Brevet FR2779203A1 — publié le 19991203

La présente invention a pour objet un robinet, notamment un robinet à boisseau sphérique et un dispositif d'étanchéité pour un tel robinet. L'homme du métier appelle aussi parfois ce type de robinet, robinet à tournant sphérique. En général, le boisseau est sphérique mais il peut également être cylindrique ou conique. L'invention s'applique aussi bien à un robinet à contact métal/métal qu'à un robinet à sièges souples. Des robinets de ce type ont essentiellement une application industrielle. Ils sont utilisés par exemple dans l'industrie du pétrole, du gaz, de la pétrochimie ou encore dans l'industrie énergétique: centrales nucléaires, thermiques... Un robinet de ce type comporte de manière connue un corps possédant un passage pour un fluide ainsi qu'un logement destiné à recevoir un obturateur, au moins un siège destiné à coopérer avec I'obturateur et éventuellement des moyens d'étanchéité. L'obturateur présente une forme générale sphérique, comporte un passage cylindrique, circulaire ou non, pour le fluide et est monté pivotant autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe du passage de fluide. Selon les conditions dans lesquelles on travaille, notamment des conditions de pression et de débit, on utilise deux types de robinets, soit un robinet à boule arbrée, soit un robinet à boule flottante. Dans les robinets à boule arbrée, I'obturateur est monté sur deux paliers se trouvant de part et d'autre du passage pour le fluide. L'obturateur est alors parfaitement maintenu dans son logement et ne possède qu'un degré de liberté de pivotement. Pour obtenir une bonne étanchéité, les sièges sont appuyés sur l'obturateur. Les robinets à boule flottante comportent un obturateur qui est guidé et supporté par les sièges. L'obturateur présente donc un degré de liberté de pivotement mais il peut également légèrement bouger dans le sens axial du passage du fluide. Les sièges sont alors fixes et l'obturateur vient se plaquer sur le siège aval par rapport au sens de la circulation du fluide. Dans le cas des robinets à boule arbrée, les sièges sont poussés sur l'obturateur à l'aide par exemple de ressorts ou de joints élastiques. Pour réaliser un meilleur appui, il est connu d'avoir des sièges inclinés sur une surface plane afin de réaliser un coin. Le logement à l'intérieur du corps du robinet présente alors deux surfaces planes inclinées par rapport à l'axe du passage du fluide traversant le robinet de manière à réaliser un coin. Des disques d'étanchéité viennent reposer sur les surfaces planes et reçoivent l'obturateur de forme sensiblement sphérique. Ce dispositif permet d'avoir un bon appui des sièges sur l'obturateur et le corps. Toutefois, pour usiner les surfaces planes, il est nécessaire de ménager une grande ouverture dans le corps du robinet. Ceci oblige à avoir un corps de taille relativement importante, ce qui implique un encombrement relativement important et un coût élevé du robinet, notamment de son corps. La présente invention à alors pour but de fournir un robinet qui présente un effet de poussée ainsi que décrit ci-dessus sans toutefois présenter l'inconvénient de nécessiter un corps de robinet de taille importante. On souhaite donc réaliser un robinet présentant un encombrement réduit. La présente invention a également pour but de fournir un dispositif d'étanchéité pour un robinet selon l'invention. À cet effet, le robinet, notamment robinet à boisseau sphérique qu'elle propose comporte un corps de robinet dans lequel est ménagé un passage pour un fluide ainsi qu'un logement destiné à recevoir un obturateur sensiblement sphérique présentant un passage cylindrique pour le fluide et monté pivotant autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe de passage de fluide et au moins un siège pour l'obturateur. Selon l'invention, le logement est de forme sensiblement tronconique, d'axe parallèle à l'axe de pivotement de l'obturateur, et l'obturateur est monté dans un fourreau de forme complémentaire du logement tronconique. De cette manière, grâce à la forme tronconique, un effet de poussée peut être réalisé et il n'est pas nécessaire de réaliser une grande ouverture dans le corps du robinet pour réaliser le logement recevant l'obturateur. Le robinet selon l'invention peut être un robinet à contact métal/métal ou bien encore un robinet à sièges souples. Dans une forme de réalisation préférentielle facilitant le montage de l'obturateur, le fourreau est réalisé en deux parties. On a alors par exemple deux parties sensiblement symétriques par rapport à un plan de joint perpendiculaire à l'axe de passage du fluide. Pour le montage, I'obturateur, ou boisseau, peut être mis en place dans une partie du fourreau, puis la seconde partie du fourreau est alors mise en place sur la première partie, enfermant ainsi le boisseau, et l'ensemble, muni éventuellement de moyens d'étanchéité, est mis en place dans le logement prévu à cet effet dans le corps de robinet. L'invention est particulièrement adaptée à un robinet à boisseau sphérique dans lequel l'obturateur est monté sur deux paliers se trouvant de part et d'autre du passage de fluide, c'est à dire un robinet à boule arbrée. Toutefois, un montage selon l'invention avec un robinet à boule flottante est également envisageable. Dans le cas d'un robinet à boule arbrée, des paliers de guidage sont avantageusement montés dans le fourreau afin d'assurer le guidage de l'obturateur. Dans le robinet selon l'invention, on réalise le montage d'un fourreau tronconique à l'intérieur d'un logement de forme complémentaire. Il s'agit alors de réaliser une étanchéité entre le fourreau et le logement qui le reçoit. La présente invention propose alors un dispositif d'étanchéité pour une pièce tronconique montée dans un logement de forme complémentaire réalisé dans un corps, le tout étant traversé perpendiculairement ou non à l'axe du tronc de cône par un passage sensiblement cylindrique circulaire, caractérisé en ce qu'il comporte: un alésage réalisé dans la pièce tronconique autour du passage sur une profondeur donnée, un tube disposé au fond de l'alésage précédent, usiné de façon tronconique perpendiculairement ou non à son axe principal d'une longueur inférieure à la profondeur de l'alésage réalisé et de diamètre extérieur correspondant au diamètre de l'alésage réalisé, et un joint nécessitant une profondeur de gorge constante disposé dans l'ouverture de l'alésage, à côté du tube. Ce dispositif permet de réaliser l'étanchéité à l'aide de joints de types connus et est réalisable sans mettre en oeuvre des moyens trop onéreux. Dans ce dispositif d'étanchéité, I'alésage, le tube et le joint se trouvent au niveau de la pièce tronconique. Le même dispositif peut être envisagé en plaçant ces éléments au niveau du corps dans lequel est réalisé le logement. Dans ce cas, le dispositif proposé est un dispositif d'étanchéité pour une pièce tronconique montée dans un logement de forme complémentaire réalisé dans un corps, le tout étant traversé perpendiculairement ou non à l'axe du tronc de cône par un passage sensiblement cylindrique circulaire, caractérisé en ce qu'il comporte: un alésage réalisé dans le corps autour du passage sur une profondeur donnée, un tube disposé au fond de l'alésage précédent, usiné de façon tronconique perpendiculairement ou non à son axe principal d'une longueur inférieure à la profondeur de l'alésage réalisé et de diamètre extérieur correspondant au diamètre de l'alésage réalisé, et un joint nécessitant une profondeur de gorge constante disposé dans l'ouverture de l'alésage, à côté du tube. Dans une variante d'exécution de ces dispositifs d'étanchéité, on peut prévoir en outre un second tube obtenu de la même manière que le premier tube, dont le diamètre extérieur correspond sensiblement au diamètre du premier tube et placé dans ce dernier de manière à protéger et à maintenir le joint sur sa partie intérieure. Bien entendu, I'invention concerne également un robinet à boisseau sphérique tel que décrit plus haut et qui est muni d'un dispositif d'étanchéité tel que ceux décrits précédemment. De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation préférée d'un robinet et d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'un robinet selon l'invention, Figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 11-11 de la figure 1 à échelle agrandie, et Figure 3 est une vue en perspective éclatée du robinet représenté sur les figures précédentes. La figure 1 montre un robinet à boisseau sphérique à contact métal/métal. Ce robinet comporte un corps de robinet 2 et un couvercle 4 fermant ce corps de robinet. À gauche et à droite sur la figure 1, on remarque deux brides de fixation 6 destinées à la fixation du robinet dans un circuit pour un fluide. Le couvercle 4 est fixé sur le corps 2 à l'aide de tiges filetées 8 et d'écrous 10. Il comporte une troisième bride 12. Au centre de cette dernière, fait saillie l'extrémité 14 d'un arbre. Cette extrémité 14 présente une section carrée. L'arbre correspondant à cette extrémité 14 permet de commander l'ouverture et la fermeture du robinet représenté au dessin. Cette commande peut être manuelle ou automatique. Dans le cas d'une commande manuelle, un volant ou une poignée peuvent venir se monter sur l'extrémité 14. Dans le cas d'une commande automatique, un moteur peut être monté sur la bride 12 et venir entraîner l'arbre portant l'extrémité 14 à section carrée. Les figures 2 et 3 montrent plus en détails le robinet de la figure 1. La figure 2 montre notamment un passage 16 cylindrique de section circulaire traversant le corps 2 de part en part. Les brides de fixation 6 sont centrées sur ce passage 16. Un logement 18 tronconique, d'axe 20 perpendiculaire à l'axe 22 du passage 16, est réalisé dans le corps de robinet 2. Ce logement 18 est destiné à recevoir un dispositif permettant la fermeture et l'ouverture du passage 16. Ce dispositif est décrit plus en détails ci-après. La figure 3 montre les différentes pièces montées dans le logement 18. On y trouve un boisseau sphérique arbré 24, deux parties 26, 27 formant un fourreau, deux sièges métalliques 28, deux premiers tubes 30, deux joints d'étanchéité 32, deux seconds tubes 34 et deux paliers de guidage 36. Le boisseau sphérique arbré 24 présente un arbre, qui, en position montée du boisseau 24, est parallèle à l'axe du logement 18. Ce boisseau 24 comporte en outre une partie en forme de boule traversée par un alésage 38 cylindrique correspondant au passage 16. Le boisseau 24 peut pivoter autour de son arbre entre une première position dans laquelle l'alésage 38 prolonge le passage 16 et une position dans laquelle l'alésage 38 est perpendiculaire au passage 16. Lorsque l'alésage 38 est parallèle au passage 16, du fluide peut passer à travers le robinet tandis que dans l'autre position le passage 16 est coupé. Le pivotement du boisseau 24 est commandé par l'intermédiaire d'une tige de commande 40 dont l'extrémité 14 dépasse hors du corps de robinet 2 et du couvercle 4. Cette tige de commande 40 est guidée au niveau du couvercle 4 de manière connue. Les pièces permettant de réaliser le guidage de cette tige 40 et de réaliser l'étanchéité autour de celles-ci sont représentées sur la figure 3. On trouve notamment un joint à lèvres 42, une douille formant palier 44, des bagues d'espacement 46, des rondelles élastiques 48 et un écrou 50. La liaison entre la tige de commande 40 et l'arbre du boisseau arbré 24 est,réalisée à l'aide d'une clavette 52 montée dans une rainure 54 réalisée sur l'arbre du boisseau 24 et une rainure correspondante de la tige de commande 40. L'arbre du boisseau arbré 24 s'étend des deux côtés de la boule sphérique de ce boisseau. Cet arbre est guidé par les deux paliers de guidage 36. Ces derniers sont logés dans des logements réalisés à cet effet dans les parties 26, 27 formant fourreau. Les deux pièces 26, 27 formant fourreau sont symétriques par rapport à un plan contenant l'axe du logement 18 et perpendiculaires à l'axe 22 du passage 16. Chaque partie 26, 27 présente un passage prolongeant le passage du fluide 16. L'alésage 56 ainsi réalisé est en fait d'un diamètre supérieur au diamètre du passage 16. En effet, cet alésage reçoit à chaque fois également un siège 28, un premier tube 30, un joint 32 et un second tube 34. Le diamètre de l'alésage 56 correspond au diamètre extérieur nécessaire pour loger le joint 32. Le premier tube 30 est usiné de façon tronconique perpendiculairement à son axe principal. Le rayon du tronc de cône est inférieur au rayon du tronc de cône correspondant au logement 18. La différence de ces rayons permet d'obtenir une gorge d'une profondeur régulière pour recevoir le joint 32. Le premier tube 30 est donc monté dans l'alésage 56 et le joint 32 est monté à côté de ce premier tube 30 dans l'ouverture correspondant à cet alésage 56 du côté du corps de robinet 2. Du côté du boisseau arbré 24, le premier tube 30 est conformé de manière à pouvoir recevoir un siège 28. C'est sur ce dernier que prend appui la partie sphérique du boisseau 24. Le second tube 34 est monté à l'intérieur du premier tube 30 et est destiné à protéger et à maintenir le joint 32 sur sa partie intérieure. Le diamètre extérieur du second tube 34 correspond au diamètre intérieur du premier tube 30 et le diamètre intérieur du second tube 34 correspond au diamètre du passage de fluide 16. Le second tube 34 s'étend depuis l'ouverture de l'alésage 56 du côté du corps de robinet 2 jusqu'au siège 28 de la pièce 26, 27 correspondante. Le fait d'avoir un logement 18 de forme tronconique permet d'usiner ce logement à travers l'ouverture dont la taille correspond à la taille de la base du tronc de cône. L'ouverture réalisée est donc de taille réduite. De plus, grâce à l'effet de poussée créé par la forme conique, on réalise un bon appui des sièges 28 sur le boisseau sphérique 24. Le robinet décrit ci-dessus permet donc de réaliser une bonne étanchéité et son prix de revient est inférieur au robinet de ce même type, présentant un effet de coin, de l'art antérieur connu. De plus, un tel robinet présente l'avantage de ne pas présenter d'usure au niveau du corps de robinet qui puisse gêner le fonctionnement de ce robinet. La seule usure au niveau du corps qui puisse apparaître est une usure par abrasion due au passage du fluide. Ainsi, lorsque le robinet est "usé", il est inutile de changer le corps de ce robinet. Il suffit de changer la partie formant cartouche qui est logée dans le logement tronconique. Ceci est une opération relativement facile à réaliser. Cet avantage est particulièrement intéressant pour des robinets dont l'accès est mal aisé, par exemple des robinets sous-marins. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférentielle décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif; elle en embrasse au contraire toutes les variantes dans le cadre des revendications indiquées ci-après. Ainsi, I'invention est décrite en référence à un robinet à boisseau, ou tournant, sphérique à contact métal/métal mais elle peut très bien s'appliquer à d'autres robinets, par exemple à boisseau conique ou cylindrique et à sièges souples. REVENDICATIONS 1. Robinet, notamment robinet à boisseau sphérique comportant un corps de robinet (2) dans lequel est ménagé un passage (16) pour un fluide ainsi qu'un logement (18) destiné à recevoir un obturateur (24) sensiblement sphérique présentant un passage cylindrique pour le fluide et monté pivotant autour d'un axe (20) sensiblement perpendiculaire à l'axe (22) de passage de fluide et au moins un siège (28) pour l'obturateur, caractérisé en ce que le logement (18) est de forme sensiblement tronconique, d'axe (20) parallèle à l'axe de pivotement de l'obturateur (24), et en ce que l'obturateur (24) est monté dans un fourreau (26,27) de forme complémentaire du logement tronconique (18). 2. Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau est réalisé en deux parties (26,27). 3. Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux parties sont sensiblement symétriques par rapport à un plan de joint perpendiculaire à l'axe (22) de passage du fluide. 4. Robinet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'obturateur (24) est monté sur deux paliers (36) se trouvant de part et d'autre du passage de fluide (16). 5. Robinet selon la revendication 4, caractérisé en ce que des paliers de guidage (36) sont montés dans le fourreau (26,27) afin d'assurer le guidage de l'obturateur (24). 6. Dispositif d'étanchéité pour une pièce tronconique (26,27) montée dans un logement (18) de forme complémentaire réalisé dans un corps (2), le tout étant traversé perpendiculairement ou non à l'axe (20) du tronc de cône par un passage (16) sensiblement cylindrique circulaire, caractérisé en ce qu'il comporte: un alésage (56) réalisé dans la pièce tronconique (26,27) autour du passage sur une profondeur donnée, un tube (30) disposé au fond de l'alésage (56) précédent, usiné de façon tronconique perpendiculairement ou non à son axe principal d'une longueur inférieure à la profondeur de l'alésage réalisé et de diamètre extérieur correspondant au diamètre de l'alésage réalisé, et un joint (32) nécessitant une profondeur de gorge constante disposé dans l'ouverture de l'alésage (56), à côté du tube (30). 7. Dispositif d'étanchéité pour une pièce tronconique (26, 27) montée dans un logement (18) de forme complémentaire réalisé dans un corps (2), le tout étant traversé perpendiculairement ou non à l'axe (20) du tronc de cône par un passage (16) sensiblement cylindrique, caractérisé en ce qu'il comporte: un alésage (56) réalisé dans le corps (2) autour du passage sur une profondeur donnée, un tube (30) disposé au fond de l'alésage (56) précédent, usiné de façon tronconique perpendiculairement ou non à son axe principal d'une longueur inférieure à la profondeur de l'alésage réalisé et de diamètre extérieur correspondant au diamètre de l'alésage réalisé, et un joint (32) nécessitant une profondeur de gorge constante disposé dans l'ouverture de l'alésage (56), à côté du tube (30). 8. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second tube (34) obtenu de la même manière que le premier tube (30), dont le diamètre extérieur correspond sensiblement au diamètre du premier tube (30) et placé dans ce dernier de manière à protéger et à maintenir le joint (32) sur sa partie intérieure. 9. Robinet selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est muni d'un dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 6 à 8.