Brevet FR2401370A1 — publié le 19790323

L'invention concerne de* vannes équipées de joints actionnés par un fluide. Les joints actionnés par un fluide permettent 1'applications de forces d'étanchéité plus importantes entre un élément 5 de vanne et le siège de celle-ci, la vanne pouvant ainsi supporter de plus fortes pressions. Les moyens de joints actionnés par un fluide et commandés par le déplacement de l'élément de vanne sont connus depuis longtemps, comme l'indiquent les brevets des Etats-Unis n" 2.726.842 10 et n* 2.321.176. Cependant il n'est pas recommandé que l'élément de vanne se déplace peur rapport aux joints sous pression lorsqu'ils sont actionnés, soit pendant leur ouverture soit pendant leur fermeture, car cela exige un couple plus important pour actionner la vanne et cela peut aussi causer des dégâts aux joints 1? sous pression si la vanne est actionnée pendant qu'ils sont pressurisés. La présente invention a pour objet une vanne équipée de joints actionnés de façon autonome par un fluide dans lequel les joints ne sont mis sous pression qu'après que l'élément de vanne 20 est venu reposer sur le siège de la vanne et sont dépressurisés avant que l'élément de vanne soit libéré du siège de vanne. Dans ces conditions, l'invention permet de disposer d'une vanne comprenant un élément de vanne mobile dans un corps de vanne se déplaçant vers au moins un siège de vanne ou s'en éloignant, un 25 moyen pour arrêter le déplacement de l'élément lorsqu'il entre en prise avec au moins un siège, un moyen d'étanchéité servant à constituer un joint entre l'élément et au moins un siège et un mécanisme pour actionner le joint, mécanisme qui est conçu pour actionner le moyen d'étanchéité à la suite de l'arrêt du dépla-30 cernent dudit élément, et pour mettre hors d'action le moyen d'étanchéité avant que l'élément se retire du siège de vanne. Le mécanisme servant à actionner le moyen de joint comprend normalement un système hydraulique permettant de diriger sélectivement le fluide soit vers le siège de vanne, soit vers 35 l'élément de vanne. Un tel système peut comporter un piston et un cylindre en communication hydraulique avec les moyens d'étanchéité pour en permettre l'actionnement, le piston ou le cylindre étant reliés à un moyen servant au déplacement de l'élément de vanne vers le siège de vanne ou s'éloignant de ce dernier, les 2 2401370 moyens d'étanchéité étant mis sous pression et libérés par le déplacement de l'élément de vanne. Lorsque l'élément de vanne est arrêté en butée contre le siège de vanne, une articulation à mouvement libre permet au moyen mobile de mettre sous pression et de 5 libérer le moyen d'étanchéité sans qu'il y ait déplacement de la vanne proprement dite. Un moyen à ressort peut être monté entre le moyen mobile et l'élément de vanne pour assurer que les moyens de joint sont bien mis sous pression et dépressurisés lors de la fermeture et de l'ouverture de la vanne, respectivement, sans dépla-10 cernent de l'élément de vanne. Le système hydraulique d'un mécanisme de commande d'un mode de réalisation du genre décrit ci-dessus, peut être entièrement contenu dans l'élément de vanne, ce qui permet particulièrement de réparer et/ou de changer la totalité du système d'étanchét-15 té, simplement en retirant l'élément de vanne de la vanne. Un mécanisme de commande d'un système hydraulique peut être, soit un système fermé pour assurer la propreté du fluide, seit une installation ouverte utilisant le fluide qui traverse la vanne. 20 Une forme préférée de moyens d'étanchéité pour l'utilisa tion avec un mécanisme de commande de système hydraulique comporte un joint circulaire et un évidement où il s'encastre, cet avidement étant en communication par le fluide avec l'installation hydraulique, le joint étant collé dans 1'évidement. Un écran 25 souple peut être mis en place entre le joint et l'installation hydraulique et, en outre, un élément de support rigide placé dans 1'évidement portant une série de trous, peut être placé dans l'é-videment entre l'écran souple et 1'installation hydraulique. Divers - modes de réalisation de l'invention seront main-30 tenant décrits à titre d'exemples, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La figure X est une vue de côté en coupe partielle d'une vanne conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe partielle agrandie, du 35 dispositif d'étanchéité et de la commande hydraulique de la vanne représentée à la figure 1. La figure 3 est une vue de côté partielle, partiellement en coupe, d'un second mode de réalisation de l'invention qui utilise un mécanisme ouvert de commande hydraulique. 3 2401370 La figure 4 est ue vue de côté partielle, partiellement en cowpe d'un troisième mode de réalisation de 1*invention dans lequel les joints et le système hydraulique sont placés dans le siège de vanne an lien d'être placés dans l'élément de vanne* 5 La figure 5 est une vue de côté partielle, partiellement en coupe d'un type de moyen d'étanchéité utilisable dans les vannes conformes à la présente invention, et La figure 6 est une vue de côté partielle en coupe, d'un autre type de moyen d'étanchéité utilisable dans les vannes con-10 formes à la présente invention. Quoique l'on puisse utiliser la présenté invention dans uno vanne à guillotine, dans une vanne conique, dans une vanne à boulet ou du type robinet, c'est une vanne à passage intégral pour canalisation qui sera décrite par commodité pour illustrer 15 la présente invention. Si l'on se réfère maintenant aux dessins, particulièrement à la figure 1, une vanne indiquée de manière générale par le nombre 10 comporte un corps de vanne 12, ayant une entrée l4 et uno sortie l6, des sièges de vanne 18 et 20, un élément de 20 ranne 22 et une cavité II. L'élément de vanne 22 est une porte pouvant reposer sur un ou deux sièges 18 et 20 pour interrompre l'écoulement du fluide entre l'arrivée 14 et la sortie 16. La porto 22 peut aussi comporter une ouverture circulaire 24 pour se déplacer vers la position ouverte entre l'arrivée 14 et la 25 sortie lé de façon à disposer d'une vanne à passage intégral. Une butée 26 est prévue pour arrêter le fond de la perte 22 lorsqu'elle atteint la position de verrouillage représentée à la figure I, de façon à arrêter le déplacement de 1'élément de vanne 22 lorsque celui—ci est correctement positionné contre les sièges de 30 vanne 18 et 20. Des moyens de commande de vanne sont prévus pour faire déplacer l'élément de vanne 22 vers les sièges de vanne 18 et 20 et s'en éloigner, par exemple une tige de vanne 28 et un dispositif de commande classique à roue 90. 35 Des moyens d'étanchéité circulaires hydrauliques sont prévus sur un ou deux sièges de vanne 18 et 20 ou sur l'élément de vanne 22, représentés ici comme se trouvant sur l'élément de vanne 22. Donc, des joints 30 et 31 sont dispesés sur les côtés opposés de la vanne 22 pour assurer 1 ' étanchéit.é contre les siè- 4 2401370 gei de vanne 18 et 20 respectivement, lorsque l'élément 4e vaine est déplacé vers la position fermée» Si on le désire, un seul des joints 30 et 31 peut être utilisé. Comme en peut mieux le voir à la figure 2, des moyens 5 de commande hydraulique qui comportent généralement un piston 32, un cylindre 34 et des ouvertures de passage pour le fluide 36 en communication avec la face arrière des joints 30 et 31, sont prévus pour assurer la mise sous pression et la dépressurisation de ceux-ci. L'un des piston et cylindre, représenté ici par le 10 cylindre 34, est relié à l'élément de vanne 22 et l'autre, par exemple le piston 32 est relié à la tige de vanne 28, de sorte que le déplacement relatif entre la tige de vanne 28 et l'élément de vanne 22 provoque et supprime l'établissement do la pression du fluide sur la face arrière des joints 30 et 31» Le fluide 15 se trouvant dans le cylindre 34 et les ouvertures 36 peut être constitué par tout gaz eu liquide convenable de préférence un fluide hydraulique. Bans le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, le bouchon de remplissage 38 et le bouchon de purge 40 sont reliés au cylindre 34 pour permettre le remplissage de 20 ce dernier et des ouvertures 36 avec du fluide, et pour assurer la purge de l'air qui s'y trouve, formant ainsi une installation hydraulique fermée présentant de l'intérêt dans les environnements où le fluide commandé par la vanne 10 est particulièrement sale. 25 Comme indiqué précédemment, il est recommandé de mettre sous pression les joints 30 et 31 lorsque l'élément de vanne 22 est amené en position fermée contre les joints 18 et 20 afin de pouvoir atteindre des pressions hydrauliques plus élevées par la vanne 10. Cependant, il n'est pas avantageux que la porte 22 soit 30 déplacée pour être amenée soit en position fermée, soit en position ouverte, lorsque les joints 30 et 31 sont sous pression, car cela exige un couple plus important pour fermer et ouvrir la vanne 10, tout en soumettant inutilement les joints 30 et 31 i l'abrasion et à l'usure contre la porte mobile 22. 35 Afin de permettre le déplacement entre la tige 28 et l'élément de vanne 22 pour actionner et relâcher les joints 30 et 31t on a prévu une articulation à mouvement libre généralement indiquée par le nombre 42, cette articulation pouvant comporter une fente 44 dans l'élément de vanne 22, et une broche 46 5 2401370 aobile dans la fente 44 et reliée à la tige de comande de vanne 28. De plus, un ressort 50 est monté entre l'élément de vanne 22 et la queue de comande 28, de préférence dans le cylindre 34. Donc, la broche 46 sera placée de façon adjacente au sonnet 52 5 de la fente 44 lorsque l'élément de vanne 22 se trouve en position ouverte et par conséquent on aura alors le minimum de pression dans la chambre 34 et les ouvertures 36. Etant donné que l'élément de vanne 22 se déplace jusqu'à sa position de butée contre les sièges de vanne 18 et 20, l'élément 22 entrera en con-10 tact avec la butée 26 et l'élément 22 et les joints 30 et 31 seront alors placés contre les sièges de vanne 18 et 20. Si la tige 28 continue à descendre vers le bas, cela surmontera la force du ressort 50 et permettra le déplacement relatif entre la tige 28 et l'élément de vanne 22 sous l'action de l'articulation 15 à mouvement libre 42. Le déplacement de la tige 28 vers le bas entraine le piston 32 dans le cylindre 34 pour forcer le fluide à appuyer contre la face arrière des joints 30 et 31 afin d'accroître la force d'étanchéité des joints 30 et 31 entre l'élément de vanne 22 et les sièges 18 et 20. D'autre part, lorsque la van-20 ne doit être ouverte, la tige 28 est poussée vers le haut mais, avant que la broche 46 reliée à la tige 28 soit en contact avec le dessus 52 pour entraîner vers le haut l'élément de vanne, le piston 32 se sera déplacé vers le haut dans le cylindre 34, relâchant ainsi la pression sur le cylindre 34 et les passages 36 25 et relâchant donc la pression sur les joints 30 et 31. Le mode de réalisation des figures 1 et 2 avec les joints 30 et 31 ainsi que les moyens actionnés par fluide et contenus dans l'élément de vanne 22, présente l'avantage de permettre d'enlever de la vanne 10 l'élément 22 pour le réparer et/ou pour le 30 remplacer sans qu'il soit nécessaire d'enlever la vanne 10 de la canalisation. XI est évident que l'on peut apporter diverses modifications aux versions préférées des figures X et 2, par exemple comme aux figures 3 4, des suffixes respectifs na" et "b" ayant 35 été ajoutés pour désigner des éléments identiques. A la figure 3» les bouchons de remplissage et de purge respectifs 38 et 40 représentés à la figure 2, ont été omis et le moyen actionné hy-drauliquement utilise une installation hydraulique ouverte qui piège le fluide dans la cavité II à travers la vanne 10^ et utili— 6 2401370 se le fluide retenu pour Mettre et enlever la pression des joints 30a et 31a« Dans le mode de réalisation de la figure 3» une ou plusieurs ouvertures 54 sont disposées entre le cylindre 34a et la cavité II de 11 élément de vanne 12. Donc, le fluide se trouvant 5 dans la cavité II du corps de vanne 12 peut s'écouler dans les ouvertures 54 et dans le cylindre 34a et les ouvertures 36a. Lorsque la vanne se trouve en position ouverte avec la broche 46a adjacente à la tête 52a de l'élément de vanne 22a, la rondelle d'étanchéité 33a du piston sera placée au-dessus des ouvertures 10 54, laissant ainsi passer le fluide provenant de la cavité II du corps de vanne 12 à travers les ouvertures 54 et dans le cylindre 34a et les ouvertures 36a. Une fois que l'élément de vanne 22a sera déplacé en position fermée contre la butée correspondant à la butée 26 de la figure I, mais non représentée à la figure 3, 15 la tige 28a continuera à descendre par rapport à l'élément de vanne 22a, de sorte que la rondelle d'étanchéité 33a dépassera les ouvertures 54, retenant ainsi le fluide dans le cylindre 34a et les passages 36a pour mettre sous pression et dépressuriser les joints 30a et 31a. Il faut remarquer que les ouvertures 54 20 orientées latéralement permettent à la rondelle-joint d'étanchéité 33a du piston 32a de retenir et de mettre ou enlever la pressiot du cylindre 34a, sans risque d'expulsion du piston 32a lors de la mise sous pression eu de la dépressurisatien. Si l'on se réfère maintenant à la figure 4, le moyen d'é-25 tanchéité actionné hydrauliquement et le moyen de commande du fluide sont placés dans le siège de vanne au lieu d'être placés dans l'élément de vanne. Donc, un eu plusieurs sièges de vanne 18b et 20b sont placés sur les côtés opposés de l'élément de vanne 22b. Chacun des sièges 18b et 20b comporte un cylindre 34b et 30 des pistons 32b correspondant aux cylindres. Un eu plusieurs joints actionnés par fluide 30b et 311» sont montés dans les sièges de vanne 18b et 20b respectivement. Les cylindres 34b se trouvent en communication hydraulique avec les joints pour fluide à travers les ouvertures 36b. L'articulation à mouvement libre 35 est une tige mobile 60 qui est reliée à l'élément de vanne 22b par une articulation à cannelure et mortaise 62. Les pistons 32b sont reliés à la tige mobile 60 et peuvent ainsi entrer et sortir des cylindres 34b à la suite de l'action de la tige de vanne 28b. A la figure 4, la vanne 22b se trouvé en position fermée et les 7 2401370 piatma 32 se sont déplacés dans les cylindres 34b, ainsi les rondelles d'étanchéité 33b ont dépassé les ouvertures 54b enfermant le fluide dans les cylindres 34b et les passages 36b pour mettre sous pression les joints 30b et 31b. Lorsque l'on désire 5 ouvrir la vanne 10b, la tige 28b est poussée vers le haut et la barre mobile 60 se déplacera vers le haut par rapport à l'élément de vanne 22b, supprimant ainsi la pression dans les cylindres 34b pour relâcher et dépressuriser les joints 30b et 31b. Cependant, l'élément de vanne 22b ne commencera à se déplacer 10 depuis sa position fermée que lorsque la barre mobile 60 atteindra le sommet 52b de l'articulation à mouvement libre. A ce moment là, les joints de piston 33b se seront déplacés au-delà des ouvertures 54b et supprimeront les pressions établies sur les joints 30 b et 31b ; ainsi la vanne 22b pourra être ouverte 15 sans couple exagéré et sans endommager les joints 30b et 32b. Se déplaçant vers la position fermée, le mode de réalisation de la figure 4 agit de façon Identique aux modes de réalisation des figures 1 à 3» l'élément de vanne 22b reposant alors contre une butée (non représentée) sous l'action du ressert 50b avant l'ac-20 tivation des joints hydrauliques 30b et 31b sous l'action des pistons 32b. Alors que les joints 30, 31* 30a, 31a* 30b et 31b représentés respectivement aux figures 1-4 peuvent consister en tout joint hydraulique convenable et sont représentés de façon plu-25 têt schématique, les figures 5 et 6 représentent des vues agrandies de joints convenables et préférés. A la figure 5, le joint 70 qui est constitué de préférence par un élastomère est inséré dans un évidement 72 pratiqué dans le siège de la vanne ou comme représenté dans l'élément de vanne 22 en communication avec un 30 passage de fluide 36. Le joint circulaire 70 comporte une cavité 74 contre laquelle peut agir le fluide actionné par pression. La surface d'étanchéité du joint 70 peut comporter une nervure 74 dépassant à l'extérieur de 1'évidement 72 pour s'engager dans le siège de 35 vanne 20 lorsque la pression est appliquée à travers le passage de fluide 36 et derrière le joint 70. L'élément-de vanne 22 peut également comporter une ouverture 78 dans l'élément de vanne 32, ouverture plus large que 1'évidement 72, dans laquelle le joint 70 peut s * éloigner lorsque la nervure 76 entre en contact avec un t 2401370 siège de vanne. Le joint 70 est aoili et inséré dams 1 ' évidement 72, et peut être facilement remplacé* La figure 6 représente un joint circulaire 80, formé une fois encore d'un élastomère, et qui est collé eu moulé dams l'é-5 vidament 82 pratiqué dans le siège de vanne eu l'élément de vanne représenté ici comme élément de vanne 22, et en communication avec un passage de fluide 36. Un tube métallique circulaire 84 est monté dans 1'évidement 82 et comporte une série de trous 86. Il est placé entre le joint 80 et les passages de fluide 36 10 traversés par le fluide hydraulique de commande sous pression. Un écran 89, de préférence en élastomère, est disposé pour empêcher le joint en élastomère collé ou moulé 80 de remplir et de bloquer les ouvertures d'admission de pression 86. Le joint 80 peut également comporter une nervure 88 faisant saillie vers 15 1'extérieur depuis 1'évidement 82 et une ouverture 84 dans laquelle la mervure 88 peut être poussée jusqu'au contact avec un siège de vanne lorsque la pression est appliquée à travers les passages 36 dans le tube métallique 84 et les ouvertures 86. 9 2401370 REVENDICATIONS 1 - Vanne pourvue d'un élément de vanne mobile dans un corps de vanne se déplaçant vers au moins un. siège de vanne ou s * en éloignant, d'un moyen pour arrêter le déplacement de l'élément 5 lorsqu'il entre en prise avec au moins un siège, d'un moyen d'étanchéité pour former un joint entre l'élément et au moins l'un dos sièges et d'un mécanisme pour actionner le joint, caractérisé en ce que le mécanisme est conçu pour actionner le moyen d'étanchéité à la suite de l'arrêt du déplacement dudit élément, et 10 pour mettre hors d'action le moyen d*étanchéité avant que l'élément se retire du siège de vanne* 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité sont actionnés par fluide, et en ce que le mécanisme pour actionner le moyen d'étanchéité comporte une 15 installation hydraulique. 3 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le mécanisme de commande comporte un piston et un cylindre en communication hydraulique avec les moyens d'étanchéité pour en permettre 1'actionnement, l'un des piston et cylindre étant re- 20 lié à des moyens servant à déplacer 1'élément vers le siège de vanne, ou à l'éloigner de ce dernier, les moyens d'étanchéité étant ainsi actionnés par le moyen mobile, une articulation à mouvement libre entre le moyen de déplacement et l'élément de vanne pour permettre d'actionner le moyen d'étanchéité sans qu'il y 25 ait déplacement de l'élément de vanne, et un moyen à ressort entre le moyen mobile et l'élément de vanne pour assurer que l'élément de vanne ne se déplace pas pendant que les moyens d'étanchéité sont mis sous pression et dépressurisés» k - Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3» 30 caractérisée en ce que l'installation hydraulique est une installation fermée» 5 - Vanne selon la revendication 3i caractérisée en ce que l'installation hydraulique comporte un passage pour le fluide conduisant du corps de vanne au cylindre et débouchant sur une 35 section du trajet du piston, et un joint sur le piston pour piéger le fluide afin d'actionner le moyen d'étanchéité lors de la course de compression du piston. 6 - Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 à 5» caractérisée en ce que le moyen d'étanchéité comprend un évide— 10 2401370 ment en communication hydraulique avec l'installation hydraulique, un élément d'étanchéité souple collé aux parois de 1'évidement, la pression existant dans l'installation hydraulique déformant 1 ' élément hors de 1 ' évidement pour s ' engager de façon étan-5 che contre une surface adjacente. 7 - Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un écran souple placé entre l'élément d'étanchéité et l'installation hydraulique. 8 - Vanne salon la revendication 7, caractérisée en ce 10 qu'elle comprend un élément rigide de support dans 1'évidement, élément placé entre l'écran et l'installation hydraulique, cet élément-support portant une série de trous. 9 - Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité compren- 15 nent un ou plusieurs éléments d'étanchéité dans l'élément de vanne et au moins une surface pour les recevoir sur le siège de vanne*