Brevet FR2504641A1 — publié le 19821029

La présente invention concerne des vannes munies de paliers sensibles à la chaleur constituant un agencement de siège arrière. Les robinets-vannes, tels que celui qui est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.349.789 du 31 octobre 1967 aux noms de Crain et autres, comportent souvent et nécessairement des joints et une garniture qui fonctionnent bien, durent longtemps et conservent leur intégrité dans les conditions normales, mais qui sont sujets à avaries en cas d'incendie, la chaleur alors dégagée entourant la vanne pendant une certaine durée. C'est pourquoi on a proposé des vannes comportant une seconde ligne de défense, n'entrant en jeu que si un incendie ou analogue se fait menaçant ou détruit réellement l'intégrité des joints et garnitures usuels.Un environnement typique où de telles précautions valent la peine d'être prises est celui où une vanne est utilisée pour commander l'échappement de fluides souterrains (c'est-à-dire lorsque la vanne est intégrée à la partie terminale d'un puits de pétrole). D'autres environnements typiques sont les raffineries de pétrole,les complexes pétrochimiques et les installations de fabrication, de traitement,de stockage, de manutention et de transport des produits chimiques. Selon certains dispositifs proposés dans l'art antérieur,la vanne comporte un ou plusieurs corps fusibles qui, une fois en place, maintiennent à distance les éléments du siège arrière. Lorsque la vanne est soumise à une chaleur suffisante, le ou les corps fusibles fondent, ce qui permet un déplacement critique des composants de la vanne qui provoque la réalisation d'un joint de siège arrière métallique, assurant une mesure supplémentaire de sécurité. L'objet de la présente invention est un moyen commode de prévoir le ou les corps fusibles sur des vannes du type décrit précédemment, et sur des appareils similaires. L'ensemble à palier d'un robinet-vanne dont la tige ne s'élève normalement pas comporte un anneau en matériau fusible. Lorsqu'il est soumis à un niveau de température présélectionné, le corps fusible fond et libère le passage, ce qui permet une légère élévation de la tige, avec la réalisation d'un joint métal sur métal entre la tige de la vanne et son couvercle. Cela constitue une autre ligne de défense contre les conséquences de la disparition du joint normalement constitué par la garniture de la tige de la vanne. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins cijoints dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe longitudinale fragmentaire d'un robinet-vanne comportant un agencement de siège arrière sensible à la chaleur selon la présente invention (les parties en crevé du logement de la vanne situées aux extrémités opposées du canal traversant sont classiques; ce sont, par exemple, des extrémités à bride, comme cela est le cas, par exemple, du brevet de Crain et autres déjà cité); et La figure 2 est un détail fragmentaire à grande échelle de la figure 1. Les figures 1 et 2 montrent chacune que l'axe d'une vanne 10 coincide avec celui de sa tige. A gauche de l'axe, la vanne est représentée dans sa position normale "ouverte" et à droite, dans sa position normale "fermée". Normalement, la tige 12 de la vanne ne s'élève pas et le joint principal entourant la tige entre une cham-bre 14 et l'environnement extérieur où elle pénètre dans le corps 16 de la vanne comprend une garniture 18 qui l'entoure à l'intérieur du couvercle 20 du corps 16. Cependant, dans le cas où il y aurait un incendie dans le voisinage de la vanne 10 ou un grand dégagement de chaleur capable de détruire ou d'endommager sérieusement la garniture 18, la vanne 10 présente une caractéristique de sécurité qui entre en jeu de la manière suivante. Une bague 22 en matériau fusible, qui est incorporée dans un palier 24 de la tige de la vanne, fond et s'écoule dans des trous 26. La pression régnant à l'intérieur de la vanne provoque alors une légère élévation de l'ensemble comportant la porte de la vanne jusqu'à ce qu'un joint de siège arrière métal sur métal soit formé par la venue en butée circonférentielle de la surface coaxialement annulaire A de la tige avec la surface coaxialement annulaire B du couvercle 20. Une vanne de construction simple est représentée, par exemple une vanne actionnée manuellement, pour laquelle son ouverture automatique n'est pas prévue si elle se trouve fermée, ni sa fermeture automatique dans le cas où elle est ouverte. Cependant, on comprendra que la plupart des principes s'appliqueront à des vannes identiques comportant des actionneurs automatiques. On donnera maintenant quelques détails sur ce qui est représenté dans les dessins dans le cas où le lecteur ne serait pas familiarisé avec le type de vanne représenté. Le corps 16 de la vanne comprend une partie principale 28dans laquelle un canal traversant horizontal 30 est pratiqué (ayant l'orientation indiquée dans les figures) avec une chambre 14 qui coupe verticalement ce canal. La chambre 14 coupe l'extérieur du corps principal 28 en un endroit situé entre les extrémités du corps. Là, la paroi de la chambre 14 comporte une surface d'étanchéité 32 et le corps principal comprend une partie tubulaire 34 ayant une surface extrême extérieure 36. Au-dessous de la surface 32, la paroi de la chambre 14 comporte coaxialement un rebord 38 dirigé axialement vers l'extérieur (c'est-à-dire dirigé dans la même direction que la surface extrême 36). Un mécanisme à coin en une pièce 40 est suspendu dans la chambre 14 du corps 28 à partir de ce rebord 38. Le mécanisme 40 comprend une base annulaire 42 à son extrémité supérieure. Cette base repose sur le rebord 38. A deux endroits diamétralement opposés,la base 42 comporte des jambes 44 en une même pièce avec celle-ci et a des surfaces en coin 46 qui sont formées près de ses extrémités inférieures. A l'endroit où le canal traversant 30 coupe la chambre 34, il s'agrandit circonférentiellement et chaque évidement résultant 47 reçoit une bague d'étanchéité 48. La vanne 10 comprend en outre, un couvercle 20 qui est apparié à la partie tubulaire 34 du corps en ayant une partie tubulaire similaire 50 comportant une surface extrême 52, et intérieurement une surface annulaire d'étanchi- té 54. De plus, une encoche circonférentielle 56 est formée à l'endroit où la surface 52 de l'extrémité du couvercle coupe la chambre 14. Le couvercle de la vanne est étanche et fixé au corps en montant une bague d'étanchéité 58 comportant un rebord circonférentiel extérieur à lèvre dirigée vers l'extérieur entre les deux parties de façon à former un joint circonférentiel en 32 et 54, la nervure d'étanchéité étant reçue dans l'encoche 56; un anneau de boulons 60 traverse la partie tubulaire 50 du couvercle pour atteindre la partie tubulaire 34 du corps. Le couvercle 20 est représenté comme comprenant un bouchon de purge 62 normalement fermé, qui est monté dans un canal 64 conduisant aux parties droites supérieures de la chambre 14. Le couvercle 20 comprend également un raccord 66 normalement fermé à l'extrémité extérieure d'un canal 68 conduisant à la garniture 18 de la tige, de façon qu'un composé plastique classique de formation et/ou de renouvellement normal de la garniture puisse être injecté sous pression. Au centre de sa paroi extérieure extrême 70, le couvercle comprend un canal traversant 72. La surface d'étanchéité B est formée circonférentiellement à l'intersection du canal traversant 72 et de la chambre 14, dans les parties droites supérieures de cette chambre. A une certaine distance au-dessus de la surface d'étanchéité B, le canal 72 s'élargit deux fois, une fois pour former l'évidement dans lequel la garniture 18 est reçue, et au-dessus de cet évidement pour recevoir les éléments qui maintiennent en place la garniture, l'ensemble formant porte, et reçoivent en rotation la tige de la vanne. La zone du second élargissement et la zone supérieure à celui-ci peuvent être considérées comme le prolongement tubulaire extérieur 74 du couvercle 20.La paroi latérale de cette partie en prolongement 74 comporte une ouverture 76 radiale, filetée intérieurement, et un raccord de graissage 78. Typiquement, la garniture 18 sera constituée d'un empilement de plusieurs éléments ressemblant à des rondelles, certains d'entre eux servant d'organes de retenue des extrémités opposées de l'empilement, d'autres étant des anneaux en matériau quelque peu élastique et/ou plastique, et d'autres ayant une forme permettant d'admettre un agent de scellement pressurisé qui est introduit dans le raccord 66. Un presse-étoupe 80 suit la garniture 18 et s'appuie sur un épaulement interne 82 à la base de la partie tubulaire en prolongement 74. A l'endroit où la tige 12 traverse la garniture 18 et le presseétoupe 80, elle a un rayon constant. Un peu au-dessus de la base de la partie 74 la tige 12 comporte une bande 84 de plus petit diamètre. Au-dessus de cette bande, la tige retrouve son rayon constant précédent, jusqu'à ce qu'elle ait atteint l'extérieur de la vanne, et à son extrémité 90 elle est munie de parties de clavetage et filetées 86, 88. Un volant 92 actionné à la main est monté sur l'extrémité 90, à laquelle il est claveté en 86 et y est fixé par un écrou 94. La référence 96 représente une rondelle ordinaire. Au-dessus de l'ouverture 76 pour vis de pression et du raccord de graissage 78, le canal 72 de la partie en prolongement 74 du couvercle est fileté intérieurement en 98 et comporte des surfaces qui reçoivent un fil 100 de maintien de presse-étoupe et un racleur 102 de tige de couvercle. Un presse-étoupe tubulaire 104 de couvercle qui est fileté extérieurement en 106 est vissé dans le canal 72 jus qu'à sa venue en contact avec le presse-étoupe 80, et une vis de pression 108 est vissée dans l'ouverture 76 jusqu'à sa veue en contact avec le presse-étoupe 80 dans une encoche extérieure 110 de façon à éviter la sortie du presse-étoupe 104. Le presse-étoupe 104 comporte également des surfaces destinées à recevoir le fil 100 et le racleur 102. On remarquera que, à proximité de son extrémité extérieure, le presse-étoupe 104 est fileté intérieurement en 112. Ce presse-étoupe entoure et renferme radialement entre lui et la tige 12 un certain nombre de parties importantes de ensemble 24 constituant le palier de la tige. Comme cela est représenté, à partir du bas, on trouve une rondelle élastique 114 qui repose sur le presse-étoupe 80, un roulement à rouleau inférieur 116 pour la tige 12, une bague fendue 118 montée autour de la tige dans l'évidement en 84 pour réaliser la liaison de la tige avec ses roulements, un roulement à rouleau supérieur 120 et une entretoise tubulaire 122 avec une bague 124 située entre elle et la tige 12.L'angle radialement à l'extérieur de l'extrémité supérieure de l'entretoise 122 est dépouillé circonférentiellement de façon à former un évidement 126, auquel s'adosse radialement vers l'intérieur une ame tubulaire restante de la zone extrême supérieure de la bague 124. La partie inférieure de cet évidement 126 reçoit un anneau de matériau fusible 22 ressemblant à une rondelle. Un presse-étoupe tubulaire de maintien 128 fileté extérieurement est vissé dans l'extrémité supérieure du presse-étoupe de couvercle jusqu'à ce que son nez vienne axialement en contact avec le corps fusible 22. On notera que cette dernière caractéristique empeche normalement l'élévation de la tige de la vanne, tout en lui permettant de tourner par rotation du volant 92. Le presse-étoupe de maintien encercle la tige 12 près du volant et a une forme intérieure à son extrémité supérieure telle qu'il peut recevoir un racleur annulaire 130 de la tige de la vanne. En bas de la chambre 14, la tige 12 comporte une partie inférieure 132, filetée extérieurement. La porte 134 de la vanne comprend des plaques amont et aval 136 avec des surfaces 138 à leurs bords en forme de cale. Chaque plaque 136 est traversée par un alésage 140 pour permettre l'alignement avec le canal 30 du corps de la vanne lorsque celle-ci se trouve à l'état ouvert et une partie borgne supérieure 142 qui est abaissée en position de blocage avec le canal 30 lorsque la vanne est fermée. De façon à relier par filetage les plaques de porte à la tige 12, de sorte que,lorsue le volant 92 est tourné, la porte soit élevée et abaissée,les plaques sont montées à leurs extrémités supérieures autour d'une bague d'entrainement 144 filetée intérieurement qui est clavetée aux plaques par une plaque à couple 146. (On se reportera pour de plus amples détails au brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.138.091 du 6 février 1979 au nom de McGee). Dans le cas où la vanne 10 serait soumise à une chaleur telle que l'intégrité de la garniture 18 et du joint 48 se trouverait entamée, la température serait également suffisante pour détruire la bague 22, en la rendant tellement plastique, tellement friable,qu'elle disparaîtrait dans les trous 26 pratiqués dans le presse-étoupe du couvercle. La pression régnant à l'intérieur de la vanne, dans le cas où le fluide essaye de s'échapper à la hauteur des joints et de la garniture endommagés, aura alors pour effet d'élever légèrement l'ensemble comportant la porte jusqu'à ce qu'un joint à siège métal sur métal soit formé en A,B. Tout matériau utilisé généralement dans la constitution des corps fusibles, détruits par la chaleur,par exemple pour les systèmes d'arrosage automatique en cas d'incendie, peut être utilisé. Des matériaux typiques sont des métaux contenant du plomb, du bismuth, de l'indium et/ou du cadmium comme composants d'alliage à faible température de fusion. Des résines plastiques à action similaire se rencontrent également dans le commerce-et peuvent être utilisées dans la présente invention. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Vanne à tige (10) ne s'élevant normalement pas, comportant une tige (12) qui sort d'une chambre (14) pratiquée dans un corps (16) en traversant un couvercle (20) comportant un canal (72) dans lequel un ensemble de garniture (18) réalise normalement l'étanchéité entre la tige et le couvercle et dans lequel un ensemble formant palier (24) supporte la tige pour en permettre la rotation par rapport au couvercle et un moyen de maintien (22, 104, 122, 128) fixe l'ensemble formant palier par rapport au couvercle pour empêcher un mouvement axial substantiel de la tige et de l'ensemble formant palier, caractérisée en ce que le moyen de maintien comprend - un presse-étoupe (1042 de couvercle fixé au couvercle et entourant l'ensemble formant palier; en ce qu'il comprend en outre - un organe de retenue (128) fixé au presse-étoupe de couvercle relativement à l'extérieur de l'ensemble formant palier; et en ce qu'il comprend en outre - un corps (22) en matériau fusible à une température relativement basse, interposé axialement entre l'organe de retenue et l'ensemble formant palier, le corps ayant la forme d'un anneau ressemblant à une rondelle; - en ce que la vanne comprend un moyen de canal (26) dans lequel le matériau fusible peut s'écouler lorsqu'il est soumis à une chaleur ayant une température relativement basse, de sorte que, lorsque le matériau fusible s'est écoulé, la tige de la vanne peut s'élever suivant une distance limitée; et - en ce que la vanne comprend en outre une première surface d'étanchéité annulaire en métal (A) prévue cir conférentièlleent sur la tige, et une seconde surface d'étanchéité en métal B prévue sur le couvercle à l'intérieur de la chambre, ces deux surfaces d'étanchéité restant normalement distantes l'une de l'autre dans le sens axial, mais venant en contact annulairement d'une manière étanche lors de 1 'élé- vation de la tige de la valve suivant cette distance limitée; - le presse-étoupe de couvercle comprenant un organe tubulaire ayant une partie extrême extérieure filetée intérieurement (122) et l'organe de retenue comprenant un presse-étoupe de maintien tubulaire, fileté extérieurement, (128) qui est vissé dans la partie extrême extérieure du presse étoupe du couvercle; ; - la tige de vanne comprenant un rebord radialement en saillie vers l'extérieur (118) et l'ensemble formant palier comprenant un premier roulement (116) au-dessous et en contact avec ce rebord et un second roulement (120) audessus et en contact avec ce rebord; et - un moyen d'entretoise tubulaire (122) interposé entre le second roulement et l'anneau en matériau fusible. 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de canal est constitué par au moins un canal traversant le presse-étoupe de couvercle entre son intérieur et son extérieur. 3 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa tige comporte une porte vissée à celle-ci à l'intérieur de la chambre.