Brevet FR2651295A1 — publié le 19910301

La présente invention concerne un robinet h élément sphérique tournant du type appelé dans la technique "sécurité feu" et pouvant être utilisé particulièrement sur les tuyauteries de transport de fluides inflammables tels que les hydrocarbures. On sait que dans un robinet à élément sphérique tournant, l'obturateur est constitué d'une boule percée d'un orifice cylindrique pour permettre l'écoulement du fluide lorsque le robinet est ouvert. La boule est située dans un logement approprié du corps du robinet. Le corps du robinet est alésé axialement pour permettre un raccordement a' des tuyauteries dites "amont" et "aval", en considérant la direction de l'écoulement d'un fluide a travers le robinet. Une rotation d'un quart de tour de la boule permet la fermeture du robinet dont l'ouverture est commandée par une nouvelle rotation d'un quart de tour. Des éléments d'étanchéité spéciaux sont prévus entre l'obturateur sphérique et le corps, et ces éléments d'étanchéité sont en général réalisés en matières plastiques autolubrifiantes telles qu'en polytétrafluoroéthylène (PTFE). Lorsqu'un tel robinet est fermé, une partie du fluide reste emprisonnée entre la boule et le corps du robinet, et les éléments d'étanchéité ci-dessus rendent alors impossible l'évacuation de ce fluide lorsque le robinet est maintenu fermé. Ainsi, lorsque le robinet maintenu fermé est soumis A une température excessive due A un incendie autour du robinet, et plus particulièrement si le fluide est un hydrocarbure inflammable, la partie de ce fluide emprisonné dans la chambre dite "morte" délimitée par les éléments d'étanchéité entre le corps du robinet et la boule se dilate et même éventuellement se vaporise, en entranant une augmentation importante de la pression dans la chambre et un risque d'explosion si aucun système de décompression du fluide a l'intérieur de ladite chambre n'est prévu. L'invention résout le problème exposé ci-dessus d'une manière particulièrement appropriée en ce que le robinet présente des moyens permettant, dans le cas ci-dessus, d'assurer une décompression de la chambre morte délimitée par les éléments d'étanchéité de type PTFE entre la boule et le corps du robinet. On notera à ce sujet que l'essai caractéristique est constitué par un feu d'hydrocarbure auquel le robinet doit pouvoir résister pendant 20 minutes lorsqu'il est maintenu en position fermée, et que ce dernier doit rester étanche après le feu. La norme de construction correspondant a ce genre de service est la norme britannique BS 5351 selon laquelle, après le test feu, la fuite en ligne, avant et après une manoeuvre du robinet, doit être inférieure à 15 cm3/mn. Conformément a l'invention, on prévoit que les éléments d'étanchéité montés entre l'élément sphérique formant obturateur et le corps du robinet sont réalisés en matière auto-lubrifiante et sont montés dans une gorge du corps du robinet, des moyens étant prévus dans les éléments d'étanchéité et/ou dans le corps du robinet au voisinage de cette gorge pour que, sous l'effet d'une chaleur dégradant la matière auto-lubrifiante des éléments d'étanchéité, celle-ci vienne fluer de manière préférentielle dans la gorge et dans la chambre délimitée par les éléments d'étanchéité entre l'élément sphérique et le corps en laissant "propres" et exemptes de résidus les surfaces de portée en regard du corps du robinet et de l'élément sphérique.Ainsi, après disparition partielle du joint du fait de sa combustion par suite d'une chaleur excessive du robinet, on obtient une décompression rapide de la chambre, l'élément sphérique alors monté flottant entre les surfaces de portée du corps du robinet étant amené à se plaquer contre l'une de ces dernières en assurant ainsi une étanchéité du fait d'une surpression du fluide agissant sur cet élément sphérique soit en amont, soit en aval dudit robinet. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un robinet à élément sphérique utilisable en liaison avec l'invention. La fig. 2 représente une vue, à plus grande échelle, de la partie indiquée en A a la fig. 1 selon une première forme de réalisation de l'invention. La fig. 3 est une vue analogue R la fig.2 selon une seconde forme de réalisation de l'invention. A la fig. 1, le robinet R élément sphérique tournant utilisé en liaison avec l'invention comprend une partie fixe ou corps 1 et une partie rotative 2 de commande. La partie rotative 2 comporte un élément sphérique 3 monté dans une chambre 4 par l'intermédiaire d'éléments d'étanchéité 5 en matière autolubrifiante et, de préférence, en polytétrafluoro-éthylène (PTFE). L'élément sphérique 3 est percé d'un orifice cylindrique 6 tandis que le corps 1 présente des alésages axiaux 7a, 7b dans le prolongement de l'orifice cylindrique 6. On voit au dessin qu'une communication peut être ainsi établie entre les alésages 7a et 7b, et que cette communication sera fermée par une rotation d'un quart de tour de l'élément sphérique 3. De manière A commander la rotation de l'élément sphérique 3, la partie rotative 2 comprend un axe 8 relié à un bras de manoeuvre 9. De manière préférée, l'axe 8 présente un épaulement 10 destiné à venir en butée contre une partie de la paroi correspondante du corps 1 au niveau de la chambre 4 par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité en graphite Il assurant l'étanchéité vers l'intérieur. L'étanchéité vers l'extérieur est assurée par une garniture 12 réalisée de préférence en PTFE chargé de graphite expansé et sur laquelle vient s'appuyer une bride ou fouloir 13 destiné à comprimer la garniture 12 par l'intermédiaire d'une rondelle 14 et d'un premier écrou 15 monté sur l'axe 8. Enfin, le bras de manoeuvre 9 est lui-même monté sur l'axe 8 par l'intermédiaire d'un second écrou 16. Dans la réalisation représentée au dessin, le corps 1 du robinet est réalisé en deux parties, n savoir une partie amont 17 et une partie aval 18, en considérant le sens prévu F d'écoulement d'un fluide dans les alésages 7a et 7b. Une telle réalisation en deux parties du corps 1 permet de mettre en place directement l'axe 8 de la partie rotative 2 munie de l'élément sphérique 3 par l'intérieur de la partie aval 18 avant la mise en place de la partie amont 17. On voit en effet que l'ensemble formé par l'élément sphérique 3 et l'axe 8 peut alors être introduit par l'intérieur de la partie aval 18 du corps 1 de manière à venir en butée et être calé par son épaulement 10 pour être ensuite serré sur le corps 1 par l'écrou 15. Un tel montage évite à l'axe 8 de pouvoir être éjecté à l'extérieur du corps 1 quelle que soit la surpression à laquelle est soumis cet axe par l'intermédiaire de l'élément sphérique 3. Après montage de la partie rotative 2, la partie amont 17 est vissée en 19 sur la partie aval 18 avec interposition d'un joint de corps 20 en graphite expansé. I1 est ensuite possible de solidariser de manière éventuellement temporaire, la partie amont 17 et la partie aval 18 par des points de soudure tels que celui représenté en 21, ces points de soudure pouvant facilement être retirés lorsqu'il y a lieu de dévisser la partie amont 17 du corps 1. Tant la partie amont 17 que la partie aval 18 du corps 1 présentent des liaisons 22 et 23 permettant un raccordement du corps 1 du robinet à des tuyauteries correspondantes de transport de fluides, non représentées. Conformément à l'invention, le robinet à élément sphérique ci-dessus est plus particulièrement prévu pour commander un écoulement sur des tuyauteries de transport de fluides inflammables, tels que des hydrocarbures. On comprend ainsi que, lorsque le robinet sera fermé par une rotation d'un quart de tour de l'élément sphérique 3 depuis la position représentée au dessin, une partie du fluide restera emprisonnée dans la chambre 4. Ainsi, sous l'influence d'une haute température provoquée par exemple par un incendie autour du robinet, le fluide emprisonné dans la chambre 4 aura tendance à se dilater et même éventuellement à se vaporiser, en entrait nant une augmentation importante de la pression dans la chambre et un risque d'explosion du corps 1 du robinet si on ne prévoit aucune possibilité pour décomprimer le fluide à l'intérieur de cette chambre. Deux séries de robinets font ainsi l'objet de l'invention : une série correspondant à la classe internationale ANSI 150:600 (fig. 2) et une série correspondant à la classe internationale ANSI 900:1500 (fig. .3 avec, dans chaque cas, des diamètres nominaux compris entre 6,35 mm (1/4") et 5,08 cm (2"). Selon l'invention, la décompression, ainsi rendue nécessaire, de la chambre 4 de la fig. 1 est assurée par une disposition particulière des éléments d'étanchéité 5 montés entre l'élément sphérique 3 et le corps 1 du robinet, ces éléments d'étanchéité étant, conformément à- une réalisation préférée de la présente invention, des joints circulaires en PTFE placés en amont et en aval de l'élément sphérique 3 (fig. 1). Aux fig. 2 et 3, le contact entre l'élément sphérique 3 et le joint 5 se fait, en utilisation normale avant destruction et fluage de ce joint, sur la partie 5a du joint chanfreinée par exemple à 450 et, en général, selon un angle compris entre 400 et 50 avec la perpendiculaire à l'axe des alésages 7a, 7b. Comme on l'a vu plus haut, le joint est de préférence réalisé en PTFE. Il se dégrade et se détruit sous l'effet du feu. Selon l'invention, la forme des joints 5 ainsi que la géométrie de la gorge 24a (fig. 2) ou 24b (fig. 3) usinée dans chaque partie 17, 18 du corps 1 sont conçues pour permettre aux joints 5, lors de leur dégradation, de fluer en permettant au fluide emprisonné dans la chambre 4 de s'échapper soit vers la partie amont 17, soit vers la partie aval 18, jusqu'à ce qu'un équilibre de pression soit atteint entre la chambre 4 et le reste du volume du robinet et des diverses tuyauteries de liaisons à ce dernier. En service normal, c'est-à-dire avant destruction des éléments d'étanchéité 5, les étanchéités amont et aval sont ainsi assurées par ces éléments d'étanchéité, c'est-à-dire par des joints en PTFE. Après un feu suivi d'une combustion de ces joints et d'un fluage de ces derniers, l'élément sphérique 3 qui est alors monté flottant dans la chambre 4 doit prendre appui sur une portée 25 usinée sur le corps 1 en amont ou en aval de l'élément sphérique 3 en assurant une étanchéité du fait de la surpression du fluide dans la conduite en amont ou en aval de l'élément sphérique et qui plaque ce dernier contre la portée 25. La surface de portée 25 qui doit alors, conformément à l'invention, être exempte de tout résidu de PTFE présente une pente de 500 à 600 suivant les diamètres de l'élément sphérique, et de préférence, cette pente est de 550 par rapport à la perpendiculaire à l'axe des alésages 7a, 7b. A la fig. 2 et pour permettre une combustion du joint 5 à l'intérieur de la chambre 4 en évitant toute présence de résidus de PTFE après combustion pouvant empêcher un contact étanche de l'élément sphérique sur le corps 1, c'est-a-dire pour faire en sorte que la surface de portée 25 de l'élément sphérique sur le corps en regard de ce dernier soit propre, l'élément d'étanchéité 5 possède un chanfrein arrière 5b d'une valeur angulaire comprise entre 120 et 180 et de préférence égale à 150 par rapport à la perpendiculaire à l'axe des alésages 7a, 7b. De même, la gorge 24a dans laquelle l'élément d'étanchéité 5 est serti présente un diamètre intérieur inférieur à celui de l'élément d'étanchéité 5. Un espace 26 est ainsi délimité entre la gorge 24a et la partie correspondante en regard de l'élément d'étanchéité 5 pour permettre un fluage préférentiel de la matière de ce dernier dans l'espace 26 et dans la zone délimitée par le chanfrein 5b. L'espace 26 est par exemple compris entre 6 mm et 1 mm, et est de préférence égal à 3 mm. Comme on l'a vu plus haut, l'axe de manoeuvre 8 est conçu pour être anti-éjectable, l'épaulement 10 prenant appui sur le corps.Entre l'axe 8 et le corps 1, le joint 11 assure l'étanchéité et évite le grippage. Lors du feu, la disparition partielle du joint 5 assure un contact entre l'élément sphérique 3 et le corps 1 au niveau de la surface de portée 25, qui a été usinée pour assurer l'étanchéité et délimite, par exemple et comme indiqué précédemment, un angle de 550 avec la perpendiculaire à l'axe des alésages 7a, 7b. En outre, sur le côté extérieur, la garniture en graphite expansé 12 et 20 assure l'étanchéité sous l'effet de serrage du fouloir 13. Après le feu, les joints en PTFE sont détruits. Les joints en graphite expansé 12 assurent toujours l'étanchéité vers l'extérieur, et l'étanchéité interne en ligne est assurée par un contact métal/métal au niveau de la surface de portée 25. Les résidus de PTFE brûlés se logent ainsi préférentiellement dans la gorge 24a et en général dans la chambre 4 sans venir sur la surface de portée 25. Pour faciliter la décompression et une rotation éventuelle du joint 5 dans la gorge 24a sous l'effet de la pression exercée sur lui par l'élément sphérique 3, le joint 5 possède des rainures 5c sur toute sa circonférence dans le sens de circulation du fluide , de manière à favoriser la décompression et un pivotement du joint afin de l'écarter encore de la surface de portée 25. Une autre forme de réalisation est représentée a la fig. 3 dans laquelle le joint 5 en PTFE est placé dans une gorge annulaire 24b usinée dans le corps 1, la direction principale de la gorge 24b étant l'axe d'écoulement du fluide, c'est- > -dire étant parallèle à l'axe des alésages 7a, 7b. Les angles de portée sont similaires à l'exécution selon la fig. 2, et on retrouve à la fig. 3 les angles préférés de 450 et de 150 pour les parties chanfreinées 5a et 5b. Toutefois et de manière différente à la réalisation selon la fig. 2, la gorge 24b présente un espace arrière 27 permettant de retenir le joint lors de son sertissage à chaud. L'espace 27 assure une zone de dépôt des résidus de PTFE pendant la combustion et le fluage de la matière du joint 5 et cet espace est par exemple compris entre 2 mm et 6 mm et est de préférence égal à 3 mm. En outre, et pour permettre au joint de fluer dans le corps en évitant une rétention des résidus du joint entre l'élément sphérique 3 et la surface de portée 25 du corps 1, la partie 28 du corps dans laquelle est délimitée la gorge 24b et qui est perpendiculaire 9 l'axe des alésages 7a, 7b est en retrait de la portée 25, ce retrait étant par exemple compris entre 1 mm et 4 mm et étant de préférence égal à 2 mm. REVENDICATIONS 1- Robinet à élément sphérique tournant utilisable plus particulièrement pour le transport de fluides inflammables tels que les hydrocarbures, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (5) montés entre l'élément sphérique (3) formant obturateur et le corps (1) du robinet sont réalisés en matière autolubrifiante, et de préférence en polytétra-éthylène, et sont montés dans une gorge (24a; 24b) du corps (1) du robinet , des moyens (5a, 5b, 5c; 25, 26, 27) étant prévus dans les éléments d'étanchéité (5) et/ou dans le corps (1) du robinet au voisinage de cette gorge pour que, sous l'effet d'une chaleur dégradant la matière autolubrifiante des éléments d'étanchéité (5), celle-ci vienne fluer de manière préférentielle dans la gorge (24a; 24b) et dans la chambre (4) délimitée par les éléments d'étanchéité (5) entre l'élément sphérique (3) et le corps (1) en laissant "propres" et exemptes de résidus les surfaces de portée (25) en regard du corps du robinet et de l'élément sphérique, de sorte qu'après disparition partielle du joint du fait de sa combustion par suite d'une chaleur excessive du robinet on obtient une décompression rapide de la chambre, l'élément sphérique alors monté flottant entre les surfaces de portée du corps du robinet étant amené à se plaquer contre l'une de ces dernières en assurant ainsi une étanchéité du fait d'une surpression du fluide agissant sur cet élément sphérique soit en amont, soit en aval dudit robinet. 2- Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par une portée (5a) des éléments d'étanchéité (5) sur l'élément sphérique (3) qui, avant fluage des éléments d'étanchéité, est chanfreinée selon un angle compris entre 400 et 500 et fait de préférence un angle égal à 450 avec la perpendiculaire a la direction axiale du robinet. 3- Robinet selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par une dépouille arrière (5b) des éléments d'étanchéité (5) faisant avec la perpendiculaire à la direction axiale du robinet un angle compris entre 120 et 180 et qui est de préférence égal à 150. 4- Robinet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un espace (26) délimité entre l'élément d'étanchéité (5) et la gorge (24a), la gorge présentant un diamètre intérieur qui est inférieur à celui des éléments d'étanchéité, cet espace étant par exemple compris entre 1 mm et 6 mm et étant de préférence égal à 3 mm. 5- Robinet selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués, après fluage des éléments d'étanchéité, par une portée de l'élément sphérique sur le corps d'environ 550, la surface de portée (25) du corps (1) en regard de 1'élément sphérique (3) étant chanfreinée et faisant avec la perpendiculaire à la direction axiale du robinet un angle compris entre 500 et 600 et qui est de préférence égal à 550 6- Robinet selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par des rainures circonférentielles (5c) ménagées sur les éléments d'étanchéité (5). 7- Robinet selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par une zone (27) de réception des résidus de combustion formée dans la gorge (24b) à l'arrière de l'élément d'étanchéité (5), la gorge (24b) formée dans le corps du robinet délimitant avant fluage un espace entre le fond de cette gorge et la partie arrière des éléments d'étanchéité, cet espace étant par exemple compris entre 2 mm et 6 mm et étant de préférence égal à 3 mm. 8- Robinet selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la gorge est formée dans une partie (28) du corps (I) qui est en retrait par rapport à la surface de portée (25), le retrait ainsi formé étant par exemple compris entre 1 mm et 4 mm et étant de préférence égal à 2 mm. 9- Robinet selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps (1) est formé en deux parties (17, 18) avec interposition d'un joint (20) en graphite expansé, des points de soudure (21) étant éventuellement formés à la jonction des deux parties du corps. 10- Robinet selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément sphérique (3) est solidaire d'un arbre de commande (8) monté de manière antiéjectable dans le corps (1).