Brevet FR2533010A1 — publié le 19840316

Dans de nombreux robinets à tournant sphérique de l'art antérieur, les éléments nécessitant le plus de perfectionnement sont les joints en contact avec la sur- face extérieure du tournant sphériqueo Il est préférable que ces joints aient une durée de vie utile longue et qu'ils résistent aux pressions élevées, aux variations rapides de pression, aux attaques par corrosion et érosion, à liusu- re due au mouvement du robinet et aux variations rapides de températureo Antérieurement à la présente invention, la matière des bagues daétanchéité de robinets à tournant sphé- rique soumis aux conditions indiquées ci-dessus était un "Nylon" chargé de fibres, relativement dur Des bagues d'étan- chéité constituées de cette-matière ne résistent pas à plus de quelques cycles d'ouverture et de fermeture sous de telles conditions extr-meso Des structures de robinets antérieures ont suggéré la réalisation par roulage d'Uune lèvre portant contre une bague d'étanchéité afin de retenir cette dernière dans sa gorge (brevets des Etats-Unis d'A Smérique NM 3 765 647 et N 4 135 545} D'autres structures ont suggéré l'association d'une bague d'étanchéité et d'une matière pour joints, injec- tée entre le siège annulaire et le tournant sphérique afin d'aider à l'obtention de l'étanchéité (brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 752 178) Le robinet décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 301 523 comporte une bague d'étanchéité ten- dre en caoutchouc ou en polytétrafluorethylène, maintenue dans une gorge, entre deux surfaces coniques d'appui, la gorge étant plus grande que la bague d'étanchéité afin que le tournant sphérique porte contre les sièges coniques métalliques lorsqu'il est soumis à une pression élevée Ce robinet est conçu pour actionner un joint résistant à la fois aux conditions de fonctionnement sous haute pression et sous basse pression Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 335 999 décrit une autre structure de robinet équipée d'une bague d'étanchéité en caoutchouc ou en matière plas- tique tendre, de section triangulaire, plus petite que la gorge qui la loge de manière à ne pas être détériorée pendant le mouvement du tournant sphérique Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 858 847 décrit un joint placé dans un robinet, une bague torique étant logée dans une gorge réduite qui présente une forme en goutte d'eau Cepen- dant' le joint est soumis & une précontrainte élevée et à une usure accélérée. L'in vention concerne un robinet perfectionne à tournant sphérique, ainsi qu Gun dispositif perfectionné destiné à assurer l étanchéité avec le tournant sphéricque Le dispositi-f dtanchité comporte un siège annulaire qui présente deux gorges ouvertes vers la surface du tournant, une baque d'téanchéitê lasti-Que et résistant & la corro- sion logée dans une des gorges o elle est maintenue par la lè-vre formée entre les deuxz gorges et pliée pour s Gappliquer ctroitement contre la bague d O tanchéité cette dernière ayant une forme sensiblement en goutte d':eau dont la partie élargie est logâe dans la gorge, et des moyens élastiques qui sollicitent le siège annuairae dans un sens assurant le contact de la bague dltanuch=iîtéL avec la surfac extrieu- re du tournant sphriueo Ds moye-nis d linjection d Gune matière d'6 tanrchdité sont pvs pour injecter une telle matière dans la seconde C Jorge C M Tinvention a pour objet un robinet à -tournant sphérique perfectionné présentant une longue durée de vie tout en étant parcouru par des -luides à haute pression et produisant des actions de corrosion et dérosion L'in= vention a également pour objet un dispositif perfectionné d'étanchéité destiné à un tel robinet, qui utilise une bague d'étanchéité tendre qui n'est pas extrudée, même sous l'effet de variations rapides de la pression L'invention a également pour objet un dispositif d'étanchéité perfec- tionné pour robinet à tournant sphérique, dans lequel la bague d'étanchéité s'use faiblement et qui utilise une structure relativement peu conteuse à fabriquer. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemple nullement limitatif sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale du robinet perfectionné à tournant sphérique selon l'invention; la figure 2 est une coupe transversale partielle du dispositif perfectionné d'étanchéité selon l'invention, la figure 3 est une coupe transversale partielle montrant l'usinage des gorges dans le siège-annulaire; la figure 4 est une coupe transversale partielle montrant l'opération de roulage de la lèvre centrale sur la bague d'étanchéité; et la figure 5 est une coupe transversale partielle du siège annulaire achevé, montrant le canal d'injection de matière pour joint dans la seconde gorge et la finition de l'usinage du siège annulaire Le robinet perfectionné 10 à tournant sphérique selon l'invention comprend un corps 12 qui présente une chambre 14 dans laquelle débouchent des canaux 16 et 18, et un élément 20 d'obturation ou tournant sphérique logé dans la chambre 14 afin de commander l'écoulement d'un fluide à travers le robinet 10 Des dispositifs 22 d'étan- chéité sont disposés de manière à former des joints avec le tournant sphérique 20 autour de l'orifice par lequel chacun des canaux 16 et 18 débouche dans la chambre 14. Des ressorts 24 sont disposés entre les épaulements 26 du corps et des épaulements 28 de siège annulaire 30 pour solliciter les dispositifs 22 d'étanchéité vers le tournant sphérique 20. Chaque dispositif 22 d'étanchéité comporte un siège annulaire 30 présentant une gorge 32 orientée vers le tournant sphérique 20 et dans laquelle une bague 34 d'étanchéité est maintenue par une lèvre 36 pliée par-dessus cette bague, comme décrit ci-après, jusqu'à la position montrée sur la figure 2 Une seconde gorge 38, ménagée dans le siège annulaire 30, est également orientée vers le tournant sphérique et des canaux 40 communiquent avec cette gorge pour conduire une matière pour joint d'un orifice 42 d'injection, ménagé dans le corps 12, jusqu'à la gorge 38. Cette structure maintient la bague 34 d'étanchéité dans la gorge 32 de manière que sa partie extérieure s'étende nor- malement vers la surface extérieure du tournant sphérique et qu'elle présente une surface étroite 44 d'étanchéité, une partie intérieure plus large remplissant la gorge 32. On pense que la plus longue durée de vie obtenue pour le joint avec cette structure résulte de la réparti- tion des forces d'étanchéité s'exerçant à travers la partie intérieure élargie contre la surface intérieure de la gorge 32 Ceci réduit les contraintes présentes dans la partie extérieure de la bague 34 d'étanchéité qui peut donc avoir une durée de vie beaucoup plus longue Le rapport préféré de la largeur de la surface étroite de la bague 34 d'étan- chéité à la largeur que cette bague présente à l'intérieur de la gorge 32 est de 1 à 2,5 De plus, le fait que la bague 34 d'étanchéité soit retenue par la lèvre 36 empêche cette bague d'être expulsée de la gorge 32 sous l'effet de variations rapides de la pression et assure un maintien étroit et convenable empêchant la bague 34 d'étanchéité d'être extrudée De plus, la bague 34 d'étanchéité est introduite à l'état libre dans la gorge 32, de sorte qu'au- cune contrainte statique ne résulte de l'assemblage ce qui permet à la bague 34 d'étanchéité d'être soumise à des contraintes plus élevées sans que sa durée de vie utile en soit réduite La matière préférée pour la bague 34 d'étanchéité est du polytétrafluoréthylène vierge. Le siège annulaire 30 est préparé comme montré sur les figures 3, 4 et 5 Ce siège annulaire 30 est placé sur un montage convenable 46 et des outils 48 et 50 sont utilisés pour former les gorges 32 et 38, respectivement, la lèvre 36 étant située entre elles La bague 34 d'étan- chéité en forme de goutte étant logée dans la gorge 32, un galet 52 est déplacé contre la lèvre 36 pour la rabattre contre la bague 34 d'étanchéité, comme montré sur la figure La partie extérieure de la bague 34 d'étanchéité est coupée pour présenter la surface étroite 44 d'étanchéité de la bague 34 destinée à porter contre la surface exté- rieuredu tournant sphérique 20 De plus, la partie inté- rieure du siège annulaire 30 est usinée au-delà de la gorge 38, comme indiqué en 54 sur la figure 5, et des canaux sont convenablement réalisés dans le siège annulaire 30. Le dispositif perfectionné d'étanchéité selon l'invention présente une durée de vie utile trè,s notablement améliorée, lorsqu'il est exposé à des conditions extrêmes telles que celles indiquées ci-dessus, par rapport à la durée de vie des dispositifs d'étanchéité antérieurs. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au robinet décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Robinet à tournant sphérique comprenant un corps ( 12) dans lequel est délimitée une chambre ( 14) qui communique avec une entrée ( 16) et une sortie ( 18),-un tournant sphérique ( 20) logé dans cette chambre, et deux dispositifs ( 22) destinés à réaliser l'étanchéité avec le tournant sphérique, chaque dispositif d'étanchéité comprenant un siège annulaire ( 30) qui présente une gorge ( 32) orientée vers le tournant sphé- rique, et une lèvre ( 36) située à côté de la gorge, une bague ( 34) d'étanchéité étant logée dans cette gorge o elle est retenue par ladite lèvre, le robinet étant carac- térisé en ce que la bague d'étanchéité présente une surface étroite ( 44) d'étanchéité destinée à être en contact avec le tournant sphérique, et une partie élargie remplissant la gorge. 2 Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de la bague d'étanchéité se terminant par ladite surface d'étanchéité est perpendiculaire à la surface extérieure du tournant sphérique. 3 Robinet selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière de la bague d'étanchéité résiste à des fluides corrosifs. 4 Robinet selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière de la bague d'étanchéité est une ma- tière à base de polytétrafluoréthylène. Robinet suivant l'une quelconque des-reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort ( 24) sollicitant le siège annulaire vers le tournant sphérique. 6 Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gorge est sensiblement perpendiculaire à la surface du tournant sphérique afin que des forces s'exer- çant sur la bague d'étanchéité soient transmises unifor- mément à partir de cette bague située à l'intérieur de la gorge. 7 Robinet selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 38, 40, 42) destinés à introduire une matière pour 7- joint entre le siège annulaire et le tournant sphérique. 8.Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de la partie élargie de la bague d'étan- chéité est égale à deux fois et demie la largeur de la sur- face étroite d'étanchéitéo