Brevet FR2233539A1 — publié le 19750110

La présente invention, due aux travaux de Monsieur Jean Georges SUTTER, est relative aux robinets de réglage de débit de fluides; de façon plus précise, l'invention concerne les robinets du type comprenant un corps de révolution muni d'un siege annulal- re intérieur et un obturateur à surface d'attaque sphérique et mobile dans ce corps, au moyen d'un organe de manoeuvre, entre une position de fermeture,dans laquelle il coopère avec le siège, et au moins une position d'ouverture. De tels robinets sont applicables à la régulation de débits de fluides. On connaît des robinets de ce type offrant au fluide une surface d'attaque sphérique constante de l'obturateur et un passage annulaire lorsque ce dernier est en position d'ouverture. Ces robinets présentent toutefois plusieurs inconvénients: tout d'abord, ils ont recours à des moyens compliqués de guidage de l'obturateur et d'articulation de celui-ci sur l'organe de commander d'autre part, cet organe de commande est extérieur à ltobtura- teur, et est soumis de ce fait, ainsi que les moyens d'articulation, à l'attaque (entartrage et/ou corrosion) du fluide; de plus, pour réaliser l'articulation de l'organe de commande sur l'obturateur, ce dernier est en forme de sphère tronquée; cette forme irrégulière de l'obturateur, jointe à la présence dans le trajet du fluide des moyens de guidage et d'articulation et de l'organe de commande, crée dans l'écoulement du fluide des perturbations importantes, surtout lorsque la pression du fluide est élevée, ce qui peut provoquer un phénomène de cavitation. L'invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un robinet du type précité, de construction simple, peu encombrant et diminuant considérablement la perturbation de l'écoulement du fluide ainsi que les risques de détérioration par le fluide des organes de commande, tout en offrant au fluide une surface d'attaque sphérique constante de l'obturateur et un passage annulaire lorsque ce dernier est en position d'ouverture. A cet effet, l'invention a pour objet un robinet du type précité , caractérisé en ce que l'obturateur est entièrement sphérique et en ce que l'organe de manoeuvre comprend un élément monté rotatif dans le corps autour d'un axe qui, traversant l'obturateur, est perpendiculaire à l'axe du corps et est décalé par rapport a celui-ci,cet élément étant solidaire en rotation de l'obturateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels la Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation d'un robinet selon l'invention, en position fermée; la Fig. 2 est une vue de ce robinet prise en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue en coupe analogue à la Fig. 1 de ce robinet, représenté dans une position d'ouverture; la Fig. 4 est une vue en coupe analogue aux Fig. 1 et 3, mais à plus grande échelle, de ce robinet, montrant différentes positions de l'obturateur; la Fig. 5 est une vue en coupe axiale montrant une première variante de réalisation de ce robinet;; a Fig. 6 est une vue analogue à la Fig. 5, montrant une seconde variante de réalisation de ce robinet; la Fig. 7 est une vue en coupe montrant une troisième variante de réalisation de ce robinet; la Fig. 8 est une vue en coupe montrant une quatrième variante de réalisation de ce robinet. Le robinet de la Fig. 1 comprend un corps 1 de révolution, d'axe X-X, un obturateur 2 et un arbre de commande 3. Le sens d'écoulement du fluide est celui de la flèche f. Le corps 1 comprend une partie amont cylindrique taraudée 1a présentant un épaulement 4 b la présentant un épaulement 4 et une partie cylindrique 1 lisse et de plus petit diamètre dans laquelle-est fixé, au moyen d'une bague -filetée 5, un siège tubulaire 6 d'axe X-X muni d'une collerette amont 7 qui vient en butée contre l'épaulement 4; ce siège présente, à son extrémité opposée à la collerette 7, une portée 8 à peu près tronconique sur laquelle l'obturateur 2 s'appuie de façon étanche lorsqu'il est en position de fermeture; c Le corps 1 comprend égalemeht une partie aval 1 à paroi interne 9 lisse, en forme de tonneau. La méridienne de la paroi 9 est définie par deux arcs de cercle de rayon R et de centres d1 et d2. L'obturateur 2, en majeure partie contenu dans la partie aval 1c du corps7 est une sphère de centre 0 percée d'un alésage excentré 10 a rainure il permettant le passage à travers cette sphère de l'arbre de manoeuvre cylindrique 3. muni d'une rainure 12 et d'une clavette 13. Comme on le voit sur la Fig. 2, cet arbre 3 traverse également des alésages 14 ménagés dans les parois 9 du corps 1 et permettant le logement de joints d'étanchéité 15.L'axe commun Y-Y des alésages 14, et par suite de l'arbre 3 r est orthogonal à l'axe X-X et décalé d'une distance a par rapport à cet axe, drue distance b vers l'aval par rapport au plan diamétral de l'obturateur 2 perpendiculaire à l'axe X-X lorsque cet obturateur est en position de fermeture, et d'une distance c vers l'amont par rapport à la section transversale maximale S de la partie aval 1c du corps tubulaire 1 (Fig. 3). L'arbre 3 --, solidaire en rotation de l'obturateur 2 grâce à la clavette 13, peut être manoeuvré de l'extérieur par un moyen quelconque (non représenté), par exemple par une manivelle, pour faire prendre à l'obturateur1 suivant sa position angulaire, une ppsition de fermeture (Fig. 1) ou l'une quelconque des positions d'ouverture représentées en traits mixtes à la Fig. 4. La rotation de l'arbre 3 entre la position de fermeture de l'obturateur et sa position d'ouverture maximale est de 90 ; au cours de cette rotation, le centre 0 de l'obturateur décrit un arc de cercle m n p. On voit que, quelle que soit sa position, l'obturateur 2 offre au fluideune surface d'attaque constante, qui est une calotte sphérique A représentée en grisé à la Fig. 3, et un profil aval également sphérique et constant. Comme on le voit sur la Fig. 4, grâce à la position convenablement excentrée de l'arbre 3 de manoeuvre par rapport à l'obturateur 2 et au corps tubulaire 1 (distances a, b, c de décalage), des rotations de l'arbre 3 suivant des angles compris à l'intérieur de l'angle au centre correspondant à l'arc m n (points m et n situés sur l'axe X-X),et même pour des angles légèrement supérieurs, provoquent un déplacement du centre 0 de l'obturateur 2 suivant un arc de cercle très voisin de l'axe-X-X et pouvant être, en pratique, assimilé à cet axe. Donc, pour une telle rotation de l'arbre 3 , l'obturateur 2 se déplace pratiquement en translation suivant l'axe X-X en s'éloignant ou en se rapprochant du siège 6, et cela sans qu'-il soit besoin d'employer des moyens de guidage rectiligne; ceci est une simplification considérable et, en outre, la disposition bien abritée de l'arbre 3 par rapport au fluide, en éliminant les risques de détérioration par entartrage ou agressions chimiques, constitue un avantage appréciable d'un tel robinet. D'une manière correspondante, comme la surface d'attaque A de l'obturateur 2 reste constante, il en résulte que la section de passage du fluide comprise entre la portée 8 et l'obturateur 2 est annulaire et varie de façon presque linéaire pour un déplacement m n, ou même un peu supérieur, du centre 0 de l'obturateur. I1 en résulte une grande facilité de réglage du débit du fluide. Par contre, pour une rotation du centre 0 correspondant à l'arc n p, l'obturateur 2 vient au contact de la paroi interne 9 de la partie aval 1c du corps tubulaire 1, et la déviation de l'obturateur par rapport à l'axe X-X est nettement sensible. Le robinet laisse alors passer un grand débit de fluide, mais l'écoulement est beaucoup moins régulier. La position optimale d'utilisation de ce robinet est donc celle, représentée à la Fig. 3 en traits pleins,pour laquelle le centre 0 de l'obturateur est en n. Au cours de la rotation de 900 de l'arbre 3,dans les différentes positions de l'obturateur 2 representées en traits mixtes sur la Fig. 4, la section annulaire de passage entre le corps 1 et cet obturateur se présente comme un convergent dans la zone B1 comprise entre le plan P amont perpendiculaire à l'axe X-X et tangent à l'obturateur et le cône dont la base est la portée 8 du siège tubulaire 6 et dont le sommet est le centre 0 de l'obturateur 2, et comme un divergent dans la zone B2 comprise entre ce cône et le plan Q aval perpendiculaire à l'axe X-X et tangent à l'obturateur 2 (Fig. 3).On voit que, à aucun moment, le fluide ne rencontre d'obstacle ou due décrochement perpendiculaire à sa direction f de progression,mais au contraire qu'il proqresse à travers un passage annulaire en forme de convergent-divergent qui est extrêmement favorable à un bon écoulement sans cavitation ou tout au moins avec le minimum de risque de cavitation. I1 est à noter encore que, grâce à l'excentrement judicieux de l'arbre 3 (décalages a, b, c), la venue en butée de l'obturateur sur la portée 8 du siège 6 se fait avec un minimum de frottement, puisque, lorsque lbn ferme le robinet, le déplacement du centre 0 de l'obturateur suivant un arc n m se terminant en m est pratiquement axial. La variante de la Fig. 5 diffère du mode de réalisation précédemment décrit en ce que, au lieu de comporter un siège rigide servant de portée à l'obturateur, le siège 6 comporte une partie aval 6a, servant de portée, en une matière souple plastique ou élastique, ce qui assure une très bonne étanchéité en position de fermeture, sans effort de coincement. La variante de la Fig. 6 diffère de la précédente en ce que, au lieu de comporter un siège fixé dans le corps 1, le robinet comporte un siège flottant 14 en matière rigide, par exemple métallique ou plastique, qui est fixé dans le corps 1 par l'intermédiaire d'un soufflet tubulaire 15 d'axe X-X. Lorsque l'obturateur vient au contact du siège 14, en position de fermeture, ce siège 14 se centre de lui-même sur l'obturateur sphérique. Ce centrage et l'étanchéité du dispositif sont améliorés par l'effet de pression amont du fluide sur le soufflet 15. Lorsque la différence entre la pression amont et la pression aval est élevée, les modes de réalisation précédents présentent tout de même des risques de cavitation. Pour les diminuer, l'obturateur 2 de la variante représentée à la Fig. 7 est traversé de part en part par au moins un conduit 16 de liaison amont-aval. Lorsque l'obturateur est en position de fermeture, le conduit 16 joint un point C de sa surface situé à l'aval de la portée 8 du siège 6 à un point D à peu près diamétralement oppose. La présence du conduit 16 n'empêche donc pas une fermeture étanche. Par contre, lorsque le robinet est ouvert, le point D est voisin de l'axe X-X, et le conduit 16 relie la zone amont, à haute pression, du robinet, à la zone aval, à plus faible pression, de ce robinet. Ceci permet de diminuer l'effet de vaporisation derrière l'obturateur, donc aussi la cavitation. Le conduit 16 peut être droits ou encore dévié comme représenté à la Fig. 7, en présentant a une partie coudée 16 formant un angle obtus avec le reste du con- duit 16. Dans la variante de la Fig. 8, au lieu de présenter une surface lisse, la paroi interne de la partie aval 1c du corps 1 présente des saillies annulaires internes 17 d'axe X-X, qui ont par exemple, ainsi que les gorges 18 qui les séparent, un profil trapézoïdal. Cette variante, intéressante également en cas de perte de charge élevée entre l'amont et l'aval, permet de fractionner la perte de charge totale en plusieurs pertes de charge plus faibles au droit de chaque saillie 17, ces saillies réduisant la section de passage du fluide. Par conséquent, la multiplicité des saillies 17 de détente limite les risques de cavitation, ainsi d'ailleurs que le bruit. Enfin, il faut remarquer que le robinet, sauf dans le cas de la variante de la Fig. 6 à siège flottant, peut fonctionner dans les deux sens d'écoulement 'du fluide, l'écoulement se faisant soit dans le sens de la flèche f, soit dans le sens inverse fl, le siège 2 étant dans ce dernier cas à l'aval de l'obturateur au lieu d'être à l'amont (Fig. 1). - REVENDICATI0NS I.- Robinet de réglage de débit, du type comprenant un corps de révolution muni d'un siege annulaire intérieur et un obturateur à surface d'attaque sphérique et mobile dans ce corps, au moyen d'un organe de manoeuvre, entre une position de fermeture, dans laqué il coopère avec le siège, et au moins une position d'ouverture, caractérisé en ce que l'obturateur (2) est entièrement sphérique et en ce que l'organe de manoeuvre comprend un élément (3) monté rotatif dans le corps (1) autour d'un axe qui, traversant l'obturateur~(2), est perpendrculaire à l'axe du corps (1) et est décalé par rapport à celui-ci, cet élément .(3); étant solidaire en rotation de l'obturateur (2). 2.- Robinet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la distance dudit axe de rotation au siège (6) est supérieure à la distance dudit siège (6) au plan diamétral de l'obturateur perpendiculaire à 1-' axe du corps (1) du robinet, lorsque l'obturateur (2) est en position de fermeture. 3.- Robinet suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit élément est un arbre de manoeuvre t3) qui traverse de part en part l'obturateur (2) et est claveté dans ce dernier. 4.- Robinet suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la forme du corps (1) du robinet est telle que le passage pour le fluide, lorsque l'obturateur est dans une position d'ouverture, est sensiblement annulaire et de section décroissante puis croissante. 5.- Robinet suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le corps (1) est en forme de tonneau. 6.- Robinet suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le siège (6) est en une matière rigide. 7.- Robinet suivant l'une quelconque des revendications a I à 5, caractérisé en ce que le siège (6) comporte une portée (6a) en une matière souple élastique ou plastique. 8.- Robinet suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le siège (14) est monté flottant à une extrémité d'un soufflet tubulaire (15) coaxial au corps du robinet et dont l'autre extrémité est fixée à ce corps. 9.- Robinet suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'obturateur (2) est percé d'un conduit (16) joignant deux points de sua surface (C-D). à peu près diamétralement opposés et situés d'un même côté du siège ( 6) lorsque l'obturateur (2) est en position de fermeture. 10.- Robinet suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ce conduit (16) est dans son ensemble rectiligne et pré a sente une courte partie coudée- à angle obtus (16a)-. 11.- Robinet suivant l'une quelconque des revendications 1 à 1?, caractérisé en ce que la paroi du corps (1) du robinet présente des saillies internes annulaires (17) coaxiales à ce corps. 12.- Robinet suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les saillies (17) ont un profil trapézoïdal, ainsi que les gorges (18) qui les séparent.