Robinet à tournant sphérique à dispositif anti-cavitation.
La présente invention concerne d'une manière générale une structure de robinet à tournant sphérique et plus particulièrement un tel robinet comportant un dispositif anti-cavitation. Ce dispositif anti-cavitation comporte d'une manière générale des cavités ménagées dans la bride d'aval du robinet orientée radialement, ces cavités comportant un mécanisme de soupape de retenue qui laisse de l'air pénétrer de l'extérieur du robinet dans le passage d'écoulement de f luide pour empêcher la cavitation dans le f luide présent en aval du robinet.
Les robinets à tournant sphérique comportent généralement un corps ou boisseau cylindrique traversé par un passage de fluide. Un tournant de forme générale sphérique est monté dans le passage. Ce tournant présente une ouverture de forme cylindrique correspondant à celle du passage cylindrique traversant le boisseau et peut prendre une position angulaire de fermeture dans laquelle il porte hermétiquement contre le boisseau pour interdire l'écoulement de fluide dans le passage de fluide. Des brides orientées radialement sont généralement prévues aux extrémités d'amont et d'aval du boisseau pour le raccordement à une conduite.
Quand le tournant est partiellement fermé, la section du passage de fluide est réduite. Il en découle une vitesse d'écoulement accrue dans la zone située immédiatement en aval du tournant. Cette augmentation de la vitesse d'écoulement se traduit par une baisse de la pression de liquide dans cette zone et provoque en conséquence l'apparition de poches de vapeur dans cette zone. Ces poches tendent à augmenter de volume à mesure que du liquide se vaporise jusqu'à ce que la pression du liquide les entourant dépasse la pression de vapeur régnant dans les poches, après quoi les poches disparaissent. Cet effet a lieu de manière répétée et fait subir d'énormes efforts au tournant et au boisseau ainsi qu'à la conduite adjacente. Cet effet est couramment dit "cavitation" et est responsable de l'endommagement des robinets et conduites.
Une méthode connue pour limiter l'apparition d'une telle cavitation consiste à injecter un gaz sous pression dans le tournant du robinet. Le tournant présente des orifices sur son côté aval pour provoquer une hausse de pression dans le passage d'écoulement et réduire par là l'apparition des poches de vapeur. Un robinet ainsi conçu est coûteux à fabriquer et à maintenir en état de marche.
Par conséquent, la présente invention a pour but
de réaliser un robinet à tournant sphérique présentant un dispositif anti-cavitation efficace.
La présente invention fournit un robinet à tournant sphérique comportant un boisseau de forme générale cylindrique muni de brides orientées radialement voisines de ses deux extrémités. Un tournant de forme générale sphérique est mobile autour d'un axe dans le boisseau. Ce tournant présente une ouverture de forme cylindrique correspondant à celle du passage d'écoulement de fluide traversant le boisseau de façon que du fluide puisse traverser sans entrave le robinet quand le tournant est complètement ouvert. Quand le tournant est mis en position de fermeture, il établit l'étanchéité avec
le boisseau de façon à interdire l'écoulement de fluide à travers le passage.
Le boisseau cylindrique présente, dans sa bride qui sera placée du côté d'aval du robinet une fois celui-ci posé, une série de cavités orientées radialement. Ces cavités vont de la partie de bride située radialement tout à fait à l'intérieur et contiguë au passage de fluide à la partie de bride située radialement tout à fait à l'extérieur. Une soupape de retenue est posée sur chacune de ces cavités afin de laisser de l'air s'écouler de l'extérieur du robinet à l'intérieur du passage d'écoulement de fluide tout en empêchant le fluide de s'écouler à travers la cavité à l'extérieur du robinet.
De plus, un anneau est prévu contre la partie intérieure du robinet. Cet anneau définit un canal faisant communiquer les cavités de la bride. Il présente de plus une série d'orifices destinés à laisser de l'air passer de l'extérieur du tournant à l'intérieur du passage d'écoulement de fluide. Il est souhaitable que ces orifices soient inclinés à angle aigu sur la direction normale d'écoulement de fluide pour que le fluide n'ait pas tendance à s'écouler vers l'ex-térieur en les traversant.
En particulier, la présente invention propose un robinet comprenant un boisseau cylindrique présentant un passage permettant à du fluide de le traverser, un tournant monté mobile autour d'un axe dans le boisseau cylindrique de façon à pouvoir établir l'étanchéité avec le boisseau cylindrique pour interdire l'écoulement de fluide dans ledit passage, le boisseau cylindrique présentant une bride orientée radialement près de l'une de ses extrémités, cette bride présentant plusieurs cavités orientées radialement, ces cavités s'étendant depuis la partie de bride située radialement tout à fait à l'intérieur et contiguë au passage d'écoulement jusqu'à la partie de bride située radialement tout à fait à l'extérieur, une soupape de retenue posée sur chacune desdites cavités,
cette soupape de retenue empêchant le fluide de sortir dudit passage à travers la cavité associée mais laissant de l'air extérieur pénétrer à travers lesdites cavités dans ledit passage d'écoulement de fluide pour réduire l'apparition sous pression sub-atmosphérique de poches dans le fluide s'écoulant au-delà du robinet.
Comme indiqué précédemment, le problème de la cavitation se pose normalement quand le tournant est en position de fermeture partielle. Quand du liquide traverse le passage du robinet alors que le tournant est dans cette position, la vitesse d'écoulement augmente du fait de la réduction de la section de passage. Cette élévation de la vitesse d'écoulement provoque une réduction de la pression du fluide immédiatement en aval du tournant. Cette baisse de pression provoque la formation de poches de vapeur dans le fluide. La dilatation de ces poches et leur effondrement final quand la pression du liquide environnant dépasse leur pression de vapeur constituent l'effet de cavitation.
Grâce au robinet selon la présente invention, l'apparition de telles poches de vapeur est réduite du fait que les soupapes de retenue posées sur les cavités de la bride d'aval s'ouvrent à chaque baisse de la pression régnant dans le passage d'écoulement. En s'ouvrant ainsi, les soupapes de retenue laissent pénétrer de l'air à partir de l'extérieur du boisseau, ce qui réduit l'apparition de poches de vapeur et l'effet de cavitation résultant.
On va maintenant décrire deux réalisations préférées de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1 est une vue latérale en coupe d'un robinet à tournant sphérique selon la présente invention; Fig. 2 est une vue partielle en coupe d'une réalisation de bride et de soupape de retenue, et Fig. 3 est une vue partielle en coupe d'une autre réalisation de bride et de soupape de retenue.
Sur la figure 1, on voit en 10 un boisseau de forme générale cylindrique. Le boisseau 10 comprend une section d'amont 12 et une section d'aval 14. Ces sections sont normalement réunies par une série de boulons 16. Un tournant 18 de forme générale sphérique peut tourner autour d'un axe dans le boisseau 10 sous l'effet d'une tige 20 qui ressort du boisseau 10. Un organe de manoeuvre (non représenté) est normalement fixé à une extrémité de la tige 20. Des éléments élastiques 22 sont disposés dans le boisseau 10 extérieurement au diamètre normal des passages de fluide d'amont 24 et d'aval 26. Quand le tournant 18 est mis en position angulaire de fermeture, des arêtes correspondantes du tournant 18 entrent en contact avec les éléments élastiques 22 afin d'établir l'étanchéité des passages tant d'amont 24 que d'aval 26 du robinet .
La section d'amont 12 du boisseau 10 présente une bride orientée radialement 28 destinée à être montée sur une conduite (non représentée) par des moyens connus tels que boulons et écrous. La section d'aval 14 du boisseau présente une bride orientée radialement 30. La bride d'aval 30 présente une série de cavités 32 qui vont de la partie de bride située radialement tout à fait à l'extérieur à la partie de bride située radialement tout à fait à l'intérieur et contiguë au passage de fluide d'aval 26. Un anneau 62 est juxtaposé aux extrémités radialement intérieures des cavités 32. Cette réalisation de la présente invention est représentée en détails sur la figure 3.
On se réfère maintenant à la figure 2, qui est une vue de détail en coupe d'une partie d'une bride d'aval 30 selon un mode de réalisation de la présente invention. La cavité 32 va de la partie de la bride 30 située radialement tout à fait à l'extérieur à la partie de bride 30 située radialement tout à fait à l'intérieur et contiguë au passage d'écoulement de fluide 26. Un anneau 34 ayant un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre présenté par le passage d'écoulement de fluide 26 dans la partie de la bride 30 située radialement tout à fait à l'intérieur est monté sur
la bride 30 par des moyens tels que des vis 36. L'anneau 34
a une section mince pour ne provoquer qu'un minimum de perte de charge quand le tournant 18 est en position de pleine ouverture. On voit que la cavité 32 se termine radialement en déçà du passage 26 dans un canal circulaire 38. Un orifice
40 ménagé dans l'anneau 34 est incliné à angle aigu sur la direction d'écoulement à travers le passage 26. En fait, l'anneau 34 présente une série de ces orifices 40, qui ne sont pas forcément situés chacun près d'une cavité 32. De plus, le nombre de ces orifices 40 est généralement 3 ou 4 fois supérieur au nombre de cavités 32.
Une soupape de retenue 50 est reliée par un embout
53 à la partie de la cavité 32 située radialement tout à fait à l'extérieur. La soupape de retenue 50 comporte un corps 48 muni d'un ressort de commande 52 qui permet à la soupape d'agir en régulateur de dépression. Lorsqu'une poche de vapeur sous dépression est présente dans le passage de fluide 26, la dépression provoque la compression du ressort
52, ce qui permet à de l'air de pénétrer depuis l'extérieur, à travers la soupape 50, la cavité 32 et l'orifice 40, dans le passage d'écoulement 26. Cette admission d'air extérieur réduit l'apparition de poches de vapeur dans le passage de fluide 26.
On se reporte maintenant à la figure 3, qui représente une seconde réalisation de l'ensemble soupape de retenue-cavité selon la présente invention. La bride 30 présente une cavité 32 et une soupape de retenue associée 50, comme sur la figure 2. Toutefois, la cavité 32 se termine, radialement vers l'intérieur, au même niveau que la bride
30. Un anneau en forme de gouttière 62 est fixé de manière inamovible à la partie intéressée de la bride 30 de façon à définir un canal 66 faisant communiquer entre elles toutes les cavités 32 par leurs extrémités radialement intérieures. Le canal 66 présente une série d'orifices 60 correspondant par leur fonction aux orifices 40 décrits à propos de la figure 2.
REVENDICATIONS.
1. Robinet comprenant un boisseau cylindrique (10) présentant un passage (24, 26) permettant à du fluide de le traverser, caractérisé en ce qu'il comporte un tournant (18) monté mobile autour d'un axe (20) dans le boisseau cylindrique (10) de façon à pouvoir établir l'étanchéité avec le boisseau cylindrique (10) pour interdire l'écoulement de fluide dans ledit passage (24, 26), le boisseau cylindrique
(10) présentant une bride orientée radialement (30) près de l'une de ses extrémités, cette bride (30) présentant plusieurs cavités orientées radialement (32), ces cavités (32) s'étendant depuis la partie de bride située radialement tout à fait à l'intérieur et contiguë au passage d'écoulement jusqu'à la partie de bride située radialement tout à fait à l'extérieur, une soupape de retenue (50) posée sur chacune desdites cavités (32), cette soupape de retenue (50) empêchant le fluide de sortir dudit passage à travers la cavité associée mais laissant de l'air extérieur pénétrer à travers lesdites cavités (32) dans ledit passage d'écoulement de fluide pour réduire l'apparition, sous pression sub-atmosphérique, de poches dans le fluide s'écoulant au-delà du robinet.