Brevet FR2412769A1 — publié le 19790720

La présente invention concerne les vannes à boisseau et plus particulièrement les vannes à boisseau lubrifié, utilises dans l'industrie de la recherche pétrolière. Il est déjà connu des vannes à boisseau comportant essentiellement un organe obturateur ou boisseau ayant une forme soit cylindrique soit conique présentant un passage d'écoulement s'étendant transversalement à son axe longitudinal qui correspond sensiblement à son axe de rotation. Le boisseau est disposé dans un alésage de configuration générale complémentaire réalisé dans un corps de vanne comportant deux tubulures d'écoulement du fluide. Ces tubulures sont réalisées suivant un même axe, d'une part pour pouvoir raccorder la vanne à des conduites et d'autre part coopérer avec le boisseau pour obtenir, suivant la position angulaire de ce dernier une ouverture ou une fermeture de la vanne et commander ainsi l'obturation ou non du fluide parcourant la conduite sur laquelle est montée la vanne. Ces vannes quand elles sont utilisées dans le domaine de l'industrie pétrolière et plus particulièrement lors de la recherche et des forages des puits, subissent des pressions très élevées données par des fluides très visqueux comportant de plus de nombreuses particules solides. Ces fluides sont, par exemple, des boues ayant des compositions variées suivant la nature de la recherche pétrolière. Malgré ces conditions d'exploitation, il est absolument nécessaire que ces vannes restent, d'une part étanches et, d'autre part, facilement manoeuvra bles. Pour faciliter la manoeuvre de ces vannes, on a déjà proposé de réaliser des vannes dites lubrifiées. Ces vannes comportent des orifices et des conduits qui permettent l'introduction d'un lubrifiant, comme de la graisse, entre le boisseau et la partie alésée complémentaire du corps de la tanne dans laquelle tourne le boisseau. Cette caractéristique apporte une solution au problème de la dureté de la manoeuvre de ces vannes et aussi de leur étanchéité, mais néanmoins, elles restent quand méme relativement difficiles à manoeuvrer du moins lorsqu'il est nécessaire de les manoeuvrer rapidement. La présente invention a pour but de réaliser une vanne à boisseau ayant un couple de manoeuvre très faible, tout en ayant une très bonne étanchéité. Plus précisément, la présente invention a pour objet une vanne comprenant un corps supportant deux tubulures d'entrée et de sortie, un alésage dans ledit corps, un boisseau pouvant pivoter par rotation autour d'un axe dans ledit alésage, ledit boisseau ayant une partie de sa surface extérieure complémentaire de celle dudit alésage, un passage d'écoulement réalisé dans ledit boisseau, de façon que pour une position angulaire dudit boisseau, ledit passage fasse communiquer lesdites deux tubulures, et pour une deuxième position angulaire de ce même dit boisseau, il corresponde à une obturation de la communication entre les deux tubulures, des moyens pour introduire un lubrifiant en au moins un point entre la partie de la surface dudit boisseau complémentaire dudit alésage, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens pour soumettre ledit boisseau à l'action de fluides sous pression, de façon que les forces créées par les fluides sous pression sur ledit boisseau se décomposent au moins en deux forces opposées sensiblement parallèles à l'axe de rotation dudit boisseau. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel - la figure 1 représente en coupe un mode de réalisation préféré d'une vanne selon l-'nvention comportant un corps et un boisseau. - la figure 2 représente le corps de la vanne selon la figure 2 vu en coupe perpendiculaire à celle selon la figure 1. Les deux figures représentant la m & e vanne, la description ci-après sera faite en se référant indédifféremment à l'une ou à l'autre des deux figures, bien entendu les memes références représentent les mêmes éléments de la vanne illustrée. La vanne représentée sur les deux figures 1 et 2 comprend un corps 1 réalisé par exemple en acier dans lequel sont usinées ou directement réalisées en fonderie, deux tubulures 2 et 3, respectivement d'entrée et de sortie d'un éventuel fluide. Le corps 1 de la vanne comporte un alésage 4 qui, dans le mode de réalisation représenté est de forme légèrement conique de révolution autour d'un axe. Bien entendu, cet alésage pourrait être aussi cylindrique. Dans cet alésage 4 est positionné un boisseau 5 dont une partie de la surface extérieure 6 est complémentaire de celle de l'alésage 4. Ce boisseau 5 comporte un passage d'écoulement 7 d'un diamètre sensiblement identique à celui des tubulures 2 et 3. Ce boisseau 5 est supporté par une tige de commande 8 qui permet de positionner par pivotements le boisseau pour amener dans une première position angulaire, le passage d'écoulement dans l'axe des tubulures 2 et 3 afin de les mettre en communication. Pour une deuxième position angulaire, le passage d'écoulement se présente sensiblement perpendiculaire à l'axe desdites tubulures, ce qui correspond à une obturation de la vanne, en coupant la communication entre les deux tubulures 2 et 3. La tige de commande 8 du boisseau est solidarisée à ce dernier par une pièce en forme de collet 9 qui délimite sur la surface plane 10 du boisseau une couronne cylindrique 11 qui se situe dans un logement circulaire 12 qui est délimité par une partie du corps 1 et un couvercle 13 entourant la tige 8 au niveau de la pièce de collet 9. Un joint 14 permet de réaliser entre le couvercle 13 et la pièce 9 un passage étanche de méme qu'un autre joint permet d'étancher un éventuel passage entre le corps 1 et le couvercle 13. Le couvercle 13 est maintenu pincé entre le corps 1 et un capuchon formé dans ce mode de réalisation par une pluaralité de pièces, telles que 15, 16 et 17. Ce capuchon peut être fixé au corps 1 par tout moyen comme des vis ou des boulons représentés schématiquement en 30. La tige de commande 8 comporte un épaulement formé par le bord circulaire 18 de la pièce de collet 9 qui vient buter contre une partie du capuchon, en l'occurence la pièce 17 qui entoure la tige 8. La laison de butée entre la piece de collet 9 et la pièce 17 se fait au moyen d'une butée à bille ou à aiguilles 19. Cette butée a pour principale fonction de définir et fixer la position du boisseau par rapport essentiellement aux axes des tubulures 2 et 3. L'autre face plane 20 du boisseau comporte un arbre en saillie 21 délimitant sur la face plane 20 une couronne circulaire 22. L'arbre en saillie 21 coopère avec un passage étanche 23 dans le corps 1 pour former guide quand le boisseau est animé d'un mouvement de rotation. La couronne circulaire 22 forme une partie de la paroi d'une chambre étanche 24 dont les autres parois sont formées par une partie du corps 1 et de l'arbre 21. L'étanchéité de cette chambre étant obtenue au moyen d'un joint annulaire 50. L'alésage 4 du corps de la vanne comporte des rainures 25, 26, 27 et 28, figure 2, permettant d'une part de mettre en communication la chambre 24 avec la chambre 12 et d'autre part, comme cela sera explicité ci-après, de lubrifier par la graisse qu'elles comportent les surfaces complémentaires, respectivement de l'alésage 4 et du boisseau 5. De plus, le boisseau peut aussi comporter une ou plusieurs rainures 29 permettant de mettre en communication les deux chambres 12 et 24 et assurer une lubrification 'complémentaire des deux surfaces coniques du boisseau et de l'alésage. Ainsi le circuit formé par les chambres 12 et 24 et les rainures, 25, 26, 27, 28 et 29 sur le boisseau, est destiné à recevoir un lubrifiant comme de la graisse. Ce circuit est alimenté en lubrifiant par un dispositif 31 constitué par une pièce connue sous le nom de graisseur, par exemple à bille, qui peut déboucher dans l'une des parties de ce circuit, soit comme représenté sur la figure dans la chambre 24 à travers le corps, ou soit aussi à travers la tige de commande 8 avec un canal pouvant déboucher soit dans l'une des chambres ou dans l'une des rainures. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus le circuit est rempli d'un même lubrifiant et alimenté par un mame et seùl graisseur 31 De ce fait, le circuit étant fermé,on peut comprendre que le lubrifiant est partout à la meme pression. En conséquence, la pression totale qui s'exerce sur le boisseau se décompose en quatre forces. Deux de ces forces sont de valeur faible et sont données par le lubrifiant contenu les rainures. Elles sont opposées et perpendiculaire à l'axe de rotation du boisseau. Les deux autres forces sont données par la pression qui s'exerce respectivement par le fluide sur les deux couronnes circulaires 11 et 22 des faces planes extérieures du boisseau. Ces deux forces sont parallèles à l'axe de rotation du boisseau et de sens opposé. Ces deux forces permettent d'équilibrer le boisseau et d'en faciliter la manoeuvre en rotation. Pour cela, les deux couronnes circulaires sont dimensionnées pour que la surface de l'une soit légèrement inférieure à la surface de autre, de façon à ce que la résultante de ces deux forces soit de très faible valeur et dirigée dans un sens bien déterminé.Ainsi, dans une réalisation avantageuse, la surface de la couronne 11 qui entoure la tige de commande est légèrement inférieure à celle qui entoure l'arbre de guidage 21, pour que la résultante ne soit pas nulle mais assez faible et soit dirigée vers la tige de commande de façon à plaquer le collet 9 contre la butée à bille 19. On obtient un positionnement parfait du boisseau tout en ayant un soulagement de celui-ci étant donné la très faible pression qui s'exerce sur cette butée à bille. I1 en résulte que la force sur la butée étant faible5 la rotation du boisseau est aisée et rapide. Evidenment, la pression sur la butée peut être réglée à volonté puisqu'elle est fonction, une fois les surfaces des couronnes définies, de la pression du lubrifiant. De plus, quand le boisseau est entrainé en rotation entre les deux positions angulaires définies ci-avant, la graisse contenue dans les rainures s'étend en une fine pellicule sur les surfaces coniques complémentaires, coopérant entre elles, ce qui facilite la rotation tout en favorisant l'étanchéité. Naturellement, le mode de réalisation de la vanne décrit ci-dessus n'a été donné qu'à titre illustratif et bien entendu on peut changer certains moyens par des moyens équivalents, c'est ainsi par exemple que les deux chambres 12 et 14 pourraient être dissociées, les rainures ne débouchant plus que dans l'une ou l'autre des chambres, et celles-ci seraient alimentées respectivement par du lubrifiant à différentes pressions et/ou de différente qualité, ce qui peut encore, par ce moyen permettre de régler à volonté la pression sur la butée et obtenir le couple de manoeuvre du boisseau que l'on désire. De plus, le lubrifiant qui peut etre utilisé pour ce genre de vanne, peut etre une graisse tétrafluorethylène pouvant contenir en plus de la résine fluorocarbure qui assure l'étanchéité et la lubrification. REVENDICATIoNS 1). Vanne comprenant un corps supportant deux tubulurés d'entrée et de sortie, un alésage dans ledit corps, un-boisseau pouvant pivoter par rotation autour d'un axe dans ledit alésage, ledit boisseau ayant une partie de sa surface extérieure complémentaire de celle dudit alésage, un passage d'écoulement réalisé dans ledit boisseau, de façon que pour une position angulaire dudit boisseau, ledit passage fasse communiquer lesdites deux tubulures, et pour une deuxième position angulaire de ce meme dit boisseau, il corresponde à une obturation de la communication entre les deux tubulures, des moyens pour introduire un lubrifiant en au moins un point entre la partie de la surface dudit boisseau complémentaire dudit alésage, caractérisée par le fait qutelle comporte des moyens pour soumettre ledit boisseau à l'action de fluides sous pression, de façon que les forces créées par les fluides sous pression sur ledit boisseau se décomposent au moins en deux forces opposées sensiblement parallèles à l'axe de rotation dudit boisseau. 2). Vanne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit boisseau est maintenu de part et d'autre par deux arbres délimitant à ses deux extrémités deux surfaces en forme de couronnes, sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation dudit boisseau, les deux dites couronnes formant une partie de la paroi respectivement de deux chambres contenant les dits fluides sous pression, les deux dits arbres traversant au moins une partie du corps de la vanne par un passage étanche. 3). Vanne selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les deux dites couronnes ont des surfaces suivant une projection sur un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la vanne tres légèrement différente. 4). Vanne selon la revendication 3, caractérisée par le fait qu'un arbre coopère avec une butée. 5). Vanne selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la surface de la couronne se situant du côté de ladite butée par rapport audit boisseau est inférieure à celle de l'autre couronne située à l'autre extrémité dudit boisseau. 6). Vanne selon une des revendications 2 à 5, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens pour introduire lesdits fluides sous pression dans lesdites chambres. 7). Vanne selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée par le fait que les deux dites chambres sont réunies par des rainures réalisées dans ledit boisseau et/ou dans ledit alésage. 8). Vanne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les deux dites forces opposées ont des valeurs différentes de façon à créer une résultante non nulle. 9). Vanne selon la revendication 8, caractérisée par le fait que ladite résultante des forces s'exerçant sur ledit boisseau et tendant à le déplacer dans un sens est compensée par une force de réaction donnée par une butée coopérant avec ledit boisseau. 10). Vanne selon une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que lesdits fluides sont constitués par au moins un lubrifiant.