Brevet FR2379740A1 — publié le 19780901

L'invention concerne les robinets à piston, c'est-à-dire les valves ou appareils commandés de l'extérieur, prévus pour permettre, modifier ou interrompre le débit d'un fluide dont l'obturateur commandé par une tige est constitué par un cylindre de révolution qui se déplace suivant son axe. Le r8le de tels dispositifs est de permettre l'obturation à volonté d'une canalisation et bien entendu de façon aussi étanche que possible. La qualité de l'4tanhéité dépend de la structure et de la nature des éléments constitutifs du robinet, et l'on prescrit en général un degré d'étanchéité qui soit suffisant pour l'application envisagée et compatible avec le prix de revient admissible. Certaines applications requièrent une étanchéité très poussée, par exemple dans la manipulation de fluides-dangereux, corrosifs ou radioactifs. Ce peut titre le cas aussi de fluides susceptibles de subir une modification, par exemple un passage à l'état solide : les traces de fluide échappées, en se solidifiant, peuvent empêcher le fonctionnement du matériel. Afin d'améliorer l'étanchéité des robinets à piston, on a proposé de prévoir des organes permettant de comprimer en permanence les garnitures d'étanchéité dans leurs logements, de façon à les déformer pour accrottre la pression d'application de ces garnitures contre le piston. Un tel organe peut entre constitué par une chemise doublant intérieurement le cylindre sur une M- partie de sa longueur, et comprimant à son extrémité, par sa surface radiale, au moins une garniture d'étanchéité circulaire. Dans ces dispositifs, au fur et à mesure de l'usure des garnitures, on déplace l'organe de compression pour rattraper la perte de volume des garnitures.On obtient ainsi une Stan- chéité satisfaisante du moins lors de la mise en service des robinets. Cepen- dant, la ditorwation due à la compressfan de la garniture dans ces dispositifs a l'inconvénient d'être la cause d'une usure assez rapide des garnitures, ce qui provoque leurs remplacemeats trop fréquents, avec pour conséquence des = lisations des installations et des démontages du matériels, et les con 4quenc"Ies économiques qui en résultent. Il manque donc,dans certaines techniques, des dispositifs assurant un degré élevé d'étanchéité et susceptibles de durer assez longtemps, sans nécessiter le changement des garnitures pour cause d'usure trop rapide. Par conséquent, l'invention a d'abord pour objet un robinet à piston du tppe comportant un cylindre dont une extrémité sert au passage du fluide, et ltautre extrémité sert au passage des organes de manoeuvre, avec au moins une lumière dans la paroi du cylindre, un piston mobile dans ce cylindre, comman- dé par une tige pour pouvoir se déplacer suivant l'axe du cylindre entre une position de fermeture et une position d'ouverture du robinet, la surface interne du cylindre présentant un gradin limitant un suralésage à un emplacement situé au droit du piston dans sa position de fermeture, entre l'extrémité du cylindre servant de passage au fluide et la lumière, une chemise étant placée dans ce suralésage de façon à pouvoir sly déplacer axial-rit, et ayant une section interne identique à la section interne du cylindre dans sa partie la plus resserrée, de façon à constituer avec cette dernière partie du cylindre une surface cylindrique coopérant avec le piston, la chemise comportant un orifice dégageant totalement la lumière, au moins une garniture d'étanchéité étant placée contre le gradin, entre la surface radiale du gradin et la sur face radiale d'extrémité de la chemise, oaractérisé en ce que des moyens sont prévus sur le piston pour solliciter la chemise en déplacement vers le gradin du cylindre quand le piston arrive en fin de course de fermeture. Dans une forme de réalisation avantageuse, lesdits moyens sont constitue par un bossage prévu sur le piston, coopérant avec une surface radiale chemise. Pour limiter le déplacement de la chemise, on peut prévoir, travers la paroi du cylindre, une vis à téton dont l'extrémité est engagée dans un évidement de la chemise. L'invention aégalement pour objet un procédé de réalisation d'étanché ité en position de fermeture d'un robinet à piston caractérisé en ce ffi des garnitures d'étanchéité, entourant la tette du piston quand celui-ci est en position de fermeture, sont mises en pression quand le piston arrive à position de fermeture. Avantageusement, la pression exercéésures- est commandée positivement par la position du piston. Ainsi, avec le dispositif selon l'invention, la garniture d'étanchéité n'est comprimée que lorsque le piston est en position de fermeture. En parti- culier, quand le piston est en déplacement, et surtout quand l'arête du pis- ton arrive au contact du bord de la garniture, celle-ci n'est pas vers l'intérieur du cylindre, et le piston ne l'endommage pas. En ou re; le frottement entre la garniture et le piston étant supprimé, le couple de manoeuvre du piston est très faible. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description suivante d'une forme de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins ci-joints sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un robinet selon l'invention en position ouverte, La figure 2 est une vue analogue avec le robinet en position fermée, et La figure 3 est une vue de détail montrant un dispositif de rinçage de la garniture d'étanchéité. Dans l'exemple représenté sur les figures, le robinet est fixé par exem- ple par des boulons, avec interposition de joints d'étanchéité appropriés, sous le fond 11 d'une cuve de réaction, et en position ouverte, le robinet laisse dégagé un conduit 12 dans un corps cylindrique 13 muni d'un piquage de sortie 14 branché sur la lumière 15. Un piston 16 se déplace suivant l'axe du cylindre et occulte la lumière 15 du piquage lorsque le robinet est fermé.De préférence, au point mort haut, la face supérieure du piston 16 (figure 2) est située au niveau du fond de la cuve, de manière à ne laisser subsister aucune cavité au-dessus du piston, et, au point mort bas, la face supérieure du piston 16 est située au ras de la lumière 15 du piquage, de manière à dé gager totslemeslt l'orifice. Lorsque le robinet est fermé, l'étanchéité est réalisée par une ou plusieurs rondelles d'étanchéité 18 constituées d'un matériau élastique. Ces rondelles sont situées au-dessus du piquage 3 et sont serrées dans leur siège par une chemise 20, contre le gradin 21 du corps cylindrique 13. De préférence, la garniture d'étanchéité comporte également une ou plusieurs bagues 23. Ces bagues sont constituées d'un-matériau durs tel que l'acier ou la fonte, compatible avec le fluide véhiculé. Elles ont pour fonction de racler le piston 16 lorsque celui-ci se déplace dans le corps 13. Dans la disposition représentée, les bagues 23 sont alternées avec les rondelles d'étanchéité 18, et ont également pour fonction de répartir la pression exeroée par la chemise 20 sur les rondelles 18. L'étanchéité entre d'une part la chemise 20 et d'autre part le corps 13 et le piston 16 est réalisée au moyen d'un ou plusieurs joints tels que des joints toriques représentés en 25 et 26 sur les figures. L'étanchéité entre le corps 13 et le piston 16 peut Aetre complétée au moyen d'un presse-étoupe non représenté. Le déplacement de la chemise 20 dans le corps 13 est limité par la vis à téton 28 dont l'extrémité est engagée dans un évidement 29 de la chemise 20. Le piston comporte un épaulement 30, qui vient de s'appliquer, quand le piston approche de sa position de fermeture, contre la surface radiale 31 de 1' ettrté inférieure de la chemise 20. Le déplacement axial du piston peut être réalisé par tout moyen approprié, par exemple une tige de manoeuvre, non représentée, actionnée manuellement ou micaniquement. Pltnd le robinet est en position ouverte (figure 1), le conduit 12, pro longé par le piquage-14 est dégagé. La chemise 20 n' est pas sollicitée par l'épaulement 30 du piston et descend, de façon que le fond supérieur de l'é videisnt 29 reste en appui sur l'extrémité de la vis à téton 28. Les rondelles d'étanchéité ne sont pas comprimées, et ne sont pas gonflées : elles ne sont pas en saillie dans l'espace cylindrique. Quand le piston remonte pour obturer le robinet, il n'intercepte pas les rondelles d'étanchéité et passe devant elles sans les abîmer. Si les rondelles devaient rester dans cet état, l'étanchéité ne serait pas suffisante pour l'application envisagée. quand le piston arrive au point mort haut, l'épau- lement 30 vient s'appliquer sous la surface radiale 31 et soulève la chemise, ce qui comprime aussi fortement qu'an le désire les rondelles élastiques 18 et limite la course du piston. Si on le désire, on peut prévoir des moyens élastiques pour limiter à une valeur prescrite la pression sur les rondelles élastiques, tels qu'un ressort interposé entre l'épaulement 30 du piston 16 et la surface radiale 31 de la chemise 20.On peut également prévoir des mo- yens de réglage pour amener dans tous les cas la face supérieure du piston 16 au niveau du fond intérieur de la cuve il , ces moyens peuvent par exemple être constitués par une douille interposée entre la tige filetée de commande du piston 16 et le piston 16 lui-mame, 11 épaisseur de la douille étant choisie de manière que le face supérieure du piston 16 effleure le fond antérieur de la cuve 11. La figure 3 est une vue de détale, en coupe, qui représente un dispositif de rinçage de la garniture. Ce dispositif est constitué par une gorge annulaire 32 située en face d'une bague 23, en matériau dur. Le rinçage est effectué lorsque la garniture est relachée, les jeux existant étant norsale- ment de tordre du dixième de millimètre. Ua liquide (ou un gaz) compatible avec le fluide véhiculé est introduit par l'ajutage 33, sous une pression supérieure à la pression régnant dans le robinet. Du fait de sa rigidité, la bague 23 répartit la pression du fluide de lavage tout autour d'elle-N8me le fluide d'insinue dans tous les interstices, balayant ainsi les particules qui ont pu s'y déposer.Le rinçage peut autre effectué en permanence lorsque le robinet est ouvert, ou périodiquement. L'avantage essentiel de la vanne de l'invention réside dans le fait que les rondelles 18 ne sont comprimées que lorsque le piston est au point mort haut. La pression exercée sur les bagues 18 est relachée dès que le piston commence à se déplacer. Ceci réduit considérablement l'usure des bagues et permet de maintenir plus longtemps la vanne en état de fonctionneent. En effet, les robinets à piston antérieurement connus comportent également une chemise 20 et des rondelles 18, malus ces dernières sont maintenues conatas- ment sous pression par l'intermédiaire d'un fouloir. Lorsque une vanne de ce type est ouverte, les rondelles se dilatent vers l'intérieur du corps 13 et sont détérioriées par le piston lorsque celui-ci remonte.Cette détérioration a pour conséquence de réduire considérablement la pression de servioe de ces robinets de l'art antérieur. Du fait qu'il ne comporte aucun obstacle interne, le robinet de 11in- vention est particulièrement adapté au transport de particules solides, dans des fluides liquides ou gazeux. De tels fluides peuvent nataent être constitués de particules de polymères ou de particules radioactives. la raison de l'excellente étanchéité qu'il procure, le robinet de l'invention peut titre utilisé dans de bonnes conditions de sécurité sous des pressions très élevées, pouvant atteindre 500 bars et plus. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et englobe les variantes, notamment par substitution d'équivalents techniques. REVENDICA.TI0NB 1/ Robinet à piston du type comportant un cylindre dont une extrémité sert au passage du fluide, et l'autre extrémité sert au passage des organes de manoeuvre avec au moins une lumière dans la paroi du cylindre, un piston mobile dans ce cylindre, commands par une tige pour pouvoir se déplacer suivant l'axe du cylindre entre une position de fermeture et une position dtouverture du robinet, la surface interne du cylindre présentant un gradin limitant un suralésage å un emplacement situé au droit du piston dans sa position de fermeture, entre l'extrémité du cylindre servant de passage au fluide et la lumière, une chemise étant placée dans ce suralésage de façon å pouvoir s'y déplacer axialement, et ayant une section interne identique b la section interne du cylindre dans sa partie la plus resserrée, de façon à constituer avec cette dernière partie du cylindre une surface cylindrique coopérant avec le piston, la chemise comportant un orifice dégageant totalement la lumière, au moins une garniture d'étanchEité étant placée contre le gradin, entre la surface radiale du gradin et la surface radiale d'extrémité de la chemise, caractérisé en ce que des moyens sont prévus sur le piston pour solliciter la chemise en déplacement vers le gradin du cylindre quand le piston arrive en fin de course de fermeture. 2/ Robinet selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un bossage prévu sur le piston, coopérant avec une surface radiale de la chemise. 3/ Robinet selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la garniture d'étanchéité comprend au moins deux rondelles en matériau souple, sé parées par une rondelle en matériau rigide, pour racler le piston et répar- tir la pression sur les rondelles souples. 4/ Robinet selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un dispositif de rinçage est prévu, et qui comporte une gorge annulaire dans la paroi du cylindre, au droit de la rondelle rigide, cette gorge communiquant avec une tubulure dBadmission d'un fluide de rinçage. 5/ Procédé de réalisation d'étanchéité en position de fermeture d'un robinet à piston caractérisé en ce que des garnitures d'étanchéité, entourant la ttte du piston quand celui-ci est en position de fermeture, sont lises en pression quand le piston arrive C sa position de fermeture. 6/ Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la pression des garnitures est reltehée dès que le piston comnence à se déplacer à partir de sa position de fermeture. 7/ Procédé selon une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la pression exercée sur les garnitures est commandée positivement par la position du piston.