Brevet FR2339793A1 — publié le 19770826

t1 invention concerne une vanne à papillon dans laquelle une partie en fore de disque obturateur pivote autour d'une tige qui fait fonction d'axe. Le domaine concerné par l'invention groupe des vannes à papillon où un papillon obturateur circulaire ou disque pivote d'une position ouverte à une position ferrée en travers du canal d'écoulement de la vanne. En position fermée, l'obturateur s'appuie sur un siège avec lequel il fait corps pour assurer l'étanchéité et evi- ter toute fuite de fluide dans le conduit ous pression quton se propose de commander avec la vanne.Dans les vannes de ce type, il est essentlel que l'étanchéité soit assurée à chaque obturation, qu'aucune fuite de fluide n'ait lieu, et ce Tent toute la durée de vie de la vanne, sans qu'il soit nécessaire de la contrôler ni de l'entretenir fréquemment. La présente invention est relative à u.e vanne à paillon dotée d'un siège comportant trois couches. Ce siège n'est pas affecté par les changements de température, et n'est pas sujet à l'usure due à l'utilisation de fluides corrosifs. Une caractéristique importante de la présente invention est que cette vanne à papillon est munie d'un disque obturateur dont la surface périphérique interne est à portée conique pour bien s'adapter à la surface périphérique externe du siège qui comporte trois couches; l'obturateur fait ainsi corps avec le siège sur lecuel il s'appuie. Une autre caractéristique de la présente invention est que cette vanne à papillon est pourvue d'un siège à trois couches, la pre micro de ces couches étant en résine synthétique dure, la seconde étant faite d'un matériau élastique, la troisième étant une couche de résine au fluor. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la seconde couche du siège est plus épaisse dans sa partie centrale que sur les bords qui sont en contact avec la première couche; cette seconde couche a même un bossage annulaire médian. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, la troisième couche de cette vanne à papillon, formant la surface périphérique interne du siège, revêt aussi les surfaces périphériques internes des orifices dans lesquels pivote la tigre. Selon une autre caractéristique de l'invention, la vanne pillon est dotée d'éléments pour assurer l'étanchétit@. Ce sont un Joint en caoutchouc et un joint d'étanchéité en r@sine au fluor. Le joint d'étanchéité en résine au fluor est placé plus près du disque obturateur que ne l'est le joint en caoutchouc, ceci afin d'éviter toute fuite de fluide entre le siège et la tige. Le joint d'étanchéité est soit un joint torique soit un joint à section en V. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la surface périphérique interne du siège a sa partie ccntrale bombée et élastique. Le disque obturateur, lorsqufil est en position fermée, vient se coincer contre le siège et son bord périphérique frotte contre la partie bombée du siège. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, l'ori- fice pratiqué dans le disque obturateur et nui est traversé par la tige, a un noyau cylindrique en métal; le disque est fait d'une résine résistant aux produits chimiques. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non linitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Eig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une vanne à papil lon en position fermée. Fig. 2 est une vue en perspective partiellement éclatée, mon- trant le corps de la vanne, son siège et le disque obtu rateur de la figure 1 qui ont été retirés des extrémités tubulaires - Joints à brides; on voit le disque en posi- tion ouverte. Fig. 3 est une vue en coupe transversale d'une portion du corps de la vanne, du siège et des éléments faisant joint avec la tige de la figure 1. La tige et le disque obturateur ne sont pas montrés. La coupe est faite selon l'are de la tige. Fig. 4 est une vue en coupe transversale d'une portion du siège de la vanne. Cette vue montre l'oriXicc Qui est traversé par la tige. Fig. 5 est une vue en coupe transversale du siège de la vanne. -i. o est une vue en coupe outrant une partie du disque obtu rateur en contact avec le siège de la vanne. Fig. 7 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'une variante du disque obturateur. Fig. E est une vue de face d'une vanne a papille n dont le dis que obturateur est en position formée. Fig. 9 est une vue en coupe d'une partie du siège de la vanne papillon, avec ici une variante dans le système d'é -tanchéité. Selon la pr@sonte invention, la vanue à papillon (10) se compose d'un corps (11), d'un siège (12), d'une tige (13), d'un disque obturateur (14) et d'un ensemble (15) assurant l'étanchéité. Elle est placée entre les deux extrémités tubulaires à joints à brides (16) et commande l'écoulement (17) du @luide de par sa position ouverte n fermée. Le cors (115 est en uc métal tel que 1 fonte malléable, c'est ci dire possédant les caractéristiques qui lui permettent de résister à la fois au contraintes mécaniques dues à la pression et aux attaques chimiques dues à des fluides corrosifs. Il possède un bossage annulaire (21) qui fait saillie au-delà d'un flasque -du corps (11) coe le montre les figures 1 et 3. Ce corps (11) est en deux parties (comme le montre bien la figure 2) qui sont maintenues ensemble par des boulons (20). On voit un collet en (22). La tige (13) joint le milieu du collet (22) à celui du cors (11), traversant le siège (12) et le corps (11). Des manchons (23) et (24), placés entre la tige (13) et le corps (11), permettent le pivottement de la tige. Ces manchons sont en résine au fluor ou en matériaux de même nature. Le siège (12), que l'on peut voir liure 3, se compose d'une première couche (27), d'une seconde couche (28) et dtune troisième couche (29). Il a la forme générale d'un anneau. La partie centrale de la surface périphérique extérieure de la première couche (27) est creuse d'une gorge annulaire (30) qui s'emboîte dans le bossagc annulaire (21) faisant saillie au-delà du flasque. La première couche épouse donc la forme de la suface périphérique interne du corps (11). Cette couche (27), en résine synthétique dure telle que la résine phénolique, le résine mélamine e ou analogue, a une épaisseur uniforme et entoure le bossage (21) du corps (11). La seconde couche (23) du siège (12) adhère à la surface périphé- rique interne de la première couche (27). La partie centrale de cette couche (28) est deux fois plus épaisse que les portions périphé- riques (28b), (28b) qui sont contiguës aux deux bords de la première couche. La seconde couche sera de préférence conçue pour que l' épaisseur de ses bords 28b, 28b, soit égale à peu près au 1/10 de l'épaisseur de s partie centrale (28a). On a choisi des bords (28b) (28b) peu épais pour que la vanne à papillon fasse bien joint avec les deux extrémités tubulaires à joints à brides.Cette seconde couche (28) est faite en un atriau élastique tel que le caout- chouc synthétique, les différents plastiques ou des matériaux analogues dont les propriétés d'élasticité et de résistance aux chocs sont maximales. La troisième couche (29) est une fine pellicule de résine au fluor telle qu'uno résine polyfluoroéthylénique. Cette troisième couche, d'épaisseur uniforme, adhère aux surfaces périphériques internes et latérales de la seconde couc@e (28) ainsi qu'aux surfaces périphériques internes des orifices (31) dans lesquels pivote la tige. Les portions (29a), (29b) de la troisième couche, qui délimitent l'orifice, font corps avec d'autres éléments de la me- rie nature. Ainsi les portions (295), proches du corps (11), s'en- foncent dans la deuxième couche pour attendre la première couche, formant ainsi un logement dans lequel viennent se loger les joints d'étanchéité.La dimension du diamètre intérieur de la portion (29a) est déterminée de façon a bien enserrer la tige de la vanne. La figure 4 est une variante dans la réalisation des portions (29a) et (29b) de la troisième couche qui délimitent l'orifice. Cette portion (29a) est munie d'une lèvre (29c) pour assurer une meilleure étanchéité entre la tige de la vanne et le siège. La portion (29b) se prolonge vers l'extérieur jusqu'à toucher la surface externe de la première couche, ce qui facilite l'insertion des éléments (15) faisant joint avec la tige ainsi que celle ces manchons (23). Le siège (12) peut être fi rigidement à l'intérieur du corps métallique (11). En effet, on a vu que la surface périphérique externe du siège (12) épouse la forme de la surface périphérique interne du corps (11), le bossage (21) du corps (11) s'encastraut dans la gorge (30). La largeur 71 de ce siège (12) (dimension prise dans le sens d'écoulement du fluide) est supérieure à la largeur 72 du corps (11) de la vanne, ce qui définit une légère protubérance. Lorsqu'on place la vanne à papIllon (10) entre les extré- mités tubulaires à joints à brides (16) et (16) et qu'on boulonne celles-ci, le siège (12) est compressé jusqu'à faire disparattre la protubérance.Les cotés (34) et (34) du siège (12) sont ainsi mis en étroit contact avec les extrémités tubulaires à joints à brides grâco à l'élasticité du matériau qui compose la couche (28). La vanne à papillon se trouve donc raccordée de façon étanche aux extrémités tubulaires à joints à brides, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un joint supplémentaire. La figure 5 est une vue en coupe du sige (12). La coupe est faite selon une ligne parallèle à l'axo formé par la tige et comprise dans le plan foré par le disque obturateur lorsqu'il est cn @o- sition fermée. Ce siège (12) se compose de trois couches. La deuxième couche (28) est posée grâce à la tochnique de moulage par vulcanisation: on préchauffe le matériau élastique non vulcanisé pour le plastifier, puis on l'injecte entre la promière couche (27) et la troisiène couche (29) qui sont préformées et disposées l'une autour de l'autre; on chauffe ensuite le matériau qui coupose cette deuxième couche.La première, la deuxième et la troisième couche sont ainsi placées en étroit contact l'une avec l'autre, dans le noule en métal, par vulcanisation du matériau élastique do la seconde couche et par l'application d'adhésifs. De plus, la premire couche cohorte de nombreux trous, placés radialement, dans lesquels on injecte le matériau élastique. La surface périphérique interno du siège cylindrique (12) que l'on voit dans les figures 1, 3 et 5, est la portée du disque obturateur. Le disque obturateur coopre avec le siège dont la surace périphérique est souple our assurer une obturation tanche. Pour améliorer l'étanchéité, on a muni la surface périphérique in terne du siège (12) d'un bossage annulaire médian (40) montré fi3ure 6. Si l'on regarde la figure 5, on s'aperçoit que le diamètre intérieur du singe (12) varie dans le sens de la largeur (c'est à dire dans le sens d'écoulement du liquide). On voit en effet un bombe- a ont au centre de la surface périphérique interne. Cette parie centrale a donc un diamètre inférieur à celui des deux parties extrêmes qu'elle délimite. Ce bossage central (32), à section convexe, se continue par deux portions inclinées (33) et (33) dont les bords s'arrondissent pour orner les surfaces latérales (34) (34). Le diamètre interne du siège (12), mesuré au sommet du bossage (32), est inférieur au diamètre du disque obturateur (14) Lorsque ce dernier est en position fermée, il presse le sommet du bossage (32), qui prend la forme du bord pédiphérique du disque obturateur et le serre élastiquement dans le sens radial. L'étanchéité est ainsi réalisée , Quand le disque obturateur est formé, le siège se déforme dans les régions situées entre le bossage (32) et les doux portions inclinées (33) et (33) qui sont situées de part et d'autre; mais cette déform tion ne se répercute pas dans la totalité du siège. Il est donc inpossible d'assurer l'éanchéité avec d'autres disques obturateurs non adaptés au siège.Un autre avan -tage de la structure du siège (12) qui vient d'être décrit, est que la défor/@ation subie par le siège lorsqu'on l serre entre les deux extrémités tubulaires à joints à brides, déformation qui se produit dans les portions (33) et (33) de la troisième couche (voir figure 6), peut être atténuée par une inclinaison graduclle de ces portions d'extrémités (33) et (33). Comme le montre le montre la figure 3, la vanne a papillon est munie de deux presse-étoupes d'étanchéité (15) traverses par la tige (13). Chaque presse-étouep comprend un joint torique (36) en ré slne au fluor et un joint n caoutchouc (37). Le joint en csout noue (37), placé à l'extérieur du joint torique (36), c'est à dire plus près du corps (11) dc la vanne, est pressé vers l'intérieur par un manchon (23). Le joint torique (36) est lui-meme pressé vers l'intérieur par le Joint en caoutchouc (37) situé au-dessus de lui, l'ensemble assurant l'étanchéité entre le siège (12) et la tige (13).On place le joint en caoutchouc (37) entre le joint torique (36) et le manchon (23) pour éviter que le joint torique (36) ne soit endommagé par le manchon. Les presse-étoupes (15) et (15) assurent une parfaite étanchéité entre le siège (12) et la tige (13). En d'autres termes, il n'y a aucune fuite de liquide. Dans la figure 9, qui montre une variante du presse-étoupes, on voit l'ensemble (51) comprenant quatre joInts (52) à section en V et un joint torique en caoutchouc (53). L'ensemble est placé à l'intérieur de l'orifice taiss par la troisième couche (29). Chaque joint (52) à section en V et fait en matériaux élastiques analogues à ceux du joint en caoutchouc , possède une gorge annulaire (54) de section triangulaire; vu en coupe, le pourtour du joint est rectangulaire. L'ensemble doit comprendre au moins un joint (52). Ces joints (52) à section en V, sont pressés par le joint en caoutchouc (53) placé au-dessus et assurent l'étanchéité aussi bien lorsqu'ils sont soumis à des forces centrifuges que lorsqu'ils sont s unis à des forces centripètes. Aucune fuite de fluide ne se produit entre la tige et le siège de la vanne a pa- pillon. La tige (13) pivote dans le corps (11) en traversant le siège (12). Elle comprend un promier tourillon (13a) guidé par le manchon (23) et un second tourillon (13b) guidé par un manchon (24). Une des extrémités du premier tourillon (13a) sort du corps (11) de la vanne. Cette extrémité est, soit munie d'une clavette (26), soit de soction carrée pour permettre la commande de la tige à l'aide d'une poigaée (non représontée) ou analogue. La tige (13) peut être forméc d'un soul axe unique traversant le disque obturateur. Le premier tourillon (13a) et le second tourillon (13b) ont une scction carrée à leurs extrémités enfoncées face à face dans le disque (14). On le voit bien dans la figure 2 qui montre l'extrémi té d'un seul tourillon. Le papillon obturateur (14) a la forme d'un disque, comme on peut lo voir figure 2 . Il est muni de deux portions cylindriques (39) et (39) dus lesquelles viennont se loger les eux tourillons (13a) et (13b). Le papillon obturateur (14) va en s'amincissant à la périphérie et le poutour est convergent comme le montre la figure 5. Cn obtient ce bord périphérique convergent (40) en le chanfreinant de chaque côté. On peut aussi moule le disque obturateur en utilisant un moule quX donnera une forme convergente et une extrémité arrondie au bord périphérique (40). Sur la figure 2, la référence (41) désigne une pièce fixée sur le collet (22) du corps (11) par plusieurs boulons (42); cette pièce enferme le presse-étoupe (15) et le manchon (23). Un couvrejoint (43), qui enferme le pîresse-toupe (15) et le manchon (24) dans la partie inférieure de la vanne, est boulonné au corps (11) par plusieurs boulons (44); il empêche aussi le tourillon (13b) de sortir de son logement. La figure 7 montre une variante du disque obturateur selon laquelle ce disque obturateur (61) est dote d'une portion de forme cylindrique (62) qui le parcourt dans tout son diam@tre; cette par- tie cylindrique est traversée par une tige qui forme l'axe complet, A l'intérieur de la partie cylindrique (62) se trouve uen pièce cylindrique fixe (63), en métal; la surface périphérique interne de cette pièce (63) est munie de cannelures (64),sur une certaine longueur. La tige (13), elle-même munie de cannelures préformées pour s'engager dans les cannelures (64), est introduite dans la pièce cylindrique (63) du disque obturateru (61) (la tige n'est pas entrée figure 7).La tige (13) et le disque obturateur (61) sont donc ainsi solidement fixés l'un à l'autre. Le disque obturateur est en résine synthétique telle ne la resine au fluor ou un matérriau analogue. On utillse de tels disques obturateurs de préférence à des disques obturaterus en @étal, lorsque le fluide est un produit chimique; la pi@ce cylindrique (63) en métal sert alors à r@nforcer le disque obtursteur. Aux deux extrémités de la partie cylindrique (62) du disque obturateur (61) et à l'interscction du bord périphérique (58), on trouve deux parties @lanes (59) et (59), toutes deux erpendiculaires à la tige (13). De plus, les parties du bord périphérique (58), adjacentes à chacune des extrémités de la partie cylindrique (52), forment les portions planes (70) qui débordent des deux parties planes (69) et (59). Ces portions planes (70) permettent le chanfreinage de forne convergente du bord périphérique sans causer quelque dommage que ce soit aux deux parties planes (69) et (69). Ces parties planes (69) et (69) sont conçues pour s'appliquer contre les parties planes (non montrées) du siège (12) et faire ainsi joint entre le disque obturateur et le siège, et ce, même lorsque le disque obturateur pivote. C'est pourquoi il peut y avoir une fuite si les parcs planes (69) et (69) sont entailles ou abimécs lorsqu'on les chanfreine. Suivant la présente invention, l'étanché- ité entre le siège de la vanne (19) et le disque obturateur (61) n'est assurée ct n'est effective que par la présence des parties planes (69) et (69) et des portions planes débordantes (70). La vanne à papillon (10), qui vient d'être décrite, sc ploce entre les deux extrémités tubulaires à joints à brides (16) et (10) que l'on serre par plusieurs boulons (45). Les deux extrémités tubulaires à joints à brides (15)(16) bloquent suffisament la vanne à papillon (10). Cependant elle peut encore tourner. C'est pourquoi on a prévu, selon la présente invention, deux parties d'encra ge (47), munies de trous pour lisser passer les boulons, et pla ccs respectivement dans les partie supérieure et inférieure du corps (11); de plus de nombreux évidements (48) ont été prévus à intervales réguliers sur le pourtour du corps (11) de la vanne. Les boulons viennent se loger dans ces évidements. Le nombre (49) indique, dans la figure 2, les trous qui permettent de suspendre le corps de la vanne; ils sont places de ptrt et d'autre du collet. La vanne à papillon (1C) des figures 2 et 8 est fixée au deux ex- trémités tubualaires à joints à brides (16) et (16) par seize boulons. Le nombre de boulons peut bion entendu être différent, de même que la vanne à papillon peut être montée directement sur d'au tres appareils. REVDNDICATIONS 1. Vanne à papillon caractérisée en ce qu'elle so compose; d' un corps comprenant une partie supérieure et une partie inférieure et doté d'un bossage annulaire situé au centre do la surface péri- phérique interne formée par ces deux parties; d'un siège annulaire solidaire de la surface priphérique interne du corps; d'une tige qui pivote dans le corps, traverse le siège et dont une des extré- mités dépasse du corps; d'un disque obturateur en forme de disque dans lequel on place la tige; de presse-étoupes d'étanchéité places a l'intérieur des orifices pratiqués dans le siège et traversés par la tige avec laquelle ils assurent l'étanchéité; ce siège étant composé d1une première cruche dont la surface périphérique externe comprend une gorge annulaire qui s'emboîte dans le bossage annulaire du corps, d'une seconde couche qui recouvre la surface périphérique Interne et chacune des surfaces latérales de la pre miere couche, et enfin d?une troisième couche recouvrant la surface ce périphériçue interne et chacune des surfaces latérales de la seconde couche, ces trous couches adhérant et faisant bloc entre elles. 2. Vanne à papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première couche du siège est en résine synthétique dure, la seconde couche en matériau élastique , la troisième couche en résine au fluor, alors que la deuxième couche de matériau élastique est comprise entre la premiere et la troisième couches. 3. Vanne à papillon suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la première couche qui entoure le bossage annulaire du corps a une épaisseur pratiquement uniforme, tandis que la partie centrale de la seconde couche, contiguë la surface périphérique interne de la promière couche, est au coins deux foLs plus paisse que les parties périphériques latérales en contact avec les deux surfaces latérales de la première couche, la troisième couche étant une fine pellicule qui adhère à la surface périphérique interne et aux deux surfaces latérales ce la seconde couche. 4. Vanne . papillon selon la revendication 2, caractérisée on ce que la troisième couche du siège recouvre et forme les orifices traversés par la tige, cette troisième couche étant munie, dans les orifices qu'elle définit, de lèvres dont le diamètre intérieur est légèrement inférieur à celui de la tige qui les traverse. 5. Vanne à papillon selon la revendication 1, caract@risée on ce que la partie centrale de la surface périphérique interne du siège est s@illante et forme un bossage médian annulaire, si bien que le diamètre intérieur du siège mesuré dans cette partie contrale est inférieur au diamètre du disque obturateur. 6. Vanne à papillon suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chaque pressc-étoupe d'étanchéité comprend un promier joint en caoutchouc élastique et un second joint placé plus près du disque obturateur que le premier en caoutchouc. 7. Vanne à papillon selon la revendication 6, caractérisée en ce que le second joint do chaque presse-étoupe est un Joint torique en résine au fluor. 8. Vanne à papillon suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le second joint de chaque presse-ét upe comprend au moins un joint à section en V. 9. Vanne à papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que le disque obturateur est en résine synthétique et comprend sur tout un diamètre une partie cylindrique en métal travers@e par la tige. 10. Vanne a papillon suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la partie cyl@ndrique en métal du disque obturateur a une surface périphérique interne munie de cannelures sur Une certaine longueur.