Brevet FR2466687A1 — publié le 19810410

La présente invention concerne,d'une manière générale, les robinets de commande d'écoulement et elle se rapporte plus particulièrement à des robinets qui assurent le maintien de l'action d'étanchéité du robinet lorsque ce dernier est exposé au feu ou à tout autre évènement thermique inhabituel similaire. Les robinets à obturateur sphérique et les robinets à papillon utilisés pour régler l'écoulement dans des conduites transportant des hydrocarbures pétroliers et fluides similaires comportent habituellement des joints d'étanchéité en élastomère fabriqués en des matières telles que des polymères fluorocarbonés, des polyuréthanes et divers polymères et copolymères oléfiniques. Même celles de ces matières qui sont les plus stables thermiquement ne sont plus capables de remplir leur fonction d'étanchéité aux températures supérieures à environ 3450cl Dans le brevet des EUA nO 3.537.682, sont décrits des joints d'étanchéité de robinet en matière inorganique qui fonctionnent efficacement à des températures de l'ordre de 650 à 7000C.Cependant, ces derniers joints d'étanchéité sont coûteux et sont moins avantageux que les joints d'étanchéité en matière élastomère pour les utilisations aux températures de fonctionnement plus courantes. En outre, il est déjà connu de construire des robinets de commande d'écoulement munis de sièges ou de joints d'étanchéité métalliques auxiliaires qui sont normalement disposés en contact approximatif avec l'organe obturateur et qui utilisent essentiellement la dilatation thermique qui se produit au cours d'un incendie ou analogue pour assurer une action d'obturation de sécurité. Dans les conditions normales, ces joints n'assurent pas une étanchéité efficace étant donné que, pour obtenir une telle étanchéité, il serait nécessaire qu'il existe entre eux et l'organe obturateur mobile un degré de contact qui entraverait la facilité d'actionnement désirée du robinet.Par conséquent, lors du refroidissement, après que l'incendie a été éteint, ces joints d'étanchéité de la technique antérieure se contractent et reprennent leur position normale, ce qui provoque l'interruption de leur contact avec l'élément obturateur créant ainsi un danger de fuite. Par conséquent, l'un des principaux buts de la présente invention est de réaliser un robinet de commande d'écoulement muni d'un joint d'étanchéité auxiliaire qui assure une action d'étanchéité prolongée après avoir été exposé à des températures extrêmement élevées et même après un refroidissement ultérieur. Un but plus général de l'invention est de réaliser un nouveau robinet de commande perfectionné qui présente des caractéristiques de sécurité en cas d'incendie. Un autre but de l'invention est de réaliser un robinet de sécurité en cas d'incendie qui fonctionne quel que soit le sens de la pression d'écoulement. A cet effet, l'invention a pour objet un robinet de commande d'écoulement muni de moyens pour assurer une action de fermeture étanche de secours lors d'une défaillance accidentelle du joint d'étanchéité primaire provoquée par la chaleur, ce robinet comprenant un corps de robinet délimitant une ouverture d'écoulement de fluide; un obturateur pouvant être positionné sélectivement disposé dans l'ouverture d'écoule- ment de fluide; des moyens d'étanchéité primaires coopérant avec l'obturateur pour obturer de manière étanche l'ouverture d'écoulement de fluide lorsque l'obturateur est dans la position de fermeture et un joint d'étanchéité secondaire de secours destiné à coopérer avec l'obturateur pour obturer de manière étanche ladite ouverture après que le robinet a été soumis à un évènement thermique, ce robinet étant caractérisé en ce que le joint secondaire comprend un organe annulaire circonférentiellement continu fabriqué en une matière à peu près incombustible capable de libérer des tensions emmagasinées après chauffage au-dessus d'une température prédéterminée et est porté par le corps du robinet et entoure l'obturateur, cet organe annulaire circonférentiellement continu ayant au moins une partie intérieure travaillée à froid un diamètre intérieur d'une dimension suffisante pour maintenir l'organe annulaire hors de contact avec l'obturateur pendant le fonctionnement normal, la partie intérieure comportant des regions circonférentiellement continues qui sont à l'état précontraint et sont aptes à être détendues thermiquement lorsque l'organe annulaire circonférentiellement continu est soumis à un évènement thermique, de sorte qu'en réponse à la détente.shermique des régions précontraintes la partie intérieure se contracte pour venir s'appliquer de ma nière étanche contre l'obturateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels est représenté un mode unique de réalisation de l'invention appliqué à un robinet à papillon, bien que l'application de l'invention ne soit pas limitée à ce type de robinet. Sur ces dessins La Fig. 1 est une vue en coupe centrale et en élévation latérale d'un robinet à papillon réalisé conformément à la présente invention, les conduits ou tuyaux raccordés au robinet étant représentés en traits mixtes; la Fig. 2 est une vue en coupe, à plus grande échélle, sensiblement suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue partielle, en coupe, à encore plus grande échelle, qui montre la relation entre le joint d'étan chéité primaire et le joint "incendie" auxiliaire de la présente invention, cette vue représentant les pièces dans leur configuration normale d'utilisation; et la Fig. 4 est une vue similaire à celle de la Fig. 3 mais qui représente la configuration des pièces après défaillance du joint d'étanchéité primaire et fonctionnement du joint d'étanchéité auxiliaire après qu'un évènement thermique inhabituel se soit produit. On se référera maintenant aux dessins et, en particulier, aux Fig. 1 et 2 sur lesquelles on a représenté un robinet 10 à plateau ou à papillon réalisé conformément à la présente invention. Ce robinet est monté entre les extrémités de deux conduits ou tuyaux alignés 12 et 14 pourcamEnde 2 l'ecoule- ment dans ceux-ci. Chacun des tuyaux 12 et 14 est muni d'une bride d'extrémité 16 qui y est rigidement fixée et un nombre approprié de boulons et écrous sont disposés dans une configuration circulaire afin d'être utilisés pour tirer les brides 16 l'une vers l'autre afin de serrer le robinet 10 entre elles. Le joint d'étanchéité auxiliaire de sécurité en cas d'incendie de la présente invention est utilement employé dans divers types ou genres de robinets. Aux fins de la présente description, on l'a représenté utilisé en combinaison avec un robinet à plateau ou disque ou à papillon tel que celui décrit dans le brevet des EUA nO 3.563.510. Le robinet 10 comprend un corps principal 20 et une bague 22 de serrage faisant également partie du corps de robinet qui coopèrent entre eux pour délimiter une rainure annulaire ou siège 24 d'obturateur.Un obturateur de commande d'écoulement ou papillon 26 est monté sur un arbre support 28 de façon à pouvoir tourner entre une position fermée, représentée en traits pleins sur la Fig. 2, et une position ouverte, représentée en traits mixtes sur cette figure, l'arc parcouru par l'obturateur ou papillon 26 étant désigné par la référence 30.L'obturateur 26 est, de préférence, bombé en section transversale pour présenter une courbure sphérique a un anneau d'étanchéité primaire 32 en matière polymère. Une poignée de commande 34 est fixée il'arbre 28, comme représenté sur la Fig. 1, pour permettre de positionner sélectivement l'obturateur 26 par rapport à l'ouverture de robinet circulaire délimitée par l'anneau d'étanchéité primaire 32 et, si désiré, des moyens qui comprennent une plaque de centrage 36 peuvent être prévus dans le robinet 10 pour verrouiller la poignée dans une position désirée. Des moyens servant à solliciter l'obturateur 26 dans la position de fermeture du robinet sont en outre avantageusement incorporés au robinet 10. Comme représenté sur la Fig. 2 à laquelle on se référera plus particulièrement, l'anneau d'étanchéité primaire 32 comprend une bande 38 de matiere polymère souple élastique, telle que du polytétrafuoroéthylène, pliée autour d'un organe de renforcement annulaire 40 en matière élastomère qui est normalement de forme toroïdale. Un tel agencement a été appalé un cordon de bourrage. D'autres détails relatifs à la construction du robinet 10, à son mode de fonctionnement normal et à la coopération de ses éléments respectifs ont été plus complètement décrits dans le brevet des EUA précité nO 3.563.510. Cependant, con formément aux principes de la présente invention, le corps 20 du robinet ou, plus précisément, la bague de serrage 22, est réalisée de façon à former un épaulement annulaire 42 situé, dans l'ensemble, dans le sens aval par rapport au siège d'obturateur annulaire 24, comme plus particulièrement représente sur la Fig. 3. Egalement en conformité avec la présente invention, un collier annulaire 44, qui est destiné à former le joint d'étanchéité auxiliaire ou de secours, est fabriqué en une matière à peu près incombustible et est destiné à être monté sur l'épaulement 42.Le collier 44 comporte une première partie aval 46 formant rebord qui est hermétiquement fixée à l'épaulement 42, par exemple par une soudure annulaire continue 50, et une seconde partie amont 48 formant lèvre qui peut librement se déplacer par rapport à l'épaulement 42. De façon avantageuse, le collier 44 est fabriqué en un métal résistant à la corrosion approprié, de préférence de l'acier inoxydable ou alliage similaire qui est choisi du fait de sa capacité de libérer les tensions qui y sont emmagasinées lorsqu'il est chauffé au-dessus d'une température prédéterminée. On examinera maintenant de manière plus détaillée la configuration du collier 44, toujours en se référant à la Fig. 3. On doit noter, cependant, que le modèle de collier 44 représenté sur les dessins, bien que présentant de nouvelles caractéristiques en lui-même et de par lui-même, a été choi- si aux fins de l'illustration et de la description du concept général de l'invention considéré dans son ensemble. En fait, il est envisagé que d'autres modèles de colliers puissent être employés sans sortir du cadre de l'invention et il est prévu que de tels autres modèles seront utilisés en fonction, naturellement, de la structure du robinet et de l'utilisation particulière à laquelle il est destiné. Compte tenu de ce qui précède, on examinera maintenant le collier 44 de la Fig. 3. Plus précisément, le rebord aval 46 du collier 44 a une épaisseur, en section transversale, plus grande que la lèvre 48. Le rebord 46 est reçu dans une encoche annulaire 49 formée dans l'épaulement 42 pour faciliter le positionnement et le soudage du collier 44 à l'élément 22 du corps du robinet. La lèvre annulaire 48 s'étend à partir du rebord annulaire 46, la lèvre 48 ayant une partie d' extrémité libre, désignée par la référence générale 52, légè rement espacée de l'épaulement 42. La lèvre 48 a de préférence en section transversale, une forme qui correspond à celle d'une poutre à tension constante.En d'autres termes, l'é-ais- seur en section transversale de la lèvre 48 à l'emplacement 54 est plus grande qu'à l'emplacement 56 et cette épaisseur de la partie de lèvre à l'emplacement 56 est, à son tour, plus grande qu'à l'emplacement 58 au voisinage de l'extrémité libre 52.Ces dimensions et la diminution de la section transversale de la lèvre 48 peuvent être déterminées à l'aide de formules classiques pour établir une tension approximativement constante suivant la longueur de la lèvre. En outre, la configuration à section transversale décroissante garantit que l'extrémité libre 52 fléchira élastiquement après avoir été mise en contact avec l-'obturateur 26 lors de l'apparition de l'évènement thermique. Cette caractéristique permet ainsi d'actionner l'obturateur après cet événement thermique sans risque de provoquer une déformation permanente de la lèvre 48 et de détruire sa capacité de s'adapter de manière étanche contre l'obturateur 26. En ce qui concerne le procédé de fabrication du robinet dans son ensemble, on notera que le collier 44 est initialement fabriqué sous la configuration générale représentée sur la Fig. 4, à l'exception de l'extrémité libre 52 qui s'étend approximativement dans la position représentée en traits interrompus. Ainsi, avec la construction représentée, on peut facilement disposer le collier 44 dans la partie alésée de la bague de serrage 22 puis l'assembler à l'épaulement 42, par exemple au moyen de la soudure 50.Ensuite, on met le collier 44, et plus particulièrement la lèvre 48, circonférentiellement sous tension par une opération de galetage ou autre procédé de travail à froid pour atteindre une dimension circonférentielle à l'état tendu ou précontraint ayant la configuration générale représentée sur la Fig. 3, c'est-à-dire dans laquelle la lèvre 48 est disposée de telle sorte qu'elle n'a pas d'effet nuisible sur le fonctionnement de l'obturateur et qu'elle n'entrave pas le fonctionnement.En ce qui concerne le collier 44, le procédé de travail à froid-particulier utilisé et la séquence d'opérations particulière choisie, à savoir le fait qu'il soit travaillé à froid avant ou après son raccordement à l'élément du corps du robinet, dépenddans une grande mesure de la structure particulière du robinet et des caractéristiques de fonctionnement. Ainsi, il est bien entendu que le procédé de fabrication décrit dans lequel un travail à froid par galetage est effectué après assemblage du collier 44 ne représente qu'un mode de réalisation du concept général dd del'invention.Par conséquent, dans le cas où la conception du robinet le permet, le siège ou joint d'étanche ité auxiliaire ou de secours peut être travaillé à froid par des procédés connus autres que le galetage à froid et/ou assemblé au corps de robinet après travail à froid sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Comme représenté sur la Fig. 3 à laquelle on se référera à nouveau, et dans le cas du mode de réalisation représenté, la mise sous tension circonférentielle de la lèvre 48 modifie les dimensions de cette lèvre de sorte qu'elle est disposée plus proche de l'épaulement 42, l'extrémité libre 52 subissant le plus grand accroissement de dimension circonférentielle.Cette relation est illustrée par une comparaison des Fig. 3 et 4. I1 serait certes souhaitable que la lèvre 48 soit en appui contre l'épaulement 42 pour réduire son usure due aux produits abrasifs contenus dans le fluide traversant le robinet et pour assurer qu'elle n'entre pas en contact avec l'obturateur 26 pendant le fonctionnement, mais ceci ne peut être obtenu dans le cas du mode de réalisation et du procédé d'assemblage représentés. Plus particulièrement, du fait dela nature élastique de la matière dans laquelle le collier 44 est fabriqué et des limitations relatives à sa déformation au cours du galetage dues à son raccordement an-. térieur à la bague 22, la lèvre ne peut pas être suffisamment tendue pour rester en contact contre l'épaulement: et elle tend à reprendre une position dans laquelle elle est lé gère- ment espacée de l'épaulement 42. En outre, et comme noté ci-dessus, il est préférable que la lèvre 48 n'entre pas en contact avec l'obturateur 26 pendant le fonctionnement normal, étant donné qu'un degré élevé de contact aurait tendance à accroître la force requise pour actionner le robinet ou pourrait provoquer une usure par frottement entre la partie de lèvre 48 et l'obturateur 26. On comprendra cependant qu'un léger degré de contact entre l'extrémité libre 52 et l'obturateur 26 peut être toléré, à condition qu'il n'accroisse pas la force d'actionnement requise au-dessus de niveaux acceptables et ne provoque pas une usure par frottement. On examinera maintenant la capacité du robinet décrit cidessus à assurer une étanchéité efficace pendant et après un évènement thermique. Par conséquent, dans le cas ou le robinet et le collier 44 qui en fait partie sont exposés à des températures excessivement élevées, par exemple lorsqu'vils sont exposés au feu ou à un autre évènement thermique inhabituel suffisant pour détruire la capacité du joint d'étanchéité primaire 32 à arrêter l'écoulement du fluide, les tensions emmagasinées dans la lèvre 48 du collier sont thermiquement libérées et la lèvre 48 tend à reprendre sa forme originale. Lorsque ceci se produit, la lèvre 48 se déplace en contact ou en appui étanche contre l'obturateur 26 ou, au moins, si l'on admet que le robinet est dans une position telle que l'obturateur 26 est fermé, ce contact se produit comme représenté sur la Fig. 4. Un fait particulièrement important est que la libération ou rel chement de la tension du collier 44 et le repositionnement de la partie de lèvre 48 sont permanents et qu'un refroidissement ultérieur ne supprime pas le contact entre la lèvre 48 et l'obturateur 26. On a représenté sur la Fig. 4 l'anneau d'étanchéité primaire 32 partiellement détruit ainsu que la pénétration . du fluide de la canalisation dans l'espace compris entre l'epau- lement 42 et le collier 44. Comme on le comprendra, la pression amont déforme élastiquement l'obturateur en contact avec le collier et favorise ainsi la création d'un joint étanche entre l'obturateur 26 et l'extrémité 48 du collier 44. Cependant, la mémoire élastique du collier, après libération des tensions emmagasinées, peut être rendue suffisante à elle seule pour réaliser un joint d'étanchéité efficace, même dans des conditions de contre-pression à partir du côté aval de l'obturateur. I1 est bien entendu que les dessins et la description qui précède ne représentent pas le seul mode de réalisation possible del'invention en ce qui concerne les détails de construc tion et son mode de fonctionnement. Des changements peuvent être apportés en ce qui concerne la forme et les proportions des pièces, des moyens equivalents peuvent être utilisés à la place de ceux représentés en fonction des circonstances et des commodités; en outre, bien qu'on ait utilisé des termes spécifiques, ces termes doivent être interprétés uniquement dans un sens générique et descriptif et non à titre limitatif. REVENDICATIONS 1. Robinet de commande d'écoulement muni de moyens pour assurer une action de fermeture étanche de secours lors d'une défaillance accidentelle du joint d'étanchéité primaire provoquée par la chaleur, ce robinet comprenant un corps de robinet délimitant une ouverture d'écoulement de fluide; ou obturateur pouvant etre positionné sélectivement disposé dans l'ouverture d'écoulement de fluide; des moyens d'étanchéité primaires coopérant avec l'obturateur pour obturer de manière étanche l'ouverture d'écoulement de fluide lorsque l'obturateur est dans la position de fermeture et un joint d'étanchéité secondaire de secours destiné à coopérer avec l'obturateur pour obturer de manière étanche ladite ouverture après que le robinet a été soumis à un évènement thermique, ce robinet étant caractérisé en ce que le joint secondaire comprend un organe annulaire (44) circonférentiellement continu fabriqué en une matière à peu près incombustible capable de libérer des tensions emmagasinées après chauffage au-dessus d'une température prédéterminée et est porté par le corps (20, 22) du robinet et entoure l'obturateur (26), cet organe annulaire circonférentiellement continu ayant au moins une partie intérieure (48) travaillée à froid à un diamètre intérieur d'une dimension suffisante pour maintenir l'organe annulaire 44 hors de contact avec l'obturateur (26) pendant le fonctionne- ment normal, la partie intérieure (48) comportant des régions circonférentielement continues qui sont à l'état précontraint et sont aptes à être détendues thermiquement lorsque l'organe annulaire (44) circonférentiellement continu est soumis à un évènement thermique, de sorte qu'en réponse à la détente thermique des régions précontraintes la partie intérieure (48) se contracte pour venir s' appliquer de manière étanche contre l'obturateur (26). 2. Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie intérieure (48) est une lèvre. 3. Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lèvre (48) a en section transversale une épaisseur qui diminue en direction de son extrémité libre. 4. Robinet selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le corps de robinet (20, 22) com porte un épaulement annulaire (42) disposé en aval des moyens d'étanchéité primaires (32) et ence que l'organe annulaire (44) du joint d'étanchéité secondaire est fixé à l'épaulement, la lèvre (48) étant disposée de telle sorte que la pression de fluide facilite le positionnement et le maintien du joint auxiliaire en appui contre l'obturateur (26) après détente thermique de la lèvre précontrainte (48). 5. Robinet selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la partie extérieure (46) de l'organe annulaire (44) a une section transversale relativement plus grande que la lèvre (48) et en ce que la précontrainte est limitée à la lèvre (48). 6. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière incombustible est de l'acier inoxydable. 7. Procédé de fabrication d'un robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à utiliser un élément de corps d'écoulement de fluide de ce robinet; à utiliser un organe annulaire (44) en une matière à peu près incombustible capable de libérer les tensions qui y sont emmagasinées après avoir été chauffé au-dessus d'une température prédéterminée et destiné à former le joint d'étanchéité secondaire de secours, cet organe annulaire comportant au moins une première partie (48) ayant une dimension intérieure initiale lui permettant de venir en appui étanche contre l'obturateur (26); à travailler à froid au moins la première partie (48) de l'organe annulaire (44) avant l'assemblage final pour agrandir circonférentiellement cette dimension intérieure initiale de ladite partie (48); cette étape d'agrandissement circonférentiel à froid comportant l'établissement de régions précontraintes dans ladite partie (48), tensions qui sont capables d'être libérées sous une action thermique de sorte qu'à la suite de l'exposition de ce robinet à un avènement thermique après l'assemblage final, les tensions de ladite partie (48) sont libérées et ladite partie tend à reprendre sa dimension initiale et à venir, de ce fait, s'appliquer de manière étanche contre l'obturateur (26). 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, l'étape qui consiste à raccorder un bord de l'organe annulaire à l'élément (22) de corps de robinet avant l'étape d'agrandissement circonférentiel, la première partie (48) étant disposée de façon à s'étendre à l'inté- rieur de l'alésage d'écoulement de fluide. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'étape d'agrandissement circonférentielle de la première partie (48) comporte l'étape qui consiste à travailler à froid la première partie (48) de l'organe annulaire pour la mettre à ladite dimension où elle est à l'état précontraint. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de travail à froid comporte une étape de galetage.