Brevet FR2536823A1 — publié le 19840601

La présente invention concerne un appareil ou robinet, apte à remplir les fonctions de sectionnement et d'étanchéité sur des circuits de fluides, notamment des fluides radio-actifs utilisés dans le cadre des centrales nucléaires. Plus précisément, la présente invention concerne un robinet du type comprenant un corps dans lequel débouchent deux conduits susceptibles de communiquer entre eux, ainsi qu'un chapeau en matériau amagnétique fixé de façon étanche sur le corps pour définir une chambre qui loge un obturateur destiné a interrompre la communication entre lesdits conduits, ainsi que des organes de commande de déplacement de l'obturateur qui comprennent au moins un aimant permanent apte à etre déplacé en rotation grâce à une pièce extérieure adaptée pour générer un champ magnétique d'allure rotatoire De tels dispositifs sont décrits en particulier dans les brevets des Etats-Unis d'Ameri- que nO 2 289 574, nO 3 347 262 (GIBSON), nO 3 355 140 (ANDERSEN), nO 3 908 959 (FICHTNER), et nO 4 232 695 (THE GARRETT CORPORATION), ainsi que dans les brevets et demandes de brevet Français nO 1 200 372 (COTTON DE BENNETOT), nO 2 373 729 (AUTOCLAVE-ENGINNERS) et nO 2 456 892 (AUTOCLAVE ENGINNERS), auxquels:on se reportera pour la bonne compréhension de la présente invention Tous ces robinets doivent répondre à une condition impérative, qui est celle de llétancheite vers l'extérieur. On comprend en particulier que cet impératif doit être respecté, dans le cadre des centrales nucléaires, lorsque l'on manipule des fluides radio-actifs. D'autre part, lesdits fluides sont portés à des pressions très élevées, pouvant dépasser 20 M Pa (200 bars), et à des températures variant entre par exemple 20 à 340cl. Dans la pratique, on a constaté que l'ensemble des robinets précedemment proposés, ne peuvent donner pleinement satisfaction, en ce sens que lorsque les pressions du fluide dépassent un seuil donné, les couples appliqués aux organes de commande de l'obturateur, grâce au couplage magnétique réalisé entre les aimants permanents internes et la pièce extérieure s'avèrent insuffisants pour déplacer l'obturateur et porter le robinet en position d'ouverture. En particulier, tel que cela est décrit dans la demande de brevet nO 2 456 892,et tel que cela est représenté notamment sur ses figures 1 et 3, il s'est avéré indispensable, avec les dispositifs jusqu'ici proposés, de prévoir une pièce mécanique reliée aux organes de commande de l'obturateur, et accessible à l'extérieur du robinet après avoir traverse la paroi du corps Par intervention mécanique sur cette pièce, on peut aisément commander le déplacement de l'obtu- rateur. Cette dite pièce permet donc de suppléer aux défauts du système d'entraînement comprenant an moins un aimant permanent. L'étanchéité entre la pièce et le corps, est réalisée grâce à des joints toriques.Cependant, on comprend aisément qu'une telle disposition ne peut en aucune façon produire une étanchéité parfaitement fiable. En d'autres termes, une telle disposition, qu'il slest avéré indispensable d'utiliser jusqu'ici, lorsque les fluides à manipuler atteignent des pressions très élevées, élimine tous les avantages lies à la commande par aimant permanent qui permettait d'obtenir une étanchéité parfaite vis-à-vis de l'extérieur et présente par conséquent les inconvénients des robinets ou vannes classiques, tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Âmé- rique nO 969803 et 3 269 698. On a également proposé de munir les obturateurs de soufflets, pour résoudre les problèmes d'étanchéité, tel que cela est décrit en particulier dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 2 642 890 (SKEWIS), nO 4 166 607 (WEBB) et 4 232 695 (THE GARRETT CORPORATION). Cependant, de tels robinets ne présentent pas une fiabilité satisfaisante et ne peuvent donc être utilisés avec des fluides pour lesquels l'étanchéité permanente est un impératif primordial . Le besoin se fait donc sentir sur le marché de disposer de robinets du type précité, qui soient à la fois simples, robustes, fiables et économiques, qui puissent être utilisés avec des fluides, tels que des fluides radio-actifs, atteignant des pressions très élevées de l'ordre de 20 M Pa, et des températures de l'ordre de 3500, tout en présentant une étanchéité parfaite vis-àvis de l'extérieur, et ce en exigeant un effort de manoeuvre tout à fait limité. De préf êrence, de tels robinets devraient en outre exiger un entretien réduit, et, dans la mesure du possible, présenter une certaine sécurité, n'autorisant la manipulation du robinet que par quelques individus donnés. La présente invention vient sur ce point apporter une solution au problème précédemment posé, et propose un nouveau robinet du type précité dans lequel les organes de commande comprennent au moins deux roues dentées formant engrenage, d'axes de rotation perpendiculaires à la direction de déplacement de l'obturateur, la plus petite des roues dentées étant solidaire fonctionnellement dudit aimant permanent, tandis que la grande roue dentée porte, en position excentrée, une première extrémité d'une bielle dont la seconde extrémité est reliée à un clapet formant obturateur. Comme cella apparaîtra à la lecture de la description détaillée qui va suivre, la présente invention permet d'obtenir des robinets parfaitement étanches tout en exigeant des couples de manoeuvre réduits. Selon un mode de réalisation préférentiel, leJclapet est constitué d'un corps définissant une chambre interne dans laquelle est introduite ladite seconde extrémité de la bielle,de forme élargie, de telle sorte que l'éloignement de ladite bielle du singe de l'obturateur provoque le retrait du cla- pet, tandis que des rondelles élastiques sont logees dans la chambre du clapet, entre le fond de celle-ci et la seconde extrémité de la bielle, de façon à compenser les dilatations différentielles et permettre le blocage du clapet en position d'obturation lorsque la bielle est rapprochée du siège. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, le ou les aimants permanents solidaires fonctionnellement de la petite roue dentée sont des aimants au cobalt et à un métal de terres rares. Selon une caractéristique de la présente invention, le chapeau se compose- d'une première partie en matériau amagnétique, de forme générale cylindrique, d'axe perpendiculaire à la direction de déplacement de l'obturateur, et qui loge les roues dentées de l'engrenage et le ou les, aimant (s) permanent (s), ainsi que d'une seconde partie cylindrique, d'axe parallèle à la direction de dé placement de l'obturateur, et qui loge ladite bielle. De préférence, le chapeau est assemblé sur le corps par des boulons et l'étanchéité entre le chapeau et le corps est assurée par une soudure de lèvres-joints. Selon un mode de réalisation avantageux, ladite pièce extérieure adaptée pour générer un champ magnétique d'allure rotatoire est constituée d'un ensemble d'aimants permanents, montés sur le chapeau et susceptibles de rotation, autour d'un axe parallèle à l'axe desdites roues dentées et, de préférence,l'ensemble d'aimants permanents est amovible. Le clapet peut être constitué de deux pièces assemblées par filetage de façon à définir une chambre interne qui loge la seconde extrémité de la bielle, de forme générale sphérique. Selon un mode de réalisation préférentiel, le clapet porte une bague de siège d'obturateur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaItront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, sur lequel la figure unique représente une vue en coupe.axiale d'un dispositif conforme à la présente invention. I1 ressort clairement d'un examen de ladite figure annexée, que de nombreuses formes géométriques des pièces composant un robinet conforme à la présente invention, doivent être impérativement respectées de façon à permettre une coopération.correcte de ces dites pièces. Pour ces raisons, on considérera, dans la suite, que ladite figure annexée est intégrée à la présente description, par la référence qui lui est faite ici, de telle sorte que cette figure définisse clairement la forme géométrique, et la disposition des pièces d'un robinet conforme à un mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure on a référencé O-O l'axe longitudinal du robinet par lequel passe le plan de coupe, et qui correspond à la direction de déplacement de l'obturateur, normale au plan du siège. Tel que cela apparaît sur la figure unique annexée, le robinet conforme à la présente invention se compose d'un corps 10 dans lequel débouchent deux conduits 11 et 12 susceptibles de communiquer entre eux, ainsi que d'un chapeau 20, en matériau amagnétique, fixé de façon étanche sur le corps 10 pour définir une chambre 21 qui loge un obturateur 30 destiné à interrompre la communication entre les deux conduits 11 et 12, ainsi que des organes 40 de commande de déplacement de l'obturateur 30. Plus précisément, les deux conduits il et 12 qui peuvent constituer alternativement des orifices d'entrée ou de sortie du fluide, possèdent des sections droites sensiblement circulaires et, sont sensiblement alignées et inclinées d'environ 450 par rapport au plan du siège 13 du robinet. Tel que cela apparaît sur la figure, les parois des conduits 11 et 12, et une nervure 14 prévue sur l'intérieur de ceux-ci, définissent un.siège 13 de forme générale circulaire, au niveau duquel est prévue une nervure annulaire logeant une bague 15 de siège du corps 10. Chacun desdits conduits 11 et 12 est muni, sur l'extérieur, de moyens d'assemblage 16, 17 non représentés en détail destinés à assurer le raccordement des conduits 11 et 12 avec le reste de l'installation. En outre, le corps 10 est muni d'un alésage 18 cylindrique, d'axe perpendiculaire au plan du siège 13 précité, qui communique avec une chambre 19 de forme générale cylindrique qui communique, en position ouverte de l'obturateur, avec les conduits 11 et 12, et qui entoure au moins partiellement ledit obturateur 30. Le chapeau 20 se compose d'une première partie 22, réalisée en matériau amagnétique, de forme générale cylindrique et d'axe perpendiculaire à la direction O-O de déplacement de l'obturateur 30, donc parallèlement au plan du siège 13. Une seconde partie 23 du chapeau 20, non nécessairement réalisée en matériau amagnétique, de forme cylindrique et d'axe O-O, est insérée entre la première partie 22 précitée du chapeau 20 et le corps 10. La liaison entre les deux parties 22 et 23 du chapeau 20 doit impéra- tivement être réalisée de façon étanche. Selon le mode de réalisation représenté, la première partie 22 est munie d'un orifice circulaire, dont le diamètre interne correspond. au diamètre extérieur de la seconde partie 23 du chapeau 20. Une soudure schématiquement représentée en 24, réalisée sur l'extérieur des parties 22 et 23, et au niveau de la jonction existant entre celles-ci, permet d'assurer l'étanchéité de l'ensemble. Bien entendu, la liaison entre la pre mière et a seconde partie pourra être réalisée de toute autre façon classique appropriée. La première partie 22 peut etre réalisée en acier amagnétique dopé au bore, ce qui permet de réaliser une enceinte de faible épaisseur résistant à la pression du fluide. De façon similaire, l'autre extrémité de la seconde partie 23 du chapeau 20 est enfilée partiellement dans le corps 10, jusqu'à ce qu'une collerette 25 prévue sur cette seconde partie 23, vienne en butée contre le corps 10. Dans cette position, des lèvres annulaires prévues sur la périphérie extérieure, d'une part du corps 10, d'autre part de la seconde partie 23, sont portées en contact. L'étanchéité entre le chapeau 20 et le corps 10 est alors assurée par une soudure de lèvres-joints schématiquement référencée 26. Tel que cela a également été représente sur la figure, on peut procéder à un serrage de ces deux elements, grâce à des boulons 50, en prise dans des alésages filetés ménagés dans le corps 10, et dont la tête vient en butée contre une surface annulaire 27 présentée par la collerette 25 précite de la seconde partie 23. En variante, tel que cela est représenté sur la figure unique annexée, chaque boulon 50 peut être remplacé par une tige filetée 51 en prise dans des alésages filetés correspondants ménagés dans le corps 10, lesdites tiges filetées 51 traversant des alésages 28 prévus au niveau de la collerette 25, et recevant des écrous 52, et des rondelles 53 intercalés en appui contre la surface radiale 27 précitée. On comprend que par serrage de l'écrou 52, on assemble rigidement le chapeau 20 et. le corps 10. Tel que cela est représenté,sBà-.;la figure, la chambre 21 définie par le chapeau 20 loge des organes de commande 40 de déplacement de l'obturateur 30 Ces organes 40 comprennent un réducteur à engrenages. Plus précisément, ce réducteur à engrenages comprend deux roues dentées 41 et 42 d'axes de rotation respectifs 43 et 44 perpendiculaires à la direction de déplacement de l'obturateur 30. La roue dentée 41, la plus petite, est solidaire fonctionnellement d'au moins un aimant permanent (non représenté sur la figure). La roue dentée 42, la plus grande, qui engrène avec la roue dentée 41, porte, en position excentrée, une première extrémité 46 d'une bielle 45, dont la seconde extrémité 47 est reliée à un clapet 30 formant obturateur. Sur la figure, on a référencé 48, l'axe de rotation de l'extrémité 46 de la bielle, sur la grande roue dentée 42 du réducteur à engrenages Tel que cela est représenté sur la figure, le corps du clapet 30 est constitué de deux pièces 31 et 32, assembles par filetage en 33 Ces deux pièces 31 et 32, forment, en coopération, une chambre interne dans laquelle est introduite ladite seconde extrémité 47 de la bielle 45, de forme élargie; ainsi qu'une pluralité de rondelles élastiques 34, telles que par exemple, des rondelles dites rondelles BELLEVILLE. Plus- précisément, comme cela est représenté sur la figure, les rondelles élastiques 34 sont logées dans la chambre du clapet, entre le fond de celle-ci et la seconde extrémité 47 de la bielle.Les rondelles élastiques 34 ont pour but de compenser les dilatations différentielles de l'ensemble, et permettent le blocage du clapet en position d'obturation lorsque la bielle 45 est rapprochée du siège 13, par manoeuvre de la première roue dentée 41. Tel que cela est toujours représenté sur la figure, la seconde extrémité 47 de la bielle 45 est de forme sphérique. Les dimensions de ladite sphère sont supérieures au diamètre de l'alésage traversant la pièce 32 du clapet 30, de telle sorte que ladite seconde extrémité 47 de la bielle 45 soit immobilisée dans la chambre interne du clapet 30. On comprend aisément que le réducteur à engrenages et la bielle 45 ainsi formés, permettent de transformer un mouvement de rotation de la première roue dentée 41 en un mouvement de translation de la seconde extrémité 47 de la bielle 45, qui impose un déplacement en translation correspondant du clapet 30. Plus précisément, l'éloignement de ladite bielle 45 du siège 13 de l'obturateur provoque le retrait du clapet 30. Inversement, le rapprochement de la seconde extrémité 47 de la bielle 45 du siège 13 de l'obturateur provoque le rapprochement du clapet 30 et porte par con séquent le robinet en position de fermeture. A cette fin, de préférence, le clapet 30 et plus précisément, la pièce 31, est muni, sur l'extérieur, et du côté du siège 13, d'une bague de siège d'obturateur, torique, 35. La longueur de la bielle 45 de forme générale allongée, et d'axe sensiblement correspondant à l'axe O-O, qui traverse la totalité de la seconde partie 23 du chapeau 20 sera aisément déterminée par l'homme de l'art, de même que l'excentrement existant entre l'axe d'articulation 48 de la bielle 45 par rapport à l'axe d'articula tion 44 de la seconde roue 42. Selon une caractéristique importante de la présente invention, les aimants permanents solidaires fonctionnellement de la petite roue dentée 41 sont des aimants au cobalt et à un métal de terres rares. De préférence, lesdits aimants permanents sont des aimants au cobalt et au samarium. La pièce extérieure adaptée pour générer un champ magnétique d'allure..rotatoire (non représentée sur la figure), est constituée d'un ensemble d'aimants permanents, monté sur le chapeau 20 et susceptible de rotation autour d'un axe parallèle aux axes~43, 44 desdites roues dentées 41, 42. Cet ensemble est de préférence amovible. Ainsi, d'une part, un tel ensemble d'aimants per manents peut être utilisé sur différents robinets. D'autre part, dans la mesure où un tel ensemble est amovible, le robinet présente une certaine sécurité, puisqu'il est nécessaire de posséder un tel ensemble d'aimants permanents pour procéder à la commande de celuirci. Bien entendu, un tel ensemble d'aimants permanents peut être entraîné en rotation soit manuellement, soit par une motorisation quelconque non représentée. Ledit ensemble d'aimants permanents disposé sur la pièce extérieure pourra prendre de nombreuses formes appropriées. De préférence1 lesdits aimants permanents de la pièce extérieure seront disposés dans l'axe de la petite roue dentée 41. Les avantages présentés par le robinet conforme à la présente invention vis-à-vis.*des dispositifs antérieurement existant sont nombreux. A titre d'exemple, on peut citer - système assurant une étanchéité vers l'extérieur parfaite1 et d'une fiabilité exceptionnelle, puisque le corps 10 et le chapeau 20 délimitent une chambre parfaitement étanche vis-à-vis d 1 'extérieur, - démultiplication importante du mou- vement permettant de faibles efforts de manoeuvre sur la pièce extérieure quel que soit le niveau de pression de fluide appliqué à l'obturateur, - sécurité présentée par le système impossibilité d'ouvrir ou de fermer le robinet sans ladite pièce extérieure susceptible de réali- ser un couplage magnétique avec les aimants permanents solidaires de la petite roue dentée 41, - robustesse provenant de l'absence de soufflets au niveau de l'obturateur 30 alors que de tels soufflets étaient couramment utilisés dans la technique antérieure, tel que cela est en particulier décrit dans le brevet US woll 232 695, - absence de garniture, ce qui conduit à un entretien particulièrement réduit, ainsi que la suppression d'attaque par corrosion de la tige du clapet, - robinet de sectionnementtotalement bidirectionnel, ctest- -dire que le robinet conforme à la présente invention est apte à remplir à la fois les fonctions de sectionnement et d'e- tanchéité sur les circuits de fluides, et notamment de fluides radio-actifs des centrales nu cléaires, quel que soit le sens de montage du robinet. Des essais effectués sur un robinet conforme à la présente invention ont permis de démontrer qu'un tel robinet autorise une ouverture sous une pression différentielle à l'obturateur égale à 22,2 M Pa à une température du fluide de 500C. Des essais, dans les conditions géné- rales de service ont été effectués avec les échelles de variations des paramètres d'état du fluide comme suit pression : 0 à 18 M Pa, pression différentielle : 0 à 18 M Pa, température : 20 à 3400C De tels essais ont permis de démontrer que l'étanchéité du robinet, au sectionnement et la manoeuvrabilité donnait pleinement satisfaction. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à partir duquel on pourra envisager de nombreuses variantes conformes à l'esprit de l'invention. De préférence les aimants permanents de la pièce extérieure sont de même nature que les aimants permanents internes précités. Le cas échéant, la pièce extérieure peut être munie d'un limiteur de couple. Bien entendu, l'entrefer existant d'une part entre la pièce extérieure et le chapeau, d'autre part entre les aimants permanents internes et le chapeau doit être réduit le plus possible Il en est de même de l'épaisseur de la paroi du chapeau. REVENDICATIONS 1. Robinet du type comprenant un corps ( dans lequel débouchent deux conduits (11, 12) susceptibles de communiquer entre eux, ainsi qu'un chapeau (20) en matériau amagnétique fixé de façon étanche sur le corps pour définir une chambre (21) qui loge un obturateur (30) destiné à interrompre la communication entre lesdits conduits, ainsi que des organes (40) de commande de déplacement de l'obturateur qui comprennent au moins un aimant permanent apte à être déplacé en rotation grâce à une pièce extérieure adaptée pour générer un champ magnétique d'allure rotatoire, caractérisé par le fait que les organes de commande comprennent au moins deux roues dentées (41, 42) formant engrenage, d'axe de rotation perpendiculaire à la direction (O-O) de déplacement de l'obturateur (30), la plus petite (41) des roues dentées étant solidaire fonctionnellement dudit aimant permanent, tandis que la grande roue dentée (42) porte, en position excentrée une première extrémité (46) d'une bielle (45) dont la seconde extrémité 47) est reliee à un clapet (30) formant obturateur. 2. Robinet selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le clapet (30) est constitué d'un corps définissant une chambre interne dans laquelle est introduite ladite seconde extrémité (47) de la bielle (45) de forme élargie, de telle sorte que l'éloignement de ladite bielle (45) du siège (13) de l'obturateur provoque le retrait du clapet (30), tandis que des rondelles élastiques (34) sont logées dans la chambre du clapet, entre le fond de celle-ci et la seconde extrémité de la bielle, de façon à compenser les dilatations différentielles et permettre le blocage du clapet en position d'obturation lorsque la bielle (45) est rapprochée du siège (13). 3. Robinet selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le ou les aimant (s) permanent(s) solidaire(s) fonctionnellement de la petite roue dentée (41) sont des aimants au cobalt et à un métal de terres rares. 4. Robinet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le chapeau (20) se compose d'une première partie (22) en matériau amagnétique, de forme générale cylindrique, d'axe perpendiculaire .la direction- (O-O) de déplacement de l'obturateur (30), et qui loge les roues dentées (41, 42) de l'engrènage et let ou les, ai- mant (s) permanent(s), ainsi que d'une seconde partie (23), cylindrique, d'axe (O-O) parallèle à la direction de déplacement de l'obturateur (30), et qui loge ladite bielle (45). 5.- Robinet selon l'une des revendications 1 à 4, -caractérisé par le fait que le chapeau (20) est assemblé sur le corps (10) par des boulons (50). 6.Robinet selon l'une des revendications 1 à 5, caraceérisé par le fait que 1letan- chéité entre le chapeau (20) et le corps (10) est assurée par une soudure de lèvres-joints (26). 7. Robinet selon l'une des revendications 1 à 6, caracterise par le fait que ladite pièce extérieure adaptée pour générer un champ magnétique d'allure rotatoire est constituée d'un ensemble d'aimants permanents, monté sur le chapeau (20) et susceptible de rotation autour d'un axe parallèle à l'axe desdites roues dentées (41, 42). 8. Robinet selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'ensemble d'aimants permanents est amovible. 9. Robinet selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que le clapet (30) est constitué des deux pièces (31, 32) assemblées par filetage de façon à définir une chambre interne qui loge la seconde extrémité (47) de la bielle (45), de forme générale sphérique. 10. Robinet selon l'une des revendications 2 à 8, caracterisE par le fait que le clapet (30) porte une bague (35) de siège d'obturateur.