Brevet FR2865013A1 — publié le 20050715

Domaine de l'invention La présente invention concerne un robinet installé dans une canalisation comportant un by-pass permettant de relier la partie amont à la partie aval de la canalisation et un obturateur commandé de l'extérieur, l'obturateur porté par deux tourillons dont l'un est traversé par un axe relié à la commande extérieure, séparant un premier côté d'un second côté (côté amont/côté aval) par pivotement dans le corps du robinet. Un tel robinet avec un contournement est utilisé comme robinet ou vanne principale fonctionnant selon le mode tout ou rien , Io c'est-à-dire ouvert ou fermé complètement ou encore en régulation. Les dérivations de robinet ont pour principales fonctions: - en secours, de contrôler manuellement un fluide qui était régulé par le robinet de régulation momentanément isolé à la suite d'une défaillance ou d'une opération de maintenance, - pour l'équilibrage des pressions amont et aval du robinet pour per- mettre la manoeuvre de ce robinet; en équilibrant les pressions, on évite d'avoir à surdimensionner les organes de manoeuvre y compris actionneurs, - pour le remplissage avec un débit plus faible que celui du robinet prin- cipal, de la canalisation aux conduites aval pour éviter les coups de bélier; on évite ainsi le laminage avec le robinet principal et l'usure prématuré de celui-ci. Etat de la technique On connaît déjà des robinets à by-pass du type défini ci-25 dessus. Un exemple d'un tel robinet est représenté à la figure 1. La figure 1 est une vue schématique partielle d'un robinet muni d'un bypass externe. Ce robinet est installé entre une conduite amont CAM et une conduite aval CAV pour commander le passage d'un fluide ou le bloquer. Le robinet se compose d'un corps 1 avec une obturation 2, ces pièces n'étant qu'esquissées. Le corps 1 est équipé d'un piquage amont PAM et d'un piquage PAV respectivement en amont et en aval de l'obturateur 2. Ces piquages sont reliés à un circuit de dérivation D comprenant un robinet de maintenance RM et un robinet de by- pass RBP. Le robinet de by-pass est commandé par un actionneur, par exemple un actionneur hydraulique AH. Cette solution connue présente un certain nombre d'inconvénients car outre l'installation d'une conduite supplémentaire ex- térieure aux conduites CAM, CAV et au robinet 1, il y a des risques de fuite, une fragilité aux vibrations, l'encombrement et le coût de l'installation. Le risque de fuite constitue en plus un risque de sécurité en 5 cas de rupture de cette installation externe. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un robinet avec by-pass permettant de remédier aux principaux inconvénients des robinets connus en simplifiant sa construction et en la sécurisant pour les divers aspects concernés par la sécurité. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un robinet du type défini ci-dessus caractérisé en ce que l'obturateur a un passage, faisant communiquer les deux côtés CAM, CAV, et muni d'une soupape comprenant un corps muni d'une ouverture, et recevant un piston commandé entre une position de fermeture et une position d'ouverture, par une liaison de commande traversant l'axe de l'obturateur, le corps étant muni d'une surface formant siège de soupape contre laquelle s'appuie le piston en position de fermeture. Ce robinet permet d'éviter les inconvénients des robinets à by-pass extérieur en simplifiant la structure et en la sécurisant. L'invention évite des conduites extérieures supplémentaires, et le robinet de maintenance de by-pass réduisant ainsi l'encombrement du robinet au seul encombrement du robinet principal (selon la termi- nologie traditionnelle). Les risques de fuite sont éliminés car celles-ci restent à l'intérieur du robinet et entre la canalisation amont et la canalisation aval. Cela évite également le risque de rupture avec fuite à l'extérieur puisque, en cas de rupture ou de défaillance, les fuites restent 30 à l'intérieur des canalisations. Les vibrations créées par les phénomènes de résonance sont également réduites voire diminuées, par cette intégration et amortisse-ment direct des vibrations dans la masse du corps du robinet. La sécurité est également améliorée car, en cas de fluide 35 dangereux comme de la vapeur, la dérivation étant à l'intérieur de la canalisation, la vapeur y reste confinée. Enfin, le robinet selon l'invention est d'une conception et d'une réalisation particulièrement simples ce qui réduit de manière très sensible sur le coût de fabrication et d'installation. Le robinet selon l'invention permet une réalisation soit avec 5 un piston en forme de plaque coulissante soit avec un piston mobile dans un cylindre. Selon une première caractéristique applicable à un robinet à papillon, l'obturateur est un papillon recevant dans son passage étagé un corps en Ruine de plaque muni d'un orifice formant le passage, la face arrière de la plaque comportant un double rail et le piston est une plaque coulissant dans le double rail entre une position d'obturation du passage et une position de communication. Suivant une autre caractéristique, un actionneur en forme de tige coulissant dans l'axe de commande de l'obturateur relié au piston 15 et arrivant à l'extérieur du robinet. Cette transmission mécanique pour commander le mouvement du piston est intéressante dans les cas où, pour des raisons par exemple de température ou de simplification, il est intéressant d'avoir une transmission purement mécanique. De plus cette liaison mécanique de l'obturateur interne permet tout type d'organe de commande: manuel, hydraulique, électrique. Suivant une autre caractéristique avantageuse, pour la seconde version du robinet, l'obturateur de forme sphérique a un passage formé par un perçage étagé recevant la soupape comprenant un corps avec un épaulement logé dans le perçage de l'obturateur et formant un cylindre muni du piston qui délimite avec le corps, une chambre annulaire de commande d'ouverture du piston par ailleurs soumis à la pression du fluide côté amont et agissant dans le sens de fermeture du piston, une alimentation en fluide de commande reliant la chambre de commande du piston à l'extérieur du robinet par une liaison traversant l'axe de commande de l'obturateur, un diffuseur fixé au corps muni d'une surface formant siège de soupape contre laquelle s'appuie le piston en position d'obturation, traversé par un passage en aval du siège et débouchant du côté aval CAV. Cette caractéristique est applicable au robinet à tournant sphérique. Elle a l'avantage que le by-pass interne à clapet autoclave se ferme naturellement. De manière intéressante, le piston est formé d'une couronne annulaire et d'un manchon cylindrique, la couronne annulaire délimitant d'un côté la chambre de commande et de l'autre la chambre de pression exposée au fluide amont, le manchon prolongeant la couronne annulaire et formant une surface d'étanchéité coopérant avec la surface formant siège du diffuseur, le piston étant guidé dans l'alésage étagé par sa cou- ic) ronne et son manchon. Ces caractéristiques permettent de donner une conception compacte de la soupape. Le clapet assure une double fonction: celle d'un obturateur et celle d'un piston de commande. De plus la conception du by-pass interne offre un niveau de fiabilité encore supérieur à celui du robinet principal. Suivant une autre caractéristique, le diffuseur faune avec le corps de la soupape, une chambre annulaire en aval de la surface formant siège, cette chambre étant reliée au passage. Selon l'invention cette pièce sollicitée par le passage du fluide à. deux niveaux est construite dans un matériau très résistant. Suivant une autre caractéristique, le diffuseur comporte plusieurs passages dont les axes se couplent en aval du diffuseur, ces passages étant reliés à la chambre annulaire. Cette réalisation offre de multiples avantages car le diffuseur permet de limiter la cavitation, de détruire l'énergie des jets en les projetant les uns contre les autres, de stabiliser l'écoulement vers l'aval, et de protéger la turbine lors du remplissage de la bâche. Suivant une autre caractéristique, le piston comporte une bague cylindrique séparant la chambre de pression et le passage central communiquant avec le côté amont CAM, cette bague étant munie de per- çages de section réduite pour filtrer le fluide arrivant dans la chambre de pression. Cette bague permet d'éviter l'intrusion de petits débris derrière le piston de la soupape. Suivant une autre caractéristique, des ressorts de rappel appuyés contre le fond du perçage traversant l'obturateur et contre le fond du piston pour le pousser contre le siège. Ces ressorts renforcent la fermeture naturelle de la soupape et permettent son fonctionnement lors des essais en usine et sur site sans pression dans le robinet. Suivant une autre caractéristique, une conduite de fluide de commande traverse le corps de l'obturateur et son axe. Cette conduite permet une alimentation simple en fluide moteur de la soupape. Suivant une variante la ou les conduits d'alimentation en fluide moteur de la sou- pape sont forées dans la masse de la sphère. Cette solution est encore plus fiable et simplifie la liaison avec la soupape. De plus cette solution permet de supprimer la conduite de purge d'air en orientant les trous d'alimentation. Suivant une autre caractéristique, une rainure réalisée dans le passage de fluide de l'obturateur pour rejoindre l'axe et recevoir la conduite de fluide de commande. Cela permet de protéger les conduites d'alimentation en fluide moteur de la soupape. Suivant une autre caractéristique, la conduite de fluide de commande est reliée à une conduite de purge. Ce qui permet l'élimination de l'air quand on utilise des conduits pour l'alimentation en fluide moteur de la soupape. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de différents modes de réalisation représentés dans les 20 dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un robinet connu équipé d'une dérivation externe, - la figure 2 est un schéma de l'invention, - la figure 3 montre en perspective un papillon de robinet selon 25 l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe du papillon de la figure 3 au niveau de la soupape, - la figure 5 est une vue en perspective d'une sphère de robinet selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue en coupe de la sphère de la figure 5, - la figure 7 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie de la sphère de la figure 6, au niveau de la soupape en position fermée, la fi- gure 8 est une coupe correspondant à la figure 7, la soupape étant ou- verte, - la figure 9 est une vue correspondant à la coupe de la figure 7 mais suivant une orientation différente du plan de coupe, la soupape étant fermée, - la figure 10 est une vue de face du diffuseur du mode de réalisation de la soupape selon la figure 7. - la figure 11 est une vue en coupe partielle d'une variante de réalisation d'un robinet à sphère selon l'invention. s Description de modes de réalisation Selon la figure 2, l'invention concerne un robinet 1 muni d'un obturateur 2 en forme de sphère ou de clapet, porté par un axe 3, l'obturateur 2 étant monté dans des paliers 4, 5 du corps 1. L'axe 3 est relié à un actionneur extérieur 6 par exemple un actionneur hydraulique lo ou électrique. L'obturateur 2 ouvre ou ferme la communication entre une conduite amont CAM et une conduite aval CAV. Cet obturateur 2 est muni d'un passage 7 entre le côté amont CAM et le côté aval CAV. Ce passage est équipé d'une soupape 8 reliée par une liaison de commande 9 à un moyen de commande 10 à l'extérieur du robinet 1. La soupape 8 est commandée entre une position de fermeture et une position d'ouverture du passage. Cette soupape 8 permet d'équilibrer la pression du fluide du côté amont CAM et du côté aval CAV dans les conditions de fonctionne-20 ment déjà décrites et qui ne seront plus rappelées ici. Les figures 3, 4 montrent un premier mode de réalisation de ce robinet et les figures 5 à 10 un second mode de réalisation. La figure 3 se limite à la vue en perspective du papillon 100 composé du plateau 101 porté par un axe 102 dont les deux extrémités sont montées pivotantes dans le corps non représenté du robinet. L'extrémité d'axe 102 assurant la commande du papillon est traversée par une liaison de commande en forme de tige 103, reliée au piston de la sou-pape de dérivation comme cela sera précisé ci-après. Près du milieu du robinet, le plateau 101 comporte un pas- sage étagé, tourné vers l'aval, et recevant la soupape de dérivation ayant un corps en forme de plaque oblongue 106. Cette plaque 106 est munie d'un orifice 107 débouchant des deux côtés du papillon pour former le passage de dérivation du fluide entre le côté amont CAM et le côté aval CAV du robinet ou clapet en position fermée. La plaque 106 porte sur son côté arrière un double rail recevant un piston en forme de plaque coulissante, mobile entre une position d'obturation du passage 107 et une position de communication. La commande du piston est assurée par la tige 103 coulissant dans l'axe de commande 102 de l'obturateur et arri- vant à l'extérieur du robinet pour être actionnée par un moyen mécanique ou hydraulique non représenté. La vue en coupe partielle de la figure 4 permet de voir le détail du papillon obturateur 100 et de la soupape 105. L'obturateur 100 présente un passage étagé 104 au niveau de l'emplacement de la dérivation. Ce passage étagé 104 reçoit le corps 106 de la soupape en forme de plaque. Du côté amont, la plaque comporte un double rail 108 recevant le piston 109 en forme de plaque. Ce piston est relié par un axe 110 à l'extrémité de la tige de commande 103 traversant d'abord la partie arrière 111 du papillon puis l'extrémité 102 de l'axe pour sortir du corps du robinet et être relié à un actionneur mécanique, hydraulique ou pneumatique. Le second mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après à l'aide des figures 5 à 10. Selon les figures 5 et 6, le robinet comporte un obturateur sphérique 200 délimitant un passage central 201 à travers lequel passe le fluide du côté amont vers le côté aval lorsque l'obturateur est ouvert dans le corps du robinet. Cet obturateur sphérique 200 monté pivotant autour de l'axe ZZ dans le corps du robinet est commandé par un actionneur relié à son axe sortant du corps du robinet. L'obturateur sphérique 200 comporte sur son côté aveugle un passage formé par un perçage étagé 202 recevant la soupape de dérivation 203. Le perçage étagé 202 est ouvert vers le côté aval lorsque l'obturateur sphérique 200 est en position de feuneture. La soupape de dérivation est représentée de manière plus détaillée aux figures 7 et 8, en position de fermeture, et en position d'ouverture. La soupape 203 se compose d'un corps 204 avec un épaule-ment 205 placé dans le perçage étagé 202. Ce corps 204 forme un cylindre 206 recevant un piston 207 composé d'une couronne annulaire 208 prolongée d'un côté par un manchon 209 assurant l'étanchéité et de l'autre par une bague cylindrique 210 percée de petits trous. Le corps 204 est appliqué contre le fond du perçage étagé avec interposition sur le côté, d'un joint d'étanchéité 230. Le corps 204 est fixé à l'obturateur sphérique 200 par des points de vissage 211 apparaissant par exemple dans la vue de face à la figure 10. Le corps 204 a une forme complémentaire de celle du piston 207 avec, en partie extérieure, une couronne annulaire 212 servant au guidage du manchon 209 du piston dont la couronne annulaire 208 est guidée dans la partie en forme de manchon 206 du corps. Le piston 207 forme avec la couronne annulaire 208 une chambre de commande 212 reliée par un conduit 213 traversant le corps à une conduite de fluide de commande 214 constituant la liaison de commande. De l'autre côté de la chambre de commande, la couronne annulaire 208 du piston délimite une chambre de pression communiquant avec l'amont du robinet. Cette chambre loge des ressorts de rappel 215. La pression amont et les ressorts de rappel 215 poussent le piston 207 dans sa position de fermeture. Le fluide mis à la pression amont arrive dans cette chambre de pression à travers le passage central 216 qui subsiste dans l'obturateur 200 et dans le piston 207. Ce passage central 216 permet la communication du fluide d'équilibrage dans les conditions vues ci-après. La soupape 203 comporte également un diffuseur 217 fermant le passage 202 de l'obturateur du côté aval. Ce diffuseur en forme de plaque constitue le siège de soupape 218 contre lequel s'appuie le bord 219 du piston 207 dans la position représentée à la figure 7. En aval de cette surface 218 formant siège de soupape, le diffuseur 217 est muni d'une cavité annulaire 220 délimitée par la surface annulaire du corps 204. Dans cette cavité annulaire 220, débouchent des orifices traversants 221 d'axe incliné 222 par rapport à l'axe XX de la soupape 203. Les axes 222 des différents orifices 221 sont répartis sur une surface conique dont le sommet est en aval du diffuseur. Lorsque la soupape 203 est ouverte, les jets de fluide sortant de ces orifices se rencontrent sur l'axe et neutralisent une grande partie de leur énergie cinétique. La liaison de commande du piston 207 est assurée par la conduite 214 installée dans une gorge 223 du corps de l'obturateur 200; elle rejoint l'axe de l'obturateur 200 et sort du robinet vers une source de fluide de commande. Le circuit de fluide est également muni d'un purgeur constitué par un tube 224 relié à la chambre de commande. Cette liaison est réalisée comme celle de la conduite du liquide hydraulique, dans une disposition qui, à la figure 7, est symétrique de celle du circuit hydraulique 213, 214. Cette liaison permet de purger le circuit après le premier remplissage en laissant s'échapper l'air. Une fois la purge terminée, la conduite de purge 224 ne contient que du liquide hydraulique et cette conduite n'est plus utilisée aussi longtemps que le système n'est pas ouvert. L'échange de fluide de commande se fait alors uniquement par la conduite 214. La figure 8 montre la position d'ouverture du piston, le pas-sage du fluide du côté amont vers le côté aval étant représenté par des flèches. La figure 9 est une coupe analogue à celle de la figure 7 mais suivant un plan de coupe d'orientation différente. Le plan de coupe passe par les orifices 221 du diffuseur 217 faisant communiquer la chambre annulaire 220 du diffuseur avec le côté aval CAV. La figure 10 est une vue de face du diffuseur montrant la sortie des orifices 221 du diffuseur 217 et sa fixation au corps de la sou-pape et de l'obturateur. Selon la figure 11, la variante de réalisation du robinet à sphère selon l'invention se compose d'un corps de robinet 300 logeant un obturateur sphérique 301 muni d'un passage avec un perçage étagé 302 recevant un corps annulaire 304 qui entoure un piston 303. Le piston 303 comporte un manchon 305 comme dans le mode de réalisation des figures 7 à 10. Le piston 303 forme avec le corps annulaire 304 une chambre de commande 306 reliée par un conduit 307 traversant le corps 304 pour communiquer avec des conduites en forme de perçages 308, 309 reliées à la conduite 310 du corps de la sphère 301. Les conduites 308, 309 sont réalisées sous la forme de perçages qui se croisent et dont une extrémité est munie d'un bouchon 31 la, 311b. La conduite 310 est reliée au perçage 313 traversant l'axe de commande 312. Les autres parties de cette réalisation sont identiques à celles de la réalisation précédente et leur description ne sera pas détaillée. 2865013 10 REVENDICATIONS 1 ) Robinet installé dans une canalisation comportant un by-pass permettant de relier la partie amont à la partie aval de la canalisation et un obturateur commandé de l'extérieur, l'obturateur porté par deux tourillons dont l'un est traversé par un axe relié à la commande extérieure, séparant un premier côté d'un second côté (côté amont/côté aval) par pivotement dans le corps du robinet, caractérisé en ce que l'obturateur (2, 100, 200, 300) a un passage (7) faisant communiquer les deux côtés amont et aval (CAM, CAV), et muni d'une soupape (8) comprenant un corps (204) muni d'une ouverture, et recevant un piston (207) commandé entre une position de fermeture et une position d'ouverture, par une liaison de commande (9, 213, 214) traversant l'axe (3) de l'obturateur (2, 200), le corps étant muni d'une surface (218) formant siège de soupape contre laquelle s'appuie le piston (207, 210) en position de fermeture. 2 ) Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obturateur (100) est un papillon recevant dans son passage étagé (104) un corps en forme de plaque (105) muni d'un orifice (107) formant le pas-sage, la face arrière de la plaque comportant un double rail (108) et le piston (109) est une plaque coulissant dans le double rail entre une position d'obturation de l'orifice (107) et une position de communication. 3 ) Robinet selon la revendication 2, caractérisé par un actionneur (103) en forme de tige coulissant dans l'axe de commande (102) de l'obturateur (100) relié au piston (109) et arrivant à l'extérieur du 30 robinet. 4 ) Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obturateur de forme sphérique (200) a un passage (202) formé par un perçage étagé recevant la soupape (203) comprenant un corps (204) avec un épaulement logé dans le perçage (202) de l'obturateur (200) et formant un cylindre muni du piston (207) qui délimite avec le corps, une chambre annulaire de commande d'ouverture du piston par ailleurs soumis à la pression du fluide côté amont et agissant dans le sens de fermeture du piston, une alimentation en fluide de commande reliant la chambre de commande du piston à l'extérieur du robinet par une liaison (213, 214) traversant l'axe de commande de l'obturateur, un diffuseur (217) fixé au corps (204) muni d'une surface (218) formant siège de soupape contre la-quelle s'appuie le piston (207, 219) en position d'obturation, traversé par un ou plusieurs passages (221) en aval du siège (219, 220) et débouchant du côté aval (CAV). 5 ) Robinet selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (207) est formé d'une couronne annulaire (208) et d'un manchon cylindrique (209), la couronne annulaire (208) délimitant d'un côté la chambre de corn- mande et de l'autre la chambre de pression exposée au fluide amont, le manchon (209) prolongeant la couronne annulaire (208) et formant une surface d'étanchéité coopérant avec la surface (218) formant siège du diffuseur (217), le piston (207) étant guidé dans l'alésage étagé par sa couronne (208) et 20 son manchon (209). 6 ) Robinet selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diffuseur (217) forme avec le corps de la soupape, une chambre annu-25 laire (220) en aval de la surface formant siège (218), cette chambre étant reliée aux passages (221). 7 ) Robinet selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce que le diffuseur (217) comporte plusieurs passages (221) dont les axes (222) se couplent en aval du diffuseur, ces passages étant reliés à la chambre annulaire (220). 8 ) Robinet selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (207) comporte une bague cylindrique (210) séparant la chambre de pression et le passage central (216) communiquant avec le côté amont (CAM) , cette bague (210) étant munie de perçages de section ré-duite pour filtrer le fluide arrivant dans la chambre de pression. 9 ) Robinet selon la revendication 4, caractérisé par des ressorts de rappel (215) appuyés contre le fond du perçage (202) traversant l'obturateur (200) et contre le fond du piston (207) pour le pousser contre le siège (218). 10 ) Robinet selon la revendication 4, caractérisé par une conduite de fluide de commande (214) traversant le corps de l'obturateur et son axe. 11 ) Robinet selon la revendication 4, caractérisé par une rainure (223) réalisée dans le passage de fluide de l'obturateur (200) pour rejoindre l'axe et recevoir la conduite de fluide de commande (214). 12 ) Robinet selon la revendication 4, caractérisé en ce que la conduite de fluide de commande (214) est reliée à une conduite de purge (224).