Brevet FR2468047A1 — publié le 19810430

L'invention se rapporte aux vannes papillon et plus particulièrement aux vannes de ce type comprenant un anneau d'appui qui est destructible sous lteffet des températures élevées ainsi qu'un anneau d'appui qui est indestructible; l'invention se rapporte plus spécifiquement à une vanne papillon dont l'anneau d'appui indestructible est normalement sous précontrainte contre l'élément obturateur mobile et maintenu en position de précontrainte par un profilage correspondant de la surface du corps de la vanne qui délimite un canal de circulation d'un fluide. Les vannes destinées à être utilisées dans les canalisations de transport de substances combustibles telles que des hydrocarbures doivent assurer l'étanchéité aux températures normales ainsi qu'aux températures auxquelles les garnitures en matière destructible aux températures élevées sont détériorées. Les vannes a' l'épreuve du feu de l'art antérieur ont comporté des sièges indestructibles qui entrent en service lorsque le siège destructible est détérioré ou qui ne sont efficaces que dans un sens. Toutefois, lorsque ces températures de destruction du siège peuvent apparaitre des deux côtés de l'élément obturateur mobile, il est indispensable que l'élément d'appui indestructible qui forme un siège soit capable d'assurer l'obturation dans les deux sens.Il est par ailleurs souhaitable que la vanne soit d'un bas prix de revient, que son assemblage soit simple et qu'elle n'exige aucun réglage après assemblage. Selon une particularité essentielle de l1inven- tion, un siège consistant en un anneau d'appui élastique et destructible et en un anneau d'appui métallique et indestructible est monté de manière à assurer normalement une double étanchéité bidirectionnelle aux températures normales, l'anneau métallique d'appui garantissant l'étanchéité bidirectionnelle en cas de detérioration par le feu de l'anneau d'appui élastique et destructible. L'anneau d'appui métallique est fixé dans le corps de la vanne à côté du siège élastique et il pénètre radialement à l'intérieur du canal de circulation du fluide.L'extrémité de l'anneau d'appui métallique située radialement à l'intérieur est repliée vers l'arrière sur elle-même sensiblement à 180 de manière à former un siège sensiblement plan qui épouse la surface d'étanchéité de l'élément obturateur et le bord extrême de cet anneau prend appui de manière à être retenu contre un profilage de la surface du corps qui délimite le canal de circulation du fluide. Les cotes du profilage de la surface du corps sont calculées de manière à exercer une précontrainte voulue de la partie incurvée formant siège de l'anneau d'appui contre ltélément obturateur et à empêcher le déplacement de l'anneau d'appui dans la direction de l'axe sous l'effet des pressions du fluide, cet anneau assurant ainsi l'étanchéité bidirectionnelle.L'anneau d'appui métallique comporte aussi à proximité de sa partie formant siège des ouvertures permettant à une pression de fluide s'exerçant dans un sens d'améliorer l'étanchéité. Une vanne selon l'invention est destinée à garantir l'étanchéité bidirectionnelle dans les limites des fuites autorisées à des pressions pouvant être comprises entre 0 et 52 bars aux températures normales ainsi qu'aux températures provoquant la détérioration du joint élastique destructible complémentaire. La vanne papillon selon l'invention peut être réalisée à bon marché, elle s'assemble facilement, elle est à l'épreuve du feu aux températures élevées dans les deux sens et elle assure l'étanchéité au moyen d'un anneau d'appui métallique qui est à l'épreuve du feu et qui est maintenu en place au moyen d'un organe de retenue de manière qu'il subisse une précontrainte déterminée ainsi qu'une force de retenue opposée à la pression pouvant s'exercer dans les deux sens à l'intérieur de la canalisation. L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - la figure 1 est une coupe axiale d'une vanne papillon selon l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale partielle à échelle agrandie selon la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une coupe transversale identique à celle de la figure 2 et illustre la vanne après destruction du joint qui ne supporte pas les températures élevées; et - la figure 4 est une vue partielle en perspective de l'anneau d'appui métallique souple. Les pièces identiques ou correspondantes portent les mêmes références sur toutes les figures; la figure 1 représente une vanne papillon comprenant un corps Il comportant un -canal central 12 de circulation d'un fluide qui est conformé de manière à loger un élément obturateur formé d'un disque 13 constitué d'un segment de sphère. Comme le montre la figure 1, le grand diamètre ou côté droit du disque 13 est fixé à un arbre 14 de commande de la vanne qui est rotatif dans le corps 11 et dont l'axe de rotation passe par le centre de la sphère dont le disque 13 est un segment. La vanne papillon est destinée à être fixée dans des canalisations de circulation de fluide par exemple par des boulons 15 qui en traversent le corps et qui passent dans des brides 26 des tuyaux 17 et 18 situés de part et d'autre de la vanne. Le corps 11 tel que le représentent les figures 2 et 3 comporte une entaille annulaire portant la référence générale 21 et réalisé dans le côté gauche du corps 11, cette entaille étant orientée radialement vers l'extérieur du canal 12. Une bague 23 de retenue du siège, dont la circonférence intérieure délimite aussi le canal 12 de circulation du fluide dans le corps de la vanne à la gauche de l'obturateur 13, est fixée à l'intérieur de l'entaille annulaire 21 par des vis 22.La bague de retenue 23 comporte une entaille formant un pan coupé, c'est-à-dire qui est oblique vers la droite et porte la référence générale 24 et dont la surface 25 située radialement vers I 'exté- rieur ainsi que la surface 26 faisant sensiblement face à la direction de l'axe délimitent dans le côté du corps 11 avec la surface 27 orientée - dans le sens opposé et dans direction de l'axe une cavité de retenue de l'anneau d'appuidésignépar la référence générale 28 et représenté plus particulièrement sur la figure 3. L'angle de l'obliquité de la cavité 28 est calculé de manière à immobiliser un anneau d'appui élastique portant la référence générale 31 dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface d'étanchéité 32 de l'obturateur discorde mobile 13. Les surfaces 26 et 27 de la cavité forment ainsi un coin qui retient la base ou partie située radialement à l'extérieur de l'anneau d'appui élastique 31 de manière à assurer l'étanchéité dans la direction de l'axe, les cotes de cet anneau 31 dans la direction de l'axe étant suffisamment plus grandes que celles du coin pour garantir l'efficacité de l'étanchéité dans la direction de l'axe. La cote radiale de l'anneau d'appui 31 formant le siège est calculée de manière que son extrémité 30 située radialement à l'intérieur soit en contact d'étanchéité avec la surface 32 de l'obturateur 13. L'anneau d'appui élastique 31 qui est destructible aux températures élevées et qui est de préférence en polytétrafluoroéthylène, qui est une résine connue sous la marque de fabrique "Teflon",comporte des gorges 33 et 34 orientées dans la direction de l'axe et placées à distance l'une de l'autre radialement, la gorge 33 située radialement du côté intérieur étant destinée à accroitre la pression radiale d'étanchéité sous l'effet de la pression du fluide s'exerçant par la gauche de la manière indiquée par les flèches 35 sur la figure 2. Conformément à l'invention, un anneau métallique plat d'appui 36 formant une partie du siège et que la figure 4 représente partiellement comprend une partie 37 situee radialement à l'extérieur et fixée en étant serrée entre la bague de retenue 23 et la surface 27 de l'entaille du corps 11 radialement vers l'extérieur de la cavité 28 de la manière représentée sur les figures à la droite de l'anneau d'appui élastique 31. Des rondelles de graphite 38 vendues sous la marque de fabrique "GRAFOIL" sont placées de chaque côté de cette partie de l'anneau métallique de manière à assurer une obturation étanche à l'épreuve du feu. L'anneau d'appui 36 se prolonge aussi dans la cavité 28 le long de la surface 27 de l'entaille 21 du côté gauche du corps 11 dans la représentation du dessin. Cet anneau pénètre dans le canal 12 dans lequel la partie située radialement à l'intérieur est recourbée sur ellemême vers la droite et vers l'arrière sensiblement sur 1800 de manière à former une surface d'appui ou siège 41 dont la forme est complémentaire de la surface d'étanchéité 32 de l'obturateur discoïde 13. Le bord extrême 42 de cet anneau est orienté radialement vers l'extérieur et conformé après assemblage de manière à être en surplomb sur un chanfrein 43 et à se bloquer derrière un épaulement 44 orienté en sens inverse et réalisé dans la surface du canal 12 sur le côté de l'orifice de la cavité 28. La force de serrage entre le rebord 42 et l'épaulement 44 détermine la précontrainte de la surface d'appui 41 de l'anneau 36 contre la surface d'étanchéité 32 du disque obturateur 13 de la vanne.Le chanfrein 43 et l'épaulement 44 orientés en sens opposés sont destinés conjointement avec le rebord 42 à minimiser la déformation par effet de retenue du rebord 42 de la surface d'appui sous l'effet des pressions régnant dans la canalisation des deux côtés de l'obturateur 13. Le chanfrein 43 et l'épaulement 44 forment ainsi un profilage. La figure 3 illustre la vanne papillon après destruction par le feu de l'anneau élastique d'appui 31. La pression exercée -par la gauche dans ia canalisation fait prendre appui à l'anneau métallique flexible 36 formant le siège contre la surface 27 du corps de la vanne et le contact à serrage du rebord 42 de l'anneau 36 contre l'épau- lement 44 de la surface du canal empêche la déformation de la surface d'appui 41 qui aurait pour conséquence que cette dernière cesserait d'être en contact d'étanchéité. De même, le contact du rebord 42 de l'anneau 36 contre l'épaulement 44 de la surface du canal 12 empêche la déformation de la surface d'appui 41 sous l'effet d'une pression exercée par la droite. Comme le montrent les figures 2 et 3 et plus particulièrement la figure 4, le rebord 42 peut comporter des encoches 45 placées à distance les unes des autres, par exemple à des distances angulaires de 45", de manière à permettre au fluide sous pression d'accéder par la droite entre la surface du canal et la partie de l'anneaurecourbée vers l'extérieur afin d'accroître la pression d'étanchéité. Lorsque les températures régnant dans la canalisation sont supérieures à celles auxquelles l'anneau élastique d'appui 31 est détruit, l'anneau d'appui 36 est le seul à être utilisé. Cet anneau d'appui 36 peut être en acier inoxy dable ou en autre métal résistant aux températures élevées, par exemple en "Iconel", titane, béryllium, etc. Par ailleurs, la surface d'étanchéité 32 de l'obturateur 13 ainsi que la surface du siège 41 de l'anneau d'appui 36 peuvent être revêtues de métal destiné à en accroitre la dureté et à réduire l'usure. REVENDICATIONS 1. Vanne papillon de commande de la circulation d'un fluide dans une canalisation, ladite vanne étant fonctionnelle aux températures normales ainsi qu'aux températures élevées et comprenant un élément mobile d'obturation du canal, une garniture d'étanchéité bidirectionnelle destinée à coopérer avec l'obturateur et une cavité de fixation d'anneaux d'appui dans le corps de la vanne, caractérisée en ce que la garniture d'étanchéité consiste en un anneau d'appui élastique (31) qui est destructible aux températures élevées et en un anneau d'appui métallique (36) qui est indestructible aux températures élevées, l'anneau d'appui élastique et l'anneau d'appui métallique pénétrant dans ledit canal (12) et formant deux surfaces (30, 41) constituant un siège double pour l'élément obturateur (13) aux températures anormales, un élément de montage (44) réalisé dans le canal formant une pièce de serrage d'un rebord rabattu vers l'arrière (42) de l'anneau métallique d'appui de manière que celui-ci soit mis sous précontrainte contre l'élément obturateur et de manière qu'il soit retenu contre les pressions s'exerçant de part et d'autre de cet obturatueur, ledit anneau métallique d'appui assurant ainsi l'étanchéité bidirectionnelle avec l'obturateur à des températures élevées qui sont suffisante pour détruire l'anneau d'appui élastique. 2. Vanne papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de montage (44) réalisé dans la canalisation consiste en un profilage de la surface de la canalisation contiguë à l'orifice de la cavité. 3. Vanne papillon selon la revendication 2 > caractérisée en ce que le rebord rabattu vers l'arrière (42) de l'anneau métallique (36) comporte des encoches (45) d'admission de fluide de manière à améliorer l'étanchéité dans un sens.