Brevet FR2218517A1 — publié le 19740913

La présente invention a essentiellement pour objet des perfectionnements aux robinets et vannes de distribution de fluides et notamment de gaz. Dans les robinets ou vannes montés sur les conduites de transport ou de distribution de fluides, qu'ils soient à opercule ou à tournant, la pression entraîne entre les organes qui coopèrent pour assurer la fermeture du robinet ou de la vanne, un frottement générateur de couples de manoeuvre élevés en début d'ouverture et en fin de fermeture. Ceci est d'autant plus vrai que la pression est souvent utilisée avantageusement pour assurer et parfaire l'étanchéité interne des organes d'obturation qui sont ainsi bien maintenus appliqués les uns contre les autres. L'objet de la présente invention est d'éliminer les valeurs élevées des couples et par suite de réduire le prix de revient des robinets ou vannes en permettant de supprimer les réducteurs nécessaires la manoeuvre ou en permettant de miniaturiser la motorisation de la vanne lorsqu'elle est motorisée. Ces objets sont obtenus selon l'invention grâce au fait que, dans des robinets ou vannes de distribution de fluides comprenant au moins deux organes qui coopèrent pour assurer la fonction d'ouverture et de fermeture du robinet ou de la vanne en vait;s 'appuyer de façon étanche l'un contre l'autre en position de fermeture du robinet ou de la vanne obturant la section de passage du fluide et en s'écartant l'un de l'autre en position d'ouverture du robinet ou de la vanne permettant de dégager la section de passage du fluide et dans lesquels lors de la fermeture du robinet ou de la vanne lesdits organes d'obturation sont maintenus appliqués l'un contre l'autre, en partie au moins, par l'action de la pression de distribution du fluide, selon l'invention l'un au moins desdits organes présente au moins deux sections sur lesquelles agit la pression du fluide de distribution, la première section étant orientée de façon que la pression du fluide qui agit sur elle tend à maintenir ledit premier organe d'obturation appliqué contre l'autre, la deuxième section étant orientee de façon que la pression du fluide qui agit sur elle tend à écarter ledit premier organe d'obturation dudit deuxième organe, et en ce qu'il est prévu des moyens pour amener à volonté la pression de fluide à agir sur ladite première section et pour isoler ladite première section de cette pression. L'invention apparaitra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnant uniquement à titre d'illustration un mode de mise en oeuvre. Dans ces dessins - la figure 1 montre une vue générale en coupe d'un robinet ou d'une vanne à boisseau tournant équipé des perfectionnements de l'invention - la figure 2 montre à plus grande échelle et avec arrachement le détail II de la figure 1. Selon le mode de réalisation illustré aux dessins un robinet ou vanne 10 comprend un corps 11 dans lequel est monté un boisseau12 formant organe d'obturation dont la section de passage est visible en 13 et qui est monté tournant autour d'un axe z'z perpendiculaire à l'axe 'i de la section de passage du fluide à travers la vanne. Dans la figure 1 la vanne est montrée en position de fermeture. L'obturation est assurée par l'intermédiaire d'une pièce 14 formant piston annulaire qui est montée coulissante, parallèlement à l'axe 'x, dans une gorge de trime annulaire correspondante formée dans leoerpsîîdelavanne . l'étanchéité du montage de la pièce 14 dans le corps 11 est assurée par deux joints toriques 15 et 16. La pièce 14 forme siège pour une garniture d'étanchéité 17 qui vient porter contre le boisseau 12. La garniture 17 est montée entre la pièce 14 et une seconde pièce 18 coopérant avec la pièce 14, et par exemple montée vissée sur elle. Dans le mode de réalisation illustré aux dessins, derrière le piston 14 annulaire est ménagée la gorge annulaire précitée qui forme une chambre 19. Cette chambre 19 peut être mise en communication avec le côté "entrée" ou "amont" du fluide de distribution admis à la pression P dans le tuyau 20 de raccordement de la vanne grâce à une canalisation 21 qui débouche dans ladite entrée 20, lorsque le tiroir 22 d'un distributeur à tiroir 23 (figure 2) est positionné convenablement (comme illustré aux dessins) assurant la communication de la canalisation 21 avec une canalisation 24 qui relie la chambre 19 à l'espace interne 25 de la commande 23. Dans la position du tiroir 22 i11ustrée à la figure 2 la pièce 14 14 formant piston est donc appliquée par la pression P du fluide à l'entrée 20 de la vanne par une force : P x S = F contre l'organe d'obturation 12, Si on appelle S la surface dirigée perpendiculairement à l'axe xi x de la section annulaire de la face 14a de la pièce 14. D'autre part, compte tenu de la disposition adoptée, la pression P agit également, en arrière de la garniture d'étanchéité 17 sur la face 14b de la pièce 14, tendant à décoller la pièce 14 et la pièce 18 qui en est solidaire ainsi que la garniture 17,de l'organe d'obturation 12 avec une force f = P x s, si lion appelle s la section efficace, autrement dit la surface de la projection annulaire de la face 14b sur un plan perpendiculaire à l'axe x' x. D'auprès la disposition de construction adoptée, il est clair que la surface S est très supérieure à la surface s, et que par conséquent la force d'application F de l'organe 14 contre l'organe 12 est supérieure, lorsque la pression P est admise dans la chambre 19 à la force de retrait f tendant à écarter l'organe 14 de l'organe 12. De façon précise, si l'on appelle R1 et R2 (figure 1) les rayons respectivement intérieur et extérieur de la surface 14a de la pièce 14, et r1 et r2 les rayons respectivement intérieur et extérieur de la surface 14b de la pièce 14, on a S = # x (R22 - R12) s = # x (r22 - r12). Comme on le voit clairement et plus particulièrement à la figure 2, si on déplace le tiroir 22 vers la droite dans le sens de la flèche t on coupe la communication entre la chambre 25 da r1J.ùftecr 23à tiroir 22 etlacanalisation 21, et l'on établit la communication entre la canalisation 24 et la canalisation 30 de mise à l'atmosphère. Dans ces conditions la pression dans la chambre 19 descend de la valeur P à la pression atmosphérique, et la force F d'application de l'organe d'obturation 14 contre l'organe d'obturation 12 diminue.Par contre la force f de retrait -dudit organe reste constante, et par conséquent, dans cette position du tiroir de commande 22 la pièce d'obturation 14,la garniture 17 et la pièce complémentaire -18 s'écartent ensemble de l'organe 12. Dans le mode de réalisation illustré, on a supposé que dans la position représentée le fermeture de la vannelle tiroir 22 était repoussé vers la gauche, à l'encontre de la force d'un ressort de rappel 31, par l'action d'un poussoir 32, lui-même repoussé par une saillie 33, formée dans une gorge 35 sur la queue de manoeuvre 34 de la vanne. Grâce à la prévision d'un jeu d'angle q (qui peut être de l'ordre de 30 pour une queue de manoeuvre de rayon r = 25mm), lorsqu'on manoeuvrera la vanne à l'ouverture, avant-d'entraîner en rotation le boisseau 12, on libérera d'abord le poussoir 32 permettant au tiroir 22 sollicité par le ressort 31 de se déplacer dans le sens de la flèche t. Dans ces conditions, le tiroir 22 met la chambre 19 en communication avec l'atmosphère, assurant ainsi, grâce à l'action de la force f seule le retrait en arrière de la pièce 14, c'est-à-dire le décollement des organes d'obturation 14 et 12. A partir de ce moment il devient facile de faire tourner le boisseau 12 en continuant à tourner la queue de manoeuvre 34. Par contre, en position de fermeture totale de la vanne, le tiroir 22 repoussé par le poussoir 32 à l'encontre du ressort 31 rétablit la communication entre la chambre 19 et l'entrée 20 de la vanne, assurant une pression d'application F de la pièce 14 contre l'organe d'obturation 12. Bien entendu, de nombreuses variantes peuvent être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi en particulier que la commande du tiroir 22 peut être faite par tout moyen approprié autre que la saillie 33 et le poussoir 32. Cette commande peut par exemple être indépendante de la manoeuvre de la vanne ou/du robinet et être éventuellement commandée à distance. De même-on peut prevoir plus d'un organe d'obturation 14 contre l'organe d'obturation 12, et par exemple une duplication de cet organe, un deuxième organe d'obturation formant piston agissant symétriquement et étant monté du côté aval contre le boisseau 12. De même l'invention peut s'appliquer tout aussi bien à des vannes ou robinets à opercule à mouvement de translation au lieu d'être appliquée à des vannes ou robinets à tournant. Parmi les avantages obtenus grace aux perfectionnements de l'invention, on peut noter a) lies couples de manoeuvre sont tres faibles car ils ne sont pas influencés par la pression qui peut s'exercer sur l'organe d'obturation. b) lies garnitures ne sont pas soumises à usure par frottement sur l'obturateur. il n'est donc- pas nécessaire de les choisir dans un matériau à faible coefficient de frottement et elles peuvent être réalisées de- façon économique. c) les garnitures sont beaucoup moins exposées à l'abrasion par les poussières que dans un robinet classique car elles ne sont pas appliquées sur l'obturateur pendant la manoeuvre du robinet. d) lies portées de ltobturateur sur lesquelles s'appliquent les.garnitures ont seules besoin d'être usinées, mais sans précaution spéciale, et surtout il n'est pas nécessaire de leur faire subir un traitement particulier tel que le durcissement par chromage par exemple. e) Cette absence de frottement entraîne la suppression des réducteurs à engrenage et permet l'utilisation d'actionneurs simples et de volumes très réduits. f) lie by-pass qui est habituellement employé pour équilibrer les pressions de part et d'autre de l'obturateur avant la manoeuvre d'ouverture n'est plus nécessaire. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée auxmodes de réalisation décrits qui n"ont été donnés qu'à titre d'exemple, l'invention comprenant tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. En particulier, bien que le dispositif décrit soit intégré au corps de la vanne, il pourrait être conçu extérieurement à ce corps et commandé préalablement à la manoeuvre d'ouverture ou de fermeture de la vanne, soit automatiquement, soit manuellement. De même les organes mécaniques peuvent être conçus différemment de ceux décrits, les pièces 14 et 18 pouvant par exemple constituer une seule et même pièce., la garniture étant réalisée par exemple avec un joint torique de section circulaire. REVENDICATION Vanne de distribution de gaz comprenant un corps à travers lequel sont formés un passage d'entrée et un passage de sortie, un obturateur à boisseau qui se déplace dans ce corps contre au moins un siège formé autour de l'embouchure dudit passage d'entrée dans ledit corps, ledit siège étant monté mobile axialement dans une gorge annulaire formée dans ledit corps autour dudit passage d'entrée pour s'appuyer sur ledit obturateur ou peur s'en éloigner selon la position de fermeture ou d'ouverture de la vanne, ledit siège étant pourvu de garnitures d'étanchéité assurant le montage étanche du siège dans le corps de la vanne et la fermeture étanchqKde la vanne lorsque le siège est appliquée contre l'obturateur fermé, ladite vanne étant caractérisée en ce que ladite gorge annulaire communique par un conduit et à traveryan clapet, soit avec l'atmosphère, soit avec la pression regnant dans le passage d'entrée de la vanne, suivant la position dudit clapet, des moyens liés à l'organe de manoeuvre de la vanne commandant le clapet dans la position qui Mit communiquer ladite gorge et ledit passage d'entrée en fin de commande de fermeture de la vanne, et comandant le clapet dans la position qui fait communiquer ladite gorge et l'atmosphère dès le début de la commande d'ouverture de la vanne.