Brevet FR2648889A1 — publié le 19901228

-1 L'invention décrit les améliorations apportées à des dispositifs connus sous le nom de robinets demi-tour et plus particulièrement aux disques céramiques destinés à la fabrication de tels dispositifs. Les robinets sont des dispositifs ou appareils destinés à réguler le débit d'un liquide généralement de l'eau. Leurs fonctions principales sont d'arrêter totalement le passage du liquide - d'ouvrir progressivement l'écoulement du liquide, c'est-à-dire de réguler le débit depuis une position minimum, I'arrêt, jusqu'à une position maximum, dite "pleine ouverture". De nombreux dispositifs ont été développés dans ce but. On peut les classer en deux familles principales, les robinets dits à "clapet mobile" et ceux à "disques céramiques". Les robinets dits à "clapet mobile" dont l'étanchéité est obtenue en venant plaquer un clapet caoutchouc sur un siège fixe et rigide dont il épouse la forme. Dans ce cas, le débit est régulé en écartant progressivement à l'aide d'un axe de manoeuvre le clapet du siège de façon à augmenter la section de passage du fluide. Les inconvénients liés au principe de ce type de robinet sont nombreux: - pour une position donnée de l'axe de manoeuvre, variation du débit en fonc- tion de la température - sensibilité insuffisante du réglage du débit défaut d'étanchéité en raison du vieillissement prématuré du clapet caoutchouc - imprécision de la position de fermeture - Etc... Les robinets à "disques céramiques" permettent de pallier certains inconvénients des robinets dits à "clapet mobile", notamment: - variation du débit en fonction de la température du liquide - défaut d'étanchéité en raison du vieillissement prématuré du clapet caoutchouc - imprécision de la position de fermeture Leur principe repose sur l'utilisation de deux disques en alumine ou autres matériaux céramiques. -2- Chaque disque comprend une ou plusieurs lumières ainsi qu'une face très plane (égale ou inférieure à deux franges d'interférence - raie d'émission de l'hélium soit 0,589 tm) et finement polie (égale ou inférieure à 0,25) m Ra). Suivant le type de robinet à "disques céramiques", les lumières peuvent être simi- laires ou différentes. Elles sont situées sur un secteur du disque. Un disque est fixe, I'autre rotatif. Ils sont superposés l'un à l'autre, face plane contre face plane. La planéité des disques céramiques ainsi que leur faible rugosité suffisent pour que le simple contact de leur surface assure l'étanchéité du robinet. L'un des disques, généralement fixe est raccordé sur sa face arrière non polie à I'extrémité de l'arrivée du liquide par l'intermédiaire d'un joint qui assure une étan- chéité statique du robinet. L'autre disque est mobile. Il est animé d'un mouvement de rotation transmis par un axe relié à une poignée de manoeuvre. Le déplacement angulaire du disque mobile relativement au disque fixe met pro- gressivement en superposition les lumières en créant des passages dont la section régule le débit du liquide depuis une valeur nulle jusqu'à un débit maximal. De nombreux brevets décrivent de tels robinets par exemple: EP 55181, FR 870 8466 et DE 280 5038. Pour la plupart des robinets décrits et existant sur le marché, chaque disque com- porte une ou plusieurs lumières dont la géométrie est définie par un ou deux seg- ments rectilignes parallèles aux diamètres du disque et un ou deux arcs de cercle concentriques à la périphérie du disque. Suivant le type de robinet, le disque fixe et le disque mobile peuvent être identiques ou différents en fonction du nombre et de la forme des lumières. Les disques comprenant deux lumières ont généralement des lumières identiques sur le disque fixe et sur le disque mobile en forme de quart de cercle, diamétralement opposéesl'une à l'autre. L'ouverture maximale du robinet équipé. de ces disques est obtenue par une rotation de 90 du disque mobile par rapport au disque fixe. Pour cette raison, ce type de robinet est appelé quart de tour. Certains disques comprenant une seule lumière ont cette lumière identique sur le disque fixe et sur le disque mobile, en forme de demi-cercle. L'ouverture maximale du robinet équipé de ces disques est obtenue par une rotation de 1800 du disque mobile par rapport au disque fixe. Pour cette raison, ce type de robinet est appelé demi-tour. D'autres disques comprenant une seule lumière, ont cette lumière différente sur cha- cun des deux disques, fixe et mobile. Le disque fixe comprend généralement une -3- lumière en forme de virgule, sur un angle supérieur à 180 , mais inférieur à 270 . Le disque mobile comporte une lumière sur un angle proche mais inférieur à 90 . L'ouverture maximale du robinet équipé de ces disques est obtenue par une rotation voisine de 270 du disque mobile par rapport au disque fixe. Pour cette raison, ce type de robinet est appelé trois quart de tour. Ces trois types de robinets à "disques céramiques" ont des avantages sur leurs homo- logues à clapet. Néanmoins, ils présentent différents inconvénients défaut de linéarité du débit pour les quart et demi-tour - imprécision de réglage à l'ouverture et à la fermeture de l'écoulement du li- quide pour les quart et demi-tour - bruit élevé lié à certaines positions de fonctionnement des quart et demi- tour - débit insuffisant sur les trois quart de tour -déséquilibre général pour les demi et trois quart de tour du fait de la dissy- métrie de l'écoulement du liquide par rapport à l'axe des disques - coup de bélier élevé pour les quart et demi-tour - ouverture totale difficile à réaliser en un seul mouvement pour les trois quart de tour L'invention permet de pallier les inconvénients précités et notamment elle assure - une amélioration de la linéarité du débit du liquide à l'ouverture et à la fer- mr2ture par rapport aux robinets demi-tour et quart de tour - une diminution du déséquilibre constaté sur les robinets demi et trois quart de tour - une augmentation du débit constaté sur les rdobinets trois quart de tour L'invention concerne des disques pour robinet à liquide du type demi-tour constitue d'un corps creux dans lequel sont interposés entre l'entrée et la sortie du liquide, deux disques en céramique face plane contre face plane. Dans la pratique, l'un des disques est fixe, et situé vers l'entrée du liquide, I'autre est mobile. Ce dernier est entraîné en rotation par un axe raccordé à une poignée de manoeuvre. L'invention repose sur le principe de l'écoulement simultané d'un liquide au travers de deux lumières diamétralement opposées sur deux disques identiques généralement choisis en céramique. A pleine ouverture dJ robinet, le liquide s'écoule au travers des deux passages cons- titués par la superposition des lumières des deux disques sur un angle proche mais inférieur à 360 . La linéarité d- l'augmentation du débit est liée à la progression régulière de la sur- face des ouvertures au fur et à mesure de la rotation du robinet jusqu'à ui angle proche mais inférieur à 1800. -4- L'invention à donc pour objet un disque pour robinet à deux disques du type demi- tour, les deux disques étant superposés et en contact pour régler le débit d'un liqui- de, caractérisé en ce qu'il comporte une première et une deuxième lumière, ces deux lumières étant situées de part et d'autre d'un diamètre du disque. La première lumière étant située dans la partie centrale du disque et la deuxième lumière étant située en périphérie du disque de façon qu'en position de fermeture du robinet, les lumières de chaque disque ne se superposent pas et qu'en position d'ouverture maximale du robinet les premières lumières et les deuxièmes lumières se superpo- sent respectivement. L'invention a également pour objet un robinet utilisant des disques tels que ceux définis ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront, à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexes parmi lesquels - la figure I est une vue de dessus d'un disque selon l'invention - la figure 2 est une vue de côté et en coupe du disque représenté à la figure 1 - la figure 3 représente la superposition de deux disques selon l'invention dans un robinet en position d'ouverture totale - la figure 4 représente la superposition de deux disques selon l'invention dans un robinet en position de fermeture totale Les figures 1 et 2 sont illustratives d'un disque selon l'invention comportant des lumières particulièrement avantageuses. L'invention concerne un robinet du type demi-tour,'constitué de deux disques en céramique, généralement en alumine. Ces deux disques sont identiques. Ils compor- tent deux lumières différentes qui couvrent chacune un angle proche mais inférieur à 1800. Les ouvertures sont concentriques au disque. Leur implantation est diamétralement opposée et couvre deux secteurs dont la somme représente un angle proche mais inférieur à 360 . Dans le cas des robinets demi-tour, tels qu'en l'état de l'art, chaque disque comporte une lumière constituée par une droite parallèle et proche d'un diamètre, et par un arc de cercle concentrique au disque. Ceci fait que: - lors de la fermeture du robinet, le passage résiduel permis au liquide par la superposition des lumières a la forme d'un triangle dont le sommet s'éloigne rapidement du centre des disques, ce qui ne permet pas une linéarité du débit en fonction de l'angle de rotation de l'axe de manoeuvre - lors de l'ouverture du robinet, le passage permis au liquide par la superposi- tion des ouvertures est situé dans un secteur inférieur à 1800. -5- Ceci crée un déséquilibre de pression à l'intérieur du robinet donc une usure prématurée et un écoulement bruyant du liquide. L'invention concerne des disques comportant deux lumières 1 et 2 sur un secteur pro- che mais inférieur à 360 , pour réaliser un robinet à demi-tour et à donner à ces lumières des formes adaptées, permettant d'obtenir une progression linéaire du débit au fur et à mesure de l'ouverture du robinet. Chaque disque comporte deux lumières I et 2 situées de part et d'autre d'un dia- mètre principal D. La première lumière I est limitée par un segment rectiligne 3 parallèle et proche de D et par un arc de cercle 4 concentrique au disque et de diamètre dl. Elle a la forme d'une demi-lune. La seconde lumière 2 est située du côté opposé à la première par rapport au dia- mètre D. Elle est constituée par un arc de cercle 5 concentrique au disque et de diamètre d2 tel que d2 > dl, deux portions de rayon 6 et 7 du disque proches du diamètre D et le plus éloignées possible l'unede l'autre mais tel que l'angle formé par ces deux portions de rayon 6 et 7 du disque soit plus petit mais proche de 1800, un second arc de cercle 8 concentrique au disque et de diamètre d3 tel que d3 > d2 et d3 le plus grand possible par rapport au diamètre extérieur du disque 9. Les ligne 3 et 4 d'une part, 5, 6, 7 et 8 d'autre part peuvent se raccorder à angle vif ou par des rayons R qui ne sont pas obligatoirement égaux entre eux. A plein débit, les deux disques sont places de façon à obtenir la superposition to- tale des lumières I et 2 de chaque disque (I sur I et 2 sur 2), le liquide sort de part et d'autre du diamètre D, ce qui donne un bon équilibre du robinet. Au fur et à mesure de la rotation des disques l'un p5ar rapport à l'autre, les pas- sages résiduels restent situés de part et d'autre du diamètre D et maintiennent l'équilibre du robinet. Les lumières sont conçues de façon à ce que la fermeture se fasse d'abord par absence de recouvrement des lumières I, puis par absence de recouvrement des lumières 2. A la fermeture, le fait que les lumières 2 soient limitées entre autres par des portions de rayons du disque 6 et 7, a pour conséquence, que la forme des passages d'eau résiduels est pratiquement trapézoïdale. La forme trapézoïdale des passages dont la hauteur est constante et égale à d3-d2 permet une variation quasi linéaire de leur section en fonction de l'angle de rotation des disques l'un par rap- port à l'autre, Selon la figure 1, l'angle par symétrie sur le côté opposé du disque. -6- La linéarité du dbit à l'ouverture et à la fermeture sera satisfaite si ( L'influence des rayons R est faible si ils ont été choisis petits par rapport aux dimensions des lumières suivantes: R R Les disques peuvcrnt être pourvus de formes telles que 10 et 11 permettent leur dégauchissage et l'entraînement en rotation par une pièce adaptée (ou l'immobi- lisation par rapport au corps du robinet comme c'est le cas généralement pour l'un des deux disques). Les formes 12 et 13, rayons ou pans coups, peuvent être utilisées de façon à amé- liorer le passage du fluide à l'amont et à l'aval de la zoe de contact des deux disques. La figu-e 3 représente la superposition de deux disques selon l'invention, dans un robinet en position d'ouverture totale. Par cette figure on voit quJe les lumières idenrques sont en correspondanc.e et permettent le passage du liqude de part et d'autre du diarnète D. La figuJre 4 représente la superposition do deux disques selon l'invention dans un robinet en position de fermneture totale. Par cette figure, on voit le recouvre:'.ent de chaque lumière par une partie pleine du disque vis-à-vis et par conséquent un arrêt total du passage du liquide. Il entre dans le cadre de la présente invention de 'faire varier la surface des lu- mières I et 2 par modifica:ion des diamètres dl, d2 et d3 en fonction des condi- tions d'utilisation et dj résultat recherché pour augmenter la surface d'une lumière aux dépens de l'autre. Le montage des disques selon l'invention dans le robinet ne pose pas de problème particulier à l'homme de l'art. -7- REVENDICATIONS I) Disque pour robinet à deux disques du type demi-tour, les deux disques étant su- perposés et en contact pour régler le débit d'un liquide, caractérisé en ce qu'il comporte une première et une deuxième lumière, les deux lumières étant situées de part et d'autre d'un diamètre (D) du disque, la première lumière (1) étant située dans la partie centrale du disque et la deuxième lumière (2) étant située en périphérie du disque de façon qu'en position de fermeture du robinet les lumières de chaque disque ne se superposent pas et qu'en position d'ouverture maximale du robinet les premières lumières et deuxièmes lumières se superpo- sent respectivement. C 2) Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première lumière (1) a la forme d'une demi-lune. 3) Disque selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première lumière est inscrite dans un secteur inférieur à 1800. 4) Disque selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce qJe la AIS 7 deuxième lumière (2) a la forme d'une portion de couronne concentrique au dis- que. ) Disque selon la revendication 4, caractérisé en cc' que la dite portion de cou- ronne est inscrite dans un secteur d'angle légèrement inférieur à 180 . 6) Disque selon l'une quelconque des revendications I à 5 caractérisé en ce que la première et la deuxième lumière étant limitées par des arcs de cercle (4, 5, 8) et/ou des lignes droites (3, 6, 7), des congés de raccordement sont prévus aux intersections de ces arcs de cercle et/ou de ces lignes droites. 7) Disque selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rayon des congés de la première lumière (I) est inférieur au diamètre de l'arc de cercle (4) délimitant cette première lumière divisé par 24. 8) Disque selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rayon des congés de la deuxième lumière (2) est inférieur à la différence des diamètres des arcs de cercle (5,8) délimitant la seconde lumière (2) divisée par 24. -8- 9) Disque selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que la deuxième lumière (2) est limitée angulairement par des portions de rayons (6, 7) du disque. ) Disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fermeture se fait d'abord par absence de recouvrement des premières lumières (1) puis par absence de recouvrement des deuxièmes lumières (2). 11) Disque selon la revendication 9, caractérisé en ce que le début ou la fin de la superposition des deux lumières (2) présente un passage au liquide, dont la forme est assimilable à un trapèze. - ol étant le petit angle séparant le diamètre (D) du rayon du disque portant l'une des portions de rayon (6 ou 7), étant le petit angle séparant le diamètre (D) de l'un des rayons passant par l'intersection entre la ligne droite portant le seg- ment (3) et l'arc de cercle (4) limitant la première lumière (l),s est inférieur X à& À 13) Disque selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que les lumières comportent des parties qui s'évasent(12, 13) en direction des faces des disques qui ne sont pas en contact. 14) Disque selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en ce qu'il C O est réalisé en céramique. ) Robinet à liquide à deux disques du type demi-tour, caractérisé en ce que les disques sont des disques selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.