Brevet FR2309771A1 — publié le 19761126

La présente invention concerne une vnnne-papillon à cinématique spéciale, plus particulièrement destinée à être utilisée pour des gaz chauds, notamment de l'hexafluorure d'uranium UF6 qui, dans le procédé d'enrichissement de l'uranium dit à diffusion gazeuse, est véhiculé en grandes quantités. En conséquence, cette vanne doit atteindre de très hauts degrés d'étanehéitée qui, pour l'utilisation précédemment mentionnée, doivent atteindre, au contrôle à l'hélium, 10-5 Lusec de fuite vers l'extérieur et 10 1 Lusec de fuite de l'amont vers l'aval. D'une manière générale, si on arrive à résoudre, par des moyens classiques, les problèmes relatifs à l'étanchéité vers l'extérieur, notamment aux passages des axes des papillons, le problème relatif à 11 étanchéité amont/aval s'avère beaucoup plus délicat, principalement en raison de la cinématique du papillon qui consiste, en règle générale, n une simple rotation. On sait que,dans ce dernier cas, l'étanchéité est obtenue par l'action de la tranche du papillon sur un siège annulaire recouvrant l'intérieur du corps de la vanne et il est clair, par conséquent, qu'il n'est pas possible d'obtenir, par cette cinématique,une pression suffisante du papillon sur le siège qui permette d'atteindre de tels niveaux d'étanchéité. On notera en outre que, dans ces types de vannes-papillons, l'étanchéité est particulièrement affectée par des variations de température qui engendrent des phénomènes de dilatation contractions du corps de la vanne et du papillon qui ne peuvent pas être compensées, ainsi que par les déformations du Joint par exemple dues au vieillissement. En conséquence, pour permettre d'obtenir les très hauts niveaux d'étanchéité précédemment mentionnés, l'invention prévoit essentiellement, d'une part, des étanchéités statiques,en ce qui concerne les étanchéités vers l'extérieur, utilisant de préférence dee joints toriques métalliques flexibles, et, d'autre part, pour l'étanchéité amont/aval une cinématique spéciale du papillon, compatible avec le type d'étanchéité utilisé vers l'extérieur, et qui rend possible l'application du papillon, sous une pression élevée, sur un joint de type classique tel que, par exemple, un joint torique métallique flexible,et qui permet le rattrapage du Jeu causé par exemple par une déformation du Point ou même par un jeu mécanique. Pour parvenir à ces résultats, la vanne selon l'invention com- prend essentiellement un corps à l'intérieur duquel est disposé un siège annulaire sur lequel vient porter, en position fermée de la vanne, un papillon solidaire d'un axe d'entrainement parallèle à un diamètre dudit papillon et légèrement distant de celui-ci, monté pivotant dans le corps et mobile axialement par rapport à celui-ci, ledit axe étant en permanence soumis à une force de rappel tendant à maintenir ledit axe écarté du siège, et au moins un mécanisme d'actionnement permettant d'une part, d'entrainer en rotation ledit axe et ledit papillon, pour l'ouverture et la fermeture de la vanne, et, d'autre part, pour déplacer en même temps ledit axe pendant la fin de la course de fermeture de la vanne de manière à obtenir 1' ap- plication du papillon sur son siège au terme d'une traJectoire à tangente la plus proche possible de la normale au plan du siège. Selon une caractéristique de l'invention, le susdit mécanisme d'actionnement comporte une bielle articulée d'une part à l'organe de sortie mobile rectilignement ou monté oscillant, d'un actionneur, et, d'autre part, à son autre extrémité,à une manivelle (ou équivalent), solidaire dudit axe ou dudit papillon, ledit axe ou ledit papillon comprenant un bras de levier qui vient en butée, à partir d'une certaine course du papillon avec un point d'appui solidaire du corps de la vanne, de manière à ce que, à partir de la susdite course,ledit axe soit également soumis à un mouvement de rotation autour dudit point d'appui, mouvement qui permet l'application du papillon sur son siège. En conséquence, à partir de la position ouverte de la vanne, dans laquelle le papillon est disposé dans un plan parallèle à l'axe de la vanne, et l'axe du papillon est maintenu, sous l'action de la susdite force de rappel, dans la position la plus écartée par rapport au siège de la vanne, pour obtenir la fermeture de la vanne, on agit sur l'actionneur de manière à provoquer le déplacement du susdit organe de sortie. Ce déplacement provoque, par l'intermédiaire de la bielle et de la manivelle, dans un premier temps, la rotation du papillon autour de son axe maintenu fixe par la susdite force de rappel. La position décalée de l'axe d'entraSnement du papillon et du papillon lui-même, par rapport au plan du joint de la vanne, permet la libre rotation du papillon sans qu'il puisse venir heurter ledit joint Cette simple rotation du papillon se prolonge jusqu'd ce que le susdit bras de levier vienne buter contre le susdit point d'appui. Dès lors, l'axe du papillon et, en conséquence,le papillon lui-même, sont soumis à un mouvement de rotation autour du susdit point d'appui. @ l'issue de ce mouvement, le papillon vient s'appliquer sur le siège,normalement au plan de celui-ci. Des iodes de réalisation de 1' l'invention seront décrits ci-après, k titre d'exemple. non linitatiis, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : Le. figures 1, 2 et 3, sont trois représentations schématiques permettant d'illustrer le principe de fonctionnement d'une vanne papillon à cinématique spéciale Las figures 4 et 5 représentent, respectivement en coupe partielle longitudinale et en vue de face, une vanne-papillon complète, c'est-à-dire équipée de son actionneur La figure 6 est ne coupe axiale de la vanne-papillon propre- ment dite La figure 7 est une coupe selon A-A de la vanne représentée figure 1 La figure 8 représente ne vanne-papillon du type de celle représentée figure 5, ais équipée d'un Joint d'étanchéité amont/ aval de type différent; Les figures 9 et 10 représentent respectivement, en coupe partielle longitudi@ale et en vue de face, une vanne-papillon équipée d'un double système d'actionnement ;; La figure 11 est une coupe axiale de la vanne représentée figures 8 et 9. Avec référen@@ aux figures 1, 2 et 3, la vanne-papillon,repré @entée s@@ématiquement, comprend un corps 1 à l'intérieur duquel est disposé un joimt d'étanchéité 2 retenu, da@s le sens autoclave, par un ép@ulement d'alésage 3, et n papillon 4 sont pivotant dans le corps 1 au moyen d'un axe 5 mobile axialement et maintenu fixeient au repos dans Sa position la plus él@igné@ d@ siège 2, au moyen d'un ressert de tractien 6. L'@ntraînement du papillen 4 est effectuée, à partir d'un actienneur non représenté, au moyen d'une bielle 7, articulée d'une part, @@r l'organe de sortie 8 de l'actionneur et, d'autre part, @@@ ne manivelle 9 solidaire de l'axe 5. Ce dernier comprend (m eutre un bras de levier 11 qui,au terme d'une première course de fermeture du papillen 4,vient en butée sur un point d'appui 12 selidaire du corps 1. Ainsi, i partir de la position ouverte de la vanne, représentée figure 1, pour obtenir sa fermeture on agit sur l'actionneur de @anière k imprimer k l'organe de sortie 8 n mouvement rectiligne (vers le haut de la figure 1). Ce mouvement rectiligne est transformé, par l'intermédiaire de la bielle 7 et de la manivelle 9, en un mouvement de rotation de l'axe 5 du papillon 4. A partir d'une certaine course de rotation du papillon 4, le bras de levier 11 vient buter contre le point d'appui 12 (figure 2) et le papillon 4 est alors soumis à un mouvement de rotation autour du point d'appui 12 qui s'effectue contre l'action du ressort 6. Au terme de ce déplacement, le papillon 4 vient s'appliquer contre le joint 2 orthogonalerent au plan de ce dernier. On remarquera que dane un tel système il est possible de ne prévoir pour l'étanchéité vers l'extérieur que des Joints d'étanchéité statiques, l'étanchéité de la bielle 7 pouvant avantageusement être réalisée à l'aide d'un soufflet d'étanchéité 13 beaucoup plus fiable que les systèmes d'étanchéité classiques tournants ou glis- sants. On notera également que, dans l'exemple représenté, le mouvement de l'organe de sortie 8 ae l'actionneur est rectiligne, cepen dant il est clair que ce mouvement pourrait consister en une rotation ou en tout autre mouvement analogue qui puisse être transiorné à l'aide d'une bielle et d'une manivelle en un mouvement de rotation. Avec référence aux figures 4, 5, 6 et 7, le papillon 15 de la vanne 16 est porté par deux tourillons 17, 18 pivotant chacun dans un moyeu 19, 20 disposé dans un évidement cylindrique ou logement 21 du corps 22. Chacun de ces moyeux 19, 20, de forme cylindrique et de diamètre iniérieur à celui du logement, peut osciller autour d'un axe charnière cylindrique 23 parallèle à son axe et enclavé dans ledit corps 22 et dane ledit moyeu 19, 20 correspondant qui comprennent chacun à cet effet une encoche longitudinale cylindrique 24, 25 au diamètre dudit axe charnière 23. Le moyeu 20, 21 eet en permanence soumis à la pression de ressorts de compression 26 qui le maintiennent au repos appuyé sur la surface interne de l'évidement 21 du corps 22, de manière k maintenir l'axe de rotation du papillon 15 dans la position la plus écartée par rapport à son siège 27. Avec référence à la figure 7, chacun des moyeux 20, 21 comprend deux crabots 28, 29 diamétralement opposés qui s'étendent axialement et sur lesquels viennent respectivement prendre appui deux butées 31 et 32 ménagées sur le tourillon 17, 18 correspondant, et ce, k partir d'une certaine course de rotation dudit tourillon 17, 18. Ainsi, au cours de la fermeture de la vanne 16, les tourillons 17,18 tournent librement sur eux-mêmes Jusqu'à ce que, en fin de course, les butées 31 et 32 arrivent au contact des crabots 28, 29. Le moyeu 20, 21 correspondant est alors entraidé, contre l'action des ressorts 26, dans un mouvement de rotation autour de l'axe charnière 23. Ainsi en conséquence, dans la dernière partie de sa course, le papillon 15 est également soumis à un mouvement de rotation autour de l'axe charnière 23. L'entraînement du papillon 15 se fait au moyen d'une chape 34 montée en bout du tourillon 18 et maintenue axialement par une butée 35 solidaire du corps. Sur cette chape 34 vient s'articuler l'extrémité d'une bielle 36 disposée dans un fat 37 solidaire du corps 22,et dont l'autre extrémité comprend une chape 38 permettant son articulation à l'extrémité de la vis 39 de manoeuvre d'un ac tionneur électrique 40 classique. Ce montage permet de transformer le mouvement rectiligne de la vis 39 de manoeuvre en un mouvement de rotation du tourillon 18. L'étanchéité vers l'extérieur de la vanne est assurée d'une part, entre toutes les parties constituant le corps ou solidaires de celui-ci, par des joints toriques métalliques flexibles et, d'autre part, au passage de la bielle 36 au moyen d'un soufflet d'étan chéité 42,d'un type connu, monté fixement sur le corps 22 au moyen d'une bride 43 et d'un joint torique métallique à âme flexible, et sur la bielle elle-même au moyen d'un écrou de serrage 44 se vissant sur la bielle 36 et comprimant la face supérieure du soufflet 42 contre un joint torique métallique ilexible retenu par un épaulement circulaire de ladite bielle. Le soufflet 42 est disposé à l'intérieur d'un tube de guidage 45 coaxial relié à la bride 43 par l'intermédiaire d'un manchon souple 46, et le guidage du soufflet 42 dans le tube 45 s'obtient à l'aide de patins de guidage 47. Dans l'exemple représenté figure 6, l'étanchéité amont/aval de la vanne 16 est assurée par un joint torique métallique 48 à enveloppe de cuivre, retenu dans le sens autoclave par une bride 49 solidaire du corps. il est bon de noter à ce sujet que le type de joint utilisé pour l'étanchéité asont/aval pourrait hêtre bien différent. A titre d'exemple, la figure 8 représente en coupe axiale une vanne-papillon 50 utilisant un joint en polytétrafluoréthylène chargé 51 logé entre un épaulement 52 ménagé dans le corps 53 et une bride de serrage 54 vissée sur ledit corps 53. Avec référence aux figures 9, 10 et 11, la vanne-papillon 56 comprend un double système de transmission commandé à partir d'un même actionneur électrique 57 situé à distance de la vanne 56 proprement dite et agissant respectivement sur les deux manetons 58 et 59 grSce auxquels le papillon 60 est monté pivotant. Le mouvement de rotation disponible aux deux sorties 61 et 62 de l'actionneur 57 est transmis au moyen de deux arbres de transmission 69 et 64 avec liaisons par cardan 65 à deux démultiplicateurs 66 et 67 couplés à un système de transmission à actionnement rotatif. Les systèmes d'actionnement 68 se composent chacun essentiellement d'un bras oscillant 69 monté sur l'arbre de sortie 70 du démultiplicateur 66, 67 et articulé sur la bielle d'actionnement 71 de la vanne au moyen d'une chape 72. D'une façon identique à celle qui a été décrite en regard de la figure 4, la bielle 71 est reliée à la chape d'articulation 73 du paneton 58, 59 correspondant de la vanne 56.Celle-ci est d'un type analogue à celle décrite en regard des figures 6, 7 et 8 mis à part le fait qu'elle comprend deux chapes 73 d'articulation situées à ltextrémité extérieure de chacun des manetons 58, 59, avec leur logement correspondant de part et d'autre du corps de la vanne 56. il est à noter que, contrairement à ce qui se passe dans la vanne précédemment décrite, la bielle 71 reçoit du système d'actionnement 68 un mouvement circulaire et non pas rectiligne. En conséquen- ce, il est préférable de disposer l'axe de sortie du démultiplicateur 70 et le maneton 58, 59 correspondant, de part et d'autre de la bielle 71 de manière à obtenir, en cours d'actionnement, une oscillation de la bielle 71 permise par le soufflet d'étanchéité 75 et non pas un mouvement de translation latéral. On notera enfin, que la vanne représentée figures 9, 10 et 11, peut avantageusement s'appliquer principalement dans le cas de vannes de trés grands diamètres. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Vanne-papillon a cinématique spéciale destinée notamment & être utilisée pour des gai chauds, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement un corps a l'intérieur duquel est disposé un siège annulaire sur lequel vient porter, en position fermée de la vanne, un papillon solidaire d'un axe d'entratnement parallèle à un diamètre dudit papillon et légèrement distant de celui-ci, monté pivotant dans le corps et mobile axialement par rapport a celui-ci, ledit axe étant en permanence soumis à une force de rappel tendant a le maintenir écarté du siège, et au moins un mécanis- ne d'actionnement permettant d'une part d'entraîner en rotation ledit axe et ledit papillon pour l'ouverture et la fermeture de la vanne, et d'autre part pour déplacer en i-e temps ledit axe pendant la fin de la course de fermeture de la vanne, de manière à obtenir l'application du papillon sur son siège au terne d'une trajectoire a tangente la plus proche possible de la normale au plan du siège. 2.- Vane-papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que le susdit mécanisme comporte une bielle articulée d'une part, à l'organe de sortie mobile rectilignement ou monté oscillant, d'un actionneur, et d'autre part, à son autre extrémité, a une manivelle (ou équivalent), solidaire dudit axe ou dudit papillon, ledit axe ou ledit papillon comprenant un bras de levier qui vient en butée, à partir d'une certaine course du papillon, avec un point d'appui solidaire du corps de la vanne, de manière a ce que, a partir de la susdite course, ledit axe soit également soumis a un mouvement de rotation autour dudit point d'appui, mouvement qui permet l'application du papillon sur son siège. 3.- Vanne-papillon selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que toutes les étanchéités vers 1' extérieur de la vanne sont des étanchéités statiques. 4.- Vanne-papillon selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'étanchéité au passage de la susdite bielle est réalisée a l'aide d'un soufflet d'étanchéité. 5.- Vanne-papillon selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'étanchéité amont/aval de la vanne est assurée par tpn joint torique Métallique flexible. 6.- Vanne-papillon selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'étanchéité amont/aval de la vanne est assurée par un joint annulaire en polytétrafluoréthyléne chargé ou non. 7.- Vanne-papillon selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le papillon de la vanne est porté par deux tourillons (ou un axe) pivotant chacun dans un moyeu disposé, avec possibilité de jeu, dans un évidement cylindrique du corps, ledit 10- yeu pouvant osciller autour d'un axe charnière parallèle à son axe, et enclavé dans les encoches ménagées respectivement dans le corps et dans ledit moyeu,et en ce que ledit moyeu est en permanence soumis à la pression de ressorts de compression qui le maintiennent au repos appuyé sur la surface interne de l'évidement du corps de manière à maintenir l'axe de rotation du papillon dans la position la plus écartée par rapport à son siège. 8.- Vanne-papillon selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'entraînement du papillon se fait au moyen d'une chape montée en bout d'au moins l'un des susdits tourillons, sur laquelle vient s'articuler l'extrémité d'une bielle disposée dans un fût solidaire du corps, et dont l'autre extrémité comprend une chape permettant son articulation à l'organe de sortie d'u actionneur, de manière à transformer le mouvement (rectiligne ou oscillant) dudit organe en un mouvement de rotation du tourillon. 9.- Vanne-papillon selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un double système de transmission commandé a' partir d'un même actionneur et agissant respectivement sur les deux susdits tourillons. 10.- Vanne-papillon selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend deux chapes montées respectivement à l'extrémité des deux susdits tourillons.