Soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz, notamment pour étançons hydrauliques.
La présente invention a pour objet une soupape
de limitation de pression comprenant un élément élastique de
gaz, permettant de protéger des installations et dispositifs fonctionnant à haute pression, tels que des étançons hydrau- <EMI ID=1.1>
élevées.
Dans l'industrie on emploie dans des différents domaines des installations et dispositifs dans lesquels cer- taines opérations de déplacement sont exécutées sous des pressions élevées, parfois dépassant la valeur de 200 atm. Un tel domaine est par exemple l'exploitation des mines dans les- ' quelles le soutènement de mines est assuré par des étançons fonctionnant à des pressions hydrauliques extrêmement élevées.
Les étançons hydrauliques se composent essentiel- lement d'une partie inférieure d'étançon cylindrique et d'une partie supérieure d'étançon en forme d'un piston axialement déplaçable dans la partie inférieure d'étançon. Dans l'espace cylindrique de la partie inférieure d'étançon, en-dessous de l'extrémité inférieure de la partie supérieure d'étançon, est contenu un liquide sous pression. Lorsque l'on augmente la pression de ce liquide, celui-ci fait sortir la partie supérieure d'étançon.
La partie inférieure d'étançon se trouve sur la semelle de la mine, tandis que la partie supérieure d'étançon est appliquée au toit à la pression désirée. Dans des mines il arrive fréquemment que la pression du terrain qui agit
sur la partie supérieure d'étançon augmente subitement à la suite d'un abaissement des masses de roches. La valeur de la charge qui est encore admissible pour l'étançon dépend évidement de sa configuration, de la qualité de la matière dans laquelle il est formé et de ses dimensions. De cette raison on définit une valeur limite supérieure pour la charge à transmettre à l'étançon. Lorsque cette valeur est dépassée, l'étançon se casse et n'est plus utilisable. De telles surcharges de l'étançon doivent être empêchées. A cet effet, <EMI ID=2.1>
s'ouvrent lorsqu'une surpression se manifeste et qui permettent l'évacuation d'une partie du liquide sous pression contenu dans l'espace de cylindre en-dessous de la partie supérieure d'étançon, c'est-à-dire dans le volume de pression. Dans de tels cas, l'étançon conserve sa capacité d'appuyer
le toit. Ces mesures permettent de satisfaire aux exigences de sécurité, qu'un état d'équilibre des masses de roches peut être rétabli après un certain abaissement du toit. Après ce processus, l'étançon continue d'appuyer le toit de sorte qu'une charge supérieure à la charge admissible ne peut pas s'exercer sur l'étançon.
Les soupapes de limitation de pression connues sont disposées à l'intérieur ou à l'extérieur de l'étançon. Les soupapes de limitation connues comprenant un élément élastique de gaz sont constituées en général d'un corps d'obturation en forme d'un piston monté mobile dans la chapelle ou cage de soupape et qui prend appui sur le siège de soupape sous l'effet d'une pression exercée par un ressort
de pression habituelle et/ou d'un élément élastique de gaz.
Ce dernier est formé par un espace prévu dans la chapelle et rempli d'un gaz sous haute pression. La face limite de cet espace est formée par un côté du corps d'obturation en forme de piston. Le ressort de pression peut être un ressort mécanique, tel qu'un ressort hélicoïdal ou un paquet formé par l'assemblage de plusieurs lamelles élastiques.
Pour des soupapes de limitation de pression,
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d'obturation mobile dans la chapelle de soupape comprend un élément d'étanchéité en forme d'une cloche en caoutchouc sur laquelle vient prendre appui un disque élastique en matière synthétique. Ce disque en matière synthétique constitue l'organe d'obturation proprement dit, qui prend appui <EMI ID=4.1>
sort de pression et/ou de l'élément élastique de gaz. Le siège de soupape comprend une fente annulaire à travers laquelle le fluide provenant de l'étançon hydraulique est amené au disque élastique en matière synthétique, c'est-à-dire dans la fente d'évacuation fermée par ce disque.
La soupape de limitation, de pression connue qui vient d'être décrite a pour inconvénient que la fente annulaire est délimitée par un alésage coaxial au siège de soupape et une tige cylindrique montée coulissante dans cet alésage. Etant donné que la tige cylindrique peut également se déplacer latéralement, la largeur de fente n'est pas toujours la même le long de sa périphérie. Quand une portion de fente a une largeur plus grande, une plus grande force s'exerce sur le disque en matière synthétique (sur l'organe d'obturation), qui, sous l'effet de cette force,prend une position en biais si bien qu'une quantité liquide sous pres-
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liquide sous pression s'écoulant à haute vitesse et sous haute pression, l'organe d'obturation et la cloche en caout-
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corrosion et à une forte usure si bien que le disque élasti- que en matière synthétique ne peut de moins en moins exercer son rôle d'organe d'obturation et d'étanchéité et la soupape de limitation de pression devient inutilisable. En raison
de la position oblique de l'organe d'obturation, la soupape de limitation de pression ne s'ouvre pas exactement à la va-
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leur de charge. Le fonctionnement satisfaisant et fiable de l'étançon n'est donc plus assuré.
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réside dans le fait que l'ensemble organe d'étanchéité cloche en caoutchouc, réalisé sous forme d'un piston ne doit pas seulement supporter le disque élastique en matière synthétique mais aussi rendre étanche l'espace de gaz. Si l'étanchéité est endommagée par l'effet d'érosion décrit plus haut, il y a le risque que du liquide sous pression pénètre dans l'espace de gaz. Celui-ci se remplit complètement ou partiellement de liquide sous pression et perd ainsi son élasticité et n'exerce plus sa fonction. Dans ce cas, la sécurité de fonctionnement de l'étançon est hautement entamée ou complètement détruite.
Ce qui vient d'être décrit se manifeste habituellement, si l'augmentation de pression du terrain exercée sur l'étançon se fait brusquement, parce que dans ce cas une telle quantité de liquide de fluide s'écoule à travers la fente annulaire dans le siège de soupape qu'il est impossible ! dans le même délai de temps que la même quantité puisse sortir ' de la chapelle, à travers l'alésage d'évacuation.
La présente invention a donc pour but de proposer une Soupape de limitation de pression comprenant un élé-
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précités des soupapes connues, fonctionne avec sécurité totale! même dans le cas d'une surcharge d'une valeur élevée quelconque et se manifestant brusquement.
Ce but est atteint conformément à l'invention
en proposant une soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz qui est caractérisée en ce qu'elle comprend un corps d'obturation dont l'extrémité adjacente
à la plaque de fermeture est configurée comme siège de soupape{ et pourvue d'une fente de passage annulaire et dont l'autre extrémité est chargée par un volume de pression rempli de gaz, qu'un alésage entourant étroitement une tige de rétrécissement <EMI ID=10.1>
est prévue à la face du corps d'obturation, qui est adjacente à la plaque de fermeture, et en ce qu'il comprend un corps
de soupape coaxial au corps d'obturation et logeant ladite plaque de fermeture et qui est montée avec un certain jeu dans, le volume de distribution cylindrique liquide d'une pièce de raccordement fixée à la chapelle.
Une autre caractéristique de la soupape de limitation de pression selon l'invention réside dans le fait que la soupape comprend un corps d'obturation dont la longueur est supérieure à son diamètre, que chacune des deux extrémités du corps d'obturation est pourvue d'une gorge annulaire destinée à maintenir en place une bague d'étanchéité portant de façon étanche contre la paroi intérieure de la chapelle, et qu'un volume d'évacuation de liquide est formé entre les deux gorges annulaires et la paroi interne de la chapelle et la partie associée du corps d'obturation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la soupape proposée comprend, à l'extrémité du corps d'obturation, située près de la plaque de fermeture, et en dessous et autour de la face de siège de soupape, une face annulaire
qui communique à travers des orifices pratiqués dans le flasque à l'extrémité du corps de soupape, située près du corps d'obturation, à travers les alésages radial et axial, prévus dans le corps de soupape ainsi qu'à travers le volume de distribution de liquide et le canal prévu dans la pièce de raccordement, avec l'espace de Cylindre contenant le liquide sous pression, de la partie inférieure, d'étançon de l'étançon hydraulique.
Selon une autre caractéristique de l'invention la face extrême adjacente à la plaque de fermeture du corps d'obturation et la face extrême externe de la tige de rétré- <EMI ID=11.1>
cissement sont situées dans le marne plan, et une fente annulaire est formée entre la tige de rétrécissement et la paroi de l'alésage qui entoure cette tige, cette fente possédant la même largeur surtoute sa circonférence.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation et dans lesquels :
la figure 1 montre schématiquement un exemple d'utilisation de l'invention, selon lequel la soupape selon l'invention est employée pour un étançon hydraulique, et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation de la soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz selon .l'invention La figure 1 montre la soupape de limitation de pression selon l'invention dans un arrangement dans lequel il n'est pas assemblé à un étançon hydraulique mais disposé à l'extérieur de cette installation, et raccordée à celle-ci de l'extérieur. Dans la partie inférieure d'étançon 1, le piston 2 est monté axialement déplaçable. Un liquide sous haute pression est contenu dans l'espace de cylindre 4 en dessous de la bague d'étanchéité 3 du piston 2. La quantité de ce liquide est variable.
L'espace de cylindre 4 est relié à l'alésage transversal 6 par un canal 5 prévu dans le piston 2. Sur cet alésage transversal 6 est branchée, en
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reté ou de trop plein 8, la soupape de limitation de pression
9.
La figure 2 montre un mode de réalisation de la <EMI ID=13.1> <EMI ID=14.1>
qui peut être reliée par le filet de vis 10 à l'alésage transversal 6 du piston 2. Le filet de vis 10 est prévu sur la pièce de raccordement 11 dont l'embase 13 qui porte la bague d'étanchéité 12 pénètre dans la partie correspondante de l'alésage transversal 6. La chapelle 15 peut être vissée sur la pièce de raccordement 11 par l'intermédiaire du taraudage 14. L'étanchéité entre les deux éléments est assurée par la bague d'étanchéité 16.
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vus dans l'axe longitudinal de la pièce de raccordement 11. L'espace de distribution de liquide 18 est constitué d'un alésage cylindrique dans lequel est monté avec j eu latéral
le corps de soupape 19. A l'extrémité du corps de soupape
19, adjacente à la chapelle 12, est placé le flasque 20 qui est mobile dans une zone ayant un diamètre supérieur à celui de l'espace de distribution de liquide 18, entre la face interne 21 de la chapelle de soupape 15 vissée et la face 22
de l'espace de distribution de liquide 18. Le flasque 20 n'est pas une bague annulaire pleine mais comprend des orifi- ces de passage tels que des rainures, qui établissent une communication permanentede liquide entre la partie d'espace de distribution de liquide de plus grand diamètre et l'espace interne, vers la gauche, à partir de la face 21 de la chapelle 15.
L'alésage 23 pratiqué dans le corps de soupape
19, coaxialement au canal 17 de l'embase 13, communique avec l'alésage 24 radial s'étendant transversalement à travers le corps 19. Les deux extrémités de l'alésage 24 débouchent
dans l'espace de distribution de liquide 18. Dans l'extrémité du corps de soupape 19, adjacente à la chapelle 15 est prévue <EMI ID=17.1>
ture 25, réalisée en une matière synthétique ou une matière analogue. Cette plaque de fermeture 25 est appliquée à la face extrême située au voisinage de la pièce de raccordement
11, du corps d'obturation 27 montée axialement coulissante
de façon étanche dans l'espace de pression 26 de la chapelle
15.
A chacune des deux extrémités du corps d'obtu- ration 27 est prévue une gorge annulaire dans laquelle est logée une bague d'étanehéité 28. Cas bagues d'étanchéité
28 reposent de façon étanche sur la paroi de l'espace de pression 26 et empêchent tout écoulement du liquide sous pression dans l'espace de pression proprement dit 26, entre le corps d'obturation 27 et le fond de la chapelle 15, à partir de l'espace de distribution de liquide 18 ou de l'espace d'évacuation de liquide 29 appartenant à l'espace de pression
et
26/alignées avec celui-ci.
Dans le côté adjacent à la plaque de fermeture
25 du corps d'obturation 27 est pratiqué un alésage 30 dans lequel est adaptée de façon étanche la tige de rétrécissement !
31. La partie voisine de la plaque de fermeture 25, de la
i tige de rétrécissement 31 a un diamètre réduit, si bien qu'une� fente annulaire 32 ayant la même largeur sur toute sa circon- férence est formée entre la tige de rétrécissement 31 et la paroi de l'alésage 30. La face extrême adjacente à la plaque de fermeture 25, de la tige de rétrécissement 31 est située dans le plan défini par la surface extrême du corps d'obtura- tion 27. Dans la tige de rétrécissement 31 sont usinés un alésage transversal 33 débouchant dans la fente 32 et un alésage axial 34 débouchant dans l'alésage 33. Cet alésage
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35 qui débouche dans un autre alésage radial 36 s'étendant <EMI ID=19.1>
débouchent dans l'espace d'évacuation de liquide 29. Le liquide parvenu dans ce dernier peut sortir de la soupape de limitation de pression à travers l'orifice d'évacuation 37 pratiqué dans la paroi de la chapelle 15.
Dans le fond de la chapelle 15 est prévu unoffice 38 qui est fermé par la soupape de retenue 40 pourvue
.. de bagues d'étanchéité 39. La soupape de retenue 40 est maintenue dans sa position de fermeture par un ressort de pression
41 qui prend appui sur la face extrême du corps d'obturation
27.
La soupape de limitation de pression selon l'invention est vissée dans l'alésage transversal 6 à l'aide d'une clé à griffe qui s'engage dans des alésages 42 prévus dans le fond de la chapelle 15. Ainsi on obtient une liaison de liquide à travers le canal 5, l'alésage transversal 6 et
le canal 17, entre l'espace de cylindre 4 de la partie inférieure de l'étançon 1 et de l'espace de distribution de liquide 18.
Lorsque la pression du terrain augmente pendant le fonctionnement du dispositif, la pression du liquide contenu dans l'espace de cylindre 4 croit également sous l'effet de la charge agissant sur l'étançon hydraulique. Ceci a pour conséquence que la pression du liquide augmente également dans l'espace de distribution de liquide 18 et dans l'espace du flasque 20. La face annulaire 43 du corps d'obturation 27 est également chargée par une pression de liquide plus élevée et le corps d'obturation 27 est alors déplacé dans la direction indiquée par la flèche 44. Le corps de soupape 19 suit le mouvement dans le sens de la flèche 44 du corps d'obturation
27. Etant donné que la face extrême chanfreinée 45 du corps de soupape 19 est plus grande que la face annulaire 46 et
que sur les deux faces agit un liquide de la même pression, le corps de soupape 19 est constamment chargé par une force de pression résultante en direction de la soupape de fermeture
27.
Le corps d'obturation 27 et le corps de soupape 19 se déplacent dans le sens de la flèche 44 si longtemps que le flasque 20 du corps de soupape 19 vient buter contre la face 21 de la chapelle 15. Ensuite, le corps d'obturation
17 etc. ne se déplace dans la direction de la flèche que si la pression de liquide agissant sur la face annulaire 43
est supérieure à la pression du ressort de pression 41 et du gaz contenu dans l'espace ou volume de pression 26.
La pression du gaz dans l'espace de pression
26, c'est-à-dire de l'élément élastique de gaz, est ajustée de telle sorte que la pression de liquide provenant de l'étançon dépasse la contre-pression préalablement établie de l'élément élastique de gaz et ouvre en conséquence la soupape de limitation de pression, si une charge supérieure à la charge prédéterminée, c'est-à-dire à la charge de consigne, agit sur l'étançon hydraulique. Si le corps d'obturation 27 ensemble avec le corps de soupape 19, se déplace dans le sens de la flèche 44 et le flasque 20 du corps de soupape 19
vient rencontrer la face 21 de la chapelle 15, le liquide sous pression s'écoule à haute vitesse à travers le passage établi entre la face extrême du corps d'obturation 27 et la plaque de fermeture 25 dans la fente 32 et à partir de celle-ci vers l'extérieur ou dans un espace de plus faible pression, à travers l'alésage transversal 33, l'alésage 34, l'alésage 36, l'espace d'évacuation de liquide 29 et l'orifice d'évacuation
37. En raison de la diminution de pression, le piston 2
(figure 1) descend axialement aussi longtemps que l'équilibre est rétabli entre la charge produite par la pression du ter- <EMI ID=20.1>
rain et la charge de consigne de la soupape de limitation de pression. L'équilibre rétabli, le ressort de pression 41
et la pression de gaz régnant dans l'espace de pression 26 continuent à pousser le corps d'obturation 27 et ensuite avec celui-ci la plaque de fermeture 25 et le corps de soupape 19 respectivement dans la direction opposée à la flèche 44 si longtemps que la face correspondante du corps de soupape
19 rencontre la face opposée 22 de la pièce de raccordement
11. A ce moment la plaque de fermeture 25 ferme la fente annulaire 32 de nouveau de façon étanche aux fuites.
Les avantages principaux de la soupape de limitation de pression comprenant un élément élastique de gaz, selon l'invention sont les suivants :
La tige de rétrécissement 31 est montée de façon pratiquement rigide dans l'alésage du corps d'obturation 27, ce qui assure que la largeur de la fente annulaire
32 est la même sur toute la circonférence. Ceci a pour résultat que la pression qui agit sur la plaque de fermeture
25 est toujours concentrique et uniforme. La position oblique de la plaque de fermeture 25 par rapport à la position d'obturation est donc pratiquement exclue. La position oblique est également rendue pratiquement impossible en raison du guidage du corps de soupape 19 par la paroi de l'espace de liquide 18 et de la fixation rigide de la plaque de fermeture
25 dans le corps de soupape 19. La plaque de fermeture 25
ne peut donc plus être atteinte par l'érosion et être endommagée. Une autre propriété avantageuse de la soupape de limitation de pression réside dans le fait que du lipide ne peut pas pénétrer dans l'espace de pression 26 contenant le gaz de pression, en raison de l'adaptation précise et du guidage du corps d'obturation 27, de la façon de serrage et de l'écartement mutuel des bagues d'étanchéité 8 ainsi qu'en raison de leur disposition avantageuse ]'une par rapport à