Brevet FR2246787A1 — publié le 19750502

La présente invention a essentiellement pour objet une vanne à boisseau rotatif et par exemple rais non exclusivement, une vanne & grande dimension pour la circulation de fluides dangereux (tels que lthexafluorure d'uranium gazeux) ou très coûTeux. La réalisation d'une vanne de grande dimension pour l'utilisation précitée et en fait très délicate en raison notarnment des difficul-és rencontrées pour assurer une parfaite répartition & la pression de contact d'étanchéité entre le boisseau et le siège d'étanchéité du corps de vanne, la force d'application résultante peut ainsi être insuffisante sur certaine zones de contact et donner lieu à des fuites. De nombreux types de vanne à boisseau sphérique sont connus, dont le boisseau est constitué par une boule sphérique en métal forgé ou moulé et usiné, lequel boisseau sphérique est traverse par un conduit axial et est monté tournant, par deux tourillons diamétralement opposés suivant un axe perpendiculaire à celui du conduit, dans une enveloppe sphérique formant le corps de vanne. Ce boisseau est continuellement en contact frottant avec deux sièges annulaires,respectivement montés en des positions diamétralement opposées du corps sphérique et relativement mobiles de façon à etre appliqués chacun automatiquement contas le boisseau sphérique par la pression même du fluide à véhiculer. Dans un autre système de siège connu, utilisable avec les vannes à boisseau sphérique, les sièges sont relativement fixes et en contact pressé permanent avec le boisseau sphérique. Outre l'inconvénient majeur précité que l'on rencontre dans ces modes de réalisation connus, à savoir l'impossibilité de régler ou de répartir uniformément la pression de contact d'étanchéité des sièges contre le boisseau, leOdéfauUs de ces vannes sont les suivants - en raison de la force d'ap Lication permanente entre les sièges et le boisseau sphérique, celui-ci doit posséder la forme d'une sphère parfaite sans aucun accident de surface, d'ou nécessité dlun usinage coûteux; - l'usure inévitable r frottement, des sièges et du boisseau, peut provoquer des fuites après un certain nombre de manoeuvres; - les efforts de manoeuvre pour faire tourner le boisseau sphérique, sont considérables en raison des résistances de frottement opposées par les sièges;; - dans le cas précité du siège mobile applique par ?a pression de fluide sur le boisseau, étant donné que le siège est constitué par une couronne annulaire jouant le rôle d'un piston de vérin à fluide comprimé, il est nécessaire, pour obtenir une force d'application suffisante du siège contre le boisseau, pour une pression de fluide comprimé donnée, de donnràcette couronne une surface annulaire suffisante, d'oxu la nécessité contraignante d'augmenter l'encombrement de la vanne afin de pouvoir loger les sièges en couronne dans celle-ci. Le problème technique posé consiste donc à éliminer les inconvénients précités. Dans ce but, la présente invention a essentiellement pour objet une vanne à boisseau rotatif du type comprenant au moins un obturateur formant opercule, lié au boisseau, susceptible de coopérer en position de fermeture avec un siège d'étanchéité prévu à l'orifice correspondant de ladite vanne, caractérisée en ce que ledit opercule est mobile, asservi à des moyens de commande destinés à l'appliquer sur ledit siège, en position de fermeture, et de l'en écarter, de préférence avant la rotation du boisseau pendant l'opération d'ouverture. Selon une autre caractéristique de l'invention le boisseau est constitué par un conduit tubulaire pivotant librement à l'intérieur du corps de vanne. Selon une autre caractéristique de l'invention les moyens de commande précités, destinés à appliquer ledit opercule sur ledit siège, sont constitués par au moins un vérin linéaire, à simple effet, à fluide sous pression, dont l'opercule forme le piston. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ledit opercule est monté flottant, c'est-à-dire sans guidage rigide sur ledit boisseau. Ainsi, la simplification organique du boisseau, consistant à remplacer la boule sphérique par un conduit tubulaire, permet un allègement considérable et une fabrication plus simple donc plus économique. Le conduit tubulaire pivotant librement pendant anoeuvre, sans frottement, à l'intérieur du corps de vanne, l'usure des sièges et du boisseau est nulle,et. de même, les efforts de manoeuvre deviennent négligeables. L'emploi d'un opercule plein formant piston de vérin, fournit une section de vérin à fluide comprimé supérieur à celle qui serait fournie par une couronne annulaire, ceci sans nécessité d'accroitre l'encombrement du corps de vanne et avec diminution de la pression de fluide de manoeuvre à utiliser.Enfin le fluide de commande de vérin étant distinct du fluide traversant la vanne, il -est possible de régler la pression d'application de l'opercule contre siège; le montage flottant de ce dernier assurant une parfaite répartition de la pression sur toute la surface de l'opercule formant piston de vérin. ~ Tous ces avantages ainsi que d'autres buts et caractéristiques de l'invention seront mieux compris grâce à la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, d'une réalisation conforme à l'invention, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - - la figure 1 est une vue en coupe, avec arrachement partiel, d'une vante selon l'inentL on, représentée en position fermée ; ; - la figure 2 èst une vue schématique en coupe, menée transversalement à la précédente, de la meme vanne représentée en position ouverte est avec arrachement - la figure 3. est une vue de détail représentée en coupe avec arrachement du vérin et de la transmission de commande de la vanne; - la figure 4 est une vue de détail de l'encadré IV de la figure 1, opercule étant représenté appliqué sur le siège; - la figure 5 représente la même vue de détail, opercule n'étant pas appliqué sur le siège; - la figure 6 représente une variante de la figure 4 m le siège comporte un joint torique d'étanchéité. En se référant maintenant aux figures 1, 2 et 3 la vanne selon l'invention est constituée d'un corps de vanne 10 à l'intérieur duquel peut pivoter librement, sans frottement, le boisseau 11, par l'intermédiaire d'un dispositif de commande 12. Le corps de vanne est constitué d'une tubulure d'arrivée 13 supportant le siège d'étanchéité 14, d'une tubulure de sortie 15 et de plusieurs tronçons 16, 17, 18 et 19. Le tronçon 17 supporte desccap-, de pKISr recevant les tourillons 20 et 27 du boisseau, pour la rotation de celui-ci à l'intérieur des coussinets 21 et 28. Bes différents tronçons précités sont reliés entre-eux et avec les tubulures 13 et 15 par desr soudures 22, 23, 24et 25 à l'exception des tronçons 17 et 18 fixés l'un sur l'autre par PLusieurs vis 26. L'étanchéité du corps de vanne est assurée par lei joints 38, 79 et 29. Le boisseau 11 est constitué d'un cylindre creux 30 pivotant autour des tourillons 2 et 27 diamétralement opposés; il comporte une bride 31 en forme de plateau circulaire,fixée sur la paroi extérieure du cylindre. L'opercule 32 es santé sur cette bride par l'intermédiaire de plusieurs tiges 33 (par exemple trois s espacées régulièrement à la périphérie de la bride et de l'opercule) lesquelles tiges sont fixées dans opercule 32 et traversetla bride 31.Des ressorts de rappel en position rétractée 34 sont montés entre la bride et une rondelle de blocage 35 maintenue par un écrou 36; ces ressorts sont initialement comprimés de façon à rétracter l'opercule contre la bride. Selon une caractéristique importante de l'invention l'opercule 32 est monté flottant sur la bride 31, c'est-à-dire sans guidage rigide, par un jeu relativement important volontairement créé eSke chaque tige 33 et le trou correspondant 37 de la bride 31. Un soufflet déformable 40 est intercalé entre la bride et l'opercule, il est relié à une source extérieure de fluide sous pression (non représentée sur les dessins) par l'intermédiaire d'un tuyau flexible 41, schématiquement représenté en traits mixtes sur la figure 1, passant autour du tourillon du boisseau, pour ne pas entraver la rotation de celui-ci, et débouchant à l'extrieur du corps de vanne grace à un-raccordement étanche 42. La surface de portée étanche 47 de l'opercule a avantageusemeni la forme d'une zone sphérique concentrique à l'évidesei du corps de vanne.La parai du cylindre 30 est renforcée entre les tourillons et la bride 31 pourtransmettre sans déformation la force d'application de l'opercule 32 contre le siège 14. le dispositif de commande 12 du mouvement de le vanne est très classique; le tourillon 27 du boisseau comporte un ergot d'entrainement 45 sur lequel vient s'emboîter un axe 46 à l'extrémité opposée duquel est claveté un secteur denté 47 coopérant avec une crémaillère 48 elle-même reliée au piston 49 drun vérin pneumatique (ou hydraulique) à simple effet ,rsprepar un ressort 52 ledit vérin étant par exemple actionnd par des moyens de télécommande. Des joints 50 et 51 assurent l'étanchéité du dispositif de commande. La vanne fonctionne de la manière très simple suivante Lorsque la vanne est ouverte; le cylindre 30 est dans une position telle que son axe se trouve sensiblement aligné avec ceux deys tubulures d'entre et de sortie; une canalisation normale est ainsi sensiblement reconstituée à l'intérieur de la vanne. Lorsque l'on veut fermer ladite vanne, on actionne le vérin de commande qui fait pivoter le boisseau de 900 et qui amène l'opercule 72 en regard de la tubulure d'entrée 13. Cette rotation se fait sans frottement de l'opercule contre la paroi interne du corps de vanne puisque celui-ci est en position rétractée grace auKressorts 34; aucun fluide sous pression n'étant encore envoyé dans le soufflet.La fermeture de la vanne est ensuite achevée en envoyant un fluide sous pression, par exemple de l'air conprime, dans le tuyaux 41 et le soumet déformable 40. L'opercule vient s'appliquer sur le siège 14 et obturer de façon étanche la tubulure d'arrivée. Pour l'ouverture de ladite vanne, les opérations contraires sont effectuées en sens inversé; à savoir, mise à l'air libre du soufflez, décollement automatique de l'opercule, et rotation de 90 du boisseau. Les figures 4 et 5 montrent les différentes positions que prend l'opercule sous l'effet conjugué des ressorts 34 et du soufflet: déformable 40. il es- a noter que la chambre de travail du vérin ozhRué par le soufflet 40 et l'opercule 72 formant piston, est relativement petite et la course de ce piston est par conséquent relativement faible d'où une consommation très réduite de fluide de travail pour la manoeuvre de l'opercule. De plus, la forme sphérique donnée à la surface de portée étanche 43 de l'opercule 40 confère l'avantage suivant l'axe de l'opercule n'a pas besoin de colncider rigoureusement avec l'axe du siège ni même d'être rigoureusement parallèle à ce dernier pur qu'une étanchéité parfaite soit assurée; par ailleurs l'étanchéité du contact ne dépend pas de la déformation élastique de l'opercule, inévitable lorsque ce dernier est appliqué contre le siège 14 par l'action du soufflet déformable 40. De plus le montage flottant du clapet permet une répartition uniforme de la pression, agissant sur le soufflet déformable 40, sur l'opercule; ce qui élimine tout risque de formation de zones d'application insuffisante ,de l'opercule contre le siège. Enfin la figure 6 montre une variante intéressante présentant une sécurité d'étanchéité accrue, où l'opercule s'applique sur le siège par l'intermédiaire d'un joint élastique d'étanchéité 55. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit, qui nua été donné ici qu'à titre d'exemple, elle comprend tous lés équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. R E VEND I C A T I ONS 1. Vanne à boisseau rotatif du type comprenant au moins un obturateur formant opercule 32, lié au boisseau 11, susceptible de coopérer en position de fermeture avec un siège d'étanchéité 14 prévu à l'orifice correspondant de ladite vanne, caractérisée en ce que ledit opercule est mobile, asservi à des moyens de commande destinés à l'appliquer sur ledit siège, en position de fermeture, et à l'en écarter de préférence avant la rotation du boisseau, pendant l'opération d'ouverture. 2. Vanne selon-la revendication 1, caracmérisw en ce que le boisseau est constitué par un conduit tubulaire 30 pivotant librement à l'intérieur du corps de vanne. 3. Vanne selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la surface de portée étanche & l'opercule a sensiblement la forme d'une zone sphérique 43, préférence sensiblement concentrique à l'évidement du corps de vanne. ~4. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit opercul 5. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que les moyens de commande précités sont constitués par au moins un vérin linéaire à simple effet, à fluide sous pression, dont l'opercule forme le piston. 6. Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le vérin comprend un soufflet déformable délimitant la chambre de travail dudit vérin, dont une extrémité s'applique sur l'opercule et dont l'autre extrémité s'applique sur le boisseau. 7. Vanne selon la revendicqtion 6 caractérisée -en ce qu'elle comprend des moyens de rappel automatiques, de préférence plastiques, associés à l'opercule et tendant à ramener ledit operculé dans sa position rétractée. 8. Vanne selon la revendication 7 caractérisée en ce qu'elle comprend une bride en forme de plateau,solidaire du boisseau, sur laquelle vient prendre appui une extrémité du soufflet et sur laquelle l'opercule est monté flottant par des ressorts de rappel en position retractée. 9. Varie selon la revendication 8, caractérisée en ce que le soufflet déformable précité est intercalé entre ladite bride et ledit opercule. t. Vanne selon la revendiesion 8 ou 9 caractérisée en ce que le montage flottant de l'opercule est assuré par des tiges ou goujons, fixées audit opercule, traversant avec jeu la bride précitée; chaque tige maintenant en compression entre ladite bride et une butée solidaire de ladite tige, l'un des ressorts précitéslesquels sont avantageusement du typebélicoidal. 11. Vanne selon l'une quelconque des revendications 5 à 10 caractérisée en ce qu'elle comprend un tuyau flexible alimentant le vérin précité, en fluide sous pression, débouchant à l'extérieur du corps de vanne par un raccord étanche et wntournant le tourillon du boisseau cylindrique précité avant d'etre raccordé audit vérin.