Brevet FR2228994A1 — publié le 19741206

La présente invention est relative à un obturateur à pince. On contact déJà de nombreux systèmes d'obturation0 Dans les types les plus répandus, les pièces destinées à ltousertureou à la fermeture d'un orifice, par exemple d'une canalisation de fluide sont soumises à des effets de frottement0 Les matériaux utilisés doivent d'une part résister à l'atmosphère dans laquelle ils travaillent et d'autre part posséder un coefficient de frottement très faible afin d'augmenter leur durée d'utilisation. Les obturateurs sans frottement sont essentiellement basés sur le principe de la soupape0 Ces systèmes sont souvent complexes et encombrants. De plus, les mécanismes exigent une lubrification, c'est-à-dire la présence de graisseurs, de presse-étou pue,,.. susceptibles de salir le ou les fluides transportés. Si, contrairement aux premiers systèmes, les dispositifs à soupapes peuvent être commandés à distance, ils restent fragiles et coa- teux, tandis qu'ils sont difficilement adaptables sur un appareil différent de celui pour lequel ils ont été prévus à l'origine. La présente invention a pour but deéviter ces inconvénients et de réaliser un Obturateur sans frottement de contact, de fabrication simple, et adaptable dans un large domaine d'applications. Un obturateur selon l'invention comprend au moins un bras muni à son extrémité avant d'un système de forme analogue à celle de l'orifice à obturer, et il est caractérise en ce que cha- que bras obturateur est animé à partir d'un mécanisme de commande constitué par - un piston creux susceptible de coulisser longitudinalement à l'intérieur d'un tube fixe de longueur inférieure - un coulisseau dont la face avant présente une rainure en forme de cuvette conique pour recevoir l'extrémité arrière profilée du bras, alors que ce coulisseau est mobile axialement dans un alésage avant du piston creux qui porte, à l'arrière, un alésage taraudé pour recevoir un bouchon de poussée et de tarage, - au moins deux systèmes élastiques de poussée, antagonistes et de forces inégales, travaillant à la compression, le système le moins fort étant disposé entre le bouchon et la face arrière du coulisseau, tandis que le système le plus puissant est disposé à l'extérieur du tube fixe de façon à relier élastique ment ce tube et le piston; - un axe transversal, solidaire de l'avant du piston et servant d'axe d'articulation pour le bras d'obturation correspondant, tandis que les profils de l'arrière du bras, de la cuvette et des orifices avant du piston creux et du tube fixe sont prévus de façon à permettre le pivotement du bras dont la position par rapport à l'orifice à obturer est fonction de celles du piston et du coulisseau, si bien qutun effort exercé sur la face arrière du piston est assisté par les systèmes de compression pour provoquer une ouverture rapide, alors que le relâchement de cet effort provoque, inversement, une obturation assistée rapide et commandée à distance selon la longueur du bras. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les systèmes élastiques de compression sont constitués chacun par un ressort hélicordal de compression, le moins puissant disposé longitudinalement à l'intérieur du piston creux, prenant appui d'une part autour d'une saillie sur la face arrière du coulisseau et d'autre part autour d'une saillie semblable prévue sur la face avant du bouchon de poussée. Le ressort le plus fort entoure un tube fixe cylindrique muni à l'avant drunè bride de fixation contre laquelle prend appui le ressort, tandis qu'à l'arrière, ce ressort est en appui sur une rondelle positionnée à l'avant d'un circlips logé dans une gorge circulaire taillée dans la surface externe, à l'arrière du piston mobile. Le ressort intérieur est le ressort d'ouverture des bras.Le ressort extérieur est le ressort de fermeture, coaxial avec le précédent. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'orifice avant du piston creux est constitué par au moins une mortaise diamétrale pratiquée dans une paroi pour recevoir la partie ar trière du ou des bras d'obturation, tandis qutun orifice transversal est percé dans des emplacements fraisés pour porter l'axe d'un bras. Par ailleurs, l'alésage de ce piston est taraudé à sa partie arrière, des gorges circulaires pour la mise en place de circlips étant pratiquées d'une part dans la surface de l'alésage et d'autre part dans la surface externe du piston sur la surface laZ térale duquel on ménage soit une rainure mortaisée longitudinalement, soit une ouverture0 Suivant une autre caractéristique de l'invention, une bride transversale, percée d'orifices de fixation, entoure le tube ex térieur dont l'orifice avant est équipé d'un embout conique permettant le pivotement des bras d'obturation.La surface latérale du tube est soit percée d'une lumière positionnée en regard de la rainure longitudinale du piston mobile, soit munie d'une mortaise axiale en regard de l'ouverture du piston0 Une clavette peut être montée dans l'ouverture du piston ou la lumière du tube de façon à bloquer le système en rotation, au cours du coulissement des pièces de commande d'obturation. Suivant un autre caractéristique de l'invention, l'extrémité arrière des bras d'obturation est en appui contre une des surfaces de la cuvette du coulisseau lequel, selon la résultante des effets des ressorts de compression et des forces externes, est mobile à l'intérieur du piston tandis que ce dernier coulisse dans le tube extérieur, la position d'équilibre déterminant l'ouverture ou la fermeture de l'orifice. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité avant des bras porte un système simple, articulé, de forme semblable à celle des parois de l'orifice, par exemple une bille sphérique. La partie centrale de la longueur de chaque bras a un profil analogue à celui de la canalisation à obturer, tandis que la partie arrière du bras est profilée afin de permettre la commande du dispositif obturateur par pivotement des bras autour de leur axe d'articulation, la longueur de ces bras articulés vers l'ar rière permettant d'éloigner le mécanisme de commande, dont le fonctionnement est éventuellement facilité par un système de gra - sage qui ne risque pas de modifier les caractéristiques des produits transportés. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'effort exercé sur la face arrière du piston peut être manuel, mécanique ou hydraulique0 Lorsque l'effort est hydraulique, on réalise simplement ltétanchéité du mécanisme en ménageant des gorges circulaires dans les pièces en contact, pour la mise en place de joints toriques d'une part entre le tube fixe et le piston creux, et d'autre part entre le piston et le coulisseau. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention, Fig. 1 est une vue en coupe partielle dgun obturateur selon l'invention, en position fermée. Figo 2 est une vue analogue à la fig. 1, l'obturateur étant en position ouverte 8AD ORIGINAL fig. 3 illustre le montage de l'obturateur dans un dispositif où les mouvements sont transmis par l'intormédiaire d'un liquide. Cn a représenté sur les fig. 1 et 2, une canalisation 1 équi ae d'une paroi interne 2 permettant la circulation indépendante de deux fluides dans les volumes 3 et 4. Cette circulation peut être assurée par un procédé connu (pression, gravité ou même vis szns fin pour transporter éventuellement des solides.) Des orifices 3 et 6 ayant, par exemple, la forme de calottes sphériques équipées de dispositifs obturateurs a bras de pince 7 et 8 permet- tent le mélange à volonté des produits transportés.L'extrémité avant de chaque bras porte une bille sphérique 9 et 10 susceptible de venir 9 'adapter, sans f otte..;ent, sur les parois des orifices 5 et 6. Dans la partie centrale de leur longueur, chaque bras tel eue 7 @réscnte un profil analogue à celui de la canalisation 1. Par ailleurs, l'extrémité arrière 11 de chaque bras est montée autour d'un axe d'articulation 13 ou 14 sensiblement parallble à l'axe de la canalisation 1. Ainsi, l'ensemble canalisation et obturateur est compact. Le mécanisme de commande 15 des billes d'obturation 9 et 10 comprend : a) un tube extérieur 16 uni d'une bride circulaire externe 17. Cette bride est percée de plusieurs trous dans chacun desquels est engagée la tige filetée d'une vis d'un boulon 22 pour le blocage du tube 16 sur un support fixe 23. En avant de la bride, le tube 16 est muni d'un emb@ut 20 dont les parois intérieures 18 sout coniques. Dans la surface latérale du tube 16, en pratique ane lumièr@ longitudinale 21. b) -un piston creux 25, logé dans l'alésage 19 du tube 16. Ce pIston est susceptible de coulisser longitudinalement dans la glissiére constituée par l'alésage 19. La section transversale avant 26 de ce piston est mortaisée pour permettre le passage de l'extrémité arrière des bras 7 et @. @es trous transversaux, forés dans des emplacements fraisés, permettent la miso en place des axos d'axticulation 13 et 14. Vers l'arrière, l'alésage longitudinal 27 du piston est taraudé, alors que la partie avant est lisso. @n arri@re du taraudage, on ménage dans le piston deux gorges circulaires 28 et 29, la premiere étant taillée dans la surface de l'alésage, alors que la seconde est privue dans la surface externe du piston, lequel es@ p@as lo@@ que le tube ex térieur 16.Par ailleurs, une rainure 30 est mortaisée selon une direction longitudinale, dans la surface latérale externe du piston. c) un coulisseau 31 se déplaçant longitudinalement dans la glissière constituée par l'alésage 27 du piston. La face avant du coulisseau est taillée en forme de cuvette 32 sur les surfaces de laquelle prennent appui les extrémités arrière des bras de la pince d'obturationO La face arrière de 31 comporte une saillie 33 sensiblement cylindrique. d) Des ressorts hélicordaux travaillant à la compression sont disposés de façon que leurs efforts soient antagonistes, à savoir - un premier ressort intérieur 34 dit d'ouverture, disposé entre la saillie 33 d'tL coulisseau et une saillie 37 prévue sur la face avant dtun bouchon de poussée de tarage 36, ce bouchon étant vissé dans le taraudage de la partie arrière de 1alésage du piston 25;; - un second ressort de compression 35, dit de fermeture, de force supérieure à celle du premier, disposé autour du tube extérieur et prennant appui d'une part sur la bride 17 et d'autre part sur une roudelle 38 maintenue en place à l'aide d'un circhps 39 engagé dans la gorge 29 du piston0 Un circlips 4o (engagé dans la gorge intérieure 28) empêche le desserrage éven- tuel du bouchon 36 sous lteffet de vibrations. e) un dispositif de graissage, pour faciliter le déplacement axial des pièces mobiles. Ce dispositif comporte au moins un graisseur ( non représenté), monté sur la bride 17. Un conduit 44 est percé dans l'épaisseur du corps du tube 16o il peut comporter plusieurs ramifications 45..0 qui débouchent à liinté- rieur du tube 16, dans l'alésage 19. De plus, des canalisations 46, percées dans le piston 25, sur la même génératrice que les conduits 45, débouchent dans l'alésage 27 où est mobile le coulisseau 31. Ce système simple est éloigné des canalisations 3 et 4 à obturer. Enfin, afin d'immobiliser le système en rotation, une clavette 43 est fixée dans la lumière 21 du tube 16 Elle sert de guide, par l'intermédiaire de la rainure mortaisée 30, au piston mobile 250 Les profils de l'embout conique 20, de la paroi transversale mortaisée o, de la cuvette 32 et des portions arrière 11 et 12 des bras 7 et 8 sont calculés de façon à permet tre le pivotement de ces bras autour des axes d'articulation 13 et 14, sous l'effet de la résultante des forces appliquées aux pièces mobiles par les ressorts 34 et 35 et par un élément externe agissant sur la face arrière 41 du piston 25. Le fonctionnement est le suivait Sur la Fig. 1, ltoburateur selon l'invention est fermé.En efet, aucun effort n'est exerce sur la face arrière 41 du piston (ou sur la face transversale arrière 42 du bouchon de poussée 36). Le ressort hélicotdal 35, en appui sur la bride fixe 17, exerce par l'intermédiaire de la rondelle 38 une force axiale F1 tendant à repousser le piston vers arrière, Le ressort 34 exerce sur le coulisseau 31, c1est-à-dire sur les extrémités arrière des bras 7 et 8 qui portent les dispositifs d'obturation, une force F2, axiale et orientée tiers l'avant du mécanisme F1 étant supérieure à F2,le piston 25 est en position extreme arrière, le coulisseau recule également, si bien que les bras 7 et 8 formant pince sont rapprochés l'un de l'autre Les orifices 5 et 6 sont obturés par les dispositifs 9 et 10. Lorsquton exerce un effort mécanique F3 (Fig.2) sur la face arrière du bouchon de poussée, les ressorts 34 et 35 sont comprimés0 Le support 23, donc la bride 17, sont fixes et le ressort 35 emmagasine lténergie qui lui est ainsi transmise, Par contre; l'énergie appliquée au ressert d'ouverture 34 est transmise au coulisseau mobile 31 qui se déplace vers l'avant en agissant sur les extrémités arrière des bras 7 et 8 engagés dans la cuvette 32 Les profils sont étudiés de façon que les bras 7 et 8 s'éloignent l'un de l'autre en pivotant autour des axes 13 et 14 (flèches 54 et 55)0 Les dispositifs d'obturation (billes sphériques) s'écartent des orifices 5 et 6. Le mouvement d'ouverture est assisté par le ressort 34 dont lteffort de compression F2 seadditionne à l'effort F3 d'ouverture. Cette assistance et la longueur du bras de levier entre l'axe d'articulation 13 et le dispositif 9 permettent une ouverture rapide, un faible déplacement du coulisseau provoquant un mouvement important du dispositif d'obturation 9o A l'inverse, lorqu'on relâche l'effort F3, l'énergie emmagasinée dans le ressort extérieur 35 provoque la fermeture rapide et assistée de l'obturateur, les bras 7 et 8 de la pince pivotant suivant les flèches 56 et 57. L'effort initial F2 du ressort d'ouverture 34 peut outre taré en fonction du nombre de tours de vis appliqués au bouchon 36. Au cours du mouvement alternatif du piston 25 dans le tube 16, la clavette 43 coulisse -aans la rainure 30 et immobilise le mécanisme en rotation. Ceci permet non seulement de maintenir constante la direction de pivotement des bras obturateurs, mais aussi d'assurer italignement des orifices des conduits pour la lubrification, laquelle est prévue notamment dans les utilisations présentant des risques extrêmes de corrosion ou de grippage des pièces mobiles, On a représenté sur la figo 3 un obturateur à commande hydraulique dont le mécanisme 15 est noyé dans un réservoir rempli de liquide0 L'obturateur permet, par exemple de mélanger les fluides s'écoulant dans les canalisations 3 et 4 d'une part avec un fluide s'écoulant dans une canalisation 47 d'autre part, L'étanchéité entre le piston mobile 65 et le tube fixe 16 est assurée par deux joints toriques 50 logés dans des gorges ménagées dans le piston, liune à 11 avant, l'autre à l'arrière d'une ouverture 51 servant de logement à la clavette 41o La clavette 41 est ainsi solidaire du piston 25 et le blocage en rotation est obtenu par son coulissement dans une rainure longitudinale 52 mortaisée sur la surface interne du tube Un autre joint torique fournit l'étanchéité entre le coulisseau 31 et le piston creux 25o La bride 17 est fixée par l'intermédiaire de plusieurs goujons 48 vissés dans des trous borgnes 49 de la canalisation 47 à travers des joints 53 qui assurent l'étanchéité entre la canalisation et le réservoir 60. L'effort F3 exercé sur le bouchon de poussée 36 est hydraulique et transmis par le liquide 61, incompressible, contenu dans le réservoir, lorsqu'on enfonce un bouton 62 monté de façon étanche dans une ouverture pratiquée dans la paroi arrière du réservoir. Afin de limiter l'encombrement du système, ce réservoir porte, à l'avant, un épaulement taraudé 63 dont le pas de vis est identique à celui d'un épaulement 64 du tube fixe 16. Après mise en place des divers éléments (ressorts, joints...) du mécanisme, le réservoir est vissé sur le filetage 64 situé en arrière de la bride de fixation 170 Ainsi, les goujons 48 et les graisseurs sont extérieurs au fluide 61o Le joint torique 65 peut etre en cuivre recuit ou en résine adaptée aux conditions-de travail, L'obturateur fonctionne comme dans la variante précédente ; cette solution (poussée hydraulique) est intéressante notamment dans les manipulation5 de produits radio-actifs (le liquide 6t peut alors être du sodium liquide), ou losque l'on désire travailler sous vide ou en atmosphère stérile (la canalisation 47, étanche, permet d'obtenir l'ambiance désirée autour des obturateurs (ou clapets) des conduits 3 et 4). L'obturateur selon l'invention présente notamment les avantages suivants - il est de conception simple et robuste - il occupe un volume minimum - il évite l'utilisation d'un presse-étoupe - son domaine d'application est largement étendus REVENDICATIONS lo Obturateur à pince, comprenant au moins un bras muni à son extrémité avant d'un système de contour analogue à celui de ltorifice, et caractérisé en ce que chaque bras obturateur est animé à partir d'un mécanisme de commande constitué par s - un piston creux susceptible de coulisser longitudinalement à lwintérieur dgun tube fixe de longueur inférieure - un coulisseau dont la face avant présente une rainure en forme de cuvette pour recevoir l'extrémité arrière profilée du bras, alors que ce coulis seau est mobile axialement dans l'alé- sage avant du piston creux dont l'alésage arrière est taraudé pour recevoir un bouchon de poussée et de tarage - au moins deux systèmes élastiques de poussée, antagonistes et de forces inégales, travaillant à la compression, le système le moins fort étant disposé entre le bouchon et la face arrière du coulisseau, tandis que le système le plus puissant est disposé à l'extérieur du tube fixe de façon à relier élastiquement ce tube et le piston0 - un axe transversal, monté sur l'avant du piston et autour duquel pivote un bras d'obturation dont la position par rapport à l'orifice à obstruer est fonction de celles du piston et du coulisseau, les profils de l'arrière du bras et de l'avant des pièces du mécanisme de commande étant prévus de un façon à permettre ce pivotement, Si bien qut/effort exercé sur l'arrière du piston est assisté par les systèmes de compression pour provoquer une ouverture rapide, alors que le reltche- ment de cet effort provoque, inversement, une obturation assistée rapide et commandée à distance selon la longueur du bras. 2o Obturateur suivant la revandication 1, caractérisé en ce que les systèmes élastiques antagonistes de compression sont constitués chacun par un ressort hélicoïdal de compression, le moins puissant, disposé longitudinalement à l'intérieur du piston craux, prenant appui d'une part autour d'une saillie sur la face arrière du coulisseau et d'autre part autour d'une saillie semblable prévue sur la face avant du bouchon de poussée, alors que le ressort le plus puissant entoure un tube fixe cylindrique et est en appui d'une part contre la face arrière d'une bride de fixation solidaire du tube cylindrique et d'autre part sur une rondelle positionnée à l'avant d'un circlips logé dans une gorge circulaire taillée dans la surface externe, i, ar- rière du piston mobile, tandis qu'enfin le coulisseau, le piston mobile et les ressorts de compression sont coaxiaux. 3. Obturateur suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ressort intérieur agit comme mécanisme d'as slstance au moment de l'ouverture des orIfices, alors que le ressort extérieur est le mécanisme d'assistance pour la permet ture. 4. Obturateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice avant du piston creux est constitué par au oins une mortaise diamétrale pratiquée dans une paroi pour recevoir la partie arrière du ou des bras d'obturation, tandis qutun orifice transversal est percé dans chacun d'un ou plusieurs emplacements fraisés, pour porter lraxe d'un bras, So Obturateur suivant les revendications 1 et 2, caractérise en ce que le piston creux obile comports : un alésage avant, lis se et coaxial avec un alésage arrière taraudé ; des gorges cir culaires pratiquées d'une part dans la surface de l'alésage et d'autre part dans la surface externe et vers l'arrière du piston ; une ouverture avant profilée en fonction de la forme des bras d'obturation ; enfin, des moyens nagés dans sa face laterale pour immobiliser le piston en rotation par rapport au tubo fixe. Oc. Obturateur suivant les revendications 1 et 5, caractérisé en ce qu'une bride transversale percée d'orifices de fixa tien, entoure le tube extérieur dont l'orifice est équipé d'un embout conique permettant le pivotement des bras d'obturation, alors que la surface latérale de ce tube est pourvue d'un dispositif d'immobilisation en rotation du piston, ce dispositif agissant, au cours du fonctionnement de l'obturateur. avec le moyen complémentaire monté sur le piston mobile 70 Obturateur suivant les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la race latérale du piston porte une rainure 1çn- gitudinale, alors que la surface latérale du tube fixe est percée d'une lumièro positionnée en regard de cette rainure, une clavette j@ant montée dans cette lumlière de façon à bloquer le système en rotation. @. Obturateur suivant l'une quelconque des revendications p@@- cédentes, caractérisé en ce qu'au moins un graisseur est monté dans la bride de fixation du tube, ce grais@eur alimentant un ou plusieurs conduits percée dans l'épaisseur du tube et débouchant en un ou plusieurs points de l'alésage dans lequel coulisse le piston, tandis que l'on prévoit, dans le piston, des trous forés dans son épaisseur, disposés sur la même génératrice que les orifices des conduits issus du graisseur, ces trous débout chant sur la surface de l'alésage dans lequel glisse le coulis seauo si bien que le fonctionnement du mécanisme est susceptible d'être facilité par une lubrification, par exemple lorsque la corrosion est intense, 9 Obturateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité arrière des bras d'ob-turation est en appui contre une des surfaces de la cuvette conique du coulisseau lequel, sous 10 effet des ressorts de compression et des forces mécaniques externes, adopte une position d'équilibre qui détermine l'ouverture ou la fermeture de l'orifice0 lOo Obturateur suivant les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le système d'immobilisation en rotation comprend une ouverture pratiquée dans la paroi latérale du piston, une clavette montée dans cette ouverture et une rainure longitudinale pratiquée sur la face interne du tube extérieur, tandis que l'effort exercé à l'arrière du piston est transmis hydrau liquementO lic Obturateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des gorges circulaire sont ménagées dans les pièces en contact pour la mise en place de joints toriques d'une part entre le tube fixe et le piston creux et d'autre part entre le piston et le coulisseau, de façon à réaliser l'étanchéité du système quelle que soit la nature de l'effort exercé. 12. Obturateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité avant des bras porte un système simple, articulé, de forme semblable à celle des parois de l'orifice par exemple une bille sphérique, la partie centrale de la longueur de chaque bras ayant un profil analogue à celui de la canalisation à obturer, tandis que la partie arrière du bras est profilée afin de permettre la commande du dispositif obturateur par pivotement des bras autour de leur axe d'articulation, la longueur et la forme de ces bras étant étudiées de fa çon à constituer, sous un volume restreint, un obturateur à mé canisme de commande à distance, c 130 Obturateur suivant les revendications 10 et 11, caraé- risé en ce que le mécanisme de commande est immergé dans un réservoir vissé sur un épaulement du tube fixe, ce réservoir contenant par exemple un liquide anti-radiationg, lequel transmet sur le bouchon de poussée les efforts d'ouverture de l'obturas teur appliqués sur un bouton-poussoir engagé de façon étanche dans une ouverture de la paroi arrière du réservoir.