Fonctionnement des soupapes à ressort

Les soupapes de sécurité conventionnelles utilisent la force d'un ressort pour maintenir un disque plaqué contre un orifice.
Dans les conditions normales de fonctionnement du procédé, la soupape est maintenue fermée tant que la force exercée par le ressort est supérieure à la force exercée par la pression du procédé sur le disque.
La soupape s'ouvre quand la force exercée par le procédé devient supérieure à la force exercée par le ressort pour la maintenir fermée.
Un régulateur de pression mécanique fonctionne sur le même principe. La principale différence tient au fait qu'un régulateur devra laisser passer un flux permanent, et devra adapter en permanence son ouverture à la différence de pression entre l'amont et l'aval, et au débit demandé.
Une soupape est conçue pour adopter seulement deux positions:
 - fermée étanche lorsque la pression du procédé est inférieure à la pression de réglage
 - pleinement ouverte lorsque la pression du procédé est supérieure à la pression de réglage

Les éléments d'un clapet de soupape

Le clapet ayant commencé à se lever, les gaz pénètrent dans la chambre de confinement et ne peuvent s'échapper qu'entre l'espace annulaire formé par le bord extérieur de la bague de levée et le bord de la cloche de réaction. Cet espace est réglable par la mobilité de la bague. Si l'on resserre
cet espace, la vitesse du gaz est diminuée, tandis que la pression dans la chambre de confinement augmente. Par ailleurs
la surface de portée est accrue, la pression s'y exerçant crée une force capable de vaincre l'action du ressort, et favorise la levée brusque du clapet.

Les étapes de fonctionnement d'une soupape

Etape 1 - Fermée Pression du procédé < Pression de réglage La soupape est fermée et ne laisse passer aucun débit.
Etape 2 - Début d'ouverture Pression du procédé  > Pression de réglage et < Pression de pleine ouverture La pression du procédé augmente jusqu'à atteindre la pression de réglage. A ce point, la force exercée par le ressort et la force exercée par le procédé sont égales; toute augmentation de la pression du procédé provoquera un début de levée du disque, laissant échapper du fluide dans la chambre de confinement. Le fluide procédé exerce alors sont action sur une section plus grande que précédemment.
Etape 3 - Pleine ouverture et décharge Pression du procédé = Pression de pleine ouverture La pression du procédé s'exerçant sur une plus grande surface augmente significativement la force exercée sur le disque et accélère sa levée. A ceci s'ajoute un effet de réaction dû à la vitesse du gaz et son changement de direction imposé par son passage dans la cloche entourant le disque, qui génère une force supplémentaire pour lever le disque. Conformément aux règles internationales de conception, la soupape atteint sa pleine ouverture pour une pression du procédé à 110% de sa pression de réglage.
Etape 4 - Refermeture Pression du procédé < Pression de refermeture Lorsque la pression du procédé diminue, le ressort tend à refermer le clapet. En fait la pression du procédé doit redescendre 5-10% en dessous de la pression de réglage de la soupape pour que le ressort puisse accélérer la fermeture du clapet. La différence entre la pression de réglage et la pression de refermeture est nommée "blowdown".