Brevet FR2143464A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne d'une manière générale les vannes destinées à la commande d'un fluide et plus particulièrement un dispositif d'étanchéité perfectionné du tourillon de commande d'une telle vanne qui peut être rotative, à mouvement alternatif ou bien qui peut être disposée de façon à effectuer un mouvement combiné de rotation et de vaet-vient. Un dispositif d'étanchéité ancien et bien connu, du tourillon d'une vanne, destiné à empêcher les fuites, est un presse-étoupe. Ce type de dispositif est bien connu et il a été utilisé pour les moteurs à vapeur. Il contient une garniture comprimée par un chapeau. Un progrès ultérieur a consisté en la mise en oeuvre d'un ou plusieurs joints élastiques et circulaires connus sous le nom de "bagues toriques". Ces types connus de dispositifs d'étanchéité ont des inconvénients particuliers qui seront décrits ci-après. L'invention concerne un dispositif perfectionné-d'étanchéité qui supprime les inconvénients mentionnés et qui se prête de lui-même à une production en série. Dans la description de l'invention, on suppose que la vanne de commande est en position verticale, de sorte que son tourillon est vertical et que son volant à main ou tout autre organe de commande est situé à son sommet. La présente invention comprend une vanne de commande comportant un chapeau et un tourillon de commande susceptible d'effectuer un mouvement de rotation, un mouvement axial ou un mouvement combiné de rotation et de déplacement axial. Le tourillon est équipé d'un joint d'étanchéité qui comprend un support entourant le tourillon à la partie supérieure du chapeau. Le support est en matière légèrement élastique et le dispositif d'étanchéité, disposé à l'intérieur du support, forme avec le tourillon un joint arrêtant les fluides. Le dispositif d'étanchéité peut être en forme de bague en élastomère, par exemple une bague torique. Plusieurs bagues peuvent être espacées axialement le long du tourillon. Le support peut être maintenu en position par une plaque supérieure appliquée contre une bride du support, ou bien une extrémité épanouie vers l'extérieur du support peut s'engager dans une gorge de forme correspondante de l'alésage du chapeau d'une vanne dans laquelle est logé le support. Lc support est pressé dans l'alésage et il est mis en position avec un effet de déclic. Des lèvres supérieure et/ou inférieure du support peuvent constituer des joints empêchant l'entrée des matières étrangères ou formant un joint hydraulique. Une bague torique supplémentaire peut Aetre ajustée dans l'alésage sur lequel s'appuie le support et elle peut être appuyée contre ce dernier afin de former un joint statique. Le support peut être en deux parties disposées l'une au-dessus de l'autre et dont la surface qui les sépare est située dans un plan perpendiculaire à l'axe du tourillon. La forme et les dimensions du support peuvent être telles qu'il constitue un palier pour le tourillon. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs, dans lesquels les figures 1 à 3 représentent des dispositifs antérieurs connus et les figures 4 à 7, quatre modes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins, la figure i est une vue en perspective avec coupe transversale de la partie supérieure d'une vanne de commande d'un fluide et représente une forme connue de joint d'étanchéité du tourillon; la figure 2 est une vue en perspective avec coupe transversale de la partie supérieure d'une vanne de commande d'un fluide et représente un autre dispositif d'étanchéité; la figure 5 est une vue avec coupe analogue à celle des figures précédentes, de la partie supérieure d'une vanne de commande d'un fluide et représente un autre mode de réa lisation comportant des joints du type représenté sur la figure 2; la figure 4 est une vue avec coupe analogue de la partie supérieure d'une vanne de commande d'un fluide et représente un premier mode de réalisation de l'invention;; la figure 5 est une vue avec coupe analogue de la partie supérieure d'une vanne de commande d'un fluide et représente un autre mode de rAalisation de l'invention; la figue 6 est une vue avec coupe analogue de la partie supérieure d'une vanne de commande d'un fluide et représente un autre mode de réalisation de l'invention; et la figure 7 est une dcini-coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente la partie supérieure, indiquée d'une manière générale en 11, du dôme ou chapeau d'une vanne de commande d'un fluide, de type connu. La figure est une vue en perspective représentant les el-ments en coupe, à l'exception du tourillon. Plusieurs garnitures annulaires 13 compressibles ou légèrement élastiques sont logées dans l'alésage 12 de la partie supérieure du dôme ou chapeau. Un cône creux et peu profond est usiné à l'extrémité inférieure 14 de l'alésage. Le collier d'un presse-étoupe, indiqué d'une manière générale en 15, comporte une partie cylindrique 16 montée à ajustage glissant dans l'alésage 12. La face inférieure 17 du collier a également la forme d'un cône creux et peu profond.Pour que les garnitures annulaires 15 constituent un joint empêchant les fuites de fluide le long du tourillon 18 de la vanne, le collier du presse-étoupe est repoussé vers le bas dans l'alésage 12 par des boulons (non représentés) qui passent dans des ouvertures 19 de la bride du collier et 20 d'une bride du sommet du chapeau de la vanne. Ce type de joint ne constitue pas un palier pour le tourillon. Le palier du tourillon comprend un coussinet 21 ajusté dans le collier du presse-étoupe et un autre coussinet 22 ajusté dans le chapeau de la vanne, sous l'extrémité de l'alésage 12. L'inconvénient de ce type de joint est le fait qu'après une pé riode de service dc uurée limitée, il tend à fuir lorsque l'enveloppe de la vanne ( y compris la partie interne du chapeau) est comprimée.Pour faire cesser la fuite, il faut serrer les écrous sur les boulons qui passent par les ouvertures 19 et 20. Cette opération entraine un entretien régulier si lion veut éviter les fuites et augmente les frais d'entretien, en particulier si la vanne est souterraine. Un autre inconvénient important de ce type de joint est le fait qu'un serrage exagéré des écrous du chapeau du presse-étoupe p@ut provoquer des forees de friction élevées qui s'opposent au ouvemen1 du tourillon qui risque de se coincer ou qui peuvent empêcher les dispositifs de comman.l3 du tourillon de remplir leur fonction.Il en est particulièrement ainsi lorsque ces dispositifs comprennent un pignon entraîné par un moteur, à commande automatique. La figure 2 représente une forme assez récente de joint qui comporte des éléments d'étanchéité d'arbres, connus sous le nom de "bagues oriques . Le corps 1 1 de la vanne comporte deux gorges circonférentielles internes, 23 et 24. Des bagues toriques, 25 et 26, sont disposées dans les gorges et forment le joint nécessaire sur le tourillon. Une difficulté soulevée par ce type de joint est le fait que s'ils doivent être remplacés après des périodes de service prolongé, il faut démonter le chapeau de la vanne par rapport au tourillon et également séparer ce dernier de son dispositif de commande qui peut être un volent ordinaire pour commande à main ou qui peut comporter un équipement beaucoup plus compliqué en cas de fonctionnement automatique.Il faut également effectuer ce démontage pour une simple inspection de routine appropriée. Un autre inconvénient est le fait que les deux évidements 25 et 24 sont taillés dans le métal du chapeau de la vanne qui, en général, est une matière ferreuse telle que de la fonte et que le liquide peut avoir tendance à être collecté dans ces gorges et à y provoquer une corrosion. Une surface corrodée des gorges ou d'un élément voisin de la surface du tourillon 18 nuit à l'efficacité du joint qui ne peut être que difficilement satisfaisant. La figure 5 est une vue analogue avec coupe transversale de la partie supérieure 11 du chapeau d'une vanne dans lequel le dispositif d'étanchéité comporte également des bagues toriques. Dans ce cas, l'alésage 27 est cylindrique et lisse et les bagues toriques 28 et 29 sont portée par des gorges, 30 et 51 taillées sur le tourillon 18.Cette forme de dispositif d'étanchéité a des inconvénients semblables ceux décrits en regard de la figure 2 et nécessite, de plus, un tourillon 18 de diamètre beaucoup plus grand si sa résistance à la torsion ne doit pas être réduite, car son diamètre doit être approximativement le double de la largeur radiale en section droite des joints 28 et 29, L'accroisse- ment obligatoire d" lialntre du tourillon peut conduire à d'autres difficultés de conception de la vanne. La figure 4 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention. Le tourillon 32 est un cylindre ininterrompu qui passe par la partie supérieure du iilapeau de la vanne. Un alésage lisse 34 de cette partie supérieure sc termine par une face plane 35. Un support 36 de joint disposé dans cet alésage est n une matière insensible à la corrosion et légèrement élastique, offrant de bonnes caractéristiques comme palier.Divers types de matière plastique synthétique telle que le "Nylon", orfrent les caractéristiques nécessaires, mais le support 36 n'est pas obligatoirement en "Nylon'. Il est disposé dans l' alésage 34 et comprend une joue 37 qui s'appuie sur une face 38 du sommet du chapeau de la vanne. Deux gorges circonférentielles intérieures, 39 et 40 du support 36 contiennent chacune une bague torique, 41 et 42. Un élément d'étanchéité supérieure ou lèvre 43 du support 36 empêche l'entrée de la salifié et un élément d'étanchéité inférieur 44 constitue une lèvre d'étanchéité hydraulique.Les deux parties annulaires du joint mettent les bagues toriques 41 et 42 à l'abri de l'entrée des matières étrangères, de manière à leur permettre un fonctionnement optimal et à leur donner une durée de service maximale. L'élasticité de la matière du support 36 est choisie de façon que les lèvres 43 et 44 se dilatent légèrement lorsque le tourillon 32 est introduit et qu'elles soient légèrement comprimées lorsqu'elles portent contre celui-ci. La périphérie intérieure du support 36 forme également un palier pour le tourillon. Le support 36 est maintenu en position par une plaque de dessus 45, fixée par des boulons passant par des ouvertures 46 de la plaque et des ouvertures 47 d'une bride qui fait partie intégrante du chapeau 33. La figure 5 représente un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce dernier, le tourillon 48 est également un cylindre lisse,et un cylindre lisse 50de la partie supérieure 49 dù chapeau se termine par une face plane 51.Du fait de ses dimensions, une première extrémité 53 du support 52 repose sur la face 51, tandis que son autre extrémité 54 s'épanouit jusqu' un diamètre légrement plus grand que le diamètre du corps du support. Un épaulement peu profond est formé par une face supérieure plane d'une découpe de dessous conique 55 de l'alésage 50.Le support 52 qui comporte des gorges, de la même manière que le support de la figure 4, contenant des bagues toriques, 56 et 57, est simplement poussé dans l'alésage 50, puis pressé vers le bas de manière que sa partie supérieure épanouie 58 soit légèrement contractée jusqu'à ce qu'elle pénètre brusquement dans la découpe 55. Des lèvres supérieure et inférieure, 59 et 60, du support 52 forment un joint s'opposant à l'entrée de la saleté et un joint hydraulique inférieur. De plus, une autre bague torique 61 est introduite au fond de l'alésage 50 et porte contre une surface conique inférieure du support 52 afin de former un joint statique. Le dispositif de la figure 5 offre les mêmes caractéristiques et les mêmes avantages que celui de la figure 4. Il est moins coûteux par le fait qu'il ne nécessite ni la plaque de dessus 45, ni les ouvertures 46 et 47, ni les écrous et les boulons de retenue de la plaque qui ne sont pas représentés sur la figure 4. La figure 6 représente une autre forme de dispositif d'étanchéité selon l'invention. Le tourillon 60 de la vanne est un cylindre ininterrompu qui passe par un alésage de la partie supérieure 61 du chapeau. Le support du joint, indiqué d'une manière générale par la référence 62, est en deux parties. La partie inférieure 65 s'appuie dans un évidement 64 de la face supérieure du chapeau de la vanne et comporte deux gorges circonférentielles intérieures, 65 et 66 dont chacune contient une bague torique, 67 et 68. L'extrémité supérieure d'une lèvre d'étanchéité 69 de la partie inférieure 65 du support du joint comporte une face plane. La partie supérieure du support, indiquée en 70, comprend une lèvre d'étanchéité 71.Le support 62 est serré en position, au sommet du chapeau de la vanne, par une plaque de dessus 72 maintenue en position par des boulons et des écrous (non représentés) qui portent contre la fact supérieure de la partie 71 et contre une joue 7) de la partie infW'-I e 63. Un support de joint en deux parties permet d'éviter certaines difficultés de moulage, mais il est préférable que la surface de séparation entre ses deux parties, qui est située dans un plan perpendiculaire à l'axe du tourillon, soit située sur le c3té basse pression des joints constitués par les bagues toriques 67 et 68. La figure 7 est une demi-coupe représentant un autre mode de réalisation dc l'invention. Le tourillon 73 sort par la surface supérieure 74 du chapeau de la vanne. Le support 75 entoure le tourillon 73 et comprend des lèvres supérieure et inférieure 76 et 77 qui constituent des joints d'arbre, remplissant les fonctions décrites précédemment. Des gorges intérieures, espacées axialement, 78 et 79, contiennent des bagues toriques, 80 et 81. Une troisième gorge 82 sltuée entre les deux gorges 78 et 79 ne contient pas de bague torique, mais elle est bourrée de lubrifiant, de préférence un lubrifiant tel que de la graisse, au moment de l'assemblage de la vanne. Du fait du lubrifiant, les bagues toriques n'imposent qu'une friction minimale au tourillon pendant son fonctionnement. Une joue 83 du support est appuyée contre la surface supérieure 74 du chapeau et elle est maintenue par une plaque de dessus 84.Une surface annulaire interne de la plaque 84 porte sur la surface supérieure 85 de la joue et un prolongement 86 de la plaque 84 entoure et protège le support. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Vanne de commande d'un fluide, comportant un chapeau, un tourillon de commande susceptible d'effectuer un mouvement de rotation, un mouvement axial ou un mouvement combiné de rotation et de déplacement axial, ainsi qu'un joint pour le tourillon,caractérisée en ce que le joint comprend un support en matière légèrement élastique, entourant le tourillon à la partie supérieure du chapeau, un dispositif d'étanchéité disposé à l'intérieur du support formant un joint, arrêtant les fluides, avec le tourillon. 2 - Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'étanchéité comprend une ou plusieurs bagues en élastomère. 3 - Vanne suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif d'étanchéité est une bague torique. 4 - Vanne suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif d'étanchéité comprend plusieurs bagues toriques espacées axialement le long du tourillon, 5 - Vanne suivant l'une des revendications 2 et 4, caractérisée en ce qu'une gorge du support, située entre deux bagues, contient un lubrifiant. 6 - Vanne suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une plaque de dessus porte contre une joue du support et retient ce dernier sur ou à l'intérieur du chapeau de la vanne. 7 - Vanne suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 5, caractérisée en ce que le support comprend une extrémité épanouie vers l'extérieur, le chapeau de la vanne comprenant un alésage dans lequel est taillée une gorge dont la forme correspond à la forme de l'extrémité épanouie du support, ce dernier étant pressé dans l'alésage afin d'être mis en position de manière que son extrémité ép@nouie se resserre et @énètre brusquement dans la gorge lorsque le support a été pressé à fond dans l'alésage. 8 - Vanne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des lèvres supérieure et, le cas échéant inférieure du support forment un joint d'étanchéité s'opposant à l'entrée des matières étrangères ou un joint hydraulique. 9 - Vanne suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le support est en deux parties qui sont disposées l'une au-dessus de l'autre et dont la surface qui les sépare est située dans un plan perpenliculaire à l'axe du teurillon. 10 - Vanne suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisCe en ce que le support est ils- posé dans un alésage ou est aligné à l'extrémité supérieure du chapeau, une bague torique supplémentaire étant ajustée dans l'alésage et étant appliquée contre le support afin de former un joint statique étanche aux fluides. 11 - Vanne suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que le support est conformé et dimensionné de manière qu'il constitue un palier pour le tourillon.