Brevet FR2467336A1 — publié le 19810417

La présente invention concerne un robinet d'arrêt a soupape a commande axiale mécanique positive, un arbre de transmission étant disposé de façon à former un angle avec l'axe du robinet et le mouvement étant transmis de- puis cet arbre, par l'intermédiaire d'un mécanisme appro- prié a un obturateur déplaçable dans la direction de 1' axe précité. On utilise actuellement comme robinets d'arrêt pour tous usages industriels des robinets à soupape, à vanne, A papillon et à tournant. Les robinets à soupape offrent l'avantage d'une étanchéité simple et efficace A l'endroit du siège, mais leur encombrement en longueur et leur coefficient de résistance sont relativement élevés. Les robinets à papillon ont l'encombrement en longueur le -plus fab.le et un coefficient de résistance relativement bas, mais, en raison du contact glissant entre les faces de contact étanche du siège et de l'obturateur, l'usure de ces faces est plus grande. Les robinets a soupape utilises sont, soit à siège çdroit, soit à siège incliné, c'est-A-dire que la course de l'obturateur est soit perpendiculaire à l'axe longitudi- nal du robinets soit inclinée sur cet axe d'un angle qui peut atteindre 450. Les robinets d'arrêt à soupape à commande axiale, tels que ceux décrits par exemple dans le brevet US NI 2 266 485 et dans le brevet allemand 10 60 683, sont gé- néralement utilisés dans les systèmes de régulation et sont par conséquent très complexes et d'un fort encombre- ment en longueur. Cette complexité est nécessaire, car des exigences très particulières sont poséqs dans la plupart des cas en ce qui concerne l'étranglement de la section de passage et les caractéristiques d'écoulement. L'invention a donc pour objet de réaliser un robi- net d'arrêt à soupape relativement simple et qui présente un coefficient de résistance peu élevé. A cet effet, le robinet selon l'invention comporte une couronne dentée de renvoi d'angle, qui présente un moyeu conformé en crapaudine et muni d'un trou borgne taraudé orienté axialement, dans lequel se visse la tige de l'obturateur, la face périphérique du moyeu étant con- formée en palier radial et sa face en bout en palier de butée, et ce moyeu est coupé par un plan perpendiculaire à l'axe du robinet et qui passe par l'arbre de transmis- sion. Grâce à cet agencement, on obtient un robinet d' arrêt à soupape agissant dans le sens axial, dont le coef- ficient de résistance est considérablement inférieur à ce- lui des robinets à soupape connus et usuels. De plus, on obtient ainsi un encombrement en longueur si faible qu'il n'a pu être obtenu jusqu'ici que dans les robinets à papil- lon et non dans les robinets à soupape. Dans une autre forme d'exécution de l'invention, une couronne dentée de renvoi d'angle comporte un moyeu conformé en crapaudine et muni d'un trou borgne orienté axialement, dans lequel est logé un pivot, la face de révolution du trou borgne étant conformée en palier radial et son fond en palier de butée, la face périphérique du moyeu est munie d'un filetage pour l'actionnement de 1' obturateur et le moyeu est coupé par un plan perpendicu- laire à l'axe du robinet et qui passe par l'arbre de transmission. Dans une forme d'exécution différente, la couronne dentée de renvoi d'angle peut comporter un long moyeu ou deux moyeux s'étendant sur des longueurs différentes de part et d'autre de la couronne, la face périphérique du moyeu le plus long étant munie d'un filetage pour l'ac- tionnement de l'obturateur et le moyeu le plus court étant conformé en palier, et le moyeu-le plus long est coupé par un plan perpendiculaire à l'axe du robinet et qui passe par l'arbre de transmission Ces formes d'exécution constituent des manières différentes de mettre en pratique l'idée inventive. D'au- tres caractéristiques et formes d'exécution ressortent des revendications. De toute façon, l'invention sera bien comprise à 1' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs de ces formes d'exécution du robi- net: Fig. 1 est une vue en coupe d'un robinet dans le- quel l'obturateur n'est pas équilibré; Fig. 2 est une vue en coupe d'un robinet dans le- quel l'obturateur est équilibré; Fig. 3 est une vue en coupe d'un robinet dans le- quel le mécanisme de transmission et les paliers sont hermétiquement isolés du fluide dont le robinet commande l'écoulement; Fig. 4 est une vue en coupe d'un robinet dans le- quel l'effet de piston de l'obturateur est compensé; Fig. 5 est une vue en coupe d'un robinet dans le- quel le moyeu de la couronne est monté sur un pivot; Fig. 6 est une vue en coupe d'un robinet dans le- quel la couronne est munie de deux moyeux; Fig. 7 est une vue en coupe d'un robinet similaire à celui de fig. 6, mais dans lequel le montage de l'obtu- rateur est différent; Fig. 8 est une vue en coupe d'un robinet dans le- quel la couronne est muni.e d'une denture est en hélice; Fig. 9 est une vue en coupe d'un robinet dans le- quel le mécanisme de transmission du mouvement à l'ob- turateur est un mécanisme à roues hélicoïdales. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 1, un corps creux 2, dont la forme est choisie de façon à ne pas perturber l'écoulement du fluide, est moulé à -'^ intérieur du corps de robinet 1 et contient un mécanisme de renvoi d'angle constitué par un pignon 3 et une couron- ne dentée de renvoi 4. Le pignon 2 est calé sur un arbre de transmission 5 solidaire en rotation d'un volant-de manoeuvre 6. La couronne 4 est munie d'un moyeu 7 confor- mé pivot à crapaudine, dont l'extrémité libre 8 est bom- bée. Ce moyeu 7 est monté avec un jeu suffisant dans une partie saillante 9 du corps creux 2. Pour amener la face 11 de l'obturateur 10 en contact avec la face 12 du siè- ge de soupape formé sur le corps 1, la transmission du mouvement entre la couronne 4 et l'obturateur 10 s'effec- tue par l'intermédiaire d'une tige filetée 13 solidaire de ce dernier, la couronne 4 prenant appui par la face bombée 8 de son moyeu 7 conformé en pivot de crapaudine contre le fond 14 du logement du moyeu dans la saillie 9 du corps creux 2. Un organe d'arrêt 15 monté dans une gorge du moyeu 7 immobilise axialement la couronne 4. Un ergot 16 monté dans le corps creux 2 immobilise en rota- tion l'obturateur 10. Le déplacement axial de l'arbre 5 est limité par le fait que son extrémité intérieure bom- bée vient en butée contre la saillie 9. Si, par exemple, la face Il de l'obturateur 10 et la face 12 du siège ne sont pas parallèles lorsqu'el- les viennent en contact et ne se touchent que par un côté, la forme bombée de l'extrémité libre 8 du moyeu 7 et le jeu entre la saillie 9 qui sert de palier radial et la face périphérique du moyeu permettent cependant à l'ob- turateur 10 de s'appliquer correctement contre le siège. Comme le rayon de la zone de frottement entre la face bombée 8 et la face d'appui plane 14 tend vers zéro, le moment de frottement qui résulte de la force axiale dans le palier de butée est très faible. Pour que l'obturateur prenne plus facilement la position d'appui correcte contre son siège 12, il est parfaitement possible de pré- voir une liaison articulée entre l'obturateur et la tige 3o 13. De plus, le siège 12 peut être fait au choix d'une matière élastique ou d'une matière rigide. La forme d'exécution représentée à la figure 2 comporte un obturateur 10 qui est en contact avec le corps creux 2 par l'intermédiaire de joints d'étanchéité 17 et qui présente des ouvertures 18 pour l'équilibrage de la pression. L'étanchéité entre l'obturateur 10 et le corps de robinet 1 est assurée ici par un joint annulaire 19 monté sur l'obturateur. Pour diminuer le risque d'en- crassement, on peut prendre des mesures supplémentaires, par exemple prévoir des éléments en forme de tamis, qui n'empêchent pas le fluide de sortir du corps creux 2. Le moyeu agissant comme un pivot à crapaudine est, dans cet- te forme d'exécution, formé de deux parties, la face bom- bée 8 qui agit comme un palier de butée étant prévue sur un élément séparé 20. L'imlmobilisation axiale du moyeu 7 est assurée ici par un prolongement 21 de l'arbre 5, qui pénètre dans unle gorge 22 du moyeu. La figure 3 montre une forme d'exécution similaire a celle décrite en référence à la figure 1, mais avec la différence que l'int6rieur du corps creux 2 est isolé de l'intérieur du corps de robinet par un soufflet 23 et-par l'obturateur 10. Le soufflet 23 est, par une de ses ex- trémit's, fixé directement A l'obturateur 10 et, par son autre extrémité, fixé au corps creux 2 par 1'intermediaire' d'un élément fileté 24. Le soufflet 23 sert également a imwobiiiser l'obturateur 10 en rotation. Il va de soi que le soufflet utilisé dans cette forme d'exécution est un so. îf3et métallique. L'équilibrage de la pression dans la cavité intérieure du corps peut s'effectuer à travers le presse-étoupe 25, qui est prévu uniquement pour des rai- sons de sécurité et qui n'est pas serré à fonde Si l'on veut utiliser un soufflet en élastomère, on peut imaginer des agencements avec des soufflets soumis à la pression intérieure et des guidages ou des éléments d'appui pour des soufflets soumis à la pression extérieure. Pour l'équilibrage de la pression lorsque lîinté- rieur du corps creux 2 est isolé de celui du corps de ro- binet, on peut aussi utiliser l'agencement représenté à la figure 4. Le corps creux 2 a une forme tubulaire, l'obtu- rateur étant monté à l'une de ses extrémités avec interpo- sition d'un joint torique 26, tandis qu'un couvercle mobi- le 27 est monté à son autre extrémité, également avec in- terposition d'un joint torique 28. Le couvercle mobile 27 est en outre lié rigidement à l'obturateur 10, de sorte qu'il l'accompagne obligatoirement dans ses mouvements et que le volume de l'espace intérieur du corps creux reste constant. Il peut être évidemment prévu d'autres systèmes d'étanchéité. La figure 5 montre une autre forme d'exécution, dans laquelle le moyeu 7 de la couronne 4 présente un trou borgne axial qui coopère avec un pivot 29 pour ser- vir de palier radial et de palier de butée. Le pivot 29 est solidaire du corps creux 2 et par conséquent du corps de robinet 1. Le mouvement est transmis à l'obturateur 10 au moyen d'un filetage formé sur la face périphérique du moyeu 7, qui coopère avec un taraudage formé dans la tige creuse 30 de l'obturateur 10. Cette tige 30 tourillonne dans une pièce rapportée 31, fixée à l'intérieur du corps creux 2. Un joint 32 protège contre l'encrassement les éléments de mécanisme, paliers et guidages situés à l'in- térieur et il peut être conformé, par exemple, en joint à lèvre. Un tel joint empêche le fluide de pénétrer dans la cavité intérieure lors de la fermeture du robinet, mais il ne permet pas une augmentation importante de la pres- sion dans l'espace intérieur par suite de l'effet de pis- ton de la tige creuse 30 de l'obturateur. La pièce rappor- tée 31 est conformée de telle façon qu'elle sert en même temps à immobiliser axialement la couronne dentée 4. Pour immobiliser en rotation l'obturateur 10, il est prévu com- me à la figure 2 un prolongement 21 de l'arbre 5, qui s' engage dans une rainure longitudinale 33 de la tige creuse 3(- Le joint 32 peut aussi être utilisé pour empêcher le fluide de se répandre dans l'atmosphère. Dans ce cas, le système d'étanchéité prévu à la sortie de l'arbre, par exemple le presse-étoupe 25, est uniquement un dispositif de secours. Dans des conditions normales de fonctionne- ment, il est à peine serré et permet donc l'équilibrage de la pression dans l'espace intérieur dont le volume varie en fonction du déplacement de l'obturateur. La figure 6 montre une autre forme d'exécution, dans laquelle la couronne dentée est munie de deux moyeux de longueurs différentes 7, 34. Le long moyeu 7 se visse dans un taraudage de la tige creuse 30 de l'obturateur. Celui-ci est monté par sa face périphérique dans le corps creux 2. Le moyeu court 34 sert de palier de butée pour la couronne 4. L'immobilisation axiale de cette dernière est assurée par le pignon 3 lui-même. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 7, l'obturateur 10 est monté de la même manière que dans "O celle décrite en référence à la figure 5, avec la diffé- rence que son immobilisation en rotation est assurée ici par un ergot 35, qui coopère avec une nervure 36 qu'elle présente. Comme dans la forme d'exécution représentée à la figure 6, la couronne dentée 4 comporte deux moyeux 7 et A, le moyeu court 34 servant ici à la fois de palier radial et de palier de butée. La figure 8 montre une forme d'exécution très sim- ple. La couronne 4 comporte aussi deux moyeux 7, 34, dont l'un, le moyeu 7, est muni d'un filetage pour le dé- placement axial de l'obturateur 10 et sert en même temps de palier radial, l'autre moyeu 34 servant uniquement au montage de l'obturateur 10. La couronne dentée 4 est munie d'une denture 37 en hélice, le pas de l'hélice étant égal ou supérieur à la course de l'obturateur. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 9, le mécanisme de renvoi d'angle est un mécanisme à roues hélicoïdales; il pourrait être aussi un mécanisme à crémaillère. L'obturateur 10 est monté dans le corps creux 2. REVENDICATIONS 1 - Robinet d'arrêt à soupape à déplacement axial et com- mande mécanique positive, dans lequel un arbre de trans- mission est disposé de façon à former un angle avec l'axe du robinet et le mouvement est transmis de cet arbre par un mécanisme approprié à un obturateur déplaçable dans la direction de l'axe précité, caractérisé en ce qu'une cou- ronne dentée de renvoi d'angle (4) présente un moyeu con- formé en pivot à crapaudine et muni d'un trou borgne taraudé orienté axialement, la face périphérique de ce moyeu (7) étant conformée pour un palier radial et sa face en bout (8) pour un palier de butée, et en ce que ce moyeu est coupé par un plan perpendiculaire à l'axe du robinet et qui contient l'axe de l'arbre de transmission (5). 2 - Robinet d'arrêt selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'une couronne dentée de renvoi d'angle (4) présente un moyeu (7) conformé en crapaudine et muni d'nn trou bor- gne orienté axialement, la face de révolution du trou borgne étant conformée en palier radial et son fond en palier de butée, en ce que la face périphérique du moyeu (7) est munie d'un filetage pour l'actionnement de l'obtu- rateur (10) et en ce que le moyeu est coupé par un plan qui est perpendiculaire à l'axe du robinet et qui contient l'axe de l'arbre de transmission (5). 3 - Robinet d'arrêt selon la Revendication 1, caractérisé. en ce que la couronne dentée/de renvoi d'angle (4) comporte un long moyeu ou deux moyeux (7, 34) s'étendant sur des longueurs différentes de part et d'autre de la couronne, la face périphérique du moyeu le plus long (7) étant munie d'un fil-etage pour l'actionnement de l'obturateur et le moyeu le plus court (34) étant conformé pour un palier, et en ce que le moyeu le plus long (7) est coupé par un plan qui est perpendiculaire à l'axe du robinet et qui contient l'axe de l'arbre de transmission (5). 4 - Robinet d'arrêt selon les Revendications 1 et 3, carac- térisé en ce que la couronne dentée de renvoi d'angle (4) est liée rigidement ou avec possibilité de déplacement à l'obturateur (10), en ce qu'elle comporte un moyeu (7) con- formé en pivot à crapaudine, sur la face périphérique du- quel est formé un filetage servant de palier, et en ce qu'elle présente une denture (37) dont l'ensemble décrit une hélice. 3 - Robinet d'arrêt selon l'une quelconque des Revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins une des ouver- tures du corps de robinet a un diamètre égal ou supérieur à celui de l'obturateur. 6 - Robinet d'arrêt selon l'une quelconque des Revendica- tions 1 a 5, caractérisé en ce que le moyeu conformé pour un palier de butée présente une face de butée (8) bombée. 7 - Robinet d'arrêt selon l'une quelconque des Revendica- tions 1 a 6, caractérisé par un système de transmission du mouvement dont le mécanisme à engrènement est conformé en couple vis sarls fin/roue tangente, en couple d(le roues héli- coldales ou en couple pignon-crémaillère.