Brevet FR2465936A1 — publié le 19810327

La présente invention concerne un robinet-vanne papillon ayant un boîtier de vanne avec un siège de vanne et un obturateur agencé de façon à tourner autour d'un arbre traversant le boîtier, entre une position ouverte et une position fermée où une face d'étanchéité de l'obturation est pressée contre le siège dans le boitier de vanne. Les robinets-vannes papillons existant actuellement sont habituellement construits sur le principe des joints mous e Un type très fréquent est illustré par exemple dans la demande de Brevet en SUEDE nO 199o078o Avec ce type de robinets, la totalité du boîtier est enduite d'un matériau mou, comme du caoutchouc ou un autre polymère. Il est également fréquent de fabriquer seulement le siège en un matériau mou . Des exemples de ce type de vanne sont illustrés dans les demandes de Brevet en SUEDE nO 175.149 et 178.131. Il y a également des cas où l'élément mou d'étanchéité est placé sur la face d'étanchéité de l'obturateur.Des exemples de ce principe sont indiqués dans la demande de Brevet en SUEDE nO 1950072 et les demandes de Brevets Germaniques nO 1.011.683 et 1.232.422. Les éléments mous d'étanchéité dans des robinets-vannes papillons présentent un inconvénient parce que leur résistance aux fluides à de hautes températures est souvent faible. Il est vrai que l'insensibilité du caoutchouc synthétique et de certains autres polymères aux hautes températures s'est graduellement améliorée, mais ces sortes de matériaux ne peuvent pas encore être comparés favorablement à la résistance des aciers et autres métaux et alliages aux hautes températures. La même chose s'applique également à la résistance à certains fluides chimiquement agressifs Dans ces cas également, les propriétés des aciers inoxydables fortement alliés et d'autres alliages sont assez supérieures àcelles des matériaux mous du type caoutchouc. Ces circonstances sont bien connues, et de nombreuses tentatives ont été faites afin de remplacer les éléments mous d'étanchéité par des éléments métalliques. Cependant, dans ces cas, l'étanchéité n'est pas satisfaisante ou bien le dispositif d'étanchéité et/ou les pièces lui appartenant deviennent si compliqués que ce type de vanne ou de robinet n'a pas encore une importance pratique. Un exemple d'une vanne appartenant à cette catégorie est indiqué dans la demande de Brevet en SUEDE nO 193.923. La présente invention a pour objet principal de procurer un robinet-vanne papillon ayant une capacité d'étanchéité et oye nécevitalt pas obligatoirement un élément d'étanchéité mou fait en caoutchouc, en matière plastique ou matières analogues. Plus particulièrement, un objet de l'invention est de procurer une vanne ayant une bonne capacité d'étanchéité et pouvant être totalement fabriquée en métal. Cependant, les principes de l'invention nedaait pas exclure l'usage de matériaux mous tel que le polytétrafluoroéthylène et le nylon. De tels matériaux peuvent également être utilisés, par exemple dans les sièges de vanne si pour certaines raisons ils sont mieux adaptés ou plus souhaitables que les matériaux métalliques. En d'autres termes, la présente invention a pour but de créer une liberté de choix entre différents matériaux selon leur adaptation au fluide avec lequel la vanne doit fonctionnerO Un autre objet de l'invention est de procurer une vanne dont l'obturateur, quand il passe de sa position fermée à sa position ouverte et inversement, n'est pas principalement en contact avec le siège de la vanne, ce qui est favorable d'un point de vue usure. Un objet de l'invention est également de procurer un robinet-vanne papillon solide et fiable, simple à faire fonctionner et ayant une longue durée de vie. Ces objets et d'autres encore peuvent être atteints par une face d'étanchéité d'un obturateur pivotant ou tournant ayant deux sections opposées et essentiellement sphériques coupées parun plan de symètrie à travers l'obturateur, ce plan coïncidant avec la tige de pivotement de l'obturateur et deux sections opposées et essentiellement de forme conique des deux côtés de plan de symètrie ci-dessus entre les deux sections essentiellement de forme sphérique , les sections de forme essentiellement sphérique et de forme essentiellement conique..se confondant successivement les unes avec les autres0 Par ailleurs, selon l'invention, l'arbre de pivot des faces de forme conique est placé à un léger angle par rapport à un arbre coïncidant au plan de symètrie ci-dessus mentionné, et il est perpendiculaire à l'arbre de pivot de l'amortisseur. L'angle peut varier selon l'angle entre l'arbre de pivot et la lige génératrice et il est également déterminé par les dimensions de l'obturateur, comme son diamètre et la largeur de la face d'étanchéité. Dans le cas normal, l'angle doit entre comprisoentre 50 et 8Q, En même temps, il est avantageux que l'angle entre les sections coniques, c'est-à- dire l'inclinaison supérieure du cône, atteigne environ 10 à 400, où l'angle optimal est déterminé. Selon l'invention le siege est agencé puur être flexible dans son plan de façon que, quand les faces de forme essentiellement conique sont pressées contre lui, le siège puisse cocider avec la forme de la courbe passant autour de la circonférence de la face d'étanchéité au niveau déterminé par les points de contact entre la face d'étanchéité et le siège de la vanne. Selon l'invention, la courbe ci-dessus mentionnée se compose essentiellement d'une courbe elliptique, dont l'axe majeur cotncide avec le plan de symètrie de l'obturateur. En position ouverte de la vanne, le siège à de préférence de plus une forme circulaire.Cela implique que le siège soit flexible de façon qu'il puisse être tiré vers l'extérieur par les faces coniques en direction de l'axe majeur et en même temps être comprimé en direction de l'axe mineur, pour maintenir une circonférence essentiellement constante. Le siège de vanne est alors avantageusement déplaçable dans une gorge annulaire du boîtier de vanne. Selon le meilleur mode de réalisation de l'invention, la gorge annulaire est formée par deux rondelles élastiques qui, pour des raisons d'étanchéité, sont pressées des deux côtés de la Wgue~ du siège de vanne. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de 1'invention et dans lesquels -la figure 1 illustre les conditions géomètriques de l'obturateur contenu dans la vanne - la figure 2 montre une vue en plan du robinet-vanne papillon selon le mode de réalisation préféré de l'invention - la figure 3 est une vue en coupe faite suivant la ligne III-III de la figure 2, et - la figure 4 est une vue en coupe faite suivant la ligne IV-IV de la figure 2. On se réfèrera d'abord à la figure 1 qui montre une vue latérale de l'obturateur selon le mode de réalisation préféré de l'invention, l'obturateur étant généralement illustré en 1. L'obturateur 1 se compose d'un disque 2 avec une face annulaire d'étanchéité 4 et un appui 3. La ligne moyenne a passant tout autour de la face d'étanchéité 4 est de forme elliptique. Plus particulièrement, la ligne a forme une ellipse obtenue sous forme d'une section conique ou effilée à travers un cône imaginaire ayant l'inclinaison supérieure la la la perpendiculaire b au niveau de sections coniques formant l'angle &alpha; avec l'axe c du cône. L'axe de torsion i de l'obturateur 1, cet axe j étant parallèle au niveau de la ligne moyenne a, est décalé de la distance X par rapport à ce niveau. Plus particulièrement, la distance X est choisie de façon que les lignes droites d et e entre l'axe de torsion i (au niveau de symètrie de l'obturateur sur la figure 1) et les points d'intersection f et g de la ligne moyenne forment des angles de 900 +% et 900 -respectivement, par rapport à l'axe majeur de 11 ellipse, par rapport à la ligne génératrice de la surface 4 de l'enveloppe qui, dans la zone des points f et g a une forme conique. Plus particulièrement, la distance X est choisie de façon que &gamma; = &alpha;. Les conditions géomètriques impliquent que le point appelé #1, sur la figure 1 décrive un arc ayant un rayon qui est plus grand que le rayon de l'arc décrit par le point f2 quand l'obturateur est tourné autour de son centre de torsion j . Sur le c8té opposé de la face d'étanchéité 4, c'est-à-dire dans la zone conique du point g, les conditions sont contraires. Ainsi, l'arc généré par le point g a un plus petit rayon que le cercle généré par le point g2. Ces conditions peuvent également être exprimées jf2 > if > if1 et 1 > ig 2 jg2 respectivement. Dans les zones des points f et , csest-à-dire dans les zones des points d'intersection entre la ligne moyenne a et son axe majeur, la face d'étanchéité 4 a une forme conique. Dans les zones des points d'intersection h et i de l'axe mineur avec la ligne moyenne a, la face d'étanchéité 4 a cependant une forme sphérique, le rayon R de la sphère correspondant à la distance des points h et i au centre de l'ellipse formez par la ligne a. Dans les zones entre les sections coniques et sphériques de la face d'étanchéité 4, elles se confondent en succession les unes avec les autres Les formes de l'obturateur 1 peuvent être produites en copiant une pièce moulée. Sur les figures 2 à 4, un boîtier de vanne est généralement marqué du repère 5o Le boîtier 5 forme une ouverture circulaire 6 pour le fluide devant passer par la vanne, l'ouverture 6 ayant un diamètre quelque peu plus grand que l'axe majeur de l'ellipse créée par la ligne moyenne a sur la face d'étanchéité 4 de l'obturateur 1. Le boîtier 5 est pourvu d'une bride 7 pour connexion d'un appareil de réglage et d'une garniture 8 montée par des boulons à tige entièrement filetée. Deux pattes 10 sont pourvues de trous Il pour faciliter le raccord à un tube. Une tige 12 portée dans un palier ou appui du boîtier de vanne 5 traverse le boîtier et elle est serrée du côté contrôle par un presse-étoupe 13 et sur le côté opposé par un foulon 14e Par ailleurs, la tige 12 traverse le palier 3 de l'obturateur 1. L'obturateur 1 est fixé à la tige 12 au moyen de rivets coniques 150 L'axe de la tige coincide avec l'axe de torsion a de l'obturateur. Une plaque de recouvrement 16 est fixée au boîtier de vanne 5 par des vis 17. Entre la plaque 16 et le boîtier 5 est prévu un siège de vanne 18. Le siège 18 se compose d'une bague comparativement plane ayant un bord interne arrondi. Le terme "comparativement plane" indique que l'épaisseur est considérablement plus faible que l'extension radiale. Le matériau de la bague 18 est normalement de l'acier ou un autre alliage, mais d'autres matériaux comparativement raides, bien qu'à un certain point élastiques,sont possibles, comme certaines matières plastiques du type polytétrafluoroéthylène La bague 18 est portéedans un appui entre deux rondelles élastiques opposées 19 et 20 qui forment une gorge 21 dans laquelle le siège peut se déplacer en direction radiale. Deux joints ont été marqués respectivement par 22 et 23. La bague plane constituant le siège 18 a, dans sa position de repos, c'est-à-dire quand la vanne est ouverte, une forme assez circulaire. Quand la vanne est fermée en tournant la tige dans le sens contraire des aiguilles d'une montre autour de l'axe de torsion , sur les figures 2 et 4, les parties coniques de la face 4 dans les zones des points f et g glissent vers le siège 18. Comme la distance entre l'axe de torison g et les points de contact des parties coniques est de plus en plus grande tandis que l'obturateur est tourné dans le sens contraire des aiguilles d'une montre et 1jgjg2), les parties coniques de la face 4 tirent la bague 18 vers l'extérieur dans la direction de l'axe majeur de la ligne moyenne a.En même temps, la bague 18 se fléchit vers l'intérieur dans la direction de l'axe mineur et la circonférence du siège de vanne reste principalement constante. Enfin, le siège est pressé contre la face d'étanchéité 4 autour de la totalité de sa circonférence, ce qui se produit quand le siège de vanne 18 correspond à la forme elliptique de la ligne moyenne a, ce qui implique que dans cette position, le siège de vanne 18 sera également pressé contre les parties sphériques de la face d'étanchéité. Ces dernières, dans cette position, agissent comme des paliers coulissants sphériques vis-à-vis du siège de vanne 18, diminuant l'usure et maintenant l'état plat du siège de vanne. La déformation du siège 18 est de plus si inconsidérable qu'elle est bien à l'intérieur de l'élasticité du matériau. Quand l'obturateur est ouvert en le tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, sur les figures 2 et 4, à partir de la position fermée, le siège reprend alors sa forme circulaire . En même temps, le contact de surface entre l'obturateur I et le siège est relaché par le siège se déformant dans la direction de l'axe mineur et reprenant son extension plus grande et totalement circulaire dans cette direction. Pendant la principale partie du mouvement tournant de l'obturateur, de sa position fermée à sa position ouverte et inversement, l'obturateur n'est pas en contact avec le siège 18 cexiest bien entendu très avantageux d'un point de vue usure. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné 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. Robinet-vanne papillon du type comprenant un boîtier de vanne avec un siège de vanne et un obturateur agencé pour être tourné autour d'une tige traversant ledit boîtier entre une position ouverte et une position fermée dans laquelle une face d'étanchéité dudit obturateur est pressée contre ledit siège dans ledit boîtier, caractérisé en ce que ladite face d'étanchéité (4) a deux sections opposées et essentiellement de forme sphérique (h, i) coupées par un plan de symétrie à travers ledit obturateur, coïncidant avec ledit axe de torsion (a) dudit obturateur, et deux sections de forme essentiellement conique (f, g) de chaque côté dudit plan de asymétrie entre les deux sections essentiellement sphériques et essentiellement coniques, et en ce que lesdites sections essentiellement sphériques et essentiellement coniques se confondent successivement l'une avec l'autre. 2. Robinet-vanne papillon selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de torsion (g) parallèle au plan déterminé par la courbe (a) précité passant autour de la circonférence de la face d'étanchéité précitée, est agencé si loin dudit plan que les perpendiculaires (d, e) des points d'intersection (f, g) entre ladite courbe de forme essentiellement elliptique (a) et son axe majeur par rapport à l'axe de torsion (a) forment les angles de 900 + 2 et 900 - X respectivement, par rapport aux lignes génératrices desdites surfaces coniques, ledit angle X étant essentiellement égal à l'angle o entre l'axe des surfaces de forme conique et une perpendiculaire au plan formée par ladite courbe essentiellement elliptique (a). 3. Robinet-vanne papillon selon la revendication 2, car téris en ce que I'angle0Cprécité est compris entre 5 et 80. 4. Robinet-vanne papillon selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pente supérieure des surfaces coniques précitées est comprise entre 10 et 40 O 5. Robinet-vanne papillon selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le siège de vanne précité est formé d'une bague comparativement plane (18) agencée de façon à pouvoir être déplaçable en direction radiale dans une gorge dans le boîtier de vanne (5) précité. 6L Robinet-vanne papillon selon la revendication 5 caractérisé en ce que la bague (18) précitée est de forme circulaire en position de repos.