Brevet FR2668237A1 — publié le 19920424

La présente invention concerne un robinet à soupape, du genre comprenant un corps qui comporte une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre et sensiblement coaxiales, ainsi qu'un puits débouchant dans lesdites tubulures ; une soupape qui est mobile axialement dans ledit puits et dont la surface extérieure comporte une portion sphérique tournée vers ledites tubulures et susceptible de s'appliquer sensiblement le long d'un de ses petits cercles sur un siège conique correspondant ménagé dans ledit corps entre ledit puits et ladite tubulure d'entrée pour occulter celle-ci et une tige d'actionnement reliée par l'une de ses extrémités à ladite soupape et munie de moyens pour déplacer cette dernière axialement dans ledit puits. Un tel robinet est décrit dans le brevet français n 2.523.250 de la Demanderesse, et, bien qu'il donne toute satisfaction, le but de la présente invention est de l'améliorer encore, notamment en rendant sa fabrication plus simple, et donc plus économsque, et en le rendant encore plus fiable. Selon l'invention, ce but, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, comme la réalisation d'un robinet qui évite toute rétention momentanée de liquide au niveau de l'élément de fermeture, est atteint gracie à un robinet à soupape du genre spécifié plus haut qui est caractérise par le fait que sa soupape est constituée par une calotte sphérique dont l'axe de révolution est incliné par rapport à l'axe commun de ses tubulures d'entrée et de sortie ; que cette soupape, du côté opposé à sa partie sphérique, est reliée par une articulation à rotule à un plot de transmission des poussées qui est susceptible de glisser sur un plan de glissement ménagé sur un poussoir mobile axialement dans le puits du corps du robinet sans pouvoir tourner, ce plan de glissement étant sensiblement perpendiculaire à l'axe de révolution de la soupape ; et que la tige d'action nement du robinet est reliée au poussoir spécifié plus haut par son extrémité dirigée vers la soupape. Avantageusement, l'axe commun du puits, du poussoir et de la tige d'actionnement est sensiblement perpendicelaire à l'axe commun des tubulures d'entrée et de sortie, et le plan de glissement spécifié plus haut est incliné de Q5 environ par rapport à ces deux axes sensiblement perpendiculaires entre eux. De préférence, l'articulation à rotule spécifiée plus haut est constituee par une surface sphérique ménagée à l'extrémité d'une tige solidaire de la soupape, du coté opposé à la calotte sphérique de celle-ci, et par une partie creuse sphérique de forme complémentaire ménagée dans la face du plot de transmiçsion des poussées qui est opposée au plan de glissement de ce dernier. On comprend que tout déplacement axial de la tige d'actionnement dans le sens de la fermeture, par exemple au moyen d'une liaison vis-écrou d'un type classique, entraîne un déplacement axial identique du poussoir et, par l'lnter- médiaire du plot de transmission des poussées et de la liaison à rotule, l'application de la calotte sphérique de la soupape sur le siège correspondant, ce qui entraîne la fermeture étanche du robinet, cependant que le glissement du plot de transmission des poussées sur le poussoir, conjugué avec le Jeu de l'articulation à rotule, produit un alignement automatique de la soupape sur son siège. Si, de manière préférée, la tige de soupape spécifiée plus haut est empêchée de quitter axialement le poussoir du dispositif par une fourche de retenue qui est ménagée dans celui-ci et qui coopère avec un collet annulaire faisant saillie à l'extrémité de la tige de la soupape, un déplacement en sens inverse de la tige d'actionnement, et donc du poussoir, entraîne la tige de la soupape par l'intermédiaire de cette fourche de retenue, ce qui oblige la calotte sphérique de la soupape à quitter son siège et ouvre donc le robinet. Les spécialistes en la matière comprendront aisément qu'un tel robinet est plus simple et moins coûteux à fabriquer que celui du brevet français précité, qu'il est en outre plus fiable, et qu'il n'existe aucune retenue momentanée de fluide à l'intérieur du corps du robinet, de sorte que les buts de la présente invention sont largement atteints. De préférence, la tige d'actionnement de ce robinet est reliée à son poussoir par l'intermédiaire d'une bride qui est ménagée à sa partie inférieure et qui est insérée avec un faible Jeu dans ùn logement ménagé dans le poussoir en question. Dans une forme de réalisation avantageuse du robinet selon l'invention, la section transversale de ses tubulures d'entrée et de sortie passe d'une forme circulaire à une forme elliptique depuis leurs extrémités extérieures jusqu'au puits dans lequel se déplace le poussoir, son aire restant toutefois sensiblement constante. On obtient ainsi un robinet dont le coefficient de débit CV est nettement supérieur à celui des robinets classiques. Pour améliorer l'étanchéité du système, un soufflet peut entourer la tige d'actionnement du robinet entre les faces en regard de son poussoir et d'un chapeau qui recouvre son corps, et un autre soufflet peut entourer la tige de la soupape du robinet entre le poussoir et la face de la soupape qui est opposée à sa calotte sphérique. Pour la même raison, au moins un joint torique d'étanchéité est de préférence interposé entre la paroi latérale du poussoir spécifié plus haut et celle du puits dans lequel se déplace ce dernier. Enfin, il peut être prévu des moyens pour établir une surpression de gaz, et en particulier d'azote, sur la face du poussoir du robinet qui est opposée à sa soupape, ce qui évite tout ri.sque de remontée de fluide à véhiculer audessus du poussoir. Du fait de son étanchéité, un tel robinet est adapté à la distribution de produits agressifs et/ou dangereux comme des agents radioactifs, des métaux liquides, ou des fluides cristallisants, de sorte qu'il convient tout particulièrement dans les industries chimiques et pétrochimiques, et notamment sur les canalisations dans lesquelles circulent des polymères. Pour sa réalisation matérielle, et notamment pour celle de son siège de soupape, on pourra utilement se rapporter au brevet français précité n 2.523.250. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comme ment la présente invention peut être mise en pratique. Blle doit être lue en regard du dessin annexé dont la figure unique montre une vue en coupe du robinet à soupape selon l'invention. Dans ce qui va suivre, on supposera que ce robinet se trouve dans la position représentée sur la figure, ce qui donne tout leur sens à des expressions comme "supérieur" et "inférieur" ou "horizontal" ou "vertical". Comme on le voit, ce robinet comprend un corps d'un seul tenant qui est désigné dans son ensemble par le repère 1 et qui est creux à l'intérieur en définissant deux tubulures horizontales 2 et 3, respectivement d'entrée et de sortie, dont l'axe est désigné par le repère X, et un puits vertical cylindrique Q, ces éléments étant en communication les uns avec les autres. La partie supérieure du robinet est d'un genre connu, et elle n'a été représentée que de manière schdmati- que. Elle comprend notamment un chapeau 5 qui est vissé sur le corps 1 au moyen de vis 6 et qui est traversé centralement par une tige d'actionnement verticale 7. L'étanchéité entre la tige 7 et le chapeau 5 est assurée par un manchon de garniture 8 serré axialement par un fou loir 9 avce interposition d'un presse-étoupe 10. La tige 7 peut être déplacée verticalement en tournant autour de son axe Y, grâce à un dispositif non représenté qui est par exemple un système vis-écrou. A son extrémité inférieure, la tige d'actionnement 7 comporte une gorge annulaire 11. Cette dernière définit audessous d'elle une bride 12 qui est insérée dans un logement de forme correspondante ménagé à la partie supérieure d'un poussoir 13 de forme générale cylindrique qui peut coulisser verticalement dans le puits 4. Une clavette non représentée empêche que le poussoir 13 ne tourne autour de son axe qui est aussi celui, Y, de la tige 7 en suivant la rotation de cette dernière. Les surfaces cylindriques de glissemennt entre le poussoir 13 et le puits 4 ménagé dans le corps 1 peuvent être traitées pour éviter un grippage éventuel. En outre, des joints toriques 14 peuvent être logés dans des gorges annulaires ménagées à la périphérie du poussoir 13 pour renforcer l'étanchéité entre ce dernier et le corps 6 du robinet. La partie inférieure du poussoir 13 peut être définie comme un dièdre dont un plan 13a est horizontal et dont l'autre, 13b, est incliné de 45- par rapport au premier, l'arête de ce dièdre étant fortement décalée par rapport à l'axe vertical Y du poussoir 13. En outre, un perçage ménagé depuis le bas perpendiculairement au plan incliné 13b définit une sorte de godet cylindrique sur le fond plan 15 duquel repose un plot de transmission des poussées 16 de diamotre légèrement inférieur. Le plot 16 présente la forme générale d'un cylindre de faible hauteur dont l'axe de révolution, désigné par le repère Z, est donc incliné de 45 aussi bien par rapport à l'axe horizontal X que par rapport & l'axe vertical Y. Sa surface en contact avec le fond 15 du godet ménagé dans le poussoir 13 est plane, et ces deux surfaces en contact permettent un glissement sans grippage du plot 16 sur le fond 15. La base du plot 16 qui est opposée au fond 15 est munie d'un évidement sphérique dans lequel se loge partiel lement la tête sensiblement hémisphérique 17 d'une tige 18, cette dernière étant solidaire à son autre extrémité de la soupape 19 du robinet selon l'invention. Un retour 20 en forme de fourche du poussoir entoure la tige 18, et cette dernière est munie d'un collet annulaire 21 entre sa tête hémisphérique 17 et le retour 20, ce qui l'empêche de s'échapper. A son extrémité opposée à la tige 18, la soupape 19 présente la forme d'une calotte sphérique 22 qui, dans la position fermée du robinet que montre la figure, s'appuie sur un siège conique qui est représenté schématiquement en 23 et qui est ménagé à l'intérieur du corps 1 entre la tubulure de sortie 3 et le puits vertical 4. Sur la zone de contact entre la calotte sphérique 22 de la soupape îg et le siège 23, on peut mettre en oeuvre divers modes d'étanchéité comme le dépôt sur la soupape et/ou sur le siège d'un alliage métallique très dur comme ceux connus sous les noms commerciaux de "stellite" ou de "colmonoy", ou l'interposition d'un Joint torique métallique ou plastique. Le mode de fonctionnement de ce dispositif est le suivant : lorsque l'on déplace vers le bas la tige 7 en vue de fermer le robinet, ce mouvement se transmet, par l'intermédiaire du poussoir 13, du plot 16 et de la tige 18, à la soupape 19 dont la calotte sphérique terminale 22 vient s'appliquer de manière étanche sur le siège 23 du corps 1, en interrompant ainsi l'écoulement entre les tubulures d'entrée 2 et de sortie 3. Grâce à l'angle d'environ 45' entre l'axe Y du poussoir et l'axe Z de la soupape, un léger glissement entre le plot 16 et la surface de glissement 15 ménagée dans le poussoir 13 facilite la mise en place de la soupape 1Q sur le siège 23.D'autre part, la liaison par rotule entre la soupape 19 et le poussoir 13 par l'interm6- diaire du plot 16 assure automatiquement l'alignement qui est nécessaire pour obtenir un bon contact sur le siège 23, et donc une bonne étanchéité. Lors de l'ouverture, la soupape îg est entraînée vers le haut par le poussoir 13 grâce à la coopération du retour 20 que présente ce dernier et du collet 21 présent à l'extrémité supérieure de la tige 18 de la soupape 19. A son tour, le poussoir 13 est entraîné verticalement vers le haut par la tige 7 par l'intermédiaire de la bride 12. La section transversale des tubulures d'entrée 2 et de sortie 3 est circulaire & leur extrémité extérieure, mais, selon une forme de réalisation avantageuse, elle peut se transformer progressivement pour devenir elliptique au niveau du raccordement de ces tubulures au puits 4 sans que l'aire de la surface transversale de ces dernières subisse une diminution de l'extérieur vers l'intérieur. On obtient ainsi un écoulement d'une régularité remarquable, et le coefficient de débit CV d'un tel robinet est égal à environ 2,5 fois celui d'un robinet classique de même diamètre. Pour améliorer l'étanchéité, un soufflet 24 peut entourer la tige 7 entre la face supérieure du poussoir 13 et la face inférieure du chapeau 2 qui est vissée sur le corps 1. Dans une variante, le chapeau 2 peut être traversé par un passage vertical 25 dont 1 l'orifice supérieur est relié à une source non représentée d'un gaz qui peut être de l'azote et dont la pression est légèrement supérieure à celle du fluide véhiculé dans le robinet, ce qui évite la remontée de ce fluide au-dessus du poussoir 13. Enfin, un soufflet 26 peut entourer la tige 18 de la soupape 19 pour protéger l'articulation de cette dernière sur le poussoir 13 par l'intermédiaire du godet 16. Ce soufflet 26 est calculé de façon à résister à la pression du fluide véhiculé et à faciliter l'alignement automatique de la soupape 19 sur le siège 23 ménagé sur le corps 1. Il va de soi que de nombreuses modifications pourraient être apportées à la forme de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple. Ainsi, l'axe vertical Y qui est commun au puits 4, à la tige 7 et au poussoir 13 pourrait ne pas être perpendiculaire à axe horizontal X des tubulures d'entrée et de sortie 2 et 3. De même, on pourrait remplacer les brides de retenue 12 et 21 de la tige d'actionnement 7 et de la tige de soupape 18, respectivement, par d'autres modes de liaison, par exemple à rotule. - REVENDICATIONS 1. Robinet à soupape, du genre comprenant un corps qui comporte une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre et sensiblement coaxiales, ainsi qu'un puits débouchant dans lesdites tubulures t une soupape qui est mobile axialement dans ledit puits et dont la surface extérieure comporte une portion sphérique tournée vers ledites tubulures et susceptible de s'appliquer sensiblement le long d'un de ses petits cercles sur un siège conique correspondant ménagé dans ledit corps entre ledit puits et ladite tubulure d'entrée pour occulter celle-ci ;; et une tige d'actionnement reliée par l'une de ses extrémités à ladite soupape et munie de moyens pour déplacer cette dernière axialement dans ledit puits, caractérisé par le fait que ladite soupape sans pouvoir tourner, ledit plan de glissement étant sensiblement perpendiculaire à l'axe de révolution (Z) de ladite soupape (19); et que ladite tige C7) est reliée audit poussoir (13) par son extrémité dirigée vers ladite soupape (19). 2. Robinet à soupape selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'axe commun (Y) dudit puits (4), dudit poussoir (13) et de ladite tige d'actionnement (7 > est sensiblement perpendiculaire à l'axe commun (X) desdites tubulures d'entrée (2) et de sortie (3), et que ledit plan de glissement (15) est incliné de 45 environ par rapport & ces deux axes (X, Y) sensiblement perpendiculaires entre eux. 3. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite articulation à rotule est constituée par une surface sphérique ménagée à l'extrémité d'une tige (18) ( solidaire solidaire de ladite soupape (19), du côté opposé à la calotte sphérique (22) de celle-ci, et par une partie creuse sphérique de forme complémentaire ménagée dans la face dudit plot de transmission des poussés (16) qui est opposée audit plan de glissement (15). 4. Robinet à soupape selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite tige de soupape (18) est empêchée de quitter axialement ledit poussoir (13) par une fourche de retenue (20) qui est ménagée dans celui-ci et qui coopère avec un collet annulaire 5. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ladite tige d'actionnement (7) est reliée audit poussoir 6. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la section transversale desdites tubulures d'entrée (2) et de sortie (3) passe d'une forme circulaire à une forme elliptique depuis leurs extrémités extérieures Jusqu'audit puits (4), son aire restant toutefois sensiblement constante. 7. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'un soufflet (24) entoure ladite tige d'actionnement 8. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications t à 7, caractérisé par le fait qu'un soufflet (26) entoure ladite tige de soupape (18) entre ledit poussoir (13) et la face de ladite soupape (19) qui est opposée à sa calotte sphérique (223. 9. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par au moins un joint torique d'étanchéité (14) interposé entre la paroi latérale dudit poussoir (13) et celle dudit puits (4). 10. Robinet à soupape selon l'une quelconque des revendictions 1 à 9, caractérisé par des moyens (25) pour établir une surpression de gaz sur la face dudit poussoir (13) qui est oppose à ladite soupape (19).