Brevet FR2004149A1 — publié le 19691121

i 2004149 L'invention se rapporte à un dispositif pour l'obturation partielle ou totale des conduites destinées au transport de divers fluides sous pression. On connaît des dispositifs d'obturation (vannes ou robinets) qui réalisent l'obturation partielle ou totale d'une section circulaire d'écoulement 5 d'un fluide, par le déplacement à l'intérieur d'une conduite d'une pièce rigide d'obturation, la conduite et la pièce ayant une construction spéciale. Le corps du dispositif, ainsi que la pièce mobile de fermeture, ont des surfaces de contact usinées ou équipées de manière â assurer 1'étanchéité. Le déplacement de la pièce mobile à l'intérieur du corps du dispositif 10 est réalisé à l'aide d'une transmission mécanique, soit manuelle, soit à l'aide d'un servo-moteur électrique, pneumatique ou hydraulique. On connaît des types de dispositifs de fermeture dont les servo-moteurs emploient la pression du liquide de la conduite desservie. Les dispositifs de fermeture décrits ci-dessus présentent les incon-15 vénients suivants : - ils sont de conception compliquée et constitués de pièces ayant une forme spéciale qui requièrent une grande précision d'usinage, ce qui produit une grande consommation de métal et un prix de revient élevé; - ils comportent des pièces exposées à une usure rapide (les pièces 20 d'étanchéité, les paliers, les filets, etc..) tant à cause du frottement et des écrasements répétés qui surviennent pendant leur manoeuvre, qu'à cause du phénomène d'érosion, ce qui fait que de nombreuses opérations et des frais importants d'entretien et de réparation deviennent nécessaires; - ils présentent des difficultés d'exploitation (spécialement pour les 25 grands diamètres et les hautes pressions) à cause des grandes forces nécessaires pour les actionner et de la durée de manoeuvre, ce qui fait qu'on doit prévoir pour les actionner des servo-moteurs avec leurs organes annexes; - ils conduisent à des schémas compliqués et onéreux, à cause de leurs grandes dimensions et de leur poids important; 30 - ils introduisent dans la conduite desservie des importantes pertes de charge supplémentaires. On connaît aussi, au niveau dé la technique mondiale; des dispositifs qui réalisent l'obturation partielle ou totale d'une section d'écoulement de fluide par la déformation, dans l'intérieur de leur corps, de pièces élasti-35 ques d'obturation, construites en un matériatjfet dans une forme spéciaux. Les formes et les matériaux de ces pièces d'obturation sont choisis en vue d'assurer une déformation élastique maximale (pour, pouvoir prendre la forme du volume maximal, pour obturer totalement la section d'écoulement, ainsi que la forme de volume minimale, pour introduire des pertes de charge minimes dans 40 la conduite desservie) concomitamment avec la capacité de résister aux grands 69 07618 2 2004149 efforts intérieurs engendrés par la pression de fermeture. On connaît des pièces d'obturation élastiques en forme de sphères, d'ellipsoïdes ou de chemises cylindriques confectionnées en un caoutchouc spécial (a rmé suivant certaines directions d'efforts maxima et pourvu ou non de stri-5 ures, dents etc..., suivant certaines directions de flexibilité maximale) et montées sur le même axe dans le corps du dispositif d'obturation. La déformation des pièces d'obturation élastique s'obtient à l'aide d'un fluide auxiliaire (d'habitude de l'air comprimé) fourni par des installations destinées spécialement à cet'ousage. 10 Du point de vue énergétique, le travail mécanique nécessaire pour fermer une vanne de ce type est constitué par la somme des efforts mécaniques nécessaires pour vaincre la pression du fluide dans la conduite desservie, pour provoquer la déformation élastique des pièces d'obturation et pour réaliser entre celles-ci la pression nécessaire à l'étanchéité. En conséquence, la 15 pression que le fluide auxiliaire doit avoir pour pouvoir fermer ce type de vannes, doit être beaucoup plus grande que celle du fluide dans la conduite desservie. Les dispositifs d'obturation au moyen de pièces élastiques éliminent les inconvénients présentés plus haut, qui se réfèrent aux pièces rigides à trans-20 mission mécanique, mais par contre ils présentent les inconvénients suivants : - ils nécessitent pour leur confection des pièces d'obturation en matériau ayant dés qualités spéciales en ce qui concerne leur élasticité et leur résistance à la traction; - ils offrent des possibilités réduites d'étanchéité, à cause des surfa-25 ces limitées sur lesquelles s'appliquent les pièces d'obturation lors de la fermeture du dispositif. Les mesures pour augmenter les surfaces de contact (dents en caoutchouc, stries, etc..) conduisent implicitement à une construction compliquée de pièces d'obturation et à l'introduction de pertes de charge supplémentaires dans la conduite desservie; 30 - pour fonctionner, ils ont besoin d'une plus grande pression de liquide auxiliaire que celle de la conduite desservie. Ea manoeuvre parjauto-obturation (emploi pour l'obturation du fluide même et de la pression de la conduite desservie) n'est pas possible. Le dispositif selon l'invention a pour but d'éliminer les inconvénients 35 des moyens connus, et pour cela on réalise l'obturation partielle ou totale d'une section circulaire d'écoulement d'un fluide sous pression à l'aide de sacs flexibles d'obturation ayant des formés choisies pour permettre leur gonflement et dégonflement sans avoir besoin d'une déformation élastique du matériau dont ils sont confectionnés, ori élabore des surfaces de contact 40 . pour réaliser l'étanchéité dé n'importe quelie grandeur désirée, et on 69 07618 3 2004149 actionne les sacs par l'intermédiaire de raccords hydrauliques ou pneumatiques usuels, avec le fluide même et- à la pression de la section d'écoulement desservie. — - - - Ci-dessous, on donne un exemple de réalisation de l'invention en relation 5 avec les figures 1 à 6 qui représentent : - la figure l,une vue en élévation du dispositif; - la figure 2,une section longitudinale suivant l'axe du dispositif d'obturation, en position ouverte; - la figure 3, une section transversale, normale à l'axe du dispositif 10 d'obturation, en position ouverte; - la figure 4, une vue en perspective d'une pièce gonflée d'obturation; - la figure 5, une section longitudinale suivant l'axe du dispositif d'obturation, en position fermée; et, - la figure 6, une section transversale normale à l'axe, du dispositif 15 d'obturation, en position fermée. Le dispositif d'obturation selon l'invention- se compose d'une paire de sacs d'obturation A, flexibles et étanches, de forme spéciale, fixés à l'intérieur d'un corps tubulaire B, rigide et logeable dans la conduite desservie, sacs qui, par leur gonflement ou leur dégonflement, assurent l'obtu-20 ration ou l'ouverture de la section d'écoulement de la conduite desservie. Le gonflement des deux sacs d'obturation est obtenu en y introduisant simultanément le fluide sous la pression de la conduite desservie à l'aide d'une installation annexe C. Le dégonflement des sacs d'obturation A se fait en mettant ceux-ci en 25 liaison avec l'atmosphère, toujours à l'aide de l'installation annexe C. Les sacs d'obturation A, de forme spéciale, selon l'invention» peuvent être réalisés dans une multitude de variantes, tant sous l'aspect de la technologie de confection (d'une seule pièce ou de plusieurs pièces assemblées), que sous l'aspect du matériau employé (caoutchouc avec insertion de toile, 30 tissu de fibres textiles ou artificielles imprégnées en conséquence etc...). Les variantes de réalisation sont aussi déterminées par les conditions d'exploitation imposées (la nature du fluide, le diamètre de la conduite desservie, les pressions, le nombre de manoeuvres, etc ) et du point de vue de la construction. Les sacs d'obturation A peuvent être réalisés monocellu-35 laires ou pluricellulaires, ces derniers, contrairement aux premiers, pouvant être compartimentés à l'intérieur par une série de brides de consolidation pliables et perforées (pour la circulation du fluide d'obturation) . L'installation annexe C, le corps tubulaire B ainsi que la fixation des sacs d'obturation A à celui-ci peuvent être réalisés de manières différentes, 40 tant sous l'aspect des matériaux et de la technologie de fabrication, que 69 07618 4 2004149 sous l'aspect des conditions de fonctionnement imposées au dispositif obturateur . - Dans ce qui suit,-ainsi que dans-~les figures! à 6y -on-présenrte ^la -va^— riante de réalisation d'un dispositif obturateur ayant le corps tubulaire B confectionné de pièces d'acier soudées, et les sacs d'obturation A monocellulaires, confectionnés en feuilles de caoutchouc avec toile collée, le passage de cette variante de réalisation à n'importe quelle autre variante possible n'étant qu'un problème d'établissement de projet. Dans la variante présentée, chaque sac d'obturation A est principalement constitué d'un côté latéral 1 et de deux pièces de bout 2, qui forment les fonds du sac. La partie latérale 1 est réalisée par la superposition et le collage sur des zones de collage a de largeur déterminée, de deux côtés opposés, d'une pièce rectangulaire de caoutchouc renforcée de toile, les zones de collage a étant situées sur la même face de la pièce. Chacun des deux fonds du sac 2 est réalisé avec quatre pièces en caoutchouc renforcé de toile (2a, 2b, 2c, et 2d ) les formes ét les dimensions desquelles, ainsi que le mode d'assemblage par collage, rendant le fond du sac pliable sans déformation élastique du matériau. Les dimensions de la développée en plan de la pièce latérale 1 sont fonction des dimensions nécessaires pour le sac obturateur, respectivement à la surface de contact désirée et au diamètre intérieur du corps tubulaire B. Chaque sac obturateur A est aussi doté d'un raceord tubulaire 3, en caoutchouc, de petit .diamètre, qui fait liaison entre l'intérieur du sac et l'installation annexe C, passant par le corps tubulaire B. Grâce au mode de confection décrit, les sacs obturateurs A peuvent être gonflés ou dégonflés sans déformation élastique du matériau dont ils sont confectionnés, réduisant par conséquent, du point de vue énergétique, le travail mécanique nécessaire pour actionner le dispositif, en éliminant le : travail mécanique nécessaire aux types d'obturation connus pour déformer les pièces élastiques d'obturation et en permettant ainsi 1'emploi même du fluide et de la pression de la conduite desservie comme fluide et pression auxi-liaires d'obturation. Le corps tubulaire B est principalement composé d'un tronçon tubulaire central 4 ayant le rôle de siège pour les sacs d'obturation A et de deux tronçons tubulaires pour les bouts 5, ayant pour rôle de raccorder la conduite desservie au dispositif obturateur., La liaison entre les tronçons- tubulaires pour les bouts 5 et le tronçon central 4 est réalisée à l'aide de deux raccords réducteurs 6 montés par soudure. Pour raccorder les tronçons de bout 5 à la section courante de la conduite desservie, ceux-ci sont pourvus de brides d'acier 7 aux bouts 69 07618 5 2004149 respectifs, montées également par soudure. Le corps tubulaire B est.aussi pourvu de deux tubulures de prise 8 sous forme de tronçons de tubes d'acier de petit diamètre, raccordées Dar soudure aux deux tronçons de bout 5 et deux raccords d'injection 9, également sous 5 forme de tronçons de tubes d'acier de petit diamètre, mais raccordés au tronçon tubulaire central 4 (un pour chaque sac obturateur) destiné à permettre le raccordement des sacs obturateurs A, par l'intermédiaire du raccord tubulaire 3 de l'installation annexe C et des prises de pression 8 aux sections courantes de la conduite desservie. 10 Sur la surface intérieure du tronçon tubulaire central 4 on a fixé, par collage avec une couche d'adhésif 10, les sacs obturateurs A en positions symétriques par rapport à l'axe du tronçon tubulaire central 4. Les dimensions des pièces latérales 1 des sacs obturateurs A sont établies par rapport au diamètre intérieur du tronçon tubulaire central 4, de sorte que la moitié 15 b de la surface latérale 1 du sac obturateur A, à l'exclusion de la partie afférente aux zones de collage a correspond comme forme et grandeur à la moitié de la surface intérieure du tronçon tubulaire central 4. Grâce à ceci, ainsi qu'au mode de réalisation des deux fonds de sac 2, Lors du gonflement des sacs obturateurs A à l'intérieur du tronçon tubulaire central 4, les moitiés libres d des surfaces latérales 1 des sacs 25 obturateurs A se superposent parfaitement sur toute leur surface, sans subir de déformations élastiques, car les fonds de sac 2 sont conçus de manière que, en se dépliant, ils permettent aux moitiés libres d des surfaces latérales 1 de prendre la forme d'une surface symétrique par rapport à l'axe du tronçon tubulaire central 4 en gardant les dimensions initiales. 30 Le gonflement des sacs obturateurs A, en vue d'obturer la section d'é coulement de la conduite desservie, se fait à l'aide du fluide et de la pression dans la conduite, prélevés par l'installation annexe C. Le phénomène consiste en ce que les sacs obturateurs A, mis en contact avec la pression de la conduite desservie, cessent d'être pressés sur la 35 surface intérieure du tronçon tubulaire central 4, se relâchent et, sous l'influence de leur poids propre ont tendance à prendre une autre forme, sortant partiellement hors du logement c , introduisant ainsi un faible étranglement dans la section d'écoulement du fluide. Par conséquent, la vitesse du fluide croît sur la longueur du tronçon tubulaire central. 4, et la pres-40 sion baisse en proportion. La pression de fermeture à l'intérieur des sacs 69 07618 6 2004149 A étant supérieure à celle de la pression extérieure, le phénomène continue jusqu'au gonflement complet des sacs d'obturation. Grâce à la pression à l'intérieur des sacs d'obturation A, leurs deux moitiés libres d sont pressées réciproquement, assurant ainsi l'obturation de 5 l'écoulement dans la conduite desservie. Pour l'obturation partielle de la section d'écoulement, il est suffisant d'arrêter sue le parcours le phénomène décrit plus haut, arrêtant l'admission du fluide dans les sacs obturateurs A. Pour ouvrir la section d'écoulement, on met en communication les sacs 10 obturateurs A avec l'atmosphère et de cette manière la pression du fluide de là conduite desservie plie de plus en plus les sacs obturateurs A dans les logements c du tronçon tubulaire central 4. Les temps nécessaires pour gonfler et dégonfler les sacs obturateurs A dépendent des caractéristiques physico-mécaniques du matériau dont ceux-ci 15 sont confectionnés, de la nature et de la pression du fluide de la conduite desservie et des diamètres du tuyautage de l'installation annexe C. Pour réduire ces temps, on peut intercaler dans l'ensemble de l'installation annexe C, n'importe quel moyen de développement de la circulation ou de la pression du fluide injecté dans les sacs d'obturation A. 20 Dans le cas d'une installation comportant plusieurs dispositifs d'obtu ration, on peut assurer une alimentation commune de fluide à la pression d'obturation, pour assurer des temps d'obturation les plus réduits possibles. Dans la variante de réalisation présentée, le schéma de l'installation annexe est conçu dans l'hypothèse ou l'on emploie pour la fermeture du dis-25 positif uniquement le fluide et la pression de la conduite desservie. L'installation annexe C est constituée, dans ce cas, principalement de deux conduits de prise 11, de petit diamètre, chacun doté d'un robinet de fermeture 12 et de deux conduites d'injection 13, de petit diamètre, une pour chaque sac d'obturation A. 30 Les deux conduits de prise 11 et les conduites d'injection 13 ont chacun une des extrémités reliée à la tubulure de prise 8 correspondante, respectivement aux raccord d'injection 9, leurs autres extrémités étant reliées à une pièce en forme de croix 14, liaison qui donne la possibilité d'injecter dans les sacs obturateurs A le fluide et la pression de la conduite desservie, 35 dans n'importe quel sens d'écoulement possible. Pour mettre les sacs obturateurs A en contact avec l'atmosphère, on a prévu à l'une des conduites d'injection 13 un raccord d'échappement 15 doté d'un robinet de fermeture 16 et pour le contrôle de la.pression à l'intérieur des sacs obturateurs A, on a prévu un manomètre à ressort 17 de type 40 courant sur l'autre conduite d'injection 13. 69 07618 7 2004149 Le dispositif selon l'invention présente les avantages suivants : - il est de construction simple et facile à réaliser; - il offre la possibilité--d-'-fetre--eenfeefeiermé-en--de nombreux matériaux, pouvant ainsi présenter des qualités spéciales comme la résistance à la cor- 5 rosion, etc..; - il a un gabarit et un poids réduits; - il permet la réalisation d'une large gamme de dispositifs obturateurs, pour couvrir rationnellement le domaine des pressions usuelles; - il est facile à actionner, employant le fluide même et la pression de 10 la conduite desservie; - il réduit et il simplifie les installationsélectriques de télécommande; - le coût est réduit. 69 07618 8 2004149 REVENDICATIONS 1. Dispositif obturateur pour des conduites qui transportent des fluides sous pression, avec des pièces déformables d'obturation, caractérisé en ce qu'il réalise l'obturation partielle ou totale d'une section circulaire d'éccu 5 lement d'un fluide sous pression à l'aide de sacs obturateurs flexibles, cysot des formes choisies de manière à permettre leur gonflement ou leur dégonfleKe„ sans avoir besoin d'une déformation élastique du matériau dont ils sont confe-tionnés. 2. Dispositif obturateur pour conduites, caractérisé en ce qu'on peut 10 réaliser n'importe quelle surface de contact désirée entre les pièces flexible d'obturation, en fonction de la capacité d'étanchéité du matériau dont celles ci sont confectionnées et des caractéristiques du fluide de la conduite dec-servie. 3. Dispositif obturateur selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 qu'il est pourvu de pièces obturatrices sous forme de sacs monocellulaires n pluricellulaires, en fonction du diamètre et de la pression nominale du dispositif et du matériau de confection des pièces obturatrices. 4. Dispositif obturdeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est actionnable avec du fluide sous la pression de la conduite desservie 20 sans qu'il y ait besoin de pièces mécaniques de transmission.