Brevet FR2581732A1 — publié le 19861114

Dispositif d'arrêt pour fluides à double obturateur tournant La présente invention concerne les dispositifs d'arrêt pour fluides à double obturateur tournant. Par "dispositifs d'arrêt pour fluides" on entend tant les vannes dans lesquelles l'or- gane obturateur appelé clé tourne dans un boisseau en étant déplacé entre les positions d'ouverture et de fermeture par commande manuelle ou à distance que les raccords, dits en général "raccords rapides", dans lesquels les deux obturateurs sont montés chacun dans l'une des deux pièces du raccord, les obturateurs dits clapets, ou boulets dans le cas d'obtu- rateurs tournants sphériques,étant amenés automatiquement en position de fermeture lors de la déconnexion du raccord et en position d'ouverture lors de la connexion. Des raccords du type à clapet tournant, le clapet pouvant être cylindrique comme décrit dans US-A-3.078.068 mais étant de préférence sphérique pour utiliser un joint de siège torique, sont décrits dans U.S.-A-4.181.149, U.S.-A-3.078.065 et FR- A-2.521.685. Lorsque les deux extrémités déconnectées de la canalisation doivent être obturées,un clapet est monté dans chacune des parties mâle et femelle du raccord comme décrit dans la demande de brevet française N 85 01834 déposée le 8 Février 1985. Le système à double obturateur dont l'intérêt est évident et d'une application assez courante dans le cas des raccords présente également un intérêt dans le cas des vannes soumises à des surpressions ou coups de bélier pouvant avoir leur origine en amont ou en aval de la vanne. Une vanne à très haut taux d'étanchéité comporte en effet en général un joint déformable incorporé à son siège,ou l'obturateur est appliqué sous pression sur son siège,et une surpression tendant à écarter l'organe obturateur mobile de son siège est susceptible de provoquer une fuite. Pour y remédier on double le système obturateur, les sièges des deux obturateurs étant disposés l'un vers l'amont, l'autre vers l'aval. Des vannes à double obturateur sont également réalisées, d'une façon analogue aux raccords, lorsque deux vannes sont prévues aux deux extrémités séparables rac- cordées d'une canalisation. On connait, d'autre part, dans la technique des raccords dits wanti-pollution" ou "anti-air" qui évitent qu'au raccorde- ment,de l'air soit emprisonné entre les deux obturateurs et mélangé au fluide circulant dans les canalisations raccordées et,qu'au désaccouplement,le fluide se trouvant emprisonné entre les deux obturateurs qui se ferment soit répandu à l'ex- térieur. Ce type de raccord est d'une utilisation quasi indis- pensable dans le cas de fluides salissants ou polluants. A l'heure actuelle tous ces raccords sont du type à clapets coulissants, le clapet tant de la partie femelle que de la partie mâle du raccord se terminant par une face plane dans la surface d'extrémité de ladite partie pourque lesdites faces 258 1732 planes viennent en appui l'une contre l'autre avant emboîte- ment ou restent en appui l'une contre l'autre avant déboîte- ment des parties mâle et femelle,à savoir avant l'ouverture ou la fermeture des clapets. L'inconvénient essentiel de ces raccords "antipollution" à clapets coulissants est le même que celui des vannes ou clapets à coulissement axial selon la direction d'écoulement du fluide, savoir que les passages pour le fluide présentent des déviations successives et for- ment des chicanes qui perturbent l'écoulement. Les dispositifs à obturateur tournant qui, en position d'ouverture, assurent un passage direct du fluide sans modification de la section de passage ne présentent pas cet inconvénient mais aucun dis- positif d'arrêt pour fluides du type "anti-pollution" dont les deux organes obturateurs sont en contact mutuel, sans jeu entre eux entre les deux positions d'ouverture et de fer- meture des deux obturateurs, n'a, à la connaissance de l'in- venteur, été proposé à ce jour avec une construction à passage direct et plus particulièrement du type à double obturateur tournant. La présente invention a en conséquence pour but de proposer un dispositif d'arrêt pour fluides,à double obturateur,du type anti-pollution dans lequel les deux organes obturateurs sont en contact mutuel, sans jeu entre eux, entre les deux positions d'ouverture et de fermeture des deux obturateurs, dispositif d'arrêt dont les deux obturateurs sont du type tournant pour assurer,en position d'ouverture,un passage di- rect à section sensiblement constante au fluide transporté. Ce but est atteint,conformément à l'invention,par le fait que chacun des deux obturateurs de révolution présente, dans sa surface périphérique, une cavité concave ayant le rayon de courbure de l'autre obturateur et comme axe l'axe ou les axes de révolution de l'autre obturateur, les deux cavités ayant une même section de base correspondant au plan d'inter- section des deux surfaces de révolution des deux obturateurs ayant leurs axes dans les positions correspondant aux manoeuvres d'ouverture et de fermeture, le canal d'écoulement de l'un des obturateurs débouchant dans la cavité dudit obturateur et le canal d'écoulement de l'autre obturateur sur la sur- face périphérique en dehors de la cavité de son propre obtu- rateur. Le dispositif d'arrêt à double obturateur tournant conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante: En position de fermeture,l'obturateur dont le canal d'écoule- ment ne débouche pas dans la cavité,présente ladite cavité dans une position axée sur l'axe de l'autre obturateur et le second obturateur a son canal d'écoulement orienté pour ne pas venir en alignement avec la cavité de l'autre obturateur de sorte que les deux obturateurs sont en appui par un secteur cylindrique ou une calotte sphérique plein du second engagé dans la cavité du premier. Il n'y a donc pas de jeu entre les deux obturateurs qui sont tous les deux fermés et qui peuvent être écartés l'un de l'autre dans le cas notamment des raccords. Pour l'ouverture et partant de la position de fermeture ci- dessus, on fait tourner de manière commandée ou automatique- ment le second obturateur pour amener la section de base de sa cavité périphérique en coincidence avec la cavité périphé- rique du premier obturateur, son canal d'écoulement étant en orientation d'ouverture du clapet,puis en fait tourner le premier obturateur de manière commandée ou automatiquement pour amener son canal d'écoulement à déboucher dans la cavité périphérique du second obturateur. La manoeuvre de fermeture se fait par la procédure inverse. Selon une autre caractéristique au moins un des obturateurs est constitué par un boulet tournant. 258 1732 Selon une autre caractéristique les deux obturateurs ont le même rayon. Selon une autre caractéristique et dans le cas o les deux obturateurs sont des boulets tournants, la section de base des cavités est égale à la section droite du canal de passage, la cavité concave de l'obturateur dont le canal d'écoulement débouche dans ladite cavité étant constituée par le débouché dudit canal. - Selon une autre caractéristique et dans le cas d'un raccord rapide avec ouverture automatique des obturateurs,les sièges des clapets sont situés du côté du débouché des éléments mâle et femelle,la section droite du joint du siège étant supérieure à la section de base de la cavité. Selon une autre caractéristique la force sollicitant en appui sur son siège le boulet dont le canal d'écoulement débouche dans la cavité est inférieur à celle sollicitant en appui sur son siège l'autre boulet. Selon une autre caractéristique un organe de verrouillage conandé automatiquement pour un degré donné d'emboîtement des deux éléments, verrouille en position d'ouverture le boulet dont le canal d'écoulement débouche dans la cavité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ainsi que ceux énoncés ci-dessus apparaîtront ou seront mieux compris à la lecture de la description détaillée d'un raccord anti- pollution à boulets tournants conforme à l'invention, ladite description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un raccord rapide anti-pollution de l'art antérieur à l'état désaccouplé; la figure 2 est une vue correspondante du même raccord à l'état connecté, la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un raccord rapide anti-pollution conforme à l'inven- tion à l'état désaccouplé et les figures 4 à 6 sont des vues correspondant à la figure 3 au cours des diverses phases de l'opération de con- nexion du raccord. Dans la description ci-après du raccord anti-pollution de l'art antérieur, seuls les éléments principaux essentiels à la compréhension du fonctionnement sont décrits ci-après. La référence 1 désigne l'élément mâle et la référence 2 l'élé- ment femelle. Le raccord est verrouillé par un dispositif quelconque connu tel que le verrouillage à billes représenté. La soupape 3 de l'élément mâle est constituée par un piston qui coulisse dans le corps de l'élément en étant poussé par un ressort 4, le siège 5 étant formé par l'extrémité tronconiquE du chambrage du corps de l'élément. Les passages 6 sont forés dans la partie périphérique de la tête du piston qui vient en appui sur le siège 5 de sorte que ces forages autorisent le passage du fluide de la canalisation à l'intérieur du corps de l'élément et vers l'extérieur de l'élément lorsque le piston 3 est enfoncé. La soupape de l'élément femelle est constituée par un nez cylindrique axial 7 dont le forage axial débouche obliquement à la périphérie du nez par des perçages 8, et un manchon périphérique 9 qui coulisse sur la périphérie du nez sous l'action d'un ressort 10, ce manchon présentant un suralésage interne 11. Le manchon 9 se prolonge jusqu'à la face terminale du nez 7 par une chemise cylindrique 12 dont le diamètre externe est égal au diamètre du nez du piston 3. Les perçages 8 sont dégagés lorsque le manchon 10 recule contre l'action du ressort. A l'accouplement, les deux faces planes constituées par la face terminale du nez du piston 3, d'une part, et les faces terminales du nez 7 et de la chemise 12, d'autre part, viennent en contact en chassant le fluide pouvant se trouver entre elles puis la chemise 12 et le nez 7 s'engagent de façon étanche dans la portée du piston 3 qu'ils repoussent contre l'action du ressort 4. Lorsque le manchon 9 est en butée contre la face terminale du corps de l'élément femelle 1, le nez 7 pour- suit sa pénétration jusqu'au moment o les passages 8 débouchent dans l'alésage de l'élément 1 en établissant la communication (voir figure 2). On remarque immédiatement que,dans un tel raccord à l'état connecté,le fluide doit suivre un trajet en chicane à travers les passages divergents 6 forés dans la tête du piston de l'élément mâle, à travers la chambre à la périphérie du nez de la soupape 3 et du nez 7 de la soupape de l'élément femelle et à travers les passages convergents 8 forés dans le nez 7. Un tel passage en chicanes perturbe l'écoulement du fluide et crée une perte de charge notable. Dans les figures 3 à 6,1a référence 1 désigne également l'élé- ment mâle du raccord et la référence 2 l'élément femelle. Le raccord est verrouillé d'une façon classique par des billes 13 qui sont serties dans le corps de l'élément femelle et qui sont repoussées radialement par une bague de verrouillage 14 pour venir s'engager dans une gorge périphérique 15 du corps de l'élément mâle. Le dispositif de verrouillage pourrait être tout autre dispositif connu, voire même un raccordement à vis ou autre. Dans chacun des corps est réalisé un chambrage 16 dans l'élé- ment mâle, 17 dans l'élément femelle dans lequel est monté coulissant de façon étanche par un joint 18 un piston 19 pour l'élément mâle et 20 pour l'élément femelle. L'extrémité 21 du piston de l'élément femelle 2 a un diamètre réduit lui permettant de pénétrer dans l'extrémité 22 du corps de l'élément mâle 1. La face terminale de l'un des pistons (20 dans l'exemple représenté) porte un joint torique périphérique 23 qui assure l'étanchéité entre les deux dites faces terminales. Dans les faces terminales des pistons 19 et 20 et à l'intérieur de la surface étanchée par le joint torique 23 sont réalisés des sièges sphériques 24 et 25 respectivement pour les boulets 26 et 27 qui constituent les obturateurs. Les obturateurs à boulets représentés sont du type décrit plus en détail dans FR-A-2.521.685 mais ceci ne constitue qu'un exemple et ils pourraient être de tout autre type. Chaque boulet 26 ou 27 présente un forage axial 28 qui se prolonge selon deux généra- trices diamétralement opposées par des faces planes parallèles 29. Un fût 30 s'engage entre les faces 29 de chaque boulet et porte un petit axe 31 qui s'engage dans une fente radiale 32 réalisée,à 45 de l'axe du forage 28,dans les calottes sphériques aboutissant aux faces 29. Avec ce montage lorsqu'un boulet se déplace axialement par rapport au fût 30, il subit une rotation autour d'un axe parallèle au petit axe 31. Chaque fût 30 est solidaire d'une embase 33 logée au fond des cham- brages 16-17 et l'embase 33 et le fût 30 présentent un passage axial 34 ayant la section du forage axial 28. Chaque boulet 26-27 est soumis à la poussée d'une bague 35-36 s'appuyant sur sa surface arrière par une portée en secteur sphérique 37,les deux bagues étant soumises à la poussée d'un ressort respectivement 38 et 39. Conformément à l'invention,une cavité 40 est réalisée dans le boulet 26, cette cavité étant située sur la calotte sphérique qui, en position de fermeture de l'obturateur 26,se trouve en coïncidence avec l'orifice central du siège 24.La section de base de cette cavité dont le rayon de la concavité est égal à celui des boulets 26 et 27, est égale à la section du canal de passage 28. Il résulte de cette particularité que, dans le boulet 27, dans lequel la cavité correspondante devrait être coaxiale au passage 28, cette cavité est fictive et n'existe pas et elle est réalisée par le passage 28 lui-même. Lors de la connexion et comme illustré dans la figure 4,1'élé- ment mâle 1 est engagé dans l'élément femelle 2, les deux faces terminales des pistons 19 et 20 venant en appui par le joint 23 et la calotte sphérique du boulet 27 qui est en saillie par rapport à la face terminale du piston 20 vient s'engager dans la cuvette 40. L'engagement de l'élément mâle 1 dans l'élément femelle 2 étant poursuivi,le ressort 39 qui est de construction plus faible que le ressort 38 s'écrase, le boulet 27 qui est concentrique à la cavité 40 tournant dans celle-ci jusqu'à atteindre la position illustrée dans la figure 5. Dans cette position,au moins une bille 41 sertie dans un loge- ment du corps de l'élément mâle 1 est poussée axialement par le bord avant du corps de l'élément femelle 2 et s'engage dans une gorge périphérique 43 réalisée dans la surface péri- phérique du piston 20, ce qui verrouille ces deux éléments et maintient pendant la suite de l'opération le boulet 27 en position d'ouverture avec son canal de passage 28 en colnci- dence avec la cavité 40. L'enfoncement se poursuivant, le piston 19 de l'élément femelle 2 du raccord recule en comprimant le ressort 38 jusqu'à ce que le canal de passage 28 du boulet 26, qui tourne en engageant une calotte sphérique dans l'extrémité du canal de passage du boulet 27, soit aligné avec ce dernier canal de passage (Fig. 6). Dans cette position, les billes 13 sont en face de la gorge périphérique 15 du corps de l'élément mâle et elles sont poussées dans cette gorge,pour verrouiller le raccord, par la bague de verrouillage 14. Comme illustré dans la figure 6 les canaux de passage 28 des boulets 26 et 27 sont alignés et sont alignés avec les passages axiaux 34, ce qui assure un passage direct au fluide. Lors de la déconnexion le fonctionnement est exactement l'in- verse de celui décrit ci-dessus. Revendications 1. Un dispositif d'arrêt pour fluide, à double obturateur, du type antipollution dans lequel les deux organes obturateurs sont en contact mutuel, sans jeu entre eux entre les positions d'ouverture et de fermeture des deux obturateurs, caractérisé en ce que les deux Obturateurs (26-27) sont de révolution, chacun d'eux présentant, dans sa surface périphérique, une cavité concave (40) ayant le rayon de courbure de l'autre obturateur et comme axe l'axe ou les axes de révolution de l'autre obturateur, les deux cavités ayant une même section de base correspondant au plan d'intersection des deux surfaces de révolution des deux obturateurs (2627) ayant leurs axes dans les positions correspondant aux manoeuvres d'ouverture et de fermeture, le canal d'écoulement (28) de l'un des obtu- rateurs (27) débouchant dans la cavité dudit obturateur et le canal d'écoulement (28) de l'autre obturateur (26) sur la surface périphérique en dehors de la cavité (40) de son propre obturateur. 2. Un dispositif d'arrêt pour fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux obturateurs (26-27) ont le même rayon. 3. Un dispositif d'arrêt pour fluide selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, les deux obturateurs (26-27) étant des boulets tournants, la section de base des cavités (40) est égale à la section droite du canal de passage (28),la cavité concave de l'obturateur (27) dont le canal d'écoulement (28) débouche dans ladite cavité étant constituée par le débou- ché dudit canal (28). 4. Un dispositif d'arrêt pour fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 constituant un raccord rapide avec ouverture automatique des obturateurs, caractérisé en ce que les sièges (24-25) des clapets (26-27) sont situés du côté du débouché des éléments mâle (1) et femelle (2), la section droite du joint du siège étant supérieure à la section de base de la cavité (40). 5. Un dispositif d'arrêt pour fluide selon la revendication 4, caractérisé en ce que la force (39) sollicitant en appui sur son siège (25), le boulet (27) dont le canal d'écoulement (28) débouche dans la cavité,est inférieumà celle (38) sol- licitant en appui sur son siège (24) l'autre boulet (26). 6. Un dispositif d'arrêt pour fluide selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un organe de verrouillage (41-42), comman- dé automatiquement pour un degré donné d'emboîtement des deux éléments (12), verrouille en position d'ouverture le boulet (27) dont le canal d'écoulement (26) débouche dans la cavité.