Brevet FR2305663A1 — publié le 19761022

Dans la technîque des procédés chimiques, on utilise couramment des robinets, tels que des robinets à billes ou à clapets, dans lesquels le siège de fermeture est constitué par un anneau en polytétrafluoréthylène. Cet anneau est ensuite appliqué sur un épaulement formé par un évasement. Mais, dans ces robinets, il existe le risque que L'anneau, quand le passage du robinet est traversé par un fluide très chaud, se déforme vers l'intérieur par suite de la dilatation thermique et soit endommagé ensuite par l'élément de fermeture pendant la fermeture du robinet. On connaît de plus des robinets à élément sphérique dans lesquels le corps présente une bride annulaire qui est munie, à son extrémité tournée vers le boisseau sphérique, d'un évasement dans lequel est placé un anneau en caoutchouc. La surface intérieure de la bride et L'évasement contenant le caoutchouc sont recouverts d'un tube en polytétrafluoréthylène dont les extrémités sont recourbées, s'appuient sur les deux faces de la bride et y sont fixées. La portion du tube en polytétrafluoréthylène recouvrant l'anneau en caoutchouc constitue alors le siège de fermeture du robinet. Comme le tube dans l'ouverture et autour du siège est seulement appuyé librement à la bride, il existe également dans cette réalisation, en cas d'échauffement du robinet, le risque que le tube stéloigne par endroit de la bride et soit ainsi endommagé par le boisseau. Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif d'arrêt ou de dérivation d'un fluide en écoulement avec un revêtement en polymère contenant du fluor, dans lequel le revetement en polymère ne se déforme pas, meme aux températures élevées. L'invention concerne donc un dispositif d'arret ou de dérivation d'un fluide en écoulement, avec un corps et au moins un anneau métallique fixé dans le corps ou constituant une partie de celui-ci, cet anneau étant muni dtun revetement en polymère contenant du fluor et formant siège de fermeture, notamment un revetement en polytétrafluoréthylène, fluoréthylènepropylène ou trifluormonochloréthylène. Le dispositif de l'invention est caractérisé en ce que l-'anneau présente au moins une rainure annulaire dans laquelle est ancré le revetement en polymère. La rainure annulaire est avantageusement profilée de façon qu'au moins un de ses flancs forme un angle aigu avec la portion de la surface de l'anneau qui lui est contigus. Le revetement en polymère peut etre appliqué par un procédé de moulage de transfert tel qu'il s'applique de façon étanche contre les flancs de la rainure, afin de constituer un bon ancrage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une coupe schématique au travers d'un robinet avec un clapet de fermeture oscillant; - la figure 2 représente à une échelle agrandie un détail en coupe de la figure 1; - la figure 3 représente une coupe schematique au travers d'un robinet à élément sphérique; et - la figure 4 représente à une échelle agrandie un détail en coupe de la figure 3. La figure 1 représente un robinet à clapet avec un corps désigné globalement par 1. Celui-ci comporte un anneau métallique 2 dont l'ouverture est désignée par 2a. Celle-ci est munie d'un évasement 2b. Dans la surface radiale limitant l'évasement, on a tourné une rainure annulaire 2c. A 1 'évasement 2b se raccorde un autre évasement 2d qui forme une extrémité de l'ouverture 2a. L'extrémité intérieure de l'évasement 2d est constituée également par une surface radiale qui est munie de plusieurs trous taraudés 2e répartis régulièrement sur un cercle et arallèles à l'axe de l'ouverture. Sur sa face opposée à l'évasement 2d, l'anneau métallique 2 présente une rainure annulaire 2f. L'anneau métallique 2 est muni de plus d'un perçage radial 2 qui présente à son extrémité extérieure un évasement 2h. La paroi latérale de l'anneau métallique 2 présente de part et d'autre une surface plane 2i, 2k. Le corps comporte de plus deux plaquettes 3 et 4 qui s'appuient aux surfaces planes 2i, 2k. Les deux plaquettes 3 et 4 sont vissées sur l'anneau 2 au moyen de vis 5 dont une seulement est représentée sur la figure 1. La plaquette 3 présente un perçage 3a aligné avec le perçage 2g. Dans l'ouverture 2a est disposé un clapet de fermeture 6 qui comporte sur un coté une saillie 6b munie d'un perçage 6c. Celui-ci contient un tourillon oscillant 7 qui est fixé à l'aide d'une goupille 8 et qui traverse les perçages 2 et 3a. Le tourillon 7 comporte un collet 7a qui repose sur un joint d'étanchéité 10 placé dans l'évasement 2h du perçage 2g. Entre le collet 7a et la plaquette 3, on a disposé un manchon 9 qui porte le tourillpn 7. L'extrémité du tourillon 7 dépassant la plaquette 3 a la forme d'un quatre pans 7b. Sur celui-ci, on a enfilé une poignée 11 fixée au moyen d'une goupille. Sur son cOté opposé à la poignée 11, le clapet 6 est muni d'un autre tourillon non visible qui est aligné avec le tourillon 7 et également porté par un manchon dans l'anneau 2. Dans les deux évasements successifs 2b, 2d de l'ouverture 2a, on a inséré un anneau métallique 12 étagé en conséquence dont une portion est représentée à une échelle agrandie sur la figure 2. La face extérieure de l'anneau 12 est désignée par 12a et elle affleure la face de l'anneau 2. Ltanneau 12 comporte plusieurs perçages à gradins 12b, parallèles à l'axe de l'ouverture 2a et alignés avec les trous taraudés 2e. Dans ces perçages 12b sont enfoncées des vis 13 qui fixent l'anneau 12 sur le corps 1. La face 12a est munie entre les perçages 12b et l'ouverture centrale 12d de l'anneau d'une rainure annulaire 12c. L'ouverture 12d de l'anneau 12 constitue avec l'ouverture coaxiale 2a le passage du robinet. L'ouverture 12d présente à son extrémité extérieure, c'est-à-dire à proximité de la face 12a, une courte portion cylindrique 12e. Celle-ci est munie d'une rainure annulaire 12f. Les deux flancs 12g de la rainure annulaire 12f forment chacune un angle aigu avec la portion contiguë de la surface intérieure cylindrique 12e. En d'autres termes, la rainure 12f est donc une rainure en queue d'aronde. A l'extrémité intérieure de la portion cylindrique 12e se raccorde un évasement conique à gradins 12h qui est muni d'une rainure annulaire 12i de profil rectangulaire. Là où l'évasement conique 12h se prolonge dans la face radiale 12n formant l'extrémité intérieure de l'anneau 12, on a disposé une autre rainure annulaire 12k. Celle-ci présente deux flancs opposés. Le plus extérieur de ces deux flancs est désigné par 12m et forme un angle aigu avec la surface radiale contiguë 12n de l'anneau 12. Dans la rainure 12i est disposé un anneau 14 à élasticité de caoutchouc, c'est-à-dire en élastomère, de préférence un caoutchouc de silicone, qui dépasse légèrement de la rainure 12. La surface intérieure limitant l'ouverture 12d et la surface radiale 12n de l'anneau sont recouvertes d'un revetement d'une seule pince 15 en polymère contenant du fluor, de préférence en polytétrafluoréthylène. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le revetement 15 remplit complètement les deux rainures 12f et 12k et s'applique de façon particulièrement étanche à leurs flancs. Le revetement 15 recouvre également l'anneau en élastomère 14 et s'appuie de façon étanche sur sa portion dépassant de la rainure 12i. La portion du revetement 15 recouvrant l'anneau 14 présente sur le côté intérieur tourné vers le passage une surface légèrement conique ou en forme de zone sphérique qui constitue le siège de fermeture 15a du robinet. Le clapet de fermeture 6 comporte une surface 6a conjuguée, conique ou en forme de zone sphérique, qui, dans la position de fermeture représentée sur la figure 1, s'appuie à la surface 15a,de-façon que le passage 2a, 12d soit fermé de façon étanche. Quand la poignée 11 est tournée de 90 , le clapet 6 se met dans sa position de passage, dans laquelle il libère le passage. Le revetement en polymère est réalisé par un procédé de moulage de transfert à l'aide de moules appropriés. Comme il remplit complètement, ainsi qu'on l'a déjà indiqué, les rainures 12f et 12k, il est ancré sur les deux cOtés du siège 15a, de façon qu'il ne puisse être enlevé sans dommage. L'ancrage dans la rainure 12f à queue d'aronde empêche notamment que le revêtement 15 ne se déplace radialement en direction de l'axe des ouvertures 2a, 12d. La rainure 12k empêche notamment des déplacements en direction axiale. Grace à cet ancrage le revetement ne se sépare pas de l'anneau métallique 2, meme s'il se dilate à la suite d'un échauffement. Le robinet peut donc etre utilisé sans plus pour l'arrêt de fluide à une température allant jusqu'à environ 3000C. Il est avantageux que la portion du revêtement 15 formant le siège 15a soit relativement mince, c'est-à-dire que son épaisseur atteigne au maximum environ 3% de la dimension libre du siège. L'anneau 14 en élastomère placé en dessous du revetement 15 assure au siège une certaine élasticité. Dans la rainure 2c, on a placé un joint d'étanchéité 16 qui rend étanches les deux anneaux 2 et 12 l'un par rapport à l'autre. Four le montage dans une canalisation, le robinet est fixé par un accouplement à serrage ou par des vis de façon que ses deux faces s'appuient chacune sur la face correspondante d'un élément de canalisation. On peut ensuite placer dans les rainures 2f et 12c des joints d'étanchéité servant à étancher la liaison. Sur la figure 3, on a représenté un robinet à élément sphérique. Ce robinet comporte un corps 21 avec un anneau métallique 22 et deux pièces de raccordement métalliques annulaires 23, 24 reliées à ses faces. L'ouverture de passage cylindrique 22a de l'anneau 22 présente au voisinage de chacune de ses extrémités une rainure à queue d'aronde 22b. L'anneau 22 présente de plus un perçage 22c à gradins débouchant dans l'ouverture 22a et comportant un évasement 22d. Au niveau de l'extrémité extérieure du perçage 22c, l'anneau 22 est muni d'une surface plane 22e. Sur celle-ci repose une pièce de fixation 33 maintenue par des vis 34 dont l'une seulement est représentée. Cette pièce est munie d'un perçage 33a qui est aligné avec le perçage 22e et sert à la portée d'un tourillon oscillant 25. Celui-ci comporte une tige cylindrique 25a et, à son extrémité intérieure, un embout 25c de section droite rectangulaire. Entre la tige 25a et l'embout 25c, il est muni d'un disque 25b. Dans l'ouverture 22a est disposé un élément de fermeture 26 en forme de sphère avecun perçage 26a. Quand l'élément 26 se trouve dans la position de passage représentée sur la figure 3, le perçage 26a est coaxial à l'ouverture 22a. La surface limitant le perçage 26a est munie de deux rainures 26b à queue d'aronde. L'élément 26 comporte de plus une fente 26c perpendiculaire au perçage 26a et s'étendant jusque dans celui-ci > l'embout rectangulaire 25c dépassant dans cette fente. Sur son cOté tourné vers le disque 25b, l'élément 26 présente une surface plane 26d. La surface intérieure constituant l'ouverture 22a de l'anneau 22 est munie d'un revêtement 27 en polytétrafluoréthylène qui remplit complètement les rainures 22b et recouvre également une partie de la face de l'anneau 22. Le tourillon 25 est également muni d'un revetement 28 en polymère. De plus, les surfaces intérieure et extérieure de l'élément 26 sont munies d'un revetement 29 d'une seule pièce en polymère. Les deux pièces de raccordement 23 et 24 possèdent chacune à leurs extrémités tournees vers l'anneau 22 un collet 23a, 24a. Ces collets sont munis de perçages 23b, 24b et vissés ensemble à l'aide de vis 30 de façon que l'-anneau 22 soit serré entre eux. La pièce 23 présente également à son extrémité extérieure un collet 23c qui est muni de perçages 23d et forme une bride pour la fermeture d'une canalisation. La pièce 23 comporte de plus un alésage longitudinal 23e. Celui-ci est muni au voisinage de chacune de ses extrémités d'une rainure à queue d'aronde 23f, 23g. Comme on le voit particulièrement sur la figure 4, le perçage 23e comporte à son extrémité tournée vers l'anneau 22 un évasement conique 23h qui est muni d'une rainure annulaire 23i de profil rectangulaire. A l'évasement conique 23h se raccorde une courte surface radiale 23k qui limite une saillie annulaire 23m et qui est munie d'une rainure à queue d'aronde 23n. La portion de face 23g raccordée à la saillie 23m est munie d'une autre rainure à queue d'aronde 23q. La face 23r opposée à l'anneau 22 est munie d'une rainure à queue d'aronde 23s. Dans la rainure 23i est placé un anneau 31 en caoutchouc de silicone. De plus, la surface intérieure de la pièce 23 limitant le perçage 23e est munie d'un revêtement 32 en polymère, ainsi que la portion de face raccordée à ladite surface intérieure. Ce revêtement comporte une portion recouvrant l'anneau 31 et limitée sur le côté tourné vers l'élément 26 par une zone sphérique 32a qui constitue le siège de fermeture. Le revêtement 32 est ancré solidement dans les rainures 23f, 23g, 23n, 23q et 23s. Grâce aux rainures 23f et 23n, le revetement est bien ancré, notamment sur les deux côtés du siège de fermeture 32a. La pièce de raccordement 24 représentée seulement de façon partielle sur la figure 3 est constituée comme la pièce de raccordement 23. La saillie 23m de la pièce 23 dépasse quelque peu dans l'ouverture 22a de l'anneau 22. Les revetements 27 et 32 s'appuient à leurs extrémités l'un contre l'autre et ferment de façon étanche vers l'extérieur la liaison des pièces 22 et 23. Le perçage 22c est également fermé de façon étanche par les revetements 27 et 28 reposant l'un sur l'autre au voisinage du disque 25b. Si nécessaire, on peut placer encore dans l'évasement 22d un joint d'étanchéité supplémentaire. Dans ce mode de réalisation du robinet, le passage pour ltécoulement du fluide est constitué par l'ouverture 22a ou, plus exactement, par l'alésage 26a de l'élément 26 et par les alésages des deux pièces de raccordement 23 et 24. Toutes les portions du passage et également toutes les autres pièces avec lesquelles le fluide en écoulement vient en contact sont recouvertes par un revêtement en polytétrafluor- éthylène. Ce robinet est donc particulièrement bien adapté à l'arrêt de fluide très chaud et chimiquement agressif. Sur la figure 3, l'élément de fermeture 26 est représenté en position de passage. Par une rotation de 90", le robinet péut outre fermé. La fente 26c dans L'élément 26 est alors parallèle à l'axe de l'ouverture 22a. Si le revêtement en polymère est détruit à la suite d'une inflamma- tison, la fente 26c permet à l'élément de fermeture d'être déplacé axialement par la pression du fluide arrosé. L'élément 26 vient alors en butée sur la surface 23h, de sorte que le robinet, meme dans ce cas, est encore étanche dans une certaine mesure. Pour le montage du robinet, le tourillon 25 est d'abord introduit dans l'ouverture 22c par l'intérieur, c'est-à-dire par l'ouverture 22a. Ensuite, l'élément 26 est placé en position de fermeture de façon que l'embout 25c parvienne dans la fente 26c. Ensuite, on fixe les pièces 23 et 24. il est évidemment possible de munir des robinets d'éléments de fermeture ayant une autre forme, avec des revetements ancrés en polyéthylène. Par exemple, les anneaux 14 et 31 en élastomère pourraient Entre supprimés. Les rainures rectangulaires 12i et 23i pourraient etre remplacées par des rainues à queue d'aronde et les revêtements en polymère ancrés dans celles-ci. De plus, à la place du polytétrafluoréthylène, on pourrait utiliser comme matériau de revetement du fluoréthylènepropylène ou du tri fîuormonoehl oréthyl ène. On peut constituer également de façon analogue des robinets à plusieurs voies. On peut aussi munir des soupapes, telles que des soupapes antiretour, de revêtements en polymère ancrés, servant à la formation de sièges de fermeture. On peut également munir n'importe quel dispositif de fermeture ou de dérivation de fluide d'un-revetement en polymère ancré formant siège de fermeture. Bien entendu, diverses modifications peuvent entre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'etre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'arrêt ou de dérivation d'un fluide en écoulement, avec un corps et au moins un anneau métallique fixé dans le corps ou constituant une partie de celdi-ci, cet anneau étant muni d'un revêtement en polymère contenant du fluor et formant siège de fermeture, notamment un revêtement en polytétrafluoréthylène, fluoréthylènepropylène ou trifluormonochl oréthylène, caractérisé en ce que l'anneau comporte au moins une rainure annulaire dans laquelle est ancré le revetement en polymère. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure annulaire présente au moins un flanc qui forme un angle aigu avec la portion de surface d'anneau voisine. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la. rainure annulaire présente un profil en queue d'aronde. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau présente une rainure annulaire de part et d'autre du siège de fermeture 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau est muni en dessous du siège de fermeture d'une autre rainure annulaire dans laquelle est placé un anneau à élasticité de caoutchouc, sous le revetement.