Brevet FR2559235A1 — publié le 19850809

ROBINET DE REGULATION La présente invention est relative à un robinet de régulation et plus particulièrement à un robinet de régulation pour une installation dont il est important de pouvoir assurer un fonctionnement permanent, comme cela est le cas notamment en production pétrolière, en raffinage ou dans l'in- dustrie chimique en général. Lorsque dans une telle installation, on doit régler un débit ou une pression de fluide au moyen d'un robinet de régulation, on monte généralement celui-ci en série avec un robinet d'isolement amont et un robinet d'isolement aval et on place entre les extrémités de ce montage en série de trois robinets, une conduite en dérivation munie d'un robinet auxiliaire de régulation à commande manuelle. Ainsi, lorsque l'on doit intervenir pour une réparation sur le robinet de régulation principal, seul utilisé en fonctionnement normal, on ferme les deux robinets d'isolement et on effectue le réglage manuelle- ment à l'aide du robinet auxiliaire de régulation pendant la durée de l'intervention. Il en résulte une installation de robinet de régulation très lourde, très encombrante et très coûteuseo Un objectif de l'invention est de faire remplir par un robinet de régulation unique toutes les fonctions obtenues jusqu'ici par l'ensemble qui vient d'gtre rappelé d'un robinet principal, de deux robinets d'iso- lement, d'une conduite de dérivation et d'un robinet auxiliaire de régu- lation. Pour cela, on a eu l'idée d'incorporer dans un tournant de robinet à la fois un circuit principal à siège et système de réglage indépendant de la position angulaire du tournant et un circuit de dérivation, le passage de l'un de ces circuits à l'autre se faisant par rotation du tournant et le réglage du circuit de dérivation s'effectuant par ajustage de la position angulaire du tournant. - 2 - 2559235 L'invention a ainsi pour objet un robinet de régulation comprenant un corps qui forme un conduit axial d'entrée de fluide et un conduit axial de sortie de fluide et qui contient une liaison hydraulique entre ces deux conduits par l'intermédiaire d'au moins un siège et au moins un organe d'obturation servant à une obturation réglable de ce siège, dépla- sable au moyen d'une tige de manoeuvre sortant dudit corps selon une direction de tige perpendiculaire à la direction axiale des conduits, soit par translation de cette tige, soit par rotation de celle-ci, soit par une combinaison de ces deux mouvements, caractérisé en ce que le corps de ] robinet contient un tournant rotatif autour d'un axe de rotation dirigé selon ladite direction de tige, à l'intérieur duquel on a ménagé: un trou dirigé selon l'axe de rotation, muni du siège et permettant le passage de la tige de manoeuvre et de l'organe d'obturation; un orifice d'entrée principale et un orifice de sortie principale diamétralement opposés selon un premier diamètre perpendiculaire à l'axe de rotation et un passage interne principal de liaison entre ces orifices d'entrée prin- cipale et de sortie principale incluant le siège; un orifice d'entrée auxiliaire et un orifice de sortie auxiliaire diamétralement opposés selon un deuxième diamètre perpendiculaire à l'axe de rotation et un passage interne auxiliaire de liaison entre ces orifices d'entrée auxiliaire et de sortie auxiliaire. Selon un objet plus particulier de l'invention, le corps de robinet porte, autour de chacun des conduits axiaux d'entrée et de sortie, deux joints d'étanchéité distants l'un de l'autre et appliqués contre le tournant pour assurer l'étanchéité entre le courant de fluide et l'inté- rieur du corps dans toutes les positions du tournant. Dans le cas d'un tournant sphérique, selon un autre objet de l'invention, le corps de robinet porte autour de chacun des conduits axiaux d'entrée et de sortie, un premier joint annulaire de circonfé- rence moyenne un peu supérieure à la circonférence de l'orifice d'entrée principale et un deuxième joint annulaire de circonférence moyenne plus grande que la circonférence moyenne du premier joint annulaire, ces deux joints étant coaxiaux aux conduits axiaux d'entrée et de sortie et élasti- quement appliqués contre le tournant sphérique et la circonférence exté- rieure du tournant coupée par le plan desdidts premier et deuxième - 3 -2559235 diamètres présentant un segment compris entre les circonférences moyennes du premier joint et du deuxième joint d'étanchéité qui est au moins aussi long que le segment vide arraché par l'un ou l'autre des orifices d'entrée et de sortie principaux ou auxiliaires. D'autres particularités de l'invention ressortiront d'un exemple de réalisation qui va être décrit en se référant au dessin joint dans lequel: La Fig. 1 est une coupe axiale d'un robinet de régulation; La Fig. 2 est une coupe du robinet selon la ligne 2-2 de la Fig. I La Fig 3 est une coupe de la partie de robinet comprise dans le corps de celui-ci selon la ligne 3-3 de la Fig. I Les Fig 4, 5, 6, 7 représentent schématiquement à plus petite échelle, une coupe du robinet telle que celle représentée sur la Fig. 2, respectivement en cas de fonctionnement normal, en cas de fermeture totale, en cas d'ouverture partielle par la dérivation et en cas d'ouver- ture totale par la dérivation; et La Fig. 8 représente schématiquement une vue de dessous d'un robinet de régulation muni d'une plaque de repérage de la position du tournant. Sur la Fig. 1, un corps de robinet 1 comporte à ses extrémités axiales deux brides 2, 3 pour le raccordement à des tronçons de conduite, non représentés. L'axe de ces brides 2 et 3 a été ici disposé horizon- talement. Un conduit axial, par exemple d'entrée de fluide, est formé sur la gauche de la Fig. 1 par l'alésage 4 interne à la bride 2 et par les surfaces tronconiques, convergeant vers les centre du corps de robinet, internes à une bague d'arrêt 5 retenue dans le corps I par trois vis de blocage 6 et à une bague de contact 7 poussée vers la droite par un organe élastique 8, tel qu'une rondelle Belleville, inséré entre les bagues 5 et 7. La bague 7 porte à son extrémité droite un joint d'étan- chéité annulaire 9 qui s'applique contre un tournant sphérique 10. Une 4 - 2559235 autre bague de contact 11, poussée par un organe élastique 12, tel qu'une rondelle Belleville, inséré entre les bagues 5 et 11, s'applique aussi contre le tournant sphérique 10 par un joint d'étanchéité annulaire 13. Des joints d'étanchéité sont prévus entre la bague 5 et le corps 1, entre la bague 7 et la bague Il et entre celle-ci et le corps l. Le tournant sphérique 10 est muni de deux tourillons verticaux 14 et 15 qui peuvent tourner dans des logements cylindriques prévus respectivement dans le corps 1 et dans un couvercle 16 démontable fixé sur le corps I par des boulons 17. Le tourillon 15 se prolonge vers le bas par une queue cannelée de manoeuvre 18 qui fait saillie hors du couvercle 16. Cette queue 18 peut être manipulée soit à la main au moyen d'une simple clef ou d'un outil à démultiplication, soit par un moteur. Un conduit axial, par exemple de sortie de fluide, est formé sur la droite de la Fig. I par l'alésage 19 interne à la bride 3 et par les surfaces tronconiques, convergeant vers le centre du corps de robinet, internes à une bague d'arrit 20 retenue dans le corps I par trois vis de blocage 21 et à une bague de contact 22 poussée vers la gauche par un organe élastique 23, tel qu'une rondelle Belleville, inséré entre les bagues 20 et 22. La bague 22 porte à son extrémité gauche un joint d'étanchéité annulaire 24 qui s'applique contre le tournant sphérique 10. Une autre bague de contact 25, poussée par un organe élastique 26, tel qu'une rondelle Belleville, inséré entre les bagues 25 et 20, s'applique aussi contre le tournant sphérique 10 par un joint d'étanchéité annulaire 27. Des joints d'étanchéité sont prévus entre la bague 20 et le corps 1, entre la bague 22 et la bague 25 et entre celle-ci et le corps 1. Dans l'exemple représenté, dans le plan diamétral horizontal du tournant, un joint 9 ou 24 délimite un arc de cercle qui est environ le tiers de l'arc de cercle délimité par un joint 13 ou 27 et ce dernier arc de cercle représente un quart de circonférence environ. On a ménagé dans le tournant sphérique 10 un trou vertical 28 et on y a disposé deux sièges 29 et 30. Ces sièges 29 et 30 peuvent être obturés partiellement ou totalement,respectivement par deux soupapes 31 - et 32 portées par une tige 33. Cette tige 33, guidée par un manchon dans -5 2559235 le trou 28, peut gtre manoeuvrée par un servo-moteur 34 dont le support 35 est fixé par un manchon de raccordement 36 et un raccord "GRAYLOC" 37 au corps de robinet 1. Les sièges 29 et 30 sont disposés dans deux branches parallèles d'une liaison hydraulique ménagée entre un orifice cylindrique radial d'entrée principale 38 et un orifice cylindrique radial de sortie principale 39 diamétralement opposé. L'orifice 38 débouche directement dans le trou 28, au centre du tournant sphérique 10 entre les deux sièges de soupape 29 et 30. Des perçages 40 et 41 font communiquer respectivement la portion supérieure du trou 28 située au- dessus du siège de soupape 29 et la portion inférieure du trou 28 située au-dessous du siège de soupape 30 avec l'orifice 39. Lorsque le tournant 10 se trouve dans la position représentée sur les Fig 1, 2 et 3, l'orifice 38 est en face du conduit d'entrée et l'orifice 39 est en face du conduit de sortie. Si les soupapes 31 et 32 sont soulevées, le fluide arrivant dans l'alésage 4 et passant dans l'orifice 38 et la portion centrale du trou 28 se divise en un courant supérieur qui traverse le siège 29 et arrive dans l'orifice 39 par le perçage 40 et en un courant inférieur qui traverse le siège 30 et arrive dans l'orifice 39 par le perçage 41, puis les deux courants réunis dans no l'orifice 39 sortent par l'alésage 19. Le réglage s'effectue en modifiant la position des soupapes 3] et 32 à l'aide du servo-moteur 34. Les Fig 2 et 3 permettent de voir que perpendiculairement aux orifices 38 et 39 et horizontalement deux orifices auxiliaires cylin- driques radiaux et diamétralement opposés 42 et 43 ont été ménagés dans le tournant sphérique 10. Ces orifices 42 et 43 sont reliés l'un à l'autre par deux canaux coudés montés en parallèle et formés chacun par deux perçages droits: un canal 44 creusé dans la partie inférieure du tournant sphérique 10 et un canal 45 creusé dans la partie supérieure du tournant sphérique 10. Sur la Fig. 1, on voit que ces deux canaux 44 et 45 sont -creusés dans l'hémisphère gauche du tournant sphérique 10, tandis que les perçages 40 et 4! ont été effectués dans l'hémisphère droit de ce tournant 10. Si l'on fait tourner le tournant 10 dans le sens des aiguilles d'une montre en se référant à la Fig. 2, on voit que l'on obture -6 - 2559235 d'abord le conduit d'entrée par application du joint 9 contre une portion pleine du tournant sphérique 10. Puis, l'orifice 42 atteint le joint 9 et l'orifice 43 atteint le joint 24. Du fluide passe alors de l'alésage 4 à l'alésage 19 par l'orifice 42, les canaux 44 et 45 et l'orifice 43. On peut alors effectuer une régulation en modifiant la position angulaire du tournant sphérique 10. Lorsque le tournant sphérique 10 a subi une rotation de 90 depuis sa position initiale, le robinet se trouve complètement ouvert sur son circuit de dérivation. On prévoit de préférence une même section de passage dans les orifices auxiliaires 42 et 43 que dans les orifices principaux 38 et 39 et dans les canaux 44 et 45 que dans les perçages 40 et 41. Dès qu'un tournant sphérique 10 a subi une rotation suffisante pour que les orifices 38 et 39 aient quitté les joints d'étanchéité 9 et 13 à gauche,et 24 et 27 à droite, le trou 28 se trouve hydrauliquement isolé et il est possible de démonter le raccord 37 et de retirer les soupapes 31 et 32, par exemple pour'les remplacer et d'intervenir sur les sièges de soupape 29 et 30. On peut ainsi remplacer les pièces à risque d'usure du robinet sans arrêter l'écoulement de fluide, le circuit de dérivation se substituant très aisément au circuit principal pendant cette opération. On remarquera que, pendant l'utilisation du circuit de dérivation avec réglage, les joints 9 et 24 sont seuls soumis aux effets du laminage du courant de fluide. Ils protègent les joints 13 et 27 et ceux-ci assurent l'étanchéité entre le courant fluide et le corps de robinet. Les Fig. 4 à 7 montrent la circulation d'un fluide dans le robinet pour diverses positions angulaires du tournant sphérique O10. La Fig. 4 correspond à l'utilisation normale du robinet, le réglage étant effectué par le système de soupapes. La position de la Fig. 5 a été obtenue dans cet exemple par rotation d'un huitième de tour du tournant sphérique: le robinet est alors complètement fermé aussi bien sur son circuit principal que sur son circuit de dérivation. La Fig. 6 correspond au début de la position de réglage sur le circuit de dérivation, position obtenue dans cet exemple après une rotation du tournant sphérique de trois seizièmes de tour. Pour une rotation d'un quart de tour, on obtient le plein écoulement dans le circuit de dérivation comme le montre la Fig. 7. - 7 - 7 - e2559235 Sur la Fig. 8, on a représenté un disque 46 qui, entraîné en rotation avec la queue de manoeuvre 18, permet de connaître quelle est la position actuelle du robinet: le repère N indiquant la position de marche normale, le repère F la position de fermeture complète, le repère D, la position de début de réglage sur le circuit de dérivation et O la position d'ouverture complète sur le circuit de dérivation. Il est possible en outre d'ajouter au robinet des crans marquant diverses positions du tournant et des dispositifs de blocage du tournant sphérique en position. On a représenté sur la Fig. 8 un trou 47 et une lumière 48 dans le disque 46. Le trou 47 est destiné à recevoir un téton à ressort porté par le corps de robinet, lors du fonctionnement normal de celui-ci. Lorsqu'on veut passer dans une autre position du tournant, on doit tout d'abord repousser ce téton. Le téton entre ensuite dans la lumière 48 après fermeture complète du robinet et cette lumière permet le passage de la position de fermeture complète aux positions d'ouverture partielle ou totale sur le circuit de dérivation et vice versa, en rendant impossible une fausse manoeuvre de réouverture involontaire du circuit principal. - 8 - REVENDICATIONS 1. Robinet de régulation comprenant un corps (1) qui forme un conduit axial d'entrée de fluide (4) et un conduit axial de sortie de fluide (19) et qui contient une liaison hydraulique entre ces deux conduits par l'intermédiaire d'au moins un siège (29, 30) et au moins un organe d'obturation (31, 32) servant à une obturation réglable de ce siège (29, 30), déplaçable au moyen d'une tige de manoeuvre sortant dudit corps (1) selon une direction de tige perpendiculaire à la direction axiale des conduits d'entrée (4) et de sortie (19), soit par translation de cette tige soit par rotation de celle-ci, soit par une combinaison de ces deux mouvements, caractérisé en ce que le corps de robinet (1) contient un tournant (10) rotatif autour d'un axe de rotation dirigé selon ladite direction de tige, à l'intérieur duquel on a ménagé: un trou central (28) dirigé selon l'axe de rotation, muni du siège (29, 30) et permettant le passage de la tige de manoeuvre (33) et de l'organe d'obturation (31, 32); un orifice d'entrée principale (38) et un orifice de sortie principale (39) diamétralement opposés selon un premier diamètre perpendiculaire à l'axe de rotation et un passage interne principal (28, 40, 41) de liaison entre ces orifices d'entrée prin- cipale (4) et de sortie principale (19) incluant le siège (29, 30); un orifice d'entrée auxiliaire (42) et un orifice de sortie auxiliaire (43) diamétralement opposés selon un deuxième diamètre perpendiculaire à l'axe de rotation; et un passage interne auxiliaire (44, 45) de liaison entre ces orifices d'entrée auxiliaire (42) et de sortie auxiliaire (43). 2. Robinet de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de robinet (1) porte, autour de chacun des conduits axiaux d'entrée et de sortie (4, 19), deux joints d'étanchéité (9-13, 24-27) distants l'un de l'autre et appliqués contre le tournant (10) pour assurer l'étanchéité entre le courant de fluide et l'intérieur du corps dans toutes les positions du tournant. 3. Robinet de régulation selon la revendication 2, dans lequel le tournant est sphérique, caractérisé en ce que le corps de robinet (1) porte autour de chacun des conduits axiaux d'entrée et de sortie (4, 19) -9- 2559235 un premier joint annulaire (9, 24) de circonférence moyenne un peu supérieure à la circonférence de l'orifice d'entrée principale (38) et un deuxième joint annulaire (13, 27) de circonférence moyenne plus grande que la circonférence moyenne du premier joint annulaire (9, 24), ces deux joints annulaires (9-24; 13-27) étant coaxiaux aux conduits d'entrée (4) et de sortie (19) et élastiquement appliqués contre le tournant sphérique (10) et la circonférence extérieure du tournant (10) coupée par le plan desdits premier et deuxième diamètres présentant un segment compris entre les circonférences moyennes du premier joint (9, 24) et du deuxième joint (13, 27) d'étanchéité qui est au moins aussi long que le segment vide arraché par l'un ou l'autre des orifices d'entrée ou de sortie principaux ou auxiliaires. 4. Robinet de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième diamètre est perpendiculaire au premier diamètre. 5. Robinet de régulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le passage interne principal de liaison comprend, outre le trou central (28), des perçages (40, 41) effectués dans un hémisphère du tournant sphérique (10) tandis que le passage interne auxiliaire (44, 45) est ménagé dans l'autre hémisphère du tournant sphérique (10), ces hémisphères étant définis par le plan passant par l'axe de rotation et le deuxième diamètre.