Brevet FR2541416A1 — publié le 19840824

L'invention se rapporte à une vanne à passage direct à joint solidifié. Une telle vanne trouve plus particulièrement mais non exclusivement application dans l'industrie nucléaire pour le contrôle de circuits de sodium chauffé à six cent degrés environ et donc liquide Une vanne à passage direct comprend principalement un corps délimitant une chambre dans laquelle débouchent trois manchons. Par leur extrémité externe, deux de ces manchons servent au raccordement aux tronçons amont et aval du circuit à contrôler alors que leurs extrémités internes portent ou réalisent elles-mêmes les sièges d'un double opercule conique. Quant au troisième manchon, il loge l'extrémité du moyen de commande en translation de l'opercule mais aussi, lors de l'ouverture du circuit, le dit opercule. En outre, il permet l'association au corps des moyens assurant l'étanchéité à la périphérie du moyen de commande. Dans les vannes connues à ce jour, ce moyen de commande ne comprend qu'une tige centrale immobilisée en rotation mais guidée en translation dans un fût. Son extrémité interne est associée au double opercule tandis que son extrémité externe présente un filetage sur lequel se visse un volant de manoeuvre qui est libre en rotation mais qui, par exemple au moyen de trois ou quatre colonnettes est immobilisé en translation par rapport au fût lui-même associé au manchon correspondant du corps de la vanne, et ce, par exemple, à l'aide d'un chapeau boulonné dont l'étanchéité est renforcée par une soudure à levres. Pour l'étanchéité d'une vanne à passage direct traditonnelle, en tête du fût est usinée une boîte logeant une garniture compressible, telle un joint ou de l'étoupe, qu'un fouloir, enfilé sur la tige centrale, vient comprimer axialement pour, en l'expansant radialement, l'appliquer fermement contre la boite et contre la tige centrale. Le fouloir peut de plus porter tant du côté de la boîte que de la tige centrale des joints toriques renforcant l'étanchéité. Ces moyens d'étanchéité qui ont pourtant fait leurs preuves pour de nombreux fluides ne sont malheureusement pas efficaces pour tous. Or, certains des fluides pour lesquels ils ne suffisent pas, sont très instables ; c'est par exemple le cas du sodium qui réagit violemment à l'eau et qui brûle dans l'air. Afin de néanmoins obtenir pour de tels fluides une étanchéité parfaite, il est connu de créer un joint solidifié ce qui nécessite, d'une part, que soit ménagé entre la paroi interne du fût et la paroi e-: rne de la tige centrale un interstice annulaire dans lequel on laisse remonter une partie du fluide qui épouse alors intimement toutes les formes de cet interstice et, d'autre part, que soit prévu sur l'extérieur de ce fût un moyen de refroidissement suffisamment puissant pour que, par contact, le fût compense l'inertie thermique de la tige centrale et solidifie le fluide présent dans l'interstice avant qu'il ait pu sortir du fût. Pour le sodium qui se solidifie vers quatre vingt dix sept degrés celsius, il suffit généralement de prévoir, en nombre suffisant sur le fût, des ailettes de refroidissement à l'air libre. La mollesse du sodium fait en outre qu'il se prête facilement à des déformations. Aussi, lors de l'ouverture, ce sodium solidifié n'opposera donc pas une résistance insurmontable et ne nécessitera donc en principe pas de réchauffage préalable. L'effort à exercer pour manoeuvrer l'opercule détermine bien sûr la section du dispositif de commande. Pour un circuit de cinquante millimètres environ de diamètre nominal, cet effort est généralement suffisamment faible pour que la commande puisse ne s'opérer qu'avec une tige centrale de faible diamètre et qui donc n'offre qu'une inertie thermique négligeable. Par contre, il n'en serait pas de même pour un circuit ayant un diamètre nominal important qui, dans le mode de réalisation connu à ce jour, pour compenser l'inertie thermique d'une tige centrale de gros diamètre, nécessiterait une augmentation proportionnelle de la puissance du moyen de refroidissement du fût et, de ce fait, une augmentation substantielle du nombre des ailettes. Bien entendu, cette augmentation du nombre des ailettes rehausserait le presse-garniture et les moyens de manoeuvre formant la tête de la vanne, ce qui, évidemment, ne serait pas sans présenter des inconvénients. En effet, dans les centrales nucléaires auxquelles ces vannes sont plus particulièrement destinées, les normes exigent des matériels qu'ils résistent aux éventuels séismes et, à cet effet, ces normes édictent que les dits matériels doivent pouvoir supporter des vibrations d'une fréquence d'au moins trente trois hertz. Or, il est évident que l'allongement d'une tige centrale au sommet de laquelle serait portée une tête de manoeuvre, qui serait par ailleurs très massive, ne pourrait qu'affaiblir la résistance de l'ensemble à de telles sollicitations. Par ailleurs, n'étant pas démontrée par d'aussi nombreuses expériences que celles faites avec des vannes de petit diamètre nominal et donc à tige centrale de faible diamètre, l'efficacité de l'étanchéité du joint solidifié est moins bien établie pour des vannes de grand diamètre nominal commandées par une tige centrale qui, de ce fait, aurait également un diamètre important ; or, dans le domaine où de préférence ces vannes s'appliquent, il n'est guère possible de prendre des risques aussi minimes soient-ils. Un résultat que l'invention vise à obtenir est une vanne à passage direct à joint solidifié qui convienne parfaitement y compris pour les diamètres nominaux importants. A cet effet, elle a pour objet une vanne du type cité plus haut, notamment caractérisée en ce qu'au lieu d'une tige centrale le moyen de commande comprend plusieurs tiges parallèles entre elles. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé, qui représente schématiquement - figure 1 : la vanne en coupe axiale, - figure 2 : une coupe selon II-II de la figure 1. En se reportant au dessin, on voit que la vanne à passage direct 1 comprend un corps ? délimitant une chambre 3 dans laquelle débouchent trois manchons principaux 4, 5, 6. Par leur extrémité externe 7, 8, deux (4, 5) de ces manchons servent au raccordement aux tronçons amont 9 et aval 10 du circuit à contrôler alors que leurs extrémités internes 11, 12 portent ou réalisent elles-mêmes les sièges d'un double opercule conique 13. Quant au troisième manchon 6, il loge une extrémité du moyen 14 de commande en translation de l'opercule 3 mais aussi, lors de l'ouverture du circuit, le dit opercule 13. En outre, il permet l'association au corps 2 du moyen de commande. Comme exposé plus haut, dans les réalisations antérieures, ce moyen de commande ne comprenait qu'une tige centrale 16 immobilisée en rotation mais guidée en translation dans un fût 17. Son extrémité interne 18 était associé au double opercule 13 tandis que son extrémité externe 19 présentait des moyens de liaison à une tête de manoeuvre 20 qui comprenait par exemple un moteur ou un volant (non représenté) libre en rotation mais qui, par tout moyen connu, tel trois ou quatre colonnettes (non représentées) était immobilisé en translation par rapport au fût 17. Ce fût était lui-même associé au manchon 6 correspondant du corps 2 de la vanne 1, et ce, par exemple, à l'aide d'un chapeau boulonné 21 dont l'étanchéité était renforcée par une soudure à lèvres 22. Les moyens 15 qui assuraiént l'étanchéité de cette vanne à passage direct comprenaient, par exemple, en tête du fût 17 une boîte (non représentée) logeant une garniture compressible, telle de l'étoupe, qu'un fouloir 23 enfilé sur la tige de commande 16 venait comprimer axialement pour en l'expansant radialement l'appliquer fermement contre la boîte et contre la tige. Le fouloir pouvait de plus porter tant du côté de la boîte que de la tige des joints toriques (non représentés) renforcant l'étanchéité. Afin d'obtenir une étanchéité parfaite, on réalisait un joint solidifié ce qui nécessitait, d'une part, que soit ménagé entre la paroi interne du fût et la paroi externe du moyen de commande un interstice annulaire 24 dans lequel non laissait remonter -une partie du fluide 25 qui épousait alors intimement toutes les formes de cet interstice 24 et, d'autre part, que soit prévu sur l'extérieur de ce fût un moyen de refroidissement suffisamment puissant pour que, par contact, le fût compense l'inertie thermique du moyen de commande et solidifie le fluide présent dans l'interstice avant qu'il ait pu sortir du fût. Pour le sodium qui se solidifie vers quatre vingt dix sept degrés celsius, il suffisait généralement de prévoir en nombre suffisant sur le fût 17, des ailettes 26 de refroidissement à l'air libre. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, au lieu d'une simple tige centrale 16, le moyen de commande 14 comprend plusieurs tiges parallèles entre elles 16a, 16b w 16c Chacune de ces tiges est guidée en translation dans un fût distinct 17a, 17b' 17c, portant en tête ses propres moyens d'étanchéité 15a 15c. A leur base, ces fûts 17a 17b, 17c sont associés à un même chapeau 21 de fixation sur le manchon 6 du corps. Tant à leur extrémité inférieure qui, après avoir traversé le chapeau 21, pénètre dans le manchon 6 du corps 2, qu'à leur extrémité supérieure qui dépasse de leur fût, les tiges 16a, 16b > 16C sont associées entre elles par un élément de liaison 27, 28. Les éléments 27, 28 de liaison des parties inférieures et supérieures des tiges portent chacun l'un des doigts centraux 29, 30 par lesquels ils sont, d'une part, associés au double opercule 13 et, d'autre part, à la tête de manoeuvre 20. Grâce à la répartition de la section du moyen de commande entre plusieurs tiges1 chacune de celles-ci peut avoir une section qui ne dépasse par celle pour laquelle il est certain que le point solidifie est efficace et qui n'exige pas une hauteur de fût trop importante pour permettre à la vanne de résister aux séismes. De préférence, les tiges seront au nombre de trois et disposées selon les arêtes d'un prisme à base triangulaire ce qui forme un trépied pour la tête lui conférant une excellente stabilité. Les fûts 17a,17b,17C pourront indifféremment porter des ailettes de refroidissement, soit séparées, soit communes (figure 2) de même que, dans ce cas, elles pourront présenter au moins un orifice central 31 facilitant la circulation de l'air de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Vanne à passage direct (1) à joint solidifié comprenant un corps (2)- délimitant dans une chambre (3) dans laquelle débouchent trois manchons principaux (4, 5, 6) dont - par leur extrémité externe (7,8), deux (4, 5) de ces manchons servent au raccordement aux tronçons amont (9) et aval (10) du circuit à contrôler alors que leurs extrémités internes (11, 12) portent ou réalisent elles-mêmes les sièges d'un double opercule conique (13) et dont, - le troisième manchon (6), d'une parts loge une extrémité du moyen (14) de commande en translation de l'opercule (3) mais aussi, lors de l'ouverture dix circuit, le dit opercule (13) et, d'autre part, permet l'association au corps (2) du moyen de commande, lequel moyen de commande comprend une tige (l6) qui est guidée en translation dans un fût (17) associé i manchon (6) du corps (2) et qui, par son extrémité i 't verne, est associé au double opercule (13) tandis que son extrémité externe (19) présente des moyens de liaison à une tête de manoeuvre (20), dans laquelle vanne, pour réaliser un joint solidifié - d'une part, entre la paroi interne du fût (17) et la paroi externe de la tige (16) est ménagé un interstice annulaire (24) dans lequel peut de ce fait remonter une partie du fluide (25) et, - d'autre part, sur l'extérieur du fût est prévu un moyen de refroidissement suffisamment puissant pour que, par contact, le fût (17) compense l'inertie thermique de la tige (16) et solidifie le fluide présent dans l'interstice (24) avant qu'il ait pu sortir du fût, cette vanne étant CARACTERISEE en ce que, au lieu d'une simple tige centrale (16), le moyen de commande (14) comprend plusieurs tiges parallèles entre elles (16 ,16b,16c). 2. Vanne selon la revendication 1 caractérisée en ce que chacune des tiges est guidée en translation dans un fût distinct (17a,17b, 17c). 3. Vanne selon la revendication 2 caractérisée en ce que, à leur base, les fûts (17a,17b,17e) sont associés à un même chapeau (21) de fixation sur le manchon (6) du corps. 4. Vanne selon la revendication 2 ou 3 caractérisée en ce que, tant à leur extrémité inférieure qui, après avoir traversé le chapeau (21), pénètre dans le manchon (6) du corps (2), qu'a leur extrémité supérieure qui dépasse de leur fût, les tiges (16a,16b,16e) sont associées entre elles par un élément de liaison (27, 28). 5. Vanne selon la revendication 4 caractérisée en ce que les éléments (27,28) de liaison des parties inférieures et supérieures des tiges portent chacun l'un des doigts centraux (29,30) par lesquels ils sont, d'une part, associés au double opercule (13) et, d'autre part, à la tête de manoeuvre (20). 6. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que les tiges sont -au nombre de trois et sont disposées selon les arêtes d'un prisme à base triangulaire et forment de ce fait un trépied. 7. Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisée en ce que les fûts (17a, 17b' 17e) portent des ailettes de refroidissement séparées. 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisée en ce que les fûts portent des ailettes communes (26). 9. Vanne selon la revendication 8 caractérisée en ce que ces ailettes (26) présentent au moins un orifice central (31).-