en cuvette, de sorte que le levier b, qui est fretté sur l'épaulement a3 du res- sort, à barre de torsion a peut se mouvoir librement sans qu'entre les deux leviers il faille une distance plus grande que lépaisseur de paroi de la face supérieure du levier en forme de cuvette.go L'enveloppe de ressort d et le levier en forme de cuvette e protègent en même temps le ressort à barre de torsion 1 et son levier b de 1-'encrassement, en recouvrant ces parties vers le haut contre des saletés qui tomberaient, contre l'humidité etc..., tandis que vers le bas il y a une libre aération de l'enveloppe du ressort, qui per- met le séchage.
Une autre couverture de protection, qui nécessiterait une consommation de matière correspondante et de la place, n'est donc pas néces- saire. Par une vis de tension 1 (figure 1) on peut obtenir que le ressort con-
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serve après montage sa tension initiale, donc que le ressort ne se détende que jusqu'à la limite de la tension initiale (après desserrage de la vis g).
Par-la, le montage et le démontage du ressort sont fortement facilités.
Un autre exemple de mode de réalisation est représenté à la fi- gure 3. Dans cet exemple de forme de réalisation le ressort à barre de tor- sion a est pourvu à une extrémité, suivant l'invention, d'un plateau k fi- xé par forgeage, de diamètre relativement grand, et le levier b est relié au ressort à barre de torsion non pas directement mais par l'intermédiaire d'un tube 1 à parois épaisses, dont une extrémité est reliée de manière in- détachable par frottage à l'extrémité a@ du ressort à barre de torsion a, tandis que l'autre extrémité est montée si ceest nécessaire avec interposi- tion d'un palier à bille m tournant librement sur un prolongement cylindri- que n du ressort à barre de torsion a.
L'enveloppe de ressort d couvre le tube 1 à paroi épaisse et peut également tourner par l'une de ses extrémi- tés, en cas de besoin par interposition d'un palier à billes m1 monté à une extrémité du tube 1, tandis que l'autre extrémité de l'enveloppe de ressort est soudée solidement au plateau k du ressort à barre de torsion a.
Par le fait que le plateau k, suivant l'invention a un diamètre relativement très gros, et que sa paroi o est très mince, cette liaison par soudure peut être réalisée sans échauffement trop important et par suite sans que se produise un revenu du ressort à barre de torsion a. L'interposition du tube intermé- diaire 1 pour la fixation de levier b et la liaison de ce tube intermédiaire 1 avec l'extrémité a2 du ressort à barre de torsion a l'avantage que d'une part la longueur élastique libre du ressort à barre de torsion est allongée (par suite de l'absence du renflement a de la figure 2) et que, d'autre part, les forces agissant dans le sens d'une flexion sur le ressort à barre de torsion a sont reprises.
Tandis que dans l'exemple de forme de réalisa- tion suivant la figure 2 le ressort à barre de torsion a doit en même temps faire face aux forces de flexion, ces forces de flexion, dans la forme de réalisation suivant la figure 3 sont reprises par le tube intermédiaire à parois épaisses 1, de sorte que le ressort a est sollicité uniquement à la torsion. Dans cet exemple de forme de réalisation suivant la figure 3 aussi, l'enveloppe de la soupape de sûreté n'a besoin de reprendre aucune force en dehors de la seule réaction d'appui. Ici aussi n'agissent que la force du le- vier b sur le cône de soupape c, et la force du levier sur la vis servant comme appui.
Dans la forme de réalisation suivant la figure 3 il y a encore cet avantage que le levier b peut être soudé au tube intermédiaire 1 à pa- roi épaisse, de sorte que, comme aussi le flasque k du ressort à barre de torsion a est soudé à l'enveloppe de ressort d, iln'y a qu'une simple liai- son par frettage, et cela à l'extrémité du ressort à barre de torsion a2.
Le ressort à barre de torsion lui-même n'est fixé qu'en deux points, et en fait au point de soudure tout-à-fait indétachable et au point de frettage également indétachable, de sorte qu'il y a un nombre particulièrement petit de points d'encastrement. Pour pouvoir introduire le tube intermédiaire 1 à parois épaisses avec le levier b qui y est soudé, dans l'enveloppe de res- sort d, celle-ci est est fendue d'un côté dans le sens de la longueur, de manière correspondant à la largeur du levier b, au point d'attache par sou- dure du flasque k. Par suite de la soudure de l'enveloppe de ressort d au plateau k l'affaiblissement produit par cette fente est à nouveau compensé.
Comme les forces de torsion du ressort à barre de torsion sont très grandes, et pour maintenir les sollicitations du matériau dans des li- mites admissibles, on doit employer des ressorts à barres de torsion très longues, de sorte qu'il en résulte de grandes dimensions constructives pour la soupape de sûreté. Comme par exemple dans des locomotives les deux soupa- pes de sûreté nécessaire sur le dôme de prise de vapeur sont disposées rela- tivement près l'une de l'autre, Inapplication du ressort à barre de torsion entraine souvent de grandes difficultés à cause de la grande longueur de construction.
Suivant la présente invention, 1-'inconvénient de la grande lon- gueur de construction du ressort à barre de torsion doit être évité en ap-
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pliquant, en outre du ressort à barre de torsion cylindrique, encore deux tubes d'acier à parois minces, peu faciles à tordre, qui sont réunis posi- tivement l'un à l'autre. Comme une partie de la force de torsion est repri- se par les deux tubes d'acier, il reste un petit angle de torsion pour le ressort à barre de torsion cylindrique. La sollicitation de la matière du ressort à barre de torsion en devient plus petite, de sorte qu'il en résul- te par ce mode de construction un ressort à barre de torsion plus court et par conséquent une soupape de sûreté de plus petite longueur constructive.
On a proposé d'effectuer la fixation du ressort à barre de tor- sion cylindrique par indentation ou par frettage. Mais cette fixation aus- si n'est pas sans inconvénients. Comme le ressort à barre de torsion se trouve sur le côté de l'enveloppe de la soupape de sûreté, et que des relâ- chements de l'encastrement peuvent se produire du fait des extensions qui naissent par suite de l'échauffement, il y a danger que la force élastique et par suite la pression de déclenchement de la soupape de sûreté puissent se modifier.
Cet inconvénient doit à présent être évité suivant l'invention, par le fait que les deux grandes têtes de ressort à barre de torsion qui se trouvent à l'extérieur reçoivent chacune une forte griffe lesquelles s'a- daptent sans jeu dans les rainures longitudinales des deux couvercles des tubes d'acier qui y sont soudés. Comme les deux tubes d9acier portent à l'autre extrémité le bras de levier fixé par soudure pour l'appui sur la bille dans la vis de réglage et le bras de levier fixé par soudure par le- quel la force élastique est transmise au cône de soupape par l'intermédiaire d'une bille, on obtient une liaison positive.
La conformation suivant l'invention a aussi encore l'avantage que le ressort à barre de torsion est protégé des influences des intempéries et de la chaleur de la soupape et de la vapeur par les deux tubes d'acier existants, de sorte qu'une autre couverture protectrice pour le ressort à barre de torsion n'est pas nécessaire.
Comme dans la mise sous tension des deux bras de levier par la vis de réglage et lors de l'ouverture du cône de soupape, des sollicitations de flexion et des torsions naissent dans différentes directions entre les deux tubes d'acier. et le ressort à barre de torsion, ces sollicitations doivent être compensées par les moitiés de bagues prévues suivant l'inven- tion, qui dans l'alésage intérieur sont arrondies un peu en vue de faible frottement.
Sur la figure 4, on a représenté un exemple de forme de réalisa- tion de la soupape de sûreté avec deux tubes d'acier et ressorts à barre de torsion. Au milieu à l'extérieur de l'enveloppe de la soupape se trouve le ressort à barre de torsion a. Le ressort à barre de torsion est entouré par les tubes d'acier à parois minces b et (figure 5) qui portent les deux'le- viers fixés par soudure d et e. Le ressort à barre de torsion est relié po- sitivement par les deux fortes- griffes il et !:2 des têtes de barre de torsion g1 et g qui passent sans aucun jeu dans les rainures longitudinales des deux plateaux h1 et h soudés au tube d'acier.
Afin que les deux tubes d'acier la et c et les plateaux % et h2 fixés par soudure ne se détachent pas du ressort à barre de torsion, on a prévu des vis de fixation il et i2.
Par le serrage de la vis de réglage k la bille 1 qui sert de point d'appui, presse sur la cuvette à bille m du bras de levier d, figure 4. L'autre bras de levier .2 avec la cuvette à bille n s'appuie par la bille 0 sur le cône de soupape .12. Donc plus la vis de réglage est serrée, plus se tordent les deux*tubes d'acier à parois minces b et c et par suite le ressort à barre de torsion a et ils augmentent la tension du ressort, qui est nécessaire pour que la soupape de sûreté se déclenche pour une pression déterminée.
Par le vissage de la vis de réglage k et l'ouverture du cône de soupape .0, des sol- licitations de torsion et de flexion prennent naissance entre les deux tubes d'acier b et c et le ressort à barre de torsion ±., sollicitations qui sont compensées par les moitiés de bagues r1 et r2 qui sont arrondies dans l'alésage intérieur pour recevoir peu de frottement.
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Un autre-perfectionnement est obtenu par le fait que l'on emploie suivant l'invention, au lieu d'un ressort à barre de torsion cylindrique, u- ne barre plate somme ressort à barre de torsion. Cet emploi suivant l'inven- tion d'une barre plate au lieu du ressort à barre de torsion cylindrique a, d'une part, l'avantage que la fixation du ressort à barre de torsion dans l'enveloppe qui porte le bras de levier réalisant l'appui et la liaison avec le levier transmettant la force élastique au cône de soupape est particuliè- rement simple et sûre et en outre que la sollicitation de flexion à laquelle est assujetti un ressort à barre de torsion en dehors de la pure sollicita- tion de torsion est reprise de manière plus favorable,
lorsque la barre pla- te suivant l'invention est agencée de telle façon qu'elle reprend la sollici- tation de flexion avec son profil à hauts borde ou à grand équarissage. Dans le ressort à barre plate prévu suivant l'invention comme ressort à barre.de torsion, une fixation spéciale ou une conformation spéciale des extrémités de ressort ou de la partie médiane n'est pas nécessaire, car le profil de bar- re plate peut être simplement enfoncé dans des ouvertures réceptrices corres- pondantes de l'enveloppe porteuse du levier d'appui, sans qu'une fixation supplémentaire soit nécessaire. Ainsi on augmente en même temps la longueur élastique effective.
La reprise de la sollicitation de flexion est bien en- tendu beaucoup plus favorable avec le ressort à barre plate agencé à grand équarissage qu'avec un ressort à barre de torsion cylindrique chargé au mi- lieu.
Sur la figure 6, on a représenté, en perspective, un exemple de forme de réalisation de l'invention, afin de faciliter la vue deensemble. Le ressort à barre de torsion a est agencé dans une enveloppe d, qui protège des souillures le ressort à barre de torsion et qui porte des points d'en- castrement et en même temps le levier d'appui e, qui s'appuie contre l'appui réglable de la soupape de sûreté. Suivant l'invention, le ressort à barre de torsion a est conformé en barre plate. Comme la force depression exercée par la pres- sion de la chaudière sur le cône de soupape de la soupape de sûreté agit ver- ticalement, le profil à grand équarissage de la barre plate est disposé verti- calement.
Le levier b par lequel le ressort à barre de torsion presse sur le cône de soupape, est simplement glissé sur la barre plate. L'usinage d'un point de fixation particulier n'est pas nécessaire Le cône de soupape n'est pas représenté sur le dessin, ni non plus lenveloppe. L'agencement du res- sort correspond à la figure 1.
La figure 6 permet de constater clairement combien est simple la fixation du ressort et aussi la fixation du levier b. Il est seulement néces- saire d'usiner aux extrémités de l'enveloppe d et dans le moyeu du levier b un trou quadrangulaire s'adaptant au profil, éventuellement en employant des dégorgeoirs. La transmission des forces se fait alors par le profil du res- sort, sans que soit nécessaire une fixation supplémentaire. Cela est vrai aus- si pour la transmission de force au cône de soupape. Ainsi sont évités les raccordements autrement nécessaires, aux endroits renforcés des points de fi- xation, qui raccourcissent notablement la longueur élastique effective.
Une adaptation particulièrement précise des parties de l'envelop- pe recevant le profil quadrangulaire du ressort et du levier b n'est pas né- cessaire car le ressort, sous l'action des tensions, s'applique de lui-même contre les parois de l'ouverture réceptrice et le profil offre de larges fa- ces à la transmission de la force.
Sur la figure 7 est montré comme autre exemple dapplication un agencement dans lequel la longueur élastique libre de la barre plate est sui- vant l'invention modificable par une pièce intermédiaire de réglage déplaga- ble à l'une ou aux deux extrémités de l'enveloppe d. La pièce intermédiaire k est avantageusement déplacée par un agencement à vis qui n'est pas représenté à la figure 2. Suivant la longueur libre variable du ressort à barre de tor- sion on change la caractéristique du ressort.
Comme le montre la figure 8, le profil à barre plate du ressort à barre de torsion peut être arrondi aux côtés étroits, pour éviter des sollici- tations des bords qui se produiraient autrement. @