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ROBINET A CLE SPHERIQUE.
La présente invention concerne les obturateurs en général, notamment les robinets à clé sphérique comportant des joints d'étanchéité résistant substantiellement aux agents chimiques. Depuis quelques années, les matières corrosives sont de plus en plus manipulées à froid ou à chaud. Jusqu'ici, il a été presque impossible de constituer les obturateurs de façon qu'ils permettent la distribution de ces matières sans fuites. Or, ces fuites ne peuvent être tolérées parce qu'elles représentent un danger pour les opérateurs.
Un objet de la présente invention est donc de créer un robinet dont les sièges et les garnitures d'étanchéité sont faits en une matière résistant substantiellement aux agents chimiques.
Un autre objet de l'invention est de créer un robinet du type à clé sphérique dont les organes d'étanchéité sont faits en polytétrafluoro- éthylène, certaines parties de ces organes recevant une contrainte préalable pour assurer l'étanchéité.
Un autre objet de l'invention est de créer un robinet à clé sphérique comportant un siège flottant et des segments d'étanchéité coopérant ensemble pour empêcher les fuites.
Un autre objet de l'invention est de créer un robinet à clé sphérique dans lequel les garnitures d'étanchéité sont rappelées élastiquement et sont disposées de façon à être toujours en contact avec la clé sphérique.
Ces objets de l'invention et d'autres buts encore ressortiront mieux de la description ci-après en regard du dessin annexé, sur lequel : tié La figure 1 est une vue en perspective sensiblement d'une moitié du robinet.
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La figure 2 est une vue en plan, certaines parties étant arrachées.
La figure 3 est une vue en coupe substantiellement dans le plan axial de symétrie.
La figure 4 est une vue en bout avec coupe substantiellement dans le plan transversal médian.
La figure 5 est une vue partielle à grande échelle et montre la disposition des segments d'étanchéité avant la mise en place de la clé sphérique.
La figure 6 est une vue partielle à grande échelle et montre la disposition de segments d'étanchéité après la mise en place de la clé sphérique.
La figure 7 est une vue similaire montrant la disposition des organes lorsque le robinet est sous pression.
La figure 8 est une vue partielle d'un segment d'étanchéité à l'état de repos et après la déformation.
La figure 9 est une vue partielle similaire à celle de la figure 6 mais suivant une variante.
La figure 10 est une vue similaire à celle de la figure 6 mais montre une deuxième variante.
La figure 11 est une vue similaire à celle de la figure 6 mais montre une troisième variante.
La figure 12 montre un détail d'un segment d'étanchéité de l'exemple de la figure 11.
Les figures 13 et 14 sont des vues partielles à grande échelle de la garniture d'étanchéité de la tige, telle que la montrent les figures 1 à 4.
La figure 15 est une vue partielle à grande échelle similaire à celles des figures 13 et 14 mais montre une variante.
Les figures 16 et 17 sont des vues partielles similaires à celles des figures 13 et 14, mais suivant une autre variante.
On voit, au dessin,que le robinet comporte un boisseau A, une clé sphérique B et une tige de commande C. Le boisseau est fait en deux parties, dont l'une se présente sous la forme d'un godet avec une tubulure 2 filetée intérieurement en 4 pour recevoir une tuyauterie. Au lieu d'être,±1letée intérieurement, cette tubulure pourrait être munie d'une bride pour son accouplement à une autre bride d'un raccord tubulaire. Le godet 6 est plus large que la tubulure, et présente extérieurement un bossage 8 alésé et fileté intérieurement en 9 pour recevoir la tige C. Dans la cavité 10 du godet sont prévus plusieurs bossages 12 destinés à contribuer au maintien de la clé sphérique dans la position appropriée.
La face intérieure de ces bossages est naturellement usinée, pour être écartée de la clé sphérique ou pour la toucher légèrement lorsqu'elle occupe correctement sa position. La partie du godet à proximité de l'orifice est filetée intérieurement en 14 pour recevoir une partie filetée correspondante de la tubulure 16. Cette tubulure 16 est filetée intérieurement en 4 pour recevoir un raccord tubulaire, et elle est également alésée en 18, comme la tubulure 2, pour former un canal de passage. Le filetage intérieur 14 du godet aboutit à un épaulement 19 contre lequel la tubulure 16 est serrée pour empêcher les fuites par le filetage 14.
Pour empêcher le desserrage de la tubulure 16, le godet 6 est percé d'un trou taraudé destiné à recevoir une vis de blocage 20 qui vient en prise avec un trou pratiqué dans la tubulure 16, de la manière clairement indiquée sur les figures 2 et 4. On voit que la vis 20 est agencée de façon qu'elle soit substantiellement sollicitée à la compression pour s'opposer à toute rotation de la tubulure 16.
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La tubulure 16 et 1 épaulement intérieur du godet 6 à proximité de la tubulure 2 sont usinés en 22 suivant un angle approprié. On voit que cet angle est d'environ 45 par rapport à l'axe longitudinal des tubulures alignées, de sorte qu'il en résulte un siège d'une forme tronconique. Ce siège 22 est tangent à la surface de la clé sphérique au point de pression. De préférence, ce point de pression est situé sur une ligne inclinée de 45 par rapport à l'axe longitudinal des tubulures.
En d'autres termes, le point de pression est en réalité une ligne de pression formée par l'intermédiaire de deux cônes opposés, le sommet de l'un coïncidant avec le centre de la clé sphérique, tandis que le sommet de l'autre est situé sur l'axe de la tubulure correspondante et à une certaine distance du centre de la clé sphérique.
Ainsi que le montrent clairement les figures 1 à 6,le siège usiné 22 est interrompu par une rainure périphérique d'une section sensiblement en V, qui est formée par une paroi extérieure 23, de préférence parallèle à l'axe longitudinal des tubulures, tandis que la paroi intérieure est de préférence parallèle à la ligne de pression à 45 précitée. Les parois 23 et 24 de la rainure aboutissent à un fond 2b,sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal des tubulures.
Des segments d'étanchéité 28, de préférence en polytétrafluoro- éthylène, résistant substantiellement aux agents chimiques'à des températures allant jusqu'à 232 C, sont façonnés pour présenter une face extérieure 29, une face postérieure 30, une face intérieure 32 et une face 33 formant siège, et qui est parallèle à la surface 22 des tubulures. La face 33 formant siège et la face postérieure 30 sont raccordées entre elles par une face 34 qui est substantiellement parallèle à la paroi 24 de la rainure, et qui est normalement espacée de cette paroi. Ce segment épouse la forme de la rainure en V mais peut coulisser dans celle-ci. Il peut être facilement mis en place et retiré.
Le segment d'étanchéité 36 est également de préférence fait en polytétrafluoro-éthylène, et il présente une section transversale substantiellement rectangulaire. Il peut être initialement façonné à cette forme de la manière indiquée en traits pleins sur la figure 8, mais on peut'également le découper dans un tube en polytétrafluoro-éthyléne. Ce segments annulaire est ensuite tordu pour prendre la forme d'un anneau conique, c'est-à-dire la forme indiquée en traits mixtes sur la figure 8. Sous cette forme, il peut être inséré dans l'intervalle entre la paroi 24 de la rainure et la face 34 du segment présentant le siège. Pour l'assemblage, on introduit en réalité naturellement d'abord le segment d'étanchéité 36, et ensuite seulement le segment de siège dans la rainure de section en V.
Grâce au fait que le segment d'étanchéité conique est obtenu par déformation d'un segment plan, ce segment conique en polytétrafluoro-éthyléne reçoit une contrainte préalable qui a tendance à rétablir la forme initiale, c'est-à-dire la forme indiquée en traits pleins sur la figure 8. Cette poussée de rappel intervient pour que les arêtes S ou les parties de la face intérieure à proximité de cette arête soient appliquées sur la surface de la clé sphérique B. Cette tendance au rappel du segment d'étanchéité ménageavant la mise en place de la clé sphérique, un intervalle entre la face intérieure du segment d'étanchéité et la paroi 24 de la rainure (figure 5).
Toutefois, après la mise en place de la clé sphérique, ayant pour effet de pousser le segment de siège 28 vers sa position de travail, la face intérieure du segment d'étanchéité est appliquée sur la paroi 24 de la rainure de la manière indiquée sur la figure 6.
Ceci provient du fait que le segment d'étanchéité se dilate, et que sa face intérieure est amenée à être tangentielle à la surface de la clé sphérique.
Dans cette position, telle que la montre la figure 6, un intervalle est ménagé entre la face 34 du segment de siège et la face extérieure du segment d'étanchéité. Cet intervalle communique directement avec l'espace T délimité par le segment de siège, le segment d'étanchéité et le fond de la rainure de section en V. Lorsque la pression est appliquée à la clé sphérique, celle-ci se déplace dans le boisseau et pousse le segment de siège vers la position que montre la figure 7. Dans cette position, l'intervalle entre le segment de siège et le segment d'étanchéité est éliminé par le léger fluage de la
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matière, et cette élimination de l'intervalle, combinée avec le déplacement du segment de siège, se traduit par la compression de la matière que contient l'espace T.
Cette matière comprimée, qu'elle soit liquide ou gazeuse, a tendance à pousser le segment d'étanchéité contre la clé sphérique, et contri- bue ainsi à empêcher les fuites. Il est évident que plus la pression appliquée en P (qui est le centre d'application de la charge au segment de siège) est élevée, plus le segment d'étanchéité est étanche sur la clé sphérique.
Lorsque la pression est faible, les éléments occupent la position indiquée sur la figure 6, mais le segment d'étanchéité est tendu et sa poussée de rappel maintient en permanence l'arête S en contact avec la clé sphérique, de sorte qu'elle empêche les fuites même si la pression est très faible. II ressort manifestement de la figure 8 que l'application de la pression au point S, par le segment d'étanchéité occupant la position indiquée en traits mixtes, a tendance à rappeler le segment à la position initiale, mais ce rappel impose une contrainte de traction proportionnelle au segment. On voit, d'après ce qui précède, que la clé sphérique est appliquée et que son étanchéité est assurée par une matière chimiquement inerte telle que le polytétrafluoro-éthyléne, de sorte que la clé ne subit aucun contact métal sur métal.
Elle peut donc être faite en acier inoxydable ou en une autre matière appropriée capable de résister à la corrosion, même si cette matière ne peut pas servir pour le contact de friction à cause du grippage.
Quoique la tubulure à rainure en V soit préférée à cause de la facilité d'usinage, des essais ont montré que la rainure peut recevoir une section rectangulaire telle que la montre la figure 9. Dans ce cas, les pa- rois latérales de la rainure sont substantiellement parallèles avec la ligne radiale allant du centre de la clé sphérique au point de pression P. Le segment de siège 40, présente alors une section rectangulaire et il est normalement appliqué sur le fond de la rainure, tandis que sa face extérieure est tangente à la clé sphérique au point de pression. En d'autres termes, elle est parallèle à la surface métallique usinée 22. La forme du segment d'étanchéité étant identique à celle qui a été décrite précédemment, ces faces sont désignées par les mêmes chiffres de référence.
Le segment d'étan- chéité est encore tendu, et la déformation du segment de siège par une forte pression empêche efficacement toute fuite entre les segments et augmente la pression entre le segment d'étanchéité et la clé sphérique.
Dans l'exemple que montre la figure 10, la rainure des figures 1 à 7 est modifiée. La paroi 26 du fond est plus large et munie d'une nervure, de sorte que l'arête S est bien appliquée sur la surface de la clé sphérique. Avant la mise en place de la clé sphérique, le segment d'étanchéité fait donc légèrement saillie au delà de la surface usinée 22, comme le segment d'étanchéité de la figure 5. La clé sphérique dilate donc le segment d'étanchéité et cette tension, combinée avec la tendance à la rotation, empêche efficacement les fuites.
Ainsi que le montrent clairement les figures, la clé sphérique B est une sphère réelle avec un canal diamétral 21 qui peut être aligné avec les orifices 18 des tubulures ou orienté perpendiculairement par rapport à ces orifices. L'arête entre le canal 21 et la surface extérieure de la sphère est naturellement abattue ou arrondie pour l'empêcher d'être ébréchée et pour faciliter le passage sur le segment de siège et le segment d'étanchéité. Dans la clé est pratiquée une rainure 60 destinée à recevoir la languette 62 à l'extrémité de la tige C. L'autre extrémité 64 de la tige est de section carrée ou autre, et cette tige présente au milieu un renflement fileté 66 destiné à être vissé dans un filetage intérieur correspondant du bossage 8.
Entre le filetage et la languette en prise avec la clé sphérique, la tige présente une feuillure périphérique formée par un gradin 68 et une partie cylindrique 70. Un épaulement correspondant est prévu au-dessous du filetage du bossage et cet épaulement est formé par une surface périphérique 72 et un gradin 74.
Ces gradins sont espacés l'un de l'autre, ainsi que le montre clairement les figures 13 à 17. Sur les figures 1, 3, 4, 13 et 14, on voit que le segment d'étanchéité est une bague conique ayant une section transversale en forme de parallélogramme. Cette bague présente des faces latérales parallèles 76
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et deux faces d'extrémité 78, 80.
A l'état de repos, ce segment d'étanchéi- té se présente sous la forme indiquée en traits mixtes sur la figure 4. Lors- qu'il est mis en place entre les gradins du boisseau et de la tige, l'arête d'intersection entre les faces 78 et 80 s'applique contre le gradin 68 de la tige et la surface périphérique 74 du boisseau. Au fur et à mesure que la tige est vissée à fond, la bague conique est déformée et prend finalement la forme indiquée en traits pleins. Dans cette position, elle forme une en- tretoise s'étendant en diagonale entre les angles des gradins de la tige et du boisseau. Les faces 78 et 80 sont fortement appliquées respectivement contre les surfaces 68 et 70 de la tige, d'une part, et contre les surfaces 72 et 74 du boisseau, d'autre part.
L'élasticité de la matière, qui est de préférence le polytétrafluoro-éthylène, maintient en permanence le contact avec les gradins, et cette matière suit également les mouvements de la tige dans un angle de 90 , qui est nécessaire pour l'ouverture et la fermeture du robinet. Tout fluide sous pression, pénétrant entre le boisseau et la clé, est arrêté par le segment d'étanchéité, et la pression a tendance à coincer la bague conique dans l'intervalle entre la tige et le boisseau.
Dans certaines conditions, il peut être indiquée d'utiliser deux segments d'étanchéité pour la tige. Ceci peut avoir lieu de la manière indiquée sur la figure 15. Etant donné que le fonctionnement est le même, et que les surfaces d'étanchéité sont également les mêmes, les diverses parties sont désignées par les chiffres de référence des figures 13 et 14.
Lorsqu'il s'agit d'assurer l'étanchéité en présence de très fortes pressions, on peut utiliser une bague conique ayant une section en rhom- boIde telle que la montrent les figures 16 et 17. Dans ce mode de réalisation, le segment d'étanchéité 84 présente des faces périphériques extérieure et intérieure parallèle 86 et des faces latérales intérieure et extérieure 88. A l'état de repos, la bague conique se présente sous la forme que montre la figure 16. L'arête inférieure est engagée dans l'angle formé par l'intersection des surfaces 72 et 74 du boisseau, tandis que l'arête supérieure est engagée dans l'angle formé par les surfaces 68 et 70 de la tige. Un déplacement de la tige vers le bas jusqu'à la position normale de travail amène le segment à la forme que montre la figure 17.
Tout fluide sous pression, ayant tendance à passer le long de la tige, est ainsi efficacement arrêté et la matière suit les mouvements de la tige grâce à la pression exercée et grâce aux contraintes intérieures de la matière résultant de sa déformation.
Pour empêcher l'usure du filetage entre la tige et le bossage du boisseau, on peut prévoir un graisseur 90, par lequel il est possible d'injecter un lubrifiant dans l'espace entre la tige et le boisseau, et entre la garniture d'étanchéité et le filetage, pour limiter la rotation de la tige à 90 , une rondelle 94 est engagée sur l'extrémité supérieure de la tige et bloquée par un dispositif approprié quelconque, par exemple une vis 95 (figure 2). La rondelle présente, sur la face inférieure, une languette 96, destinée à coopérer avec des butées 98 du boisseau. De cette manière, la rotation de la clé est effectivement limitée à 90 pour l'ouverture et la fermeture du robinet.
Il ressort de ce qui précède que les fuites sont efficacement empêchées, quelle que soit la direction de la pression, par un siège flottant et des segments d'étanchéité. Dans tous les cas, le segment d'étanchéité se présente sous une forme déterminée,à l'état de repos, et il est déformé par le serrage, de sorte que la matière des segments d'étanchéité a toujours tendance à rappeler les segments à la forme normale. Cette tendance au rappel fait que le segment est toujours bien appliqué sur la clé sphérique. De plus, chaque segment d'étanchéité est toujours en tension par suite de la tendance de la clé sphérique à travers ce segment annulaire sous l'action de la pression. Dans certains dispositifs, le siège flottant et les segments d'étanchété coopèrent pour résister au déplacement de la clé sphérique et assurent ainsi l'étanchéité.
On voit également que l'étanchéité de la tige est assurée par la déformation de la matière pendant le serrage, et que cette matière suit les faibles mouvements de la tige pendant l'ouverture et la fermeture du robinet. Dans tous les cas, la pression du fluide ou liquide a tendance
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à augmenter l'étanchéité du joint., et la tendance au rappel de la matière maintient le contact intime entre cette matière et les parties métalliques pour assurer l'étanchéité.
L'invention a été décrite en détail en regard du dessin, mais il est entendu qu'on peut imaginer des variantes et des modifications sans s'écarter du principe.
REVENDICATIONS.
1. Robinet à clé sphérique comprenant la combinaison d'un boisseau, d'une tubulure de passage partant de ce boisseau, d'un siège conique entourant l'orifice intérieur de cette tubulure à proximité de cet orifice, d'une clé sphérique montée à rotation dans ce boisseau et percée diamétralement d'un canal de passage, d'une surface d'étanchéité substantiellement sphérique sur cette clé, d'une rainure périphérique pratiquée dans le siège à proximité du point de tangence entre la clé et le siège, et d'une bague conique dans cette rainure formant un segment d'étanchéité entre le point de tangence et l'orifice de la tubulure,
le segment d'étanchéité étant mobile dans la rainure et déplacé par la clé pour la compression de ce segment et pour assurer son contact intime avec la clé en vue d'empêcher le passage direct du fluide ou liquide d'une tubulure à l'autre.