Brevet FR2809466A1 — publié le 20011130

La présente invention a pour objet un robinet tournant cylindrique. Un robinet à tournant cylindrique comprend un corps, dans lequel est ménagé un alésage cylindrique destiné au montage d'un tournant cylindrique, et dans lequel débouchent radialement au mbins deux tubulures, dont au moins une sert à l'amenée de fluide et au moins une sert l'évacuation de fluide, le tournant cylindrique comportant au moins un passage radial destiné, dans une position angulaire déterminée, réaliser la mise en communication d'un tube d'amenée avec un tube d'évacuation de fluide. L'intérêt d'un tel robinet est que sa conception est relativement simple, qu'il est susceptible d'être réalisé dans des dimensions très variées, et qu'il offre une excellente capacité de passage de fluide, dans la mesure où il est possible de ménager dans le tournant un canal de section correspondant à celle des tubulures d'amenée et d'évacuation de fluide. II convient toutefois de réaliser une étanchéité interne entre le tournant et le corps du robinet, soit à l'aide d'un siège en matériau malléable, tel que caoutchouc, élastomère, plastomère ou polytétrafluoréthylène, soit à l'aide de joints statiques montés entre le tournant et le corps. Cette question d'étanchéité est essentielle, et c'est elle qui pose le plus de problèmes de maintenance et de limitation dans les applications d'un tel robinet. De tels robinets peuvent être utilisés sur des circuits de refroidissement de centrales nucléaires. Ces robinets sont donc situés dans des zones connaissant une contamination radioactive, ce qui implique la nécessité de diminuer les temps d'intervention pour la maintenance sur le site. Dans le cas d'une vanne comportant une cellule intégrant le boisseau, équipée de brides de raccordement à des brides solidaires des tubulures d'amenée et de sortie de fluide, il convient de démonter les boulons de fixation pour extraire la cellule, et de soutenir les extrémités des tubulures auxquelles la cellule est raccordée, avant démontage, ce qui entraîne un temps d'intervention important. De plus, dans de tels robinets, il est courant que le boisseau soit cylindrique et le tournant soit sphérique, ce qui se traduit par la rétention de particules entre le tournant et le boisseau. II existe des robinets à soupape, dans lesquels l'étanchéité est assurée par une complémentarité parfaite du tournant et du boisseau. Lors de l'exécution de la maintenance, il faut démonter le robinet sur place pour procéder au rodage sur place du siège assurant l'étanchéité. De telles vannes possèdent également des zones de rétention importantes. II existe également des robinets à tournant conique. Dans un tel cas, il convient de procéder à des réglages précis pour éviter le coincement du tournant à l'intérieur du boisseau tout en assurant l'étanchéité. Le couple de manoeuvre pour passer de la position ouverte la position fermée très élevé. Le document US 5 234 193 décrit un robinet à tournant cylindrique, dans lequel le tournant comporte, dans une zone située en regard de la tubulure d'amenée de fluide, en position de fermeture du tournant une gorge annulaire dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre intérieur de cette tubulure. A l'intérieur de cette gorge annulaire, est monté un piston annulaire formant siège, qui est contraint élastiquement entre le fond de la gorge et la périphérie de la tubulure. Toutefois, la pression qui peut s'exercer de part et d'autre du piston annulaire possède une résultante des forces qui est telle que le piston a tendance à s'écarter de l'extrémité de la tubulure et à s'enfoncer dans la gorge annulaire, en position de fermeture du robinet. En effet, la surface sur laquelle agit la pression de fluide est supérieure sur la face du piston tourné vers la tubulure à celle tournée du côté du fond de la gorge. L'étanchéité est donc obtenue uniquement à l'aide de la contrainte élastique du piston formant siège et non sous l'effet de la pression. Le but de l'invention est de fournir un robinet à tournant cylindrique, dans lequel une excellente étanchéité soit obtenue en position de fermeture, dans lequel le couple de manoeuvre du tournant soit réduit, qui puisse travailler avec des fluides sous forte pression, dans lequel la rétention de particules pouvant se trouver dans le fluide est réduite, et dans lequel les moyens d'étanchéité puissent être changés très facilement. A cet effet, le robinet qu'elle concerne, du type comprenant un corps dans lequel est ménagé un boisseau cylindrique destiné au montage d'un tournant cylindrique et dans lequel débouchent radialement au moins deux tubulures dont au moins une sert à l'amenée de fluide et au moins une sert à l'évacuation de fluide, tandis que le tournant cylindrique comporte au moins un passage radial destiné, dans une position angulaire déterminee, à réaliser la mise en communication d'un tube d'amenée avec un tube d'évacuation de fluide, le tournant comportant, dans chacune de ses zones destinées, en position de fermeture, à être disposées en regard d'une tubulure d'amenée de fluide, une gorge annulaire dont le diamètre extérieur supérieur au diamètre intérieur de cette tubulure, cette gorge annulaire servant au logement d'un piston annulaire formant siège, monté déplaçable radialement dans la gorge, est caractérisé en ce que l'étanchéité est réalisée entre la zone de plus grand diamètre du piston et la paroi correspondante de la gorge, la surface délimitée par la ligne de contact du piston avec la tubulure d'amenée de fluide est inférieure la surface dans laquelle est inscrite la paroi opposée du piston, le fond de la gorge annulaire est en communication avec la tubulure d'amenée de fluide, et des moyens élastiques agissent sur le piston pour le pousser en direction de la tubulure d'amenée de fluide. L'étanchéité interne est réalisée en amont du tournant à l'aide d'un siège constitué par un piston qui est monté dans une gorge ménagée dans le tournant. Lors de la fermeture du robinet, les moyens élastiques agissent sur le piston pour le plaquer contre la tubulure d'amenée de fluide. Puis, la force exercée par la pression sur la face arrière du piston, c'est-à- dire celle située du côté du fond de la gorge, étant supérieure à la force exercée sur la face avant du piston, c'est-à-dire celle prenant appui contre la tubulure, le piston formant siège est plaqué contre l'extrémité de la tubulure assurant ainsi l'étanchéité de la fermeture. L'étanchéité étant réalisée sur le siège en amont du robinet, il n'y a pas de rétention de fluide dans le corps du robinet. 11 existe une compensation automatique de l'usure du piston formant siège par les effets complémentaires de la pression du fluide et des moyens élastiques associés au siège. En outre, ce robinet est d'une manoeuvre facile en raison du fait que le passage de la position d'ouverture à la position de fermeture ne nécessite qu'un couple réduit, puisque dans une telle position le piston n'est poussé vers l'extérieur que par les moyens élastiques qui sont faiblement dimensionnés. En effet, l'effort générant l'étanchéité en position de fermeture est fonction non pas du dimensionnement des moyens élastiques, mais de la pression du fluide d'alimentation. Ce dispositif présente également l'avantage de compenser, grâce à son élasticité, les effets des dilatations internes. La structure du robinet étant simple, puisque le nombre de pièces peut être limité au corps comportant le boisseau au tournant et au piston, associé à ses moyens élastiques, la maintenance est réduite. Le retrait du tournant hors du corps est réalisé de façon très rapide, permettant un remplacement instantané du piston formant siège. Ce robinet peut être un robinet à deux voies avec passage de fluide dans un seul sens, ne nécessitant la mise en oeuvre que d'un seul piston formant siège, du côté de l'amenée de fluide. Dans le cas d'un robinet à deux sens de circulation, il est prévu deux pistons diamétralement opposés. s'agit d'un robinet multivoies, il faut prévoir autant de pistons qu'il y a voies d'entrée. Suivant une caractéristique de l'invention, paroi du piston destinée à prendre appui contre la tubulure d'amenée fluide présente une forme convexe, de telle sorte que la ligne ou la surface de contact du piston avec la tubulure soit située à l'intérieur de la ligne correspondant à la surface extérieure de la gorge. Cela permet de disposer, sur la face avant du piston, d'une surface active, c'est-à-dire d'une surface soumise à la pression de fluide, qui soit inférieure à la surface postérieure du piston. Afin d'éviter que la face avant du piston formant siège ne soit soumise à la pression de fluide sur toute sa section, la zone de plus grand diamètre piston comporte une rainure ou un évidemment annulaire dans lequel engagé un joint torique prenant appui contre la paroi extérieure de la gorge annulaire servant au logement du piston. Conformément à une première forme d'exécution, un jeu est prévu entre la zone de plus petit diamètre du piston et la paroi en regard de la gorge annulaire pour permettre le passage de fluide de la tubulure d'amenee fluide vers le fond de la gorge annulaire. Conformément à une autre forme d'exécution, le piston comporte moins un canal axial le traversant pour permettre le passage de fluide de la tubulure d'amenée de fluide vers le fond de la gorge annulaire. Suivant une possibilité, les moyens élastiques agissant sur le piston sont constitués par une rondelle élastique ou plusieurs rondelles élastiques superposées prenant appui, d'une part, contre le fond de la gorge annulaire et, d'autre part, contre la face en regard du piston. Avantageusement dans ce cas, le fond de la gorge annulaire d'orientation perpendiculaire à l'axe du piston, comprend un épaulement a proximité de l'un de ses bords, tandis que la paroi en regard du piston présente un épaulement situé en regard de l'autre bord de la gorge. La rondelle ou les rondelles élastiques prennent appui contre épaulements et se mettent en travers pour imprimer sur le piston une force dirigée vers l'extérieur de la gorge. S'il est possible d'utiliser une seule rondelle plate, en acier à haute nuance d'élasticité, il peut être avantageux d'utiliser plusieurs rondelles, par exemple trois ou quatre rondelles superposées et plus minces, pour éviter les risques de déformation plastique qui pourrait se produire avec une seule rondelle plus épaisse. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le tournant comporte un évidement qui, entourant chaque extrémité d'un passage radial de fluide, sert au logement d'un joint prenant appui contre boisseau et formant racleur. Ces joints permettent d'éviter la pénétration de particules entre le tournant et le boisseau quand le tournant est en position ouverte. Suivant une autre caractéristique facilitant la maintenance, une chemise est interposée entre le tournant et le boisseau avec immobilisation et étanchéité vis-à-vis de ce dernier. Toujours afin de faciliter la maintenance, et suivant possibilité, le boîtier ou corps du robinet est solidaire des tubulures d'amenée et d'évacuation de fluide. Le corps peut posséder un fond monobloc rapporté, ou ne pas posséder de fond, le corps étant tubulaire et le tournant étant maintenu dans celui-ci par deux goupilles. toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce robinet ; Figure 1 est une vue en perpective du tournant d'un robinet ; Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un robinet équipé du tournant de figure 1 ; Figure 3 est une vue en coupe par un plan horizontal du tournant de figures 1 et 2 ; Figures 4 et 5 sont deux vues à échelle agrandie représentant deux parties de piston formant siège, avec les éléments adjacents ; Figure 6 est une vue en coupe longitudinale, similaire à figure 2, d'un robinet sans fond ; Figure 7 est une vue en coupe longitudinale, similaire à figure 2, d'un robinet avec fond rapporté boulonné. Le robinet représenté à la figure 2 est destiné à permettre le passage de fluide dans deux sens. Ce robinet comprend un corps métallique 2 ou boîtier formant un seul bloc avec deux tubulures 3 et 4, qui sont des tubulures d'entrée ou de sortie de fluide. A l'intérieur du boîtier 2 est ménagée une cavité 5 cylindrique, à l'intérieur de laquelle est montée une chemise cylindrique 6, immobilisée et présentant une étanchéité vis-à- vis du boîtier 2 par l'intermédiaire de joints 7. Cette chemise 6 comporte des ouvertures 8 en regard des tubulures 3 et 4. A l'intérieur de la chemise 6 est monté un tournant 9. Ce tournant 9 comporte un canal diamétral 10 pouvant être amené en alignement avec les tubulures 3 et 4 pour réaliser leur mise en communication. Le tournant 9 présente une partie centrale supérieure 12 rétrécie, se terminant par un carré 13, sur lequel peut être fixé un levier de manoeuvre 14. Ce levier est fixé après mise en place d'un couvercle 5 retenu par des vis 16 sur le corps, un joint d'étanchéité 17 étant prévu entre le couvercle et le corps 2. Suivant la caractéristique essentielle de l'invention, le tournant cylindrique 9 comporte, dans chaque zone destinée à être située en regard d'une tubulure 3, 4, en position de fermeture du robinet, une gorge annulaire 18, dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre intérieur de la tubulure correspondante. Cette gorge annulaire 18 sert au logement d'un piston 19, également annulaire, formant siège, monté déplaçable radialement au tournant à l'intérieur de la gorge 18. Comme montré à la figure 4, l'etanchéité est réalisée entre la paroi extérieure du piston 19 et la paroi 20 en regard de la gorge 18, par l'intermédiaire d'un joint torique 22 monté dans un évidement 23 débouchant dans la face extérieure et dans la face arrière du piston 19. II est prévu un léger jeu 24 entre la zone plus petit diamètre du piston 19 et la paroi en regard de la gorge 18, pour permettre le passage de fluide sous pression de la tubulure 3 dans le fond 25 de la gorge annulaire. La paroi du piston 19 destinée à prendre appui contre la tubulure d'amenée de fluide présente une forme convexe, de telle sorte que la surface de contact 26 du piston avec la tubulure soit située à l'intérieur de la ligne correspondant à la surface extérieure 20 de la gorge. Cette surface d'appui du piston contre l'extrémité de la tubulure définit une section moyenne d'étanchéité du siège identifiée par la référence Sm. Le fluide sous pression agit, sur la face postérieure du piston, selon une surface active correspondant à la surface extérieure du piston et désignée par la référence Sa. Le fond de la gorge annulaire 18, d'orientation générale perpendiculaire l'axe du piston, comporte un épaulement 27 ménagé du côté de la surface extérieure 20 de la gorge. Pour sa part, la face postérieure du piston comporte un épaulement 28 situé en regard de l'autre bord, c'est-à-dire du bord intérieur de la gorge. Entre le fond de la gorge et le piston 19 sont disposés des moyens élastiques constitués par une rondelle métallique élastique ou un empilement de rondelles désignées par la référence générale 29. Ces rondelles prennent appui sur les épaulements 27, 28 respectivement du tournant et du piston 19, et poussent celui-ci vers l'extérieur. En outre, le tournant comporte un évidement qui, entourant chaque extrémité du passage diamétral 10 de fluide, sert logement d'un joint racleur 30 prenant appui contre la chemise 6. En pratique, lorsque l'on passe de la position d'ouverture, dans laquelle le canal 10 est aligné avec les tubulures 3 et 4, vers la position de fermeture du robinet, représentée à la figure 2, le piston 19 formant siège est poussé par les rondelles 29 contre la tubulure 3, 4 respectivement, en vue de réaliser un début d'étanchéité contre les extrémités des tubulures. Le piston 19 est alors soumis à la résultante des forces de pression de fluide s'exerçant sur sa face avant selon une surface Sm et sur sa face arrière selon la surface Sa. La surface Sa étant supérieure la surface Sm, la pression du fluide amené au robinet déplace le piston au contact de l'extrémité de la tublure 3, si la tubulure d'amenée de fluide est la figure 3, ce qui assure une parfaite étanchéité. La figure 5 représente une variante du piston, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce piston, l'amenée de fluide sous pression vers le fond 25 de la gorge 18, est réalisée par l'intermédiaire d'au moins un canal axial 32. La figure 6 représente une autre forme d'exécution de ce robinet, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce cas, le corps 2 ne comporte pas de fond et le tournant 9 est retenu par rapport au corps par au moins une goupille cylindrique 33. II s'agit, dans ce cas encore, d'un robinet à deux voies, dans lequel le fluide peut circuler de façon bidirectionnelle, ce qui justifie le montage de deux pistons formant sièges. La figure 7 représente une variante d'exécution du robinet de figure 2, dans lequel le fond 35 est rapporté et fixé par des boulons 36. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un robinet à tournant cylindrique, de structure simple, très fiable, possédant d'excellentes performances et susceptible d'une maintenance très aisée et rapide, ce qui est particulièrement avantageux en milieu contaminé. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce robinet, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que ce robinet pourrait être réalisé en matériau composite, en métal moulé ou mécano- soudé, ou encore que les tubulures pourraient ne pas faire partie intégrante du corps mais être fixées sur celui-ci par des brides, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Robinet à tournant cylindrique, du type comprenant un corps (2) dans lequel est ménagé un boisseau cylindrique (5, 6) destiné au montage d'un tournant cylindrique (9) et dans lequel débouchent radialement moins deux tubulures (3, 4) dont au moins une sert l'amenée de fluide et au moins une sert à l'évacuation de fluide, tandis que le tournant cylindrique (9) comporte au moins un passage radial (10) destiné, dans une position angulaire déterminée, à réaliser la mise en communication d'un tube d'amenée (3) avec un tube d'évacuation (4) de fluide, le tournant (9) comportant, dans chacune de ses zones destinées, en position de fermeture, à être disposées en regard d'une tubulure d'amenée de fluide, une gorge annulaire (18) dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre intérieur de cette tubulure (3, 4), cette gorge annulaire (1 servant au logement d'un piston annulaire (19) formant siège, monté déplaçable radialement dans la gorge, caractérisé en ce que - l'etanchéité est réalisée entre la zone de plus grand diamètre du piston (19) et la paroi correspondante de la gorge (18), - la surface (Sm) délimitée par la ligne de contact du piston (19) avec la tubulure d'amenée de fluide (3, 4) est inférieure à la surface (Sa) dans laquelle inscrite la paroi opposée du piston (19), - le fond (25) de la gorge annulaire (18) est en communication avec la tubulure (3, 4) d'amenée de fluide, et - des moyens élastiques (29) agissent sur le piston (19) pour le pousser en direction de la tubulure (3, 4) d'amenée de fluide. 2. Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (26) du piston (19), destinée à prendre appui contre la tubulure (3, 4) d'amenée de fluide présente une forme convexe, de telle sorte que la ligne ou la surface de contact du piston (19), avec la tubulure (3, 4) soit située à l'intérieur de la ligne correspondant à la surface extérieure (20) de la gorge. 3. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone de plus grand diamètre du piston (19) comporte une rainure ou un évidemment annulaire (23) dans lequel est engagé un joint torique (22) prenant appui contre la paroi extérieure (20) de la gorge annulaire (18) servant au logement du piston (19). 4. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un jeu (24) est prévu entre la zone de plus petit diamètre du piston (19) et la paroi en regard de la gorge annulaire (18) pour permettre le passage de fluide de la tubulure d'amenée de fluide (3, 4) vers le fond de la gorge annulaire (18). 5. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le piston (19) comporte au moins un canal axial (32) le traversant pour permettre le passage de fluide de la tubulure d'amenée de fluide (3, 4) vers le fond (25) de la gorge annulaire (18). 6. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens élastiques agissant sur le piston (19) sont constitués par une rondelle élastique (29) ou plusieurs rondelles élastiques superposées prenant appui, d'une part, contre le fond de la gorge annulaire (18) et, d'autre part, contre la face en regard du piston (19). 7. Robinet selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fond de la gorge annulaire (18), d'orientation perpendiculaire à l'axe du piston (19), comprend un épaulement (27) à proximité de l'un de ses bords, tandis que la paroi en regard du piston (19) présente un épaulement (28) situé en regard de l'autre bord de la gorge (18). 8. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tournant (9) comporte un évidement qui, entourant chaque extrémité d'un passage radial (10) de fluide, sert au logement d'un joint (30) prenant appui contre le boisseau et formant racleur. 9. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une chemise (6) est interposée entre le tournant (9) et le boisseau (5) avec immobilisation et étanchéité vis-à-vis de ce dernier. 10. Robinet selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le boîtier ou le corps (2) du robinet est solidaire des tubulures (3, 4) d'amenée et d'évacuation de fluide.