Brevet FR2031544A1 — publié le 19701120

lia présente invention concerne les équipements à -vide et plus précisément les vannes pour ces équipements. la vanne proposée peut être utilisée de la meilleure façon dans les équipements à vide très poussé réchauffés pour éliminer le gaz et dans lesquels 5 le temps de fonctionnement de la vanne est de quelques secondes. Gomme vannes rapides on utilisait jusqu'à ces derniers temps surtout les vannes dans lesquelles la tige de l'organe obturateur, réunie rigidement à une pôignée, comporte un ergot qui se déplace dans une rainure de forme appropriée du corps. La partie 10 médiane de cette rainure est dirigée le long de l'axe longitudinal de la tige et les parties terminales sont placées perpendiculairement à cet axe. Les parties terminales de ces rainures sont destinées à fixer l'organe obturateur dans la position "ouvert" ou "fermé" et la partie médiane sert au déplacement libre de l'élément 15 obturateur vers le siège ou dans le sens contraire. L'étanchéité de la vanne dans la position "fermé" est assurée par une bague d'étanchéité non métallique fabriquée en un matériau élastique. Le jeu entre le corps et la tige est étanché à l'aide d'un presse-étoupe. 20 Cependant l'utilisation des vannes connues du type indiqué, flana les équipements à vide très poussé, est rendue difficile par le fait que lé dispositif de commande de ces vannes applique l'élément obturateur contre le siège avec un effort ne dépassant pas 10 à 100 kg, ce qui est tout à fait insuffisant pour assurer 25 l'étanchéité requise. De plus,. l'hermétisation de la vanne dans la position "fermé" à l'aide d'une bague d'étanchéité non métallique dans les équipements à vide réchauffés où la température est relativement élevée exige un changement fréquent de cette bague. L'étanchéité de la bague est relativement faible et lorsqu'-30 on ouvre la vanne un dégagement intense du gaz a lieu et ce dernier pénètre dans l'épaisseur de cette bague. La présente invention vise l'élimination des difficultés indiquées. Elle a-pour but la création d'une vanne pour un équipement à 35 vide, qui, avec un temps de fonctionnement relativement réduit, assurerait l'application de l'élément, obturateur avec un effort suffisant pour créer l'étanchéité requise, même en l'absence d'une 69 44223 2 2031544 bague d1étanchéité non métallique. Ce problème peut être résolu à condition de pouvoir reproduire la position réciproque de l'élément obturateur et du siège dans la position "fermé". 5 Pour résoudre ce problème on a utilisé une vanne pour un équipement à vide, dans laquelle l'élément obturateur est lié à la partie mobile d'un dispositif de commande exécuté de façon à pouvoir être fixé dans les positions "ouvert" et "fermé" et se déplacer librement entre ces positions. 10 • Selon l'invention la partie mobile du dispositif de commande de cette vanne comporte un manchon à ergots latéraux, monté à l'aide de ces derniers dans des guides linéaires du corps de la vanne pour y être déplacé sans rotation vers le.siège et en sens inverse à l'aide d'au moins un levier à deux bras réuni au manchon 15 et s'appuyant par un bout sur le corps de la vanne lors de l'ouverture de cette dernière, la longueur des feuides linéaires étant égal approximativement à la distance de déplacement libre du manchon, tandis que sur les ergots latéraux du manchon et sur le corps de la vanne sont prévues des faces, planes inclinées sous un 20^ même angle aigu par rapport à 1'axe longitudinal de la vanne et servant à appliquer avec un effort l'élément obturateur contre le siège par suite de l'interaction entre les faces planes des ergots latéraux du manchon et les faces -planes du corps lorsqu'on fait pivoter le manchon à l'aide du levier à deux bras autour de l'axe 25 longitudinal de la vanne après la course libre du manchon vers le siège. La longueur des guides linéaires est choisie telle, que les ergots latéraux du manchon à la fin de la course libre quittent les guides linéaires indiqués et leurs faces planes puissent se 30 trouver en interaction avec les faces planes du corps. L'angle d'inclinaison des faces planes sur le manchon et le corps de la vanne est choisi en tenant compte de l'effort relativement élevé d'application de l'élément .obturateur lorsque le dispositif de commande est autofreine dans la position "fermé". 35 Dans me version préférée d'exécution de la vanne proposée il convient d'isoler la cavité du corps de la vanne de l'atmosphère à l'aide d'un soufflet dont un bout est relié à l'élément obtura 69 4422j 3 2031544 teur et l'autre est relié au corps. L'utilisation d'un soufflet métallique permet de réchauffer la vanne jusqu'à une température relativement élevée. Pour fixer l'élément obturateur de la vanne dans la position 5 "ouvert", il convient de monter le levier à deux bras sur un support réuni rigidement au manchon et servant de butée additionnelle pour le levier lorsque la rotation de celui-ci en position "ouvert" de la vanne est telle, que le bout de ce levier en interaction avec le corps de la vanne se trouve plus loin de l'axe 10 longitudinal de la vanne que le bout opposé de ce levier. L'avantage essentiel de la présente invention réside en ce que lors de l'action rapide de la vanne, dont la durée ne dépasse pas une seconde, l'effort d'application de l'élément obturateur contre le siège atteint plusieurs tonnes. 15 On trouvera ci-dessous, à titre d'exemple non limitatif, -une description détaillée de la version préférée d'exécution de la vanne, selon l'invention, avec références aux dessins annexés où: - la figure 1 représente la vanne dans la position "ouvert" (coupe 1 e^gitudinale); 20 - la figure 2 montre la vanne dans la position "feimé" ; - la figure 3 représente une vue en coupe suivant III-III de la figure 1 ; - la figure 4 représente une vue en coupe suivant IY-IY de la figure î ; 25 - là figure 5 présente le schéma de disposition des surfaces, planes sur le dispositif de commande et sur le corps de la vanne à échelle agrandie. La vanne pour un équipement à vide (sur le dessin l'équipement à vide n'est pas indiqué) comporte un élément obturateur 1 30 (figures 1 et 2) réuni à un bout de la tige 2 à l'aide d'un goujon 3. A l'autre bout de la tige 2 se trouve une queuefiletée 4 sur laquelle est fixé le manchon 5 à l'aide d'un écrou 6. Le manchon 5 comporte des ergots latéraux 7 (figures 2-5) disposés dans des rainures rectilignes 8 (figure 5) situées dans la bride 9 en-.. 35 tre les saillies 10. Les parois des saillies 10 servent de guides linéaires pour le manchon 5 lors de son déplacement linéaire et préviennent la rotation du manchon par rapport à l'axe longitudinal de la vanne. 69 44223 4 2031544 la longueur des rainures 8 est égal à la distance de déplacement libre de l'élément obturateur 1 depuis la position "ouvert" jusqu'à la position "fermé". Cela permet aux ergots 7 de quitter les rainures 8 à la fin du déplacement libre indiqué. Dans la par-5 tie inférieure de la bride 9 se trouve un évidement 11 (figures 1, 2 et 5) qui permet de tourner le manchon 5 autour de l'axe longitudinal de la vanne. les faces supérieures 12 (figure, 5) des ergots latéraux 7 du manchon 5 et les faces inférieures 13 (figures 4 et 5) des saillies 10 10 formant les rainures sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal de la vanne d'un angle égal sensiblement à 88 - 89°• Lorsque le manchon 5 tourne dans l'évidement 11 les faces supérieures 12 sur le manchon se trouvent en interaction avec les faces inférieures 13 sur la bride 9-15 La bride 9 est réunie rigidement au corps 14 par quatre vis 15 (figure 3). Dans la partie inférieure du corps 14 se grouve un siège fixe 16 (figures 1 et 2); coaxialement avec le siège est disposée la tubulure d'admission 17. Au-dessus de la tubulure 17, dans la paroi latérale du corps 14, est ménagé un trou dans lequel 20 est placé la tubulure d'échappement 18. Sur le b eut supérieur du manchon est fixé un support 19 au moyen de cannelures (non. indiquées sur le dessin) ménagées sur le manchon et de logements correspondants prévus dans les parois d'un trou ménagé dans le support 19- Au-dessus des cann.éLures, 25 sur le bout supérieur du manchon 5, il y a un filetage avec lequel se trouve en interaction l'écrou 20 qui prévient le déplacement du support 19 le long de l'axe longitudinal du manchon 5. Sur le support 19, à l'aide des axes 21, sont montés deux leviers 22 à deux bras chacun., dont les bras courts 23, lors du déplacement des 30 bras longs 24 servant de poignées, agissent sur la surface supérieure 25 de la bride•9. La cavité du corps 14 de la vanne est isolée de l'atmosphère par un soufflet métallique 26. Un bout du soufflet est soudé à la tige 2 et l'autre,à une pièce intercalaire 27 réunie de façon étan-35 che au corps 14 à l'aide de la bride 28 et de quatre boulons 29 (deux boulons seulement sont représentés). Entre la pièce intercalaire 27 et le corps 14 est monté un joint de cuivre 30.Le souf 69 44228 5 2031544 flet 26 joue dans le dispositif de commande non seulement le rôle d'un élément isolant, mais il est aussi destiné à assurer une charge élastique sur le dispositif de commande de la vanne. La bride 28 assure le centrage de la tige 2 et par conséqten"fc 5 de l'élément obturateur 1 par rapport au siège 16. Dans la bride 28 est ménagée une rainure longitudinale 31 dans laquelle coulisse line clavette 32 fixée sarla tige 2, ce qui prévient la rotation de la tige 2, ainsi que de 1'élément.obturateur 1 réuni à cette dernière, autour de l'axe longitudinal de la vanne. 10 Vu que les brides 9 et 28 ne sont pas réunies entre elles, la bride 28 n'est pas soumise à des efforts superflus sous l'action du dispositif de commande lors de la fermeture de la vanne, et par conséquent le degré d'étanchéité de l'assemblage du soufflet 26 au eorp3 14 est élevé. 15 L'élément obturateur 1, de forme conique, est fabriqué de préférence en alliage de cuivre. Mais l'utilisation d'autres métaux doux n'est pas exclue. Le siège 16, de forme cylindrique et à, bord rectangulaire, est fabriqué de préférence en acier inoxydable, liais l'emploi d'autres métaux durs n *estpas exclu. 20 II est évident que dans la vanne décrite le dispositif obtu rateur comprenant le siège et l'élément obturateur peut être de construction différente satisfaisant les conditions de fonctionnement de 1'équipement à vide. Tous les principaux ensembles et pièces de la vanne (le corps 25 14, les brides 9 et 28, le manchon 5 et la tige 2) sont fabriqués en acier inoxydable. Lorsqu'ils sont chauffés à une température supérieure à +500°C la pénétration des gaz dans l'acier inoxydable augmente considérablement et la résistance mécanique de celui-ci diminue par suite de sa dégradation par'microcorrosion. Afin de 30 prévenir ce phénomène et éliminer les effets indésirables de "grippage" des pièces à frottement aux températures élevées, on applique à leur surface des revêtements de types connus, résistants à la corrosion et à la friction, de préférence par sulfurâtion ou cadmiage. En qualité de revêtement on peut utiliser le bisulfure 35 de molybdène. La vanne décrite fonctionne de la façon suivante. On suppose que l'état initial de la vanne correspond à la 69 44223 6 203154^ position "ouvert" (figure 1). Pour fermer la vanne, on met les leviers 22 en position horizontale en les tournant autour des axes 21.Les forces élastiques créées par la compression du soufflet 26 déplacent le manchon 5» la tige 2 et l'élément obturateur 5 1 vers le bas dans une certaine position médiane d'équilibre qui correspond à l'état semi-ouvert de la vanne, dans laquelle elle est maintenue par le soufflet non chargé 26 en l'absence d'une charge axiale sur la tige 2 (ou lorsque les pressions des deux côtés du soufflet 26 sont égales). 10 Dans la position neutre les leviers 22 occupent une position horizontale perpendiculaire à l'axe de la vanne et les ergots latéraux 7 du manchon 5 se trouvent dans les rainures 8 des guides linéaires de la bride 9. Ensuite, en déplaçant les leviers vers le bas jusqu'à refus 15 on rapproche l'élément obturateur 1 du siège 16. Dans cette position le soufflet 26 s'allonge et les ergots latéraux 7 du manchon 5 quittent les rainures 8 pour entrer dans 1'évidement 11 de la bride 9. Lorsque les leviers 22 tournent autour de l'axe de la vanne, 20 dans le sens horaire, d'un angle compris sensiblement entre 15 et 90°, le support 19 et le manchon 5 tournent et les faces supérieures 12 des ergots 7» inclinées d'un angle d'environ 1 ou 2°, engrènent- avec les faces inférieures 13 des saillies 10 de la bride 9. l'effort axial qui prend alors naissance lors de la rota-25 tion est proportionnel à l'angle de rotation du manchon 5 et est transmis par la tige 2 à l'élément obturateur 1, et par conséquent ce dernier est appliqué avec un certain effort contre le siège 16 et la vanne devient étanche (figure 2). Dans cet état de la vanne a lieu une fixation forcée de 30 l'élément obturateur 1 dans la position "fermé"t par suite des forces de frottement qui prennent naissance dans le couple à vis sans fin irréversible formé par les ergots latéraux 7 du manchon 5 et les saillies 10 de la bride 9. Pour ouvrir la vanne il faut, à l'aide des leviers 22, tour-35 ner le support 19 dans le sens antihoraire, jusqu'à refus, autour de l'axe de la vanne, l'effort de serrage de l'élément obturateur 1 contre le siège 16 diminue progressivement, les ergots latéraux 7 du manchon 5 n' engrènent plus avec les saillies 10 et pénètrent 69 44223 7 2031544 dans les rainures 8. le soufflet 26 met l'élément obturateur 1 dans la position médiane d'équilibre, qui correspond à un état semi-ouvert de la vanne. Pour continuer l'ouverture de la vanne on tourne les leviers 5 22 autour des axes 21. Les bras courts 23 des leviers 22, en se déplaçant sur la surface supérieure 25 de la bride 9, soulèvent le support 19 avec le manchon 5 et la tige 2 réunie à ce dernier, ainsi que 1 ' élément obturateur 1, «en comprimant le soufflet 26. Les bras longs 24 des leviers 22 se rapprochentet appuient sur le 10 support 19 qui joue aussi le rôle d'une butée. En butant contre le support 19 les leviers 22 occupent une position dans laquelle les bouts des bras courts 23 de ces leviers sont plus éloignés de l'aie longitudinal de la vanne que les bouts des bras longs 24. Dans cette position, sous l'action du 15 soufflet 26, les leviers sont appliqués avec un effort contre le support 19 et ne peuvent pas tourner spontanément autour des azes 21; de cette façon est assurée la fixation du manchon 5? de la tige 2 et de l'élément obturateur 1. Cet état de la vanne correspond à une fixation, forcée de l'élément obturâteur 1 dans la position 20 "ouvert". . Un échantillon expérimental d'une vanne réalisée conformément à la présente invention et prévu pour un débit de 15 l/s en régime moléculaire, ses dimensions étant de 180x80 mm et la distance maximale entre les bouts des leviers écartés étant de 180 mm, a un 25 diamètre du trou de passage de 30 mm et un poids de 3 kg. La distance de déplacement libre est de 18 mm et le temps de ce déplacement est compris entre 0,5 et 1,0 s. La distance de déplacement de l'élément obturateur au cours de l'application de ce dernier contre le siège est de 0,1 à 0,5 mm, ce qui correspond à une rotation de 15 30 à 20° du support portant les leviers et à un effort d'application de 10 tonnes. L'effort nécessaire pour tourner le support à l'aide des leviers ne dépasse pas 10 kg. La vanne proposée peut avoir un dispositif de commande à dis-35 tance à action rapide, ce qui permet de diminuer le temps d'ouverture et de fermeture de la vanne. Il est évident que l'invention peut être utilisée suivant différentes autres variantes dans le 69 44223 8 2031544 cadre et l'esprit de l'invention. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 69 44223 9 2031544 REVENDICATIONS 1. Vanne pour équipement à vide, du type dans lequel l'élément obturateur est réuni à la partie mobile d'un dispositif de commande exécuté de façon à pouvoir être fixé dans les positions "ouvert" et "fermé" et se déplacer librement entre ces positions, 5 caractérisée en ce que la partie mobile de ce dispositif de commande comporte un manchon à ergots latéraux, monté à l'aide de ces derniers dans des guides linéaires du corps de la vanne pour son déplacement dans ce dernier, sans rotation, vers le siège de la vanne et en sens inverse à l'aide d'au moins un levier à 10 deux bras réuni audit manchon et butant par l'une de ses extrémités contre le corps de la vanne lors de l'ouverture de cette dernière, la longueur desdits guides linéaires étant égale à peu près à la distance de déplacement libre du manchon, les ergots latéraux du manchon et les saillies du corps de la vanne compor— 15 tant des faces planes inclinées sous un même angle aigu par rapport à l'axe longitudinal de la vanne pour appliquer avec un effort l'élément obturateur contre le siège grâce à l'interaction entre lesdits faces des ergots latéraux du manchon et lesdites faces planes duooipe,lorsqu'on tourne le manchon à l'aide du levier à deux bras 20 précité autour de l'axe longitudinal de la vanne après l'exécution d« la course libre du manchon vers le siège. . 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité du corps de la vanne est isolée de l'atmosphère à l'aide d'un soufflet dont un bout est réuni à l'élément obturateur et 25 l'autre est réuni au corps de la vanne. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le levier à deux bras est monté sur un support réuni rigidement au manchon et servant de butée pour ledit levier lorsque la rotation de ce dernier en position "ouvert" de la vanne est telle, • 30 que le bout du levier agissant sur le corps de la vanne se trouve plus loin de l'axe longitudinal de la vanne que le bout opposé dudit levier.