Brevet FR2302462A1 — publié le 19760924

L'invention concerne une vanne tournante, en particulier une vanne régulatrice, avec obturateur comprenant un opercule en forme de segment de sphère. Une vanne régulatrice de ce type, connue d'après la deman- de de brevet DU-OS 16 75 549 comporte un obturateur sensiblenent rigide muni d'un opercule en forme de segment de sphère, qui est fixé à l'arbre d'entraînement à l'aide de deux bras déformables dans une faible mesure. Lorsque ltobturateur s'applique d'abord d'un côté sur le siège de la vanne, la déformation des bras permet à l'obturateur de stappliquer en se rabattant de l'autre côté sur le siège de la vanne.L'inconvénient de cet arrangement rside en ce que le dimensionnement en section des bras, indispensable à-l'obtention de la déformabilité élastique désirée, peut conduire, sous l'effet efforts moteurs exagérés, à une déformation permanente, qui ne garantit plus par la suite l'étanchéité à la fermeture de la vanne. On a constaté en outre que cette vanne connue doit être de fabrication extrgmement précise au cas où une fermeture étanche est exigée. Le brevet US 3.191.906 décrit une vanne à bille avec arête de réglage en V, dont ltobturateur en forme de calotte sphérique fait partie d'un support rigide semblable à un pont, réuni d'un côté à l'extrémité de l'arbre d'entraînement pour laisser le passage libre en position d'ouverture et dont l'autre côté, muni d'un logement, est guidé sur un tourillon fixé au corps. le problème à la base de l'invention est d'aménager une vanne du type spécifiée ci-dessus, de façon qu'elle puisse hêtre fabriquée aussi facilement et économiquement que possible et qu'elle garantisse néanmoins une fermeture étanche en service de longue durée. Ce problème est résolu =zar la vanne tournante, en particulier la vanne régulatrice, objet de l'invention, comportant, dans un corps tubulaire, un siège annulaire placé concentriquement à l'axe longitudinal du corps, ainsi qu'un obturateur, qui est muni d'une surface d'étanchéité en forme de segment de sphère et est fixé à un arbre d'entralnement logé dans le corps de manière à pouvoir pivoter perpendiculairement à l'axe longitudinal du corps et décalé par rapport à cet axe, ladite vanne étant caractérisée en ce qu'il est prévu, comme obturateur,un opercule en forme de segment de sphère muni d'un goujon fileté central dirigé vers le centre de la sphère, goujon qui est vissé de façon ajustable et est bloqué dans un trou fileté et est réuni au som- met d'un support rigide en forme de pont tournant, dans le c-r--s, laissant le passage libre en position d'ouverture fi=é d'un coté à l'extrémité de l'arbre d'entraînement et soutenu de l'autre côté par un tourillon Dlacé vis-a-vis. La déformabilité, qui exis- te dans la vanne connue et s'avare critique en pratique, es- rem- placée, dans la soupape selon l'invention, par une faculté d'ajus- tentent, obtenue par des moyens extrêmement simples, de l'opercule en forme de segment de sphère par rapport au si:::e annulaire de la vanne, de sorte que des tolérances quelconques de fabrication et de montage peuvent être facilement compensées. Dans une forme de réalisation particulière,l'opercule pré- sente la forme d'une cuvette d'épaisseur de paroi sensible@@ uniforme et la face du support tournée vers la cuvette est rique et ajustée à la courbure intérieure de la cuvette sp~ i- que. D'autre part,le goujon fileté est inséré dans un évidement de l'otercule et soudé avec celui-ci. Le goujon fileté est avan- tageusement d'un seul tenant avec l'opercule.Du côté tourné ver@ le siège de la soupape, l'opercule est muni d'un évidement ou d'une saillie dont le contour permet l'insertion d'un outil de vissage. l'épaisseur de paroi de la partie extérieure de l'--e-- cule est choisie de manière à autoriser une légère déformatir- élastique de cette partie. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, lorsque la vanne est fermée,le centre de courbure de l'opercule est lus loin du sommet de l'opercule que la projection perpen- diculaire de l'axe de rotation de l'arbre d'entraînement sur l'axe de symétrie du siège de vanne. La position axiale de l'arbre d'entraînement est réglable avec l'opercule dans le corps de vanne. 'arbre d'entraînement est disposé de manière non dépla çable dans une douille de guidage, ladite douille étant vissée dans le corps de vanne. La douille de guidage est maintenue en position par un contre-écrou. L'invention va être explicitée maintenant en référence à un exemple de réalisation reproduit dans les dessins annexés, dans lesquels Fig. 1 représente la vanne tournante fernée, en une coupe faite suivant l'axe longitudinal du corps. Fig. 2 est une coupe orthogonale à la précédente, à la hauteur de l'arbre d'entraînezent, la vanne tournante étant ouverte; Fig. 3 montre en élévation la vanne ouverte, vue en direction de l'axe longitudinal du corps. Fig. 4 est une coupe identique à celle de la figure 1 mais dans une autre forme de réalisation (vanne tournante fermée). Fig. 5 est une coupe orthogonale à la précédente, t la hauteur de l'arbre d'entraînement, la vanne tournante étant ouverte. Fig. 6 montre la position de l'axe de rotation M2 de-l'ob- turateur par rapport au centre de courbure M1 dudit obturateur, lorsque la vanne tournante est fermée symétriquement. Le corps 1 de la vanne tournante est formé d'un élément tubulaire médian 2 et de deux disques 3, 4 soudés aux extrémités de celui-ci, le siège annulaire 5 étant vissé dans ce dernier disque 4. Le siège est concentrique à l'axe longitudinal 6 du corps. Perpendiculairement audit axe et avec un décalage V par rapport à celui-ci,est logé dans un palier 8 du corps, l'arbre 7 entranant l'obturateur. Ce palier cylindrique 8 contient également la garniture de presse-étoupe 9 et, dans une douille de guidage 10, le coussinet 11. Du cSté opposé à l'arbre d'entraDnement 7 est fixé,dans le corps, au moyen d'un manchon de retenue 12, un tourillon 13 dans l'alignement de l'arbre d'entraînement 7. Le manchon de retenue 12 et le palier 8 sont soudés avec le corps 1. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'obturateur est constitué par un opercule 14, ayant la forme d'un segment de sphère, qui est muni d'un goujon fileté central 15, dirigé vers le centre de la sphère. L'opercule 14 et le goujon fileté 15 sont soudés entre eux. Dans le sommet de opercule ou dans l'extrémi- té correspondante du goujon fileté 15, il est prévu un six-pans intérieur 16, à l'aide duquel le goujon fileté 15 peut être déplacé dans un filetage à pas fin 17, qui est prévu dans le sommet d'un support 18 senblable à un pont pour laisser le passage libre au fluide en position d'ouverture. Dans chacune de ses deux bran -ches latérales 19 et 20, ce support est alésé. L'alésage dans la branche 19 est monté sur l'extrémité de arbre d'entraînement 7, qui, est solidaire du support grâce à une goupille cylindrique 21. Dans l'alésage de la branche opposée 20 est inséré un coussinet 22 guidé sur le tourillon 13. Entre la surface frontale interne de la douille de guidage 10 et la surface frontale lui faisant vis-à-vis de la branche 19 se trouve une rondelle de butée 23. Du côté opposé est prévu, entre la surface frontale du manchon dv retenue 12 et la surface frontale en regard de la branche 20, un faible jeu, qui permet à l'arbre d'entraînement 7 de se décla- cer lés remuent en direction axiale avec le support 18. Après avoir assemblé le support 18 à l'arbore d'entraSne- ment 7, on amène la vanne tournante dans la position de fermeture représentée sur la fig. 1 et, au moyen d'un outil introduit dans le six-pans intérieur 16, on déplace l'opercule 14 par son goujon fileté 15 dans le filetage à pas fin 17, jusqu'à ce que la vanne tournante soit fermée de façon étanche de tous cotés. Dans cette position, on bloque alors l'opercule 14 par un contreécrou 24 vissé sur le goujon fileté 15.Au lieu de forme en cuvette représentée dans l'exemple de réalisation, l'opercule 14 pourrait être également en forme de champignon, la surface du support 18 tournée vers l'opercule étant plane dans ce cas. la forme de réalisation représentée a toutefois l'avantage que le bord extérieur de l'opercule est très faiblement élastique et peut ainsi compenser des changements éventuels de dimensions dus à l'usure ou à des influences de température. Sur la figure, l'oper- cule est représenté avec une épaisseur de parois S uniforme. Cette épaisseur peut aller en diminuant vers le bord, mais la forme de réalisation représentée est de fabrication plus simple.Le centre de courbure R de l'opercule sphérique se trouve sur l'axe longitudinal 6 du corps et, par suite, à la hauteur de l'axe médian du siège de soupape 5. L'axe 25 de l'arbre d'entraînement 7 est décalé par contre d'une valeur V, qui est comprise entre 5 et 15 mm environ selon l'orifice nominal de la vanne tournante. Pour perturber le moins possible l'écoulement du fluide à tra versa soupape ouverte, le diamètre extérieur de. opercule 14 est seulement un peu plus grand que le diamètre intérieur du siège 5 de la soupape. La position de l'obturateur (vanne tournante ouverte) est indiquée en pointillés sur la fig. I. En se référant aux figures 4 et 5, le corps 1 de la vanne tournante comporte un siège annulaire 5 vissé à une extrémité dudit corps. Le siège annulaire 5 est concentrique à l'are lonvi- tudinal 6 du corps. Un opercule 14 qui se trouve dans le corps I est monté à rotation sur un arbre d'entraînement 7. L'axe de rotation 25 de 11 arbre d'entraînement 7 est décalé d'une distance e (fig. 6) par rapport à l'axe de symétrie 6 du corps de vanne et du siège 5 et il est décalé d'une distance c par rapport au centre de courbure M1 de l'opercule 14 en forme de segment de sphère dans la direction dudit opercule. Les raisons de cette disposition géométrique seront décritesci-dessous en référence à la figure o. L'arbre d'entraînement 7 de l'oper- cule est logé dans un palier 8 du corps. le palier cylindrique 8 contient également la garniture de presse-étoupe 9 ainsi qu'une douille due guidage et un coussinet 10. La douille de guidage 10 est munie sur une partie de sa longueur d'un filetage externe 34 et elle est vissée axialement dans le palier 8 dans un filetage interne 35. Un contre-écrou atta quant ut autre filetage externe de la douille de guidage 10 maintient la douille de guidage 10 contre le siège de butée 38 dans le palier 8. Du coAté opposé à l'arbre d'entraînement 7, est façonné un manchon de retenue 12 dans le corps 1; un tourillon 13 est monté dans ce manchon et il est dans l'alignement de 11 arbre d'entraînement 7. L'obturateur est constitué par un opercule 14, ayant la forme d'un segment de sphère, qui est muni d'un téton cylindrique et central 37, dirigé vers le centre de la sphère,et d'un goujon fileté 15 attaquant sur ledit téton. Dans le sommet de l'opercule,il est prévu un six-pans intérieur 16, à l'aide duquel le goujon fileté 15 peut être déplacé dans un filetage à pas fin 17, qui est prévu dans le sommet d'un support 18 semblable à un pont pour laisser le passage libre au fluide en position d'ouverture. Dans chacune de ses deux branches latérales 19 et 20,ce support est alésé. L'alésage dans la branche 19 est monté sur le diamètre d'une partie réduite 32 de l'arbre d'entral- nement 7. La-branche 19 s'appuie sur la partie frontale de la douille de guidage 10,et de son coté la douille de guidage 10 s'appuie par une face de butée 31 sur un épaulement de l'arbre 7. Grâce à une goupille cylindrique 21,l'arbre d'entraînement 7 est solidaire du support 18. Dans l'alésage de la branche opposée 20, le tourillon 13 attaque sur le diamètre d'une partie réduite 33 et il est coulissant sur celui-ci. se se référant à la figure 6, on voit que la position de l'axe de rotation M2 de l'obturateur est décalée d'une distance e par rapport à l'axe de symétrie 6 du siège-de la vanne tournan- te. Dans la position symétrique par rapport au siège 5 de l'oper- cule 14 > telle que représentée, le centre de courbure M1 se trouve sur l'axe de symétrie 6. Pour pouvoir compenser les conséquences des tolérances d'usinage en raison de l'excentricité e, il est conseillé, suivant une caractéristique de l'invention, de décaler l'axe de rotation 25 par rapport au centre de courbure M1 vers l'opercule 14.Ainsi,lorsque la vanne tournante est fermée,le centre de courbure M1 est plus éloigné du sommet de l'opercule que la projection perpendiculaire de l'axe 25 sur l'axe de symétrie 6 de la vanne tournante. Le diamètre D de l'opercule 14 est en règle générale supérieur au diamètre intérieur d du siège de vanne 5. Dans le cas de la présente invention, il faut preter attention dans tous les ces à ce que l'opercule 14,en rai son de sa surface sphérique,se se prolonge des deux côtés sur le siège de vanne 5 d'une dimension fixée.Il est alors possible de compenser les tolérances du fait de l'excentricité e et de la imension a. la distance a, qui représente la distance séparant l'axe 25 du siège 5, peut varier, du fait que le siège alors de son vissage dans le corps,n'occupe pas toujours la même position finale,et d'autre part du fait que l'axe 25 en raison des tolérances peut occuper également des positions différentes. Après avoir assemblé le support 18 à l'arbre d'entraînement 7, on amène la vanne tournante dans la position ferlée représentée sur la figure 4 et, au moyen d'un outil introduit dans le six-pans intérieur 16, on déplace l'opercule 14 par son goujon fileté 15 dans le filetage à pas fin 17, jusqu'à ce que la vanne tournante parvienne en position dans le siège 5. En mene temps, l'opercule 14 est en-outre positionné et maintenu par son téton cylindrique 37 dans l'évidement cylindrique 38 du support 18. Dans cette position, on bloque alors l'opercule 14 par un contre- écrou 24 vissé sur le goujon fileté 15. En raison des tolérances d'usinage,et,de ce fait,d'une excentricité e.variable,il est possible que l'opercule 14 dans la position symétrique telle que représentée ne touche le siège 5 qu'en un seul point. En raison du décalage supplémentaire c sur l'axe de symétrie 6 de a vanne et des extrémités de l'opercule 14 dépassant sur le siège , ledit opercule peut etre disposé de telle sorte que,par des mouve- ments aller et retour d'un petit angle, il touche au moins les points du siège 5 situés en face. Un ajustage à cet effet en direction perpendiculaire est alors possible sur la douille de guidage vissée 1O, ce qui pellet de délacer l'opercule 14 sur l'arbre d'entraînement 7. La mise en oeuvre de ces dispositions en combinaison permet d'obtenir lors de la fermeture de la vanne tournante une étanchéité totale de la vanne sur le siège. REVENDICATIONS 1. Vanne tournante, en particulier vanne régulatrice, comportant, dans un corps tubulaire, un siège annulaire placé concentriquement ; l'axe longitudinal du corps, alnsi qu'un ootu- rater, qui est muni d'une surface d'étanchéité en forme de segment de sphère et est fixé à un arbre d'entraînement logé dans le corps de manière a-pouvoir pivoter perpendiculairement à l'axe longitudinal du corps et décalé par rapport à cet e, ladite vanne étant caractérisée en ce qu'il est prévu,comme obturateur, un opercule en forme de serment de sphère (14) muni d'un goujon fileté central (15) dirigé vers le centre de la sphère, goujon qui est vissé de façon ajustable et est bloqué dans un trou fileté (17) et est réuni au sommet d'un support rigide (18) en forme de pont tournant dans le corps (1), laissant le passage libre en position d'ouverture, fixé d'un côté à l'extrémité de l'arbre d'entraînement (7) et soutenu de autre côté par un tourillon (13) placé vis-à-vis. 2. Vanne tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'opercule (14) présente la forme d'une cuvette d'énais- seur de paroi (S) sensiblement uniforme. 3.- Vanne tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que la face du support (18) tournée vers la cuvette (1") est sphérique et ajustée à la courbure intérieure de la cuvette sphérique. 4. Vanne tournante selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que le goujon fileté (15) est inséré dans-un évidement de l'opercule (14) et soudé avec celui-ci. 5. Vanne tournante selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que le goujon fileté est d'un seul tenant avec l'opercule. 6. Vanne tournante selon l'une quelconque des revendica- tiens 1 à 5, caractérise en ce que, du côté tourné vers le siège (5) de la soupape, l'opercule (14) est muni d'un évidement (16) ou d'une saillie dont le contour permet l'insertion d'un outil de vissage. 7. Vanne tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisée en ce que l'épaisseur de paroi (S) de la partie extérieure de l'opercule (14) est choisie de manière autoriser une libre déformation élastique de cette partie. 8. Vanne tournante selon l'une quelconque des reven-lica- tions 1 à 6, caractérisée en ce que, lorsque la vanne est fermée, le centre de courbure M1 de l'opercule (14) est plus loin du som- met de opercule que la projection perpendiculaire de l'axe de rotation (25) de l'arbre d'entraînement (7) sur l'axe de symétrie (6) du siège de vanne (5). 9. Vanne tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce que la position axiale de l'arbre d'entraînement (7) est réglable avec l'opercule (14) dans le corps de vanne (1). 10. Vanne tournante selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'arbre d'entraînement (7) est disposé de manière non déplaçable dans une douille de guidage (10), ladite douille 10) étant vissée dans le corps de vanne (1). 11. Vanné tournante selon la revendication 10, caractérisée en ce que la douille de guidage (10) est maintenue en position par un contre-écrou (30).