Brevet FR2253962A1 — publié le 19750704

La présente invention concerne un dispositif perfectionné de réglage du débit à travers les robinets à tournant sphérique, du type comportant essentiellement un corps, ou boisseau, contenant le tournant sphérique qui peut être actionné en rotation dans des sièges annulaires en concordance avec des orifices dt entrée et de sortie au moyen d4une tige de manoeuvre perpendiculaire au plan équatorial du tournant, et des brides extérieures reliant le corps aux canalisations de fluide. Ltinvention a, en particulier, pour objet des perfectionnements conçus spécialement dans le but dtobtenir le réglage maximal du débit, ce qui, dans les robinets courants à tournant ntest pas possible ou ntest possible que dans une mesure minime par le réglage du mouvement angulaire de la tige de manoeuvre. Des perfectionnements selon ltinveation sont caractérisés en ce que le passage du tournant sphérique pour la circulation dtun fluide à travers le robinet comporte au moins un orifice entrée ayant un contour en polygone sphérique, de façon telle que tous les points de ce contour soient tangents à la surface du siège du tournant afin qutll existe une coincidence maximale de contact superficiel entre-le tournant mobile et le corps fixe pour que la circulation du fluide vers ou depuis le tournant ait lieu exclusivement à travers les orifices du tournant qui à un moment donné sont totalement ou partiellement inscrits dans les orifices du corps du robinet. Les variations du débit à travers le robinet sont plus sensibles au réglage lorsque la dimension la plus importante présentée par ses orifices est dans le sens du plan équatorial pour occuper toute la largeur des orifices du corps. Les variations du débit à travers le robinet sont plus proportionnelles à l'angle de rotation du tournant lorsque le parallèlisme mutuel des bords du tournant situés dans le sens du plan équatorial est approché de plus près. le passage pour le fluide à travers le tournant peut avoir une section transversale uniforme sur toute sa longueur; dans dtautres cas la section transversale de ce passage varie dans le sens longitudinal. Suivant un mode de réalisation, le passage pour le fluide à travers le tournant est formé par deux rainures extérieures égales ltune à ltautre et diamétralement opposées dans lesquelles le fluide circule suceessivement de rentrée à la sortie, avec un passage intermédiaire par la chambre intérieure du robinet. Le passage pour le fluide à travers le tournant se trouve éventuellement en position excentrée. Suivant un mode de réalisation, le passage excentré comporte un prolongement la- téral pour être ouvert sur ltun des côtés du tournant par formation dtune rainure dans celui-ciO Dans autres cas, un passage excentré forme un sillon périphérique sur le tournant. Le passage pour le fluide à travers le tournant peut être constitué par plusieurs orifices traversant le tournant, pratiquement parallèles les uns aux autres et dont la somme des sections transversales correspond à la valeur de la section totale de passage. Le passage du tournant peut être obtenu par une opération mécanique. Dans dtautres cas le passage est obtenu par un fraisage soit latéral, soit simplement périphérique. Il est possible aussi dtobtenir ce passage par un perçage simple, par un perçage et un fraisage ou par un perçage et une fermeture partielle de l'une ou des deux ouvertures. tes caractéristiques de 11 invention ressortiront plus particulièrement de la description qui va suivre, donnée à titre dXexemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels Six.1 montre en coupe par le plan équatorial un dispositif obturateur à tournant sphérique d'un robinet ordinaire, en position de demi-ouverture, Fig.2 est une coupe suivant -la ligne Il-Il de la figure 1, Fig.3 est une vue en perspective dtun tournant sphérique selon un mode de mise en oeuvre de lsinvention, Fig.4 à 6 sont des coupes montrant le tournant dtun robinet selon l'invention en trois positions différentes, Fige 7 à 9 sont des vues en élévation de trois tournants sphériques caractéristiques selon llinvention avec différentes formes de passages, Fig.7a à 9a sont des coupes suivant les lignes VIIa-VIIa UDSa-VIIIaet Ila-IXa, respectivement, des figures 7 à 9, Fig.10 est une vue en élévation d'un tournant sphérique selon un autre mode de mise en oeuvre de ltinvention, comportant des passages symétriques, Big.10a et 10b sont des coupes du tournant de la figure 10 en positions dlouverture et de fermeture, respectivement, Fig.11 est une coupe, par son plan équatorial, d'un tournant sphérique selon un autre mode de mise en oeuvre de llin- vention, avec un passage de section croissante, Fig.12 est une coupe d'un tournant sphérique selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention avec un passage de section régulière muni d'un bouchon percé d'un orifice, Fig43 est une coupe dtlln tournant sphérique selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention ayant un passage de section rectangulaire combiné avec un fraisage pour former orifice entrée, 1?ig.14 est une coupe suivant la ligne XIV-XIV de la figure 13, Fig.15 est une vue en élévation de côté, partiellement en coupe, dtun robinet à tournant sphérique selon l'invention, Fig.16 est une vue en élévation du côté avant du robinet de la figure 15, et Fig.17 et 18 sont des coupes de robinets à tournants sphériques selon dtautres modes de mise en oeuvre de ltieven- tion avec des différences de construction par rapport au robinet de la figure lSo Le robinet à tournant sphérique représenté sur les figures 15 et 16 comporte essentiellement un corps 1 dans lequel est logé le tournant sphérique 2, et qui comporte une partie supérieure en forme de col, 3, pour ltaccouplement du levier de commande 4 qui traverse un presse-étoupe 5 comprimant une étoupe 6. Ltaccouplement entre le levier 4 et le tournant sphérique 2 est assuré par une tige de manoeuvre 7 fixée au levier et dont l'autre extrémité est engagée dans une rainure 8. Le levier 4 est fixé à la tige de manoeuvre 7 par un écrou 9. Le corps i est muni de brides Il pour le raccordement à l'amont et à ltaval de la canalisation par les embouts 12 des brides 11. Le corps 1 est fixé entre les brides Il par des flasques 17 des brides 11 portant sur le corps 1 et par des goujons filetés 15 et des écrous 16 qui serrent.les brides Il l'une vers autre sur les côtés opposés du corps 1. Les fuites de fluide entre le corps 1 et les-brides 11 sont empêchees par des points annulaires élastiques 25 logés dans des rainures du corps 1. Le tournant sphérique 2 est logé dans la cavité centrale du corps 1 par l'intermédiaire d'anneaux 22 formant des sièges qui comportent une face plane 23 et une face -sphérique 24 pour recevoir le tournant 2o La figure 17 rèprésente un robinet à tournant sphérique selon un autre mode de mise en oeuvre de ltinvention, suivant lequel le levier de commande 4 est fixé à la tige de manoeuvre 7 par une clavette 100 Dans ce cas, les brides 11 sont remplacées respectivement par un prolongement venu de matière du corps 1 et une partie annulaire 19 dans laquelle est vissé le prolongement 18' dtun raccord 18. La figure 18 représente un robinet selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel le corps 1 comporte un siège sphérique venu de matière 21 pour recevoir le tournant sphérique 2 sur un côté, et un anneau 22 formant un siège pour l'autre côté du tournant. Une seule bride 11 est fixée au corps du robinet 1 par des vis 14 et les brides 11 et le corps 1 peuvent comporter des parties élargies circulaires 20 pour la fixation aux canalisations comportant des brides similaires. Dans les robinets décrits ci-dessus, la rotation du tournant 2 par la manoeuvre du levier 4, ou dtun volant, est dtun quart de tour, cette rotation étant limitée par un élément de butée 26 du levier 4 qui bute contre des butées 27 du col 3. Conformément à l'invention, le tournant sphérique 2 a une sphéricité à peu pres totale, interrompue uniquement en dehors de la rainure d'accouplement 8 par les entrées 30 dten- trée et de sortie du passage 31 pour le fluide, le passage 31 et les entrées 30 pouvant être égaux ou de sections différentes de sorte que le contact entre le tournant sphérique et le siège 24 de l'anneau 22 ou le siège 21 du corps 1, est pratiquement constant? ce qui constitue ltessence de la présente invention du point de vue de la possibilitE dtobtènir un réglage complet du passage du fluide pour tout le mouvement angulaire du tour nant sphérique 2 sous ltaction du levier 4. Un type entrée convenable pour le réglage correct du débit, est constitué par le polygone sphérique 32 représenté sur la figure 3, ce polygone étant délimité par deux plans parallèles à l'équateur et deux autres plans perpendiculaires aux premiers0 De cette façon, les entrées planes 33 ne permettant pas le réglage du débit des robinets antérieurs à tournants sphériques sont supprimés. Le passage du tournant sphérique 2 peut avoir une section transversale importante ou bien équivalente à celle des ouvertures 12 des brides Il ou du prolongement 13 du corps 1, suivant le cas, ou bien une section réduite à une valeur égale à celle des entrées 30o Les entrées 30 du tournant 2 sont obtenues par la forme en polygone sphérique 32 et aussi, suivant d'autres modes de réalisation, par exemple par des formes rectangulaires, trapé zoidales, ovales, elliptiques, plusieurs orifices parallèles ou avec autres formes non représentées sur les figures; une autre solution consiste à établir les entrées en question au moyen de bouchons 34 percés, qui ferment partiellement des passages 31 du type large. Le passage intérieur 31 du tournant sphérique peut aussi être obtenu en formant une fente ouverte 35 dtun profil déterminé, comme le montre la figure 8, ou par une simple rainure périphérique 36 de la façon représentée sur la figure 9 ou par deux rainures 37 symétriques. En établissant le profil des entrées 30, il convient de donner à celles-ci une largeur supérieure entre les méridiens pour couvrir sensiblement la dimension de ltouverture 38 de ltaeneau 22; cela permet que cet orifice facilite une marge maximale de réglage du débit0 Dans le cas des entrées simples 30, 35 et 36 la rotation a lieu sur un quart de tour et dans le cas de entrée double 37 sur un huitième de tour. Dans ce dernier cas la circulation du fluide a lieu à travers la chambre intérieure 39 du robinet de la façon indiquée par les flèches sur la figure 10a. Les figures 1 et 2 montrent la comparaison entre le comportement d'un tournant sphérique ordinaire 2L et celui d'un tournant sphérique 2 selon ltinvention, le premier comportant un passage czlindrique 31A avec des entrées de même section que le passage, ce qui donne lieu à la formation de plats 33, de sorte que quand le robinet est partiellement ouvert dans la position représentée, le réglage ncest pas possible du fait que toute l'amplitude de l'entrée communique avec l'ouverture 38. Par contre, comme il apparat sur les figures 4 à 6 lt entrée 30 est maintenue en contact avec la surface sphérique 24 de l'anneau 22 en position d'obturation totale ou partielle, seule la partie se trouvant en face de ltouverture 38 restant ouverte; il est par suite possible de régler le débit en fonction du degré de rotation du tournant 2, en utilisant le levier de commande 4. Pour obtenir un débit croissant ou décroissant réguliere- ment en proportion arithmétique par rapport à l'angle de rotation du tournant 2 dans le sens correspondant, la dimension du tournant doit être constante dans le sens du plan équatorial E-E'. D'autres formes de tournants sphériques proportionnent un débit croissant ou décroissant en différentes proportions et dans ces cas elles ont des sections particulières telles que celles représentées par les variantes figurant aux dessins. Tou- tefois, dans tous ces cas, on obtient un réglage commandé.Le même résultat est obtenu avec les passages formés par la fente 35 ou la rainure 360 les tournants sphériques 2 peuvent avoir une seule extrémité à ouverture pour le réglage du débit selon les exemples ci dessus, de préférence à ltentrée,-le -le tournant sphérique 2 pou- vant comporter un passage 31 avec une entrée 30 et une autre entrée circulaire dans un plan 33 suivant les modes de réalisation habituels. le passage 31 peut avoir un profil 40 croissant ou décroissant, de la façon représentée sur la figure 11. il est possible aussi que le passage du tournant 2 soit cylindrique de la façon représentée en 51A, sans percer ltune des extrémités, l'ouver- ture étant constituée par une fente fraisée 41. Pour résumer, le passage du tournant sphérique 2 peut être obtenu par un usinage permettant de réaliser des orifices du type polygonal 32, par fraisage latéral pour obtenir la fente 35, par fraisage périphérique pour obtenir les rainures 36, par perçage simple ou combiné avec un fraisage 41 ou par perçage et fermeture avec des bouchons 34. Bien entendu, la description qui précède ntest pas limitative, et il va de soi que l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que llon sorte de son cadre. IoeVENI)IÙÂoeiON 1.- Dispositif pour régler le débit dans les robinets à tournant sphérique, du type comportant un corps fixe servant de logement à un tournant sphérique que l2on peut faire tourner dans des sièges annulaires pour concorder avec les ouvertures entrée et de sortie au moyen dtune tige de manoeuvre perpendiculaire au plan équatorial du tournant, le robinet comportant des brides extérieures pour le raccordement du corps du robinet à la canalisation de fluide, dispositif caractérisé en ce que le passage du tournant sphérique pour la circulation du fluide à travers le robinet comporte au moins un orifice a'entrée ayant un contour en polygon tphérique, afin que tous les points de ce contour soient tangents à la surface du siège du tournant sphérique pour qutil existe une conncidence maximale de contact superficiel entre le tournant sphérique mobile et le corps fixe, afin que la circulation du fluide vers ou depuis le tournant sphérique ait lieu exclusivement à travers les orifices du tournant sphérique qui à un moment donné sont totalement ou partiellement inscrits dans les orifices du corps du robinet0 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variations du débit à travers le robinet sont plus sensibles au réglage quand les entrées ont 12extension maximale dans le sens du plan équatorial afin dtoccuper toute la largeur des orifices du robinet0 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variations du débit à travers le robinet sont plus proportionnelles à l'angle de rotation du tournant sphérique quand le paràllèlisme mutuel des bords situés dans le sens du plan équatorial est le plus approché. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage pour le fluide à travers le tournant sphérique a une section transversale uniforme sur toute sa longueur. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage pour le fluide à travers le tournant sphérique a une section transversale variant sur sa longueur. 6.- Dispositif selon ltune des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le passage pour le fluide à travers le tournant sphérique est constitué par deux rainures extérieures égales l'une à l'autre, et diamétralement opposées, à travers lesquelles le fluide circule successivement de Entrée à la sortie, avec passage intermédiaire par la chambre intérieure du corps du robinet, qui dans ce cas fait communiquer les rainures en position dtouverture. 7.- Dispositif selon la revendicatton 5, caractérisé en ce que le passage pour le fluide à travers le tournant sphérique est excentré. 8.- Dispositif selon laune des revendications I et 7, caractérisé en ce que le passage excentré comporte un prolongement latéral ouvert sur un côte du tournant sphérique pour former une fente dans celui-ci. 9.- Dispositif selon laune des revendications 1 et 7, caractérisé en ce que le passage excentré est formé par une rainure pratiquée à la périphérie du tournant sphérique. 10.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage pour le fluide à travers le tournant sphérique est formé par plusieurs trous traversant le tournant et pratiquement parallèles les uns aux autres, la somme des sections transversales de ces trous formant la section totale de passage à travers le tournant sphérique. 11.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage du tournant sphérique est formé par une opération dtusinage mécanique. 12.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage du tournant sphérique est formé par des opérations de fraisage, soit latérales, soit simplement périphéri quels, 13.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage du tournant sphérique est obtenu par une opération de perçage, soit simple, soit en combinaison avec un fraisage pour former ltouverture entrée. 14.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage du tournant sphérique est formé par perçage et application au moins à l'ouverture entrée d'un bouchon comportant un orifice de passage0