Brevet FR2298749A1 — publié le 19760820

La présente invention a pour objet des perfectionnements aux robinets à boisseau tournant et à sièges coulissants en vue de permettre le réglage desdits sièges de l'extérieur sans démontage ni purge des conduites. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des robinets à boisseau, le terme robinet étant pris dans un sens général pour désigner tout obturateur à boisseau, aussi bien les vannes que les robinets. On connaît déjà des robinets à boisseau tournant, sphérique, conique ou cylindrique, comportant des sièges annulaires qui coulissent axialement et qui sont maintenus appliqués contre le boisseau soit par des ressorts précontraints au moment du montage, soit par des ressorts ou des rondelles élastiques qui sont mis en compression au moyen de vis. Ces robinets à sièges coulissants présentent l'avantage que le boisseau et les sièges peuvent être démontés soit par le haut du corps de robinet, soit par les orifices d'entrée et de sortie du fluide ce qui facilite les opérations d'entretien. Dans les deux cas, il est nécessaire de purger les conduites avant toute intervention. Dans le cas où les sièges sont amovibles à travers les ouvertures de passage du fluide, la dépose complète ou partielle de la conduite est nécessaire. Ces opérations sont toujours coûteuses et-dangereuses dans certains cas. Afin d'éviter ces opérations, certains types de robinets à boisseau sont conçus pour permettre de les rendre à nouveau étanches, sans avoir à purger les canalisations ni à déposer les conduites, en injectant un produit d'étanchéité. Généralement l'amélioration obtenue disparaît apres quelques manoeuvres et cette solution constitue un simple dépannage. On connaît également des robinets à boisseau comportant des sieges qui coulissent axialement et qui sont maintenus appuyés sur le boisseau par des poussoirs disposés dans des alésages axiaux ou inclinés, lesquels poussoirs sont actionnés au moyen d'une bague filetée coaxiale à chaque ouverture de passage de fluide et accessible de l'extérieur du corps. I1 en résulte que la pression du joint d'étanchéité placé entre chaque siège et le boisseau est réglable de l'extérieur du corps ce qui permet de rétablir généralement l'é- tanchéité du joint de façon durable sans avoir à purger les conduites ni à arrêter l'iinstallation et constitue un avantage important. Un objectif de l'invention est de procurer des robinets à boisseau tournant présentant le même avantage en utilisant des moyens différents, dans de meilleures conditions de fabrication, d'essai, de fonctionnement et d'entretien. Un autre objectif de l'invention est de procurer des moyens permettant de régler la position du siège coulissant depuis l'extérieur qui puissent s'adapter aussi bien à un robinet dont le boisseau est démontable par le haut du robinet qu'à un robinet dont le boisseau est démontable par les ouvertures de passage de fluide. Un robinet à boisseau selon l'invention est composé, de façon connue, d'un corps qui délimite des conduits cylindriques de passage du fluide,- d'un boisseau tournant et de sièges annulaires, coaxiaux avec chacun desdits conduits qui coulissent axialement. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen de robinets de ce type comportant, à l'arrière de chaque siège, un piston annulaire, coaxial avec ledit siège et des moyens pour déplacer axialement ces pistons. Chaque siège et le piston qui lui est associé coulissent dans un espace annulaire ouvert vers l'avant et délimité à l'extérieur par le corps de robinet et à l'intérieur ainsi qu'à l'arrière par un manchon porte-siège coaxial audit conduit. Les pistons annulaires sont deplacés, de préférence, par un fluide comprimé amené dans ledit espace annulaire par une canalisation qui traverse le corps du robinet et débouche à l'extérieur de celui-ci, à un endroit accessible en service. Il est précisé que le mot fluide est employé dans un sens général et peut s'appliquer à des matières assimilables,par exemple à des solides pulvérulents ou grenus, à des corps pâteux etc.... Chaque piston annulaire comporte une face arrière conique sur laquelle prend appui la face latérale conique d'un anneau fendu, logé dans une gorge périphérique du corps de robinet, laquelle gorge coflnnnique avec des alésages filetés qui sont percés dans le corps du robinet perpendiculairement à l'axe de ladite gorge, qui débouchent à la périphérie externe dudit corps et dans chacun desquels est vissée une vis permettant de déformer radialement ledit anneau fendu. De préférence, un robinet selon l'invention comporte, à la fois, une canalisation pour amener un fluide comprimé à l'arrière de chaque piston annulaire et un anneau fendu associé à des vis radiales pour verrouiller le piston dans la position à laquelle il a été amené par la poussée du fluide. Ces vis radiales permettent également un réglage de la pression du siège sur le boisseau. Entre le piston annulaire et le siège est intercalé un dispositif élastique, de préférence une rondelle conique placée entre deux rondelles incurvées dont la concavité est dirigée vers l'extérieur. Le manchon porte-siège est maintenu en place par un segment fendu logé dans une gorge périphérique du corps de robinet et par une bague d'arrêt fixée de façon démontable sur l'extrémité dudit manchon. Suivant une caractéristique dé l'invention, les joints d'étanchéité entre siège et boisseau au lieu d'être portés par le siège, sont logés dans des gorges usinées,à la périphérie du boisseau, dans des plans paralleles à l'axe du passage à travers le boisseau et à l'axe de pivotement du boisseau ce qui éviteun usinage de précision du boisseau. Dans un mode de réalisation préférentiel, les sièges présentent, du côté opposé au boisseau, un évidement annulaire dans lequel s'engage l'extré- mité avant du manchon porte-siège. De préférence, la longueur de cet évidement est supérieur à l'epais- seur du manchon de sorte qu'une bague filetée est vissée à la périphérie de l'extrémité du manchon, chaque siège est accroché au piston annulaire auquel il est associé par une nervure circulaire engagée dans une gorge de plus grande largeur et le robinet comporte des canalisations pour amener un fluide comprimé dans l'espace intermédiaire entre chaque piston et chaque siège afin de reculer simultanément les pistons et les sièges. Le résultat de l'invention est un nouveau produit constitué par un robinet à boisseau perfectionné. L'avantage essentiel de ce robinet est de permettre de régler la compression des joints d'étanchéité entre siège et boisseau,de l'extérieur, sans avoir ni à purger les canalisations ni à les démonter. En effet, dès lors que les déplaoements du siège coulissant sont commandés par un piston annulaire, il est aisé de percer dans le corps du robinet des canalisations pour alimenter le piston en fluide à partir d'un embout facilement accessible de l'extérieur, en service,dans avoir rien à démonter Le fluide comprimé peut évidemment être remplacé par tout autre moyen équivalent pour pousser le piston, par exemple par un corps pâteux thixotropique ou par un corps pulvérulent ou grenu. On peut également pousser le piston annulaire au moyen d'un anneau fendu à flanc conique coopérant avec des vis radiales dont les tetes sont accessibles depuis l'extérieur du corps de robinet. Une telle solution ne permet que des déplacements axiaux réduits. La solution qui combine à la fois la poussée hydraulique ou pneumatique et le verrouillage mécanique par des vis radiales est la solution préférentielle. Elle évite d'avoir à maintenir une alimentation permanente de fluide comprimé sur les robinets et supprime les risques de panne inhérents à une solution purement hydraulique. L'interposition de moyens élastiques entre le piston et le siège annulaire permet de répartir la pression uniformément sur toute la périphérie du joint d'étanchéité malgré les défauts d'alignement ou les déformations. Un robinet selon l'invention permet de régler à volonté les sièges amont et aval, séparément ou les deux à la fois, ce qui permet entre autres d'obtenir des robinets convenant bien pour le vide. Ce réglage permet égalemert d'ajuster le couple de manoeuvre du boisseau en fonction des conditions de service réelles. Les dispositifs de réglage des sièges selon l'invention permettent de déplacer'les sièges en translation. Un robinet à deux voies selon l'invention est composé de trois éléments actifs : le boisseau et deux ensembles d'étanchéité composés chacun d'un siège coulissant, d'un piston annulaire et d'un manchon por-te-siège. Après avoir rétracté les sièges à l'intérieur du manchon, on peut aisément sortir le boisseau par le haut. Toutes les pièces d'usure, notamment les joints, sont alors accessibles et peuvent etre facilement remplacés sans avoir à démonter les conduites. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent des exemples de réalisation sans aucun caractere limitatif. La figures -1 est une demi coupe longitudinale d'ensemble. Les figures 2 et 5 sont des coupes horizontales, à plus grande échelle, du siège et du porte-siège en position de fermeture du boisseau. Les figures 3 et 4 sont des coupes verticales,à plus grande échelle,du siège et du porte-siège en position d'ouverture du boisseau. La figure 1 représente, en coupe longitudinale, un robinet à deux voies selon l'invention, composé d'un corps de robinet 1, délimitant deux conduits cylindriques 2 et 3, d'axe x xl, à travers lesquels circule un fluide, d'un boisseau sphérique 4 tournant autour de l'axe y yl et de deux dispositifs d'étanchéité 5 et 6. Le boisseau 4 comporte, de façon connue, un pivot 7 et une clef de manoeuvre 8 à embout polygonal. Il est percé de part en part d'un conduit cylindrique 9, de meme diamètre que les conduits 2 et 3, qui est situé dans le prolongement de ceux-ci lorsque le robinet est ouvert et dans la position -représentée sur la figure, nerpendiculaire à la précédente, lorsque le robinet est ferme. Cn a représenté, sur la moiti anche de la figure, un robinet équipé d'un enioEt 10 à souder sur une tuyauterie tandis que la moitie droite représente un robinet équipé d'une bride 11. Les dispositifs d'étanchéIté 5 et 6 comportent chacun un siège annulaire, respectivement 12 et 13 qui coulisse parallèlement à l'axe x xl Ce siège présente une surface interne sphérique ou tronconique, qui épouse la surface du boisseau ou est tangenteà celle-ci et il comprime un joint annulaire, respectivement 14 et 15 qui assure l'étanchéité entre le siège et le boisseau. Sur la moitié gauche de la figure 1, on a représenté un joint 14 porté par le siège 12 tandis que sur la moitié droite, on a représenté un joint 15 logé dans une gorge 15a usinée à la périphérie du boisseau dans un plan parallèle à l'axe du conduit 9 et à l'axe de rotation y yl. Chaque dispositif comporte, en outre, a l'arrière du siège, un piston annulaire respectivement 16 et 17, d'axe x xl. Une ou plusieurs rondelles élastiques 18 et 19 sont intercalées entre le piston et le siège. Chaque dispositif comporte un manchon portesiège, respectivement 20 et 21, d'axe x xl, qui délimite avec le corps 1 un espace annulaire, respectivement 22 et 23, d'axe x xl. Dans l'espace annulaire 22 coulissent le piston annulaire 16 et le siège 12. Dans l'espace annulaire 23 coulissent le piston 17 et le siège 13. Une canalisation 24 débouche dans l'espace annulaire 22 et traverse tout le corps de robinet. Cette canalisation comporte un embout 25 permettant de la brancher sur une source de fluide comprimé lequel pousse vers l'avant le piston 16 et le siège 14. L'embout 25 est facilement accessible même lorsque le robinet est en service. De même, une canalisation 27 munie d'un embout 28 aboutit dans l'espace 23 pour déplacer le piston 17 et le siège 13. Le robinet comporte, en outre, un moyen de verrouillage mécanique des pistons annulaires qui sera décrit en référence aux figures suivantes où il apparaît plus clairement. La figure 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif d'étancheite a plus grande échelle en demi-coupe horizontale. On voit sur cette figure le boisseau en position fermée, le siège coulissant 12, le piston annulaire 16, le manchon porte-siège 20 et l'espace annulaire 22 délimité par la surface interne du corps 1 et par la surface externe du manchon 20 dont la surface interne délimite le conduit 2. Dans ce mode de réalisation, le joint 14 d'étanchéité entre le siège 12 et le boisseau 4 -est logé dans une gorge 29 usinée à la pé riphérie du boisseau dans un plan vertical parallèle à l'axe du conduit 9. Cette disposition évite d'usiner avec une grande précision le boisseau. il suffit d'usiner avec précision la surface du siège 12 ce qui facilite la fabrication. D'autre part, le joint 14 n'est comprimé qu'en position de fermeture du robinet. Entre le siège 12 et le piston 16- sont intercalées une rondelle conique 30, du type rondelle Belleviie,intercalée entre deux rondelles incurvées 31, 32 dont la concavité est tournée vers l'extérieur. Ce dispositif permet d'allier la flexibilité de la rondelle Bellevile à la rigidité des rondelles incurvees en fin de course. Le manchon 20 est amovible par l'ouverture 2a. il est maintenu en place par un anneau fendu 33 logé dans une gorge 34 et par une bague d'arrêt/i5xée par des vis 36 à l'extrémité du manchon. On voit sur la figure 2 la canalisation 24 qui amène à l'extré- mité de la cavité 22 un fluide comprimé pour pousser le piston 16, lequel pousse à son tour le siège 12 par l'intermédiaire du dispositif élastique 30, 31, 32 et comprime plus ou moins le joint 14. On voit également sur la figure 2 un anneau fendu 37 logé dans une gorge 38. Cet anneau comporte un flanc conique 39 qui coopère avec la face arrière conique 40 du piston 16. La gorge 38 communique avec des alésages filetés 41 qui sont percés radialement à travers le corps 1 et qui débouchent à la périphérie externe de celui-ci. Dans ces alésages sont vissées des vis 42 dont la tête de manoeuvre 43 est accessible de l'exté- rieur du corps, qui permettent de déformer radialement l'anneau 37 et de verrouiller le piston 16 dans la position où il a été amené par la poussée du fluide puis de supprimer l'alimentation en fluide comprimé. Le piston 16 comporte évidemment des joints ou des segments d'étanchéité 44. Un joint torique 45 logé dans une gorge assure l'étanchélté entre le siège et le corps. La figure 3 représente en demi-coupe verticale un autre mode de réalisation du dispositif d'etanchéité, les parties homologues à celles de la figure 2 étant représentées par les mêmes repères. Ce mode de réalisation correspond à un robinet dans lequel le boisseau 4 peut être enlevé par le haut du robinet. Le joint d'étanchéité 14 est logé dans une gorge du siège 12 située dans un plan perpendicualire à x xl. Le siège 12 comporte, du côté opposé au boisseau, un évidement très profond 46 dans lequel s'engage l'extrémité avant du manchon 20 de sorte que le siège 12 est guidé par le manchon. Grâce à cet évidement, la surface interne 47 du siège délimite le conduit 2 de sorte que la perte de charge est plus réduite. La figure 4 représente, en demi-coupe horizontale, ule autre variante, les parties homologues étant toujours désignées par les mêmes repères. Comme dans l'exemple de la figure 3 le siège 12 a une section en forme de U délimitant un évidement 46, mais la hauteur de celui-ci est supérieure à l'épaisseur de l'extrémité avant du manchon 20 de sorte qu'une bague filetée 48 peut être vissée à l'extrémité du corps 20 laquelle bague porte un joint périphérique 49 assurant l'étanchéité entre ladite bague et le siège. Le piston 16 et le siège 12 sont accrochés l'un à l'autre au moyen d'une nervure 50 solidaire de l'un qui est engagée dans une gorge 51, creusée à la périphérie de l'autre et plus large que la nervure 50, de sorte que le piston entraîne le siège avec lui lorsqu'il recule. Une deuxième canalisation 52 est percée à travers le corps 1 et débouche dans l'espace intermédiaire entre d'une part l'extrémité avant du piston 16 et d'autre part l'extrémité arrière du siège 12 et la bague 48. Cette canalisation permet d'envoyer un fluide comprimé qui fait reculer le piston et, en même temps, le siège 12 et libère le boisseau qui peut être sorti par le haut du robinet. Dans cet exemple, le dispositif élastique est constitué par une seule rondelle conique 30. La figure 5 représente en demi-coupe verticale,toujours avec les mêmes repères, un autre mode de réalisation analogue au précédent dans lequel le siège coulissant 12 vient s'appuyer contre une butée 53 qui est fixée de façon amovible au corps I. Après avoir enlevé le boisseau par le haut du robinet, on peut enlever la bague de butée 53 et sortir également le dispositif d'étanchéIté par le haut. Sur les quatre variantes qui viennent d'être décrites, après demon- tage de la bague d'arrêt 35 et du segemut 33, le manchon porte-siège 20 est amovible à travers l'ouverture 2a. Sur les quatre figures 2 à 5, on voit des canalisations 54, 55 qui mettent en communication la chambre annulaire 22 avec la face d'appui du siège 12 sur le boisseau tournant 4 lorsque le piston annulaire 16 est en fin de course vers l'avant. Ces canalisations permettent d'injecter sous pression entre le boisseau et le siège un produit visqueux ou pâteux pour rétablir l'étanchéité. La canalisation 55 débouche entre le joint d'é tanchéité principal 14 et un joint secondaire 56. La canalisation 54 débouche dans la chambre 22 par un orifice qui est démasqué lorsque le piston 16 est arrivé en fin de course de serrage de sorte que la canalisation 24 peut servir à envoyer successivement dans la chambre 22 un fluide comprimé puis un produit d'étanchéité. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses parties des robinets qui viennent d-'être décrits pourront être remplacées par des parties équivalentes remplissant la même fonction. REVENDICATIONS 1 - Robinet à boisseau composé d'un corps de robinet qui délimite des conduits cylindriques de passage de fluide, d'un boisseau tournant et de sièges annulaires, coaxiaux avec chacun desdits conduits, qui coulissent axiale ment, caractérisé-en ce qu'il comporte, à l'arrière de chaque siège, un piston annulaire, coaxial avec ledit siège et des moyens pour déplacer axialement lesdits pistons. 2 - Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque siège et le piston qui lui est associé coulissent dans un espace annulaire ouvert vers l'avant et délimité à l'extérieur par le corps du robinet et à l'intérieur ainsi qu'à l'arrière par un manchon porte-siège, coaxial audit conduit. 3 - Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits pistons annulaires sont déplacés par un fluide comprimé amené dans ledit espace annulaire par une canalisation qui traverse le corps du robinet et dé bouche à l'extérieur de celui-ci à un endroit accessible en service. 4 - Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque piston annulaire comporte une face arrière conique sur laquelle prend appui la face latérale conique d'un anneau fondu logé dans une gorge périphérique du corps de robinet, laquelle gorge communique avec des alésages filetés qui sont percés dans le corps du robinet perpendicu lairement à l'axe de ladite gorge, qui débouchent à la périphéria externe dudit corps, et dans chacun desquels est vissée une vis permettant de déformer radialement ledit anneau fendu. 5 - Robinet selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'arrière de chaque piston, à la fois une canalisation d'alimentation en fluide comprimé et un anneau fendu qui est logé dans une gorge péri phérique, est associé à des vis radiales et coopère avec la face arrière conique dudit anneau de sorte que le fluide sert à déplacer le piston et les vis servent verrouiller le piston dans la position atteinte. 6 - Robinet selcn-l'une quelconque des revu ications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un dispositif élastique est in*- c e entre ledit piston annulaire et ledit siège. 7 - Robinet selon la revendication 6, caractérisé en ce. qu'il comporte, en tre ledit piston annulaire et ledit siège une rondelle conique placée entre deux rondelles incurvées dont la concavité est dirigée vers I'éxté- rieur. 8 - Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit manchon porte-siège est maintenu en place par un segment fendu logé dans une gorge périphérique dudit corps et par une bague d'arrêt fixée de façon démontable sur l'extrémité dudit manchon. 9 - Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les joints d'étanchéité entre siège et boisseau sont logés dans des gorges usinées à la périphérie dudit boisseau dans des plans parallè les à l'axe du passage à travers le boisseau et à l'axe de pivotement du boisseau. 10 - Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits sièges présentent, du côté opposé au boisseau, un évidement annulaire dans lequel s'engage l'extrémité avant du manchon porte-siège. 11 - Robinet selon la revendication 10, caractérisé en ce que la largeur dudit évidement est supérieure à l'épaisseur dudit manchon, une bague filetée est vissée à la périphérie de l'extrémité du manchon, chaque siège est accroché au piston annulaire auquel il est associé par une ner vure circulaire engagée dans une gorge de plus grande largeur et le robi net comporte des canalisations pour amener un fluide comprime dans l'es pace intermédiaire entre chaque piston et chaque siège afin de reculer simultanément les pistons et les sièges. 12 - Robinet selon l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte des canalisations creusées-à travers le siège coulis sant et le manchon porte-siège qui débouchent d'une part sur la face avant du siège et d'autre part, dans ledit espace annulaire par un orifice qui est démasque lorsque le piston annulaire est en fin de course de serrage de sorte que la canalisation traversant le corps du robinet peut servir successivement à admettre un fluide comprimé et à injecter un produit d'étanchéité.