Brevet FR2423695A1 — publié le 19791116

La présente Invention a pour objet un robinet à soupape, notamment pour circuit d'eau déminéralisée active ou non active pour PIfflR Cpressurized water reactor), pour circuit de vapeur, pour circuit de gaz, pour circuit de pétrole ou de fluide issu du pétrole. On sait que, dans les réacteurs nucléaires, il est utilisé des circuits d'eau chaude deminéralisée, ayant une teneur en bore de 2000 ppn et présentant un pH de 8,5 à 11, et que les robinets à soupape assurant la mise en communication 0u.non des divers conduits de Qs circuits d'eau chaude sont soumis, d'une part, à une différence de pression extremement importante, de l'ordre de 165 bars, et, d'autre part, à des températures de l'ordre de 3500C. L'utilisation de robinets à soupape de type classique dans de tels réacteurs s'avère poser un certain nombre de problèmes. Pour mieux faire comprendre les problèmes qui se présentent, on a représenté, ci-joint, sur la figure 1, un robinet à soupape de type classique, du type de oeux qui CDmpor- tent un corps vertical, comprenant un chapeau, un bas de corps et un fourreau maintenu entre le chapeau et le bas de corps, traversé par une tige de commande actionnée en rotation par un volant à extrémité de laquelle est monté pivotant un clapet susceptible de prendre deux positions extremes dites couverture du robinet et fermeture du robinet, correspondant respectivement à la mise ou non en communication de deux conduits appartenant au circuit d'eau chaude. Sur la figure 1, on a représenté en 1A le corps vertical du robinet à soupape comprenant un chapeau 2A, un bas de corps 3A et un fourreau 4A, maintenu entre le chapeau 2A et le bas de corps 3A. On a représenté, en 5A, la tige de commande traversant le corps du robinet lA et à l'extrémité inférieure de laquelle est monté pivotant le clapet 6A. De façon plus précise, la partie filetée 7A de la tige 5A traverse le chapeau 2A, puis un ensemble pressevétoupe 8A, et ensuite le fourreau 4A. On rappelle que l'ensemble presse-étoupe 8A est constitué de tresses de graphite 13A, entourant la tige sur une certaine longueur et d'un système de compression approprié desdites tresses. Le fonctionnement du robinet à soupape est le suivant par manoeuvre du volant 9A, la tige 5A monte ou descend en rotation et entraîne le clapet 6A entre deux positions extremes de fermeture et ouverture du robinet. Lors de la po- sition fermeture du robinet, la face Inférieure du clapet 6A vient en butée sur le siège 10A du clapet et interrompt ainsi la communication entre le conduit lIA et -le conduit 12A. Lors de la position ouverture du robinet, la face supérieure du clapet 6A vient en butée sur le fourreau 4A de- façon a' assurer l'étanchéité de Irensemble vers l'extérieur. Les problèmes qui se posent si Iron utilise un robinet à soupape du type classique tel que décrit ci-dessus, dans un réacteur nucléaire, donc avec une pression et une température telles que rappelées ci-dessus, sont essentiellement les suivants. Lors de l'ouverture du robinet, l'eau chaude, entrant par le conduit liA et passant dans le conduit 12A soumet la tige 5A à une pression très forte et, au bout a un certain temps, on constate une de formation et un désalignement de cette tige sua ; oeci entrain une mauvaise étanchéité entre le clapet 6A (qui est alors en position haute) et le fourreau 7A.Lors de la fermeture du robinet, pour qu'il y ait réellement étanchéité entre le clapet 6A- et le siège 10A, il est nécessaire que la tige de commande 5A soit appliquée avec un effort important de façon à oe que le clapet 6A soit bien en contact avec le siège 10A, et il est absolument indispensable que ce clapet 6A, monté pivotant sur la tige de commande 5A, ne tourne plus au moment du contact avec le siège, alors que la tige 5A est encore en rotation.On constate, au bout d'un oertain nombre de manoeuvres, un grippage du bout de la tige 5A dans le clapet 6A qui résulte de cet effort important ; il en résulte une rotation du clapet et, par conséquent, il nly a plus étanchéité efficace entre le siège et le clapet.Lors de la position ouverture du robinet, c'est-à-dire lorsque le clapet 6A est en contact avec le bord inférieur du fourreau 4A, on constate également, au bout d' un certain nombre de manoeuvres, un grippage du clapet 6A sur la face inférieure du fourreau 4A ; il en ré sulte une mauvaise étanchéité arrière" ; et l'ensemble presse-étoupe 8A n'est plus réellement protégé, On voit donc que les robinets à soupape classiques, tels que décrits ci-dessus, présentent un certain nombre de defauts lors de leur utilisation dans des réacteurs nucléaires, notamment au niveau du guidage de la tige de commande et de l'étanchéité en position fermeture et en position ouverture du robinet. L'invention a justement pour objet un robinet à soupape qui pallie les inconvénients rappelés ci-dessus et peut etre utilisé- sans problème dans des réacteurs nuclé.aires. Le robinet à soupape, conforme à 1'invention, se caractérise en ce qu'il composte notamment : - des moyens pour assurer le centrage et le guidage de ladite tige à travers ledit ooaps du robinet7 - des moyens de liaison entre la tige et le clapet lors de la position ouverture du robinet, assurés par une première pièce interposée entre la tige et le clapet, en un matériau à faible coefficient de frottement vis-à-vis de la tige et vis-à-vis du clapet, - des moyens de liaison entre la tige et le clapet lors de la position fermeture du robinet, assurés par une deuxième pièce, interposée entre la tige et le clapet, en un matériau à faible coefficient de frottement vis-à-vis de la tige et vis-à-vis du clapet, la première et la deuxième pieces ayant des dimensions telles que, pour une position intermédiaire du clapet, entre les deux positions ouverture du robinet et fermeture du robinet, un jeu existe entre la tige, le clapet et les deux pièces, selon la direction de déplacement du clapet. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens pour assurer le centrage et le guidage de la tige de commande à travers le corps du robinet comprennent une bague en un alliage de carbone et de graphite entourant la partie de la tige voisine du bord inférieur du fourreau du corps du robinet, ladite bague étant surmontée de moyens annulaires d'étanchéité. L'alliage constituant la bague, dit "carbo-graphite" (commercialisé sous le nom de JP -500 > comprend un carbone artificiel imprégné de 3 à 4X de cendres de carbone et du graphite. Cet alliage présente les caractéristiques physiques et mécaniques suivantes - densité : 1,70 ; - porosité (volume X) : 13 ; - résistance à la flexion : 450 bars , - résistance à la compression : 1300 bars , - dureté (en normes Shore) : 70 ; -6 - coefficient de dilatation : 5.10 / C , - conductivité thermique : 0,08 Wcm-1 C-1 à 20 C ; - température maximum d'utilisation : 4000 c. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tige comporte une tete à son extrémité inférieure, ladite tete étant raccordée à ladite tige par in épaulement, le clapet comporte une cavité interne dans laquelle est logée la tête de la tige de commande et est fixé à la partie infe- rieure de la tige de commande au moyen d'un écrou, la première pièce assurant la liaison entre la tige et le clapet, lors de la position ouverture du robinet, étant-constituée par une rondelle en carbure de tungstène, placée entre ltépau- lement raccordant ladite tete à ladite tige et la partie inférieure de l'écrou. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cavité du clapet comporte un fond plat et la tête de la tige comporte une face en regard dudit fond de la cavité, la- deuxième pièce assurant la liaison entre la tige et le clapet lors de la position fermeture du robinet, étant constituée par une pastille en carbure de tungstène, fixée sur la face- de la tête de la tige qui est en regard du fond de ladite cavité, ladite pastille présentant une surface constituée par me calotte sphérique tournée vers le fond de ladite cavité. Selon un mode de réalisation du robinet à soupape considéré, la pastille est placée dans un évidement ménagé dans la partie inférieure de la tête de la tige de commande, la partie calotte sphérique de ladite pastille de bordant dans ledit évidement et l'autre partie de ladite pastille étant fixée dans la partie de la tête de la tige adjacente audit évidement. Selon un autre mode de réalisation du robinet à soupape considéré, la partie supérieure du clapet est constituée par une jupe, le bord de ladite jupe étant chanfreiné L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en se référant aux figures 2, 3 et 4 jointes, dans lesquelles - la figure 2 représente, en coupe, une yue d' en- semble du robinet à soupape conforme a l'invention, en position fermeture ; - la figure 3 représente, en coupe, une vue partielle du bas de la tige et du clapet, lors de la position fermeture du robinet ; - la figure 4 représente une vue partielle, en coupe, du bas de la tige et du clapet, lors de la position ouverture du robinet. Sur la figure 2, on a représenté en 1, le corps vertical du robinet à soupape qui comprend un chapeau 2, un bas de corps 3, et un fourreau 4, maintenu entre le chapeau 2 et le bas de corps 3. Le chapeau 2 et le bas de corps 3 sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une vis 14. Uh joint d'étanchéité 19 est placé entre le fourreau 4 et le bas de corps 3. On a représenté, en 5, la tige de commande traversant le corps du robinet 1 et à 1' extrémité inférieure de laquelle est monté pivotant le clapet 6. La partie filetée 7 de la tige 5 traverse le chapeau 2 par l'intermédiaire d'un écrou 15, puis l'ensemble presse-étoupe 8 , l'ensemble presse-étoupe 8 est constitué par des tresses en graphite 13 entourant la tige de commande 5 sur une certaine longueur, ces tresses étant surmontées d'une bague presse-étoupe 16, le tout étant comprimé à l'aide d'une barrette 17 de presseétoupe qui est fixée sur le bas du corps 3 à l'aide des vis 18. Une bague 20 en alliage de carbone et de graphite, destinée à assurer le guidage et le centrage de la tige de commande conformément à l'invention, entoure la tige 5 et est placée en-dessous des tresses de graphite 13. Le clapet 6 comporte une cavité interne 21 à fond plat dans laquelle est logée la tête 22 de la tige 5 de commande. Le clapet 6 est fixé à la partie inférieure de la tige 5 au moyen d'un écrou 23. Une rondelle 24 en carbure de tungstène, destinée à assurer la liaison tigeclapet lors de la position ouverture du robinet, conformément a' l'invention, est placée entre liépaulement qui raccorde la tete 22 à la tige S et la partie inférieure de l'écrou 23 La partie supérieure du clapet 6 est constituée par une jupe 25 dont le bord 26 est chanfreiné. Une pastille 27 en carbure de tungstène, destinée à assurer la liaison tige-clapet lors de la position ferme- ture du robinet, conformément à l'invention, est fixée sur la face de la tête 22 qui est en regard du fond de la cavité interne 21 du clapet 6 ; cette pastille 27 présente une surface constituée par une calotte sphérique tournée vers le fond de la cavité 21. De façon plus précise, la pastille 27 est placée dans un évidement 28, ménagé à la partie inférieure de la tête 22, et la surface constituée par une calotte sphérique de la pastille 27 déborde dans Qt évidement 28. Le plant 9 de manoeuvre de la tige 5 est susceptible de la faire noter ou descendre en rotation en entraînant le clapet 6 entre deux positions extrêmes - une position d'ouverture du robinet dans laquelle le clapet 6 vient en butée sur le fourreau 4 et laisse libre la oommu- nication entre les deux conduits 11 et 12, - une position de fermeture du robinet dans laquelle le clapet 6 vient en butée sur le siège 10 et interrompt ainsi toute communication entre les conduits 11 et 12. Le ffnctionnement et les avantages du robinet à soupape conforme à l'invention sont les suivants. En position fermeture du robinet (voir figure 3), la tige de commande 5, manoeuvrée en rotation par le-volant 9, amène le clapet 6 en contact avec le siège 10. Une fois qu'il est au contact du siège 10, le clapet 6 ne tourne plus alors que la tige continue à tourner en rotation. Pour bien fermer le robinet et assurer l'étanchéité, il est nécessaire que la tige 5 applique avec un effort important le cLapet 6 sur le siège 10. Grace à la forme de la pastille 27 et au matériau qui la constitue, on évite tout grippage entre la tige et le clapet au moment de l'effort produit : en effet, la pastille 27, étant donné sa forme et sa dureté, joue ainsi le rôle de pivot antifriction. li n'y a donc pas de risque que le clapet se mette à se déplacer en rotation à c2 moment la' et l'étanchéité est assurée, c' est-à-dire que l'eau chaude provenant de la conduite 11. ne risque pas de passer dans la oonauite 12. En position ouverture du robinet, (voir figure 4), la tige 5, actionnée en rotation par le dolant 9, emmène le clapet 6 de bas en haut jusqu a ce qu'il soit en contact avec le fourreau 4. Pour assurer l'étanchéité, il est- necessaire que le clapet 6 soit appliqué avec un effort important sur le fourreau 4. Grâce à la présence de la rondelle 24, il n'y a pas de grippage entre le clapet 6 et le bord inférieur du fourreau 4 au moment de l'effort appliqué pour assurer l'étant chéité arrière : en effet, étant donné sa forme et sua dureté, la rondelle 22 assure également un rôle anti-friction.De plus, le bord supérieur 26 de la jupe 25 du clapet 6 étant chanfreiné, ce qui diminue la surface de contact entre le clapet 6 et le fourreau 4, ceci contribue également à l'obtention d'une bonne étanchéité arrière. Il est à noter que le jeu 29 existant entre la rondelle 24 et l'écrou 23, lors de la position fermeture du robinet (voir figure 3), se retrouve entre le fond de la cavité 21 et l'extrémité inférieure de la tête 22, lors de la position ouverture du robinet (voir figure 4). D'autre part, lors du déplacement de la tige 5 en rotation à travers le corps i du robinet, soit pour descendre le clapet 6 vers la position fermeture du robinet, soit pour monter le clapet 6 vers la position ouverture du robinet, la bague 20 en alliage de carbone et de graphite, étant donné sa position et le matériau qui la constitue, permet d 'assurer un bon centrage et un bon guidage de la. tige 5 et évite toute déformation et désalignement de cette dernière. REYENDICATIONS l. Robinet a' soupape, notamment pour réacteur nucleai- re, du type de ceux qui comportent un corps vertical, comprenant un chapeau, m bas de corps et un fourreau maintenu entre le chapeau et le bas de corps, traversé par une tige de commande actionnée en rotation par un. volant, à 1 r extrémitë de laquelle est monté pivotant un clapet susceptible de prendre deux positions extremes, dites ouverture du robinet et fermeture du robinet, correspondant respectivement à la mise ou non en communication de deux conduits, une première- face du - clapet venant en butée, lors de la position fermeture du robinet, sur le siège du clapet de façon à obturer la communication entre les deux conduits, et une deuxième face du clapet venant en butée, lors de la position ouverture du robinet, sur le fourreau du corps du robinet de façon à assurer 11 étanchéité de l'ensemble vers l'extérieur, caractérisé en ce qu'il comporte notamment - des moyens pour assurer le centrage et le guidage de ladite tige à travers ledit corps du robinet, - des moyens de liaison entre la tige et le clapet lors de la position ouverture du robinet, assurés par rne première pièce, interposée entre la tige et le clapet, en un matériau à faible coefficient de frottement vis-à-vis de la tige et vis-à-vis du clapet, - des moyens de liaison entre la tige et le clapet lors de la position fermeture du robinet, assurés par une deuxième pièce, interposée entre la tige et le clapet, en un matériau à faible ooefficient de frottement vis-à-vis de la tige et vis-à-vis du clapet, la première et la deuxième pièces ayant des dimensions telles que, pour une position intermédiaire du clapet, entre les deux positions ouverture du robinet et fermeture du robinet, un jeu existe entre la tige, le clapet et les deux pièces, selon la direction de déplacement du clapet, 2.Robinet à soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mayens pour assurer le centrage et le guidage de la tige de commande à travers le corps du robinet comprennent une bague en un alliage de carbone et de graphite entourant la partie de la tige voisine du bord inférieur du Fourreau du corps du robinet, ladite bague étant surmontée de moyens annulaires d1 étanchéIté, 3.Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tige emporte une tete à son extrémité inférieure, ladite tête étant raccordée à ladite tige par un épaulement, le clapet emporte une cavité interne dans laquelle est logée la tête de la tige de commande et est fixé à la partie inférieure de la tige de commande au moyen d'un écrou, la première pièce assurant la liaison entre la tige et le clapet, lors de la position ouverture du robinet, étant constituée par une rondelle en carbure de tungstène, placée entre l'épaulement raccordant ladite tête à ladite tige et la partie inférieure de l'écrou. 4. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications 1à 3, caractérisé en ce que la cavité du clapet comporte un fond plat et la tête de la tige comporte une face en regard dudit fond de la cavité, la deuxième pièce assurant la liaison entre la tige et le clapet, lors de la position fermeture du robinet, étant constituée par une pastille en carbure de tungstène, fixée sur la face de la tete de la tige qui est en regard du fond de ladite cavité, ladite pastille présentant une surface constituée par une calotte sphérique tournée vers le fond de ladite cavité. 5. Robinet à soupape selon la revendication 4, carac térise en Q que la pastille est placée dans un évidement ménagé dans la partie inférieure de la tête de la tige de commande, la surface constituée par une calotte sphérique de ladite pastille débordant dans ledit évidement et l'autre partie de ladite pastille étant fixée dans la partie de la tete de la tige adjacente audit évidement. 6. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications là 5, caractérisé en ce que la partie supérieure du clapet est constituée par une jupe, le bord de ladite jupe étant chanfreiné.