Brevet FR2788325A1 — publié le 20000713

VALVE À HAUTE PRESSION CONTEXTE DE L'INVENTION 1. Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte aux valves ou robinets et, plus particulièrement, a trait aux valves ou robinets à haute pression. 2. Description de la-technique antérieure Les valves rotatives à haute pression conventionnelles, telles les valves à obturateur tournant, notamment sphérique, comprennent généralement un corps de valve ménageant un passage à fluide dans lequel un organe d'obturation rotatif traversé par un trou est monté afin de sélectivement bloquer et permettre l'écoulement d'un fluide à l'intérieur du corps de valve. Une tige permet de faire pivoter l'organe d'obturation entre une position d'ouverture dans laquelle le trou à travers l'organe d'obturation est aligné avec le passage à fluide du corps de valve et une position de fermeture dans laquelle le trou à travers l'organe d'obturation s'étend transversalement au passage à fluide du corps de valve. La tige s'étend depuis l'intérieur du corps de valve à travers un passage de tige s'étendant normalement au passage à fluide. Typiquement, un couvercle est boulonné au corps de valve pour coopérer avec un épaulement formé au bas de la tige afin de prévenir que cette dernière soit expulsée hors du corps de valve lorsqu'elle est soumise à une pression élevée a l'intérieur du corps de valve. Alternativement, la tige peut être insérée à travers une des extrémités d'un corps de valve unitaire et par après retenue en place au moyen d'une surface de butée interne formée à l'intérieur du passage à tige du corps de valve pour coopérer avec un épaulement formé au bas de la tige. Bien que les assemblages de corps de valve et de tiges décrits ci- dessus soient efficaces afin de prévenir l'expulsion de la tige hors du corps de valve, ils augmentent sensiblement le couple requis pour actionner la valve. Donc, une rondelle est généralement installée entre l'épaulement de la tige et la surface de butée complémentaire du corps de valve afin de réduire le couple d'actionnement. Néanmoins, pour des applications o le fluide traité est à une température relativement élevée, l'installation d'une telle rondelle est problématique. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a donc comme objectif de produire une valve à haute pression offrant une protection contre l'expulsion d'une tige d'actionnement sans augmenter de façon significative le couple requis pour actionner la valve. La présente invention a aussi pour objectif d'offrir une telle valve qui soit relativement simple et économique à produire. Donc, conformément à la présente invention, une valve à haute pression comprend un corps de valve unitaire ménageant un passage à fluide s'étendant le long d'un axe d'écoulement, un organe d'obturation monté à l'intérieur du corps de valve et traversé par un trou. Une tige attaque l'organe d'obturation et se prolonge à l'extérieur d'un passage à tige ménagé dans le corps de valve pour faire pivoter l'organe d'obturation, autour d'un axe de pivotement transversal à l'axe d'écoulement, entre une position d'ouverture dans laquelle le trou est coaxial au passage à fluide du corps de valve et une position de fermeture dans laquelle le trou s'étend transversalement au passage à fluide. Un système d'étanchéité est prévu afin de prévenir les fuites depuis le corps de valve le long du passage à tige. La valve à haute pression comprend également un système anti-expulsion de tige comprenant une plate-forme espacée du corps de valve et ménageant une ouverture alignée avec le passage à tige pour recevoir la tige. La plate-forme et le corps de valve sont de construction unitaire. Des moyens d'appui sont prévus sur la tige entre la plate-forme et le corps de valve à l'extérieur du système d'étanchéité pour coopérer avec la plate- forme afin de prévenir l'expulsion de la tige hors du corps de valve due à la pression du fluide contenu dans le corps de valve. DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS Une réalisation préférée de la présente invention sera maintenant décrite, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une perspective explosée d'une valve à obturateur sphé- rique ou boulet selon une réalisation de la présente invention; la Figure 2 est une vue d'une section longitudinale de la valve à boulet de la Figure 1; et la Figure 3 est une vue agrandie d'une section de la valve à boulet illustrant les détails de l'assemblage d'une tige de la valve. DESCRIPTION DES CONSTRUCTIONS PRÉFÉRÉES En référence aux dessins, et en particulier aux Figures 1 à 3, une valve à haute pression incorporant les éléments de la présente invention et généralement désignée par le numéro de référence 10 va être décrite. La valve à haute pression 10 inclut un corps de valve unitaire 12 ménageant un passage à fluide axial 14 dans lequel un obturateur sphérique ou boulet 16 est monté pour sélectivement bloquer et permettre l'écoulement d'un fluide à travers le corps de valve 12. Le boulet 16 a une surface externe sphérique et est traversé par un trou central 18. La surface externe sphérique du boulet 16 est en prise de façon étanche avec un siège de valve aval 20 et un siège de valve amont 22. Tel qu'illustré à la Figure 2, le siège de valve aval 20 est reçu dans un encastrement 24 ménagé axialement à l'intérieur du corps de valve 12 autour du passage à fluide 14. Un anneau de pression 26 et un anneau d'espacement 28 sont positionnés immédiatement en amont du siège de valve amont 22 et un anneau de fixation 30 est placé dans une rainure annulaire ménagée dans le corps de valve 12 autour de l'intérieur du passage à fluide 14 afin de maintenir le siège de valve amont 22, l'anneau de pression 26 et l'anneau d'espacement 28 en position à l'intérieur du corps de valve 12. Les sièges de valves aval et amont 20 et 22 peuvent être faits de métal. Une tige unitaire 32 s'étend à travers un passage à tige 34 ménagé dans le corps de valve 12 et est connectée à son extrémité inférieure au boulet 16 pour faire pivoter ce dernier, autour d'un axe de pivotement normal au passage à fluide 14, entre une position d'ouverture dans laquelle le trou central 18 est aligné axialement avec le passage à fluide 14 et une position de fermeture dans laquelle le trou central 18 est transversal au passage à fluide 14. L'extrémité inférieure de la tige 32 définit deux plats 36 diamétralement opposés de façon à s'ajuster dans une fente 38 ménagée dans la surface supérieure du boulet 16 afin d'entraîner un mouvement de rotation au boulet 16 en réponse à une rotation de la tige 32. La tige 32 inclut une portion inférieure élargie 40 adjacente aux plats 36, une portion intermédiaire de diamètre réduit 42 définissant avec la portion inférieure élargie 40 un épaulement 44, et une portion supérieure à diamètre élargi 46. Tel qu'illustré à la Figure 3, le passage à tige 34 comporte une portion interne à diamètre réduit 47 conduisant au passage à fluide 14, une portion intermédiaire 48 adjacente à la portion interne à diamètre réduit 47, et une portion externe à diamètre élargi 50. Un premier épaulement 52 est formé entre la portion interne à diamètre réduit 47 et la portion intermédiaire 48, et un deuxième épaulement 54 est formé entre la portion intermédiaire 48 et la portion externe à diamètre élargi 50. Une bague 56 traversée par un passage central est assise contre le premier épaulement 52 autour de la portion inférieure élargie 40 de la tige 32. La bague 56 sert comme support et comme guide inférieur pour la tige 32. La portion inférieure élargie 40 de la tige 32 forme avec la portion externe à diamètre élargi 50 du passage à tige 34 une chambre annulaire qui est remplie d'une garniture d'étanchéité appropriée, incluant, par exemple, deux anneaux d'étanchéité 58 disposés entre un anneau de compression supérieur 60a et un anneau de compression inférieur 60b, pour prévenir les fuites en provenance du passage à fluide 14 autour de la tige 32. L'anneau de compression inférieur 60b est assis contre le deuxième épaulement 54. La garniture d'étanchéité est maintenue sous compression axiale au moyen d'un assemblage de presse-étoupe 62. Le presse-étoupe 62 comprend une bague de presse-étoupe fendue 64 montée sur la tige 32 et positionnée audessus de la surface externe de l'anneau de compression 60a. La bague de presse-étoupe 64 est préférablement faite de métal. La bague de presse-étoupe 64 ménage un trou axial 66 (voir Figure 1) qui est configurée pour être monté contre la portion intermédiaire à diamètre réduit 42 de la tige 32. Tel qu'illustré à la Figure 1, la bague de presse-étoupe 64 a une fente longitudinale 68 qui permet à la bague de presse-étoupe 64 d'être écartée vers une position ouverte afin d'être subséquemment fermement placée contre la tige 32. Tel qu'illustré aux Figures 2 et 3, un encastrement axial 69 est ménagé dans l'extrémité inférieure de la bague de presse-étoupe 64 autour de l'intérieur du trou axial 66 pour recevoir l'extrémité supérieure de la portion inférieure élargie 40 de la tige 32. Tel qu'expliqué ci-dessous, la bague de presseétoupe 64 permet à la tige 32 d'être mise en place dans le corps de valve 12 via le passage à tige 34 à partir de l'extérieur du corps de valve 12. L'assemblage de presse-étoupe 62 comprend également un presse- étoupe 70 ayant un trou central longitudinal 72 (voir Figure 1) à travers lequel une partie supérieure de la bague de presse-étoupe 64 s'étend. Tel qu'illustré à la Figure 3, un encastrement 74 est formé axialement à l'intérieur du presse-étoupe 70 autour du trou central 66 pour recevoir trois rondelles Belleville 76 placées autour de la bague de presse-étoupe 64 contre un épaulement annulaire de cette dernière, procurant ainsi un degré d'ajustement automatique apte à compenser l'usure de la garniture d'étanchéité. Tel qu'illustré à la Figure 1, le presse-étoupe 70 est connecté au corps de valve 12 au moyen d'une paire de tiges filetées 84 s'étendant à travers des trous latéraux respectifs 80 ménagés dans le presse-étoupe 70 et dans des trous 82 correspondants ménagés dans la portion du corps de valve 12 entourant le passage à tige 34. Des écrans de réglage de serrage 86 sont engagés sur les extrémités supérieures des tiges filetées 84 afin de comprimer les rondelles Belleville 76 contre l'épaulement 78, comprimant ainsi la garniture d'étanchéité au moyen de la bague de presse-étoupe 64. Une plate-forme 86 est connectée à distance au corps de valve 12 pour coopérer avec un épaulement annulaire 88 formé à l'extrémité externe de la portion intermédiaire à diamètre réduit 42 de la tige 32 afin de prévenir que cette dernière soit expulsée hors du passage à tige 34 sous l'effet de la pression du fluide dans le corps de valve 12. Selon une réalisation préférentielle de la présente invention, une paire d'organes allongés latéraux 90 s'étendant vers le bas à partir de la plate-forme 86 jusqu'à la surface externe du corps de valve 12 de part et d'autre de la tige 32 afin de relier en une seule pièce, en pratique moulée, la plate-forme 86 au corps de valve 12. Tel qu'illustré à la Figure 1, la plate-forme 86 ménage un trou central 92 qui est coaxial avec le passage à tige 34 du corps de valve 12 pour recevoir la tige 32. Un encastrement 94 est formé dans la surface de dessous de la plate- forme 86 autour de l'intérieur du passage du trou central 92. Le trou central 92 et l'encastrement 94 forment un épaulement annulaire 95. Une bague fendue 96 ménageant une ouverture centrale 98 est placée à l'intérieur de l'encastrement 94 autour de la portion supérieure à diamètre élargi 46 de la tige 32 contre l'épaulement 88 de cette dernière. La bague fendue 96 possède un rebord formant talon 100 qui est appuyé contre I'épaulement annulaire 95 de la plate-forme 86 afin de prévenir le retrait axial de la tige 32 hors du corps de valve 12 en raison de la pression du fluide à l'intérieur du corps de valve 12. La tige 32, le presse-étoupe 70 et la bague de presse-étoupe 64 constituent également un dispositif de sécurité secondaire contre l'expulsion de la tige 32. Ceci est dû au fait que la portion inférieure élargie 40 de la tige 32 est plus large que le trou 66 de la bague de presse-étoupe 64 qui est disposé à l'intérieur de l'encastrement 74 ménagé dans le presse-étoupe 70. Tel qu'illustré à la Figure 3, la bague fendue 96 ménage dans son extrémité supérieure un encastrement axial 102 autour de l'intérieur de I'ouverture 98 pour recevoir un anneau de glissement 104 monté sur la portion supérieure à diamètre élargi 46 de la tige 32. Un encastrement axial 106 est également formé dans l'extrémité inférieure de la bague fendue 96 autour de l'intérieur de l'ouverture 98 pour recevoir un palier de butée étanchéifié 108 monté sur la portion supérieure à diamètre élargi 46 de la tige 32. Tel qu'illustré à la Figure 1, un levier 110 ménageant un trou carré 112 est monté à l'extrémité supérieure de forme carrée de la tige 32. Une rondelle de butée 113 est montée sur la tige 32 entre le levier 110 et la plate-forme 86. Une fente 114 s'étend à partir du trou carré 112 jusqu'à I'une des extrémités du levier 110 à l'opposé d'une poignée 116 du levier 110. Une vis 118 est insérée dans un passage 120 s'étendant transversalement à la fente 114 pour coopérer avec un écrou 122 afin de permettre le réglage de la dimension du trou 112. Un écrou de fixation 124 est vissé à l'extrémité de la tige 32 afin de fixer le levier 110 à la tige 32. Un boulon de butée 126 est vissé à son extrémité inférieure dans un trou fileté 128 ménagé dans la surface supérieure de la plate-forme 86 afin de limiter la rotation de la tige 32 en venant en prise avec le levier 110 lorsque le boulet 16 a pivoté jusqu'à sa position de fermeture. Une pince de verrouillage 130 est montée de façon à être déplaçable le long du levier 110 pour s'engager dans des encoches 132 ménagées dans la surface supé- rieure de la plate-forme 86 afin de sélectivement verrouiller la valve 10 dans l'une de ses positions ouverte et fermée. Lors de l'assemblage initial de la valve 10, le siège aval 20 est premièrement inséré en position à l'intérieur du corps de valve 12 via l'extrémité amont de ce dernier. Par après, la bague 56, l'anneau de compression inférieur 60b, les anneaux d'étanchéité 58 et l'anneau de compression supérieur 60a sont successivement mis en place dans la valve 12 à travers le passage à tige 34. Par après, la tige 32 est insérée à travers le trou central 92 de plate-forme 86 et le presse-étoupe 70 et les rondelles Belleville 76 sont glissées axialement sur l'extrémité inférieure de la tige 32 vers le haut jusque la portion intermédiaire à diamètre réduit 42. Une fois le presse-étoupe 70 et les rondelles Belleville 76 installés sur la tige 32, la bague de presse-étoupe 64 est positionnée sur la tige 32. La tige 32 est par la suite poussée vers le bas dans le passage à tige 34 de façon à permettre l'installation du palier de butée étanchéifié 108, la bague fendue 96 et la bague 104. Le palier de butée étanchéifié 108 est premièrement glissé sur l'extrémité supérieure de la tige 32 vers le bas contre l'épaulement 88. Par après, la bague fendue 96 est expansée jusqu'à une position ouverte et installée autour de la tige 32 avant que la bague 104 soit glissée sur l'extrémité supérieure de la tige 32 vers le bas dans l'encastrement 102 formé dans la bague fendue 96. Après avoir monté le palier de butée étanchéifié 108, la bague fendue 96 et la bague 104 sur la tige 32, on déplace la tige 32 vers le haut afin d'appuyer le rebord annulaire 100 de la bague fendue 96 contre l'épaulement interne 95 de la plate-forme 86. Le boulet 16 est par après inséré dans le corps de valve 12 via l'extrémité amont de ces derniers avec la fente 38 s'étendant dans la direction du passage à fluide 14 pour venir en prise avec les plats 36 formés à l'extrémité inférieure de la tige 32. Par la suite, le siège amont 22, I'anneau de pression 26, I'anneau d'espacement 28 et l'anneau de fixation 30 sont installés dans le corps de valve 12 via l'extrémité amont de ce dernier et les éléments de boulonnage 84 et 86 sont boulonnés. Finalement, le levier 110 est installé sur la tige 32 et fixé au moyen de l'écrou de fixation 124. Le boulon de butée 126 peut être virtuellement fixé à n'importe quel moment à la plate-forme 86 lors de l'assemblage de valve 10. De ce qui précède, il apparaît que les bagues fendues 64 et 96 permettent à la tige unitaire 32 d'être installée à l'intérieur du corps de valve unitaire 12 via le passage de tige 34, tout en prévenant le retrait de la tige sous l'effet de la pression du fluide contenu dans le corps de valve 12. Un avantage de la valve à haute pression 10 décrite ci-dessus est que la conception du corps de valve unitaire 12 élimine bon nombre de joints d'étanchéité qui sont normalement requis et qui forment des sites potentiels de fuites. De plus, la tige 32 est retenue à un emplacement situé à l'extérieur du corps de valve 12 et de la garniture d'étanchéité 58 et donc le palier de butée étanchéifié 108, nécessaire à l'obtention d'un couple d'actionnement faible, n'est pas influencé par la température du fluide circulant à l'intérieur du corps de valve 12. Ceci permet donc d'augmenter I'espérance de vie du palier de butée 108 et conséquemment d'augmenter la fiabilité de la valve à haute pression 10, tout en procurant un système anti-expulsion de tige performant. En plus des avantages mentionnés ci- dessus, le fait que la plate-forme 86 soit d'une pièce avec le corps de valve unitaire 12 procure un alignement précis de la tige 32, permettant ainsi d'éviter l'usure prématurée de la garniture d'étanchéité 58. Le fait que la tige 32 soit guidée à ses extrémités inférieure et supérieure prévient la formation de charges latérales qui pourraient éventuellement endommager la garniture d'étanchéité 58 et causer des fuites. Selon une autre réalisation de la présente invention qui n'est pas illustrée, le levier se prolonge latéralement de part et d'autre de la tige 32 et est pourvu à chacune de ses extrémités d'une poignée. R E V E N D I C A T I O N S 1. Une valve à haute pression (10) comprenant un corps de valve unitaire (12) ménageant un passage à fluide (14) s'étendant le long d'un axe d'écoulement, un organe d'obturation (16) traversé par un trou (18) et monté à l'intérieur dudit corps de valve (12), une tige (32) attaquant ledit organe d'obturation (16) et se prolongeant à l'extérieur d'un passage à tige (34) ménagé dans ledit corps de valve (12) pour faire pivoter ledit organe d'obturation (16), autour d'un axe de pivotement transversal audit axe d'écoulement, entre une position d'ouverture dans laquelle ledit trou (18) est coaxial audit passage à fluide (14) dudit corps de valve (12) et une position de fermeture dans laquelle ledit trou (18) s'étend transversalement audit passage à fluide (14), un système d'étanchéité (58, 62), pour prévenir toute fuite en provenance dudit corps de valve (12) le long dudit passage à tige (34), et un système anti-expulsion de tige incluant une plate-forme (86) espacée dudit corps de valve (12) et ménageant une ouverture (92) alignée avec ledit passage à tige (34) pour recevoir ladite tige (32), ladite plate- forme (86) et ledit corps de valve (12) étant de construction unitaire, et des moyens d'appui (88) prévus sur ladite tige (32) entre ladite plate-forme (86) et ledit corps de valve (12) à l'extérieur dudit système d'étanchéité (58, 62) pour coopérer avec ladite plate-forme (86) afin de prévenir l'expulsion de ladite tige (32) hors dudit corps de valve (12) sous l'effet de la pression du fluide à l'intérieur dudit corps de valve (12). 2. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendi- cation 1, caractérisée en ce que lesdits moyens d'appui comprennent une bague (96) montée sur ladite tige (34) contre un épaulement périphérique (88) de cette dernière. 3. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendi- cation 2, caractérisée en ce que ladite bague (96) est fendue pour permettre à ladite tige (32) d'être installée à l'intérieur dudit corps de valve (12) via ladite ouverture (92) de ladite plate-forme (86) et ledit passage à tige (34). 4. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendi- cation 3, caractérisée en ce que ladite tige (32) a un corps unitaire. 5. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendi- cation 2, caractérisée en ce que ladite ouverture (92) de ladite plateforme (86) comporte une portion radialement élargie (94) et une portion radialement réduite adjacentes l'une à l'autre et définissant entre elles un épaulement annulaire (95) pour venir en prise avec un rebord (100) de ladite bague (96) afin de prévenir le retrait axial de ladite tige (32) hors dudit corps de valve (12) sous l'effet de la pression du fluide contenu à l'intérieur dudit corps de valve (12). 6. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendi- cation 5, caractérisée en ce que ladite bague (96) ménage une ouverture centrale (98) ayant une portion supérieure (102) élargie radialement pour recevoir une bague de glissement pour la tige (104), montée sur ladite tige (32), et une portion inférieure (106) élargie radialement pour recevoir un palier de butée (108) comprimé contre ledit épaulement périphérique (88) de ladite tige (32). 7. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendication 1, caractérisée en ce que ledit système d'étanchéité (58, 62) inclut une garniture d'étanchéité (58) montée à l'intérieur dudit passage à tige (34) dans ledit corps de valve (12) autour de ladite tige (32), et un presse-étoupe (70) positionné dans un espace libre entre ladite plate-forme (86) et ledit corps de valve (12) autour de ladite tige (32) pour comprimer ladite garniture d'étanchéité (58). 8. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendi- cation 7, caractérisée en ce que ledit presse-étoupe (70) ménage un trou axial (72) à travers lequel ladite tige (32) s'étend, ledit trou axial (72) ayant une portion inférieure élargie radialement (74) pour recevoir des moyens formant ressort (76), lesdits moyens formant ressort (76) étant montés autour d'une bague de presse-étoupe (64) montée sur ladite tige (32) et contrainte entre une surface externe d'appui (78) de ladite bague de presse-étoupe (64) et une surface interne d'appui dudit presse-étoupe (70), ladite bague de presse-étoupe (64) étant en contact avec ladite garniture d'étanchéité (58). 9. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendi- cation 7, caractérisée en ce que ladite tige (32) a un épaulement inférieur Il (44) positionné à l'extérieur de ladite garniture d'étanchéité (58), ledit épaulement inférieur (44) étant plus large qu'une ouverture pour la tige (66), ménagée dans ladite bague de presse- étoupe (64), procurant ainsi un second système anti-expulsion de tige. 10. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendication 9, caractérisée en ce que la bague de presse-étoupe (64) est fendue afin d'en faciliter l'installation. 11. Une valve à haute pression (10) telle que définie dans la revendi- cation 1, caractérisée en ce que ladite plate-forme (96) inclut deux organes latéraux allongés (90) s'étendant vers le bas depuis cette dernière jusqu'à une surface externe dudit corps de valve (12) de part et d'autre de ladite tige (32).