Brevet FR2698147A1 — publié le 19940520

ROBINET A PAPILLON ELLIPTIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION L'invention est relative à un procédé de fabrication d'un robinet papillon comprenant un obturateur en forme de disque elliptique, monté à pivotement sur un axe perpendiculaire à la direction d'écoulement du robinet, un siège, avec lequel coopère le papillon en position de fermeture suivant une portée linéaire elliptique et des surfaces d'étanchéité ménagées sur le pourtour externe du papillon et le pourtour interne du siège. Les robinets papillon actuellement connus, dans lesquels le contact entre le joint de l'obturateur et le siège se fait métal sur métal, sont conçus pour des fluides chauds, par exemple d'une température supérieure à 220 , véhiculant souvent des particules solides ou pour des applications cryogéniques. Les problèmes d'étanchéité et de facilité de manoeuvre, en l'occurrence de non coincement en position de fermeture, sont très sévères et difficiles à résoudre puisque l'emploi des joints usuels souples en élastomère est exclu. Un robinet papillon connu comprend un siège métallique massif à surface d'étanchéité conique et un papillon portant un joint massif métallique ou composite à pourtour d'étanchéité de meme conicité que le siège, les sommets des deux cônes étant disposés du même côté du papillon et décalés par rapport à la perpendiculaire au milieu du plan d'étanchéité. Les risques de coincement sont ainsi éliminés, mais ce robinet est inadapté aux fluides chargés, les particules pouvant s'intercaler entre les deux surfaces au contact et empêcher la fermeture étanche du robinet. Un autre robinet papillon connu, à surfaces périphériques d'étanchéité coniques du type précité, réalise une portée linéaire d'étanchéité en forme d'ellipse, empêchant le blocage du papillon par des particules, en reportant le sommet de l'un des cônes du côté opposé du plan d'étanchéité. Ce robinet donne satisfaction, mais par contre la technologie d'usinage est très complexe et coûteuse, chaque pièce étant usinée individuellement. De plus le joint présente une arète tranchante à angle au sommet trop aigu, susceptible de déformations permanentes excessives et d'usures à l'usage, notamment à températures élevées, qui affectent la bonne étanchéité du robinet et peuvent engendrer un coincement du papillon. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un robinet papillon à hautes performances par un procédé simple, qui tout en conservant une portée d'étanchéité elliptique linéaire résiste à un nombre élevé de manoeuvres d'ouverture et de fermeture. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'une des surfaces d'étanchéité est usinée en tronc de cône et que l'autre des surfaces d'étanchéité est usinée en cylindre, cette dernière surface cylindrique ayant une arète de forme elliptique sur tout le pourtour, qui vient, en position fermée du robinet, en appui sur la surface en tronc de cône suivant une ligne elliptique identique à celle de l'arète. L'appui s' effectue sans frottement ni déformation. L'usinage cylindrique du siège ou du papillon, généralement d'un joint porté par le papillon, est simple et plusieurs joints ou sièges peuvent être usinés simultanément, ce qui réduit le coût de fabrication notablement. La pièce cylindrique est avantageusement agencée pour un montage réversible sur son support, en l'occurrence sur le papillon ou sur le corps du robinet, de façon à remplacer ainsi une arète d'étanchéité usée par l'arète opposée encore intacte. L'invention porte également sur un robinet mettant en oeuvre le procédé précité, dans lequel l'une des surfaces périphériques d'étanchéité est un tronc de cône, ménagé dans une pièce massive métallique et dont le sommet est décalé par rapport à la perpendiculaire au milieu du plan d'étanchéité contenant ladite portée linéaire elliptique et dans lequel l'autre surface périphérique d'étanchéité est un cylindre, ménagé dans une pièce massive métallique et dont l'axe passe par le milieu de ladite portée linéaire elliptique. Le diamètre de la surface d'étanchéité cylindrique est égal à deux fois la dimension du petit axe de la portée elliptique et l'angle entre ladite perpendiculaire au plan d'étanchéité contenant la portée elliptique et l'axe du cylindre d'usinage est égal à l'arc cosinus du rapport D1 sur D2, D1 étant le diamètre du cylindre d'usinage et D2 le double du grand axe de l'ellipse de la portée elliptique. Le papillon est avantageusement monté à rotation sur un axe décalé par rapport au plan d'étanchéité et par rapport à la perpendiculaire au milieu de ce plan d'étanchéité du même côté que le sommet du cône d'usinage. L'ensemble est de préférence agencé de façon qu'en position de fermeture le papillon s'étende perpendiculairement au corps du robinet, dont l'axe est parallèle ou coïncide avec la perpendiculaire au milieu du plan d'étanchéité. L'encombrement du robinet peut ainsi être réduit. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels; la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un robinet selon l'invention; la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'une variante de réalisation; la figure 3 est une vue partiellement en coupe d'un support d'usinage de joints. Sur les figures un corps cylindrique 1 d'axe longitudinal Al, d'un robinet papillon , dont seul un tronçon est représenté, définit une direction d'écoulement indiquée par une flèche F, notamment d'un fluide chaud et/ou chargé. Au pourtour interne de ce corps 1 est fixé, par tout moyen approprié, un siège 5 annulaire métallique massif, faisant saillie en direction de l'axe Al et coopérant d'une manière étanche avec un obturateur ou papillon 2 en position de fermeture du robinet. Le papillon 2 de forme générale discoïdale, est monté à pivotement sur un axe O s'étendant parallèlement au papillon 2 en étant décalé par rapport à ce dernier, vers la gauche sur les figures 1 et 2, en l'occurrence vers l'amont défini par la direction d'écoulement du fluide F. L'axe O est également décalé vers le bas sur les figures 1 et 2, par rapport à la perpendiculaire M au milieu du plan d'étanchéité. Dans l'exemple de réalisation illustré par les figures le papillon 2 s'étend perpendiculairement à l'axe Al du corps du robinet, en position fermée et il est facile de voir qu'un pivotement de 90 du papillon 2 amène celui-ci en position d'ouverture, parallèlement à la direction d'écoulement du fluide F. Le papillon 2 porte un joint annulaire métallique massif 4, maintenu par un serre-joint 6, assujetti au papillon 2. Le pourtour externe du joint 4 est elliptique tandis que celui du papillon est circulaire ou elliptique. Un tel robinet est bien connu et il est inutile d'en décrire plus en détail la structure ou le fonctionnement. En se référant à la figure 1, on voit que le siège 5 présente une surface d'étanchéité 8, usinée en cône, d'axe A2 et de sommet S décalé vers le bas sur la figure, du même côté que l'axe O, par rapport à la perpendiculaire M au milieu du plan d'étanchéité. Le pourtour externe du joint 4 est usiné en surface d'étanchéité cylindrique 7 d'axe A3, faisant un angle aigu "c" avec la perpendiculaire M au milieu du plan d'étanchéité, défini par la ligne elliptique El de contact entre le joint 4 et le siège 5. Dans l'exemple illustré par les figures, la perpendiculaire M au milieu du plan d'étanchéité est parallèle à l'axe Al du corps du robinet 1, mais elle peut coïncider avec celui-ci.L'axe A3 du cylindre passe par le milieu de l'ellipse d'étanchéité El et le diamètre D1 du cylindre est égal à deux fois le petit axe de l'ellipse d'étanchéité El. L'angle "c" est égal à l'arc cosinus du rapport Dl sur D2, D1 étant le diamètre du cylindre et D2 le double du grand axe de l'ellipse El. Ces dispositions, selon l'invention, assurent une portée d'étanchéité linéaire elliptique entre l'arète du joint 4 et la surface du siège 5, qui évite tout coincement de particules entre les surfaces d'étanchéité 7,8 venant au contact, ainsi qu'une arète vive fragile d'étanchéité à faible angle au sommet. L'angle a entre la perpendiculaire M au milieu du plan d'étanchéité et l'axe A2 du cône est choisi inférieur à l'angle "b" du cône, de façon à éviter, sous l'action de la pression du fluide, venant de l'amont du côté de l'axe O, un déplacement de la partie basse du papillon 2 vers l'aval et une perte d'étanchéité. Le positionnement de l'axe O du papillon 2 est déterminé d'une manière bien connue des spécialistes, pour éviter des frottements et des coincements du joint métallique 4 sur le siège 5 à l'ouverture ou à la fermeture du robinet. L'usinage cylindrique du joint 4 peut, contrairement aux technologies usuelles, être réalisé en série et donc à un moindre coût. La figure 3 illustre un support 9 d'usinage simultané de trois joints 4, maintenus en position oblique par un serre-joint 10 . L'usinage est par exemple réalisé sur un tour faisant tourner le support 9 autour de l'axe A3 et dont l'outil (non représenté) se déplace suivant la flèche pour enlever les parties dessinées en trait discontinu des joints 4 et leur donner une forme elliptique externe. D'autres modes d'usinage sont bien entendu utilisables. Le joint 4 est fixé d'une manière démontable par le serrejoint 6 sur le papillon 2. Après détérioration ou usure du contour elliptique El il est ainsi possible de démonter le joint 4 et de le pivoter de 180 autour d'un axe parallèle à l'axe O pour amener l'ellipse E2 de la face opposée du joint à la place de l'ellipse El, les deux ellipses El et E2 étant évidemment identiques. L'économie réalisée d'un nouveau joint est notable. Il est clair que la fixation du joint ainsi que sa forme peuvent être différentes et que ce joint peut éventuellement être monobloc avec une partie ou l'ensemble du papillon. Il peut être en un matériau composite quelconque usinable, choisi en fonction des conditions de service, notamment de température, pression ou type de fluide . De même il est facile de comprendre que l'ensemble est réciproque, en ce sens que le siège peut être usiné en cylindre et le joint en tronc de cône sans que le fonctionnement ou les avantages en soient affectés. Sur la figure 2, qui illustre une telle réalisation réciproque, les mêmes numéros de repère désignent des pièces analogues ou identiques à celles de la figure I, l'axe A2 du cône d'usinage étant maintenant celui du joint 4, tandis que l'axe A3 d'usinage du cylindre est celui du siège 5. La portée linéaire elliptique est définie par l'arète du siège 5, qui appartient au cylindre et est relativement plate. En cas d'usure elle peut être remplacée, de la manière précitée, par l'arète conjuguée par un simple retournement du siège 5, dont la forme et le mode de fixation sont choisis en conséquence. Dans les deux variantes de réalisation les portées linéaires du siège et du joint sont des ellipses exactement identiques, qui assurent une parfaite étanchéité. L'invention est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits en référence aux dessins et elle s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un robinet comprenant un papillon (2) en forme de disque elliptique, monté à pivotement sur un axe (O) perpendiculaire à la direction d'écoulement (F) du robinet, un siège (5), avec lequel coopère le papillon (2) en position de fermeture suivant une portée linéaire elliptique (El) et des surfaces d'étanchéité (7,8) ménagées sur le pourtour externe du papillon (2) et le pourtour interne du siège (5), caractérisé en ce que l'une (8) des surfaces d'étanchéité est usinée en tronc de cône et que l'autre (7) des surfaces d'étanchéité est usinée en cylindre, cette dernière surface cylindrique (7) ayant une arète de forme elliptique (El) sur tout le pourtour, qui vient, en position fermée du robinet, en appui sur la surface en tronc de cône (8) suivant une ligne elliptique (El) identique à celle de 1 'arète. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre (D1) du cylindre d'usinage de ladite autre (7) surface d'étanchéité est égal à deux fois la dimension du petit axe de ladite portée elliptique (El) et que l'axe (A3) du cylindre d'usinage passe par le milieu de l'ellipse de ladite portée elliptique (El), en formant un angle aigu (c) avec la perpendiculaire (M) en ce milieu au plan d'étanchéité défini par la portée elliptique (El). 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, ou 2, caractérisé en ce que l'angle (c) entre la perpendiculaire (M) au milieu du plan d'étanchéité contenant la portée elliptique (El) et l'axe (A3) du cylindre d' usinage est égal à l'arc cosinus du rapport D1 sur D2, D1 étant le diamètre du cylindre d'usinage et D2 le double du grand axe de l'ellipse de la portée elliptique (El). 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites surfaces d'étanchéité (7,8) sont usinées dans des pièces métalliques massives en forme d'anneau ou de disque, rigidement assujetties au papillon (2) et au corps du robinet (1). 5. Robinet comprenant un papillon (2) en forme de disque elliptique, monté à pivotement sur un axe (O) perpendiculaire à la direction d'écoulement (F) du robinet, un siège (5), avec lequel coopère le papillon (2) en position de fermeture suivant une portée linéaire elliptique (El) et des surfaces d'étanchéité (7,8) ménagées sur le pourtour externe du papillon (2) et le pourtour interne du siège (5), caractérisé en ce que l'une (8) des surfaces d'étanchéité est un tronc de cône, ménagé dans une pièce massive métallique (2,5) et dont le sommet (S) est décalé par rapport à la perpendiculaire (M) au milieu du plan d'étanchéité contenant ladite portée linéaire elliptique (El), que l'autre (7) des surfaces d'étanchéité est un cylindre, ménagé dans une pièce massive métallique et dont l'axe (A3) passe par le milieu de ladite portée linéaire elliptique (El) et que la surface cylindrique (7) présente une arète elliptique (El) sur son pourtour, laquelle arète coopère avec la surface en tronc de cône (8) suivant une ligne d'étanchéité identique à celle de l'arète. 6. Robinet selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité cylindrique (7) est ménagée sur un joint métallique massif (4) assujetti au papillon (2) et que la surface d'étanchéité en tronc de cône (8) est ménagée sur un siège métallique massif (5) assujetti au corps du robinet 7. Robinet selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité en tronc de cône (8) est ménagée sur un joint métallique massif (4) assujetti au papillon (2) et que la surface d'étanchéité cylindrique (7) est ménagée sur un siège métallique massif (5) assujetti au corps du robinet (1). 8. Robinet selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la pièce métallique (4,5) portant la surface cylindrique (7) est montée réversible sur le papillon (2) ou le corps du robinet. 9. Robinet selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que le papillon (2) s'étend en position de fermeture perpendiculairement à la direction d'écoulement (F), laquelle correspond à l'axe (Al) du corps du robinet (1). 10. Robinet selon l'une quelconque des revendications, 5 à 9, caractérisé en ce que le sommet (S) du tronc de cône est décalé par rapport à la perpendiculaire (M) au milieu du plan d'étanchéité et que l'axe (O) de pivotement du papillon (2) est d'une part décalé par rapport à cette perpendiculaire (M) du même côté que le sommet (S) et d'autre part par rapport au plan d'étanchéité contenant la portée elliptique (El).