Brevet FR2315648A1 — publié le 19770121

La présente invention concerne une vanne à opercule ré tractable assurant la fermeture étanche des conalisations de cir culation de fluide. L'invention trouve plus particulièrement son application dans le domaine du transport en canalisation des fluides dangereux, tel que, par exemple, pour le transport d'hexafluorure d1u- ranium dans le domaine nucléaire, exigeant une étanchéité élevée de l'ordre de celle des appareils à vide. Il existe actuellement des vannes à double opercule utilisant un système de coins pour écarter les opercules et les plaquer fortement sur leurs sièges. Sur ces vannes,les opercules sont montés fous sur des axes les reliant au système de coins et l'ensemble des pièces mobiles que lton retire pour dégager 1 pas sage du fluide n'est pas guidé, si bien que, lors de l'ouverture, les opercules frottant contre leurs sises;; de plus, au moment de l'ouverture, lorsqu on retire les coins de fermeture,l'opercule fermant la canalisation amont est décollé de son siège par la pression du fluide qui s'établit- dans le corps de la vanne et plaque opercule fermant la canalisation aval sur son siège,de sorte que, lorsqu'on retire l'ensemble mobile pour dégager le passage du fluide,l'operoule aval n'est toujours pas décollé de son siège et le frottement est d'autant plus élevé que la pression du fluide est plus forte.Sur ces vannes, le frottement des opercules n'est pas préjudiciable à l'étanchéité dans la mesure où celle-ci ntest pas de l'ordre de celle des appareils à vide et dans la mesure où les joints métalliques assurent leur propre auto-rodage sur leurs sièges du fait de la libre rotation des opercules sur leurs axes. Il existe également un autre type de vanne où les faces des sièges forment un angle ouvert entre elles et où la fermeture est assurée par embottement d1 un ensemble mobile portant des opercules fai sant le mme angle entre eux. Avec ce système, selon veut une bonne étanchéité,l'angle formé par les sièges ne doit pas être trop ouvert et l'ensemble mobile embotté doit être fortement appliquë,ee ce qui entrasse un risqua de coincement et des difficultés pour l'ouverture.De plus, ce matériel demande une grande préci sion d'usinage pour réaliser sensiblement le même angle entre les sièges et entre les opercules embottables; enfin, ces vannes ne tolèrent aucune déformation du corps, ce qui entrainerait un mau vas emboitement et-par consZquent des fuites. Ainsi,quand on veut obtenir des étanchéités très poussées de l'ordre de celle des appareils à vide,aucune des vannes précitées ne peut ^convenir du fait qu'un contact mdtal sur métal ne permet pas d'assurer, sauf cas exceptionnel,ces étanchéités, et qu'il est nécessaire d'utiliser des Joints en matière spéciale résiliente mais qui ne supportent aucun frottement latéral lors des opérations d'ouverture et de fermeture. La présente invention se propose donc de réaliser une vanne assurant une étanchéité élevée à la fermeture-de l'ordre de celle des appareils à vide , qui ne nécessite pas une précision d'usinage particulière, dont le corps peut admettre une certaine déformation et où les risques de détérioration par frottement des portées résilientes assurant l'étanchéité sont éliminés. Selon ltinvention,ces avantages sont obtenus par la combinaison d'un guidage en translation de llensemble des pièces mobiles de la vanne et par une articulation et une interaction particulières des pièces permettant,au moment de l'ouverture, de dissocier le mouvement de décollement du ou des opercules du mouvement de translation de l'équipage mobile permettant de dégager le passage du fluide. Grâce à cette dissociation des mouvements qui s'effectuent consécutivement et non plus simultanément ainsi qu'au guidage, on est assuré que chaque opercule ne frotte plus sur son siège et que l'étanchéité reste parfaite,même en cas de défaut de parallélisme des faces des sièges dû à un usinage défectueux ou à une déformation du corps de la vanne. La vanne à opercule rétractable conforme à l'invention comprend au moins deux canalisations amont et aval pour le passage d'un fluide, et au moins un opercule de fermeture venant s'appuyer sur un siège associé à au moins une canalisation et dirigé vers une tige de manoeuvre actionnée en translation selon son axe, à une de ses extrémités,par tout moyen extérieur -approprié;;elle comprend en outre,disposés à l'autre extrémité de ladite tige,une pièce de butée guidée par des moyens de guidage selon l'axe de la tige de manoeuvre, un appui de fin de course de fermeture de la dite pièce de butée, des moyens d'immobilisation pour maintenir la pièce de butée sur son appui jusqu'à ce que, à l'ouverture, chaque opercule n'ait plus aucun contact avec son siège et un moyen de liaison articulé et déformable dont une partie intermédiaire est rétractable lors de la déformation dudit moyen et articulée sur un opercule et dont les deux extrémités sont respectivement reliées- à l'extrémité de la tige de manoeuvre et à la pièce de butée de telle sorte que, à~ltouverture,la tige de manoeuvre effectue d'abord un déplacement relatif par rapport à la pièce de butée qui est immobilisée sur son appui et déforme ainsi le moyen de liaison pour décoller chaque opercule de son siège avant d'entratner ensuite l'ensemble articulé pour dégager le passage du fluide. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode particulier de réalisation d'une vanne à double opercule, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté par les dessins annexés: Fig.l représente une coupe longitudinale en élévation de la vanne selon l'axe des canalisations de fluide; Fig.2 représente une coupe transversale en élévation du corps de la vanne; Fig.3 représente une coupe longitudinale en plan selon l'axe des canalisations; Fig.4 .représente la trajectoire suivie par l'articulation des opercules pendant l'ouverture. La vanne représentée sur la figure 1 comporte un corps 1 réalisé en fonte,en acier coulé ou forié ou par-mécanosoudure,per cé de deux canalisations 23-alignées de circulation du fluide et fermé par un chapeau 2 réalisé en moeme matériau que le corps. Ce chapeau 2 est traversé par une tige de manoeuvre 5 commandée en translation de l'extérieur selon son- axe,par exemple par un vérin ou par un dispositif vls-écrou,actionné manuellement ou par un moteur (dispositif non représenté).A l'extrémité de la tige 5, située dans le corps de la vanne,est vissée une pièce de commande 6 qui bloque une bague d'étanchéité 7 contre un épaulement prévu sur la tige de manoeuvre 5;l'étanchéité entre l'intérieur du corps de vanne et l'extérieur est assurée pas un manchon à soufflet 8 entourant la tige 5 et fixé sur la bague d'étanchéité 7 et sur le chapeau 2. la pièce de commande 6,solidaire de la tige 5,est prolongée dans l'axe de cette tige 5 par une tige de guidage 9 sur laquelle est montée coulissante une pièce de butée 10 qui comporte des rainures 18 situées de part et d'autre de son axe de coulissement et dirigées vers les canalisations 23 de circulation du fluide. Cette pièce do butée 10 a sensiblement le mAme encombre ment que la pièce de commande 6 dans la direction des canalisatiors 23. Autour de la tige de guidage g,entre la pièce de commande 6 et la pièce de butée 10, sont empilées plusieurs rondelles Eelle-- ville 11 qui écartent la pièce 10 de la pièCe 6.Deux opercules de fermeture 4,munis de joints résilients 22,par exemple métallo- plastiques, viennent s'appuyer sur des sièges 3 pour fermer les canalisations 23 amont et aval alignées. Les sièges 3 peuvent être monoblocs ou rapportés sur le corps de vanne 1. Les opercules 4,situés de part et d'autre de l'ensemble des pièces mobiles entraînées par la tige de manoeuvre 5, sont munis en leur milieu de flasques 24 portant un axe d'articulation 15 qui permet leur liaison articulée avec la pièce de commande 6 et la pièce de butee 10. Cette liaison est obtenue, pour chaque opercule, à l'aide de deux biellettes courtes de commande 13 articulées, à une extrémité,sur l'axe 15 et, à l'autre extrémité, sur un axe 14 porté par la pièce 6,et à l'aide d'une biellette longue pivotement 16 également articulée à une ex trémité sur l'axe 15 tandis que son autre extrémité s'articule autour d'un axe 17 porté par la pièce de butée 10.Ces biellettes longues de pivotement sont logées dans les rainures 18 de la pièce de butée. Au fond du corps 1 de la vanne,il est également prévu un appui de butée 12 de fin de course de la pièce de butée 10,et l'ensemble de ltéquipage mobile constitué par la tige 5,les pièces 6, 7, 8, 9 et l0,les rondelles ll,les biellettes 13 et 16 ainsi que leurs axes d'articulation 14, 15 et 17 et les opercules 4,est guidé latéralement par des glissières 19 (figures 2 et 3) fixées sur le corps 1 de part et d'autre du plan médian du corps 1 passant par l'axe des canalisations 23 de fluide.Ces glissières 19 comportent chacune une rainure 20 dans laquelle coulisse un patin de guidage 21 correspondant fixé sur la pièce de commande 6,les deux patins de guidage opposés assurant un guidage .tn translation de l'ensemble mobile aussi bien parallèlement aux faces de fermeture des sièges 3 que parallèlement à un plan perpendiculaire à ces faces passant par l'axe des canalisations 23.Dans l'exemple cité, les pièces sont disposées symétriquement par rapport à l'axe de la tige de manoeuvre 5 et identiques de part et d'autre mais bien entendu il peut y avoir une dissymétrie par rapport à cet axe sans rien changer à l'invention;de même,dans ltexemple,chaque opercule 4 est relié par deux biellettes courtes 13 à la pièce 6 et par une seule-biellette longue 16 à la pièce 10,mais leur nombre peut être différent sans sortir du cadre de l'invention. te dispositif décrit ci-dussus fonctionne de la manière suivante. En position de fermeture,la tige 5 exerce selon son axe un effort dirigé vers l'appui de butée 12 qui tend à écarter les biellettes 13 et 16 de l'axe de laite tige 5 et applique fortement les opercules 4 contre leurs sièges assurant ainsi la fermeture des canalisations 23;dans cette position,les rondelles Belleville sont fortement comprimées et repoussent la pièce de butée 10 contre son appui de fin de course 12.Au moment de l'ouverture, on annule l'effort de compression exercé par la tige 5 et on déplace celle-ci selon son axe en l'éloignant de l'appui de butée 12,entra'Enant avec elle la pièce de commande 6 mais, sous l'action des rondelles Belleville ll,la pièce de butée 10 reste appliquée contre son appui 12. On peut admettre que,compte-tenu des jeux existants dans les articulations au niveau des axes 14 et 15,l'opercule fermant la canalisation amont est décollé le premier par la pression du fluide de cette canalisation;cette pression s'établit instantanément dans le corps de vanne et maintient 1 'opercule fermant la canalisation aval contre son siège. La pièce de commande 6,entrant' née par la tige 5 ,poursuivant son mouvement qui l'éloigne de l'appui de butée 12,les jeux des articulations 14 et 15 sont rattrapéS et les biellettes 13 commenceat à agir sur les axes 15. I1 est alors essentiel que,d'une part, la pièce .le butée 10 reste immobile et en appui contre la pièce 12,ce qui est obtenu par la poussée des rondelles Belleville qui doit être prévue supérieure à lteffort exigé sur la tige de manoeuvre 5 pour décoller llopercu- le aval de son siège, et que,d'autre part,l'équipage mobile soit maintenu en position parallèlement au plan des sièges pour pouvoir exercer l'effort de décollement qui est repris par les glissières 19 qui empêchent également tout deplacement transversal. La pièce de butée et les axes 17 restant immobiles, les biellettes longues 16 pivotent autour des axes 17,rapprochant ainsi les articulations 15 et leurs opercules correspondants de l'axe de la tige de manoeuvre 5.Si l1on a pris soin de disposer chacun des axes 15 et 17 correspondants de telle sorte que,en position de fermetu re > ils se trouvent situés dans un plan parallèle à la face du siège, chaque articulation 15 suivra une trajectoire en arc de cercle centré sur l'axe 17 associé et-cette trajectoire sera perpendiculaire au plan de la face du siège. Les opercules vont donc décoller de leurs sièges et se rapprocher de l'axe de la tige de manoeuvre Jusqu'd ce qu'ils viennent buter à la fois contre la pièce de commande 6 et contre la pièce de butée 10 qui ont sensiblement le même encombrement dans le plan perpendiculaire aux faces des sièges passant par l'axe de la tige de manoeuvre.Comme représenté sur la figure 1, ltencombrement des pièces 6 et 10 est choisi de telle sorte que les opercules n'aient qu'un faible trajet à parcourir avant de buter contre ces pièces, et les biellettes de pivotement 16 sont, elles-mêmes , choisies relativement longues par rapport au dépla cement des opercules,ce ce qui n'autorise qu'un faible pivotement des biellettes 16 autour de leur axe 17 et par conséquent une trajectoire de l'articulation 15 sensiblement perpendiculaire au plan des sièges en chacun de ses points.Comme l'articulation 15 est, de préférence, placée au niveau de l'axe longitudinal des canalisations et portée par l'opercule sensiblement au milieu de celui-ci, on peut admettre que l'opercule décollera simultanément sur toute la périphérie du siège et perpendiculairement à celui-ci et pivotera autour de l'axe 17 porté par la pièce de butée 10;toutefois, si l'opercule reste collé au siège en un point de sa périphérie, il pivotera autour de ce point mais son décollement s'effectuera encore perpendiculairement au siège,évitant ainsi tout glissement et tout frottement sur celui-ci.Lorsque (en fin de course circulaire) les opercules sont appliqués contre les pièces 6 et 10, l'ensemble articulé par les biellettes 13 et 16 devient rigide et la pièce de butée 10 qui était restée constamment appuyée contre son appui 12 suit la pièce de commande 6 dans son mouvement de translation parallèle aux faces des sièges qui l1ébi gne de l'appui 12,les rondelles Belleville restant toujours comprimées. L'ensemble est alors désssgé du passage du fluide entre les canalisations 23 amont et aval. Lors de la fermeture,le fonctionnement inverse est effectué,c'est-à-dire que l'équipage mobile formant un ensemble rigide est amené au niveau des canalisations parallèlement aux sièges et sans aucun contact avec ceuxci,la pièce de butée 10 est appliquée contre son appui 12 et la pièce de commande,poursuivant son mouvement la rapprochant de cet appui 12,les rondelles Belleville sont comprimées plus fortement et les biellettes s'écartent de l'axe de la tige de manoeuvre 5 Jusqu'd ce que les opercules pivotant autour des axes 17 viennent s'appuyer rerpendiculairemelt aux sièges, assurant la fermeture tanche des canalisations. Sur la figure 4 est représenté le diagramme des mouvements de pivotement et de translation d'une articulation 15 lors de 1 'oe- verture et de la fermeture de la vanne. On constate que la tra Jectoirs de cette articulation est circulaire selon AB puis rectiligne selon BC, les deux mouvements étant dissociés l'un de l'autre selon deux. portions de trajectoire bien distinctes.C'est cette dissociation des mouvements due à l'action retardatrice des rondelles Belleville combinée à l'articulation particulière des pièces et au guidage de l'équipage mobile qui permet d'éviter tout risque de frottement sur les sièges et d'obtenir une étanchés té élevée et permanente;;c'est également cette combinaison simple des moyens qui permet de conserver cette étanchéité malgré un défaut de parallélisme des faces des sièges provenant d'un usinage peu précis ou d'une déformation du corps de la vanne. I1 est bien évident que le mode particulier de réalisation décrit ei-dessus et donné à titre d'exenple non limitatif peut subir des modifications de détail sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que,dans l'exemple précité,les axes d'articulation 15 sont reliés aux opercules à l'aide de flasques latéraux 24 solidaires de ceux-ci,ce qui n'autorise qu'un faible pivotement des opercules parallèlement à l'axe de la tige de manoeuvre,pivotement permis seulement par les Jeux de montage des pièces et,par conséquent,si l'on veut augmenter-la liberté de débattement des opercules dans toutes les directions,il il suffira de fixer les flasques 24 sur les opercules à laide d'une rotule ou d'un croisillon par exemple. De même,pour écarter la pièc 10 de la pièce 6,on peut utiliser tout autre moyen élastique agissant par compression ou traction tel que ressort hélicoTdal,bloc de néoprène etc. .. On peut également envisager par exemple de repousser la pièce de butée 10 à l'aide d'un moyen rigide tel aucune tringlerie in Xpen- dante de la vis 5 et commandée de l'extérieur ou encore à l'aide d'une vis à pas inverse par rapport à celui de la tige de manoeuvre,vissée à l'intérieur de celle-ci et la traversant de part en part coaxialement,commande de l'extérieur et agissant pour écar- ter la pièce 10 de la pièce de commande 6.De mme,l1étanchéité entre l'intérieur du corps de la vanne et l'extérieur peut être assurée autrement. De plus,comme il a déjà été dit,lt symétrie des pièces par rapport à l'axe de la tige de manoeuvre n'est pas nécessaire au bon fonctionnement dans la mesure où les deux opercules sont maintenus pour éviter leur basculement lors de la translation de l'équipage mobile. De meme,bien que l'exemple cité concerne une vanne à double opercule,l'invention s'applique quel que soit le nombre d'opercules de la vanne et même aux vannes ne coircrtant qu'un seul opercule assurant la fermeture de la canalisation amont ou aval,l'effort exercé sur l'opercule et dû à la pression du fluide étant épaulé et repris par le système de guidage dô 1'équipage mobile. Enfin, le guidage de l'ensemble mobile peut steffectuer de manière différente,par exemple en guidant la tige de manoeuvre elle-même à l'aide d'un palier de guidage formant manchon au lieu de guider au niveau de la pièce de commande,ou encore en guidant simultanément la pièce de commande et la pièce de butée à l'aide des mêmes glissières,la pièce de commande n'étant plus prolongée d'une tige de guidage. -REVENDICATIONS 1. Vanne à opercule rétractable comportant une tige de manoeuvre mobile en translation selon son axe pour la commande des mouvements d'au moins un opercule par rapport à son siège, une pièce de butée déplaçable dans le prolongement de celle-ci, des moyens d'immobilisation tendant à écarter la pièce de butée de ltextrêmité correspondante de la tige et à l'immobiliser contre un appui pendant le décollement de opercule de son siège et au moins une genouillère dont l'articulation médiane porte ledit opercule, caractérisée en ce que chaque genouillère est directement articulée à l'extrémité de la tige de manoeuvre et à la pièce de butée qu'elle relie entre elles. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque genouillère-est formée par des biellettes dissymétriques de longueurs différentes, l'opercule étant relié- à la pièce de butée par la jambe la plus longue de ladite genouillère. 3. Vanne selon l'une des revendications 1 et 2,caractérisée en ce que,en position de fermeture,les axes d'articulation avec l'opercule et avec la pièce de butée de chaque genouillère sont dans un plan sensiblement parallèle à celui du siège contre lequel l'opercule est appliquée 4. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'immobilisation pour maintenir au début de ltou-- verture la pièce de butée sur son appui sont constitués par des rondelles Belleville intercalées et comprimées entre la pièce de butée et 11 extrémité de la tige de manoeuvre,lesdites rondelles étant tarées pour exercer sur la pièce de butée une poussée supérieure à 1 'effort devant être exercé sur la tige de manoeuvre pour décoller chaque opercule de son siège. 5. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens dtimmobilisation de la pièce de butée sur son appui sont constitués par des moyens rigides commandés de l'extérieur de la vanne et agissant pour écarter la pièce de butée de l'extrémité de la tige de manoeuvre selon ltaxe de celle-ci. 6. Vanne selon la revendication 5,caractérisée en ce que les moyens rigides pour immobiliser la pièce de buvée sur son appui sont constitués par une tringlerie indépendante de la tige de manoeuvre et commandée de lte térieur de la vanne. 7. Vanne selon la revendication 5,caractérisée en ce que les moyens rigides d'immobilisation de la pièce de butée sont constitués par une vis à pas inverse par rapport à celui de la tige de manoeuvre, vissée coaxialement dans ladite tige de manoeuvre qu'elle traverse de part en part et commandée de ltexté- rieur.