Brevet FR2568657A1 — publié le 19860207

-- I -- Dispositif d'obturation pour conduite véhiculant un fluide La présente invention concerne un dispositif d'obturation pour conduite véhiculant un fluide. On connaît de nombreux types de robinets tels que les robinets à coin, à vanne papillon, à boisseau sphérique etc... Chacun a ses avan- tages et ses inconvénients. En particulier, un robinet à boisseau sphérique assure, en position d'ouverture, la continuité de la conduite sans aucune, ou presque, perte de charge; par contre il y a à la longue usure par frottement et perte des qualités d'étanchéité, et si une paroi intermédiaire antifriction est interposée, les matériaux utilisés limitent généralement la possibilité d'utilisation pour des fluides à haute température. D'un autre côté, les autres types de vannes rompent à l'ouverture, la continuité géométrique de la conduite occasionnant ainsi des pertes de charge. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif d'obturation qui, à pleine ouverture n'occasionne pas de perte de charge, peut être utilisé à très hautes température et pression et ne risque pas de perdre ses qualités d'étanchéité par usure. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif d'obtura- tion d'une conduite véhiculant un fluide, comprenant un corps de vanne creux, étanche, et muni de deux ouvertures circulaires coaxiales, d'axe dà, de raccordement entre deux tronçons de la conduite, caractérisé en ee que chacune des deux dites ouvertures comporte du c8té interne au corps, un siège annulaire solidaire du corps, d'axe i, les faces en vis-à-vis des deux sièges formant le siège d'un coin obturateur composé de deux contre-sièges annulaires d'axeA montés chacun entre l'un desdits sièges et un boisseau sphérique lequel est placé à l'intérieur d'une cage et comporte un arbre de rotation d'axe perpendiculaire à l'axe et pouvant tourillonner dans la cage autour de cet axe, la face des contre-sièges située du c8té du boisseau sphérique comportant une portée femelle sphérique centrée sur l'axe et coopérant avec le boisseau sphérique, ledit boisseau étant percé d'un canal de section circulaire de même diamètre que le diamètre interne des sièges et contre-sièges, d'axe perpendicu- laire à l'axe eet passant par le centre du boisseau sphérique, chaque -2contre-siège étant maintenu radialement par la paroi cylindrique d'un évidement latéral circulaire de la cage et étant poussé contre son siège par des moyens élastiques disposés entre la cage et le contre-siège, la cage étant maintenue dans le corps avec une unique liberté de translation axiale suivant l'axe , dispositif comportant en outre des moyens permettant de plaquer le coin obturateur contre les deux dits sièges et des moyens pour décoincer le coin obturateur hors de ses deux sièges. Selon une réalisation particulière de la présente invention, les moyens permettant de plaquer le coin obturateur contre les deux sièges comprennent des moyens élastiques s'appuyant d'une part sur ladite cage et d'autre part contre une pièce solidaire du corps, des moyens permettant en outre de régler la distance séparant les deux appuis. De même, les moyens pour décoincer le coin obturateur hors de ses sièges comportent avantageusement une tige de manoeuvre, traversant d'une manière étanche la paroi du côté opposé à l'arbre de rotation de la cage, mobile axialement sur -commande, de manière à pouvoir repousser le coin en s'appuyant contre la cage. Avantageusement, les moyens élastiques poussant chaque contre-siège contre son siège respectif sont composés d'une série annulaire de ressorts disposés entre le contre-siège et la cage au niveau dudit évidement latéral de la cage. L'invention sera bien comprise à la lumière de la description d'un exemple de réalisation particulière de l'invention, faite ci-après en regard du dessin annexé dans lequel: La figure 1 représente en coupe un dispositif d'obturation selon l'invention en position ouvert. La figure 2 est une représentation équivalente à celle de la figure 1 mais en position fermée. La figure 3 est une vue agrandie du détail III de la figure 2. La figure 4 est une vue partielle, agrandie, en coupe, selon IV-IV de la figure 2. Le dispositif d'obturation selon l'invention comprend un corps de vanne 1, creux, hermétiquement fermé à sa partie supérieure par un couvercle 2. Ce corps de vanne est étanche et est muni de deux -3- ouvertures 3 et 4 circulaires, coaxiales, d'axe LS réalisées l'une en face de l'autre dans la paroi du corps. Ces ouvertures sont destinées à être raccordées à deux tronçons de conduites non représentés. L'ouver- ture 3 est munie du c8té intérieur d'un siège 5, annulaire et lié au corps 1 par exemple par soudure. Il peut également venir d'une seule pièce avec le corps 1. L'ouverture intérieure du siège 5 annulaire est de même diamètre que l'ouverture 3. De même, l'ouverture 4 est munie également d'un siège 6 annulaire. Les faces planes 7 et 8, en vis-à-vis, des deux sièges forment un dièdre de façon à former un logement au siège pour un coin obturateur. Le coin obturateur est formé d'un assemblage de plusieurs pièces: deux contre-sièges 9 et 10, un boisseau sphérique 11 et une cage 12. Les contre-sièges 9 et 10 sont annulaires, de même axeL\ que les sièges 5 et 6 et les ouvertures 3 et 4 et de même diamètre intérieur. Le contre-siège 9 est placé entre le siège 5 et le boisseau sphérique 11 et le contre-siège 10 est placé entre le siège 6 et le boisseau sphérique. La face d'appui de chaque contre-siège 9 ou 10 contre le boisseau sphérique 11 comporte une portée femelle 30 (figure 3) sphérique correspondante, centrée sur l'axe. Le boisseau sphérique 11 de centre 0 situé sur l'axe A comprend un arbre de rotation 13 d'axe perpendiculaire à l'axe et qui traverse le corps de vanne par son couvercle 2 à travers un presse-étoupe 14. Situé à l'intérieur de la cage 12, le boisseau peut tourner dans cette cage autour de l'axe 'g. La cage 12 est réalisée en deux parties assemblées selon un plan de joint 15 par une série circu- laire de boulons non représentés. Le boisseau sphérique est percé de part en part d'un canal 31 de section circulaire de diamètre égal au diamètre intérieur des sièges, contre-sièges et ouvertures 5, 6, 9, , 3 et 4 et d'axe perpendiculaire à l'axe Y et passant par le centre 0 du boisseau. Les faces latérales de la cage 12, à droite et à gauche, comportent un évidement latéral circulaire, 16 à droite et 17 à gauche, dont la paroi cylindrique maintient radialement le contre-siège correspondant, 9 ou 10. En outre, une série annulaire de ressorts 18 (voir figure 3) est disposée entre chaque contre-siège 9, 10 et la cage 12 au niveau des 2568657. - 4 - évidements circulaires 16, 17. Ils sont maintenus par des petits évidements circulaires 19, 20 réalisés dans la cage et dans les contresièges. Ces ressorts ont pour effet de plaquer en permanence les contre-sièges 9, 10 contre leur siège respectif 5, 6. La cage 12 avec tout son équipage: boisseau 11 et contre-siège 9 et 10 formant l'ensemble du coin, peut se déplacer axialement suivant l'axe r. A cet effet, un système de guidage autorisant ce seul mouvement comprend deux guides 21 fixés au corps 1 face à face de part et d'autre de la cage 12 qui pénètrent chacun dans une rainure 22 pratiquée dans la cage (figure 4). Des rondelles élastiques 23 exercent une pression sur la partie supérieure de la cage 12 en prenant appui sur un écrou 24 qui peut se visser dans le corps 1 permettant ainsi de régler l'effort de pression. Un crantage 25 permet la manipulation de l'écrou. A l'opposé de l'arbre 13, une tige de manoeuvre 26 traverse le corps de vanne 1 à travers un presse-étoupe 27. Cette tige est mobile axialement, soit directement soit par vissage, soit par tout autre moyen et peut donc venir prendre appui sur le fond de la cage 12 pour décoincer l'ensemble du coin. La figure 1 montre le dispositif d'obturation en position ouverte et la figure 2 en position fermée. Le passage d'une position à l'autre se fait de la façon suivante. On débloque le coin en le soulevant légèrement par action de la tige de manoeuvre 26 contre la cage 12. Par cette action, les contre-sièges 9 et 10 s'écartent légèrement du boisseau sphérique 11 grâce aux ressorts 18 qui maintiennent les contre-sièges plaqués contre leur siège respectif. On peut alors tourner le boisseau d'un quart de tour sans crainte d'user les portées sphériques du boisseau et des contre-sièges. Une fois le quart de tour effectué, on relache l'action sur la tige de manoeuvre 26 et le coin reprend sa position bloquée sous l'action des rondelles élastiques 23 dont la pression est réglée de façon à obtenir l'étanchéité nécessaire entre sièges et contre-sièges d'une part et entre les contre-sièges et le boisseau sphérique d'autre part. De préférence, le passage de la position ouverte à la position - 5- fermée est réalisé par une rotation d'un quart de tour dans un sens puis dans le sens inverse, par action sur l'arbre 13. Cependant, on peut, bien entendu, poursuivre la rotation dans le même sens. Bien entendu, les actions sur la tige de manoeuvre 26 et sur l'arbre de rotation 13 peuvent être motorisées et leurs actions successives synchronisées automatiquement. Le dispositif obturateur de l'invention possède les avantages propres des vannes à coin et des boisseaux sphériques: - pour les vannes à coin, on a blocage de l'obturateur par effet de coincement, d'o irréversibilité du système. Toute modification de la position de l'obturateur doit être faite par les organes de commande. - pour les boisseaux sphériques, on a le passage intégral de la veine fluide d'o absence de décollements, pertes de charge réduites au minimum ainsi que niveau sonore lié- à l'écoulement, puisqu'en position ouverte il y a continuité de la canalisation. L'obturation se fait rapidement par un simple quart de tour. Outre les avantages ci-dessus, l'invention apporte les avantages suivants: - Lors du déblocage, on a libération complète des contacts entre le boisseau 11 et les contre-sièges 9 et 10; il y a donc manoeuvre du boisseau sans frottement ni usure des zones sphériques entre boisseau et contre-sièges; la longévité du dispositif s'en trouve accrue; les zones d'étanchéité peuvent donc être, entre autres, métalliques, ce qui permet d'utiliser le dispositif pour de hautes températures, domaine o les matériaux plastiques et thermoplastiques d'étanchéité sont inutilisables. - Les jeux fonctionnels qui existent entre la cage 12 et les contresièges 9 et 10, permettent à ces derniers de s'adapter à la pente des sièges 5 et 6 à tout moment. - Les rondelles élastiques 23 contribuent à maintenir l'irréver- sibilité du coin lors de chocs éventuels; de plus tout en donnant la pression de contact désirée au niveau des zones d'étanchéité entre boisseau et contre-sièges et entre sièges et contre-sièges, elles maintiennent l'obturateur dans la position voulue (ouverte ou fermée) et évite ainsi toute vibration qui pourrait être engendrée par des pièces internes non maintenues. - 6 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'obturation d'une conduite véhiculant un fluide, comprenant un corps de vanne creux (1), étanche, et muni de deux ouvertures circulaires coaxiales (3, 4), d'axe a, de raccordement entre deux tronçons de la conduite, caractérisé en ce que chacune des deux dites ouvertures comporte du côté interne au corps, un siège annulaire (5, 6) solidaire du corps, d'axe, les faces en vis-à-vis des deux sièges formant le siège d'un coin obturateur composé de deux contre-sièges annulaires (9, 10) d'axeA montés chacun entre l'un desdits sièges et un boisseau sphérique (11) lequel est placé à l'intérieur d'une cage (12) et comporte un arbre de rotation (13) d'axe Y perpendiculaire à l'axe a et pouvant tourillonner dans la cage autour de cet axe, la face des contre- sièges située du côté du boisseau sphérique comportant une portée femelle sphérique (30) centrée sur l'axe à et coopérant avec le boisseau sphérique, ledit boisseau étant percé d'un canal (31) de section circulaire de même diamètre que le diamètre interne des sièges et contre- sièges, d'axe perpendiculaire à l'axe Y et passant par le centre (0) du boisseau sphérique, chaque contre-siège étant maintenu radialement par la paroi cylindrique d'un évidement latéral circulaire (16, 17) de la cage, et étant poussé contre son siège par des moyens élastiques (18) disposés entre la cage et le contre-siège, la cage étant maintenue dans le corps avec une unique liberté de translation axiale suivant l'axe Y, dis- positif comportant en outre des moyens (23) permettant de plaquer le coin obturateur contre les deux dits sièges et des moyens (26) pour décoincer le coin obturateur hors de ses deux sièges. 2/ Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens permettant de plaquer le coin obturateur contre les deux sièges comprennent des moyens élastiques (23) s'appuyant d'une part sur ladite cage et d'autre part contre une pièce (24) solidaire du corps, les moyens (24) permettant en outre de régler la distance séparant les deux appuis. 3/ Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour décoincer le coin obturateur hors de ses sièges comportent une tige de manoeuvre (26) traversant d'une manière étanche -7- la paroi du c8té opposé à l'arbre de rotation de la cage, mobile axialement sur commande, de manière à pouvoir repousser le coin en s'appuyant contre la cage. 4/ Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiques poussant chaque contre-siège contre son siège respectif sont composés d'une série annulaire de ressorts (18) disposés entre le contre-siège et la cage au niveau dudit évidement latéral (16, 17) de la cage. / Dispositif d'obturation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre de rotation (13) du boisseau sphérique (12) traverse au moins une paroi (2) dudit corps (1) d'une manière étanche.