Brevet FR2527730A1 — publié le 19831202

ROBINET A BOISSEAU SPHERIQUE La presente invention se rapporte à un robinet à boisseau comportant un corps avec un boisseau ou logement sphérique dans lequel débouchent un conduit d'arrivée de fluide et un conduit de sortie de ce fluide, et une clé sphérique rotative percée d'un conduit de passage du fluide pouvant être mis en communication simultanée avec les conduits d'arrive et de sortie du fluide. Plus précisément, le robinet selon l'invention est du genre dans lequel des bagues d'étanchéité formant siège et entourant respectivement les conduits d' arrivée et de sortie du fluide sont disposées dans le boisseau entre le corps et la clé ou noix sphérique. On a déjà proposé de nombreux robinets à noix sphérique où l'étan- chéité est obtenue par l'interposition d'une bague entre la surface sphérique de la noix et le corps. Cette bague presente une face d'étanchéité dotée d'un joint d'étanchéité au contact duquel la surface sphérique de la noix glisse pour venir obturer le passage de fluide menagé dans la noix. Ces robinets à noix sphérique donnent généralement satisfaction, mais ils se révèlent d'une fiabilité médiocre lorsqu'ils sont appliqués à des fluides chargés en matériaux abrasifs ou relativement corrosifs ou bien utilisés dans des atmosphères à température extrême, les ambiances à basse température n'etant pas les moins redoutables pour les joints d'étanchéité. L'un des buts de la présente invention est précisément de pallier ces difficultés d'exploitation et le manque de fiabilité dans des conditions abrasives, corrosives ou de températures extrêmes des robinets à boisseau sphérique et de realiser des robinets dont l'étanchéité soit garantie dans les pires conditions d'exploitation en respectant, pour les matériaux utilises pour leur construction, les prescriptions correspondant aux fluides qu'ils véhiculent. A cet effet, le robinet à boisseau comportant un corps dans un alésage cylindrique duquel est monté, mobile autour d'un axe de pivotement perpendiculaire audit alésage, une noix sphérique présentant un conduit de passage de fluide sensiblement perpendiculaire audit axe ainsi que deux flasques ou brides de raccordement à une conduite de fluide à obturer, fixées de part et d'autre dudit corps, chacun desdits flasques étant munis autour de son passage de fluide d'une bague d'etancheité formant siège in terpose entre le flasque et a surface de la noix sphérique et présentant une face d'étanchéité tournée vers la surface de la noix sphérique, sensi blement parallèle à cette surface et inclinée par rapport à l'axe de pivo tement de la noix sphérique, cette surface d'étanchéité comportant un joint annulaire d'étanchéité logé dans une rainure support à section en forme générale de queue d'aronde, est caractérisé en ce que le joint d'étanchéité, réalisé en un matériau élastique, est comprime élastiquement entre la sur face de ta noix sphérique et sa rainure support lorsque les flasques de rac cordement sont serrés sur le corps du robinet et en ce que la bague d'étanchéité d'une part, forme avec le joint d'étanchéité une section annulaire de pistonnage mobile axialement dans un alésage et soumise à la pression du fluide traversant ou arrêté par le robinet pour augmenter la force de pression du joint d'étanchéité sur la surface de la noix sphérique, d'autre part, est susceptible de venir en appui sur une surface de butée annulaire solidaire du corps du robinet apres une faible course de la bague d'étanchéité dans son alésage, de manière à autoriser de façon limite l'augmentation de la force de pression du joint d'étanchéité sur la surface de la noix sphérique mais à interdire l'écrasement de ce joint pour les hautes pressions du fluide. La surface de butée annulaire est de préférence portee par une bague annulaire rapportée dans le corps et qui coopère par au moins une surface d'étanchéité avec des moyens d'étanchéité du corps tels qu'un joint torique. Il est ainsi possible en montant des bagues annulaires dotées de diverses surfaces d'étanchéité d'obtenir des valeurs différentes pour la course libre de la bague d'étanchéité et par là, pour un même type de robinet, diverses valeurs de pression de serrage maximale pour le joint d'étanchéité. Selon un autre mode de réalisation, la surface d'étanchéité de la bague vient ménager avec la surface sphérique de la noix, et après le serrage des flasques de raccordement et la compression du joint d'étanchéité, un espace annulaire séparé en deux parties par le joint comprimé et dont l'epais- seur croît depuis le côte du flasque jusqu'au joint d'étanchéité, de manière à laisser un espace d'expansion pour le joint comprimé tout en protegeant cet espace annulaire des salissures et des agressions du fluide travers.ant le robinet ou arrêté par lui. L'épaisseur de l'espace annulaire peut croitre également depuis le joint d'étanchéité jusqu'à la sortie de cet espace annulaire du côté de l'axe de pivotement de la noix sphérique. Selon une disposition complémentaire, l'espace annulaire est limité à son débouché du côté du flasque et/ou du côté de l'axe de pivotement, par un bourrelet de fermeture ménagé sur la surface d'étanchéité et qui vient à proximité immédiate de la surface de la noix sphérique pour empecher les dépôts et autres corps solides du fluide de pénétrer dans l'espace annulaire à proximité du joint annulaire d'étanchéité. Selon l'invention pour assurer l'etancheité secondaire, au moins une con duite d'injection vient déboucher dans l'une des deux parties de l'espace annulaire et cette conduite d'injection ménagée à travers la bague d'étanchéité et le flasque correspondant est susceptible d'être reliée à des moyens d'injection de produits d'étanchéité et/ou de lubrification de l'espace annulaire tels que des graisses et/ou des élastomères liquides. Selon un mode de réalisation améliorant beaucoup la fiabilite et l'étanchéité du robinet, le joint annulaire d'etancheite logé dans la rainure à section en forme de queue d'aronde présente, avant serrage sur la surface de la noix sphérique, une section en forme genérale de trapèze dont la grande base est logée dans le fond de la rainure et dont la petite base se termine par un arrondi en demi-cercle qui vient s'ecraser au serrage sur la surface sphérique de la noix pour réaliser avec celle-ci contact à pression croissante de la périphérie vers le centre à la maniere d'un joint section circulaire.Le joint annulaire d'étanchéité est réalisé de préférence en un matériau elastomère présentant une faible élasticité et une forte résistance à l'extrusion,ou bien en PTFE (poly tétrafluorethylène) et la noix sphérique peut être revêtue d'une couche présentant de bonnes qualités frottantes et de résistance à la corrosion et provoquant une moindre usure du materiau élastomère du joint, telle qu'une couche de nickel chimique ou de matière plastique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique, en coupe axiale, d'une forme de réalisation du robinet selon l'invention; - la figure 2 est une vue, également en coupe, à plus grande échelle du système d'étanchéité de ce robinet; - la figure 3 est une vue d'un détail de la figure 2, à une plus gran de échelle encore; - la figure 4 montre un joint d'étanchéité équipant le robinet selon l'invention. Dans la forme de réalisation choisie et représentée, le robinet selon l'invention comprend essentiellement un corps 1 comportant deux portées 2 et 3 annulaires coaxiales à un alésage intérieur 4 de ce corps et opposées, et une cle sphérique ou noix sphérique 6, logee dans l'alésage 4 et percée d'un conduit axial 7 de passage du fluide.Dans le corps 1, à la partie supérieure de celui-ci,est pratiqué un alésage 10, perpendiculaire à l'alésage 4, qui reçoit un palier supérieur 11 dans lequel est touril lonné à frottement doux un arbre de commande 12 assurant le pivotement de la noix sphérique 6 dont la partie inférieure 13, cannelée,ouclavetée,estengagée dans un logement 14 cannelé de manière complémentaire, ménagé axialement dans la cle 6, perpendiculairement au passage 7.Un presse-étoupe 15, avec son joint 16, entoure la partie supérieure de l'arbre de commande 12, à sa sortie du corps, pour assurer une étanchéité entre cet arbre et ledit corps. A son extrémite supérieure 17, l'arbre 12 est conformé pour recevoir un levier de manoeuvre 18 (fig. 1) ou un démultiplicateur. Dans le prolongement de l'alésage 10, un second alésage 20 est ménagé dans la partie inférieure du corps 1, en regard d'un alésage coaxial 21 de la cle 6. Un palier annulaire inférieur 22 est logé dans cet alésage 21 et reçoit l'extrémité cylindrique d'un arbre inférieur 23 logé dans l'alésage 20 du corps, une bague d'appui 24 qui entoure cet arbre étant disposée entre la clé 6 et la face intérieure du corps 1. Une couronne 26 coiffe l'extrémité inférieure de l'arbre 23 sur lequel elle est fixée au moyen d'une vis axiale 27, en comprimant un joint annulaire d'e- tanchéité 28 qui entoure cet arbre, au contact du corps 1. La clé 6 peut ainsi tourner autour de l'axe commun aux deux arbres 12 et 23, perpendiculairement à l'axe du conduit 7. Une butee 29, fixee à la partie supérieure du corps et coopérant avec le levier 18 limite la course de ce dernier et la rotation de la clé 6. De part et d'autre du corps 1, au contact des portées annulaires 2 et 3, sont fixées sur ledit corps deux brides 32 et 33 respectivement, qui comportent chacune à cet effet une collerette ou flasque de raccordement 34 et 35, plaquée contre la portée correspondante au moyen de vis 36. Dans la bride 32, par exemple, est ménagé un conduit d'arrivée de fluide 38, de même diamètre intérieur que le conduit 73dans le cas d'un passage intégral. Ce conduit d'arrivée peut être rétreint vers le conduit 7 dans le cas d'un passage Venturi. Chacune des brides 32, 33 comporte à son extrémité libre une collerette de raccordmente à des canalisations de transport de fluide (non representees). En se référant à la figure 3, on décrira plus en détail la région de la jonction du corps 1 avec la bride 32 qui comporte le conduit d'arrivée de fluide, étant bien entendu qu'une disposition exactement symétrique se retrouve à la jonction de ce corps avec la bride 33. A partir de la portée 2, est ménagé dans le corps 1 un alésage 40 coaxial à l'alésage 4 et d'un diamètre légèrement supérieur à celui-ci, le fond de cet alésage 40 ménageant un épaulement d'appui 42. Dans l'alésage 40 est disposée une bague 44 formant appui de siège et d'une épaisseur légèrement inférieure à la profondeur de cet alésage. Un chanfrein intérieur 46 est pratiqué dans l'ouverture de cette bague, ménageant un jeu relativement important avec la surface de la clé ou sphère 6. Sur sa périphérie exterieure, la bague 44 présente un logement annulaire 48, tourné vers l'extérieur du corps 1 dans lequel est disposé un joint torique 50 au contact de la paroi de l'alésage 40 et en légère saillie sur la face extérieure de la bague. La bride 32 correspondante comporte sur sa collerette 34 une saillie annulaire 52, formant un épaulement 54, d'un diamètre sensiblement égal à celui de l'alésage 40 et d'une profondeur telle que, lorsque la bride 32 est au contact de la portee 2 du corps et est serrée contre ce dernier, il y ait également contact de ladite saillie avec la bague 44 et écrasement du joint 50 pour établir une étanchéité entre les surfaces en contact. Par ailleurs, autour du conduit axial 38 de la bride 32, un alésage 56 d'un diamètre légèrement superieur au diamètre intérieur le plus faible de la bague d'appui 44, est ménagé dans la collerette 34. Cet alésage 56 reçoit une bague 58 formant siège pour la clé 6, comportant sur ses faces respectivement en contact avec la paroi latérale et le fond de l'alésage 56 deux gorges 60 et 62 respectivement, dans lesquelles sont logés deux joints toriques 64 et 65. L'épaisseur de la bague 58 est légèrement inférieure à la profondeur de l'alésage 56 et cette bague présente, vers la clé 6, une face 68 inclinée sur l'axe de la bague et qui suit sensiblement le contour de la clé ou noix sphérique 6. Dans sa région centrale,la face 68 présente une gorge annulaire 70 en queue d'aronde dirigée vers le centre de la sphère, par exemple inclinée à 45" environ par rapport à l'axe de la bague et dans laquelle est logé un joint annulaire d'étanchéité 72. Ce joint 72, lorsqu'il n'est s-oumis à aucune contrainte, présente une section en forme génerale de trapèze, dont la grande base 74 est engagée dans la gorge 70 et dont la petite base 76 se termine en demi-cercle (figure 4). Cette petite base, lorsque le joint 72 est comprimé par suite du serrage des brides 32 et 33, perd sa forme arrondie et vient s'appliquer étroitement contre la sphere 6 (fig. 3). On a représente en e la valeur de l'écrasement subi par le joint. Le joint 72 est réalisé avantageusement en poly tétrafl uoréthyl ene (PTFE), tandis que la sphère 6 est de préférence recouverte d'une protection en nickel chimique (KANIGEN - marque déposée). Selon une disposition prévue par l'invention, la face inclinée 68, au-del du joint 72 et vers l'intérieur de la bague 58 est conformée pour se rapprocher de la surface de la sphère 6 pour ne plus laisser au voisinage du conduit 38 qu'un jeu extremement réduit entre la bague 58 et la surface de la sphère 6 grâce à la présence d'un bourrelet 85 au débouché de la face 68 vers l'alésage 38. Une cavité annulaire 80 ne présentant qu'une faible ouverture vers le corduit38 est ainsi ménagée à proximité du joint 72 et,entre la surface de la sphère 6 et la face 68 de la bague d'étanchéité 58, un canal 82 est ménagé dans la bague 58 et dans la bride 32 et est raccordé à un injecteur de graisse 84 ou d'un élastomère liquide permettant d'arrêter une fuite intempestive ou d'améliorer l'étanchéité. De la sorte, il est possible, dans le cas ou pour unie raison quelconque le joint 72 deviendrait défaillant et fuirait, d'assurer, une étanchéité minimale par injection de graisse dans la cavité 80. On voit également que la face 58 ménage avec la surface de la phère une cavité annulaire 86 située sur la figure 3 au-dessus du joint 72 à partir duquel elle va en s'élargissant du côté opposé au conduit 38. Les cavités annulaires 86 et surtout 80 servent non seulement de réserve de graisse mais elles empêchent des dépôts abrasifs de se former entre la surface de la sphère 6 et la face 68 supportant le joint 72 et assurant le guidage de la sphere 6. Comme on le voit sur la figure 3, le diamètre du joint torique 66 est légèrement plus grand que celui de la petite base 76 du joint 72 qui vient en contact avec la surface de la sphère 6. Il s'ensuit que, lorsque le robinet est soumis à une pression de fluide qui agit par exemple dans le conduit 38, cette pression de fluide exerce sur la section annulaire de la bague 58 comprise entre le joint 66 et la petite base 76, un effort axial qui augmente l'effort de placage du joint 72 sur la surface de la sphère 6. il est ainsi possible de conserver l'étanchéité du robinet pour des pressions élevées. Selon une disposition importante de l'invention, un jeu "j" de faible valeur (par exemple quelques 1/10 demm)est menagé entre la face d'appui 87 de la bague 44 sur la saillie annulaire 52 et respectivement une face frontale interne 88 de la bague d'étanchéité 58. Cette face d'appui 87 ménage ainsi un siège annulaire en saillie 89 sur lequel la face frontale 88 de la bague 58 peut venir en appui lorsque l'action de la pression de fluide sur la section annulaire de la bague 58 comprise entre le joint 66 et la petite base 76 du joint 72, dépasse la force de réaction élastique de ce joint 72 déjà comprimé par le serrage des flasques 34 et 35. La force de pression du joint 72 sur la surface de la sphère 6 peut ainsi être augmentée pour des pressions de fluide élevées mais seulement jusqu'à des valeurs qui ne peuvent provoquer 1 'écrasement complet du joint 72 et évitent le contact direct entre la surface de la sphere 6 et la face 68 de la bague d'étanchéité 58. Bien entendu, la présente invention n'est pas limite aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'ecarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Robinet à boisseau comportant un corps dans un alésage duquel est monté mobile autour d'un axe de pivotement perpendiculaire dudit alésage une noix sphérique présentant un conduit de passage de fluide sensiblement perpendiculaire audit axe ainsi que deux flasques ou brides de raccordement à une conduite de fluide à obturer, fixées de part et d'autre dudit corps, chacun desdits flasques étant munis autour de son passage de fluide d'une bague d'étanchéité formant siège interposé entre le flasque et la surface de la noix sphérique et présentant une face d'étanchéité tournée vers la surface de la noix sphérique, sensiblement parallèle à cette surface et inclinée par rapport a l'axe de pivotement de la noix sphérique, cette face d'étanchéité comportant un joint annulaire d'étanchéité logé dans une rainure support à section en forme générale de queue d'aronde, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (72) réalise en un matériau elastique est comprime élastiquement entre la surface de la noix sphérique (6) et la rainure support (70) lorsque les flasques de raccordement (34, 35) sont serrés sur le corps (1) du robinet et en ce que la bague d'étanchéité (58) d'une part, forme avec le joint d'étanchéité (72) une section annulaire de pistonnage (76, 66) mobile axialement dans un alésage (56) et soumise à la pression du fluide traversant ou arrêté par le robinet pour augmenter la force depression du joint d'étanchéité (72) sur la surface de la noix sphérique (6), d'autre part, est susceptible de venir en appui sur une surface de butée annulaire (89) solidaire du corps (1) du robinet après une faible course (j) de la bague d'étanchéité (58) dans un alésage (56), de manière à autoriser de façon limitée l'augmentation de la force de pression du joint d'étanchéité (72) sur la surface de la noix sphérique (6) mais à interdire l'écrasement de ce joint (72) pour les hautes pressions du fluide. 2.- Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de butee annulaire (89) est portee par une bague annulaire (44) rapportée dans le corps (1). 3.- Robinet selon la revendication 2, caractérise en ce que la bague annulaire (44) coopère par au moins une surface d'étanchéité (48) avec des moyens d'étanchéité du corps (1) tels qu'un joint torique (50). 4.- Robinet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérise en ce que la face d'étanchéité (68) de la bague (58) vient ménager avec la surface sphérique de la noix (6) et après le serrage des flasques de raccordement (34, 35) et la compression du joint d'étanchéité (72) un espace annulaire (80, 86) séparé en deux parties par le joint comprimé (72) et dont l'épaisseur croît depuis le côté du flasque (34) jusqu'au point d'étanchéité (72) de manière à laisser un espace d'expansion pour le jcint t72) comprimé tout en protégeant cet espace d'expansion pour le joint (72) comprimé tout en protégeant cet espace annulaire (80,86) des salissures et des agressions du fluide traver sant le robinet ou arrêté par lui. 5.- Robinet selon la revendication 4, caractérise en ce que l'épaisseur d e l'espace annulaire (86) croît également depuis le joint d'étanchéité (72) jusqu'à la sortie de cet espace annulaire (86) du côté de l'axe de pivote ment (12) de la noix sphérique (5). 6.- Robinet selon l'une des revendications 4 ou 5, caracterise en ce que l'espace annulaire (80) est limité à son débouché du côté du flasque (34) et/ou du côté de l'axe de pivotement (12) par un bourrelet de fermeture (85) ménagé sur la face d'étanchéité (68) et qui vient à proximité immediate de la surface de la noix sphérique (6) pour empêcher les dépôts et autres corps solides du fluide de pénétrer dans l'espace annulaire (80) à proximité du joint annulaire d'étanchéité (72). 7.- Robinet selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une conduite d'injection (82) vient déboucher dans l'une des deux parties (80, 86) de l'espace annulaire et en ce que cette conduite d'injection (82) ména- gée à travers la bague d'étanchéité (58) et le flasque (34) correspondants, est susceptible d'être reliée à des moyens d'injection (84) de produits d'e- tanchéité et/ou de lubrification de l'espace annulaire (80, 86) tels que des graisses et/ou des élastomères liquides. 8. Robinet selon l'une des revendications 4 à 7, caractérise en ce que le joint annulaire d'étanchéité (72) logé dans la rainure (70) à section en forme de.queue d'aronde présente, avant serrage sur la surface de la noix sphérique (6), une section en forme génerale de trapèze dont la grande base (74) est logee dans le fond de la rainure (70) et dont la pe tite base se termine par un arrondi (76) en demi-cercle qui vient s'ecra- ser au serrage sur la surface sphérique de la noix (6) pour réaliser avec celle-ci un contact à pression croissante de la périphérie vers le centre à la manière d'un joint torique de section circulaire. 9.- Robinet selon l'une des revendications 1 a 8, caractérisé en ce que le joint annulaire d'étanchéité (72) est réalisé en un matériau élastomère présentant une faible élasticité et une forte résistance à l'extrusion tel que le PTFE (polytetrafluorethylène). 10.- Robinet selon la revendication 9, caractérise en ce que la noix sphérique (6) est revêtue d'une couche présentant de bonnes qualités frottantes et de résistance à la corrosion et provoquant une moindre usure du matériau élastomère du joint annulaire, telle qu'une couche de nickel chimique ou de matière plastique.