Brevet FR2009361A1 — publié le 19700206

La présente invention concerne une construction de vanne ayant joint étanche élastique protégé et, plus spécialement, un robi-net-vanne ayant un joint étanche élastiaue supporté dans un évide-ment et disposé sous la surface de 1'élément dans lequel il est 5 supporté de façon à être exempt d'un contact glissant avec des surfaces opposées du robinet. Dans un grand nombre de constructions de vannes, des joints élastiques sont préférés comme moyen d'étanchéité principal, attendu qu'ils peuvent former un bon joint étanche aux fluides en dépit 10 d'irrégularités ou d'imperfections de surface de l'élément de travail opposé du robinet. Dans un grand nombre de types de vannes, tel^que des robinets-vannes, des vannes à clapet sphérique, des robinets à clef etc., l'élément de fermeture de la vanne est amené à glisser sur les surfaces de travail opposées du corps lorsque la t5 vanne est ouverte et fermée, en soumettant les joints élastiques à-un contact glissant usant par frottement . Dans la plupart des cas, cette action ne pose pas de problèmes particuliers étant donné que les bagues d'étanchéité peuvent être lubrifiées, ou sont faites en des matières résistant à l'abrasion et qu'elles conservent un bon 20 joint étanche aux fluides, même après un grand nombre de cycles de fonctionnement. Toutefois, il existe certains cas dans lesquels il est souhaitable d'éviter tout contact glissant du joint élastique parce que les joints sont nécessairement susceptibles d'être endommagés par l'abrasion et le grattage. Par exemple, lorsqu'on utilise 25 la vanne dans une installation sous vide, on ne peut pas appliquer un lubrifiant sur la bague d'étanchéité parce qu'il contaminerait l'installation» De même, lorsque la vanne.convient pour une application cryogénique,, les températures extrêmement froides exigent l'utilisation de matières plus particulièrement choisies pour les 30 bagues d'étanchéité, matières qui ne résistent pas à l'abrasion* -En outre, dans ces conditions, un grand nombre de matières deviennent plus dures et sont plus susceptibles d'être rayées. Evidemment, il est très so-uhai table d'éviter l'abrasion ou le grattage de la bague élastique afin de conserver l'intégrité du joint. Il s'ensuit, qu'il 35 est très souhaitable d'actionner la vanne avec une amplitude minimum de mouvement glissant sur le joint élastique. Par conséquent, la présente invention se propose : - d'empêcher une bague d'étanchéité élastique d'effectuer un contact glissant entre l'.élément de fermeture de la vanne et le 40 corps de cette dernière pendant le fonctionnement de la vanne ; 69 15477 -2- 2009361 - de fournir un robinet-vanne ayant un joint élastique supporté dans un évidement et disposé au-dessous des surfaces de travail adjacentes du robinet j , - * y - une vanne ayant uns surface âe travail évidée an©ïli,ire ^ui* 5 dans la position fermée, s'oppose" à une surface de travail en saillie complémentaire, du corps qui pénètre dans 1Avidement pour assurer l'étanchéité contre un Joint élastique supporté dans oe dernier j - un robinet-vanne ayant des surfaces de travail annulaires 10 opposées sur l'élément de fermeture et sur le corps» l'une étant évidée et l'autre en saillie, ainsi qu'un moyen pour pousser l'élément de fermeture axialement en vue d© pénétrer dans la surface en saillie « Pour réaliser la présente invention, la Demanderesse fournit 15 une vanne ayant des positions d'étanchéité ou surfaces de travail annulaires opposées sur l'élément de fermeture lie"la"vanne et eur • le corps. Une surface de travail est formée pas* le fond d'un évide-ment annulaire ayant des parois qui s' effilent dft lfr surface inférieure vers 1'extérieur aux surfaces adjacentes de la vanne. Un 20 joint élastique est supporté dans un autre évidement formé dans la partie inférieure de la surface de travail évidée, la surface ex-» terne du joint étant déplacée au-dessous du niveau -des surfaces externes adjacentes à 1'évidement,La surface de travail complémentaire opposée a la forme d'une protubérance annulaire qui s'étend-25 au-delà des surfaces adjacentes de façon à pénétrer dans la surface de travail évidée lorsque la vanne est fermée, mais qui glisse simplement le long de la surface externe de l'élément opposé pendant son fonctionnement» Dans un robinet-vanne, de préférence 1'évidement et le joint élastique sont placés sur le côté aval de l'élément 30 de fermeture, de sorte que des pressions élevées de fluides déplacent cet élément vers l'aval pour assurer un oontact.dVétanchéité. En outre, des moyens de poussée sont prévus pour agir contre le côté amont de l'élément de fermeture et les surfaces opposées du corps pour pousser l'élément de fermeture vers l'aval, même à de 35 faibles pressions. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortir ont de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention sur les-40 quels : BA0 ouiginaÏT 69 15477 -3- 2009361 la figure 1 est une vue en coupe verticale prise à travers un robinet-vanne selon la présente invention ; les figures 2 et 3 sont des vues en coupe partielle représentant le mouvement de l'élément de fermeture à mesure qu'il commence 5 à se fermer ; la figure 4 est une représentation plus ou moins schématique montrant les relations des surfaces de travail opposées lorsque l'élément de fermeture est déplacé vers la position fermée ; les figures 5 et 6 sont des vues en coupe partielle montrant 10 le mouvement descendant continu de l'élément de fermeture vers la position complètement fermée ; les figures 7 et 8 sont des vues en coupe partielle montrant une autre forme de réalisation de la présente invention, et les figures 9 et 10 sont des vues plus ou moins schématiques 15 représentant le fonctionnement de cette forme de réalisation. • En se référant maintenant plus spécialement aux dessins, il est représenté sur la figure 1 une construction de robinet-vanne 10 comprenant une partie supérieure de corps ou chapeau 12 fixée à une partie relativement épaisse ou inférieure de corps 14. La partie 20 supérieure de corps peut, si on le désire, être faite de parois relativement minces qui sont déployées vers 1'extérieur, comme représenté . Un ensemble 16 de palier de glissement de la tige de vanne est soudé ou fixé autrement sur la partie supérieure du chapeau 12 et comprend un rebord 18 auquel un moyen de manoeuvre de la vanne 25 (non représenté) peut être fixé, par exemple au moyen de goujons ■ 19. Un coussinet de glissement 20 est logé dans le palier de glissement de la tige et présente un moyen d'étanchéité approprié tel que des bagues toriques 22,23, pour former un joint étanche entre la tige 24 et le palier de glissement 16» La partie supérieure mince 12 30 du corps est soudée dans une ouverture formée dans un rebord dfassemblage 26. La partie inférieure du corps est, dans sa forme préférée, faite de plaques d'extrémité métalliques relativement épaisses 27, chacune comprenant line ouverture 28 destinée au passage d'un fluide. 35 Une bande 30 du corps est fixée entre les plaques d'extrémité par un moyen approprié quelconque tel que par soudage. Un rebord 32 soudé à l'extrémité supérieure de la partie inférieure 14 du corps porte une série de goujons 34 qui s'étendent à travers des ouvertures correspondantes formées dans le rebord supérieur, de sorte que les rebords sont fermement fixés les uns aux autres en bloquant des 69 15477 2009361 -4- écrous 36, un moyen d'étanchéité approprié 38 étant disposé entre les rebords. la tige 24 du robinet-vanne est" vissée ou fixée autrement à une partie/l1accouplement femelle verticale 39 d'un élément de fermeture ou obturateur 40 qui, en dehors de l'accouplement 40 et de 5 guides latéraux (non représentés), peut être d'une configuration approximativement circulaire. lorsque l'obturateur est dans sa position fermée représentée sur la figure 1, les surfaces de travail opposées de- l'obturateur 40 et les parois 27 du corps ferment hermétiquement les passages 10 d1écoulement. De préférence, on y parvient au moyen d'un joint élastique 46 qui peut être supporté soit par 1'obturâteur, soit par le corps, selon les besoins* Dans la forme de réalisation représentée, le joint 46 est supporté par l'obturateur et afin de le protéger contre l'abrasion pendant le mouvement de l'obturateur, il est intro-15 duit dans un évidement annulaire 42 ayant des parois internes et externes biseautées 44, qui-est découpé dans le côté aval de l'obturateur 40. Le joint 46 proprement-dit peut être introduit dans une rainure ou évidement plus étroit qui est découpé en outre dans 1'obturateur dans la partie inférieure de 1'évidement-42 de la surface 20 de travail. Si on le désire, le joint peut être collé ou moulé dans l'évidement en vue d'une retenue efficace1. Comme on peut le constater plus clairement sur les figures 2 et 3, la surface externe du joint 46 est disposée à un niveau situé au-dessous de la surfac^éxterne 40a de l'obturateur 40 dans un but• 25 qui sera décrit ci-après* Dans la forme de réalisation représentée, le joint se trouve sur le côté aval de l'obturateur, et à l'opposé de celui-ci se trouve une protubérance annulaire complémentaire 48 ayant des surfaces externe et interne biseautées 49. La surface en saillie est formée de sorte que dans la position fermée représentée 30 sur la figure 1, elle s'étend dans- l'évidement 42 pour venir en contact avec le joint 46. Sur le côté amont de l'obturateur, jJ/ést prévu un poussoir 50 qui peut prendre la forme d'une bague supportée dans un évidement correspondant 52 formé dans l'obturateur et qui est poussé vers 35 l'extérieur par exemple au moyen d'une sérié de ressorts hélicoïdaux 54. Une série de rondelles 56 ou d'éléments analogues qui sont fixées à l'obturateur 40, par exemple au moyen de vis à tête cubique 57, pénètrent dans une rainure périphérique 58 formée dans la bague-poussoir pour servir de moyen d'arrêt en vue de limiter son mouve-40 ment vers l'extérieur* De nouveau comme représenté plus clairement BAD ORIGINAL 69 15477 -5- 2009361 .sur les figures 2 et 3, la surface externe du poussoir est biseautée sur ses partie radialement internes et externes 50a et les rondelles d'arrêt limite sont mises en place de façon à assurer le -r. 'contact âupoussoir 50 avec les surfaces biseautées amont 59 du 5 corps, afin que la bague-poussoir passe en regard et soit poussée vers l'intérieur contre la force des ressorts 54 pendant l'assem-. -blage-du robinet-vanne* Les ressorts hélicoïdaux ont une force et sont en nombre tel qu'ils appliquent une force suffisante contre la surface amont 48 du corps du robinet pour pousser l'obturateur 10 40 vers l'aval et assurer la pénétration de la surface de travail - en saillie 48 du corps dans l'évidement 42 de l'obturateur afin qu'elle vienne en contact avec le joint 46 pour établir un joint étanche au fluide, même dans des conditions de pression extrêmement basse» Dans des conditions de pression élevée, le fluide agit contre 15 la face de l'obturateur 40 pour augmenter la force des ressorts, en 11 entraînant en aval pour assurer le joint-étanche* En se référant maintenant aux figures 2, 3 et 4, l'obturateur .du robinet-vanne est représenté au cours de ses phases de mouvement initiales de la position ouverte vers- la position fermée. A mesure 20 que l'obturateur commence son mouvement de descente à partir de la position de la figure 2, la surface externe 40a de l'obturateur .glisse eontre la surface de travail 48 du corps et étant donné que le joint élastique se déplace au-dessous de la surface 40a de l'obturateur, il s'écarte des surfaces du corps. La partie inférieure 25 de -1'évidement 42 et la partie supérieure de la surface en saillie • .48 du, corps ont une section droite complémentaire et se déplacent ; à l'opposé l'une de l'autre au cours des phases initiales du mouvement de l'obturateur. Toutefois, attendu qu'elles s'incurvent dans des sens opposés, la surfaceyén saillie relie simplement la petite 30,.partie de l'évidement qu'elle coupe et ne peut pas pénétrer dans l'évidement pour venir en contact avec le joint. Cette.,opération j ves.t.re pré s entée schématiquement sur la figure 4 dans laquelle la • ■ - ;partie arquée dirigée vers le bas représente la surface en saillie :. 48- et :1es parties arquées 42 dirigées vers le haut représentent l'é-55-^iâement.dans deux position de fonctionnement représentant la posi- jt;^on.f4ans laquelle le fond de-•!•'évidement est-opposé à la partie i;îresuj!éçifure de la- partie en saillie et une -seconde position se rap- l^çîjgnt de celle-représentée sur la figure 3. rnsoa mon la figure 5, on constate que l'obturateur 40 s'est dépla-^g^.^er^une position où. il est presque complètement fermé et où la 69 15477 -6- 2009361 surface en saillie du corps n'a pas encore pénétré dans 1*évidement complémentaire 42. A ce moment-là, la surface biseautée du corps et 1'évidement viennent en contact et lorsque l'obturateur se ferme davantage, la bague-poussoir 50, sous la force des ressorts hélicoï-5 daux 54, pousse l'obturateur vers l'aval pour assurer la pénétration de la surface en saillie 48. Enfin, lorsque l'obturateur atteint la position de la figure 6 les surfaces de travail en saillie et évidée sont complètement alignées et la surface en saillie 48 est en contact d'étanchéité avec 10 le joint 46 sous la pression des ressorts hélicoïdaux 54, augmentée d'une pression quelconque du fluide appliquée sur le côté amont du robinet et se déplaçant dans le sens de la flèche P. Par la suite, lorsque 1'obturateur est amené vers la position ouverte, les bords biseautés 44> 49 de 1'évidement et du corps glis-15 sent l'un contre l'autre pendant le mouvement initial de l'obturateur 40 et ces surfaces se poussent l'une-contre l'autre pour repousser l'obturateur en amont jusqu'à ce que la surface externe 40a de l'obturateur glisse de nouveau sur la surface -de travail 48 du corps du robinet dans la position représentée sur la figure 5• En-20 suite, tout au long du mouvement de l'obturateur vers la position complètement ouverte, les surfaces de travail'opposées passent par les relations représentées sur la figure 4# le joint 46 étant écarté de la surface de travail du corps. Le joint reste écarté jusqu'à ce que l'obturateur soit de nouveau déplacé vers la position com-25 plètement fermée représentée sur la figure 6. En se référant maintenant aux figures 7 à 10, il-y est représenté une autre forme de réalisation de la présente inventiorjâan& laquelle la bagué-poussoir 50 des figures 1 à 6 est remplacée par une série de boutons-poussoirs 62 qui peuvent être montés soit sur 30 le corps soit sur l'obturateur pour pousser ce dernier vers l'aval.-Sur la figure 7, les boutons 62 sont représentés comme étant supportés sur la périphérie d'une bague de montage 64 fixée sur le corps et poussés vers l'extérieur contre l'obturateur 40 sous la force de ressorts hélicoïdaux 66 supportés dans des alésages 68 formés dans 35 la bague de montage et appuyant contre des colliers radiaux 70 formés sur les boutons 62. La bague de montage est maintenue en place sur la paroi en amont 27a du corps par exemple au moyen d'une série de rondelles ou d'éléments analogues 72 maintenues en place par des vis 74. 40 Les boutons sont biseautés en 76 autour de leurs bords pour 69 15477 -7- 20.093T61 venir en contact avec un biseau complémentaire 78 formé autour de l'obturateur 40 du robinet, de sorte que/11obturateur vient en contact avec chaque bouton, il peut glisser par ce dernier et le faire rentrer, de sorte que 1'obturateur soit poussé vers l'aval par ces boutons. 5 Comme représenté schématiquement sur les figures 9 et 10, les boutons 62 sont appuyés progressivement sur la périphérie de la bague de montage 64 dans les deux sens à partir de sa partie supérieure à mesure que l'obturateur glisse en regard d'eux» Par suite, l'obturateur 40 est poussé vers l'aval juste aux niveaux qui sont en ré-10 alité opposés à la surface de travail en saillie 48 de la paroi aval du corps, pour exercer une action plus uniforme et éviter l'inclinaison naturelle de la bague-poussoir 50 lorsqu'elle est juste-appuyée sur un seul côté de l'axe horizontal. En même temps, le fonctionnement de l'obturateur est rendu plus aisé en raison du fait 15 qu'un nombre de ressorts hélicoïdaux-inférieur au nombre total-sont poussés contre l'obturateur jusqu'à ce qu'il atteigne sa position fermée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et est susceptible de recevoir 20 diverses variantes rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. 69 15477 g. ..... 2009361 ■ HEYBiroiOATIONg 1. Robinet-vanne comprenant -s--un corps de robinet dans lequel sont percés des orifices destinés au passage d'un fluide, une partie d'étanchéité annulaire du corps formée sur le corps du robinet en-5 tourant l'un de ces orificesj un élément de fermeture du robinet monté pour se déplacer à travers la partie d'étanchéité annulaire entre une position fermée et une position ouverte, une partie d'étanchéité annulaire formée sur l'élément de fermeture, lesdites parties d'étanchéité étant alignées lorsque l'élément de fermeture 10 est dans sa position fermée, caractérisé en ce qu'il comprendfî un moyen formant un évidement annulaire dans une desdites parties d'étanchéité, une protubérance annulaire formée sur l'autre partie d'étanchéité, destinée à être reçue dans 1'évidement, formé dans la partie d'étanchéité opposée lorsqu'elle est alignée avec^ernier, et 15 une bague d'étanchéité élastique supportée par 1'évidement, sa surface externe étant située au-dessous du niveau des surfaces adjacentes à l1évidement, la partie d'étanchéité de l'élément de fermeture étant prévue pour effectuer un mouvement axial- limité a-fin de mettre la protubérance annulaire en contact avec le joint» 20 2. Robinet suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que : les orifices à fluide forment des passages d'écoulement amont et aval, et les parties; d'étanchéité-sont disposées sur • le côté aval de l'élément de fermeture celui-ci étant mobile sous 1'effet de la pression amont du fluide lorsqu'il est dans la posi- 25 tion fermée. 3» Robinet suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que : l'élément de fermeture est un obturateur monté-dans le corps du robinet en vue d'effectuer un mouvement dans un plan, et 1'évidement est ménagé dans l'obturateur. •- - 30 4. Robinet suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu' il comprend des moyens élastiques sollicitant l'élément de fermeture suivant le mouvement axial limité. 5. Robinet suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu' il comprend : des surfaces de coincement complémentaires autour 35 des parties d'étanchéité, ces surfaces de coincement pouvant être amenées en contact lorsque l'élément de fermeture se déplace vers la position ouverte pou.r écarter la protubérance annulaire de l'évidement. 6. Robinet suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que : l'élément de fermeture est un obturateur monté dans le corps 40 du robinet en vue d'effectuer un mouvement dans un plan entre une 69 15477 -g- 2009361 position ouverte et une position fermée, et comprenant : une bague de poussée supportée par/diSdits éléments, et des moyens élastiques poussant la bague vers l'autre élément pour provoquer le mouvement axial limité. 5 7. Robinet suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend : des surfaces de coincement complémentaires sur la bague de poussée et sur les autres éléments pour pousser la bague de poussée à 1'encontre des moyens élastiques et un moyen d'arrêt monté sur un élément pour limiter le mouvement de la bague 10 de poussée vers l'extérieur lorsque l'élément de fermeture est dans la position ouverte. 8. Robinet suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que : les orifices à fluide forment des passages d'écoulement amont et aval, et la bague d'étanchéité élastique est montée sur le 15 côté aval de l'obturateur et la bague de poussée est montée sur son côté amont, et comprenant : des surfaces de coincement complémentai- >6Sdj.1)€ s surfaces de coincement pouvant être amenées en contact lorsque l'élément de fermeture est déplacé vers la position ouverte pour faire sortir la protubérance 20 annulaire de 1'évidement. 9. Robinet suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que : l'élément de fermeture est un obturateur monté dans le corps du robinet en vue d'effectuer un mouvement dans un plan entre la position ouverte et la position fermée, et comprenant : une sé- 25 rie de boutons-poussoirs étant montés pour se déplacer sur un des éléments d'un côté de l'obturateur et qui sont progressivement attaqués par l'autre élément à mesure que 1'obturateur recouvre les orifices à fluide et un moyen de poussée poussant chaque bouton vers l'autre élément- pour provoquer le mouvement axial limité.