Brevet FR2421315A1 — publié le 19791026

L'invention concerne une vanne à clapet munie d'un clapet en forme de disque placé dans un corps tubulaire, pivotant autour d'un axe placé extérieurement par rapport à la surface d'étanchéité et dont le bord coopère en position fermée avec un siège tubulaire co-axial du corps et qui est formé par la paroi interne en matériau caoutchouté élastique dudit corps ou par une garniture placée à l'intérieur, le diamètre du siège étant de dimension plus petite que le diamètre du disque de clapet. Pour ce type connu de vanne à clapet, la disposition est en général telle que la section du bord du disque de clapet est délimitée par un arc de cercle approximatif, le rayon de cet arc de cercle étant relativement faible, c'est-à-dire que l'extension axiale du bord du disque de clapet est relativement petite. Ce genre de conformation tient compte du fait qu'il est nécessaire, en raison de la différence entre le diamètre extérieur du disque de clapet et le diamètre de la surface du siège, que le matériau élastique caoutchouté formant et/ou délimitant le siège soit soumis à une déformation au cours des processus de fermeture et d'ouverture, et que malgré cela le disque de clapet puisse être amené en position de fermeture et qu'il puisse la quitter pour passer en position ouverte.Plus l'épaisseur du clapet ou de son pourtour est petite dans le sens axial, plus on réduit la déformation du matériau élastique caoutchouté formant le siège au cours des processus de fermeture et d'ouverture, et plus on diminue les résistances s'opposant au déplacement du clapet. D'autre part étant donné que du fait de cette conformation, on n' a qu'une surface d'étanchéité tres étroite, à la limite linéaire lorsque le bord du clapet ne repose que très liegdrement sur la surface du siège, on s'arrange pour qu'il y ait une différence relativement importante entre le diamètre extérieur du disque de clapet et le siège, de sorte qu'en position de fermeture le bord étroit du disque de clapet rient s'encastrer dans le siège en repoussant notablement le matériau élastiqut caoutchouté. C'est dire que le matériau élastique caoutchouté du siège se ttouve soumis à une pré-contrainte considérable qui le serre sur le bord du disque de clapet, ceci devant avoir un effet favorable sur lté- tanchéité. La structure décrite présente un inconvénient important du fait de la grande différence entre les diamètres. En effet pendant les processus d'ouverture et de fermeture du disque de clapet, comme en position fermée de ce dernier, le matériau élastique caoutchouté formant et/ou délimitant le siège, est soumis à des contraintes importantes qui peuvent conduire à une usure prématurée. Il faut également noter que la pénétration relativement forte du bord étroit du clapet dans le siège peut entrainer des déformations plus ou moins permanentes de celui-ci. Même si ces déformations disparaissent, le retour du matériau élastique caoutchouté à sa forme initiale n'intervient qu'après un délai assez long. Lorsqu'elles persistent ces déformations sont de nature à compromettre l'étanchéité souhaitée entre le bord du clapet et le siège. L'invention vise une vanne à clapet du type correspondant à celui décrit précédemment dans laquelle sont évitées des sollicitations trop importantes dans la zone du siège pouvant entrainer une usure prématurée etXou des déformations indésirables. Cependant l'étanchéité doit être comparable à celle des vannes à clapet connues. Les résistances rencontrées à l'ouverture et à la fermeture ne doivent pas non plus être supérieures à la norme habituelle. La vanne à clapet doit en même temps être d'une fabrication et d'un maniement simples et clairs. Pour résoudre ce problème l'invention propose que le disque de clapet soit limité sur sa circonférence par une surface latérale cylindrique et que le diamètre du disque de clapet ne soit que très peu supérieur au diamètre de la surface du siège pour que ce dernier ne soit soumis à aucune contrainte. En principe la différence de diamètre ne dépassera pas 1 à 2 mm, la valeur nominale la plus basse du diamètre de la vanne à clapet étant, par exemple, de 50 mm et la valeur nominale la plus élevée étant de 300 mm. Des essais minutieux ont indiqué que cette conformation et cette disposition des pièces permettent d'obtenir une etanchéité parfaIte, bien que la pré-contrainte zr ce à laquelle le matériau élastique caoutchouté du siège se trouve pressé contre le bord cylindrique du disque de clapet soit relativement faible.Au contraire des vannes à clapet connues, l'extension axiale de la surface d'étanchéité, c'est-à-dire de la surface sur laquelle le pourtour du disque de clapet est appliqué contre la surface du siège est relativement importante et la contrainte spécifique de compression du matériau élastique coutchouté est si faible que l'on n'a pas à redouter l'apparition de déformations permanentes ou de déformations qui ne disparaissent qu'après un certain temps. Il est important de noter que la déformation, abstraction faite de la pression assez faible des surfaces, est, du fait de la conformation cylindrique de la surface latérale du disque de clapet, beaucoup plus simple et par conséquent moins préjudiciable que dans les cas connus.En raison des différences de diamètre nettement plus faible et malgré une extension axiale plus importante du pourtour du disque de clapet, on n'a pas non plus à craindre une fatigue excessive du matériau élastique caoutchouté dans la zone du siège et dans les zones voisines pendant les processus d'ouverture et de fermeture. La construction extrêmement simple de la vanne à clapet correspondant à l'invention est un autre de ses avantages essentiels. Il n'est pas nécessaire que la section du disque de clapet et/ou du siège soit différente d'un cercle. En principe il sera judicieux de choisir pour l'extension axiale de la surface cylindrique du siège une valeur supérieure à l'extension axiale de la surface latérale cylindrique du disque de clapet. D'autre part il peut être avantageux que la surface cylindrique du siège se trouve à l'une des extrémités du corps ou de la garniture et qu'elle s'étende jusqu'à cette extrémité. Lorsque le disque de clapet se trouve en position de fermeture, la surface latérale de celui-ci peut coopérer avec une zone du siège qui est décalée, par rapport au plan central de symétrie du siège perpendiculaire à l'axe longitudinal, en direction de l'autre extrémité du corps ou de la garniture. De cette manière, en position de fermeture du disque de clapet, il est possible de placer la zone de contact du siège avec la surface latérale du disque de clapet, là où la surface du siège est la moins déformée par la pression exercée par le fluide par exemple. Par ailleurs,d'une façon connue en soi, la surface du siège peut, sur le cté adjacent à l'autre extrémité de la vanne à clapet, être limitée par une zone ayant une forme tronconique dont le diamètre diminue en direction de la surface du siège. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur le dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue de face d'une vanne à clapet,avec arrachements et coupe partielle, la figure 2 est une vue de profil correspondante, avec arrachements et coupe partielle, la figure 3 est une coupe selon la ligne III - III de la figure 1, la figure 4 est une représentation partielle de la vue de la figure 3 à une plus grande échelle. Les figures représentent une vanne à clapet conçue sur le principe d'un clapet d'arrêt annulaire 11 avec disque de clapet 12 monté excentriquement. Ce dernier est supporté par des tourillons d'arbre 13 qui traversent un corps annulaire 14. L'un au moins de ces tourillons est solidaire d'un système de commande convenable ou est relié à un système de commande convenable A l'intérieur du corps 14 se trouve une garniture en matériau élastique caoutchouté, ayant la forme d'une manchette annulaire 15. Cette garniture présente un profil sensiblement en U dont les ailes ou brides 16 et 17 enserrent latéralement le corps annulaire 14 qui comporte des évidements latéraux adaptés pour recevoir lesdites brides. La disposition est telle que les surfaces frontales extérieures 21 des deux brides 16 et 17 font légèrement saillie vers l'extérieur par rapport aux surfaces frontales 20 du corps 14, ceci en l'absence de déformations. De cette manière lorsque le clapet d'arrêt annulaire 11 se trouve serré entre les deux brides voisines 22 de la condui te 23, les brides 16 et 17 sont légèrement déformées et l'étanchéité entre les pièces 11 et 22 est parfaite. Parallèlement le diamètre intérieur de la man chette 15 diminue légèrement.La figure 4 montre la manchette 15 en l'absence de déformation, dans cet état les deux surfaces frontales extérieures 21 des brides 16 et 17 font saillie par rapport à la limitation frontale 20 du corps 14. Aux figures 2 et 3 le clapet d'arrêt 11 est représenté en position d'encastrement entre deux brides annulaires 22. La manchette 15 subit la pré contrainte dont il a été question plus haut et sa déformation est minime. - Le disque de clapet 12 peut pivoter dans le sens in diqué par les flèches 24 et 25 entre la position de fermeture et la position d'ouverture. Sur sa face interne la manchette 15 présente une sur face cylindrique 26 servant de siège au disque de clapet 12 en position de fer meture. La surface de siège 26 s'étend Jusqu'à l'extrémité du corps 14 ou de la manchette 15 se trouvant du côté de la bride 17. A l'autre extrémité la surface cylindrique 26 est raccordée à une autre surface cylindrique 28 dont le diamè tre intérieur, plus grand, correspond à peu près à celui de la conduite 23, par un épaulement tronconique 27. Sur son côté extérieur le disque de clapet 12 présen te une surface latérale cylindrique 30 qui, en position de fermeture, vient s'appliquer, en provoquant une légère déformation de l'épaulement 27, contre la surface cylindrique de siège. Lorsque le clapet d'arrêt annulaire est en po sition encastrée et que la manchette 15 est par conséquent soumise à une pré contrainte, le diamètre intérieur de la surface de siège 26 est très peu infé rieur au diamètre extérieur du disque de clapet dans la zone de sa surface la térale cylindrique 30. Contrairement aux clapets de retenue de ce type, cette différence de diamètre est très faible.En raison de la conformation cylindri que de la surface latérale 30, la surface d'étanchéité est relativement impor tante et,même pour des pressions de l'ordre de 15 bars et plus, l'étanchéité réalisée est parfaite quel que soit le côté sur lequel s'exerce la pression. C'est dire que le clapet annulaire de retenue 11 ou le disque de clapet 12 peu vent être soumis à l'action de la pression sur chacun de leurs deux côtés. Pour un diamètre nominal de 50 mm, la différence des diamètres sera d'environ 1 mm, pour un diamètre nominal de 300 mm, elle sera d'environ 2 mm. Pour des diamè tres nominaux compris entre 50 et 300 mm l'extension axiale de la surface laté rale cylindrique 30 peut être de l'ordre de 4 mm. Pour l'exécution représentée sur le dessin l'extension axiale du siège 26 est alors de l'ordre de 12 à 15 mm environ. Les figures 3 et 4 en particulier permettent de se rendre compte, qu'en position de fermeture, le disque de clapet 12 est décalé par rapport au plan de symétrie du siège 26 perpendiculaire à l'axe longitudinal du corps 14, en direction de la surface tronconique 27. C'est-à-dire que le disque de clapet 12 se trouve plus près de l'extrémité de la surface de siège adjacente à la surface tronconique 27. Cette disposition permet d'obtenir une étanchéité parfaite même lorsque le disque de clapet occupant sa position de fermeture est soumis à une pression s'exerçant dans le sens de la flèche 34. A ce sujet il faut noter qu'en raison de la saillie vers l'intérieur du siège du clapet, une surface annulaire frontale 36 de la manchette 15 se trouvant à l'extrémité du clapet annulaire de retenue supportant la bride 17, est soumise à la pression du fluide. Lorsque la pression est de l'ordre de 10 ou 15 bars, ceci peut provoquer une déformation minime de la manchette 15 à cette extrémité étant donné, comme l'indique la figure 4 sur laquelle le diamètre intérieur de la conduite est teprésenté en 38, que la surface 36 sur laquelle s'exerce l'action de la pression peut être d'une taille telle que les forces résultant de la pression sont supérieures à la résistance opposée par la manchette 15. La disposition, décrite plus haut, du disque de clapet 12 par rapport à la surface de siège 26 a une conséquence intéressante : en position de fermeture du disque de clapet 12, la zone de siège qui coopère avec la surface latérale cylindrique 30 ne subit pas l'influence des légères déformations de la manchette 15 dues à l'action de la pression sur la surface 36. Sur la figure 4 le trajet 40 représenté en pointillé, est celui de la courbe décrite pendant les processus d'ouverture et de fermeture, par un point situé sur le plan médian du disque de clapet 12 perpendiculaire à l'axe longitudinal. La figure 4 permet de constater qu'en raison de la différence de diamètre relativement faible mentionnée précédemment entre le disque de clapet 12 et la surface de siège 26, le matériau élastique caoutchouté formant ou suppottant la surface de siège 26 ne doit subir qu'une déformation légère pour petmettre, au cours de la dernière phase du processus de fermeture, au disque de clapet 12 d'atteindre sa position fermée, ou pour permettre la sortie du disque de clapet 12 de la surface de siège 26 pendant la première phase du processus d'ouverture.Les inévitables déformations sont si faibles qu'elles sont absorbées par le matériau élastique caoutchouté du siège sans que l'on ait à redouter une usure inadmissible. La figure 4 en particulier permet de constater qu'en raison - également de la faible différence de diamètre déjà mentionnée -, mais aussi en raison de la surface importante de contact entre la surface latérale cylindrique 30 et l surface de siège 26, cette dernière se trouve à peine déformée, de même que le matériau élastique caoutchouté la supportant. En tous cas cette déformation est tellement faible que, grâce à son pouvoir de rappel, le matériau élastique caoutchouté reprend sa forme initiale dès que le disque bascule en position d'ouverture. On n'a pas à craindre l'apparition d'une déformation permanente du siège, étant donné que - contrairement à ce qui se passe pour les vannes å clapet connues - le pourtour du disque de clapet ne s'enfonce pas dans le siège. REVENDICATIONS 1) Vanne à clapet munie d'un clapet en forme de disque placé dans un corps tubulaire pivotant autour d'un axe placé extérieurement par rapport à la surface d'étanchéité et dont le bord coopère en position fermée du clapet avec un siège cylindrique co-axial du corps et qui est formé par la paroi interne de ce dernier faite d'un matériau élastique ou par une garniture placée à l'intérieur dudit Corps, le diamètre du siège, faisant saillie par rapport à la paroi interne du corps ou par rapport à la garniture, étant de dimension plus petite que le diamètre du disque de clapet, caractérisée en ce que le disque de clapet (12) est limité sur son pourtour par une surface latérale cylindrique (30) et que le diamètre du disque de clapet (12) n'est que très peu supérieur au diamètre de la surface cylindrique de siège (26) qui ne supporte aucune contrainte. 2) Vanne à clapet selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extension axiale de la surface cylindrique du siège (26) est supérieure à l'extension axiale de la surface latérale cylindrique (30) du disque de clapet (12). 3) Vanne à clapet selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la surface cylindrique du siège (30) est située à l'une des extrémités du corps (14) ou de la garniture (15) et qu'elle s'étend jusqu'à cette extrémité. 4) Vanne à clapet selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface latérale (30) du disque de clapet (12) coopère, en position de fermeture de ce dernier, avec une zone du siège (26) qui se trouve décalée en direction de l'autre extrémité du corps (14) ou de la garniture (15) par rapport au plan de symétrie du siège perpendiculaire à l'axe longitudinal. 5) Vanne à clapet selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisée en ce que le diamètre intérieur du corps ou de la garniture (15) à l'extérieur du siège et de la zone tronconique est sensiblement égal au diamètre intérieur de la conduite (23) dans laquelle est montée la vanne à clapet.