Brevet FR2387394A1 — publié le 19781110

La présente invention concerne une vanne papillon que l'on peut utiliser dans de très nombreuses conditions de température de fluide d'abrasion et avec de nombreux produits chimiques. D'une façon générale, les vannes papillons sont avantageuses en raison de leur simplicité de construction et de leur faible prix de revient. Des vannes papillons classiques, comme par exemple celles qui sont décrites dans les brevets des stats-Unis d'Amérique n0 2 986 373 et 3 583 668, sont d'usage très commode dans de nombreuses conditions; toutefois, étant donné quelles nécessitent la présence d'élastomères sur le pourtour de leur obturateur ou sur le siège de celui-ci pour- assurer l'étanchéité, leur emploi est limité. Ces vannes connues ne peuvent pas normalement supporter une température supérieure a 1500C ou entre soumises å des produits chimiques corrosifs ou a une abrasion.D'autres vannes, telle celle décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 931 955 peuvent assurer un contact circulaire,mais il est nécessaire que l'usure impose de changer le siège de l'obturateur, ce qui est une opération difficile. L'invention a donc pour objet une vanne papillon utilisable sous des températures dépassant 540du et avec des solvants et réactifs chimiques et des fluides abrasifs. Cette vanne selon l'invention réalise une étanchéité métal sur métal de l'obturateur et du siège, aucun élastomère n'étant nécessaire pour assurer l'étanchéité au fluide. Un siège métallique de forme annulaire est monté dans un corps de vanne et coopère avec un obturateur métallique en forme de disque, construit et monté pour tourner dans le corps de la vanne de manière que la ligne de contact entre le siège et le clapet soit circulaire. Cette ligne de contact circulaire rend possible l'utilisation d'un joint étanche métal sur métal, étant donné que le siège ne doit se déformer que très légèrement pour avoir un contact efficace avec llobtura- teur, en tous points de la ligne de contact.Cela s'oppose nettement aux obturateurs ne comportant pas de lignes de contact circulaires, avec -lesquelles il faut une pression élevée aux pointus où le joint étanche doit se déformer le plus, afin d'assurer une pression de contact bien plus faible aux autres points de la ligne de contact. Conformément à l'invention, l'obturateur est constitué par un disque déformé en c8ne ce disque ayant une épaisseur qui est de l'ordre du dixième ou vingtième de son diamètre. Un disque déformé en ctne présente une partie de çône présentant des surfaces parallèles ayant des diamètres différents, un axe passant par ces surfaces circulaires de différents diamètres leur étant perpendiculaire; l'axe est décalé de manière à être incliné sur une ligne perpendiculaire à la surface supérieure et à la surface inféri-eure (cet axe n'étant plus perpendiculaire à ces surfaces).On a déja imaginé d'assurer une ligne de contact circulaire avec des obturateurs cylindriques constitués par un disque déformé angulairement, mais cela a posé des difficultés, étant donné que obturateur est fAcheusement rigide a l'endroit où il traverse le siège, sous un angle d'environ 80, avant de venir s'appliquer contre ce siège En raison de cette frigidité, le siège se déplace vers l'extérieur, tandis que l'obturateur le traverse et, de la sorte, il se produit des fuites importantes à l'endroit où l'obturateur a repoussé le siège L'invention remédie à ces inconvénients tout en assurant une ligne de contact circulaire, grace à l'utilisation d'un disque déformé en c8ne au -lieu-d'un disque cylindrique déformé angulairement. On appelle disque cylindrique déformé angulairement, un disque que l'on peut considérer comme étant initialement une partie d'un cylindre ayant des surfaces circulaires parallèles et un axe passant par les centres de cellesci et qui leur est perpendiculaire; onécale- ensuite cet axe d'un certain angle, de manière qu'il fasse un angle non nul avec une ligne perpendiculaire aux deux surfaces.Le disque conique déformé angulairement a une surface supérieure de diamètre Dl un peu inférieur (d'environ 1/50 à 1/100) au diamètre D de la surface inférieure, l'axe passant par ces surfaces faisant un angle a compris entré environ 200 et 400 avec une ligne qui leur est perpendiculaire. L'obturateur peut tourner autour d'un axe de rotation perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide dans la vanne et les bords aux extrémités d'un diamètre de la surface supérieure perpendiculaire à l'axe de rotation font un angle sensiblement égal à a. D'autres objets et avantages ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif des formes préférées de réalisation. Sur ces dessins - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une vanne selon l'invention, l'obturateur étant représenté en élévation; - la figure 2 est une vue en élévation de face du siège d'obturateur de la vanne de la figure 1, selon deux variantes; et - la figure 3 est une vue en élévation de face de ltobtura- teur de la figure I, depuis le côté A de cette figure. La vanne, telle que representée sur la figure 1, est désignée dans son ensemble par la référence 10; cette vanne comprend un corps 12 passage cylindrique 13 du fluide. Le corps 12 comporte une ouverture 14 destinée a recevoir le siège d'obturateur et-communiquant avec l'alésage 13. Le siège métallique 15 de forme annulaire est monté dans cette ouverture 14 de façon étanche au fluide contre les surfais latérales 16 de l'ouverture 14, ce siège de vanne étant resserré entre les surfaces 16 tout en pouvant s'adapter radialement au contract de l'obturateur pivotant 18. Le siège 15 peut avoir toute une variété de formes, psr exemple telles que représenté sur la figure 2, étant associé a une surface intérieure 17 de forme correspondante. L'obturateur 18 peut se-déplacer d'une première position (représentée en traits mixtes sur la figure 1), dans laquelle ses surfaces principales sont parallèles a la direction F d'écoulement du fluide dans le passage 13 qui peut alors s'écouler librement à traversla vanne, à une seconde position (représentée en trait plein sur la figure 1), dans laquelle l'obturateur est appliqué en contact d'étanchéité au fluide contre le siège métallique 15. Cet obturateur 18 est également en métal, de sorte que la vanne peut subir des températures élevées et résister aux solvants, produits chimiques et substances abrasives. Cet obturateur au papillon 18 consiste en un disque métallique ayant une épaisseur T comprise entre environ 1/10 et 1/20 du diamètre D de la surface B, sa surface A ayant un diamètre D' un peu inférieur a D.On désigne dans la suite cette surface A comme "surface supérieure" étant donné qu'elle est située à la partie supérieure lorsque l'obturateur 18 est exposition horizontale (étant supposé que le corps 12 sur la figure 1 soit disposé verticalement). Cette désignation n'a pas d'autre intention que de permettre de distinguer facilement la surface A de la surface B; on désigne donc de méme manière la surface B comme "surface inférieure". L'obturateur 18-est monté de façon à pivoter autour de l'axe géométrique G, perpendiculaire à la direction F d'écoulement du fluide dans le passage 13. Un axe 20, pivotant dans le corps 12, est maintenu dans un support 22 fixé à la surface B d'obturateur 18, ce support 22 assurant le montage de l'arbre 20 à l'arrière de l'obturateur 18 de manière à ne pas geler le contact entre celui-ci et son siège métallique 15. Ce support 22 peut entre fixé au clapet 18 au moyen de goujons 29 ou éléments analogues. I1 apparatt qu'avec cet obturateur 18, tel que représenté, coopérant avec un siège 15, ces deux éléments assurent une ligne-de contact presque parfaitement circulaire. Par conséquent, le siège 15 ne doit être déformé que très légèrement pour assurer un excellent contact dlétanchéité entre les deux éléments, en tous points de la ligne de contact. Au contraire, si l'obturateur 18 ne présentait pas une ligne de contact circulaire avec la surface 17 du siège 15, il faudrait exercer une pression très forte à l'endroit où le siège doit ttre deformé au maximum, afin d'établir une pression de contact bien inférieure entre le siège 15 et l'obturateur 18 aux autres points de la ligne de contact.De plus, confor mément à une autre caractéristique de l'invention, il il est avantageux que l'axe G de l'arbre 20 se trouve un peu au-dessous (à la distance H) de l'axe C de l'obturateur 18, de manière que son déplacement soit légèrement excentré lorsqu'il arrive au contact du siège 15, en repoussant par suite l'obturateur dans le cercle du siège, Cet obturateur ou papillon 18 est un disque déformé en cane. Toutes les coupes de cet obturateur 18 parallèles aux surfaces A et B sont des cercles exacts de diamètre compris entre D et D', ces diamètres allant en diminuant régulièrement deXla la surface B vers la surface A. Cette surfaceA est également décalée par rapport a la surface B, de sorte que l'axe C passant par les surfaces A et B est incliné d'un angle a, compris entre environ 20 et 40 , avec une ligne E perpendiculaire a -la surface A.Etant donné que la surface A a un diamètre D' au lieu du diamètre D, l'angle sur le bord 24 est légèrement supérieur àa, l'angle sur le bord 25 légèrement inférieur à a et les bords 26 et 27 où l'inclinaison est sensiblement nulle se trouvent un peu plus bas par rapport à un diamètre de la surface B, parallèlement 9 l'arbre 20, que si l'obturateur était un disque cylindrique déformé angulairement. Le siège de soupape 15 présente un diamètre intérieur sensiblement égal à la moyenne des diamètres D' et D. On peut dire, à titre d'exemple de construction de l'obturateur 18 que, si la surface B a un diamètre D de 25,4 cm, la surface A peut avoir un diamètre D' de 25,19 cm, la surface A étant plus petite~que la surface B d'environ 1/100 du diamètre de celle-ci. L'angle a peut avantageusement entre égal a 300, ce qui signifie que l'angle ss du bord 24 est d'environ 32,f0 et que l'angle e du bord 25 est d'environ 27,80 pour un obturateur d'une épaisseur de 2,54 cm. A l'utilisation de cet-obturateur 18, le frottement de ses coins, lorsqu'il traverse le siège 15, est supprimé, contrairement d ce qui se passe avec un obturateur cylindrique déformé angulairement, et ces deux éléments 18 et 15 ne sont appliqués l'un contre l'autre que lorsque leurs formes se correspondent bien. On remarquera que l'on peut éventuellement arrondir tous les coins 30 On a encore un contact exactement circulaire entre les deux éléments, qui permet l'utilisation de pièces métalliques pour leur réalisation, de sorte que le problème classique de fermeture étanche est résolu de façon simple avec des pièces métalliques. On voit ainsi que l'invention fournit une vanne papillon comportant des pièces métalliques tout enassurant une étanchéité parfaite aux fluides, sans aucune déformation anormale du siège d'obturateur, ni fuites excessives. REVEND 10 AT IONS I - Vanne papillon comprenant un corps à passage cylindrique, destiné un fluide en ecoulement dans un sens donné, un siège métallique annulaire d'obturateur, des moyens permettant de monter ce siège annulaire dans le passage, de manière que ce siège ait une surface de forme correspondante maintenue dans ce passage et qu'il puisse se déplacer radialement par rapport à celui-ci, aussi bien en s'éloignant qu'en se rapprochant d'un axe du passage-, ces moyens de montage comprenant une ouverture pour le siège ménagée dans ce corps, communiquant avec le passage et présentant les surfaces limites, ce siège ayant des surfaces au contact de ces surfaces limites d'ouverture du siège et empochant le fluide de s'écouler dans le passage, sauf par l'intérieur de ladite surface correspondante, des moyens coopérant avec ce siège métallique de manière à constituer une ligne de contact circulaire avec cette surface correspondante du siège, ces moyens comprenant- un arbre supportant l'obturateur de manière qusil pivote autour d'un axe perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide dans le passage en se déplaçant d'une première position, pour laquelle le fluide peut traverser la vanne par le passage cylindrique, vers une seconde position pour laquelle l'obturateur est en contact suivant une ligne circulaire avec son siège, de sorte qu'aucun fluide ne peut traverser la vanne, ledit arbre étant fixé à l'une des surfaces de l'obturateur, à faible distance de celui-ci, cette vanne dtant caractérisée en ce qu'elle comprend un disque déformé en canne, ce disque conique présentant une surface supérieure A circulaire de diamètre D'et une surface inférieure B circulaire de diamètre D légèrement supérieur à Bl, chacune des sections transversales de ce disque, parallèles la surface supérieure et a la surface infdrieure, ayant la forme d'un cercle dont le diamètre est compris entre D et D', D' ayant une valeur d'environ 99/100 de D, et un axe passant par la surface circulaire supérieure et par la surface circulaire inférieure et faisant un angle a, compris entre 20-et 40C, avec une ligne perpendiculaire à la surface supérieure et à la surface inférieure du disque, ledit siege de forme annulaire ayant un diamètre intérieur sensiblement égal a la moyenne de D et D'. 2 - Vanne papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège annulaire a une section transversale en demi-cercle 3 - Vanne papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de vanne a une section transversale en forme de V. 4 - Vanne papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que le disque a une épaisseur comprise entre environ 1/10 et 1/20 de son diamètre. 5 - Vanne papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit arbre est monté sur l'obturateur de manière que l'axe de pivotement de celui-ci soit incliné sur une ligne perpendiculaire passant par le centre de la surface du clapet sur laquelle l'arbre est fixé.