Brevet FR2344767A1 — publié le 19771014

L'invention concerne une vanne, en particulier de commande de débit de matériaux en vrac, flottables, solides ou partiellement solides. De tels matériaux, par exemple un matériau granulaire, ou en poudre, ou un liquide chargé, doivent parfois être envoyes d'un point à un autre, par exemple par un pipe-line les amenant à l'usine de traitement. Il peut être souhaitable en un endroit donné d'arrêter l'écoulement de ce matériau, par exemple en un point où ce matériau doit être introduit dans un récipient à pression où il sera traité, ou d'où il empruntera un transport pneumatique. Pour arrêter ltécoulement de ce matériau et/ou pour fermer de façon étanche un récipient sous pression ou autre équipement monté sur le pipe-line d'amenée ou autre structure par laquelle le matériau est délivré, un dispositif de vanne peut être installé sur le trajet d'amenée du matériau, par exemple entre le récipient â pression et le pipe-line, la trémie ou le conteneur d'amenée. Cependant, dans le cas où le matériau en vrac comporte des particules de grande dimension, ou dures ou particulièrement abrasives, il n'est pas possible actuellement de réaliser en même temps la fermeture et ltétanchéité parce que les particules de grande dimension font obstruction au libre mouvement de la pièce formant obturateur ou empêchent le positionnement étanche de cette pièce contre le corps de vanne quand cet obturateur est en position de fermeture. En conséquence, il a été proposé de disposer deux vannes distinctes pour assurer la fermeture étanche du dispositif d'amenée du matériau. Une première vanne coupe l'arrivée des particules et une seconde vanne, placée en aval de la précédente, assure ltétanchéité aux fluides interessés dans une ouverture où ne se trouvent plus de particules du matériau. L'invention a pour but de réaliser un dispositif évitant la complexité de l'appareillage indiqué ci-dessus. L'invention a pour objet, à cet effet, un dispositif de vanne destinée à fermer de façon étanche une ouverture remplie d'un matériau en vrac, vanne caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe délimitant une ouverture; une pièce de fermeture ayant la forme d'une calotte sphérique, montée pour tourner autour d'un axe passant par le centre de cette calotte, entre une première position dans laquelle l'ouverture est dégagée et une seconde position dans laquelle cette ouverture est obturée, une bague annulaire ou anneau d'étanchéité étant monté dans l'enveloppe qui, lorsque la pièce de fermeture est dans la seconde position, est au contact de la surface convexe de cette pièce de fermeture pour créer un joint étanche entre les deux faces opposées de cette pièce de fermeture. La conception de la pièce de fermeture sous forme d'une calotte sphérique pouvant tourner autour d'un axe de sa sphère signifie que cette pièce de fermeture peut être de construction robuste et qu'elle peut être engagée à travers une colonne de matériau qui peut comporter des particules de grande dimension d'un matériau dur et abrasif. La conception d'un anneau d'étanchéité, monté dans l'enveloppe de la vanne, permet de réaliser une fermeture étanche quand la pièce de fermeture s'est déplacée en travers de l'ouverture. Le dispositif de vanne comporte, en outre, de préférence un dispositif par lequel un gaz peut être envoyé sous pression à l'anneau d'étanchéité pour aider à la mise en contact de cet anneau d'étanchéité avec la pièce de fermeture. I1 est préférable encore que ce dispositif d'envoi de gaz comporte une conduite à l'intérieur de l'enveloppe pour amener ce gaz à une partie de l'anneau d'étanchéité éloignée de la pièce de fermeture pour bien appliquer cet anneau d'étanchéité dans son contact avec la pièce de fermeture. De préférence, l'enveloppe du dispositif de vanne comporte une partie à bord fixe et rigide située de façon adjacente au parcours de déplacement du bord avant de la pièce de fermeture dans son mouvement de fermeture, de telle façon que les particules de matériau gênant ce mouvement de la pièce de fermeture soient cisaillées entre le bord fixe et rigide et le bord avant de la pièce de fermeture. De preférence, la pièce de fermeture est montée de telle façon qu'une rotation de 900 soit nécessaire pour déplacer cette pièce de fermeture de sa première position à sa seconde position. De cette manière, la pièce de fermeture peut être positionnée, dans sa première position, d'un côté de l'ouverture de façon à ne pas gêner le courant de matériau ni au travers, ni d'un côté, ni de l'autre de cette ouverture. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - La figure 1 est une vue en coupe verticale longitudinale du dispositif de vanne suivant l'invention; - La figure 2 est une vue en coupe verticale transversale du dispositif de la figure 1; - La figure 3 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 1 mais représentant une disposition d'étanchéité modifiée. En se reportant aux dessins, une vanne 1 selon l'invention est montée entre un récipient à pression 3 et une trémie d'amenée de matériau 5. Seule la partie supérieure du récipient à pression 3 est représentée dans les dessins, mais ce récipient à pression comporte aussi une sortie pour le matériau traité ou convoyé et un dispositif d'alimentation en air comprimé vers l'intérieur de ce récipient. Le matériau peut être introduit à partir de la trémie 5 dans le récipient sous pression 3 et être ensuite évacué de ce récipient à l'aide d'air comprimé. Le dispositif de vanne 1 comporte une enveloppe de vanne 7 délimitant une ouverture à travers laquelle le matériau passe dans l'espace compris entre la trémie 5 et le récipient sous pression 3. L'enveloppe de vanne 7 comporte une paroi cylindrique circulaire 9 boulonnée sur un anneau 11 au sommet du récipient à pression 3.Sur l'extrémité supérieure de la paroi 9, est boulonnée une plaque de sommet 12, présentant une ouverture circulaire 13 qui la traverse. Cette plaque de sommet 12 est fixée à son tour à la bride de fond 15 de la trémie 5. Comme on le voit mieux sur la figure 1, la paroi 9 du dispositif de vanne comporte deux organes formant paliers 17 et 19, diamétralement opposés par rapport au centre de la sphère, pour supporter deux arbres de pivotement, dont l'un 21 est entrainé par moteur et l'autre 23 suit le mouvement du premier. Les organes formant paliers 17 et 19 comportent des paires de joints d'étanchéité 25 et 27. La conception de ces joints est telle qu'elle protège les arbres 21 et 23 contre la pression intérieure régnant dans le dispositif de vanne et contre le matériau qui y est contenu. Ainsi chaque paire de joints d'étanchéité 25 et 27 comprend deux anneaux d'étanchéité identiques a et b qui sont montés avec leur lèvre d'étanchéité dirigée vers le centre de la vanne. Entre ces anneaux a et b, un anneau entretoise 28 est monté pour former une cavité 30 entre les anneaux d'étanchéité. Cette cavité est remplie de graisse lors du montage du dispositif de vanne. Par suite de la rotation des arbres 21 et 23 pendant la manoeuvre de la vanne, une matière abrasive fine peut passer éventuellement sous les lèvres d'étanchéité du premier anneau d'étanchéité a. Ce matériau se mélange avec la graisse mais en raison de sa nature "humide" ne passe pas sous la lèvre du second anneau d'étanchéité b.Pour empêcher le mélange de graisse et de matériau abrasif de se dessécher éventuellement, de la graisse est pompée périodiquement par des points de graissage 32 et 34 dans des fentes pratiquées dans les paliers, se trouve forcée, sous la pression exercée par des pistolets graisseurs, sous les lèvres d'étanchéité des anneaux d'étanchéité extérieurs b dans la cavité régnant entre les deux anneaux d'étanchéité immédiatement voisins d et b et pousse la graisse contaminée sous la lèvre des anneaux d'étanchéité intérieurs a vers l'intérieur du dispositif de vanne. Des joints toriques d'étanchéité 36 et 38 montés dans des cavités ménagées sur les extrémités extérieures des paliers, sont ménagés pour obliger la graisse à se déplacer vers le centre du dispositif de vanne. L'arbre d'entraînement 21 s'étend vers l'extérieur, au-delà de la disposition de palier 17, vers un moteur extérieur d'entraînement 19. L'arbre d'entraînement 21 et l'arbre opposé 23 se prolongent sur une courte distance vers l'intérieur de la surface intérieure de la paroi cylindrique 9. Les extrémités dirigées vers l'intérieur de l'arbre d'entraînement 21 et de l'arbre opposé 23 sont chacune fixées à une partie respective descendante 31, 33 d'une pièce de fermeture 35. D'un seul tenant avec les parties descendantes 31, 33 se trouve une coquille de fermeture 37 qui a la forme d'une calotte sphérique. Sa disposition est telle que l'axe commun des arbres 21 et 23 passe par le centre de la sphère dont fait partie la surface extérieure de la calotte sphérique. La rotation de l'arbre d'entraînement 21 sous l'action du moteur 29 amène la coquille de fermeture 37 à se déplacer de sa position de fermeture (représentée en trait plein sur la figure 2) à sa position d'ouverture (représentée en trait mixte sur la figure 2). L'ampleur du déplacement angulaire de la coquille de fermeture est de 900 entre sa position fermée et sa position ouverte.La disposition de l'arbre d'entrainement et de l'arbre opposé par rapport à la piece de fermeture et l'amplitude du mouvement de la pièce de fermeture sont telles que, lorsque la pièce de fermeture est venue en position d'ouverture, le passage où passera le matériau allant de la trémie 5 au récipient sous pression 3 est entièrement dégagé par la pièce de fermeture et ses dispositions d'entraînement et de support. Lorsque le récipient sous pression est en cours de remplissage avec le matériau, la pièce de fermeture 35 doit être placée naturellement à sa position d'ouverture, de sorte que, quand on désire fermer l'ouverture 13, cette dernière est pleine de matériau en vrac. Pendant le mouvement de fermeture, le bord avançant ou bord avant 39 de la coquille de fermeture 37 tranche la colonne de matériau en vrac. Vers l'extrémité de son parcours de déplacement, le bord avant 39 se déplace au-delà d'-un bord rigide 41, situé en regard et formé dans la plaque de sommet 12. Toutes les grandes particules de matériau présentes dans le parcours de déplacement de la coquille de fermeture 37 sont poussées à l'extérieur de sa route par le bord avant 39, ou bien sont coincées et cisaillées entre le bore rigide, mais aussi coupant 41 de la plaque de sommet 12 et le bord avant 39 de la coquille de fermeture 37. La plaque de sommet 12 du dispositif de vanne comporte une surface annulaire 43 qui est conformée pour épouser la courbure de la coquille de fermeture 37, de sorte que, lorsque cette dernière est dans sa position de fermeture, cette surface annulaire courbe 43 s'applique étroitement sur la surface convexe correspondante de la coquille de fermeture 37. Une cavité annulaire 45 est pratiquée depuis la surface courbe 43 dans le corps de la plaque de sommet 12. Une bague annulaire 47 est logée dans la cavité annulaire 45. Cette bague annulaire 47 est collée aux parois de la cavité annulaire 45 excepté dans une portion centrale par rapport à celles-ci. La bague annulaire 47 est constituée en un matériau souple, élastique et de grande résistance à l'usure. Un trou 49, foré dans la plaque de sommet 12 du dispositif de vanne 1, débouche par une de ses extrémités dans la cavité annulaire 45 au niveau de la position centrale libre de la bague annulaire 47. Son autre extrémité conduit à un raccord 51 extérieur à la plaque de sommet 12 et vissé dans celle-ci. Partant du connecteur 51, se trouve une tuyauterie 53 par où l'air comprimé nécessité par le fonctionnement de la bague annulaire peut être délivré. Quand la coquille de fermeture 37 est dans sa position de fermeture, cet air comprimé peut être envoyé par le trou 49 sur la bague annulaire 47 sur le côté de celle-ci qui est éloigné de la coquille de fermeture 37. Cet air comprimé appuie alors la bague annulaire 47 et assure son contact d'étanchéité avec la coquille de fermeture 37. Les dispositions sont telles que l'air comprimé remplit la totalité du petit espace annulaire 55 restant disponible dans la cavité annulaire 45 derrière la bague annulaire 47 et ce, de telle façon que cette bague annulaire 47 soit pressée contre la coquille de fermeture 37 sur toute la longueur de la bague annulaire 47. La surface de la bague annulaire 47 qui entre en contact avec la coquille de fermeture 37 présente une largeur telle que chacune des petites particules qui sont coincées entre la bague annulaire 47 et la coquille de fermeture 37 soit entièrement enfermée par cette bague et ne puisse compromettre l'efficacité du joint étanche créé par la bague annulaire agissant sur la coquille de fermeture 37. Pourvu que la pression d'air dans le petit espace annulaire 55 soit supérieure à la différence des pressions s'exercant de part et d'autre de la coquille de fermeture 37, l'étanchéité du joint est assurée sur toute la ligne de cette coquille de fermeture correspondant à l'ouverture circulaire 13. La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention, avec une bague annulaire d'étanchéité 71 qui comporte de grandes parties en forme d'oreilles 73. Cette bague annulaire d'étanchéité 71 n'est pas collée aux parois d'une cavité annulaire d'une plaque de sommet du dispositif de vanne, comme dans le cas de la bague annulaire d'étanchéité de la figure 1, mais au lieu de cette disposition, les parties en forme d'oreilles 73 sont pincées dans des cavités formées par un ensemble de bagues 75, 77 et 79, assemblées qui forment ainsi une tête d'étanchéité correspondant à la plaque de sommet 12 du mode de réalisation représenté en figures 1 et 2. Un avantage de cette disposition d'étanchéité desserrable,'par rapport à la disposition d'étanchéité collée, réside en ce qu'une plus grande gamme d'élastomères ou de caoutchoucs peut être utilisée avec la disposition desserrable, de telle sorte qu'un large choix de matériaux d'étanchéité est possible pour convenir aux matériaux passant dans le dispositif de vanne et/ou à la température régnant dans ce dispositif pendant son utilisation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Vanne de fermeturè étanche pour une ouverture remplie d'un matériau en vrac, vanne caractérisée en ce quelle comprend : une enveloppe délimitant une ouverture; une pièce de fermeture ayant la forme d'une calotte sphérique, montée pour tourner autour d'un axe passant par le centre de cette calotte, entre une première position dans laquelle l'ouverture est dégagée et une seconde position dans laquelle cette ouverture est obturée; une bague annulaire d'étanchéité étant montée dans l'enveloppe qui, lorsque la pièce de fermeture est dans la seconde position, est au contact de la surface convexe de la pièce de fermeture pour créer un joint étanche entre les deux faces opposées de celle-ci. 20) Vanne suivant la revendication 1, caractérisée par un dispositif ménagé pour envoyer un gaz sous pression à la bague annulaire d'étanchéité en vue d'aider à l'entrée en contact de cette bague annulaire d'étanchéité avec la partie correspondante de la pièce de fermeture. 30) Vanne suivant l'une des-revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le dispositif d'envoi de gaz sous pression comporte un conduit incorporé dans l'enveloppe de vanne pour envoyer le gaz sur une partie de la bague annulaire d'étanchéité éloignée de la pièce due fermeture et appuyer ainsi cette bague annulaire d'étanchéité dans son contact avec la pièce de fermeture. 40) Vanne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'enveloppe de vanne comporte une partie formant bord fixe rigide, situé de façon adjacente au parcours de déplacement du bord avançant de la pièce de fermeture lorsque cette pièce se déplace vers sa position de fermeture, de telle sorte que les particules du matériau passant dans la vanne et gênant le mouvement de fermeture de cette pièce de fermeture puissent être coupées entre ce bord fixe rigide et le bord avançant de la pièce de fermeture. 50) Vanne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la pièce de fermeture est montée de telle façon qu'une rotation de 900 soit nécessaire pour la déplacer de la première à la seconde position.