Brevet FR2611848A1 — publié le 19880909

La présente invention concerne un robinet comprenant un corps dont une paroi de forme générale tubulaire définit un conduit entouré par un siège d'étanchéité, et un obturateur déplaçable, par un mouvement du type fraction de tour, entre une position d'ouverture dans laquelle il est écarté du siège et une position de fermeture dans laquelle une portée annulaire de l'obturateur est appliquée de manière sensiblement étanche sur le siège. Comme robinet de ce genre, on connalt les vannes papillon. Celles-ci présentent certains inconvénients. En particulier, en position d'ouverture, le papillon d'obturation et les oreilles de pivotement sont à l'origine d'une perte de charge importante. La portée annulaire d'étanchéité de l'obturateur est fortement exposée a l'érosion par le fluide, qui peut entre mécaniquement agressif. On connaît également les robinets à boule dont l'obturateur est une boule traversée par un conduit diamétral qui, en position de fermeture, s'étend transversalement au sens d'écoulement à travers la vanne, et, en position d'ouverture, assure la continuité de passage entre deux orifices du corps de vanne. Toutefois dans les robinets à boule, du fluide est prisonnier dans le conduit de l'obturateur lorsque celuici est en position de fermeture. MEme Si l'obturateur est percé d'un orifice auxiliaire reliant le conduit avec l'orifice aval du corps lorsque l'obturateur est en position de fermeture, le robinet à boule se caractérise par de nombreuses cavités dans lesquelles du fluide stagnant peut occasionner de la corrosion. Si le fluide est acide, cette corrosion peut être à l'origine d'un dégagement d'hydrogène Le fluide stagnant peut également être à l'origine d'une réaction chimique avec un autre fluide traversant la vanne lors d'une utilisation ultérieure. De plus, selon lune des structures souvent préférée en raison de sa simplicité mécanique, la boule est simplement portée dans le corps entre deux sièges en matière plastique adjacents chacun a l'un des orifices du corps. De plus, la boule est entrafn4e en rotation par un arbre monté dans un presse-étoupe. Ce montage a l'inconvénient que l'obturateur est isolé électriquement du corps et peut donc se charger électrostatiquement sous l'effet du frottement du fluide traversant la vanne. Cette charge peut se transmettre la poignée de manoeuvre å l'.xtérieur du robinet. Ceci est inadmissible dans un environnement présentant des risques d'explosion. On connatt encore les robinets dans lesquels l'obturation se fait en pinçant une partie souple du conduit de passage du fluide. Toutefois, les matières permettant de réaliser la partie souple du conduit ne sont guère compatibles avec les conditions de service difficiles (pression température, agressivité du fluide transporté, etc...). Le but de l'invention est ainsi de proposer une vanne a faible perte de charge en position d'ouverture, permettant une large gamme de conditions de fonctionnement, ne présentant pas de risques de rétention de fluide en position de fermeture, et permettant d'éviter la formation d'électricité statique dans l'obturateur. Suivant l'invention, le robinet est caractérisé en ce que l'obturateur comporte une région intermédiaire qui a un profil transversal sensiblement constant le long d'un axe courbe et qui est engagée de manière étanche et coulissante dans un dispositif annulaire d'étanchéité garnissant un orifice de la paroi de forme générale tubulaire, cette région intermédiaire ayant une extrémité intérieure, située dans le conduit et adjacente a la portée annulaire, tt une extrémité extérieure située à l'extérieur du conduit et associée a des moyens de manoeuvre. Rinsi, en position d'ouverture, l'obturateur peut s'effacer de manière quasi complète hors du conduit. Dans cette position, l'extrémité frontale de l'obturateur prolonge sensiblement la surface intérieure du conduit à l'emplacement de l'orifice garni du dispositif d'étanchéité. La perte de charge en position d'ouverture est donc très réduite. Pour le passage en position de fermeture, la région intermédiaire coulisse dans le dispositif d'étanchéité jusqu'a ce que la porte annulaire de l'obturateur vienne s'appuyer de manière étanche contre le siège d'étanchéité. Ce mode de prise de contact entre la portée annulaire et son siège, sans nécessairement qu'il y ait frottement entre la portée annulaire et le siège, est compatible avec de très nombreux types de siège, notamment en polytétrafluorèthylène ou métalliques. Le type de siège peut donc être choisi très librement en fonction des conditions de service (pression, température, fluide véhiculé, etc...). La structure de la vanne selon l'invention n'impose aucune espèce de cavité dans laquelle du fluide pourrait se trouver emprisonné, en position d'ouverture ou en position de fermeture. De plus, comme les moyens de manoeuvre sont reliés a l'obturateur au-delå du dispositif d'étanchéité relativement au conduit, les moyens de manoeuvre ne nécessitent pas de dispositif d'étanchéité et peuvent tout naturellement Itre en contact électriquement conducteur, par exemple en contact métallique, avec le corps de vanne, ce qui exclut l'apparition d'une différence de potentiel entre les moyens de manoeuvre et le reste de l'installation. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés a titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue d'un robinet selon l'invention, en coupe selon un plan passant par l'axe du conduit et par l'axe courbe de l'obturateur - la figure 2 est une vue analogue a la figure 1 mais à plus petite échelle et avec l'obturateur en position d'ouverture, vu en coupe - la figure 3 est une vue en coupe selon le plan 111-111 de la figure 1, en l'absence du siège - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3 - la figure 5 est une vue de la même vanne, selon la flèche V de la figure 6 - la figure 6 est une vue en élévation latérale de la vanne des figures 1 à 5, csté poignée de manoeuvre ;; - la figure 7 est une vue de la vanne des figures 1 a 6 selon la flèche VII de la figure 5 ; et - la figure 8 est une vue de la région intermédiaire de l'obturateur, en coupe selon un plan transversal tel que VIIIa - VIIIa ou VIIIb - VIIIb de la figure 1. La vanne représentée aux figures t å 8 comprend un corps 1 en matière moulée, comportant une paroi tubulaire 2 définissant à son intérieur un conduit 3 de forme générale cylindrique. Le corps 1 comprend un éliment principal 4 inter posé entre deux bagues 6 et 106, montés bout à bout selon la direction longitudinale du conduit 3, et contribuant tous trois a définir ce dernier. L'élément 4 est serré contre la bague 106 par quatre boulons 108 (figures 4, 6, 7) avec interposition d'un joint annulaire d'étanchéité 107 (figure 1) logé dans une gorge 104 dont l'élément 4 est muni autour du conduit 3 . En regard de la bague 6, l'élément présente une face radialement extérieure 8 destinée à prendre appui sur une face d'extrémité 7 de la bague 6, une face d'extrémité radialement intérieure 9, située axialement en retrait par rapport à la région 8, de façon à entre en service espacée de la face 7, et, radialement entre les faces 8 et 9, une creusure annulaire 11. Les faces 7, 8 et 9 sont planes et perpendiculaires à l'axe X-X du conduit 3. Un siège annulaire d'étanchéité 12, à profil en L entoure le conduit 3. I1 comprend une aile d'étanchéité 13, qui est pincée entre les faces 7 et 9 et qui, radialement å l'intérieur de celles-ci, fait saillie dans le conduit 3. Une aile d'ancrage 14 du siège 12 est engagée dans la creusure 11. Comme le montrent les figures 3 et 5, ment principal 4 et la bague 6 sont, au voisinage de leurs extrémités assemblées l'une à l'autre, élargis en des flasques 16, 17 traversés par quatre boulons 18 de serrage de la bague 6 sur l'élément 4, avec maintien corrélatif du siège 12 qui assure l'étanchéité entre eux. Le robinet comprend encore un obturateur 19 mobile, par un mouvement de type fraction de tour (environ 700 de rotation dans l'exemple représenté) autour d'un axe Y Y perpendiculaire à l'axe X-X, entre une position de fermeture représentée en trait plein à la figure 1 et une position d'ouverture représentée en trait mixte à la figure 1 et en trait plein à la figure 2. En position de fermeture, une portée annulaire 21 de l'obturateur 19 est en contact étanche sur tout son pourtour avec la face radialement intérieure 22 de l'aile d'étanchéité 13 du siège 12. Dans l'exemple représenté, la surface 22 est une zone sphérique concave d'axe X-X et la portée annulaire 21 est une zone sphérique convexe complémentaire. Dans cette position, l'obturateur 19 empêche l'écoulement au travers de l'orifice délimité par la surface 22 du siège 12. En position d'ouverture de l'obturateur 19, ce dernier est écarté du siège 12 et permet l'écoulement à travers l'orifice du siège 12. Conformément à l'invention, l'obturateur comporte une région intermédiaire 23 dont une extrémité 24 intérieure au conduit 3, est adjacente à la portée annulaire 21 et l'autre extrémité 26, extérieure au conduit 3, est fixée a un bras de manoeuvre 27. La portée 21 a, dans des plans perpendiculaires a son axe, des diamètres qui diminuent depuis l'extrémité intfrieure 24 de la région 23 jusqu'a une face frontale 25 de l'obturateur 19. Entre ses deux extrémités 24, 26, la région intermédiaire 23 a un profil extérieur circulaire constant le long de son axe Z-Z. Ce dernier est courbe et s'étend selon un secteur de cercle qui est axé sur l'axe Y-Y. Ce secteur de cercle appartient géométriquement à un cercle tangent å l'axe X-X. L'axe Y-Y est sensibleemnt dans le plan moyen du siège 12, de sorte que le point de tangence entre les axes X-X et le cercle précité se trouve également dans ce plan. La constance du profil de la région intermédiaire 23 le long de l'axe Z-Z est illustrée par la figure 8 qui représente la coupe de l'obturateur selon tout plan perpendiculaire à l'axe Z-Z, par exemple l'un ou l'autre des plans VIIIa-VIIIa et VIIIb-VIIIb de la figure 1.En d'autres termes, dans tout plan de coupe perpendiculaire å l'axe courbe Z-Z, le profil extérieur de la région intermédiaire est un cercle, toujours de même diamètre, centré sur l'axe Z Z. La région intermédiaire 23 est engagée de manière étanche et coulissante dans un dispositif annulaire d'étanchéité 28 garnissant un orifice 29 de la paroi de forme générale tubulaire 3 de l'élément principal 4 du corps 1. Le dispositif annulaire d'étanchéité 28 est du type presse-garniture. Il comprend une garniture 31 dont la face tournée vers le conduit 3 est appuyée contre un épaulement 32 de l'élément 4, et la face opposée å l'épaulement 32 est soumise à la pression d'une bague pressegarniture 33 sollicitée en direction de l'épaulement 32 par deux vis de serrage 34 (figure 4). La bague presse-garniture 33 a une paroi radialement intérieure 34 qui s'évase à partir de la garniture 31. Ainsi, comme le montre la figure 2, la présence de la bague presse-garniture 33 est compatible avec la courbure de la région intermédiaire 23 de l'obturateur 19, notamment du c9té de la région 23 le plus proche de l'axe Y-Y. Dans l'exemple représenté, le diamètre du profil circulaire extérieur de la région intermédiaire 23 transversalement a l'axe Z-Z est voisin du plus grand diamètre de la porte annulaire 21 considérée en coupe selon un plan perpendiculaire a son axe. Ainsi, lorsque l'obturateur est en position de fermeture et que le sens dans lequel tend a s'établir l'écoulement va de la région intermédiaire 23 vers la porte 21 (flèche F1 à la figure 1), les normales de toutes les surfaces élémentaires de l'obturateur 19 exposées a la pression coupent l'axe Y-Y ou alors sont parallèles à l'axe Y-Y. Chaque surface élémentaire subit une force pressante élémentaire dirigée selon cette normale, c'est-a-dire, d'après la phrase précédente, selon une direction ne lui permettant pas d'exercer un moment par rapport à l'axe Y-Y.Le moment résultant sur l'obturateur 19 autour de l'axe Y-Y est donc nul. On peut également comprendre cette particularité de fonctionnement en remarquant que, à partir de la position de fermeture. l'obturateur peut être déplacé vers sa position d'ouverture sans obliger du liquide à se déplacer vers 1 'amont. La garniture 31 et la région intermédiaire 23 de l'obturateur 19 qui y est engagée séparent le conduit 3 d'une chambre de manoeuvre 36 définie par une embase 37 venue de matière avec 12élément principal 4 du corps 1, et par un couvercle 38 dont le pourtour 39 est fixé sur un bord annulaire 41 de l'embase 37, par des boulons 42. Le couvercle 38 est traversé par un évent 43 permettant a la chambre 36 de "respirer" lors des mouvements de l'oburateur 19. La chambre 36 contient en permanence le bras 27 et, selon la position de ltobturatur 19, une partie plus pu moins grande de la région intermédiaire 23. Le bras 27 présente une extrémité épaissie 44 traversée par un alésage muni de cannelures 46. Un arbre de commande 47 est engagé dans l'alésage 46 et présente des cannelures correspondantes 45 qui lui assurent un couplage en rotation avec le bras 27 autour de l'axe Y-Y. Comme le montre la figure 3, l'une 48 des extrémités de l'arbre 47 est supportée en rotation par un palier lisse 49 monté dans un alésage borgne 50 formé dans l'embase 37 de manière a s' ouvrir dans la chambre 36. De l'autre côté de ses cannelures 45, l'arbre 47 est supporté en rotation dans un coussinet 51 monté dans un alésage traversant 52 de l'embase 37. L'arbre 47 s'étend audelà de sa région supportée dans le coussinet 51, jusqu' une extrémité 55 (figure 4) de section carrée, couplée en rotation à une poignée de manoeuvre 53. De manière classique, celle-ci comporte un système de verrouillage 54 coopérant avec une platine 56 à crans d'arrêt 57 (figure 6 > . On notera que l'arbre 47 est en contact métallique, électriquement conducteur, avec les coussinets 49 et 51 et par conséquent avec le corps de vanne, et, de la, avec toute l'installation de tuyauterie. Il ne peut donc pas s'établir de différences de potentiel entre l'obturateur et ses moyens de manoeuvre d'une part, et le corps de vanne d'autre part Ceci est le résultat de deux particularités dont l'une au choix suffirait : d'une part, l'un des alésages 51 dans lesquels l'arbre 47 est monté en rotation est borgne et ne nécessite donc aucun moyen d'étanchéité, et d'autre part l'autre alésage 52 s'étend, non pas entre un espace de circulation du fluide et l'extérieur, mais entre la chambre 36, vide de fluide, et l'extérieur, et ne nécessite donc pas non plus de presse-*toupe. Dans l'exemple représenté, l'axe V-Y, et par conséquent l'arbre 47 et ses paliers, sont situés à distance notable de l'axe X-X, complètement en dehors du conduit 3. En position d'ouverture totale de l'obturateur 19, la garniture 31 entoure la région intermédiaire 23 au voisinage immédiat de la portée 21, de sorte que l'obturateur dégage complètement le conduit 3, réduisant les pertes de charge a un minimum. En service, la chambre 36 est occupée par de l'air pouvant entrer et sortir par l'évent 43. Le dispositif d'étanchéité 28 empêche l'intrusion de liquide en provenance du conduit 3. Il n"y a donc dans le robinet aucune zone de rétention, que l'obturateur soit en position d'ouverture ou de fermeture. Lors du passage de la position d'ouverture à la position de fermeture, la portée 21 attaque frontalement le siège 12, jouant quasiment le ralle d'une butée, et la position de fermeture complète est atteinte sans frottement important entre portée et siège. Le siège a été représenté en matière synthétique telle que le polytétrafluoréthylène, mais compte tenu des conditions de travail relativement faciles du siège, d'autres matières, par exemple métalliques, sont parfaitement envisageables. Le robinet est donc utilisable dans des conditions très diverses, à des températures ou à des pressions élevées, ou encore à des températures très basses, et il est stérilisable. Dans certaines applications, on peut prévoir un balayage de la chambre 36 par un gaz inerte pour supprimer les risques d'explosion dans le cas où le fluide véhiculé par le conduit 3 est explosif au contact de l'air. On peut également envisager d'envoyer dans la chambre 36 de l'azote pour utiliser la vanne en cryogénie sans risque de gel du dispositif d'étanchéité 28. On pourra substituer au presse-étoupe 28, une étanchéité de type vérin hydraulique comprenant dans une gorge de l'élément 4 autour de l'orifice 29 un joint d'étanchéité dynamique (joint torique ou joint å livres par exemple), la région intermédiaire 23 de l'obturateur 19 étant surfacée de façon correspondante. REVENDICATIONS 1. Robinet comprenant un corps dont une paroi de forme générale tubulaire définit un conduit (3) entouré par un siège d'étanchéité (12), et un obturateur (19) déplaçable, par un mouvement du type fraction de tour, entre une position d'ouverture dans laquelle il est écarté du siège (12) et une position de fermeture dans laquelle une portée annulaire (21) de l'obturateur (19) est appliquée de manière sensiblement étanche sur le siège (12), caractérisé en ce que l'obturateur (19) comporte une région intermédiaire (23) qui a un profil transversal sensiblement constant le long d'un axe courbe (Z-Z) et qui est engagée de manière étanche et coulissante dans un dispositif annulaire d'étanchéité (28) garnissant un orifice (29) de la paroi de forme générale tubulaire, cette région intermédiaire (23) ayant une extrémité intérieure (24) située dans le conduit (3) et adjacente à la portée annulaire (21) et une extrémité extérieure (26) située à l'extérieur du conduit (3) et associée à des moyens de manoeuvre (27). 2. Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région intermédiaire (23) a un profil circulaire de diamètre voisin de celui'de la portée annulaire (21). 3. Robinet selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'obturateur (19) est déplaçable entre ses positions d'ouverture et de fermeture par rotation autour d'un axe de rotation (Y-Y) dirigé transversalement à l'axe (X-X) du conduit (3) et décalé latéralement par rapport à l'axe (X-X) du conduit (3), axe (Z-Z) de la région intermédiaire (23) s'étendant selon un secteur d'un cercle centré sur l'axe (Y-Y) de rotation précité et sensiblement tangent å un axe (X-X) de symétrie de révolution du siège d'étanchéité (12). 4. Robinet selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un bras (27) articulé au corps de vanne (1) selon l'axe de rotation précité (Y-Y) et fixé å l'extrémité extérieure (26) de la région intermédiaire (23) de l'obturateur (19). 5. Robinet selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'obturateur (19) est en contact électriquement conducteur avec le corps (1) par l'intermédiaire des moyens de manoeuvre (27, 47). 6. Robinet selon l'une des revendications 1 à 5. caractérisé en ce que le dispositif annulaire d'étanchéité (28) est du type presse-garniture. 7. Robinet selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité comprend une bague presse-garniture (33) serrant une garniture (31), cette bague (33) ayant une paroi radialement intérieure (34) qui s'évase à partir de la garniture (31). 8. Robinet selon l'une des revendications 1 a 7, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre (36) isolée du conduit (3) par le dispositif d'étanchéité (28) et par le corps intermédiaire (23) engagé de manière coulissante dans le dispositif d'étanchéité (28). 9. Robinet conforme à la revendication B, caractérisé en ce que la chambre (36) est fermée par un couvercle amovible 10. Robinet conforme a la revendication 9, caractérisé en ce que le couvercle (38) est fixé par son pourtour (39) sur un bord annulaire libre (41) d'une embase (37) faisant partie intégrante du corps (1, 4). 11. Robinet selon l'une des revendications 8 a 10, caractérisé par des moyens pour introduire dans la chambre un fluide sélectionné.