Brevet FR2308035A1 — publié le 19761112

La présente invention est relative A un robinet 9 boisseau sphérique d'un type nouveau. On sait que les robinets à boisseau sont souvent préférés aux robinets à clapet car ils n'introduisent pas de pertes de charge dans la canalisation0 L'étanchéité entre les éléments fi zes et les éléments tournants de ce type de robinet est assure par des Joints ou garnitures. En particulier, on utilise habituel- lement une couronne en élastomère, par exemple en polytétraflueréthylène. Ce joint est disposé entre le corps fixe du robinet i boisseau et la bride tournante. Malheureusement, les élastomères connus ne supportent pas une utilisation permanente à des tempé- ratures supérieures à 200 C. D'autres systèmes d'étanchéité ont été créés pour des robinets i boisseau sphérique. Cependant, leur complexité, leur prix de revient élevé et leur fiabilité douteuse ne permettent d'utiliser industriellement de tels robinets que pour des applications très liit La présente invention a peur but d'éviter ces inconvénients et de réaliser un rebimet à boisseau sphérique, peu onéreux, utilisable à température élevée et dont la construction simplifiée assure une étanchéité parfaite tout en facilitant les opérations d'entretien. Un robinet à boisseau sphérique selon l'invention comprend un levier de manoeuvre agissant sur une tige logée dans un corps fi xe mont entre deux brides, l'extrémité de la tige commandant l'orientation d'une sphère tournant entre les extrémités en regard de deux brides de liaison, et il est caractérisé en ce qu'un siige déformable métallique est disposé entre la sphère tournante et chacune des brides du corps de façon à assurer un contact permanent et élastique, donc une étanchéité constante entre la sphère mobile d'une part, et les douz brides fixes d'autre part, tandis que des moyens d'étanchéité métalliques sont montés entre le corps et les brides du robinet et entre le corps et la tige de manoeuvre. Suivant une autre caractéristique le siège dformable est constitué par au moine une feuille de métal roulée et repliée pour former un tore creux, fendu suivant an diamètre longitudinal, dispesé entre la sphère tournante et un logement usiné dans l'extrémité de la bride correspondante. L'élasticité métallique et la fente longitudinale assurent le compensation des variations de dilatation lors d'une élévation de température.Les dimensions du corps métallique d'étanchéité, la nature des métaux ou alliages employés et les traitements de surface appliqués sur les parties frottantes sont prévus pour résoudre la majorité des problèmes rencontrés, en particulier dans des conditions d'emploi difficiles (fluide corrosif ou abrasif, température élevée, pros- sion élevée...). Suivant une autre caractéristique, le siège métallique teri- que est constitué par doux fourreaux déformables, emmanchés l'un dans l'autre, et par un ressort continu définissant une hélice sur la surface terique intérieure, ce ressort hélicoïdal amélio- rant l'élasticité transversale du siège. Lorsque le robinet est monté, ce siège est en contact avec la sphère suivant un pronier cercle longitudinal et avec la bride suivant un second et un troisième cercles longitudinaux entre lesquels est située l'ouverture du tore. Chacun dos fourreaux peut également présenter une fente transversale::ils sont alors décalés peur garantir l'é- tanchétité. Suivant une autre caractéristique, l'extrémité de chacune des brides du corps est usinée de façon que, ai l'on applique la sphère tournante du robinet sur cette surface, les manoeuvres de sécurité du robinet peuvent être réalisées avea une étanchéité suffisante. Ceci 50 produit dans le cas d'une déformation permanente du Joint métallique ou dans l'hypothèse de son écrasement aecidentel. Suivant une autre caractéristique des Joints toriques précontraints, du type décrit précédemment, sont disposés entre le corps et la tige de manoeuvre du robinet pour assurer une étan- chéité totale à très haute température de fonctionnement. La précontrainto est, ici, obtenue par le serrage d'un écrou appelé écrou do fouloir. I1 est bien entendu que, sans sortir du cadre de l'invention on peut modifier la liaison entre le levier de manoeuvre et la sphère tournante du robinet, la forme des brides et des logements des sièges toriques d'étanchéité, ainsi que la structure de ces sièges Ou Joints toriques. Les principaux avantages de l'invention sont les suivants - emploi des robinets à boisseau sphérique (pas de pertes de charge) pour des températures et/ou des pressions élevées, pour des installations dangereuses, ceci étant permis par la double sécurité centre le feu (sécurité-feu) assurée par le siège métallique et l'usinage des extrémités des brides - simplification de la construction du robinet, prix de re- vient abaissé, encombrement réduit - facilité et rapidité des opérations d'entretien, les sièges ou joints toriques étant entièrement interchangeables. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques do l'invention0 Figure 1 est une coupe méridienne d'un robinet à boisseau sphérique selon l'invention. Figure 2 est une vue agrandie du détail A (fig. 1). Figure 3 illustre la position des pièces lors d'un fonctionnement normal. Figure 4 illustre la "sécurité-feu" permis par l'usinage de la bride. Figure 3 est une vue en perspective avec coupe partielle du joint torique déforsable. Figure 6 montre une variante du robinet à boisseau sphérique. Le robinet 1 à boisseau sphérique comprend un corps 2 portant une saillie extérieure dans laquelle est montée une tige de ma- noeuvro 3 actionnée à partir d'un levier 4. L'erget inférieur 5 de la tige coopère avea un évidement 6 pratiqué dans la face externe d'une sphère 7 évidée suivant un orifice cylindrique axial 8. Le corps 2 est vissé, 9 chacun de ses côtés, sur des brides latérales 9 et 10 munies chacune d'une ouverture axiale 11 et 12 représentant le diamètre de la canalisation de fluide. La sphère tournante 7 du robinet 1 est disposée entre les extrémités en regard des deux brides 9 et 10, Des joints d'étan- chéité, constitués par des tores métalliques, creux, défermables 13 et 14 assurent le contact permanent entre la face extèrne de la sphère 7 et l'extrémité de chacune des brides 9 et 10, ainsi que nous le verrons plus loin. De mSmo, des joints métalliques 13 et 16 assurent l'étanchéité entre le corps 2 et chacune des brides 9 et 10. La tige de manoeuvre 3 tourne à l'intérieur de la saillie du corps 2. L'étanchéité entre ces doux pièces est assurée par une garniture métallique 17 surmontée d'une étoupe 28 également appelée fouloir, comprimée par le serrage d'un écrou 29 vissé sur la face externe filetée de la saillie du corps (fig. 1). Ainsi, de façon connue, l'orientation de la sphère 7 et de son orifice 8, c'est-à-dire l'ouverture ou la fermeture du robi net est commandée à partir du levier 4, lequel entraîne la tige 3 en rotation. La sphère 7 tourne aveo l'ergot polygonal 5 soli- daire de la tige 3. Sur la figure 1, le robinet est illustré on position ouverte. On notera que tous les éléments d'étanchéité (joints toriques, garnitures...) sont métalliques et permettent l'utilisation du robinet pour des fluides à température élevée. Cependant, les métaux ou alliages dans lesquels sont constitués d'une part les brides de liaison, d'autre part la sphère tournante et enfin les joints d'étanchéité présentent le plus souvent des coefficients de dilatation différents les uns des autres. La structure et la construction des joints toriques assurent un contact permanent entre la sphère mobile et les brides de liaison, si bien que l'étanchéité est garantie quelle que soit la tempé*ature de fonc- tionnement (fig. 2). Les figures 2 et 5 montrent la structure d'un Joint torique déformable 13. Ce Joint est composé, de l'extérieur vers l'inté- rieur, d'un premier feuillard 18 et d'un second feuillard 19 enroulés sur eux-mêmes pour former un tere métallique présentant une fente 20 suivant un cercle longitudinal. On dispose un fil ressort 21 continu à ltintérieur du feuillard intérieur pour obtenir ainsi sur la surface torique, un ressort hélicoïdal ame; liorant l'élasticité du Joint. La pièce déformable torique 13 est disposée dans un logement 22 usiné dans l'extrémité de la bri- de 9.Lorsque la sphère 7 est mise en place (fig. 2), le Joint 13 est comprimé et en appui suivant un premier cercle longitudinal 23 sur la face externe do la sphère 7. il repose sur les parois du logement 22 suivant un deuxième et un troisième cercles longitudinaux 24 et 23 entre lesquels est située la fente 20. Le fonctionnement est le suivant s A basse température, le Joint torique 13 (ou 14) est compri mé entre la sphère 7 et la bride 9 (ou 10). Il se déforme grâce à l'élasticité métallique des feuilles 18 et 19 et du ressort 21. Cette déformation élastique est permise par la fente 20. Lorsqu'un fluide à haute température traverse les canalisations deux cas peuvent se présenter t a) la distance entre la face externede la sphère 7 et les faces du logement 22 diminue. Le Joint torique métallique 13 subit une compression supplémentaire absorbée par la déformation élastique autorisée par la fente longitudinale 20 et les qualités mécaniques des constituants métalliques du Joint ou siège tori que. b) la distance entre sphère 7 et la bride 9 augmente. Le Joint 13 étant précontraint, le contact et l'étanchéité en 23, 24 et 25 sent conservés par "expansion" du tore qui augmente do diamètre. Les lèvres de la fente 20 s'éloignent l'une de l'autre tandis que l'expansion est facilitée par la réaction du ressort hélicoïdal 21. Dans le cas où, par accident, une déformation permanente du joint métallique ou un écrasement de ce joint se preduit, les manoeuvres indispensables du robinet sent cependant permises. En effet, l'extrémité des brides 9 (ou 10) a été usinée on fonction de la surface externe do la sphère 7, do façon à former un siège 26 sur lequel la sphère 7 peut venir en contact tournant (fig. 3 et 4).Ou a ainsi une double sécurité-feu, la première étant assurée par les Joints toriques métalliques défermables (fig. 3) et la seconde par l'usinage approprié 26 de l'extrémité do cha- que bride (fig. 4). En outre, on remarquera que le remplacement d'une pièce défectueuse est extrêmement rapide et aisé. De plus, les matériaux mis en oeuvre peur la fabrication des parties frottantes (brides 9 et 10, sphère 7, Joints ou sièges métalli- ques déformables 13 et 14) serent cheisis en fonction de la nature des fluides et des conditions d'emplei.Par exemple, on peut utiliser une sphère on acier inoxydable au nickel chromo. Cette sphère peut re@eveir un traitement de surface destiné à faciliter son mouvement par rapport aux sièges ou Joints métal- liques 13 et 14 on nickel. L'ensemble de ces caractéristiques permet d'utiliser des robinets à boisseau sphérique sur dos ius- tallations destinées à transporter des fluides corrosifs ou abra- sifs à des températures et pressions élevées. On a représenté sur la figure 6, une variante d'un robinet à boisseau sphérique suivant l'invention. La garniture métallique entre le corps 2 et la tige do manoeuvre 3 est remplacée par un Joint torique métallique déformable 27 dont la structure est identique aux sièges 13 et 14. La précontrainte du Joint torique creux 27 est obtenue par l'intermédiaire d'un fouleir 28 serré à l'aide d'un écrou 29 vissé sur la paroi externe filetée de la saillie du corps 2. Le siège torique 27 est en appui suivant treis cercles longitudinaux, premièrement sur le fouloir 28, deuxième- ment sur le corps 2 et enfin sur la tige de manoeuvre 3. La fente 27a s'ouvre entre le premier et le second cercles d'appui. Il est bien entendu que les modes de réalisation illustrés par les dessins ne sont pas limitatifs. Toute construction dcun robinet à boisseau sphérique utilisant une double sécurité-feu assurée par un usinage des brides de liaison d'une part, et par des Joints toriques, élastiques, métalliques d'autre part, ne sortirait pas du cadre de l'invention dont l'intérêt principal est de permettre d'étendre l'emploi des robinets a boisseau sphérique. REVENDICATION S 1. Robinet à boisseau sphérique comprenant un levier pour la manoeuvre d'une tige logee dans un corps fixe monté entre deux brides, l'extrémité intérieure de la tige commandant l'orienta- tion d'une sphère tournant entre les extrémités en regard des douz brides, caractérisé en ce qu'un siège déformable métallique est disposé entre la sphère tournante et chacune des brides du corps de façon à assurer un contact permanent et élastique, donc une étanchéité constante entre la sphère mobile d'une part, et les deux brides fixes d'autre part, tandis que des moyens d'étant chéité métalliques sont montés entre le corps et les brides du robinet, et entre le corps et la tige de manoeuvre. 2. Robinet à boisseau sphérique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque siège déformable est constitué par, au moins, une feuille métallique, roulée et repliée pour former un tore creux, fendu suivant un diamètre longitudinal, disposé entre la sphère tournante et un logement usiné dans l'extrémité de la bride correspondante. 3. Robinet à boisseau sphérique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ltélasticité métallique du siège, ou joint torique et la largeur do la fente longitudinale sont prévues pour compenser les variations de dilatation lors d'une utilisation à température élevée, et garantir l'étanchéité entre la sphère et les brides, quelles que soient les conditions d'emploi du robinet a 4. Robinet à boisseau sphérique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque siège ou joint métallique torique est constitué par deux fourreaux déformables, emmanchés l'un dans ltautre, et par un ressort continu définissant une hélice sur la surface torique inférieure, ce ressort hélicodal améliorant l'élasticité transversale du siège. 5. Robinet à boisseau sphérique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutun siège est en contact avec la sphère suivant un premier cercle longitudinal et avec la bride correspondante suivant un second et un troisième cercles longitudinaux entre lesquels est disposée la fente longitudinale du tore déformable. 6. Robinet à boisseau sphérique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chacun des fourreaux du siège présente une fente transversale, la fente du fourreau inférieur étant alors décalée longitudinalement par rapport à la fente du fourreau extérieur pour garantir l'étanchéité. 7. Robinet à boisseau sphérique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 11 extrémité de chacune des brides du corps est usinée de façon que, ai l'en applique la sphère tournante du robinet sur cette surface, les manoeuvres de sécurité du robinet peuvent être réalisées avec une étanchéité suffisante, mtme dans lthypothèse d'un écrasement accidentel des joints toriques. 8. Robinet à boisseau sphérique suivant l'une quelconque des revendications précEdentes, caractérisé en ce que des sièges ou joints toriques, déformables, précontraints, sont disposés entre le corps et la tige de manoeuvre du robinet pour assurer une étanchéité totale à très haute température do fonctionnement, la précontrainte étant obtenue par le serrage d'un écrou fileté.