Brevet FR2564558A1 — publié le 19851122

"ROBINET A BOISSEAU TOURNANT SPHERIQUE" La présente invention a pour objet un robinet à boisseau tournant sphérique. Les robinets à boisseau sphérique sont des appa- reils permettant de sectionner une veine fluide. Ils pré- sentent l'avantage de pouvoir être manoeuvrés rapidement, d'être très compacts, et d'assurer un passage sans rupture de la veine fluide, évitant donc les turbulences et les bruits qui en résultent. Il existe deux types de robinets à boisseau sphé- rique. Le premier type concerne les robinets dits à boule flottante, qui sont destinés plus spécialement à équiper des installations travaillant sous basse pression, et/ou sont réservés à des appareils de petites dimensions. Dans un tel robinet, lors du mouvement de rotation du boisseau vers sa position de fermeture, celui-ci est susceptible - d'un léger mouvement de translation dans le sens d'écoule- ment de la veine fluide, assurant ainsi son plaquage avec étanchéité sur un siège aval. Le second type concerne des robinets dits à boule ou à boisseau arbré. Ces appareils sont destinés à l'équi- pement d'installations travaillant sous de hautes pressions et/ou de dimensions plus importantes que précédemment. Dans ce dernier cas, le boisseau pivote uniquement autour d'un axe correspondant à celui de la tige de commande, l'étanchéité étant obtenue par un siège mobile qui, dispo- sé en amont du boisseau, vient se plaquer contre celui-ci, lorsqu'il est en position de fermeture, du fait que sa sec- 3() tion du côté amont est supérieure à sa section du côté aval o il prend appui contre le boisseau. L'étanchéité entre le siège et le boisseau est ob- tenue à l'aide de joints en élastomère ou similaire. Compte-tenu des bons coefficients de frottement de ces joints, il est possible de manoeuvrer facilement le boisseau en vue de l'ouverture du robinet, malgré la force d'appui du siège sur le boisseau, due à l'importance de la différence des pressions entre l'amont et l'aval du bois- seau en position fermée du robinet. Toutefois, l'utilisation d'une telle technologie est limitée par la tenue en température des joints utili- ses (150 à 200 C maximum). La présente invention vise à remédier à ces incon- vénients en fournissant un robinet à boisseau sphérique, du type à boisseau arbré dans lequel l'étanchéité est réa- lisée par appui d'un siège déplaçable dans la direction de la veine fluide, disposé en amont du boisseau, et suscep- tible de travailler à de hautes températures et sous de fortes pressions. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, la partie du siège amont formant une surface d'appui axia- le pour le fluide forme une collerette sur laquelle prend application la pression de la veine fluide avec interposi- tion d'un tronçon de soufflet ou une membrane métallique, dont une extrémité est fixée avec étanchéité sur le corps du robinet et dont l'autre extrémité est fixée avec étan- chéité sur le siège mobile, tandis que l'extrémité du siè- ge prenant appui sur le boisseau comporte une lèvre métal- lique déformable élastiquement, des moyens étant prévus, susceptibles d'assurer un équilibrage de la pression, de part et d'autre du siège préalablement à l'ouverture du robinet. D'un point de vue pratique, lors de la fermeture du robinet, la pression de fluide régnant à l'intérieur du tronçon de soufflet et s'exerçant sur la collerette du siè- ge, provoque le déplacement du siège dans le sens d'écou- lement de la veine fluide avec appui contre le boisseau, se traduisant par une déformation élastique de la lèvre du siège assurant un contact étanche entre le boisseau et le siège. La nature des matériaux utilisés pour réaliser cet- te étanchéité permet de travailler à haute température et sous de fortes pressions. Toutefois, compte-tenu de l'appui métal sur métal des éléments en contact du boisseau et du siège, et de la différence de pression entre l'amont et l'aval du boisseau, le mouvement d'ouverture du robinet se traduirait par un grippage des deux pièces l'une sur l'au- tre. Cet inconvénient est évité par mise en oeuvre des moyens indiqués précédemment qui assurent un équilibrage des pressions de part et d'autre du siège, préalablement à la manoeuvre d'ouverture du boisseau. Du fait de l'équi- librage des pressions, le siège réoccupe une position "flot- o10 tante" permettant la manoeuvre du boisseau vers la position d'ouverture. Selon une forme d'exécution de ce robinet, les mo- yens assurant l'équilibrage de la pression de part et d'au- tre du siège, préalablement à l'ouverture du robinet, sont constitués par un conduit de by-pass qui, débouchant d'une part dans la veine fluide en amont du siège coulissant, et d'autre part dans la chambre ménagée entre le corps et le siège, est équipé d'un robinet de fermeture. Le robinet du by-pass est en position fermée lors- que le robinet principal est en position fermée. Ce n'est que préalablement à l'ouverture du robinet principal que le robinet de by-pass est ouvert pour réaliser un équili- brage des pressions de part et d'autre du siège amont. Afin d'éviter à ce moment un débit de fuite impor- tant du côté aval du boisseau, le robinet est équipé d'un siège aval comprenant des éléments en graphite maintenus en appui élastique contre le boisseau par un élément en for- me de tore métallique ouvert sur l'extérieur. Il est en effet important de limiter le débit de fuite afin de procu- rer un équilibrage aussi bon que possible des pressions en- tre l'amont et l'aval du siège amont. Selon une forme d'exécution avantageuse de ce ro- binet, la section de passage de la zone d'appui du siège aval sur le boisseau est inférieure à la section de passa- ge de la zone d'appui du siège amont sur celui-ci. De ce fait, lors de la fermeture du robinet, il se produit tout d'abord un sectionnement total de la veine 2S64558 fluide sur le siège aval alors que la fermeture n'est pas encore complète sur le siège amont, ce qui permet d'effec- tuer la fin de la manoeuvre de fermeture sans différence de pression sur le siège métallique amont. Conformément à une variante d'exécution de ce robi- net, le boisseau comprend une lèvre métallique déformable destinée à venir prendre appui contre la lèvre déformable du siège amont. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemples non li- mitatifs deux formes d'exécution de ce robinet. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier robinet en position ouverte; - Figure 2 est une vue de détail du robinet de figu- re 1 en position ouverte; Figure 3 est une vue en coupe longitudinale de ce robinet selon la ligne 3-3 de figure 1, au cours de sa fer- meture; Figure 4 est une vue de détail en coupe longitudi- nale et à échelle agrandie d'une variante de ce robinet dans lequel le boisseau est modifié. Le robinet représenté au dessin comprend un corps (2) sur lequel sont raccordées à l'aide de brides (3) des tubulures servant au transport d'un fluide. A l'intérieur du corps (2) est disposé un boisseau sphérique (4) compre- nant un passage central (5) de section correspondant à la section de la veine fluide dans ses zones amont (6) et aval (7). Le boisseau (4) est monté pivotant dans des paliers (8, 9) autour d'un axe perpendiculaire à la direction de la veine fluide. L'actionnement du boisseau est réalisé par l'intermédiaire d'une tige de commande (10) traversant le corps (2) avec interposition de garnitures d'étanchéité (12), et actionnable par un ievier (13). En amont du bois- seau (4) est disposé un siège (14) ménageant pour le flui- de une section de passage correspondant à celle des zones (6 et 7). De façon connue, ce siège (14) est monté mobile dans la direction de la veine fluide. Il comporte à son extrémité située du côté du boisseau (4) un joint racleur (15) ainsi qu'une lèvre métallique (16) déformable lors- qu'elle est en appui sous une certaine pression contre le boisseau (4). Cet appui du siège (14) contre le boisseau (4) est réalisé par une série de ressorts (17) agissant sur l'extrémité amont du siège et réalisant une étanchéité à basse pression. L'essentiel de l'appui du siège contre le boisseau résulte de la pression exercée par le fluide sur un tronçon de soufflet métallique (19) soudé en (20 et 22), respectivement sur le siège (14) et sur le corps (2) et dont la section est supérieure à la section d'étanchéité du siège sur le boisseau. Ce tronçon de soufflet (19) trans- met la pression de fluide à une partie (18) du siège en forme de collerette. En outre, ce robinet comprend un conduit de by-pass (23) débouchant d'une part dans la veine fluide en amont du siège (14) et d'autre part à l'intérieur d'une chambre (24) ménagée entre le siège et le corps (2), sur lequel est monté un robinet (21). Ce robinet comprend également un siège aval (25) comportant des joints en graphite (26) maintenus en pression élastique contre le boisseau par l'intermédiaire d'un tore métallique (27) ouvert du côté extérieur. Il est à noter que la section du passage délimité par les joints (26) du siège aval (25) est inférieure à la section du passage mé- nagé par la lèvre déformable (16) du joint amont (14). D'un point de vue pratique, le fonctionnement de ce robinet est le suivant: lorsque le boisseau est manoeuvré vers sa position de fermeture, la veine fluide commence tout d'abord par être sectionnée totalement au niveau du siège aval, comme cela ressort de la figure 3 alors que la fermeture n'est pas complète au niveau du siège amont. Ce- la permet d'effectuer la fin de manoeuvre sans différence de pression sur le siège métallique amont. La pression dans le corps (24) du robinet, après fermeture complète, chute progressivement et la différence de pression au niveau du tronçon de soufflet augmente, exercant ainsi une poussée sur la collerette (18) se traduisant par une forte appli- cation du siège sur le boisseau, avec déformation de la lèvre élastique. Pour réaliser l'ouverture du robinet, il convient tout d'abord d'ouvrir le robinet (21) pour permettre, par l'intermédiaire du conduit de by-pass (23) un équilibrage des pressions de part et d'autre du siège (14) et du tron- çon de soufflet. Le siège occupe donc une position flottan- te permettant une manoeuvre du boisseau (4) vers la posi- tion d'ouverture sans risque de grippage. Conformément à une variante d'exécution représentée à la figure 4, le boisseau (4) possède une zone de contact avec le siège (14), constituée par une lèvre déformable (28). L'étanchéité de la fermeture résultera donc d'une double déformation respectivement de la lèvre (16) du siè- ge amont (14) et de la lèvre (28) du boisseau sphérique (4). Comme il ressort de ce qui précède, l'invention ap- porte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un robinet à boisseau sphérique susceptible de travailler à de hautes températures et sous de hautes pressions tout en bénéficiant d'une excellente fiabilité. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce robinet décrites ci- dessus à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que la commande de la rota- tion du boisseau pourrait être non pas manuelle mais exé- cutée par un moyen quelconque d'asservissement, par exem- ple hydraulique, ou pneumatique, électrique.... ou que le soufflet (19) pourrait être remplacé par une membrane. - REVENDICATIONS - 1. - Robinet à boisseau tournant sphérique, du ty- pe à boisseau arbré dans lequel l'étanchéité est réalisée par appui d'un siège déplaçable dans la direction de la veine fluide, disposé en amont du boisseau, et susceptible de travailler à de hautes températures et sous de fortes pressions, caractérisé en ce que la partie du siège amont (14) formant une surface d'appui axiale pour le fluide for- me une collerette (18) sur laquelle prend application la pression de la veine fluide avec interposition d'un tron- çon de soufflet (19) ou une membrane métallique, dont une extrémité est fixée avec étanchéité sur le corps (2) du robinet et dont l'autre extrémité est fixée avec étanchéi- té sur le siège mobile (14), tandis que l'extrémité du siè- ge prenant appui sur le boisseau comporte une lèvre métal- lique (16) déformable élastiquement, des moyens étant pré- vus, susceptibles d'assurer un équilibrage de la pression, de part et d'autre du siège préalablement à l'ouverture du robinet. 2. - Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens assurant l'équilibrage de la pression de part et d'autre du siège, préalablement à l'ouverture du robinet, sont constitués par un conduit de by-pass (23) qui, débouchant d'une part dans la veine fluide en amont du siège coulissant, et d'autre part dans la chambre (24) ménagée entre le corps et le siège, est équipé d'un robinet de fermeture (21). 3. - Robinet selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un siège aval (25) comprenant des éléments en graphite (26), mainte- nus en appui élastique contre le boisseau (4) par un élé- ment (27) en forme de tore métallique ouvert sur l'exté- rieur. 4. - Robinet selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la section de passage de la zone d'appui du siège aval (25) sur le boisseau (4) est inférieure à la section de passage de la zone d'appui du siège amont (14) sur celui-ci. 5. - Robinet selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le boisseau (4) comprend une lèvre métallique déformable (28) destinée à venir pren- dre appui contre la lèvre déformable (16) du siège amont.