Brevet FR2812061A1 — publié le 20020125

La présente invention concerne un robinet d'arrêt de fluide, dit "d'isolement". Un robinet "d'isolement" a pour fonction principale de permettre d'isoler une portion de conduite dans laquelle se trouve un fluide sous pression. Un tel robinet est également utilisé, notamment pendant une phase de démarrage d'une installation, ou sur une ligne de purge, pour réaliser un "laminage" ou "calibrage" du débit de fluide, c'est-à-dire un contrôle précis de ce débit. Ce contrôle de débit est nécessaire en particulier lorsqu'il s'agit, au cours du démarrage d'une installation, d'alimenter cette installation en fluide chaud. Il est alors nécessaire de libérer très progressivement l'écoulement du fluide afin que l'installation puisse monter en température progressivement. Le "laminage" ou "calibrage" est obtenu en ouvrant très progressivement et partiellement le robinet afin de créer une perte de charge entre la conduite amont et la conduite aval. Cette ouverture progressive et partielle a toutefois pour inconvénient de provoquer une usure importante des surfaces d'étanchéité respectives de l'organe obturateur et du siège que comprend le robinet. En effet, l'écartement de l'organe obturateur par rapport au siège puis le maintien de celui-ci à faible distance de ce siège provoque un écoulement du fluide à grande vitesse, et donc une abrasion correspondante desdites surfaces d'étanchéité. Il en résulte une perte d'étanchéité du robinet, qui oblige à des interventions relativement fréquentes. En outre, I'écoulement du fluide à grande vitesse génère des phénomènes de "flashing" (vaporisation) et de cavitation, qui conduisent également à une altération de l'étanchéité du robinet lorsque celui-ci est fermé. Il existe en particulier un robinet comprenant: - un corps, dans lequel sont aménagés un conduit amont, une chambre intermédiaire et un conduit aval, - une pièce tubulaire, dite ci-après "cage", engagée de manière amovible dans cette chambre intermédiaire, qui délimite un siège et qui est en communication avec le conduit amont d'un côté de ce siège et avec le conduit aval de l'autre côté de ce siège, et - un organe obturateur engagé dans la cage et déplaçable à l'intérieur de celle-ci, cet organe obturateur pouvant être déplacé entre une position d'appui contre le siège, dans laquelle l'écoulement du fluide est arrêté, et une position d'éloignement de ce siège, dans laquelle cet écoulement est autorisé. L'amovibilité de la cage permet un remplacement périodique de cette cage lorsque les surfaces d'étanchéité de l'organe obturateur et/ou du siège sont usées par l'écoulement du fluide, ce qui facilite par conséquent l'entretien du robinet. Toutefois, cette usure reste importante, ce qui oblige à des opérations d'entretien relativement rapprochées. De plus, dans ce robinet, I'étanchéité de la tige d'actionnement de I'organe obturateur par rapport au corps est réalisée au moyen d'un presse- étoupe dont les garnitures sont serrées entre l'extrémité supérieure de la cage et l'extrémité inférieure d'une pièce d'appui. Un joint d'étanchéité placé entre la cage et le corps est serré entre cette cage et ce corps suite au serrage desdites garnitures. Il en résulte que ce robinet a pour inconvénient d'obliger à des opérations de démontage relativement importantes pour permettre l'interchangement de la cage, incluant en particulier une opération de démontage du presse-étoupe. L'obtention d'une étanchéité entre la cage et le corps oblige également à opérer un serrage important des garnitures du presse-étoupe pour serrer ledit joint, ce qui n'est pas sans incidences sur la facilité de manoeuvre de la tige et sur l'étanchéité obtenue au moyen de ce joint. La présente invention a pour objectif principal de fournir un robinet d'arrêt utilisable comme robinet d'isolement et de "laminage" ou "calibrage" du débit de fluide, qui permette de réduire très notablement l'usure du siège et/ou de l'organe obturateur que comprend ce robinet. L'invention a également pour objectif de fournir un robinet d'arrêt ayant une conception telle que son entretien soit grandement facilité, et présentant également des caractéristiques fonctionnelles, notamment d'étanchéité, améliorées. Ce robinet est du type comprenant un corps, une cage amovible et un organe obturateur tels que précités. Selon l'invention, I'organe obturateur et la cage sont conformés de manière à délimiter entre eux un interstice d'écoulement du fluide, situé à distance du siège, formant une zone de "laminage" ou "calibrage" du débit de fluide. Le débit de fluide est ainsi laminé ou calibré non pas par les surfaces d'étanchéité respectives de l'organe obturateur et du siège mais par des surfaces prévues spécifiquement pour cette fonction, à distance de ce siège. Le fluide et donc déjà laminé ou calibré lorsqu'il s'écoule entre lesdites surfaces d'étanchéité, ce qui réduit grandement l'usure de ces surfaces. Avantageusement, I'organe obturateur comprend au moins une gorge aménagée en aval dudit interstice d'écoulement. Cette gorge contribue à casser l'énergie du fluide avant que celui-ci atteigne lesdites surfaces d'étanchéité, sans perturber notablement le laminage ou calibrage du fluide. De préférence, I'organe obturateur comprend plusieurs gorges consécutives, notamment trois. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le ou lesdits orifices permettant le passage du fluide depuis le conduit amont vers intérieur de la cage sont aménagés à distance de l'orifice par lequel ce conduit amont débouche dans la chambre intermédiaire, et présente(nt) une section relativement réduite. Il est ainsi créé un labyrinthe qui contribue à casser l'énergie du fluide en amont dudit interstice d'écoulement. La cage présente avantageusement au moins deux desdits orifices de passage du fluide, diamétralement opposés, et la chambre intermédiaire présente alors un élargissement circulaire s'étendant entre ledit orifice par lequel ce conduit amont débouche dans la chambre intermédiaire et ces orifices. Ces dispositions contribuent à conférer audit labyrinthe un aspect tortueux, afin de renforcer l'effet de casse de l'énergie du fluide. Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, - le corps est conformé de telle sorte qu'il s'interrompt sensiblement au niveau de l'extrémité axiale de la cage éloignée du siège; - le robinet comprend un chapeau pouvant être monté de manière amovible sur le corps; - le robinet comprend au moins un joint placé entre le corps et la cage et/ou au moins un joint placé entre le corps et le chapeau, et - le chapeau est conformé de manière à, lorsqu'il est monté sur le corps, appuyer sur la cage afin de serrer le ou les joints placés entre cette cage et le corps, et/ou serrer le ou les joints placés entre lui et le corps. Le robinet comprend ainsi un corps et un chapeau qui se montent l'un sur l'autre et dont les limites respectives supérieure et inférieure se trouvent sensiblement au niveau de la partie supérieure de la cage. Le démontage du chapeau permet dès lors d'accéder directement à la cage. La hauteur du corps est réduite et se trouve donc optimisée pour permettre un accès facilité aux différents organes du robinet. Les opérations de maintenance en sont facilitées d'autant. Il n'est pas nécessaire, avec le robinet selon l'invention, de démonter le presse-étoupe qui assure l'étanchéité de la tige d'actionnement de I'organe obturateur. De plus, le serrage des joints d'étanchéité ne dépend pas du serrage des garnitures du presse-étoupe mais uniquement du serrage du chapeau. Le serrage des garnitures du presse-étoupe est réalisé pour la seule obtention de l'étanchéité recherchée entre la tige et le corps; il en résulte que, par rapport au robinet existant, les frottements des garnitures sur la tige sont limités, ce qui permet une meilleure longévité du presse-étoupe ainsi qu'un couple plus faible de manoeuvre de la tige. Ce serrage peut être contrôlé de manière optimale par la conformation du corps et du chapeau. La compression des joints est assurée par une boulonnerie parfaitement dimensionnée et prévue à cet effet puisqu'il s'agit de la boulonnerie assurant le montage du chapeau sur le corps. Le robinet selon l'invention permet également l'aménagement sur le chapeau d'un contre-siège, dit "back-seat", c'est-à-dire la zone de butée déterminant la fin de course d'ouverture de l'organe obturateur, recevant un dépôt ou une recharge en matériau inoxydable ou en matériau à dureté élevée. Ce robinet permet en outre l'aménagement d'une butée arrière sur l'organe obturateur ou sur la tige d'actionnement de cet organe obturateur, permettant de limiter ladite course d'ouverture de l'organe obturateur. De préférence, le robinet comprend deux joints en graphite expansé, placés entre le corps et la cage. Ces deux joints, dont le serrage est optimisé par le chapeau comme indiqué précédemment, permettent non seulement l'obtention d'une parfaite étanchéité mais également une très grande restitution élastique au niveau de la cage. Chaque joint a avantageusement une section transversale carrée, pour permettre un serrage homogène. De préférence, la cage comprend des moyens permettant de faciliter son extraction hors du corps, ce qui facilite encore son interchangement. Ces moyens peuvent notamment être constitués par des trous taraudés aménagés dans la cage au niveau de la zone de celle-ci destinée à être placée sous le chapeau. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, - le corps comprend une cavité cylindrique coaxiale à la chambre intermédiaire, pour la réception d'un joint, et - le chapeau présente deux bossages cylindriques, dont celui de plus grand diamètre est dimensionné pour pouvoir être engagé dans la cavité cylindrique précitée du corps, afin de permettre le serrage du joint placé dans cette cavité entre lui et le corps, et dont le bossage de plus faible diamètre est dimensionné pour pouvoir être engagé dans ladite chambre intermédiaire et venir en appui contre l'extrémité supérieure de la cage. Ce double emboîtement améliore encore l'étanchéité du robinet. Pour sa bonne compréhension, I'invention est à nouveau décrite ci-dessous en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférée du robinet qu'elle concerne. La figure unique en est une vue en coupe axiale. Cette figure représente un robinet dit d'isolement 1, comprenant un corps 2, un chapeau 3, une pièce tubulaire 4, dite ci-après "cage", un double joint 5 placé entre la cage 4 et le corps 2, un organe obturateur 6, un ensemble d'actionnement 7 de cet organe obturateur 6, incluant une tige 8, et un ensemble d'étanchéité 9 à presse-étoupe. Le corps 2 comprend un conduit amont 10, une chambre intermédiaire 11 sensiblement cylindrique, destinée à recevoir ladite cage 4, et un conduit aval 12. Il peut comprendre, au niveau des embouchures des conduits 10, 12, tout type de raccords, notamment des raccords à brides ou des raccords dits "BW" ou "SW". La chambre intermédiaire 11 présente un élargissement circulaire 14 s'étendant entre l'orifice par lequel le conduit amont 10 débouche dans la chambre intermédiaire 11 et des orifices latéraux 30, décrits plus loin, que comprend la cage 4. Le corps 2 comprend également une surface supérieure sensiblement plane 15, située plus ou moins au niveau de l'extrémité supérieure de la cage 4 lorsque cette cage 4 est engagée dans la chambre 11. Dans l'exemple représenté, cette face 15 se situe légèrement au-dessus de l'extrémité supérieure de la cage 4 et le corps 2 comprend une cavité cylindrique coaxiale à la chambre 11, pour la réception d'un joint 17 en graphite expansé. Le corps 2 comprend également trois trous taraudés débouchant dans la face 15, pour recevoir des goujons 20 de montage du chapeau 3. Ce chapeau 3 présente une face inférieure plane, par laquelle il vient directement reposer, avec contact métal/métal, contre le corps 2. Il présente également deux bossages cylindriques 22, 23, coaxiaux à l'alésage qu'il comprend pour le passage de la tige 7 d'actionnement de l'organe obturateur 6. Le bossage 22 de plus grand diamètre est dimensionné pour pouvoir être engagé dans la cavité cylindrique précitée du corps 2, afin de permettre le serrage du joint 17 entre lui et le corps 2, tandis que le bossage 23 de plus faible diamètre est dimensionné pour pouvoir être engagé dans la chambre 11 et venir en appui contre l'extrémité supérieure de la cage 4. Ce bossage 23 forme un contre-siège, couramment dénommé "back-seat", recevant un dépôt en matériau dur ou un rechargement en matériau inoxydable. À sa partie supérieure, le chapeau 3 comprend un alésage coaxial à celui traversé par la tige, pour recevoir des garnitures d'étanchéité 25 en graphite, des garnitures anti-extrusion et une extension d'une pièce 27 d'appui de ces garnitures 25. La cage 4 est dimensionnée de manière à pouvoir être engagée amoviblement mais sans jeu radial dans la chambre 11. Elle comprend deux orifices latéraux 30 diamétralement opposés, de section relativement réduite, permettant la communication avec le conduit 10 de l'espace qu'elle délimite. Ces orifices sont aménagés à distance de l'orifice par lequel ce conduit amont 10 débouche dans la chambre 11. À son extrémité inférieure, la cage 4 forme un siège 31 propre à coopérer avec l'organe obturateur 6 et comprend un épaulement de serrage du joint 5. À son extrémité supérieure, elle comprend plusieurs trous taraudés 31 aménagés dans son épaisseur, qui débouchent dans sa face d'extrémité. Ces trous 31 permettent, lorsque le chapeau 3 est démonté, de recevoir un outil facilitant l'extraction de la cage 4 hors du corps 2. Le joint 5 est formé par deux joints superposés en graphite expansé, ayant chacun une section transversale carrée. L'organe obturateur 6 présente une portée 32 conformée de manière à venir à proximité immédiate de la paroi de la cage 4, de sorte qu'elle délimite avec cette paroi un interstice 33 d'écoulement du fluide, situé à distance du siège 31. Cet interstice 33 forme une zone de "laminage" ou "calibrage" du débit de fluide. L'organe obturateur 6 présente également trois gorges 34 aménagées en aval de l'interstice 33, qui a pour effet de casser l'énergie du fluide avant que celui-ci atteigne les surfaces d'étanchéité de l'organe obturateur 6 et du siège 31, sans perturber notablement le laminage ou calibrage du fluide. Le conduit 10, l'élargissement 14 et les orifices 30 créent un labyrinthe qui contribue à casser l'énergie du fluide en amont de l'interstice 33. L'ensemble d'actionnement 7 comprend, outre la tige 8, un volant et une douille 36 de manoeuvre, une pièce-support 37 ainsi qu'une paire de tiges 38, 39. La tige 8 est liée en rotation à la tige 39 et est filetée à sa partie supérieure. La douille 36 comprend une bride inférieure recevant une contre- plaque 41 et est assemblée au volant 35 au moyen d'un écrou auto-freiné 42, cette douille 36 et ce volant 35 enserrant la pièce-support 37. La douille 36 et le volant 35 sont montés sur des butées à aiguilles permettant un couple de manoeuvre optimisé. L'ensemble forme un système élastique à fermeture progressive, permettant une compensation des dilatations différentielles et de reprendre les effets inertiels de moteurs éventuellement utilisés pour l'actionnement de la tige 8. En effet, s'agissant de cet actionnement, bien qu'un volant 35 ait été représenté sur le dessin, il va de soi que tout autre type de commande peut être utilisé, notamment une commande motorisée, une commande à distance, ou un système à manoeuvre rapide. La pièce-support 37 présente un canal 45 de graissage de la douille 36. Elle comporte également la tige 38. Celle-ci est graduée et reçoit à coulissement la tige 39, engagée sur elle. Ces tiges 38, 39 forment un ensemble de guidage et de calage en rotation de la tige 8, cet ensemble faisant en outre office d'indicateur de position et, le cas échéant, de came pour un contact de fin de course. L'ensemble 9 comprend, outre les garnitures 25 et la pièce d'appui 27 précitées, un goujon 50 vissé sur le chapeau 3, recevant un presse-étoupe 51. Ce presse-étoupe 51 est monté sur des rondelles élastiques, permettant ainsi un serrage constant et un contrôle visuel de ce serrage, ce dernier étant réalisé au moyen d'un écrou-frein 52. Il apparaît de ce qui précède que l'invention fournit un robinet utilisable comme robinet d'isolement et de "laminage" ou "calibrage" du débit de fluide, présentant de nombreux avantages, indiqués plus haut, en particulier ceux de réduire très notablement l'usure du siège et/ou de l'organe obturateur, d'avoir une conception telle que l'entretien est grandement facilité, et de présenter des caractéristiques fonctionnelles, notamment d'étanchéité, ameliorées. REVENDICATIONS 1 - Robinet d'arrêt de fluide, dit "d'isolement", comprenant: - un corps (2), dans lequel sont aménagés un conduit amont (10), une chambre intermédiaire (11) et un conduit aval (12), - une pièce tubulaire (4), dite ci-après "cage", engagée de manière amovible dans cette chambre intermédiaire (11), qui délimite un siège (31) et qui est en communication avec le conduit amont (10) d'un côté de ce siège (31) et avec le conduit aval (12) de l'autre côté de ce siège (31), et - un organe obturateur (6) engagé dans la cage (4) et déplaçable à l'intérieur de celle-ci, cet organe obturateur (6) pouvant être déplacé entre une position d'appui contre le siège (31), dans laquelle l'écoulement du fluide est arrêté, et une position d'éloignement de ce siège (31), dans laquelle cet écoulement est autorisé; robinet (1) caractérisé en ce que l'organe obturateur (6) et la cage (4) sont conformés de manière à délimiter entre eux un interstice (33) d'écoulement du fluide, situé à distance du siège (31), formant une zone de "laminage" ou "calibrage" du débit de fluide. 2 - Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe obturateur (6) comprend au moins une gorge (34) aménagée en aval dudit interstice d'écoulement (33). 3 - Robinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe obturateur (6) comprend plusieurs gorges (34) consécutives, notamment trois. 4 - Robinet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ou les orifices (30) permettant le passage du fluide depuis le conduit amont (10) vers intérieur de la cage (4) sont aménagés à distance de l'orifice par lequel ce conduit amont (10) débouche dans la chambre intermédiaire (11), et présente(nt) une section relativement réduite. - Robinet selon la revendication 4, caractérisé en ce que bla cage (4) présente au moins deux desdits orifices (30) de passage du fluide, diamétralement opposés, et en ce que la chambre intermédiaire (11) présente un élargissement circulaire (14) s'étendant entre ledit orifice par lequel le conduit amont (10) débouche dans la chambre intermédiaire (11) et ces orifices (30). 6 - Robinet selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que: - le corps (2) est conformé de telle sorte qu'il s'interrompt sensiblement au niveau de l'extrémité axiale de la cage (4) éloignée du siège (31); - le dispositif (1) comprend un chapeau (3) pouvant être monté de manière amovible sur le corps (2); - le dispositif (1) comprend au moins un joint (5) placé entre le corps (2) et la cage (4) et/ou au moins un joint (17) placé entre le corps (2) et le chapeau (3), et - le chapeau (3) est conformé de manière à, lorsqu'il est monté sur le corps (2), appuyer sur la cage (4) afin de serrer le ou les joints (5) placés entre cette cage (4) et le corps (2), et/ou serrer le ou les joints (17) placés entre lui et le corps (2). 7 - Robinet selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux joints (5) en graphite expansé, placés entre le corps (2) et la cage (4). 8 - Robinet selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque joint (5) a une section transversale carrée. 9 - Robinet selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la cage (4) comprend des moyens (31) permettant de faciliter son extraction hors du corps (2). - Robinet selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens permettant de faciliter l'extraction de la cage (4) hors du corps (2) sont constitués par des trous taraudés (31) aménagés dans la cage (4) au niveau de la zone de celle-ci destinée à être placée sous le chapeau (3).