Brevet FR2002141A1 — publié le 19691017

la présente invention est relative au;: vannes à papiilon. Jusqu'à présert, le disque obturateur ou ça piller, "e la vanne comprer." it une rcr re cériphéri eue ~estinée à cor tenir une te rue élastique ::,r assurer l'ét-.rch. ité entre le dis eue et 1- pa:oi 5 interne :u pss ■ ace ce f lui "'e. "r tel î?£rer.ce~ert - e vnr.o à pacil-Ion de la tecr.n: eue antérieure est ce or: t r«r^ 1-° revet :es _tet£-Urj 3 ë ' mérieue -= . c„ .c _ c . le -rrob" "••m" cul -e pore avec ce type "e verres à papillon "e la techr.icue antérir.-rc cor: iste en ce que, cour les grandes vannes, c ' eot-à-dire celles ui ont 10 ur. diamètre supérieur " 5 mm, I1effet " e frottement ce la surface interne du passa te de fluide sur la ca.pue élasticus d ' étar:-héi-te tend à être excessif lors 'e l'ouverture et ce fermeture de la vanne. Zet effet -e frottement exercé sur la ta-ru provocue une défor .atien et une usure excessive ce cette -jsgue, qui sont 15 1 ' origine ce 1-? formation de fuites. Il est donc désirable de réaliser une vanne k papillon ■: ans laquelle 1'étcrchéité aux fuites entre le papillon obturateur et La surface interne qu passage ce fluide peut être obtenue sans produire un frottement excessif entre la b-.rue c1 étanchéité et 20 cette surf-ce. Le principal but ce l'invention est dore ce réalise:"- un disque obturateur ou papillon perfectionné eu t"~pe qui utilise une bague d'étanchéité péri~ lier i que, ainsi .'u'une vanne utilisant ce disque. 25 Suivant un. caractéristique ce 11 invert ion, le disque ou papillon ce vanne est pourvu de moyens qui permettent- de provoquer une expansion sélective du diamètre ce la ba;ue c'étarchcité qui est montée sur la périphérie du papillon ce manière à provoquer par l'expansion d- cette barue son application ce façon étar.che j>0 contre la surface interne eu passage ce cluide et sur la périphérie du papillon et, ainsi, assurer l'etarchéite • ur. fluides entre le papillon et le passa, e de finie;, ,?e sert- c-'or. ottiei t ainsi un point à compression sans frottement entre la fcsuuc d ' étanche i té et la surf-ce interne de ce passage. 35 Suivart ur.- autre cractérisTicue » . -.-r moyens servant à provocue r l'expansion ce la a rue élasticus . c ' étar.chéitc c;r:crer.r.ent une rvrf-ce : e ."oir.t évasée ménagée rur 1- r'r* c"*éri ~ externe "'u carillon et ces moyens pour pousser sélect: v®"*rJ" la ta eu a i ' étanchéité sur ladite surface évasée, e" direction ce ::o: entré-■+0 mité la plus large our obliger 1 bapue s. rliseer ver:. 1 ' exté BAD ORIGINAL 6902400 2002141 rieur- sur le. ci te surface et 1= mettre en contact étanche •avec la caroi interne eu cassure ce fluide et •-vec -édite surface évasée u riz il 1er. ;u; oc ter.;' r 1 ' é tar.chéité èésirée er_\re eu::. V J. . _ O ,u. ^ . tr-, caractéristique ce l'ire..:::::, le prp: lion 5 cor ; rend a eu:: disques espaces axirlemert l'un ce 1* autre ainci eu1 ur. came montée sur 11 -.r .:re du a pi. lion e: eui sert : rapprocher e élecxivemen x ces dis eue-2 l'un de l'autre de manière que la ' a ;'ue élasticue c ' étanchéité scit refoulée par compression vers l'entérieur sur la surfce évr.sée de 1 'v.n "es ciscues. T i» 4- f r> r: ccr-ctéristiques et avant?.ces ~'e l'invention appa- •* u . 6 £ s ~ n b nr 6 6 9 ce 2" \*z~ z.r *- 6"^,7- r J~ r " "t t r-1? f:'--. 1 eet un», vue er, coupe 1 or ci t" c ir. -- 1e d * une vanne à papii T or : r-e s entant certain-"-s c 'ractéri sticres e la présente in-o vention; les li . 2 et 21 son": ces 'vues ce détail, à échelle plus rrarr e, ce la partie de la construction c" e la .-"ir. 1 encerclée par la ligne k-2 et elles montrent le papillon dans sa position d'ouverture et dans s- position de fermeture respectivement;. 2u la .-ir. 3 est une vue en coupe, a échelle plus prar.ee, de la partie de la construction de la ïiç.1, prise suivant 1= ligne 3-3 dans le sens des flèches: la iç. 4 est : ne vt. e schématieue en coupe lor _ itecinale de la Vxr.e er.iiv-T.t i1 insertion et montre le fonctionnement du mécanis-'O me /'arrêt er position: la r'iv.5 est un- vue "'une partie ce la construction ce la '£ i - ' • ' 1, F" ' t ~~v— 1e?' 2. z — p " — ~ r'o^p T 6 P6"rF t* 1 ^ c s p s n* i s à plus petite échelle. dur la ?i.-. 1 on a raprés-r-té une var.re 1 ? papillon suivant JO 11 ir-er.tior.. ?st:s vanne corne rend ur corps _ d-rs lequel .est mena vz ur alésage cylir ""rieue 1 cui définit dars ce corts un • passa ~e "e flui 'è eu'il r' : rit de munir d'ur o turateur. In alésage transversal 4- traverse l'une des m rois du corps 1 .et coupe cia-îaétraler.er t 1' i lés a ce loi: itùdinal e tour recevoir, un axe ou ar- ... t 35 "cre rotatif 3. Cet axe 3 est monte dsr.e l'alésage transversal 4 --r j • ir. terme*" i - ire e : e' : reulet." r.ts - e i son; ciepesés aux : eu:: entréai te s opposées l'are, et : 1 r.chor cor ter. t. t *.. eu.-. earues ^.orecues .. esc j_.ee arma —e e~ 3:uie. l j.' etar— chéité entre 1'- tige o et le corps 2. BAD ORIGINAL 6902400 3 2002141 Un papillon 11 est monté sur l'axe 5 pour tourner dans le passage de fluire 3. Plus particulièrement, le rgpillon 11 comprend deux disques 12 et 13. le disque 12 est le plus éloigné de l'axe 5 et comprend ceux doigts de guidage 14 et 15 qui sont soudés en 5 16 sur ce discue 12 et qui traversent des trous 17 centrés sur eux et pratiqués dans le disque 13. Ces doigts de guidage 14 et 15 sont disposés suivant un même diamètre du papillon 11 et chacun d'eux est percé d'un trou transversal 18 qui est aligné axialement suivant un diamètre du papil-10 Ion 11 pour recevoir l'axe 5 qui le traverse. Des roulements 19 sont montés dans les trous 18 pour permettre à l'axe 5 ce tourner par rapport aux doigts de guidage 14 et 15. Une came excentrée 21 (voir Pig. 1 et 3) est bloquée sur 1' axe 5j à peu près au milieu de la longueur de cet axe, et une sur-15 face 22 de la came 21 porte de manière coulissante dans une rainure centrale du deuxième disque 13. Un ressort conique 23 est disposé dans une cavité 24, pratiquée dans le premier disque 12, le ressort étant ainsi interposé entre les ceux disques 12 et 13 du papillon pour tendre à écarter élastiquement ces disques l'un 20 de l'autre dans le sens axial. La sollicitation élastique du ressort travaille en antagonisme par rapport à la surface 22 de la came. Les surfaces périphériques externes des disques 12 et 13 (voir Fig. 1, 2A et 2B) sont biseautées sous forme de surfaces 25 tronconiques 26 et 26' qui divergent vers 1'.extérieur. Ces surfaces 26 et 26' forment un angle de ^2s 30' avec le plan ces disques 12 et 13 et par conséquent un angle de 45= entre elles. Les parties biseautées des disques 12 et 13 définissent une gorge périphérique destinée à recevoir une bague élastique d'étanchéité 27 30 du type toriaue ("o-ring")» qui s'étend sur toute la périphérie externe du papillon 11. La f«=ce avant du disque 12 du papillon présente un biseau périphéricue 28 cour faciliter î'obtention d'un dégagement suffisent pour permettre d'amener le r-°pillon 11 en position de fermeture par rotation.. 35 On décrira maintenant le fonc t i or r e~e r t ce 1° vanne à papillon avec plus de détails en se reportant aux pig. 2'-., 2B et 3. Sur la pig.3, on a montré l'action de 1- came 21. Plus particulièrementr cette came 21 présente ceu:: méplats 29 et 31 respectivement. La distance radiale qui sépare le centre ce 1'axe 5 du plan du mé-40 plat 23 qui est représenté appliqué contre le disque 13 du papil- n»n rM3tniMAI 6902400 * 2002141 Ion est supérieure à la distance radiale séparant le centre de cet axe 5 de l'autre méplat 31. L'angle formé entre les deux méplats 2S et 31 est d'environ 302. Lorsqu'on fait tourner la came dans le sens indique par la flèche "B", c'est-à-dire dans le sens 5 des aiguilles d'une montre sur la Fig.3» les deux disques 12 et 13 du papillon sont resserrés l'un par rapport à l'autre sous 1' action de la came en surmontant la force élastique du ressort 23 aui tend àécarter ces deux disques. lorsque les deux disques 12 et 13 sont resserrés l'un par rapport à l'autre, comme représenté 10 sur la Fig.3, la bague d ' étanchéité torique 27 est comprimée et refoulée le long des surfaces inclinées 26 et 26' f .rmées à la périphérie des disques 12 et 13 de sorte qu'elle est refoulée de la position représentée sur la Fig. 2A à la position finale représentée sur la Fig. 2B. Bans la position finale ou "bloquée" 15 qui est représentée sur la Fig. 2B*la bague d'étanchéité 27 a subi une expansion radiale vers l'extérieur telle qu'elle est appliquée à joint étanche contre la surface interne de l'alésage 3 et sur les surfaces inclinées 26 et 26* des disques 12 et 13, en formant ainsi un joint étanche aux fluides entre le papillon 11 £0 et la surface interne de l'alésage, pour fermer le passage 3 à l'écoulement des fluides. Lorsqu'on veut ouvrir la vanne, on f^it tourner l'axe 5 dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre c'est-à-dire dans le sens indiqua par la flèche C sur la Fig.3, par exemple 25 au moyen d'une poignée ou d'un levier 32 (Fi;.1) qui est fixé à l'extrémité extérieure de l'axe rotatif 5 de la vanne par exemple par une vis de blocage 33. Lorsqu'on f,?it tourner l'axe 5 et la came 21 dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, la bague torique 27 qui est en état d'expansion, assure un effet 30 e blocage du papillon 11 par frottement qui est suffisant pour empêcher le papillon de tourner avec l'axe 5. La came 21 tourne donc par rapport à la surface du disque 13 de façon que le deuxième méplat 31 s'applique à- plat sur la surface du disque 13. I?ans cette position, le ressort de sollicitation 23 écarte axia-35 lement les disques 12 et 13, comme représenté sur la Fig. 2A, en laissant la bague d'étanchéité 27 se contracter et redescendre le long ces surfaces inclinées 26 et 26' oour s'écarter de tout contact d'éterchéité avec la suri-ce interne ce l'alésage 3, débloquer le papillon 11, supprimer 1'étinchéité et permettre au 40 papillon 11- de tourner avec l'axe 5 et la c^me ^1. 6902400 5 2002141 Bien que, dans une forme préférée ce realis-tior ce l'invention, les ceux surfaces péri ohé ri que s ces -"iscues 12 et 13 soient biseautées, ceci ne cor.s ' crue p-s ure obligation. Suivant une variante, une seule des curf-c s périphériques ces disques 12- et 13 peut être biseautée. lans ce dernier cas, l'angle ce ciseau est de préférence de -+5= par rapport ar- plan ces disques 12 et 13 plutôt que de _22 30'. l'étanchéité au;-: fluides est obtenue par rapprochement des disques 12 et 13 l'un del'iutre, ce qui ob'lige le disque non biseauté à pousser ou presser la bague torique 27 pour 1 lé°nmoins, deux ciseaux " et. 2c' -"e ..-22 30' sont préférables à un seul ciseau de 45 = p°rce eue les ""ise-rx cero-ttert ce placer la b°gue toriau- plus prvs ce l'axe 5 ce 1" v°nne lorsque celle-ci est en position c ' ouverture. effet, dans cette position c'ouverture, la c.ague torique 27 peut avoir un din.-être plus voisin ce celui du passage de fluice et cependant ne pas frotter contre 1° surface de ce passage. Il er. résulte que, lorsqu'on ferme la valve, la bague torique 27 n'a pas à être dilatee autant pour assurer l'étanchéité et, en outre, ceci permet d'obtenir une plus granc e compression de 1? bague toricue 27 pour une même course de resserrage axial des disques 12 et 13 eu papillon. La vanne a papillon 1 suivant l'invention est particulièrement utile pour permettre l'obturation du conduit de \"ice entre une installation dans laquelle il s'agit de faire le vice et une pompe à vide élevé dans une installation relativement grande cui nécessite des vitesses ce po.r.page relativement élevées, par exemple des débits supérieurs à 1ÛOG litres n=r seconde. ces cas, les sections es conduits sour vi--"e rcivert être relativement grandes, cour per-.e"tre les rrarces -f tr " as "'e compare. Une «utre particularité ce la v«rr.s à pac"l~:r '•, er. supolc-rnent ce ces exceller tes qualités ce ferre-tvr^ é tanche aux fuites, est qu'elle permet : ' ccter.ir une fuite dosée er. rcurnnt la came -1 pour amener son point ce crr.tact en 34, ce evi ce :r~ c." it p-^r un débit d'iccrcis.-e cent ce l'espace cor.pric encre les -.'iscues 12 et 13 eu papi'; l:n et par conséquent car une ré duc :i or. ce la pression d'étanchéité appliquée à la bague t". 3.ttc- lé BAD ORIGINAL 6902400 r O 2002141 conditions de for.ctionnerrent des installations sous vire. Or. décrira roa in ternit "lus cr1= terrent en se reportant aux i 1 et 4, ur. dispositif ; 'arrêt en position désigné dans son ence-nble par la référence 35 sur la Fig. 1. Ce dispositif compor-5 te ur.e équerre à ar'-le croit 36 f irée "u iscue 12 du -apillcn, par e;:errple par soudage par points. Une vis est vissée dans un trou fileté pr ~icus car..: 1-» partie ce 1 'équ-.-rre 3o qui s'étend vers l'extérieur et un éerou de blocage est vissé sur- l'extrémité -"e la vis pour cliquer cette derr.i~.re dans une position de 1- réglage -■■■ rrropriée. la vis 37 est réglée de telle façon que, lorsqu'on f--it tourner le papillon 11 dans le sens ces aiguilles d'une rrontre, c'est-à-dire dans le Gens ce la fermeture, la vis 37 vient en arpui contre la surface interne de l'alésage 3 au moment où le papillon 11 se trouve exactement dans le plan trans-13 versai désiré pour obtenir le passade 3 et interrompre l'écoulement du fluide. Lorsque la rotation du papillon 11 est arrêtée par le dispositif d'arrêt 35, l"3 came 21 peut tourner our prenne 1? position ce blocage dans lacuelle le méplat 25 porte contre le ciscue 13 ainsi eu'on l'a décrit plus haut. c-'v 2r. variante de l'utilisation du dispositif d'arrêt en position qui est rorté par la papillon 11, le disoositi" d'arrêt peut être porté par la paroi ce l'alésage 3 comme indiqué en 38. Le dis-ositif d'arrêt je peut comprendre ur ensemble approprié composé 'une scuerre et d'.ne vis, analogue à celui qui est repré-25 sente on 35. On 3-2 reportera maintenant à la vue de fa ci- du rapillon représentée à la .- ig.5. Le disque 13 présente deux ouvertures 35 servant à fac:liter 1'éch:ppenent de l'air des espaces compris e.-.tre les disques 12 et 13. 3^ .tir.si qu'on l'a indiqué pxus naut, la vanne à papillon 1 suivant 1'invention est particulièrement utile pour permettre de commander l'écoulement des gaz dans les installations sous vide — C qui travai-lent a des pressions trrs basses par exemple de 10 -lorr. l'effet de serrage entre .es deux disques du papillon 11 35 permet d'obtenir 1'étanchéité prat;cuement purement par compression entre !•-- barue "'et rchéitd 2"' et 1" surface interne du passage ce fluide 3, en évitant air si l'effet de fro"tement obtenu avec les papillons -;e ln tec'ricue au~érr eure c-ui utilisaient une bague ;'étanchéité périphérique. BAD ORIGINAL 6902400 7 2002141 Dans un exemple type de vanne suivant l'invention qui utilise un passage de fluide d'un diamètre de 131,775 mm, on utilise une bague torique 27 en caoutchouc, ce 130,175 mni de diamètre externe pour assurer l1étanchéité autour du papillon 11. La bague tori-5 que a un diamètre de section de 3,175 mm. Le robinet 1 en position de fermeture présente un débit de fuite de l'ordre de 1 x 10-11 cm*' d'hélium par seconde. Lorsque la vanne 1 est destinée à être utilisée dans une installation sous vide, les parties métallicues du robinet sont de 10 préférence en un acier inoxyd-ble non magnétique. Pour éviter le grippage des surfaces de glissement ce la vanne, ces surfaces sont de préférence lubrifiées au moyen Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, qui n'a été choisi qu'à titre 20 d'exemple. 6902400 8 2002141 Revendications 1 - Vanne à papi_lon qui comprend un corps ..résentant un passage de f lui ce qu'il s'agit .ce munir r'un obturateur, un papillon :.:onté rotatif dar.3 ce passage pour permettre d'obturer l'écoule- p mer.t du fluide dans le passage et pourvu d'une gorge périphérique qui s'étend sur toute sa périphérie et uni; carue c'étanchéité élastique disposée dans cette gorge et s'étendant sur toute ls périphérie du papillon pour assurer i'étanchéité aux fluides, entre le papillon et la surface du passage lorsque le papillon est "ÎO en position ce fermeture, cette vanne étant caractérisée en ce que ledit papillon comprend des moyens qui permettent ce refouler sélectivement la bague d'étanchéité radialement vers 1'extérieur pour accroître son diamètre et l'appliquer de manière étanche aux fluides à la fois contre la surface interne du passage et con-15 tre la périphérie du papillon pour assurer l'étanchéité aux fluides entre le papillon et ladite paroi. 2 - Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens servant à refouler sélectivement la bague c'étanchéi- . té vers l'extérieur comprennent une surface de joint évasée vers l'extérieur et formée à la périphérie externe du papillon, l'axe de révolution de cette surface étant coaxial avec l'axe longitudinal du passage de fluide pour la position de fermeture du robinet et la bague d'étanchéité étant disposée coaxialement à ladite surface évasée et appliquée sur elle, et des moyens pour O pousser sélectivement ladite bague parallèlement à l'axe de la surface évasée, en direction de l'extrémité la plus large de cette surface pour faire glisser ladite bague vers l'extérieur sur la surface évasée ■ e façon à l'amener en contact étanche avec cette surface évasée et avec la surface interne du passage de 30 fluide, assurant ainsi 1'étanchéité entre le papillon et cette paroi. 3 - Vanne suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le papillon comprend: un premier et un deuxième disques espacés axialemer.t, le premier disqe comportant ladite surface évasée formée à sa périphérie et le deuxième disque formant les moyens qui servent à pousser la bague d'étanchéité sur la surface évasée, un moyen élastique qui tend élastiquement à ecarter le premier disque du deuxième dans une direction axiale pour former, dans l'espace compris entre ces discues^la gorge périphériaue 40 destinée à contenir la bague c1étanchéité, et un axe ou ^rbre 6902400 2002141 rotatif de vanne qui traverse la paroi 1-térale c:u corps ce vzn-ne, est fixé au papili n pour permettre e le fiire tourner pour régler l'écoulement du fluide c'nrs le pns.~s.~e ie rluiée, et est pourvu d'une cczne cri est fixée ru. lui er qui porte sur l'un - es 5 deux di£.qu.ïs pour agir en antagonisme au mo. en élasticue a" in de .rapprocher sélectivement le premier cis;.u;. du deuxième et ce refouler la bague c' étanchéité ver= l'extérieur pour l'apr.licuer de taniàre étanche contre la surface i.rc^rne eu pas;a. e .e fluide. 10 4 -.Vanne suivant 1" revendication 3, caractérisée en ce eu' elle comp" end. ceux doigts de guidage orientés ami-lemert, fixés rigidement à l'un ces deux fiscu.es et traversant axi^'emert -es trous pratiqués cars l'autre - is que et centrés sur ces ~o: rts, chacun des roigts étart percé d'ur rou --e" ~.ir b recevoir l'axe 15 rotatif eu robinet, • ui peut être er'fi'.é r-r.s ces trous fora nt portées, pour maintenir le premier et le deuxième disvues sur . . cet axe, le moyen élastique servant à appliquer 11-' xi eussent le disque percé : es deux trous contre la c-me calée sur ledit axe. 5 - Vanne suivant 1= revendication 4, caractérisée en ce eu' 't-u elle comprend un dispositif d'arrêt en position porté par le papillon et destiné à s'.-.ppuyer contre In surface interne du passage de fluide pour empêcher le papillon ce tourner c'un plus grand angle das le sens de la fermeture lorsque le _apiilcn atteint la position de fermeture, et ladite came ayant pour effet, 25 lorsqu'on continue à faire tourner l'axe rotatif du robinet dans le sens de la fermeture du robinet, de resserrer les discues 1' un par rapport à l'autre à 1'encontre ce l'action du moyen élastique, pour provocuer l'expansion r'e la ha sue •- • étanchéité et le mettre en position ■- ' étarchéité. 30 6 - Vanne survint la revendication 5, caractérisée er ce eu la came présente deux méplats, 1 • un ' es méplars procuir • rt sur le premier et le deuxième risquer ur. effet de rerr ge su "fis nt pour assurer 1'étanchéité au fluide, t-ncis eue l'autre méplat permet à l'action élaoticue c'écrter suffisamment le premier disque du 35 deuxième pour permettre à la iague c. ' ttaucréité ce . evenir vers .l'in.térieur sur la surface périphericur évasée du papill;: , afin de supprimer 1'étanchéité. 7 - .ar.ne suivant la revendication ., car-cterisco er. ce que le deuxième diseur présente une surface év-sée ver: l'extérieur 40 sur sa périphérie, la ceuzi;me surfs se évasée céfiuiss.nt la:ixe BAD ORIGINAL 6902400 iO 2002141 gorge périphérique er. co^i''irrison avec la première surface évasée eu pre::.ier dis eue, 1^ bague c.1 étar.chéité glir sart sur 1-s ceux surr^oss évasées ce sorte eue, " vrs-u'or. rapproche les deux discues l'un ce l'autre, les rurfnces év-rées re rapprochent pour re • ou 1er par- conpressj or. 1' ca ue tar c.'.ei té vers 1' =-té-rieur er. vue ce l'applicu r ce m-ri" re étorche sur la surface interne Bad original