Brevet FR2480391A1 — publié le 19811016

La présente invention a trait à des sièges et à des moyens d'étanchéité pour robinets, etelle vise plus parti- culièrement à réaliser des moyens pour assurer l'étanchéité du robinet lorsque le joint d'étanchéité principal a été dé- truit ou mis hors d'usage par des températures anormalement élevées, telles que celles qui peuvent résulter d'un incendie qui se produit au voisinage du robinet. L'invention est plus particulièrement utilisable dans les robinets qui utilisent des obturateurs sphériques, appelés ciaprès des robinets à obturateur sphérique, du type décrit dans le brevet des EUA no 3 883 112. Comme représenté dans ce brevet, de tels robinets utilisent typiquement des bagues de siège annulai- res de chaque ctté de l'obturateur pour empicher la fuite du - fluide entre l'obturateur et le corps du robinet lorsque l'ob- turateur est dans la position fermée. Une pièce rapportée an- nulaire relativement élastique montée dans la bague de siège est en appui étanche contre l'obturateur sphérique pour for- mer le joint d'étanchéité principal avec l'obturateur. Habi- tuellement, de telles pièces rapportées sont fabriquées en Nylon, en tétrafluoroéthylène ou en une autre matière plasti- que synthétique dure similaire. Des moyens d'étanchéité se- condaires sont formés par la bague de siège, qui a une sur- face sphérique dont la courbure correspond à celle de l'obtu- rateur sphérique et qui est en appui étanche contre l'obtu- rateur. L'étanchéité de ce joint est améliorée par l'intro- duction d'un lubrifiant plastique fluide dans une rainure an- nulaire formée dans cette surface. La matière d'étanchéité plastique remplit également une fonction de lubrification pour réduire le frottement entre la bague de siège et l'ob- turateur sphérique. Une bague torique élastique en caoutchouc ou en élastomère analogue est utilisée pour assurer l'étan- chéité entre la bague de siège et le corps du robinet. Ainsi, le trajet entre la bague de siège et l'obturateur sphérique et le trajet entre la bague de siège et le corps du robinet sont obturés à l'encontre des fuites. L'aaencement décrit ci-dessus assure une étanchéité d'une efficacité raisonnable dans les conditions normales. Cependant, en cas d'incendie au voisinage du.robinet, les éléments d'étanchéité élastiques qui assurent l'étanchéité entre le siège et l'obturateur sphérique et entre le siège et le corps risquent d'être, selon toute vraisemblance, l'ob- jet de dommages thermiques. Dans les gros robinets, la masse métallique du robinet maintient les températures dans la ré- gion des joints d'étanchéité suffisamment basses pendant les incendies de durée normale pour assurer des performances d'é- tanchéité satisfaisantes. Cependant, dans les robinets plus petits, les joints non métalliques seront détruits ou mis hors service. Le problème de la destruction des joints d'é- tanchéité aux hautes températures a été reconnu depuis long- temps, et des efforts effectués par la technique antérieure en vue d'essayer de résoudre ce problème en réalisant dés joints d'étanchéité à l'épreuve du feu ont été représentés dans les brevets des EUA n0 3 346 234, no 3 990 465 et no 4 108 196. Ces brevets représentent tous trois des robinets à obturateur sphérique qui sont munis de joints d'étanchéité à l'épreuve du feu supplémentaires. Dans chaque cas, cepen- dant, une seule bague de siège est utilisée, et des joints d'étanchéité métalliques supplémentaires sont sollicités en appui étanche entre le corps du robinet et la bague de siège lorsque les bagues élastiques normalement actives ont été détruites. Dans le brevet des EUA n0 3 346 234, une ba- gue métallique 32 est sollicitée en appui étanche entre une surface inclinée formée sur la bague de siège et le corps du robinet lorsque les bagues élastiques non métalliques 28 et 37 ont été détruites. De même, le brevet US 3 990 465 utilise une bague de secours métallique 40 qui est sollici- tée en appui étanche entre le siège et le corps du robinet lorsque la bague d'étanchéité normalement active 31, qui est fabriquée en Téflon, a été détruite. Dans le brevet US 4 108 196, des "1manchons" 15 et 18 susceptibles d'âtre dé- truits par le feu sont disposes entre les tourillons, de sorte que, lorsque ces manchons ont été détruits, l'obtura- teur sphérique peut se déplacer vers l'aval en appui étanche contre la bague de siège aval, formant ainsi un joint métal contre métal entre l'obturateur et la bague de siège située du côté aval de lîobturateur. Le brevet des EUA n 3 504 885, bien qu'il ne représen- te pas une bague d'étanchéité a l'épreuve du feu ou résistan- te au feu, montre le concept d'un ensemble bague de siège et joint d'étanchéité de secours séparé qui limite les fuites lorsque l'ensemble bague de siège et joint d'étanchéité prin- cipal ne fonctionne pas. Bien que les brevets US 3 346 234, 3 990 465 et 4 108 196 précités visent effectivement à réali- ser un ensemble siège-joint d'étanchéite à l'épreuve du feu, ils utilisent une unique bague de siège avec laquelle la ba- gue d'étancheité de secours coopère pour former un joint d' étanchéité secondaire dans le cas o le joint d,étanchéité principal est détruit. Bien que l'emploi d'une unique bague de siège soit possible dans les robinets de grandes dimen- sions, dans les robinets de plus petites dimensions, toute tentative de disposer a la fois un joint d'étanchéité princi- pal et un joint d'étanchéité secondaire entre la bague de siège et le corps du robinet rend la bague de siège inutile- ment volumineuse et compliquée. Bien que les bagues de siè- ge des robinets à obturateur sphérique soient habituellement fabriquées en métal, elles doivent être capables de fléchir suffisamment pour assurer une adaptation sans jeu entre l'ob- turateur sphérique et la surface d'étanchéité formée sur la bague de siège. Dans les robinets de plus petites dimensions, si la bague de siège a un volume excessif par rapport aux ai- mensions du robinet, elle n'est alors pas capable de fléchir suffisamment. Par conséquent, la présente invention a notamment pour buts: - de réaliser un dispositif d'étanchéité pour robinets qui fonctionne même lorsou'il est exposé à des températures élevées; - de fournir une bague de siège secondaire ou supplé- mentaire en plus de la bague de siège classique habituelle, cette bague secondaire remplissant une fonction d'étanchéité efficace dans le cas o l'ensemble bague de siège et joint d'étanchéité classique ou principal ne fonctionne pas: - de réaliser des bagues de siège doubles étroitement associées dont l'une sert à assurer l'étanchéité de l'obtu- rateur sphérique par rapport à la bague de siège et de la bague de siège par rapport au corps de robinet aux températu- res élevées; - de réaliser un agencement siege-joint d'étanchéité Dour un robinet à obturateur sphérique, cet agencement étant fabriqué en des matières à l'épreuve du feu. 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: la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un robinet à obturateur sphérique suivant l'invention, vue dans laquel- le l'obturateur ou tournant sphérique est représenté en posi- tion fermée; - la Fig. 2 est une vue en coupe à plus grande échelle qui représente les détails de la construction de la région du corps, des bagues de siège et de l'obturateur sphérique; - la Fig. 3 est une vue en perspective de l'agencement représenté sur la Fig. 2; et - la Fig. 4 est une vue en perspective d'une bague d'é- tanchéité à l'épreuve du feu utilisée dans la présente in- vention. On se référera maintenant aux dessins et en particulier à la Fig. 1, sur laquelle on a représenté un corps de robinet désigné par la référence générale 10, qui est composé d'un é- lément de corps principal Il et d'un élément d'extrémité 13 assemblés l'un à l'autre par une soudure 15. Les éléments 11 et 13 du corps comportent, respectivement, une bride 42 et une bride 44 qui permettent de les raccorder dans une ca- nalisation. Des passages d'entrée/sortie 46 et 48 sont formés respectivement dans l'élément de corps principal 11 et dans l'élément d'extrémité 13. Le corps 10 contient une cavité ou chambre 12 à ltintérieur de laquelle un organe obturateur sphérique ou tournant sphérique 14 est monté rotatif entre une position ouverte et une position fermée, au moyen dîun tourillon inférieur 16 et d'une partie de tourillon supérieu- re 18 qui est formée en une seule pièce avec l'extrémité in- férieure de la tige 20 du robinet. L'obturateur sphérique comporte un passage traversant 17 qui relie entre eux les pas- sages 46 et 48 lorsque le robinet est dans la position ouver- te. Le tourillon inférieur 16 est immobilisé à. ltencontre de toute rotation dans un bossage 22 qui fait saillie au-dessus de la partie inférieure de l'élément de corps principal 11, et il comporte une partie de portée cylindrique 24 qui pénèi tre dans un évidement cylindrique correspondant 26 formé dans la partie inférieure de l'obturateur sphérique 14. Un coussi- net cylindrique 28 est interposé entre la partie de portée 24 et l'évidement 26 pour permettre à l'obturateur sphérique 14 de tourner librement autour de l'axe du tourillon 16 et de la tige 20. Le tourillon 16 est fixé au bossage 22 par une soudure 19 pour assurer l'étanchéité entre le tourillon et le bossage à l'encontre des fuites. Sur le dessous de la tige 20, au-dessous de la partie de tourillon 18, est formée une queue 30, venue de matière, qui a une section transversale rectangulaire et qui pénètre dans un évidement rectangulaire correspondant formé dans la partie supérieure de l'obturateur sphérique 14. La partie de tourillon supérieure 18 est montée rotative dans un palier cylindrique 32 formé dans la partie supérieure de l'élément de corps 11. Ainsi, lorsqu'on fait tourner la tige 20 autour de son axe, la queue rectangulaire 30 qui pénètre dans un évidement de forme correspondante formé dans l'obturateur sphérique 14 fait tourner l'obturateur sur la partie de por- tée 24 du tourillon 16. Un presse-garniture 34 entourant la tige 20 est vissé dans une ouverture cylindrique de plus grand diamètre formée dans l'élément de corps principal 11 et porte des bagues toriques 38 et 40 pour assurer l'étan- chéité du presse-garniture, respectivement, par rapport au corps et par rapport à la tige. Une clé, une commande à en- grenages ou un actionneir(non représenté) est monté sur le des- sus du corps 10 et est relié à la tige 20 pour pouvoir la faire tourner ainsi que l'obturateur sphérique de 90 entre les positions ouverte et fermée. Des bagues de siège annulaires 50 et 52 sont montées sur les côtés diamétralement opposés de l'obturateur sphéri- que 14 de façon à pouvoir effectuer un déplacement axial li- mité chacune dans l'un des évidements cylindriques 54 et 56 qui entourent respectivement la partie d'extrémité du pas- sage d'entrée/sortie 46 et la partie d'extrémité du passage d'entrée/sortie 48. Un second jeu de bagues de siège 60 et 62 est monté de façon que chacune puisse effectuer un dépla- cement axial limité dans l'un des alésages cylindriques 64 et 66 à diamètres étagés. Les détails de l'ensemble de bagues de siège de droite 50 et 60 ont été représentés sur les Fig. 2 et 3. Comme re- présenté sur ces figures, la bague de siège métallique 50 est montée de façon à pouvoir effectuer un déplacement axial limité à l'intérieur de l'évidement cylindrique 54 formé à l'intérieur de l'élément de corps principal 11. Un organe d'étanchéité annulaire 70 est monté dans une rainure formée dans la face de la bague de siège 50 qui est adjacente à l'obturateur sphérique 14. La bague d'étanchéité 70 est, de préférence, fabriquée en une matière plastique, telle que du nylon, imprégnée d'un lubrifiant en phase solide. Un ressort annulaire 72 est interposé entre l'extrémi- té opposée de la bague de siège 50 et un épaulement formé dans l'intérieur de l'élément de corps 11 et sert à-sollici- ter la bague de siège en direction de l'obturateur sphérique 14 et la bague d'étanchéité 70 en appui étanche contre l'ob- turateur sphérique 14. Une bague d'étanchéité annulaire 74, ormée en un élastomère approprié, est montée dans une rai- nure formée dans la périphérie extérieure de la bague 50 pour assurer l'étanchéité entre la bague de siège et le corps. Une bague d'appui 76, également montée dans la même rainure que la bague d'étanchéité 74, empêche la pression du fluide amont d'extruder la bague d'étanchéité dans l'espace compris entre la bague de siège 50 et l'élément de corps 11o Une seconde bague de siège 60 fabriquée également en métal ou en une autre matière à l'épreuve du feu ou résis- tante au feu est montée de façon à pouvoir effectuer un dé- placement axial limité a l'intérieur de leévidement cylindri- que 64 à diamètres étagés et disposée de manière à entourer la bague de siège 50. La surface de siège 80 de la bague de siège 60 est formée avec la même courbure que la surface ex- térieure de l'obturateur sphérique 14, et elle assure la for- mation deu% joint étanche métal contre métal entre l'obtura- teur sphérique et cette bague de siègeo Un second ressort an- nulaire 82 métallique est interposé entre l'extrémité oppo- sée de la bague de siège 60 et un épaulement formé sur la surface intérieure de l'élément de corps Il pour solliciter le siège 60 en direction de l'obturateur sphérique et la sur- face d'étanchéité 80 en appui étanche contre l'extérieur de l'obturateur. Comme dans le cas de la bague de siège 50, la bague de siège 60 est munie d'un joint d'étanchéité annulaire élastique 84 et d'une bague d'appui 86 pour former un joint étanche entre la bague de siège 60 et l'élément de corps ilo En outre, une rainure 88 est formée autour de la péri- phérie extérieure de la bague de siège 60, rainure dans la- quelle est reçue une bague d'étanchéité supplémentaire 90 qui ressemble à un segment de piston et est fabriquée en me- tai ou en une autre matière à l'épreuve du feu appropriée. La bague 90 est semblable à un segment de piston en ce sens qu'elle comporte des extrémités qui s'adaptent l'une à l'au- tre dans une disposition coulissante et étanche, comme repré- senté sur la Fig. 4, et qu'à l'état libre, elle peut être agrandie de façon à pouvoir être reçue sur la périphérie de la bague 60 et s'enclencher par action brusque dans la rai- nure annulaire 88. En outre, son diamètre extérieur libre, à l'état libre, est légèrement supérieur à celui de la sur- face intérieure adjacente de l'alésage 64 à diamètres étagés, de sorte qu'a l'état assemblé, la bague 90 a tendance à s'a- granair en appui étanche contre la surface de l'alésage 64 à diamètres étagés. Les largeurs relatives de la rainure 88 et de la bague 90 sont telles qu'elles assurent la réalisa- tion d'un ajustage serré et, par conséquent, d'une relation d'appui étanche entre la bague et le côté chargé par la pres- sion de la rainure 88. Des passages 92 et 94 formés dans l'élément de corps 11 fournissent un moyen pour introduire une matière d'étanchéité plastique fluide dans l'espace compris entre les baaues de siège 50 et 60. Comme on peut le voir sur la Fig. 1, des pas- sages semblables 96 et 98 fournissent des moyens pour intro- duire la matière d'étanchéité plastique fluide dans l'espace compris entre les bagues de siège 52 et 62. La matière d'é- tanchéité plastique peut être injectée sous pression dans le passage 92 au moyen de raccords bien connus dans la techni- que, tels que ceux décrits et représentés dans le brevet des EUA précité n 3 883 112. La matière d'étanchéité plastique non seulement améliore l'étanchéité entre les bagues de siè- ge 50 et 60 et l'obturateur sphérique, mais elle lubrifie également les surfaces des bagues de siège et de l'obturateur qui sont en contact de façon à réduire ainsi au minimum le couple nécessaire pour faire tourner l'obturateur sphérique. Comme mentionné ci-dessus, le ressort annulaire 72 sol- licite la bague d'étanchéité 70 en appui étanche contre l'ob- turateur 14, et la bague d'étanchéité 74 assure la formation d'un joint étanche aux fluides entre la surface extérieure de la bague de siège 50 et le corps 11. Si le passage 46 est le passage d'entrée, lorsque l'obturateur sphérique 14 est dans la position fermée, comme représenté sur la Fig. 1, la pression du fluide agit sur l'extrémité droite de la bague de siège 50 pour accroître la force du ressort 72, ce qui repousse la bague d'étanchéité 70 en appui étanche encore plus étroit contre l'obturateur sphérique. Ainsi, il est for- mé un joint d'étanchéité actionné par la pression, de sorte que, lorsque la pression qui règne dans la canalisation s'ac- croit, l'effort d'étanchéité est, de même, accruo Il est possible que même dans les conditions de fonc- tionnement normales, une certaine quantité de fluide puisse fuir le long d'éraillures formées dans la bague d'étanchéité , dans la bague de siège 50 et dans l'élément de corps 11. Dans ce cas, toute pression produite par une telle fuite agit contre l'extrémité droite de la bague de siège 60 pour la re- pousser encore plus fortement en appui étanche contre la sur- face extérieure de l'obturateur 14. Dans ce cas, la bague d'étanchéité 84 et la bague d'étanchéité 90 agissent toutes deux pour empêcher les fuites de fluide entre la bague de siège 60 et l'élément de corps 11. Ainsi, même dans les con- ditions de fonctionnement normales, la bague de siège 60 for- me un joint d'étanchéité supplémentaire pour réduire au mini- mum les fuites de fluide entre l'obturateur sphérique 14 et l'élément de corps 11. Dans le cas o l'obturateur est soumis à des tempéra- tures élevées supérieures à sa plage de températures de fonc- tionnement normale, telles que celles produites par un incen- die au voisinage du robinet, l'une des bagues d'étanchéité , 74 et 84, voire toutes, peuvent être détruites ou mises hors d'usage. Dans ce cas, étant donné que la bague de siège et la bague d'étanchéité 90 sont toutes deux métalliques et qu'elles résistent par conséquent aux températures élevées, i0 l'étanchéité de la bague de siège 60 reste néanmoins assurée, par rapport à l'élément de corps 11, par la bague d'étanchéi- té 90 et, par rapport à l'obturateur sphérique 14, par la surface d'étanchéité 80 formée sur la bague de siège 60. On 3 comprendra ainsi, à la lecture de la description qui précè- de, que la présente invention a réalisé un ensemble bague de siège et joint d'étanchéité de secours secondaire qui non seulement accroît l'étanchéité assurée par la bague de siège principale 50 dans les conditions de fonctionnement normales, mais qui, dans le cas d'un incendie ou autre phénomène qui peut détruire le joint d'étanchéité principal, assure une étanchéité efficace entre l'obturateur sphérique et le corps du robinet lorsque les joints d'étanchéité principaux ces- sent de fonctionner. REVENDICAT! ONS I 'V E N D I t: A T T 0 N S 1 Robinet, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (10) muni de passages à fluide (46, 48), un obturateur (14) mobile entre une position fermée dans laquelle la communica- tion entre les passages est interrompue et une position ou- verte dans laquelle ces passages sont reliés entre eux, une première bague de siège (50, 52) disposée à l'intérieur du corps et entourant l'un des passages, des moyens d'étanchéité annulaires élastiques (74) disposés entre la première bague de siège et l'intérieur du corps pour empêcher le passage du fluide entre eux, des moyens d'étanchéité annulaires (70) dis- posés entre la première bague de siège et 1 obturateur pour empScher le passage du fluide entre eux, une seconde bague de siège (60, 62) en matière résistante au feu disposée a l'intérieur du corps au voisinage de la première bague de siège et ayant une surface d'étanchéité annulaire (80) en appui contre l'obturateur, et des moyens d'étanchéité (90) résistants au feu disposés entre la seconde bague de siège et l'intérieur du corps. 2 - Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (74) disposes entre la première bague de siège (50, 52) et le corps (10) et les moyens d'é tanchéité (70) disposés entre cette première bague de siège et l'obturateur (14) sont susceptibles d'être détruits s'ils sont portés à des températures anormalement élevées. 3 - Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité annulaire de la seconde bague de siège (60, 62) est constituée par une surface annulaire inin- terrompue (80) formée d'une seule pièce avec la bague de siè- ge et dont la forme correspondant étroitement à celle de la surface adjacente de l'obturateur (14). 4 - Robinet selon la. revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (72) pour solliciter la première bague de siège (50, 52) et les moyens d'étanchéité annulaires (70) en appui étanche contre l'obturateur (14), et des moyens de sollicitation (82) résistants au feu pour solli- citer la seconde bague de siège (60, 62) en appui contre- l'obturateur. 5 - Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (90) résistants au feu dis- posés entre la seconde bague de siège (60, 62) et l'inté- r-eur du corps (10) sont en métal. 6 - Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (92, 94, 96, 98) pour intro- duire une matière d'étanchéité plastique fluide entre la pre- mière bague de siège (50, 52) et l'obturateur (14). 7 - Robinet à obturateur sphérique, caractérisé en ce qu'il comporte un corps métallique (10) ayant une chambre intérieure (12) et des passages d'entrée/sortie opposés ali- gnés (44, 46) qui débouchent dans la chambre, un obturateur sphérique (14) monté dans ladite chambre de façon à pouvoir se déplacer entre une position d'ouverture du robinet et une position de fermeture du robinet, une première bague de siè- ge annulaire (50, 52) disposée à l'intérieur du corps en un emplacement adjacent à l'un au moins desdits passages, une bague d'étanchéité annulaire (70) montée sur la première ba- gue de siège pour assurer l'étanchéité de la première bague de siège par rapport à l'obturateur, des moyens d'étanchéité (74) pour assurer l'étanchéité de la première bague de siège par rapport à la surface intérieure du corps, une seconde ba- gue de siège (60, 62) ayant une surface annulaire (80) con- çue pour venir en appui étanche contre la surface de l'obtu- rateur, et des moyens d'étanchéité (90) pour assurer l'étan- chéité de la seconde bague de siège par rapport à la surface intérieure du corps, cette seconde bague de siège et les moyens d'étanchéité mentionnés en dernier lieu étant fabri- qués en une matière qui résiste à la détérioration lorsqu'el- le est soumise à des températures supérieures à la plage nor- male des températures de fonctionnement du robinet. 8 - Robinet selon la revendication 7, caractérisé en ce que la seconde bague de siège (60, 62) et les moyens d'é- tanchéité (90) mentionnés en dernier lieu sont en métal. 9 - Robinet selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de sollicitation séparés (72, 82) pour chacune des première et seconde bagues d'étanchéité (50, 52; 60, 62) afin de solliciter chacune des bagues d'é- tanchéité vers une position en appui contre la surface de l'obturateur (14), les moyens de sollicitation (82) pour la seconde bague de siège étant formés en une matière qui résis- te à la détérioration lorsqu'elle est soumise à des tempéra- tures supérieures à la plage normale des températures de fonctionnement du robinet. - Robinet selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (70, 74) mentionnés en premier lieu sont fabriqués en une matière qui est susceptible de se détériorer lorsqu'elle est soumise à des températures supé- rieures à la plage normale des températures de fonctionnement du robinet. 11 - Robinet selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (92, 94, 96, 98) pour introduire une matière d'étanchéité liquéfiable entre les surfaces adja- centes des première et seconde bagues de siège et de l'obtu- rateur.