Brevet FR2228995A1 — publié le 19741206

La présente invention concerne les joints des tiges mobiles utilisées dans les dispositifs de fermeture et de régulation de robinetterie, plus particulièrement les joints à soufflet des tiges de dispositifs de robinetterie. l'invention peut être appliquée à la robinetterie employée dans l'industrie chimique, les raffineriesS l'industrie du froid et d'autres branches de l'industrie. Elle peut etre utilisée avec le maximum d'avantages dans les dispositifs de robinetterie desservant les systèmes de circulation de fluides agressifs sous haute pression. On connait un joint à soufflet pour tige de dispositif de robinetterie, comportant un corps dans lequel est logée une tige portant consécutivement deux soufflets, l'enceinte interne de l'un desquels, remplie d'un liquide auxiliaire dont les paramètres physiques correspondent à ceux du fluide est mise en communication avec une enceinte formée par la surface extérieure de autre soufflet et la surface intérieure du corps, et communique également avec une enceinte dans laquelle est monté d'une façon fixe un convertisseur de pression baigné d'un coté par le liquide auxiliaire, et de l'autre, par le fluide amené dans cette enceinte et destiné à réduire l'action de la pression du fluide sur les soufflets. Dans ce joint connu, le convertisseur de pression est constitué par un soufflet monté sur le bout de la tige orienté vers un élément d'obturatiai. Une extrémité du soufflet est accouplée d'une façon étanche à la tige, tandis que l'autre est fermée par un fond étanche. Entre le fond du soufflet et la tranche de la tige sont disposées des rondelles de Belleville préalablement comprimées. L'enceinte limitée par la surface intérieure du soufflet et la tige est mise en communication, par des canaux ménagés dans la tige, avec l'enceinte du soufflet précité remplie de liquide auxiliaire. le soufflet métallique du convertisseur est baigné extérieurement par le fluide amené par les canaux ménagés dans l'élément d'obturation du dispositif de robinetterie. La pression du fluide tend à comprimer le soufflet. Cependant, jusqu a une certaine pression, les rondelles de Belleville préviennent sa compression, et la pression du liquide auxiliaire n'augmente pas. les ressorts sont réglés pour une pression égale à la moitié de la pression maximale du fluide. Lorsque la pression du fluide continue à monter, le soufflet du convertisseur se comprime et la pression du liquide auxiliaire à l'intérieur de ce dernier augmente. A la pression maximale du fluide, le liquide auxiliaire reçoit la moitié de cette pression. I1 en résulte que les soufflets du joint sont soumis une pression égale à la moitité de la pression maximale du fluide. Ce joint à soufflets connu présente une série d'inconvénients, dont l'un réside dans le fait que, pratiquement son convertisseur de pression ne commence à remplir sa fonction qu'en présence d'une pression du fluide supérieure à la moitié de la pression maximale. De ce fait, l'un des soufflets du joint se trouve en permanence sous pression, c'est-à-dire qutil est soumis à la charge limite nominale, d'où une réduction de la fiabilité du joint. Un autre inconvénient du joint connu réside dans son encombrement et son poids relativement importants; ce qui rend plus encombrant le dispositif de robinetterie dans lequel il est utilisé. Encore un autre inconvénient du joint connu consiste en ce que le convertisseur de pression de ce dernier ne réagit pas aux variations de volume du liquide auxiliaire dans le soufflet du convertisseur, dues aux modifications de la température, ce qui engendre une charge supplémentaire sur les soufflets du joint lui-même. En outre, la rigidité des rondelles de Belleville du convertisseur de pression se modlfie avec le temps par suite du phénomène de relaxation; et leur réglage est technologiquement compliqué. La présente invention vise par conséquent un joint à soufflets pour tige de dispositif de robinetterie à convertisseur de pression, qui assurerait une répartition uniforme de la pression du fluide sur les soufflets du joint dans toute la gamme de variation de cette pressionS ainsi que son fonctionnement stable pendant toute la durée de son exploitation, indépendamment de la variation des paramètres du fluide. Ce problème est résolu du fait que dans un joint à soufflets de tige de dispositif de robinetterie; comportant un corps à l'intérieur duquel est logée une tige portant consécutivement deux soufflets, l'enceinte interne de l'un desquels est remplie d'un liquide auxiliaire dont les sramètres physiques correspondent à ceux u fluide et qui est mise en communication avec une enceinte formée par la surface extérieure de l'autre soufflet et la surface intérieure du corps, ainsi qu'avec une enceinte dans laquelle se trouve un convertisseur de pression monté fixe, baigné d'un côté par le liquide auxiliaire et de l'autre par le fluide amené dans cette enceinte et destiné à décharger les soufflets de la pression du fluide, selon l'invention le convertisseur de pression comporte des membranes parallèles, dont les superficies utiles sont dans un rapport déterminé l'une par rapport à l'autre et entre lesquelles il y a un espace étanche à l'intérieur duquel se trouve un élément intermédiaire contactant les deux membranes et dont les superficies de contact avec les membranes respectives sont dans un rapport identique à celui des superficmes utiles des membranes elles-mêmes. le convertisseur de pression proposé est caractérisé par son encombrement relativement faible et est fiable en service. Avantageusement l'élément intermédiaire du convertisseur de pression est constitué par un cône tronqué contactant par sa grande X a membrane subissant la pression du liquide auxiliaire, et par sa petite base, la membrane soumise à la pression du fluide, la superficie de ladite grande base étant deux fois supérieure à celle de la petite base. De ce fait, les soufflets du joint ne sont soumis qu'à la moitié de la pression du fluide, ce qui élargit leurs possibilités d'exploitation. I1 est également avantageux qu'à la surface de chacune des membranes du convertisseur de pression soient exécutées des ondulations en hélice améliorant la sensibilité de la membrane. Ci-dessous est donné une description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention, avec références aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente le joint à soufflets pour tige de dispositif de robinetterie conforme à l'invention (vue d'ensemble, en coupe longitudinale); - la figure 2 est une vue d'ensemble d'une membrane. D'ordinaire, le joint à soufflets est monté directement dans le corps du dispositif de robinetterie. le corps 1 du dispositif de robinetterie est creux et comporte des tubulures 2 et 3, respectivement pour l'entrée et la sortie du fluide. lies tubulures 2 et 3 forment entre elles un angle droit. Dans le corps 1, suivant un plan perpendiculaire à l'axe de la tubulure d'entrée 2, est ménagé un siège 4 pouvant etre obturé par un élément d'obturation 5. Celui-ci comporte une enceinte dans laquelle est logé le convertisseur de pression 6, et est rigidement assemblé à la tige 7. Sur la tige 7 sont consécutivement superposés deux soufflets 8 et 9. Une extrémité du soufflet inférieur 9 (suivant le dessin) est fixée d'une manière étanche à une bague 10 appliquée, par l'intermédiaire d'un joint 11, sur le corps 1 à l'aide d'un couvercle 12. lie soufflet supérieur 8 (suivant le dessin) est fixé d'une manière étanche par l'une de ses extrémités au couvercle 12, et par son autre extrémité, à un épaulement 13 exécuté sur la tige 7 et faisant corps avec celle-ci. il en résulte que dans le corps 1 sont formées deux enceintes communiquant entre elles. L'une d'elles est limitée par la surface extérieure du soufflet 8 et la surface intérieure du couvercle 12, tandis que l'autre est limitée par la surface intérieure du soufflet 9 et la surface de la tige 7. Les deux enceintes sont remplies d'un liquide auxiliaire dont les paramètres physiques corresponde à ceux du fluide. Ce liquide est choisi de façon qu a une température et à une pression donnéescdu fluide, il n'entre pas en ébullition. lie convertisseur de pression 6, situé dans l'enceinte de l'élément d'obturation 5, comporte des membranes 14 et 15 disposées parallèlement et fixées suivant leur pourtour dans l'enceinte de l'élément d'obturation 5. L'espace entre les membranes 14 et 15 est rendu étanche etoentientun élément intermédiaire 16 contactant les deux membranes 14 et 15. lies superficies respectives de contact entre l'élément intermédiaire 16 et les membranes 14 et 15 on dans un rapport déterminé entre elles. La partie de l'enceinte de l'élément d'obturation 5 située sous la membrane 15 est remplie de fluide arrivant par les canal 17 percés dans le corps de l'élément 5. La partie de l'enceinte du tiroir 5 située sous la membrane 14 est remplie de liquide auxiliaire arrivant par des canaux 18 ménagés dans la tige 7, à partir desdites enceintes remplies de ce même liquide. De cette façon, la membrane supérieure 14 (suivant le dessin ) est en contact permanent avec le liquide auxiliaire, dont il subit la pression. Les superficies des membranes 14 et 15 sont choisies en fonction des caractéristiques de résistance mécaniques des soufflets 8 et 9, d'après la relation. F1 P1 + P2 = , F2 Pl où : F1 est la superficie utile de la membrane supérieure 14 (suivant le dessin); F2, la superficie utile de la membrane inférieure 15; P1, la pression pour laquelle est prévu le soufflet supérieur 8; P2, la pression pour laquelle est prévu le soufflet inférieur 9. La superficie utile F de la membrane est déterminée en général suivant la formule F = ( D2 + Dd + d2), où : D est le diamètre de la membrane suivant sa circonférence de sertissage; d, le diamètre de l'élément intermédiaire à l'endroit de son contact avec la membrane. Pour améliorer la sensibilité des membranes 14 et 15, les surfaces de ces dernies comportent des ondulations en hélice 19. lie soufflet inférieur 9 contactant le liquide auxiliaire est choisi suivant ses caractéristiques de résistance mécanique. Si les deux soufflets 8 et 9 sont choisis suivant les mêmes dimensions-types et sont constitués par un matériau identique, les superficies des membranes supérieure 14 et inférieure 15 sont choisiesiWsunrapport F1 = 2F2. Si le soufflet inférieur 9 doit être constitué par un matériau anti-corrosif, mais moins résistant que celui du soufflet supérieur 8, par exemple en téflon, les superficies des membranes 14 et 15 doivent etre égales : F1 = F2. lies superficies respectives de contact entre l'élément intermédiaire 16 et les deux membranes sont aussi égales entre elles. Ce dernier mode de réalisation du joint est utilisé dans le cas où le milieu agressif se trouve sous une pression supérieure à celle qui est admissible pour le fonctionnement du soufflet inférieur 9. lie joint~à-soufflet fonctionne de la façon suivante. Le fluide se trouvant dans l'enceinte du corps 1 du dispositif de robinetterie est amené par les canaux 17, ménagés dans le corps du tiroir 5, vers la membrane inférieure 15. Par l t intermédiaire de l'élément 16, la membrane 15 transmet la pression du fluide à la membrane 14, donc au liquide auxiliaire. lies superficies Ft et F2 des membranes 14 et 15, de même que les superficies respectives de contact de l'élément intermédiaire 16 avec ces dernières sont dans un rapport de 1 à 2, d'où l'égalité P . F2 = P1 o F1, où Pm est la pression du fluide; Pl, la pression du liquide auxiliaire. Donc, la pression P1 du liquide auxiliaire sera égale à la moitié de la pression du fluide. Dans le cas général , on a Fl = Pm . F2 Ft 2 , c'est-à-dire qutune partie de la pression du fluide retransmise par le liquide auxiliaire dépend du rapport des superficies utiles des m embranes supérieure 14 et inférieure 15. Le soufflet inférieur est alors enveloppé par le fluide à la pression Pm, tandis qu'à l'intérieur de ce soufflet règne la pression Fl du liquide auxiliaire lie soufflet supérieur 8 est enveloppé He liquide auxiliaire à la pression Fl De cette façon, les deux soufflets sont soumis dans ce cas à une pression égale à la moitié de la pression Sm du fluide. Lors de l'ouverture du dispositif de robinetterie, c'est-à-dire au cours du déplacement de l'élément d'obtention 5 avec la tige 7 vers le haut (suivant le dessin), les soufflets 8 et 9 sont comprimés,la pression du liquide auxiliaire dans ce cas augmente. Sous l'effet de cette pression, la membrane supérieure 14 se déforme en rétablissant le volume initial du liquide auxiliaire, donc sa pression C'est pourquoi la charge retransmise aux soufflets 8 et 9 ne se modifie pas lorsque l'élément d'obtention 5 est ouvert. Le joint à soufflets proposé peut etre utilisé dans les dispositifs de robinetterie appliqués aux systèmes dans lesquels circulent des fluides agressifs sous haute pression. le joint proposé permet en outre d'étendre la plage des pressions de travail des soufflets, grace à la répartition de la pression du fluide entre les deux soufflets dans un rapport déterminé. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modesde réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R B V B N D I C A T I O g S BEVENDICATIONS 1 Joint à soufflets pour tige de dispositif de robinetterie, du type comportant un corps à l'intérieur duquel est logée une tige portant consécutivement deux soufflets, l'enceinte interne de l'un desquels est remplie d'un liquide auxiliaire dont les paramètres physiques correspondetà ceux du fluide de travail, et qui communique d'une part avec une enceinte formée par la surface extérieure de l'autre soufflet et la surface intérieure dudit corps, et, d'autre part, avec une enceinte dans laquelle est monté fixe un convertisseur de pression baigné d'un côté par le liquide auxiliaire, et de l'autre, par le fluide amené dans cette enceinte et destiné à réduite la pression du fluide agissant sur les soufflets, caractérisé en ce que le convertisseur de pression comporte deux membranes parallèles dont les superficies utiles sont dans un rapport déterminé entre elles et entre lesquelles il y a un espace étanche dans lequel est disposé un élément intermédiaire se trouvant en contact avec les deux membranes et dont les superficies respectives de contact avec lesdites membranes sqnt dans un rapport égal à celui des superficies utiles des membranes elles-mêmes. 2 Joint à soufflets suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire précité est constitué par un cône tronqué contactant par sa grande base la membrane soumise à la pression du fluide auxiliaire, et par sa petite base, la membrane subissant la pression du fluide, la superficie de ladite grande base étant deux fois supérieure à celle de ladite petite base. 30 Joint à soufflets suivant l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'à la surface de chaque membrane du convertisseur de pression sont ménagées des ondulations en hélice améliorant la sensibilité de la membrane