Brevet FR2412017A1 — publié le 19790713

L'invention concerne généralement des vannes, du type comprenant un corps qui est pourvu d'un passage axial et d'un élément d'obturation monté rotatif dans le passage entre une position de fermeture et une position de pleine ouverture du passage, et qui est manoeuvré au moyen d'un arbre d'entran'ement qui s'étend perpendiculairement à l'axe du passage à l'extérieur du corps, l'étanchéité étant assurée par un système presse-étoupe qui est monté autour de l'arbre à la sortie du corps de la vanne. Ces vannes, qui sont par exemple du type quart de tour, c'est-à-dire que l'élément d'obturation passe de la position de pleine ouverture du passage dans la position de fermeture par une rotation de 900, sont employées très couramment comme vannes de sécurité dans les industries chimiques, dans les raffineries, etc. Elles doivent répqndre à deux impératif: - pouvoir être manoeuvrées très facilement et très rapidement en cas de besoin, - assurer une étanchéité pratiquement parfaite, pendant un temps très long. Les conduits sur lesquels elles sont montées servent souvent à véhiculer des produits extrêmement inflammables, ou bien des produits extrêmement coûteux, ou encore des produits corrosifs et particulièrement dangereux. Ces vannes, qui sont manoeuvrées très peu fréquemment, doivent donc assurer une étanchéité pratiquement parfaite, car une fuite du produit véhiculé dans les conduits peut coûter très chère ou présenter un risque d'accident mortel, et elles doivent de plus pouvoir être manoeuvrées très rapidement, par exemple pour fermer ou isoler un circuit déterminé.Elles doivent donc présenter une structure aussi simple que possible pour éviter les risques de mauvais fonctionnement après un temps important de non utilisation, et assurer en même temps une étanchéité sensiblement parfaite en dehors des périodes de manoeuvre, que ces vannes soient dans une position de fermeture ou dans une position d'ouverture des passages correspondants. On a donc déjà essayé d'améliorer ltétanchéité au niveau du système presse-étoupe qui est monté autour de l'arbre de manoeuvre de l'élément d'obturation, à sa sortie du corps de vanne. Ces tentatives, qui ont eu pour résultat d'améliorer l'étanchéité au niveau du presse-étoupe, ntont toutefois pas permis de résoudre les problèmes précités, car les systèmes presse-étoupe sont toujours plus ou moins soumis à l'action du fluide traversant la vanne, et s'usent donc de ce fait assez rapidement. L'invention a précisément pour objet de résoudre le problème de l'étanchéité de ces vannes, malgré le vieillissement des systèmes presse-étoupe et indépendamment de ce vieillissement, en assurant de façon simple, durable et peu coûteuse, une étanchéité en aval des systèmes presse-étoupe. Pour cela, l'invention propose une vanne, comprenant un corps pourvu d'un passage axial et d'un élément d'obturation monté rotatif dans ce passage entre une position de fermeture et une position de pleine ouverture dudit passage, l'élément d'obturation étant solidaire d'un arbre d'entraSne- ment en rotation qui s'étend perpendiculairement à l'axe du passage à l'extérieur du corps, et un système presse-étoupe monté autour de l'arbre à la sortie dudit corps, caractérisé en ce que l'extrémité extérieure de l'arbre est montée solidaire en rotation et libre en translation à l'intérieur d'une première extrémité d'un second arbre coaxialement aligné avec le premier, cette première extrémité du second arbre présentant une portée annulaire plate qui comporte au moins un joint annulaire d'étanchéité et qui est destinée à être appliquée sur une portée annulaire plate fixe solidaire du corps, l'autre extrémité du second arbre étant reliée à une poignée ou à un levier de manoeuvre de la vanne, des moyens étant prévus pour appliquer sélectivement les deux portées annulaires plates précitées l'une sur l'autre avec une pression importante, de façon à réaliser une étanchéité complémentaire de la vanne en aval du système presse-étoupe précité. On réalise ainsi une étanchéité complémentaire qui est pratiquement parfaite, par application de deux surfaces plates l'une sur l'autre et interposition d'un joint d'étanchéité comprimé entre ces deux surfaces, ce type de système d'étanchéité étant connu comme étant le plus sûr et le plus simple. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparat- tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexes donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une vanne selon l'invention; et - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un second mode de réalisation d'une vanne selon l'invention. On va donc décrire tout d'abord la vanne représentée en coupe longitudinale en figure 1 Cette vanne comprend, d'une façon connue, un corps de vanne 10 définissant un passage axial 11 dans laquelle un élément d'obturation 12 est monté rotatif entre une position de pleine ouverture du passage 11 (position représentée aux dessins) et une position de fermeture complète de ce passage, dans laquelle il est amené depuis la position de pleine ouverture par rotation de 900 autour d'un axe 13 perpendiculaire à l'axe du passage 110 Des joints d'étanchéité 14 et 15 assurent le montage étanche de l'élément d'obturation 12 dans l'une ou l'autre de ses positions à l'intérieur du passage 11e L'élément d'obturation 12 qui est dans l'exemple représenté un boisseau de forme sensiblement sphérique dont deux calottes ont été supprimées, est monté solidaire d'une première extrémité d'un premier arbre 16 s'étendant selon l'axe 13 perpendiculairement à l'axe du passage 11, et qui s'étend à l'extérieur du corps de vanne 10, un système presseétoupe comprenant des garnitures 17 et un écrou de serrage 18 étant monté autour de l'arbre 16 à la sortie du corps de vanne 10. Comme on l'a indiqué plus haut, des fuites du produit traversant le passage Il finissent par atteindre les garnitures d'étanchéité 17 qui sont soumises à une usure ou à un vieillissement rapide, de sorte qu'il est fréquemment néces saire de régler le serrage de ces garnitures au moyen de l'écrou 18, et de. remplacer finalement ces garnitures au bout d'un certain temps. Les tentatives qui ont été faites pour améliorer l'étanchéité au niveau de ce système presse- étoupe 17, 18 ont donné des résultats positifs, mais n'ont pas permis cependant d'assurer complétement une étanchéité parfaite et durable à ce niveau. L'invention propose donc une solution différente, qui va être expliquée ci-dessous en détail. Selon l'invention, l'autre extrémité de l'arbre 16, ou extrémité extérieure, est montée solidaire en rotation et libre en translation dans une première extrémité d'un second arbre 19 qui est coaxialement aligné avec le premier arbre 16, le montage étant assuré par exemple au moyen de deux méplats 20 diamètralement opposés formés à l'extrémité extérieure du premier arbre 16, cette extrémité étant introduite dans un trou 21 de la première extrémité du second arbre 19, ce trou 21 comportant également deux parties plates coopérant avec les méplats 20 de l'arbre 16. Une pièce tubulaire 22 est fixée, par exemple par vissage et de façon étanche, sur la partie du corps de vanne 10 qui est traversée par l'arbre 16, et est axialement alignée avec cet arbre 16. L'étanchéité est assurée par un joint annulaire ou torique d'étanchéité 23 logé dans une gorge d'une portée annulaire plate de l'extrémité de la pièce 22 qui est appuyée, par le vissage précité, sur une portée annulaire plate correspondante du corps de vanne 10. A son extrémité supérieure en figure 1, la pièce tubulaire 22 comprend un filetage interne permettant le vissage d'un écrou 24 qui est librement traversé axialement par l'extrémi- té supérieure 25 du second arbre 19 et qui est appuyé à son extrémité inférieure sur un épaulement 26 du second arbre 19. Un ressort de rappel 27 est monté autour de l'arbre 19 entre une butée 28 solidaire de celui-ci et un épaulement interne de la pièce tubulaire 22. Un roulement à aiguilles 29 peut être interposé entre cette extrémité du ressort 27 et ltépau- lement interne de la pièce tubulaire 22. L'action du ressort 27 tend à pousser l'arbre 19 vers le haut, en appui sur l'écrou 24. Cet écrou 24 est solidaire d'une poignée ou d'un levier 30, s'étendant perpendiculairement à l'axe 13 précité, et permettant le vissage et le dévissage de l'écrou 24 à l'intérieur de la pièce tubulaire 22. L'étanchéité complémentaire selon 11 invention est assurée de la façon suivante L'extrémité inférieure du second arbre 19 se termine par une portée annulaire plate, perpendiculaire à l'axe 13, dans une gorge de laquelle est monté un joint annulaire ou torique d'étanchéité 31. Cette portée annulaire plate est destinée à être appliquée sur une portée annulaire plate correspondante formée par un épaulement interne de la pièce tubulaire 22. Immédiatement au-dessus de cette portée annulaire plate, la surface extérieure de l'arbre 19 forme une portée cylindrique dans une gorge de laquelle est logé un joint annulaire ou torique d'étanchéité 32, et qui coopère avec une portée cylindrique interne de la pièce tubulaire 22. On comprend ainsi que le vissage de l'écrou 24 a pour effet de repousser le second arbre 19 vers le bas, à l'encon- tre de l'action du ressort de rappel 27, et d'appliquer étroitement l'une contre l'autre les portées annulaires plates, perpendiculaires à l'axe 13, formées respectivement à l'ex- trémité inférieure de l'arbre 19 et par l'épaulement interne précité de la pièce tubulaire 22o Les joints d'étanchéité 31 et 32 sont ainsi comprimés à l'intérieur de leurs gorges et assurent une étanchéité pratiquement parfaite. L'extrémité supérieure du second arbre 19 est montée solidaire d'un levier ou d'une poignée de manoeuvre 33, perpendiculaire à l'axe 13, et des butées 34, 35 sont prévues pour limiter la rotation du levier 30 et du levier 33 ou de l'arbre 19 respectivement. Cette vanne peut donc être manoeuvrée de la façon suivante Quand l'élément d'obturation 12 est dans la position de pleine ouverture représentéeen figure 1, l'écrou 24 est vissé à fond à l'extrémité supérieure de la pièce tubulaire 22, les portées annulaires plates précitées de l'extrémité inférieure de l'arbre 19 et de la pièce tubulaire 22 sont appli quées l'une sur l'autre avec une certaine force prédéterminée. Imans cette position, il est donc pratiquement impossible d'entrainer l'arbre 19 en rotation au moyen du levier 33. Pour fermer la vanne, on dévisse donc l'écrou 24, au moyen du levier 30, par exemple d'un quart de tour ou d'un demi tour, la rotation étant limitée par les butées 34 précitées. Ce dévissage a pour effet de faire monter légèrement l'écrou 24 à l'intérieur de la pièce tubulaire 22, sur une distance prédéterminée, et l'arbre 19, sous l'action du ressort de rappel 27, suit ce mouvement. Les portées annulaires plates formées respectivement à l'extrémité inférieure du second arbre 19 et par l'épaulement interne de la pièce tubulaire 22, sont alors très légèrement écartées l'une de l'autre, de telle sorte que le joint d'étanchéité 31 n'est plus comprimé. Il devient alors possible d'entrainer l'arbre 19 en rotation sur un quart de tour au moyen du levier 33, cette rotation étant limitée par la butée 35, et cette rotation ne provoque aucune détérioration du joint d'étanchéité 31, qui n'est dans cette position plus comprimé entre l'extrémité inférieure de l'arbre 19 et l'épaulement interne de la pièce tubulaire 22.La rotation de l'arbre 19 est transmise à l'arbre 16 par les méplats 20, ce qui provoque la rotation de l'élément d'obturation 12 sur un quart de tour et la fermeture étanche du passage axial Il de la vanne. Pour assurer à nouveau l'étanchéité complète, il faut revisser l'écrou 24 à l'intérieur de la pièce tubulaire 22, au moyen du levier 30, que l'on ramène dans sa position initiale. Le mode de réalisation qui vient d'être décrit assure donc une étanchéité sensiblement parfaite de la vanne, au moyen d'une structure simple, peu coûteuse, facile à monter et à assembler. Cette étanchéité est conférée principalement par l'appui l'une sur l'autre de la portée annulaire plate formée à l'extrémité du second arbre 19 et comprenant le joint annulaire d'étanchéité 31 et de la portée annulaire plate formée par l'épaulement interne de la pièce tubulaire 22. Cette étanchéité, qui est pratiquement annulée lors de la manoeuvre de la vanne pour permettre la rotation de l'arbre 19 sur un quart de tour, est complétée par l'action du joint annulaire 32 monté entre les portées cylindriques de l'arbre 19 et de la pièce tubulaire 22.Cependant, après la manoeuvre de la vanne, l'étanchéité conférée par le joint 31 doit être à nouveau assurée, par une nouvelle manoeuvre du levier 30 que l'on ramène dans sa position initiale. Il y a donc un risque qu'un ouvrier négligent oublie de resserrer l'écrou 24 après fermeture ou ouverture de la vanne au moyen du levier 33. Ce petit inconvénient est évité dans le second mode de réalisation décrit en figure 2, qui diffère principalement de celui représenté en figure 1 par le fait qu'un seul levier de manoeuvre est nécessaire. Les éléments communs aux modes de réalisation des figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Le mode de réalisation de la figure 2 diffère essentiellement de celui de la figure 1 par les point suivants : la pièce tubulaire 42 (correspondant à la pièce tubulaire 22 de la figure 1) est fermée-à son extrémité supérieure par un écrou 44, vissé fixement à l'intérieur de la pièce tubulaire 42, et traversé librement par l'extrémité supérieure 45 du second arbre 19.Cette extrémité 45 de l'arbre 19 est solidaire, au moyen d'une goupille 46, d'une pièce annulaire 47, ayant sensiblement le même diamètre exterieur que l'écrou 44, et sur laquelle sont fixés les arbres de rotation 48 de deux galets de roulement 49 diamètralement opposés, dont les axes de rotation sont donc perpendiculaires à l'axe 13 des arbres 16 et 19 et ces galets reposent sur un chemin de roulement circulaire plat, dont le plan est également perpendiculaire à l'axe 13, et qui est formé par la face supérieure transversale de la pièce tubulaire 42 Ce chemin de roulement comporte quatre cuvettes 50 en forme d'arc de cercle, ayant une profondeur relativement faible, par exemple de l'ordre d'un millimètre, qui sont réparties à 900 les unes des autres dans le chemin de roulement et qui sont destinées à recevoir les galets de roulement 49 dans les positions d'ouverture et de fermeture de la vanne. Un ressort de rappel 51 est monté à l'intérieur de la pièce tubulaire 42, autour de l'arbre 19 entre un épaulement inférieur de l'arbre 19 et l'écrou 44, un roulement à aiguilles 52 étant interposé entre l'extrémité du ressort et l'écrou 44.Le ressort 51 est un ressort de compression, qui tend à pousser l'arbre 19 vers le bas et qui a donc pour effet d'appliquer l'une contre l'autre les portées annulaires plates formées respectivement à l'extrémité inférieure du second arbre 19 et par un épaulement interne de la pièce tubulaire 42, comme dans le premier mode de réalisation, les galets de roulement 49 étant dans cette position très légèrement écartés de la surface de leur chemin de roulement. Cette vanne peut être manoeuvrée de la façon suivante Dans la position représentée en figure 2, l'élément d'obturation 12 est dans la position de pleine ouverture du passage 11, les galets de roulement 49 diamètralement opposés se trouvent à l'intérieur de deux cuvettes diamètralement opposées 50 du chemin de roulement précité, et dans cette position, le joint annulaire d'étanchéité 31 est comprimé pour assurer l'étanchéité, les portées annulaires plates précitées étant appliquées l'une sur l'autre avec une force importante par le ressort 51. Quand on veut fermer la vanne par l'élément d'obturation 12, il suffit de faire tourner le levier 33 d'un quart de tour.Au début de la rotation, les galets de roulement 49 sortent des cuvettes 50, ce qui a pour effet de soulever légèrement, d'un millimètre environ, le second arbre 19, et donc d'écarter l'une de l'autre, à l'encontre de l'action du ressort de rappel 51, les portées annulaires plates appliquées l'une sur l'autre. Le joint 31 n'est plus comprimé, et la rotation de l'arbre 19 ne risque donc pas de le détériorer. A la fin de la rotation d'un quart de tour, les galets de roulement 49 retombent à nouveau dans deux cuvettes 50 diamètralement opposées, qui sont écartées de 900 des cuvettes 50 précédentes, de sorte que l'arbre 19 descend légèrement, sous l'action du ressort de rappel 51, les portées annulaires plates précitées sont à nouveau appuyées l'une sur l'autre avec une force importante, et le joint 31 est comprimé, en assurant ainsi à nouveau l'étanchéité complémentaire de la vanne.Comme dans le mode de réalisation précédent, le joint annulaire d'étanchéité 32 assure en permanence une étanchéité en aval du joint annulaire d'étanchéité 31, Comme le premier arbre 16, solidaire de l'élément 12 est mobile en trans- at=ioeTtàl'ectrnLtu second arbre 19, il est peu probable qu'une surpression de fluide à l'intérieur du passage Il puisse déplacer suffisamment l'arbre 16 vers le haut pour provoquer une remontée de l'arbre 19, à l'encontre de l'action du ressort de rappel 51, ce qui aurait pour effet d'annuler sensiblement l'étanchéité conférée par le joint 31. Pour plus de sûreté, on choisit cependant de préférence un ressort 51 ayant une force très largement supérieure à la force susceptible d'être exercée sur l'arbre 19 par une surpression à l'intérieur du passage 11.De plus, on pourrait également prévoir un chemin de roulement fixe supérieur, contre lequel viendraient s'appuyer les galets de roulement 49, qui seraient ainsi maintenus entre ce chemin-de roulement supérieur et le chemin de roulement inférieur formé par la face supérieure transversale de la pièce tubulaire 42. On éviterait ainsi tout risque de déplacement vers le haut du second arbre 19. On peut également prévoir, dans chacun des modes de réalisation des figures 1 et 2, des moyens de contrôle de l'étanchéité. Ces moyens pourraient comprendre par exemple une première sonde montée dans le corps de vanne 10 directement sous les garnitures d'étanchéité 17, une deuxième sonde montée dans la pièce tubulaire 22 ou 42 au niveau de l'écrou 18, et une troisième sonde montée dans la pièce tubulaire 22 ou 42 au-dessus des joints d'étanchéité 31 et 32. On remarquera enfin que le montage du mode de réalisation décrit en figure 2 est particulièrement simple : il suffit de monter les pièces l'une sur l'autre à l'intérieur de la pièce tubulaire 42, de visser en place l'écrou 44, d'enfiler sur l'extrémité supérieure 45 de l'arbre 19 la pièce annulaire 47 portant les galets de roulement 49, d'exercer une pression sur cette pièce pour maintenir correctement les galets 49 à l'intérieur des cuvettes 50, de percer ensuite dans l'extrémité 45 de l'arbre 19 le trou de logement de la goupille 46, et d'introduire cette goupille dans le trou ainsi formé. Ce montage évite donc tous les problèmes de réglage et d'ajustement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Vanne, comprenant un corps pourvu d'un passage axial et d'un élément d'obturation monté rotatif dans ce passage entre une position de fermeture et une position de pleine ouverture dudit passage,l'élément d'obturation étant solidaire d'un arbre d'entrafnement en rotation qui s'étend perpendiculairement à l'axe du passage à l'extérieur -du corps, et un système presse-étoupe monté autour de l'arbre à la sortie dudit corps, caractérisé en ce que l'extrémité extérieure de l'arbre est montée solidaire en rotation et libre en translation à l'intérieur d'une première extrémité d'un second arbre coaxialement aligné avec le premier, cette première extrémité du second arbre présentant une portée annulaire plate qui comporte au moins un joint annulaire d'étanchéité et qui est destinée à être appliquée sur unie portée annulaire plate fixe solidaire dudit corps, l'autre extrémité du second arbre étant reliée'à une poignée ou à un levier de manoeuvre de la vanne, des moyens étant prévus pour appliquer sélectivement les deux portées annulaires plates précitées l'une sur l'autre avec une pression importante de façon à réaliser une étanchéité complémentaire de la vanne en aval du système presse-étoupe précité, 2.Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite portée annulaire plate solidaire du corps est constituée par un épaulement interne annulaire d'une pièce tubulaire fixée sur le corps perpendiculairement au passage précité et qui est traversée axialement par les deux arbres précités. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite première extrémité du second arbre comprend également une portée cylindrique extérieure pourvue d'un joint annulaire d'étanchéité et coopérant avec une portée cylindrique correspondante de la surface interne de ladite pièce tubulaire. 4. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens précités comprennent un écrou vissé fixement à l'extrémité extérieure de ladite pièce tubulaire, traversé librement par l'autre extrémité du deuxième arbre, un ressort de compression monté à l'intérieur de la pièce tubulaire autour du deuxième arbre et appuyé par une extrémité sur l'écrou et par l'autre extrémité sur un épaulement de la première extrémité du second arbre. 5. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite autre extrémité du second arbre est solidaire de deux galets de roulement diamétralement opposés, dont l'axe est perpendiculaire à l'axe du second arbre, et qui reposent sur un chemin de roulement formé à l'extrémité extérieure de ladite pièce tubulaire, ce chemin de roulement étant à surface plate et comportant des cuvettes peu profondes dans lesquelles peuvent descendre les galets de roulement lors de la rotation du second arbre, de telle sorte que, quand les galets se trouvent dans une cuvette, les portées annulaires plates précitées sont appuyées l'une sur l'autre avec une pression importante sous l'action du ressort précité, et quand les galets sortent desdites cuvettes, lesdites portées annulaires plates sont légèrement écartées l'une de l'autre. 6. Vanne selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'un roulement à aiguilles est placé entre l'extrémité du ressort et l'écrou, et/ou entre l'autre extrémité du ressort et l'épaulement du deuxième arbre. 7. Vanne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent un écrou vissable à l'intérieur de l'extrémité extérieure de la pièce tubulaire, cet écrou étant traversé librement par ltextrémité du second arbre et venant en fin de vissage porter suer un épaulement du second arbre pour appuyer lesdites portées annulaires plates l'une sur l'autre et permettant, par dévissage, d'écarter légèrement ces deux portées l'une de l'autre pour permettre la rostation du seconq6rbre. 8. Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que cet écrou est associé à une poignée ou un levier de manoeuvre. 9. Vanne selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce qu'un ressort de rappel est disposé autour du second arbre, entre une butée ou un épaulement de celui-ci et une butée ou un épaulement de ladite pièce tubulaire, et tend à écarter les deux portées précitées l'une de l'autre. 10. Vanne selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle est du type qiartde tour, les positions d'ouverture et de fermeture du passage par l'élément d'obturation étant angulairement séparées~ de 900, et des butées sont prévues pour limiter les rotations correspondantes des leviers ou poignées de manoeuvre précités et/ou du second arbre.