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H. TAILLEFERRE, résidant à PARIS.
PERFECTIONNEMENTS AUX ROBINETS, NOTAMMENT POUR LE CONTROLE DE FLUIDES
SOUS HAUTE PRESSION.
On sait que le contrôle de fluides gazeux sous haute pression, tels que de gaz emmagasinés sous haute pression dans des bouteilles, pose de nombreux problèmes. L'étanchéité nécessaire est difficile à réaliser à cause des pressions élevées mises en jeu, et difficile à maintenir en raison des phénomènes se produisant pendant l'écoulement du fluide. En effet le fluide en mouvement tend à décoller la garniture d'étanchéité de l'organe avec lequel il coopère pour assurer l'étanchéité recherchée. En outre, l'im- pact de la masse de fluide est susceptible de provoquer une érosion de la garniture.
D'autre part, la détente importante se produisant lors de l'é- coulement du fluide provoque un fort abaissement de la température, ce qui a pour conséquence une déformation de la garniture se traduisant par une diminution de l'étanchéité, et même la formation et l'entraînement de parti- cules solides.
On sait, d'autre part, que des accidents souvent graves ont eu pour origine, une mise sous pression trop rapide des canalisations servant, en particulier à l'air comprimé; cet air envoyé trop brutalement se compor- te dans la canalisation comme un piston, il s'ensuit une élévation de tempé- rature adiabatique du côté opposé à celui de l'arrivée du fluide, susceptible de provoquer explosion en présence de matières organiques en suspension.
L'invention a pour but la réalisation de robinets perfectionnés ne présentant pas les inconvénients précités.
A cet effet, suivant une caractéristique de l'invention, les gar- nitures d'étanchéité en matière plastique ou semi-plastique, destinées à s'appliquer, d'une façon étanche, contre la tige de commande du robinet, com-
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prennent au moins un corps comportant un alésage pour le passage de ladite tige de commande, et au moins deux collerettes espacées, dont l'une, au moins, s'adapte dans son logement d'une façon étanche, tandis qu'au moins une autre s'adapte dans son logement d'une façon non étanche, ledit corps et au moins l'une desdites collerettes non étanches étant disposés dans une chambre, délimitée par des parois sensiblement distantes de la surface ex- térieure dudit corps et communiquant avec l'espace sous pression par l'in- termédiaire de passages appropries,
prévus à cet effet soit dans ladite col- lerette ou lesdites collerettes non étanches, soit dans la paroi de ladite chambre,l'étanchéité de ladite chambre vers l'extérieur étant assurée par la ou les collerettes étanches.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans le cas d'un robinet susceptible d'être parcouru par un fluide sous pression dans les deux sens, le corps de la garniture assurant la séparation entre les tubulures d'arrivée et de départ est muni d'au moins trois collerettes, à savoir une collerette centrale étanche assurant, dans la position de ferme- ture, la séparation étanche desdites tubulures, et au moins deux collerettes non étanches disposées, de part et d'autre de ladite collerette étanche, dans la chambre à garniture et agencées de façon à renforcer la rigidité de la garniture tout en mesurant la communication de ladite chambre avec les tu- bulures à contrôler.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le ou les bords d'entrée de la chambre contenant la garniture de séparation destinée à sépa- rer, en position de fermeture, les tubulures d'arrivée et de départ, sont a- gencés de façon à former des déflecteurs protégeant la garniture contre l'ac- tion directe du fluide en mouvement.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans le cas d'un robinet à équerre, l'organe mobile est constitué par un tiroir comportant une partie pleine assurant, dans la position de fermeture, la séparation étanche entre les tubulures d'arrivée et de départ, cette partie pleine é- tant suivie d'une partie comprenant deux alésages perpendiculaires l'un à l'autre et assurant la communication entre lesdites tubulures d'arrivée et de départ, dans la position d'ouverture.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le tiroir du robinet comporte une partie pleine suivie d'une partie tubulaire creuse ayant une longueur au moins égale à l'entr'axe entre les tubulures d'arrivée et de sortie, augmentée de la somme des diamètres de celles-ci, ladite par- tie creuse étant fermée aux extrémités et comportant, dans son enveloppe, des solutions de continuité s'étendant sur des longueurs axiales différentes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront d'ailleurs de la description qui va suivre; on se référera aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une coupe verticale axiale d'un premier mode de réa- lisation d'un robinet suivant l'invention, en position de fermeture,
Fig. 2 est une vue de détail montrant, dans une coupe verticale axiale, une garniture pour un robinet susceptible d'être parcouru, par le fluide, dans les deux sens.
Fig. 3 montre une variante d'un robinet du genre représenté à la fig. 1,
Fig. 4 en est une vue en plan, en coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
Fig. 5 est une coupe verticale axiale d'un robinet à équerre éta- bli suivant l'invention, en position de fermeture.
Dans le mode de réalisation représenté à la fig. 1, le robinet comporte un corps 1 muni d'une tubulure d'arrivée 2 et d'une tubulure de
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départ 3. La communication entre ces deux tubulures est contrôlée par un organe mobile comportant une partie cylindrique 4 formant en même temps tige de commande, une partie à section réduite 5, et une partie cylindri- que terminale 6.
Dans la position de fermeture représentée à la fig. 1, la sépa- ration étanche des tubulures d'arrivée et de départ, 2 et 3 respectivement, est assurée par la garniture 7. Cette garniture en une matière plastique ou semi-plastique quelconque appropriée, comporte un alésage central 8 destiné au passage étanche de la partie cylindrique 4, et est logée dans une cham- bre 9 ménagée dans le corps 1 du robinet.
Suivant une caractéristique de l'invention, la garniture 7 com- porte un corps 10 pourvu de l'alésage 8, ainsi que deux collerettes termina- les 11 et 12. La collerette 11 est destinée à assurer une étanchéité; c'est pourquoi elle est serrée, par une bague filetée 13, d'une façon étanche, contre le fond 14 et la paroi 15 de son logement, de préférence avec inter- position d'un joint 16.
Comme il ressort clairement du dessin, le diamètre du corps 10 de la garniture et le diamètre de la collerette 12 sont sensiblement infé- rieurs au diamètre de la chambre 9 de sort- que celle-ci communique constam- ment avec la tubulure d'arrivée 2.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le bord d'en- trée 17 de la chambre 9 est conformé de façon à constituer un déflecteur destiné à soustraire la collerette 12 de l'action directe du fluide en mou- vement provenant de la tubulure d'arrivée 2.
Les garnitures 18 et 19 destinées à assurer l'étanchéité vers l'extérieur sont constituées de la même façon que la garniture de séparation 7, c'est-à-dire qu'elles comportent un corps, 20 et 21 respectivement, coo- pérant avec les parties cylindriques 4 et 6 respectivement, ainsi qu'une collerette "étanche" 22 et 23 respectivement, s'adaptant d'une façon étanche dans son logement, et une collerette "non étanche", 24 et 25 respectivement.
Le diamètre des chambres, 26 et 27 respectivement, contenant les- dites garnitures est également sensiblement supérieur à celui du corps 20 et 21 respectivement de la garniture considérée. D'autre part, ces chambres com- muniquent avec les espaces sous pression par des passages, 28 et 29 respec- tivement, ménagés dans la paroi de la chambre considérée.
La garniture 18 est maintenant en place par une bague vissée 30 et une rondelle 31, tandis que la garniture 19 est bloquée en place par un chapeau vissé 32, avec interposition d'un joint 33.
Sur l'extrémité supérieure filetée de la tige de commande 4 est vissé un écrou 34 disposé dans un logement 35 d'un écrou à chapeau 36. Cet écrou à chapeau comporte deux alésages radiaux diamétralement opposés 37 ser- vant chacun de logement à une bille 38 retenue par un bouchon fileté 39. Les billes 38 coopèrent avec une rainure hélicoïdale, de préférence à pas rapi- de 40.
Le robinet ci-dessus fonctionne comme suit :
Dans la position de fermeture représentée à la fig. 1, les tubu- lures d'arrivée et de départ 2 et 3 respectivement sont séparées l'une de l'autre, d'une façon étanche, par la partie terminale de la tige de commande 4 remplissant complètement l'alésage 8 de la garniture 7.
Comme exposé ci-dessus, le diamètre de la chambre 9 dans laquelle est logée la garniture 7, est supérieur au diamètr" du corps 10 et de la col- lerette 12 de la garniture, de sorte qu' ladite chambre communique avec la tubulure d'arrivée 2. Par conséquent, la haute pression régnant dans la tu- bulur' 2 s'établit également dans la chambre 9 de façon à appliquer la gar- niture 7 fermement contre la tige 4. Cette application de la garniture 7 con-
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tre la tige 4 par la pression exercée par le fluide à contrôler lui-même, assure une étanchéité parfaite de l'ensemble. Il est à noter que la colle- rette 12 n'a pas pour but d'assurer une étanchéité mais est destinée à don- ner à l'extrémité de la garniture la rigidité mécanique nécessaire assurant la bonne tenue de la garniture.
L'étanchéité du coté extérieur est assurée par la collerette 11 s'adaptant d'une façon étanche dans son logement.
Il est encore à noter que l'abaissement de la température provo- qué par la détente du fluide lors de son écoulement entrains un resserrement des corps des garnitures sur les parties cylindriques qui les traversent, ce qui augmente encore l'étanchéité, contrairement à d'autres robinets con- nus, où la déformation des garnitures par le froid compromet l'étanchéité.
Le même principe d'auto-serrage est appliqué aux garnitures 18 et 19 assurant l'étanchéité vers l'extérieur. Tandis que l'étanchéité est assurée par les collerettes "étanches", 22 et 23 respectivement, le corps, 20 et 21 respectivement, ainsi que l'autre collerette, 24 et 25 respective- ment, se trouvent dans une chambre, 26 et 27 respectivement, communiquant, à travers les passages, 28 et 29 respectivement, avec les espaces sous pres- sion de sorte que cette pression s'établit également dans lesdites chambres de façon à serrer le corps des garnitures contre les parties cylindriques 4 et 6 respectivement avec lesquelles les garnitures considérées coopèrent.
Pour amener le robinet de sa position de fermeture représentée à la fig. 1, à sa.position d'ouverture, on fait tourner l'écrou à chapeau 36 dans le sens du dévissage ce qui provoque un mouvement de montée de la tige 4 amenant la partie 5 de diamètre réduit dans l'alésage 8 de la garni- ture 7 de façon à établir la communication désirée entre les tubulures d'ar- rivée et de départ 2 et 3 respectivement.
La fermeture à partir de la position d'ouverture s'effectue évi- demment par une rotation de l'écrou à chapeau 36 dans le sens d'un vissage.
Il est à noter que, dans-cette position d'ouverture, l'étanchéi- té vers l'extérieur reste maintenue par les garnitures 20 et 21 grâce- à l'au- to-serrage de celles-ci sur les parties cylindriques correspondantes 4 et 6 respectivement.
La fig. 2 montre une garniture de séparation pour un robinet sus- ceptible d'être parcouru'dans les deux sens par le fluide sous pression. Cette garniture comporte un corps 10 destiné à s'appliquer, dans la position de fer- meture, d'une façon étanche contre la partie cylindrique 4 de l'organe mobi- le par exemple d'un robinet du genre représenté à la fig. 1.
Le corps de garniture 10 est équipé d'une collerette "étanche" médiane 11 et de deux collerettes "non étanchesn 12 et 12b disposées symé- triquement par rapport à la collerette étanche 11. La garniture est disposée dans une chambre 9 dont le diamètre est supérieur à celui du corps 10 et des collerettes non étanches 12a et 12. La collerette étanche est appliquée con- tre un siège 8 par une bague vissée 56 dont le diamètre intérieur est légère- ment supérieur au diamètre extérieur de la collerette non étanche 12b.
Il est encore à noter, que la bague vissée 56 ne s'applique pas contre la face supé- rieure de la collerette 12b. de sorte que la partie 9a de la chambre recevant la garniture peut communiquer avec l'espace sous pression (non représenté sur le dessin).
Etant donné que la garniture est destinée à un robinet pouvant être parcouru, dans les deux sens, par le fluide sous pression, des déflec- teurs 17a et 17b sont prévus de part et d'autre de la garniture, le déflec- teur 17a étant formé par le bord d'entrée de la chambre 9, tandis que le dé- flecteur 17b est formé sur la bague vissée 56.
Le fonctionnement de cette garniture est le même que celui décrit en référence à la fig. 1 pour la garniture 7. Lorsque l'espace sous pression à contrôler se trouve en-dessous de la garniture, le fluide sous pression
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pénètre dans la partie inférieure de la chambre 9 et applique le corps 10 fermement contre la partie cylindrique 4 de façon à assurer l'étanchéité re- cherchée, la collerette 12, assurant la rigidité nécessaire sans gêner l'en- trée du fluide dans la chambre 9.
Lorsque le robinet est ouvert, le fluide venant d'en bas est dé- vié par le déflecteur 17a de façon à ne pas agir directement sur les bords de la garniture.
Lorsque l'espace sous pression se trouve au-dessus de la garni- ture,l'étanchéité est assurée, dans la position de fermeture, par le fluide sous pression pénétrant dans la partie supérieure 9a de la chambre à garni- ture, le déflecteur 17b protégeant le bord d'entrée de la garniture lors de l'écoulement du fluide.
Pour les deux sens d'écoulement, l'étanchéité du côté extérieur est assurée par la collerette étanche 11.
Les figures 3 et 4 montrent une variante d'un robinet du genre représenté à la fig. 1. Dans cette variante, la tige pleine 4 est suivie d'u- ne partie creuse formant tiroir et constituée par un alésage axial 43 dont l'extrémité libre est fermée par un bouchon fileté 44.
Dans la paroi de ce tiroir creux ainsi constitué sont pratiquées des fentes longitudinales 45a 45b, 45c, 45d, etc... Suivant l'invention, ces fentes s'étendent sur des longueurs axiales différentes. Ainsi, comme il ressort de la fig. 3, la fente 45b est plus longue que la fente 45a, la fente 45c est, à son tour, plus longue que la fente 45b, et ainsi de suite.
En outre, comme il ressort de la fig. 4, les fentes 45a, 45b, 45c, etc.. occupent une position inclinée par rapport aux diamètres de l'a- lésage 43. D'autre part, les axes des tubulures d'entrée et de sortie 41 et 42 ne se trouvent pas dans le même plan mais sont disposés sensiblement tan- gentiellement à la tige 4 et au tiroir creux constitué par l'alésage 43.
Il est, en outre, à remarquer que les tubulures 41 et 42 débou- chent dans des chambres circulaires 46 et 47 respectivement qui sont concen- triques à l'alésage 43 et à la tige 4 respectivement.
Les autres éléments du robinet suivant figs. 3 et 4 sont similai- res à ceux du mode de réalisation suivant fig. 1.
Le robinet ci-dessus fonctionne comme suit :
A la fig. 3, le robinet est représenté dans sa position de ferme- ture. Dans cette position, l'étanchéité entre les tubulures d'arrivée et de départ 41 et 42 respectivement est assurée par la coopération entre le corps 10 de la garniture médiane et la tige pleine 4, comme dans le mode de réali- sation suivant fig. 1.
L'ouverture du robinet s'effectue, comme dans le cas de la fig.
1, par la rotation de l'écrou à chapeau 36 dans le sens du dévissage provo- quant un mouvement de montée de la tige 4. Après une certaine amplitude de ce mouvement, la fente longitudinale la plus longue, à savoir la fente 45d dans l'exemple représenté, communique avec la chambre de départ 47 de façon à établir une communication de section réduite entre les tubulures d'arrivée et de départ 41-et 42 respectivement, communication réalisée par les parties inférieures de toutes les fentes communiquant constamment avec la chambre d'arrivée 46, l'alésage 43, et la partie supérieure de la fente 45d communi- quant avec la chambre de départ 47.
Lors de la continuation de la rotation de l'écrou à chapeau 36 dans le sens du dévissage, c'est-à-dire du mouvement de montée de la tige 4, une longueur croissante de la fente 45d est mise en communication avec la chambre de départ 47.D'autre part, les fentes plus courtes 45c, 45b, 45a, entrent à leur tour successivement en communication avec la chambre de départ 47, de sorte que la section de la communication établie entre les tubulures
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41 et 42 augmente progressivement lors de l'opération d'ouverture. Cette ou- verture progressive permet d'éviter les inconvénients d'une mise sous pres- sion trop rapide exposés au début.
La course à l'ouverture est limitée par l'extrémité supérieure de la rainure hélicoïdale 40 se refermant sur elle-même.
La fermeture du robinet s'effectue évidemment par une rotation de l'écrou à chapeau 36 dans le sens du vissage, entraînant une descente de la tige 4 et ainsi une réduction progressive de la section de communication entre les tubulures 41 et 42,jusqu'à la fermeture complète.
Il est à noter que la disposition des tubulures 41 et 42 et des fentes 45a, 45b, etc...évite la formation de tourbillons.
@ Il est, en outre, à noter qu'aussi bien dans la position de fer- meture que dans la position d'ouverture du robinet, la paroi du tiroir consti- tuée par l'alésage 43 est soumise à des pressions égales sur ses faces exté- rieure et intérieure, grâce à la présence des fentes 45a, 45b, etc... et des chambres 46 et 47, de sorte que la partie mobile du robinet est complète- ment équilibrée ou déchargée, ce qui permet de la commander avec des forces extrêmement faibles même pour des pressions élevées du fluide contrôlé.
Il est à remarquer que, dans la position de fermeture, la pres- sion du fluide sous pression règne dans l'alésage 43 et agit à travers les fentes 45a etc.. contre la face intérieure du corps de garniture 10. Toute- fois, grâce à la présence de la collerette non étanche 12, la même pression agit, dans la chambre 9, contre la surface extérieure du corps 10 ce qui em- pêche un décollement de la garniture.
La figure 5 montre un robinet d'équerre établi suivant l'inven- tion. Il comporte un corps 57 dans lequel sont ménagées les tubulures d'arri- vée et de départ, 58 et 59 respectivement, disposées perpendiculaires l'une à l'autre. L'organe mobile du robinet est constitué par une tige cylindrique 60 comprenant, dans sa partie inférieure, un évidement tronconique 61 dans lequel débouchent des canaux radiaux 62.
L'équipage mobile 60- 61 coulisse à frottement doux dans deux garnitures constituées de la même manière que les garnitures 18 et 19 de la fig. 1, c'est-à-dire comportant un corps légèrement tronconique 63 et 64 respectivement, une collerette "étanche" 65 et 66 respectivement et une col- lerette "non "étanche" 67 et 68 respectivement. La garniture inférieure est disposée dans un alésage 69 pratiqué dans le corps de robinet 57. Cet alésa- ge possède un diamètre supérieur à celui du corps 64 et de la collerette 68 et forme un épaulement 70 servant de siège à la collerette étanche 66.
La garniture supérieure se trouve dans une chambre formée par l'a- lésage d'une pièce intermédiaire 71 déterminant la position relative des gar- nitures inférieure et supérieure. La face frontale de la pièce 71 sert d'ap- pui à la collerette étanche 65 bloquée en place par une bague vissée 72. A sa partie inférieure, la pièce 71 comporte des passages radiaux 73 débouchant dans la tubulure 59 et susceptibles de communiquer avec les canaux 62. Il est à noter que le diamètre de l'alésage de la pièce 71 est également supérieur à ceux du corps 63 et de la collerette 67.
L'entraînement de l'équipage mobile est assuré par un manchon fi- leté rotatif 74 se vissant sur un filet supérieur du corps 57 et attaquant la tige 60 par l'intermédiaire de deux demi-bagues 75 logées dans une rainure correspondante ménagée dans la tige 60 et maintenues en place par un chapeau 76 vissé dans le manchon 74. La course de l'équipage mobile est limitée par un jonc 77 placé dans une gorge de la tige 60 et se déplaçant dans une cham- bre délimitée par la bague filetée 72, d'une part, et un bouchon évidé 78 vis- sé dans le corps de robinet 57, d'autre part.
Le robinet est encore équipé d'un dispositif de sécurité connu en
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soi, constitué par un bouchon 79 comportant un alésage central 80 et des ca- naux radiaux 81, et vissé dans un alésage 82 du corps de robinet, communi- quant, par un canal 83, avec la tubulure d'arrivée 58 et formant un siège 84 pour un clinquant 85, appliqué contre ce siège par la face frontale du bouchon 79. Ce clinquant est destiné à être perforé lors de l'établissement accidentel d'une surpression dans l'espace sous pression de façon à assurer une décharge vers l'extérieur, comme connu en soi.
Le robinet ci-dessus fonctionne comme suit :
Dans la position de fermeture, représentée à la fig. 5, l'étan- chéité entre les tubulures d'arrivée et départ 58 et 59 respectivement ainsi que vers l'extérieur est assurée par les corps 63 et 64 respectivement des garnitures, ces corps étant appliqués contre la paroi extérieure de l'équi- page mobile 60-61 par la pression même du fluide sous pression, comme expo- sé en référence aux figs. 1à 3.
Pour ouvrir le robinet, on fait tourner le manchon 74 dans le sens du dévissage, ce qui fait monter la tige 60, jusqu'à ce que les canaux 62 coïncident avec les passages 73. La communication entre les tubulures d'arrivée et de départ 58 et 59 respectivement est alors établie à travers l'alésage 61, les canaux 62 et les passages 73.
L'étanchéité vers l'extérieur est alors assurée par les corps 63 et 64 des garnitures, grâce à leur application provoquée par la pression du fluide comme exposé en référence aux figs. 1 à 3.
Il est encore à noter que seul le bord d'attaque de la garniture inférieure doit être protégé contre l'action directe du fluide en mouvement, cette protection étant assurée par le bord inférieur de l'alésage 61, dont la longueur est dimensionnée,à cet effet, de telle façon que ce bord dépas- se encore le bord inférieur de la collerette 68 dans la position d'ouverture du robinet.
Les robinets suivant l'invention présentent de multiples avanta- ges :
L'emploi d'un organe de fermeture ayant la forme d'un tiroir rend inutile l'application de forces importantes nécessaires dans les robinets connus pour appliquer l'organe de fermeture en forme de valve sur un siège.
Comme le montre la fig. 5, même un robinet d'équerre peut être équipé d'un tel tiroir.
L'étanchéité des garnitures est assurée par la pression même du fluide, notamment grâce à la présence des collerettes "non étanches", confé- rant à l'extrémité de la garniture la tenue nécessaire tout en donnant au fluide accès à la face extérieure du corps de la garniture. Cet auto-serrage est encore renforcé par la déformation consécutive à l'abaissement de tempé- rature provoqué par l'écoulement du fluide.
L'action directe du fluide en mouvement sur la garniture, qui serait susceptible de provoquer un décolle- ment du corps de celle-ci, est évitée par des déflecteurs judicieusement pla- ces
La combinaison, avec les garnitures suivant l'invention d'un ti- roir creux à fentes suivant figs. 3 et 4 permet l'obtention d'un robinet comportant un organe mobile déchargé, susceptible d'être commandé par une force très faible et de réaliser une ouverture progressive.
Une garniture suivant l'invention peut être combinée avec des joints ordinaires. D'autre part, la garniture peut présenter un nombre quel- conque de collerettes étanches et non étanches.