Brevet FR2528144A1 — publié le 19831209

I L'invention est relative à un dispositif d'étanchéité pour robinet & tournant sphérique. Un tel dispositif,destiné à assurer l'étanchéité en- tre le corps et le tournant,est associé à chacun des ca- naux ménagés dans le corps pour le passage du fluide et comporte des moyens venant en contact d'étanchéité avec le tournant. L'invention vise plus spécialement les dispositifs dans lesquels un joint annulaire est pressé contre le tournant par la pression hydrostatique du fluideo Dans les formes de réalisation actuelles,le joint fait partie d'un ensemble déplaçable par la pression et présen- tant la forme générale d'un piston annulaire disposé au- tour du canal correspondant Cette construction volumineu- se est difficilement utilisable sur les robinets de petite section De plus,les déplacements de cet ensemble rigide sont affectés par des problèmes de frottement,de sorte que l'effort,avec lequel le Joint d'étanchéité est plaqué contre le tournant,n'est pas réellement proportionnel à la pression hydrostatique et que des fuites peuvent se produire. La présente invention a pour but de fournir un dispo- sitif d'étanchéité,de construction simple,qui soit adapta- ble aussi aux robinets à tournant sphérique de petite di- mension et qui assure une étanchéité parfaite,quelle que soit la pression. Dans ce dispositif,les moyens réagissant à la pression hydrostatique sont constitués par au moins une bague,en matériau déformable élastiquement par la pression,disposée au fond d'un logement annulaire borgne, communiquant avec le canal correspondant de passage du fluide dans le corps et venant entre le fond de ce logement et le joint annu- laireo Lorsqu'au moins l'un des canaux du robinet est soumis à la pression hydrostatique du fluide,la bague déformable se déforme sous l'influence de cette pression et communique au joint annulaire un effort proportionnel a la preis or hydrostatique qui tend à le plaquer davantage contre le tournant Le joint annulaire et la bague déformée réa- lisent ainsi un ensemble d'étanchéité continu et déforma- ble,de faible encombrement. Dans une forme de réalisationle logement annulaire est délimité par deux bagues de guidage,respectivement in- tàrieure et extérieure,dont les extrémités libres biseau- tées viennent à proximité du tournant,mais sans contact avec lui,celle extérieure étant montée avec possibilité de déplacement longitudinal dans le corps,tandis que celle intérieure est emmanchée dans ce corps et constitue le ca- nal de passage pour le fluideo Ces deux bagues facilitent la construction du corps de robinet et,lorsqu'au moins l'une d'elles est réalisée en métal,assurent une étanchéité résiduelle en cas de destruction des joints par un incendie. Avantageusement,la bague extérieure comporte à proxi- mité du fond du logement annulaire,une face pentue formant chanfrein d'appui pour la bague déformable. Lorsque la bague déformable est déformée par la pres- sion,elle s'appuie sur le chanfrein précité et communique à cette bague extérieure un effort tendant à la maintenir éloignée du tournant Cet agencement évite que,sous l'effet de la pression,la bague extérieure vienne également en contact avec le tournant,ce qui augmenterait le serrage de celui-ci et,en conséquence,le couple nécessaire pour le manoeuvrer. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schéma- tique annexé représentant,à titre d'exemple non limita- tifune forme d'exécution de ce dispositif dans le cas de son application à un tournant arbré. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale de l'en- semble du robinet, Figures 2 et 3 sont des vues partielles montrant,à échelle agrandie,le dispositif d'étanchéité respectivement au repos et lorsqu'il est soumis à la pression hydrostati- que, Figure 4 est une vue en coupe montrant une variante de réalisation de la section transversale de la bague déformable, Figure 5 est une vue partielle,en coupe,d'une autre forme d'exécution du dispositif, Figure 6 est une variante de réalisation du disposi- tif de figure 5. De façon connue,ce robinet est composé d'un corps 2 associé à un chapeau 1 et d'un tournant 4 Ce tournant est solidaire de deux bouts d'arbre,respectivement,2 mon- té libre en rotation dans le corps,et 6 monté libre en rotation dans le chapeau Le bout d'arbre 6 traverse le chapeau et comporte,à son extrémité,un carré d'entraine- ment Z appelé à coopérer avec un organe de manoeuvre Sur le corps 2,sont rapportées des brides de raccordement 8 comportant chacune un canal interne 9 pour le passage du fluide Le tournant 4 comporte également au moins un canal intérieur 10 apte & venir dans le prolongement des canaux 9 des deux brides précitées L'étanchéité entre le corps et le tournant est assurée par un dispositif désigné de façon générale par 12. Selon l'invention,et comme montré plus en détail à la figure 2,ce dispositif d'étanchéité est composé d'un joint annulaire 13 disposé avec une bague 14 en matériau défor- mable élastiquement dans un logement annulaire ménagé au- tour du canal correspondant pour le passage du fluide Le Joint annulaire d'étanchéité 13 est réalisé en matière synthétique de type plastomère,tandis que la bague défor- mable 14 est réalisée dans une matière synthétique de type élastomère Dans la forme d'exécution représentée,le logement annu- laire contenant le joint 13 et la bague 14 est lui-même dé- limité par une bague intérieure 16 et par une bague exté- rieure 17 La bague intérieure 16 est réalisée en métal et, dans cette forme d'exécution,est emmanchée dans la bride 8 de raccordement La bague extérieure 17,qui est réalise û,r matière synthétique de type plastomère, est logée dans un alésage 18 du corps,c'est-à-dire peut coulisser par rap- port à ce corps. La bague intérieure 16 assure le guidage du joint an- nulaire 13 et s'oppose à son éventuelle extrusion par la pression A cette fin,le jeu existant entre son extrémité libre 16 a et le tournant 4 est très réduit Cette bague 16 comporte également un ou plusieurs canaux 9 mettant en communication le canal 9 de passage du fluide avec le lo- gement annulaire 15 Ce canal est disposé de manière à communiquer avec la partie du logement annulaire 15 con- tenant la bague déformable 14 qui,par ailleurs,a une sec- tion transversale supérieure à la section transversale du joint annulaire 1 M La bague 17 assure les mêmes fonctions que celle 16 Elle comporte également,à son extrémité li- bre,un chanfrein 17 a délimitant une portée conique apte à venir en contact glissant avec le tournant 4. Dans ce dispositif,l'étanchéité est assurée par la dif- férence des pressions régnant entre l'orifice d'arrivée du fluide et le volume fonctionnel intérieur du robinet, c'est-à-dire par différence de pression de part et d'au- tre de l'ensemble d'étanchéité continu et déformable com- posé du joint annulaire 13 et de la bague déformable 14. Ainsi,lorsque l'un des canaux 9 de passage du fluide est soumis à la pression hydrostatique du fluide,celle-ci est dirigée par les canaux 19 directement contre la bague dé- formable 14 Sous l'effet de cette pression,la bague se déforme,comme montré figure 3 Cette déformation augmente son appui contre le fond du logement annulaire 15,mais aussi et,surtout,contre le joint annulaire 13 qui est ainsi plaqué contre le tournant 14 avec un effort qui est proportionnel à la pression hydrostatique du fluide arri- vant au robinet. Lorsqu'au contraire,l'orifice de raccordement est à l'échappement,la pression régnant dans le volume fonction- nel du robinet parvient,par le jeu existant entre la bague extérieure 17 et l'alésage 18 du corps,au logement annu- laire 15 et s'exerce ainsi sur la bague déformable 14. Cette dernière vient en compression radiale contre la ba- gue intérieure 16 et,de la même façon que précédemment, exerce sur le joint annulaire 13 un effort tendant à pla- quer ce dernier contre le tournant sphérique pour assurer l'étanchéité Il est à noter que si,besoin est,et notam- ment pour les robinets travaillant à basse pression,le jeu existant entre la bague extérieure 17 et le corps 18 peut être augmenté Pour les mêmes raisons,des canaux ou rainures peuvent être ménagés dans la bague 17 pour faci- liter l'accès de la pression au logement annulaire 15. Avantageusement,pour éviter que la bague extérieure 17 tende à se déplacer en direction du tournant 4,lorsque la bague déformable 14 est déformée par la pression et,en d'autres termes,pour éviter que la bague 17,en venant en appui contre le tournant,augmente le couple résistant s'op- posant à la rotation de ce tournant,cette bague 17 compor- te,dans sa partie postérieure et à proximité du fond du logement annulaire,une face pentue 17 b d'appui pour la ba- gue déformable 14 De la sorte,lorsque la bague se défor- me,et en même temps qu'elle tend à pousser le joint annu- laire 13 contre le tournant,elle communique à la bague 17 un effort de sens inverse tendant à éloigner cette bague du tournant 4. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 2 et 3,1 a bague déformable 14 comporte un bourrelet périphéri- que 14 a se logeant dans une gorge 20 de la bague 17 Cette gorge comporte deux faces latérales inclinées en direction du fond du logement annulaire 15,à savoir la face 17 b pré- citée,et une face 17 c qui,dans cette forme d'exécution,est moins inclinée que la précédente La largeur de cette gorge est déterminée de manière que le bourrelet 14 a ne puisse, en aucun cas,venir en contact avec la face 17 c,afin que, sous l'effet de la déformation de cette bague 14,1 a bague extérieure 17 soit exclusivement soumise à un effort ten- dant à l'éloigner du tournant 4. Dans la variante de réalisation représentée à le figu- re 4,1 a bague déformable 14 comporte des faces antérieures 14 b et postérieure 14 c qui sont concaves afin de faciliter sa déformation sous l'effet de la pression hydrostatique. Il est à noter que l'étanchéité sur les bouts d'arbre et 6 du tournant est obtenue par déformation d'un joint à lèvre 22 prenant appui contre une bague de centrage 23, ce qui réduit les frottements du tournant et facilite donc sa manoeuvre. Ce dispositif d'étanchéité satisfait aussi aux règles de sécurité au feu,puisqu'en cas d'incendie et de destruc- tion du joint Mde la bague déformable 14 et de la bague extérieure 17,la bague intérieure métallique 16,venant très près du tournant 4 et sans contact avec lui,assure une étanchéité résiduelle dans les conditions pratiques de l'étanchéité "fire-safe" des applications du pétrole. Il est évident que l'invention ne se limite pas & la seule forme d'exécution qui a été décrite ci-dessus;elle en embrasse,au contraire,toutes les variantes de réalisa- tion comportant des moyens équivalents,quelles que soient notamment la forme de la section de la bague 14 et la structure interne des différents composantsic'est ainsi que la bague extérieure 17 réalisée en plastomère peut être renforcée par une armature métallique,ou m me exécu- tée entièrement en matériau métallique. La forme d'exécution de la figure 5 se différencie des précédentes par le fait que la bague intérieure 16 ' est montée libre en translation dans le corps 2 au même titre que la bague extérieure 17 ' De plus,cette bague intérieu- re 16 ' est liée en translation au joint annulaire 13 ' Cette liaison est assurée par une collerette 23 de la bague 16 ' apte à coopérer avec une collerette 24 du joint 1 Y' En ou- trenla bague déformable 14 ' présente,au repos,la forme d'un anneau & section transversale rectangulaire Cette bague est mise en place dans le logement 15 formé entre les bagues 16 ' et 17 ' et délimité transversalement par une paroi diamétrale du corps 2 et par une face inclinée 25 du joint 13 ' Grâce à cette disposition,la bague déformable 14 ' prend appui,par deux de ses angles arrondis opposés, respectivement sur la face diamétrale du corps 2 et sur la face ? 5 du'joint annulaire 13 L. La bague 14 ' est réalisée dans une matière synthétique de type élastomère,tandis que le joint annulaire 13 ' est réalisé dans une matière synthétique de type plastomère et que les deux bagues de guidage 16 ' et 17 ' sont réali- sées dans des matériaux rigides et indéformables,de type métallique ou synthétique. Comme dans la forme d'exécution précédente,la bague intérieure 16 ' comporte un canal 19 faisant communiquer le logement 15 avec le canal de passage du fluide Dans le m Ome but,la bague extérieure 17 est munie d'un canal 26 permettant la communication du logement 15 avec la partie intérieure du robinet. La bague intérieure 16 ' comporte une gorge pour un joint de section carrée 27 maintenu en place par la bague déformable 14 ' et constituant bague anti-extrusion. Grâce & cette construction,le dispositif d'étanchéité forme un ensemble pratiquement monobloc pouvant Otre fa- cilement manipulé et mis en place dans le corps du robinet. Dans la variante de réalisation de figure 6,1 a bague déformable est constituée par deux joints toriques 28 qui, même en l'absence de pression, sont en contact d'étanchéité l'un avec l'autre et avec les faces du logement annulaire 15 Exceptées ces différences,le dispositif est similaire à celui de figure 5 et procure d'excellents résultats. -REVENDICATIONS- 1-Dispositif d'étanchéité pour robinets à tournant sphérique ( 4) du type dans lesquels l'étanchéité entre le corps ( 2) et le tournant ( 4) est assurée par des moyens ( 12) qui,disposés dans le corps autour des canaux ( 9) de passage du fluide,sont munis chacun d'un joint annulaire ( 13), apte à être plaqué contre le tournant ( 4) par des moyens réagissant à la pression hydrostatique,caractérisé en ce que les moyens réagissant à la pression hydrostati- que sont constitués par au moins une bague ( 14),en maté- riau déformable élastiquement par la pression,disposée au fond d'un logement annulaire borgne ( 15),communiquant avec le canal correspondant de passage du fluide,et entre le fond de ce logement et le joint annulaire ( 13) avec le- quel elle constitue un ensemble d'étanchéité continu. 2-Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que la bague déformable ( 14) a une section transversale supérieure à celle du joint ( 13) contre lequel elle s'ap- puie. 3-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que la paroi du logement annulai- re ( 15) séparant ce dernier du canal ( 9) pour le fluide est traversée, dans sa partie recevant la bague déformable ( 14),par au moins un canal ( 19) de mise en communication. 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que le logement annulaire ( 15) est délimité entre deux bagues de guidage ( 16-17) dont les ex- trémités libres biseautées viennent a proximité du tour- nant ( 4),mais sans contact avec lui,celle extérieure ( 17) étant montée dans le corps ( 2) avec possibilité de dépla- cement longitudinal,tandis que celle intérieure ( 16) est emmanchée dans ce corps. -Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que le logement annulaire ( 15) est délimité entre deux bagues de guidage ( 16 '-17 '),dont celle intérieure ( 16 '), montée comme celle extérieure ( 17 ') avec possibilité de déplacement longitudinal dans le corps, comporte des moyens ( 23) de liaison en translation avec le joint annulaire ( 13 '),tandis que ce joint annulaire ( 13 ') est muni,sur sa partie postérieure,d'une face incli- née ( 25) de contact avec la bague déformable ( 14). 6-Dispositif selon la revendication 5,caractérisé en ce que la bague déformable ( 14 ')a,au repos,la forme d'un anneau de section transversale rectangulaire et,à l'état monté,s'appuie par deux de ses angles arrondis opposés, respectivement,sur une face diamétrale du corps et sur la face inclinée ( 25) du joint annulaire ( 13 ')o 7-Dispositif selon la revendication 5,caractérisé en ce que la bague déformable est constituée par deux joints toriques ( 28) en contact d'étanchéité,même en l'absence de pression,entre eux et avec les faces délimitant le lo- gement annulaire ( 15). 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 & 7,caractérisé en ce que la bague extérieure ( 17) com- porte,à proximité du fond du logement annulaire ( 15) une face pentue ( 17 b) formant chanfrein d'appui pour la bague déformable ( 14). 9-Dispositif selon les revendications 4 et 8,caracté- risé en ce que la bague déformable ( 14) est munie d'un bourrelet périphérique ( 14 a) se logeant dans une gorge ( 20) qui,ménagée dans la bague extérieure ( 17),comporte deux faces latérales inclinées en direction du fond du logement annulaire,la face latérale ( 17 b) la plus proche dudit fond constituant seule face d'appui pour la bague déformable ( 14). -Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions I & 9,caractérisé en ce que la bague déformable ( 14) est réalisée en élastomère,tandis que le joint annulaire ( 13) est réalisé en plastomère. 11-Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 & 10,caractérisé en ce que la bague extérieure ( 17) est réalisée en plastomère,tandis que la bague intérieure ( 16) est métallique. 12-Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5 et 8 à 11,caractérisé en ce que les faces antérieures ( 14 b) et postérieure ( 14 c) de la bague défor- mable ( 14) sont concaves*