Brevet FR2955640A1 — publié le 20110729

Les robinets à papillon de grand diamètre, dont, par exemple, le diamètre intérieur est de un mètre et plus, sont généralement constitués d'un corps annulaire garni intérieurement d'une bague d'étanchéité en matériau élastique, sur laquelle, à la fermeture du robinet, le papillon en forme de disque vient porter de façon étanche. Afin de résister aux efforts de fermeture du papillon et des contraintes du fluide véhiculé, ces bagues d'étanchéité sont généralement pourvues de tenons, qui se logent dans le corps du robinet dans des rainures aux formes complémentaires. Le corps de ces robinets étant métallique, pour résister aux efforts de pression à l'intérieur de la tuyauterie, les usinages sont souvent compliqués et onéreux à réaliser. Si ces formes sont simples, l'accrochage de la bague est aléatoire, voire insuffisant, et, si ces formes sont très étudiées, elles sont difficiles à réaliser pour d'aussi grandes pièces et le montage est impossible ou, tout au moins, très difficile. (voir le brevet français 2820184) Pour résoudre ce problème, certains constructeurs ont inventé des solutions de collage ou de moulage de matière polymère, qui permettent de fixer de manière indémontable la bague dans le corps du robinet (voir le brevet français 2 260 041). Dans des solutions de bagues collées, le corps est usiné suivant un profil correspondant exactement au profil de la bague d'étanchéité, tandis qu'un film de colle assure l'adhérence de cette bague sur le corps. Dans la solution moulée, des gorges de formes complexes sont réalisées dans le corps, tandis que la bague d'étanchéité en élastomère est pourvue de tenons annulaires de formes non complémentaires à celles des gorges du corps. Dans l'espace libre laissé par ces formes non complémentaires, est déposée une résine polymère, qui, en durcissant, réalisera une clé de verrouillage solide, qui vient solidariser la bague d'étanchéité sur le corps. Cette configuration rend la bague d'étanchéité indémontable. Ces solutions sont techniquement imparfaites et leurs inconvénients sont les suivants : Les usinages des gorges sont techniquement difficiles et compliqués à réaliser sur le corps d'un robinet de grand diamètre, qui peut faire de un à plusieurs mètres de diamètre et peser plusieurs tonnes. Le remplissage des gorges réalisées dans le corps, lors de la mise en place de la bague d'étanchéité, est toujours imparfait, en raison de la fluidité de la résine et du manque de dégagement de l'air emprisonné entre corps et bague. La bague d'étanchéité n'est pas interchangeable. En cas d'accident de montage, ou bien d'usure ou de détérioration de la bague, le robinet doit être démonté de sa tuyauterie, retourné en usine et reconditionné en atelier, pour arracher et détruire la bague endommagée, enlever mécaniquement la résine polymérisée dans les gorges du corps, changer et recoller la bague neuve. L'invention pallie ces inconvénients par un robinet à papillon de grand diamètre, par exemple supérieur à un mètre de diamètre, qui ne nécessite pas un usinage de gorges difficile à réaliser sur le corps du robinet et dont on peut changer facilement la bague d'étanchéité, lorsqu'elle est usée, pour la remplacer par une neuve, sans avoir à retourner le robinet en usine et qui pourtant assure l'étanchéité avec les brides de la tuyauterie. L'invention a pour objet un robinet comprenant un corps annulaire, dont chaque face latérale est munie d'une gorge annulaire, une bague d'étanchéité annulaire, disposée dans l'espace intérieur du corps et ayant deux tenons latéraux destinés à pénétrer dans les gorges, lorsque le robinet est monté entre les brides d'une tuyauterie, en y étant comprimés suivant une direction parallèle à l'axe du corps, et un papillon en forme de disque monté tournant venant, en une position de fermeture, porter contre la face annulaire intérieure de la bague, caractérisé en ce que, à l'état non comprimé, le tenon latéral dépasse de la face latérale du corps d'une distance supérieure de 25 à 30 % à la profondeur de la gorge et, à l'état comprimé, le tenon remplit toute la gorge. Suivant l'invention : 1 La hauteur libre du tenon doit être supérieure de 25 % à 30 % par rapport à sa hauteur en place lorsque la bague est comprimée dans la gorge du corps du robinet lorsque le robinet est monté entre les brides d'une tuyauterie. Si cette condition n'était pas remplie, la compression n'étant pas suffisante, en fonction de la pression du fluide à véhiculer, il y aurait un risque de fuite du fluide vers l'extérieur entre la bride de tuyauterie et le corps du robinet. 2. La section libre du tenon de la bague doit être égale ou inférieure à la section de la gorge correspondante du corps. Cette condition est nécessaire pour garantir que tout le volume d'élastomère du tenon puisse être logé dans la gorge du corps lorsque le robinet sera appliqué contre la bride de tuyauterie. Si un volume excédentaire ne pouvait pas trouver sa place dans la gorge, il fluerait hors de la gorge venant se placer entre la bride de tuyauterie et le corps du robinet. Ceci réduirait le taux de compression de la hauteur libre et favoriserait les risques de fuite du fluide vers l'extérieur entre la bride de tuyauterie et le corps du robinet. L'expérience montre qu'une compression de 20 % permet d'assurer une étanchéité statique, sans mouvement relatif entre les pièces, égale ou supérieure à 10 bars, pour 25 % le niveau est relevé à 16 bars et pour 30 % ce niveau se situe à 30 bars. La bague est en un matériau élastique du type plastomère ou élastomère. Suivant une variante, la face annulaire extérieure de la bague est revêtue d'un film d'un agent de démoulage et comporte des crampons. On peut ainsi remplacer facilement une bague d'étanchéité usagée. De préférence, le corps a au moins deux trous radiaux traversants de section transversale plus petite que celles des passages d'arbre, la face intérieure de la résine a des rainures de forme conjuguée de celle des crampons et la face extérieure de la bague est revêtue d'un film d'agent de démoulage. La fabrication du robinet est très simplifiée. C'est dans la résine elle-même que sont ménagées les formes conjuguées des crampons de la bague et la bague elle-même est revêtue d'un agent de démoulage, de sorte que la bague peut être désencliquetée des formes conjuguées des crampons. Pour remplacer la bague, il suffit de la détacher de la résine. En outre, comme les rainures de forme conjuguée de la résine sont obtenues par coulée directe de la résine sur les crampons, il n'est pas nécessaire de prévoir un usinage, pour assurer l'encliquetage des crampons dans leurs formes conjuguées. Les passages d'arbre sont destinés au passage de l'arbre de manœuvre du papillon et de l'axe intérieur sur lequel tourillonne le papillon, ils sont de section droite circulaire en ayant un diamètre compris, pour des robinets de grande dimension entre 0,125 fois et 0,07 fois le diamètre du papillon en fonction des matériaux de l'axe et de la pression à étancher. Les trous radiaux traversant le corps sont destinés à permettre d'injecter de la résine. Ils sont, de préférence, eux aussi de section droite circulaire mais pourraient ne pas l'être. Leur diamètre plus petit est notamment égal au 1/4 du diamètre de l'arbre de manœuvre et de l'axe inférieur. De préférence, ces trous d'injection sont disposés symétriquement par rapport aux passages d'arbre. On préfère prévoir quatre trous diamétralement opposés, une paire de trous étant disposés de manière symétrique par rapport à un passage. Les trous restent remplis de résine après que celle-ci a durci. De préférence, l'agent de démoulage pour élastomère est un film, de 1 à 20 microns d'épaisseur, d'un composé, dont les propriétés physico-chimiques interdisent l'adhérence entre l'élastomère et tout autre corps. Cet agent est constitué principalement d'un composant actif et d'un solvant. Le composant actif, choisi pour ses propriétés anti-adhésives, peut être, notamment : • du mica, formé de silicate d'aluminium et de potassium, • du polytétrafluoroéthylène (PTFE), • du silicone ou polysiloxane, qui est un composé organique formé d'une chaîne silicium-oxygène. Le solvant peut être de forme aqueuse ou hydrocarbonée. L'agent de démoulage peut être : • soit pâteux, il est alors déposé par enduction au pinceau ou à la brosse, • soit liquide, il est alors déposé par trempage, par enduction au pinceau ou à la brosse ou bien par pulvérisation mécanique ou oléopneumatique. Le processus du dépôt de l'agent de démoulage consiste, après enduction de la pièce à traiter, à attendre l'évaporation du solvant. Le solvant étant évaporé, la pièce est prête pour l'utilisation. La bague se désencliquette d'autant plus facilement de la résine qu'un crampon est en forme de champignon ayant une tige issue de la base de la bague et une tête surmontant la tige. La tête ne fait saillie latéralement de la tige que d'un côté et, en section suivant un plan diamétral passant par l'axe du corps, la face de la saillie tournée vers la face de la bague lui est sensiblement parallèle. Cette base définit la partie la plus large du crampon. Pour bien assurer la possibilité de désencliquetage, et donc de remplacement de la bague, en section suivant un plan diamétral passant par l'axe du corps, la largeur de la saillie représente de 1/5 à 1/3 de la largeur de la tête et la hauteur de la tête est à peu près égale à la hauteur de la tige. De préférence, la tige a des chanfreins supérieurs faisant un angle de 30° à 45° avec la direction de la tige en hauteur. Les saillies d'une demi bague sont, vues dans le plan diamétral passant par l'axe du corps, toutes dirigées dans le même sens. De préférence, la face de la saillie tournée vers la base de la bague fait un angle droit de plus ou moins 15° avec la face latérale de l'âme principale du crampon ou base de la bague, soit un angle compris entre 105° et 75°. Si cette condition n'est pas respectée, le crampon deviendrait difficile à démonter en cas d'un angle plus aigu, inférieur à 75°, tandis que dans le cas d'un angle plus obtus, supérieur à 105°, la fonction de blocage du crampon dans sa gorge ne serait plus assurée et la bague risquerait de se déchausser sous l'effet des sollicitations dues à la vitesse du fluide. Aux dessins annexés, données uniquement à titre d'exemple : la Figure 1 est une vue en perspective illustrant un corps de robinet suivant l'invention ; la Figure 2 est une vue en coupe par un plan diamétral 30 passant par l'axe du corps du robinet d'une variante d'un robinet suivant l'invention ; la Figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'une bague d'étanchéité pour un robinet suivant l'invention ; la Figure 4 est une vue en coupe à plus grande échelle 5 d'un crampon d'une bague d'une variante d'un robinet suivant l'invention ; la Figure 5 est une vue en coupe illustrant le démontage d'une bague d'une variante d'un robinet suivant l'invention ; et 10 la Figure 6 est une vue en coupe d'une partie d'une bague d'étanchéité suivant l'invention, dont le tenon n'est pas encore comprimé dans la gorge du corps, tandis qu'à la Figure 7 il l'est. 15 Le robinet suivant l'invention comprend un corps 1 annulaire métallique, dont le diamètre intérieur est cylindrique uni et les faces latérales équipées de gorges 2 sans aucun autre usinage, et une bague d'étanchéité 3, qui enserre le corps 1. Cette bague 20 d'étanchéité 3 est pourvue sur sa surface extérieure de crampons 4 en forme de harpon. Les deux faces latérales de cette bague d'étanchéité 3 sont équipées chacune d'un tenon latéral 5, dont la forme est étudiée de manière à assurer l'étanchéité entre les 25 brides de la tuyauterie et le corps 1 du robinet, grâce aux formes complémentaires des gorges 2 du corps. L'espace libre entre le corps 1 et la bague 3 est comblé par une matière composite 6 constituée d'une charge minérale ou de fibres et de résine polymère. Ce 30 compound 6 est injecté entre le corps 1 et la bague d'étanchéité 3 au moyen de quatre trous 7 d'injection pratiqués dans le corps 1. Ces trous d'injection sont symétriquement disposés par rapport à des passages 8 d'arbre, dont l'un est placé à la partie supérieure près de l'arbre de manoeuvre et le second près de l'axe inférieur. En s'appliquant sur les crampons 4, la résine forme des rainures 13 de forme conjuguée de celle des crampons 4. De manière à ce que le compound 6 n'adhère pas à la bague d'étanchéité 3, la face extérieure de la bague, qui porte les crampons 4, est enduite d'un film 9 d'un agent de démoulage formulé pour les élastomères. Un arbre est solidaire en rotation d'un papillon 10 portant sur la bague 3 en position de fermeture du robinet et à distance de celle-ci en position d'ouverture. Les crampons 4 de la bague 3, placés sur la face cylindrique extérieure 11, ont une forme de harpon ou de demi-T en champignon, dont au moins une face 12 cylindrique, de la tête 17, est parallèle à la face cylindrique 11 de la bague d'étanchéité. Cette face 12 fait un angle droit de plus ou moins quinze degrés avec la face latérale de la tige principale du crampon suivant un angle compris entre 105° et 75°. Comme montré à la Figure 4, la valeur de la largeur L1 de cette face 12 est comprise entre 1/5 et 1/3 de la valeur de la largeur L2 de la base du crampon, afin d'assurer un bon accrochage de la bague d'étanchéité 3 dans le composite 8, tandis que la hauteur H4 de cette face est sensiblement égale à la moitié de la valeur de la hauteur totale H3 du crampon. Les chanfreins 16 et 16', dont l'angle est compris entre 45° et 30°, sont définis pour permettre le parfait démontage et remontage du crampon dans sa rainure 13 résultant de l'injection et de la polymérisation de la résine sur les crampons 4. Suivant un mode de construction montré à la Figure 5, les crampons de la bague 3, c'est-à-dire leur barre du té, peuvent être orientés tous dans le même sens. En décrochant l'un des tenons ou les deux, on désencliquette facilement les crampons. Suivant d'autres modes de construction, comme montré à la figure 3, les tenons d'une demi bague sont orientés dans un sens et ceux de l'autre demi bague dans le sens opposé. On désencliquette la bague en décrochant symétriquement les deux tenons 7 des gorges 2. Comme le montre les Figures 6 et 7, la hauteur H1 libre du tenon 5 doit être supérieure de 25 % à 30 % par rapport à sa hauteur en place H2 lorsque la bague 3 est comprimée dans la gorge 2 du corps 1 du robinet. Si cette condition n'était pas remplie, la compression n'étant pas suffisante, en fonction de la pression du fluide à véhiculer, il y aurait un risque de fuite du fluide vers l'extérieur entre la bride de tuyauterie et le corps du robinet. La section S2 libre du tenon 5 de la bague 3 doit être égale ou inférieure à la section S1 de la gorge correspondante 2 du corps 1. Cette condition est nécessaire pour garantir que tout le volume d'élastomère du tenon puisse être logé dans la gorge 2 du corps 1 lorsque le robinet sera appliqué contre la bride de tuyauterie. Si un volume excédentaire ne pouvait pas trouver sa place dans la gorge 2, il fluerait hors de la gorge venant se placer entre la bride de tuyauterie et le corps du robinet. Ceci réduirait le taux de compression AH de la hauteur libre et favoriserait les risques de fuite du fluide vers l'extérieur entre la bride de tuyauterie et le corps du robinet. REVENDICATIONS1 . Robinet comprenant un corps (1) annulaire, dont chaque face latérale est munie d'une gorge (2) annulaire, une bague (3) d'étanchéité, disposée dans l'espace intérieur du corps (1) et ayant deux tenons (5) latéraux destinés à pénétrer dans les gorges (2), lorsque le robinet est monté entre les brides d'une tuyauterie, en y étant comprimés suivant une direction parallèle à l'axe du corps (1), et un papillon en forme de disque monté tournant en venant, en une position de fermeture, porter contre la face annulaire intérieure de la bague, caractérisé en ce que • à l'état non comprimé, le tenon (5) latéral dépasse de la face latérale du corps d'une distance supérieure de 25 à 30 % à la profondeur de la gorge (2), et • à l'état comprimé, le tenon (5) remplit toute la gorge (2). 2. Robinet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la face annulaire extérieure de la bague est revêtue d'un film (9) d'un agent de démoulage. 3. Robinet suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la face annulaire extérieure de la bague comporte des crampons (4). 4. Robinet suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les crampons sont en forme de champignon ayant une tige issue de la base de la bague et une tête surmontant la tige, la tête ne fait saillie latéralement de la tige que d'un côté et en section suivant un plan diamétral passant par l'axe du corps, la face de lasaillie, qui est tournée vers la base de la bague, lui est sensiblement parallèle. 5. Robinet suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, en section suivant un plan diamétral passant par l'axe du corps, la largeur de la saillie représente de 1/5 à 1/3 de la largeur de la tige. 6. Robinet suivant la revendication 4 ou 5, 10 caractérisé en ce que la hauteur de la tête est à peu près égale à la hauteur de la tige. 7. Robinet suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la tête a des chanfreins supérieurs 15 faisant un angle de 30° à 45° avec la direction de la tige en hauteur. 8. Robinet suivant l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les crampons d'une demi bague sont 20 orientés dans le même sens.