Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Dispositi~ d'obturation e~ur conduite v0hiculant un flulde
La pré~ente invention concerne un dispositif d'obturation pour
conduite véhiculant un fluide.
On conna~t, notamment par le brevet américain n 4.203.460, un
robinet à obturateur sphérique comportant un corp3 dan~ lequel sont
formés une ¢hambre de robinet et deux pas~a~es ayant des ouvertures
re~pectives qui communiquent avec la chambre de robinet, des moyens
support~ d'organe d'étanohéité comprenant des sur~a¢es annulaires appro-
ximativement plates formées autour des ouverture~ des passages, C~9 sur-
faces convergeant dans une première direction, un organe sphérique decommande du ~luide monté à rotation dans la chambre de robinet et compor-
tant un alésage traversant pour raccorder las pa~sage lorsque l'organe
sphérique est dans une position ouverte, des organes d'étanchéité annu-
laires disposés entre les moyens supports d'organes d'étanchéité et
l'organe sphérique rotati~ pour établir entre eux un joint étanche aux
fluides et des moyens pour ~aire tourner l'organe sphérique rotatif
entre une position ouverte et une position fermée, ce robinet étant
caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme raccordé à l'organe sphé-
rique rotati~ pour déplacer l'organe sphérique rotatif dans la première
direotion a~in d'accroitre l'étanchéité entre l'organe sphérique rotatiP
et les organes d'étanchéit~ annulaire, lorsque le robinet est dans une
position ouverte ou ~ermée, et pour déplacer l'organe ~phérique rotatif
dans une seconde direction opposée à la première direction a~in de
réduire cette étanchéité pour faciliter l'actionnement du robinet entre
les positions ouverte et fermée.
Les organes d'étanchéité ont des parties supérieures et in~érieu-
res. Un tel robinet présente un certain nombre d'inconvénients :
le ~rottement entre l'organe sphérique rotatif et les moyens d'étan-
chéité annulaires re sont pas supprimés lors de la rotation de l'organe
sphérique rotati~. Il en résulte des risques de rayure~ des moyens
d'étanchéité entra;nant una diminution de la qualité d'étanchéité du
robinet.
Les organe~ d'étanchéité na sont pas coaxiaux, mais convergents.
Lors du blocage de l'organe sphérique, (déplacement dans la première
direotion), il exist0 une résultante de pres~ion verticale en8endrant
.
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des surpressions nuisible~ sur les organes d'étanchéité annulaires in~é-
rieurs.
De même 9 des surpression~q sur les organes d'étanchéité annulaires
in~érieurs apparaissent en position ouverte ou ~ermée du robinet,
entra~nant une déformation et/ou une u~ure de ces derniers.
Lors du déblooage du robinet, (déplacement dans la seconde direc-
tion), il y a surpression sur les parties supérieures de~ organes d'étan-
chéité.
Enfin, il y a un risque de coincement des moyens support~ dlorganes
d'étanchéité par manoeuvre du mécanisme.
~ n but de la pré~ente invention est de présenter un dispositif
d'obturat~on qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus en particu-
lier qui évite toute u~ure des organes d'étanchéité et qui supprime tout
risque de coincement des moyens supports d'organes d'étanchéité.
L'invention a pour objet un dispositi~ d'obturation d'une oonduite
véhiculant un fluide, comprenant un corps de vanne creux étanche muni de
deux ouverture~ oirculaires ayant un même premier axe destinées à être
racoordées à deux tronçons de la conduite, chacune des deux dites ouver-
tures oomportant du côté interne au corps, un siège annulaire solidaire
du corps1 et ayant comme axe ledit premier axe, les ~aces en vis-à-vis
des deux 3ièges ~ormant le siège d'un coin obturateur composé de deux
contre-sièges annulaires ayant comme axe ledit premier axe et montés
chacun entre l'un desdits slèges et un boisseau sphérique lequel est
placé à l'intérieur d'une cage et comporte un arbre de rotation ayant un
second axe perpendiculaire audit premier axe et pouvant tourillonner
dans la cage autour dudit second axe, la face des contre-sièges située
du côté du boisseau sphérique comportant une portée femelle sphérique
centree sur ledit premier axe et coopérant aveo le boisseau sphérique,
ledit boisseau étant percé d'un canal de section ciroulaire de même
diamètre que le diamètre interne des sièges et contre-sièges, ayant un
axe perpendiculaire audit seoond axe et passant par le centre du boisseau
sphérique, chaque oontre-3iège étant maintenu radialemert par la paroi
cylindrique d'un évidement latéral circulaire de la cage, et étant
poussé contre son siège par des moyens élastiques disposés entre la cage
et le contre-siège, la cage étant maintenue dans le corps aveo une unique
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liberté de translation axiale suivant ledit second axe, le dispositif
comportant en outre de~ moyens permettant pour plaquer le coin obtura-
teur contre les deux dits ~ièges et ~es moyens pour décoincer le coin
obturateur hors de ses deux sièges.
L'inve~tion sera bien~comprise à la lumière de la description d'un
exemple de réalisation particulièrs de l'invention, faite ci-après en
regard du dessin annexé dans lequel :
La figure 1 représente en coupe un dispositif d'obturation selon
l'invention en position ouverte.
La ~igure 2 est une représentation équivalente à celle de la
~igure 1 mais en position ~ermée.
La figure 3 est une vue agrandie du détail III de la figure 2.
La ~igure 4 est une vue partlelle, agrandie, en coupe, selon IV-IV
de la figure 2.
Le dispositiP d'obturation selon l'invention comprend un corps de
vanne 1, creux, hermétiquement fermé à sa partie supérieure par un cou~
vercle 2. Ce corps de vanne est étanche et est muni de deux ouvertures 3
et 4 ciroulaires, coaxiales9 d'axe ~ réalisées l'une en face de l'autre
dans la paroi du corps. Ces ouvertures sont destinées à être raccordées à
deux tronçons de conduites non représentés. L'ouverture 3 e~t munie du
côté intérieur d'un siège 5, annulaire et lié au corps 1 par exemple par
soudure. Il peut également venir d'une seule pièce avec le corps 1.
L'ouverture intérieure du siège 5 annulaire est de même diamètre que
1'ouverture 3. De même, 1'ouverture 4 est munie également d'un siège 5
annulaire. Les faces planes 7 et ~, en vis-à-vis, des deux siège~ forment
un dièdre de façon à fo~mer un logement au siège pour un coin obturatsur.
Le coin obturateur est formé d'un assemblage de plusieurs pièces : deux
contre-sièges 9 et 10~ un boisseau sphérique 11 et une cage 12. Les
contre-sièges 9 et 10 sont annulaires, de même axe ~ que les sièges 5
et 6 et les ouvertures 3 et 4 et de même diamètre intérieur. La
contre-siège 9 est placé entre le qiège 5 et le boisseau ~phérique 11 et
le contre-siège 10 est placé entre le siège 6 et le bois~eau sphérique~
La face d'appui de chaque contre-siège 9 ou 10 contre le boisseau sphéri-
que 11 comporte une portée femelle 30 (~igure 3) sphérique correspon-
dante, centrée sur l'axe a .
. ~
.
- 4 ~
Le bois~eau sphérique 11 de centre 0 situé sur l'axe d comprend
un arbre de rotation 13 d'axe ~ perpendiculaire a l1axe ~ et qui tra-
verse le corp~ de vanne par son couvercle 2 à travers un pres~e-étou-
pe 14. Situé à l'intérieur de la cage 12, le boisseau peut tourner dans
5cette cage autour de l'axe ~ . La cage 12 est réalisée en deux parties
as~emblées selon un plan de joint 15 par une série circulaire de boulons
non représentés. Le boisseau sphérique est peroé de part en part d'un
canal 31 de section circulaire de diamètre égal au diamètre intérieur
des sièges, contre-sièges et ouvertures 5, 6, 9, 10, 3 et 4 et d'axe
10perpendiculaire à l'axe ~ et passant par le centre 0 du boisseau~ Les
faces latérales de la cage 12 9 à droite et à gauche, comportent un
évidement latéral circula~re, 16 à droite et 17 à gauche, dont la paroi
cylindrique maintient radialement le contre-siège correspondant, 9 ou
10.
15En outre, une série annulaire de ressorts 1~ (voir ~igure 3) est
disposée entre chaque contre-siège 9, 10 et la cage 12 au niveau des
évidements circulaires 16, 17. Ils sont maintenus par des petits évide-
ments circulaires 19, 20 réalisés dans la cage et dans leq contre-siè-
ges. Ces ressorts ont pour effet de plaquer en permanence les contre-siè-
20ges 9, 10 contre leur siège respectif 5, 6.
Le ~eu ; est un jeu ~uste suffisant pour que le boisseau 11 soit
centré dans les contre-sieges indépendamment de la cage.
La cage 12 avec tout son équipage : boisseau 11 et contre-siège 9
et 10 formant l'ensemble du coin, peut se déplacer axialement suivant
25l'axe ~ . A cet effet, un sy~tème de guidage autorisant ce seul mouve-
ment comprend deux guides 21 fixés au corps 1 face à face de part et
d'autre de la cage 12 qui pénètrent chacun dans une rainure 22 pratiquée
dans la cage (figure 4). Des rondelles élastiques 23 exercent une pres-
sion sur la partie supérieure de la cage 12 en prenant appui sur un
30écrou 24 qui peut se visser danq le corp~ 1 permettant ainsi de régler
l'effort de pres~ion. Un crantage 25 per~et la manipulation de l'écrou.
A l'oppoqé de l'arbre 13, une tige de manoeuvre 26 traverse le
corps de vanne 1 à travers un presse-étoupe 27. Cette tige est mobile
axialement, soit directement soit par vissage, solt par tout autre moyen
35et peut donc venir prendre appui sur le fond de la cage 12 pour décoincer
~ q~ a~
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l'ensemble du coin.
La figure 1 montre le dispositif d'obturation er. po~ition ouverte
et la Pigure 2 en position fermée.
Le passage d'une position à l'autre se fait de la façon 3uivante.
On débloque le coin en le soulevant par action de la tige de
manoeuvre 26 contre la cage 12. Par cette action9 les contre-sièges 9 et
10 s'écartent légèrement du boisseau sphérique 11 grâce aux ressorts 18
qui maintiennent les contre-sièges plaqués contre leur siège respectif.
On peut alors tourner le boisseau d'un quart de tour sans crainte
d'u~er les portées sphériques du boisseau et des contre-~ièges. Une Pois
le quart de tour e~fectué, on relache l'action sur la tige de manoeu-
vre 26 et le coin reprend sa position bloquée SOU8 l'action de~ rondelle3
élastiques 23 dont la pression est réglée de façon à obtenir l'étan-
chéité nécessaire entre ~ièges et contre-sièges d'une part et entre les
contre-sièges et le boisseau sphérique d'autre part.
De préférence, le passage de la position ouverte à la position
fermée est réalisé par une rotation d'un quart de tour dans un ~ens puis
dans le sens inverse, par action sur l'arbre 13. Cependant, on peut, bien
entendu, poursuivre la rotation dans le même sens.
Bien entendu, les actions sur la tige de manoeuvre 26 et sur
l'arbre de rotation 13 peuvent être motori~ée~ et leurs actions succes-
sives syn¢hronisées automatiquement.
Le dispositiP obturateur de l'invention possède les avantages pro-
pres de~ vannes à coin et des bois~eaux sphériques -
- pour les vannes à coins, on a blocage de l'obturateur par efPet
de coincement, d'où irréversibilité du système. Toute modification de la
position de l'obturateur doit être faite par les organes de commande.
- pour les boisseaux sphériques, on a le passage intégral de la
~eine Pluide d'où absence de décollements, perte de charge réduites au
minimum ainsi que niveau sonore lié à l'écoulement, puisqu'en position
ouverte il y a continuité de la canalisation. L'obturation ~e fait rapi-
dement par un simple quart de tour.
Outre les avantages ci-dessus, l'invention apporte les avantaees
suivants :
- Lors du déblocage, on a libération complete des contaots entre le
boisseau 11 et les contre-sièges g et 10 ; il y a donc manoeuvre du
boisseau sans frottement ni u3ure des zone~ sphériques entre boi~seau et
contre-sièges ; la longévité du dispositi~ s'en trouve ao¢rue ; les
zones d'étanchéité peuvent donc être, entre autres, métalliques, ce qui
permet d'utiliser le di~positi~ pour de hautes températures, domaine où
les materiaux plastiques et thermoplastiques d'étanchéité sont inutili-
sables.
- Les jeux fonctionnels qui existent entre la cage 12 et les
contre-sièges 9 et 10, permettent à ces derniers de s'adapter à la pente
des sièges 5 et 6 à tout moment.
- Les rondelles éla tiques 23 contribuent à maintenir l'irréversi-
bilité du coin lor~ de choos éventuel~ : de plus tout en donnant la
pression de contact desirée au niveau des ~ones d'étanchéité entre bois-
seau et contre-sièges et entre sièges et contre-sièges, elles maintien-
nent l'obturateur dans la position voulue (ouverte ou fermée) et évite
ainsi toute vibration qui pourrait être engendrée par des pieces
internes non maintenues.
La cage 12 permet, lors de la levée de l'ensemble obturateur, de
supprimer complètement les contacts au niveau des portées d'étanchéité
sphérique~ 30, grâce à l'interposition de re~sorts 18 monté~ en
barillets, puisqu'ainsi les contre-sièges 9 et 10 restent plaqués sur
les ~aces 7 et 8 d'où, il résulte les avantages suivants :
a - pas d'usure des portées d'étanchéité 30 lors de la rotation quart
de tour car pas de ~rottement latéral des zones d'étanchéité sphé-
riques comme dans les dispositifs de l'art antérieur.
b - pas d'usure ou de détérioration de ces mêmes portées lors de
l'en~oncement de l'obturateur, puisque cinématiquement l'approche
entre le boisseau 11 et les contre-sièges 9 et 10 est purement
axiale d'axe ~ ; l'ensemble boisseau sphérlque, contre-sièges,
travaille dan~ cette dernière phase comme un double clapet, donc
par contaot et sans frottement.
La cage 12 permet de transmettre directement les ef~orts de
blocage-déblocage aux contre-sièges, la sphère étant simplement centrée
et les zones d'étanchéité ne subissent pas de surpressions (par rapport à
la pression spéci~ique nominale nécessaire) dans leur demi-partie infé-
~,6~ ~3 ~1 3 ~
rieure lors du blocage et du maintie~l en position ouverte ou fermée, ou
dans leur demi-partie 3upérieure lors du déblocage1
Lès zones sphérique d'étanchéité 30 sont coaxiales d'axe ~ 7 ce
qui permet, d'une part, de transmettre les efforts entre boisseau et
contre-siè~es sur l'axe ~ , donc d~éviter toute composante parasite de
surpression et, d'autre part, de bien centrer le boisseau dan~ l'ensem-
ble obturateur.
L'effort d'étanchéité est bien ma~trisé au niveau des surfaces 7,
8 et 30 grâce à l'effort ndosé" délivré par les rondelles-res~orts 23. Ce
principe de blocage permet en outre la libre dilatation différentielle
entre obturateur et le corps (cette dernière étant reprise par un élé-
ment élastique que sont ces rondelles-ressorts), et donc l'utilisation
pos~ible de l'obturateur pour de hautes t.empératures de Pluide véhiculé
.15
30.
