Brevet FR2761135A1 — publié le 19980925

VANNE A BOISSEAU L'invention se rattache au secteur technique des vannes et robinets pour canalisation et distribution de fluides de toute nature, gaz, eau. I1 est connu de réaliser des vannes à boisseau sphérique en matériau type polyéthylène, les boisseaux étant accouplés avec des organes de préhension formant clé assurant leur ouverture et/ou fermeture. On connaît notamment les boisseaux arbrés à leurs deux extrémités, empêchant ainsi tout jeu à l'intérieur du corps de vannes. On connaît également les boisseaux montés flottants dans le corps de vannes, c'est-à-dire que chaque boisseau est accouplé à un seul organe de préhension formant clé permettant l'ouverture et/ou la fermeture. Ces boisseaux sont réalisés sous forme de sphère en polyéthylène notamment, avec une ouverture axiale permettant le passage des fluides lors de l'orientation du boisseau dans un sens d'écoulement du fluide considéré. Pour assurer l'étanchéité dans le corps de vannes dudit boisseau sphérique, on positionne généralement au moins deux joints toriques disposés en opposition en amont et en aval dans le corps de vanne. Ces joints forment sièges d'appui pour le boisseau sphérique en ayant normalement pour fonction de garantir l'étanchéité. Les boisseaux sphériques sont généralement monobloc avec la simple ouverture axiale précitée permettant l'écoulement du fluide. Ce type de vanne à boisseau sphérique présente certains inconvénients. Tout d'abord, le boisseau sphérique de par sa forme en rotule avec le conduit intérieur est d'un poids important alors que toutes les recherches s'orientent vers des allégements de toute ou partie des composants de la vanne. La simple réalisation d'un ou de plusieurs évidements sur la périphérie extérieure du boisseau sphérique résout partiellement le problème posé. Un autre inconvénient encore plus important réside dans l'apparition de surpressions dans le corps de vanne lorsqu'il y a en fonction de la nature du fluide transporté des coups de bélier . Dans ce cas, sous l'effet de poussée, le boisseau sphérique en forme de rotule monobloc a tendance à se déplacer sensiblement, à écraser le joint torique situé en aval du corps de vannes, en libérant ainsi un intervalle plus ou moins important entre le joint torique situé en amont du corps de vanne et la sphère proprement dite. Apparaissent donc des passages permettant des fuites de fluide qui viennent s'établir dans la chambre supérieure de liaison située entre le boisseau sphérique et la partie d'accouplement et de manutention de la clé. La démarche du Demandeur a donc été de réfléchir sur la réalisation d'une nouvelle vanne à boisseau sphérique permettant de répondre d'une part au problème de la réduction du poids du boisseau, et d'autre part au problème du contrôle et d'étanchéité amont et aval dû à la conception du boisseau flottant. L'orientation des recherches a amené le Demandeur à concevoir un nouveau boisseau de configuration extérieure sphérique ou cylindrique, mais qui soit agencé pour permettre de garantir une meilleure étanchéité simultanément sur les deux joints toriques extérieurs en amont et en aval du corps de vanne, et en offrant en plus une plus grande légèreté au poids. Selon une première caractéristique de l'invention, la vanne à boisseau, du type comprenant, dans son corps formant siège, un boisseau s'ajustant et coopérant avec les joints toriques amont et aval, est remarquable en ce que ledit boisseau est réalisé en deux demi-coquilles hémisphériques ou semi-cylindriques de faible épaisseur, agencées avec une ouverture axiale permettant le passage du fluide dans la canalisation, les deux demi-coquilles hémisphériques ou semi-cylindriques prenant appui chacune d'elles sur le joint torique respectif amont ou aval, les deux demi-coquilles étant susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre en s'écartant d'un intervalle déterminé pour assurer l'étanchéité sur les joints lors de l'apparition de surpression et en ce que, en position fermeture de la vanne, la limite de jonction des deux demi-coquilles est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la canalisation et de la vanne, et en ce que en position ouverture de la vanne, la ligne de jonction est disposée en alignement dans le plan axial de l'axe longitudinal précité. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustrée d'une manière non limitative aux figures des dessins: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la vanne à boisseau sphérique selon l'invention en position repos et d'ouverture en vue de l'écoulement du fluide; la figure 2 est une vue frontale d'une demi coquille hémisphérique; la figure 3 est une vue en coupe des deux demi coquilles hémisphériques assemblées avec l'insertion d'un manchon à entretoises; la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne BB de la figure 3 des deux demi coquilles assemblées; la figure 5 est une vue partielle à grande échelle et en coupe illustrant un mode de liaison des deux demi-coquilles ensemble; la figure 6 est une vue à caractère schématique illustrant la fermeture de la vanne avec apparition de surpressions; la figure 7 est une vue selon la figure 6 illustrant la position des demicoquilles hémisphériques en vue de l'évacuation des surpressions. La figure 8 est une vue en perspective de l'une des demi-coquilles. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on la décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. L'invention s'applique à une vanne à boisseau sphérique ou cylindrique dans la suite de la description on a représenté essentiellement la vanne à boisseau sphérique. La vanne à boisseau sphérique selon l'invention est référencée dans son ensemble par (1) et comprend de manière bien connue un conduit (la) en amont, un conduit (lb) en aval et dans sa partie centrale formant corps (1 c) une forme sphérique formant siège pour recevoir le boisseau sphérique (2). Des joints toriques (3) et (4) sont disposés dans ledit corps en amont et en aval pour assurer un contact et étanchéité avec le boisseau sphérique. Celui-ci est agencé de manière connue également dans sa partie supérieure haute avec une cavité (2a) susceptible de permettre la fixation du moyen d'accouplement (3) formant clé associé au robinet permettant l'ouverture ou la fermeture du boisseau. Le dit boisseau est ainsi monté flottant dans le corps de vannes. L'ensemble est réalisé en un matériau plastique notamment polyéthylène, dans des conditions bien connues. Selon l'invention, le boisseau sphérique (2) est réalisé à partir de deux demicoquilles hémisphériques (5) et (6) qui sont montées en regard l'une de l'autre pour constituer après rapprochement le boisseau sphérique. Ces deux demi-coquilles hémisphériques (5) et (6) sont agencées avec une faible épaisseur de quelques millimètres entre par exemple 3 et 10 mm définissant ainsi intérieurement un volume vide important. Chaque demi-coquille présente latéralement des découpes semi-circulaires (5a,6a) qui définissent après rapprochement des deux demicoquilles le conduit de passage du fluide. Avantageusement, chaque demi-coquille présente sur sa face diamétrale de grande dimension (5b,6b) des zones en saillie ou en creux (5c,5d; 6c,6d) susceptibles de coopérer pour permettre un prépositionnement des deux demicoquilles hémisphériques entre elles et leur accouplement. Néanmoins le montage reste libre, flottant. Dans une réalisation, les zones en saillie (5c,6c) sont par exemple des crans ou doigts et pénétrant dans les zones en creux (5d,6d) qui sont par exemple des lumières oblongues. Extérieurement à l'opposé de la face de grand diamètre, chaque demi-coquille peut présenter un pan coupé (5f,6f) d'allègement. On a donc un montage flottant des deux demi-coquilles l'une par rapport à l'autre. Les deux demi-coquilles hémisphériques (5) et (6) peuvent s'écarter l'une de l'autre d'un intervalle (i) qui reste néanmoins inférieur à la pénétration des doigts ou crans dans des creux précités, de sorte qu'il y a toujours une liaison entre les deux demi-coquilles. La conception et réalisation du boisseau sphérique en deux demi-coquilles hémisphériques offrent les avantages suivants en vue de remplir des fonctions des contrôles de l'étanchéité de la vanne. En se référant aux figures 6 et 7, en situation normale, les deux demicoquilles hémisphériques sont en appui d'un part l'une contre l'autre et d'autre part, sur leur joint torique respectif. Lors d'apparition de surpressions selon la flèche A provoquant le déplacement du boisseau sphérique dans le corps de vanne dans un effort de traction en écrasant le joint torique aval, apparaît alors un interstice (j) entre la première demi-coquille et le joint torique amont, laissant ainsi passer les surpressions et le fluide comme représenté aux dessins. Les demicoquilles peuvent même se déformer sensiblement comme représenté en traits pointillés de par leur faible épaisseur et du matériau constitutif en polyéthylène. Les surpressions apparaissent dans la chambre haute (8), et entraînent l'écartement des deux demi-coquilles hémisphériques (5) et (6) à l'encontre de leurs moyens de liaison. La demi-coquille en amont vient alors plaquer contre le joint torique amont assurant l'étanchéité à nouveau et supprimant les milites de fluide. Les surpressions sont évacuées en pénétrant dans l'espace défini entre les deux demi-coquilles hémisphériques. On retrouve ensuite leur situation normale et les deux demicoquilles hémisphériques reprennent leur position initiale de rapprochement. Ainsi, les deux demi-coquilles hémisphériques (5) et (6) assument une fonction de membrane déformable et élastique grâce à leur montage flottant. A titre complémentaire, il peut être envisagé de disposer un manchon entretoise (7) prenant appui sur des portées (5e, 6e). Celles-ci sont de longueur suffisante pour permettre le maintien du manchon lors de l'écartement des demicoquilles entre elles. Le manchon empêche les turbulences qui peuvent occasionner des pertes de charge. I1 peut être envisagé également d'utiliser des moyens de rappel élastiques comme représenté aux dessins pour assurer l'écartement des deux demi-coquilles entre elles. D'autres moyens de liaison assurant le montage élastique et flottant des deux demi-coquilles peuvent être utilisés soit dans un agencement intérieur ou extérieur. Les avantages ressortent bien de l'invention. On souligne notamment la nouvelle conception du boisseau répondant aux deux problèmes posés d'amélioration de l'étanchéité et de réduction de poids de la vanne et la facilité de mise en oeuvre. Les deux demi-coquilles de part leurs nouvelles formes hémisphériques ou semi-cylindriques sont réalisées en matière plastique injectées qui ne nécessitent pas de reprises d'usinage. REVENDICATIONS 1/ Vanne à boisseau du type comprenant, dans son corps formant siège, un boisseau sphérique (2) s'ajustant et coopérant avec les joints toriques amont (3) et aval (4), caractérisée en ce que ledit boisseau est sphérique ou cylindrique en étant réalisé en deux demi-coquilles hémisphériques ou semi-cylindriques (5,6) de faible épaisseur, agencées avec une ouverture axiale permettant le passage du fluide dans la canalisation, les deux demi-coquilles hémisphériques ou semi-cylindriques prenant appui chacune d'elles sur le joint torique respectif amont ou aval, les deux demi-coquilles hémisphériques ou semi-cylindriques(5,6) étant susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre en s'écartant d'un intervalle (i) déterminé pour assurer l'étanchéité sur les joints (3,4) lors de l'apparition de surpression ou de déformation extérieure du corps de vanne dû à une traction de la ligne, et en ce que en position de fermeture de la vanne, la limite de jonction des deux demi-coquilles hémisphériques ou semi-cylindriques est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la canalisation et de la vanne, et en ce que en position ouverture de la vanne, la ligne de jonction est disposée en alignement dans le plan axial de l'axe longitudinal précité. 2/ Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque demicoquille hémisphérique ou semi-cylindriques (5,6) est de faible épaisseur et présente des découpes semi-circulaires (5a,6a) définissant après rapprochement le conduit de passage du fluide. 3/ Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chaque demi-coquille présente sur sa face diamétrale de grande dimension des zones en saillie ou en creux (5c,5d; 6c,6d) permettant un montage flottant des demi-coquilles entre elles. 4/ Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce les deux demicoquilles hémisphériques (5) et (6) peuvent s'écarter l'une de l'autre d'un intervalle (i) qui reste néanmoins inférieur à la pénétration des doigts ou crans dans des creux précités, de sorte qu'il y a toujours une liaison entre les deux demicoquilles. 5/ Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les demi-coquilles ont une capacité de déformation élastique. 6/ Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les demi-coquilles sont agencées intérieurement avec les portées (5e, 6e) autorisant le positionnement d'un manchon entretoise empêchant les turbulences occasionnant les pertes de charge.