Brevet FR2462630A1 — publié le 19810213

La présente invention concerne en général les appareils de robinetterie dont l'obturateur est un papillon discoidal qui, en tournant dans un corps annulaire, permet de régler le débit du fluide circulant dans une tuyauterie, et notamment une vanne à papillon dont le corps assez mince est serré entre deux collerettes ou brides opposés d'une conduite ou d'une tuyauterie. Les appareils de robinetterie de ce type sont classiques. La plupart comportent un siège élastique avec lequel le papillon discoïdal, en tournant, entre en contact étanche par son bord périphérique de manière à fermer l'appareil. I1 s'avère à l'usage que le siège élastique s'use souvent ou se déforme sous la pression là où l'obturateur discoidal entre en contact avec lui, de sorte qu'il laisse passer le fluide. Beaucoup des vannes classiques actuelles à papillon ne comportent aucun dispositif capable de rattraper ou de compenser cette usure, et il faut donc remplacer le siège élastique de l'obturateur dès qu'il commence à s'user. Les sièges élastiques des vannes à papillon sont généralement constitués d'un élastomère synthétique moulé, ou bien d'une autre matière résistant à l'usure et capable de supporter les conditions de fonctionnement prévisibles. Dans la plupart des vannes à papillon, ce siège est à peu près rond de sorte que le papillon discotidal se ferme lorsqu'il est perpendiculaire à l'axe du conduit intérieurement formé par le corps de la vanne. Dans quelques formes de réalisation, ce siège est placé de telle sorte que le papillon discoidal n'est pas perpendiculaire à l'axe du conduit lorsqu'il est en position de fermeture. Mais, dans la plupart des appareils de robinetterie considérés, il n'existe qu'une seule position dans laquelle le papillon entre en contact avec son siège afin de fermer et d'assurer l'étanchéité de la vanne. Dans la plupart des vannes à papillon, on usine généralement le conduit formé par leur corps annulaire de façon à déterminer avec précision la position du siège élastique de leur obturateur afin d'assurer l'étanchéité de la vanne en position fermée. Si, après sa mise en place, ce siège n'est pas parfaitement circulaire dans le corps de la vanne, le papillon discoïdal n'entre pas partout en contact suffisamment étanche avec lui. Si le papillon discoïdal est trop serré contre son siège, il faut déployer une force considérable pour ouvrir et fermer la vanne, ce qui augmente encore l'usure du siège. Dans le cas contraire, la vanne peut fuir, même si elle est fermée à fond. Un autre inconvénient éventuel des vannes à papillon de ce type vient de la déformation permanente de la matière élastique dont est constitué le siège, par suite des efforts qui s'exercent sur lui. Ce phénomène de "fluage à froid" résulte du serrage de la matière élastique dont est constitué le siège entre ses brides de retenue et l'obturateur. Une telle déformation permanente peut provoquer des fuites entre le siège du papillon discoîdal et ce dernier, et le seul remède consiste alors à remplacer ce siège élastique. L'étanchéité souhaitable des vannes actuelles dont le papillon en position de fermeture est perpendiculaire à l'axe du conduit interne de l'appareil n'intervient que lorsque ce papillon parvient à cette position. S'il fait un angle de quelques degrés par rapport à cette position, il paraît ovale lorsqu'on le regarde axialement. La matière élastique du siège ne peut pas rattraper ou compenser cette ovalisation et n'entre plus partout en contact avec le bord périphérique du papillon. Un autre inconvénient éventuel des vannes à papillon de ce type apparaît lorsqu'au cours de leur utilisation règne à l'intérieur une dépression. Dans ces conditions, le siège élastique de l'obturateur peut se déformer en faisant saillie dans le conduit au moment de l'ouverture du papillon, ce (lui limite le débit du fluide traversant la vanne. La présente invention concerne une nouvelle manière de supprimer certains, entre autres, de ces inconvénients au moyen d'un siège d'obturateur qui, monté de façon souple et contenant une bague élastique, peut se déformer partiellement et reprendre sa conformation primitive. Une fois ce siège monté dans le corps de la vanne, la surface périphérique de ce siège est séparée de la paroi du conduit interne de ce corps annulaire par un intervalle circulaire. Grâce à ce montage souple, il n'est pas nécessaire de soumettre cette paroi à un usinage ou un finissage de précision. De plus, la bague souple qu'il contient permet à ce siège de s'ovaliser un peu, tel qu'on le voit en le regardant dans l'axe du conduit.Cette possibilité qu'a ce siège de se déformer transversalement permet au bord périphérique du papillon d'entrer uniformément en contact étanche avec lui lorsque l'angle compris entre son propre plan et le plan qui est perpendiculaire à l'axe du conduit est inférieur à 50 environ pour un observateur placé dans l'axe. Le siège prend alors la forme d'une ellipse dont la conformation correspond à celle de la projection du bord périphérique du papillon, dont il est ainsi possible de modifier la position dans laquelle il est en contact étanche avec son siège, si, par exemple, ce dernier s use ou s'il est nécessaire d'étancher une fuite.Si le papillon ferme la vanne de façon étanche alors qu'il n'est pas encore perpendiculaire à l'axe du conduit interne de cette dernière et si par la suite, il n'assure plus cette étanchéité pour cette position, par suite par exemple de l'usure de son siège, il est alors possible de le faire tourner davantage en le rapprochant de la perpendiculaire en question pour lui faire prendre une nouvelle position d'étanchement. La présente invention concerne donc une vanne à papillon destinée à être montée dans une tuyauterie entre deux brides ou collerettes espacées se faisant face. Les deux faces extrêmes opposées de son corps annulaire rigide comportent d'une part, parallèlement l'une à l'autre, deux surfaces annulaires saillantes, planes et opposées qui sont destinées à être serrées contre les collerettes précitées, d'autre part deux surfaces annulaires qui sont en retrait et radialement vers l'intérieur par rapport aux précédentes. Son corps contient d'une part un siège annulaire et d'autre part, un obturateur rotatif ou papillon qui, en passant d'une position de fermeture à une position d'ouverture, coopère avec ce siège afin de régler le débit du courant de fluide traversant la vanne.Le siège précité, qui est constitué par le support annulaire d'une bague souple qu'il contient, avec laquelle il est en contact élastique et qui est capable de se déformer lorsqu'elle est soumise à des contraintes inégales et de reprendre sa conformation primitive lorsque ces contraintes cessent, forme radialement vers l'extérieur deux rebords extrêmes dont chacun est destiné à être serré entre une des collerettes et une desdites surfaces en retrait. Le corps annulaire rigide de la vanne et le siège annulaire du papillon délimitent entre eux un conduit périphérique annulaire. Le corps rigide d'une des formes de réalisation de la vanne selon l'invention contient deux nervures annulaires séparées par un intervalle qui augmente la section du conduit périphérique précité et permet d'y faire circuler un fluide destiné à maintenir la température du siège entre les limites désirées. Dans une autre forme de réalisation, le papillon est un disque rond relié à une tige qui, traversant en son centre le corps rigide, forme partiellement un col contenant un joint d'étanchement à double action. I1 est possible de relier cette tige à une poignée et à une plaque ronde à secteur denté qui est montée sur le corps rigide, la poignée précitée pouvant être enclenchée entre les dents périphériques du secteur denté de façon à permettre de faire tourner la tige et de la bloquer dans un certain nombre de positions. Dans une autre forme de réalisation, le secteur est percé à sa périphérie d'une rangée en arc de cercle de trous équidistants dans l'un quelconque desquels une clavette d'arrêt maintient le papillon de la vanne dans une position de fermeture partielle et limite son mouvement rotatif. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe transversale, selon la ligne 1-1 de la figure 4, d'une forme de réalisation de la vanne à papillon selon l'invention ; la figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 la figure 3 représente en bout et partiellement en coupe la vanne de la figure 1 la figure 4, qui représente en plan la face supérieure de la vanne de la figure 3, montre notamment la poignée de manoeuvre du papillon et son secteur denté de blocage ; et la figure 5, qui représente partiellement en coupe et de côté une partie de la tige et du papillon, montre une vanne selon l'invention serrée entre deux collerettes ou brides. Comme le montrent les figures 1, 2 et 3, la vanne à papillon selon l'invention comporte un corps annulaire rigide 10 de préférence en fonte, mais-le cas échéant en laiton, en bronze, en fer noduleux, malléable ou ductile, ou encore en acier inoxydable s'il doit résister à la corrosi on dans certaines conditions. Comme le montre la figure 2, ce corps annulaire 10 forme intérieurement deux nervures annulaires 11 qui le longent sur toute sa circonférence, séparées l'une de l'autre par un intervalle annulaire 12. Les surfaces parallèles extrêmes et opposées 13 de ce corps annulaire 10 font l'objet d'un moulage de précision, ainsi que celles 14 des nervures li qui sont en retrait par rapport aux précédentes et situées radialement vers l'intérieur par rapport à elles.A part certaines parties du conduit par lequel passe la tige de manoeuvre de la vanne, aucune surface interne du corps annulaire 10 n'a besoin d'être usinée, toutes pouvant être "brutes de coulée". Une tige 15 capable de tourner autour de son axe passe par le centre du corps annulaire 10 et supporte un obturateur discoldal ou papillon 16 au moyen d'une vis d'assemblage 17, dont l'étanchéité est assurée au moyen d'une rondelle 48 comprimant un joint torique d'étanche ment 18. Une saillie creuse 20 incorporée à la base du corps 10 contient un coussinet 19 autograisseur dans lequel tourne l'extrémité correspondante de la tige 15, à la base de laquelle un tronçon aplati du corps 10 rattrape le jeu correspondant à l'intervalle annulaire 12 qui sépare l'une de l'autre les nervures 11.A sa sortie du corps annulaire 10, la tige 15 tourne dans un autre coussinet autograisseur 21 que contient une saillie creuse 22 qui, comme la précédente 20, fait partie du corps 10. Un siège annulaire 24 contient coaxialement une bague métallique souple 23 percée de deux trous ronds diamétralement opposés 23A par lesquels passe la tige 15. Cette bague 23 est renforcée dans la région de ces trous 23A dont le diamètre est supérieur à celui de la tige 15 afin de permettre à la matière dont est constitué le siège 24 de faire saillie entre cette bague et cette tige. La bague 23 est de préférence en acier ou en tout autre métal convenable très résistant, et elle est noyée dans l'élastomère dont est constitué le siège annulaire 24 qui adhère à sa surface. De préférence réalisé d'une seule pièce par moulage d'un élastomère, ce siège annulaire souple 24 comporte une surface cylindrique intérieure 26 avec laquelle le bord périphérique du papillon discoidal 16 entre en contact à la fermeture de la vanne. Le diamètre intérieur du siège annulaire 24 est inférieur au diamètre externe du papillon 16.Comme le montre la figure 5, le siège 24 est percé de deux trous cylindriques qui se font face et par lesquels passe la tige 15, chacun de ces trous étant bordé d'un bourrelet élastique 24A à surface incurvée qui fait saillie vers l'intérieur afin d'assurer l'étanchéité périphérique de la tige 15. Une fois cette dernière en place, elle comprime et déforme ces bourrelets 24A qui épousent la forme de sa surface cylindrique. Le siège annulaire 24 forme radialement vers l'extérieur deux rebords extrêmes ou brides 27 qui enveloppent les extrémités de la bague métallique 23, de sorte que sa section droite a la forme d'un U. Ces deux brides 27 chevauchent ou recouvrent les surfaces parallèles en retrait 14 des nervures 11.Les surfaces extrêmes de ces brides 27 sont inclinées radialement vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe du courant de fluide qui traverse le corps 10 de la vanne lorsqu'elle est en service, et elles forment chacune deux bourrelets coaxiaux 28 à surface courbe venant du moulage. Lorsque la vanne est en service et serrée entre deux collerettes ou rebords qui se font face, des bourrelets 28 se déforment sous la pression en assurant l'étanchéité du contact entre le siège 24 et les collerettes en question. De chaque côté de la surface intérieure 26 du siège annulaire 24, une cornière radiale à face extrême conique empêche la matière élastique de ce siège de se déformer et de bomber inégalement au moment où les brides 27 sont serrées entre les deux collerettes opposées, ce qui gênerait le fonctionnement du papillon d'obturation 16. Un intervalle annulaire 25 subsiste entre le siège 24 et la surface extrême libre des deux nervures 11, ce qui permet au siège annulaire 24 de se déformer radialement sans entrer en contact étroit avec le corps 10 de la vanne. Comme le montre la figure 1, un prolongement tubulaire ou col 30 du corps 10 entoure la tige 15. L'extrémité libre du col 30 forme un rebord 31 partiellement circulaire. Ce rebord 31 contient, autour de la tige 15, un joint incorporé d'étanchement 32 à double action qui protège la vanne contre les saletés et empêche tout énoule- ment le long de la tige 15, soit de l'intérieur vers l'exté- rieur de la vanne s'il règne une pression dans cette dernière, soit de l'extérieur vers l'intérieur s'il règne dans cette dernière une dépression. I1 est possible de remplacer ce joint à double action par deux joints d'étanchement à simple action en les plaçant dos à dos. Comme le montrent les figures 3 et 4, une vis de calage 34 maintient serrée contre deux méplats de l'ex trémité libre de la tige 15 une longue poignée 33 profilée en U. Deux boulons 37 maintiennent en place sur la face supérieure du rebord 31 une plaque circulaire 35 qui forme, à sa périphérie et sur moins de 900, une rangée de dents équidistantes 36. Sous cette poignée 33 s'articule, au moyen d'un axe 39, un levier de serrage 38 qu'un ressort de compression 40 écarte normalement de cette poignée. L'une des extrémités de ce levier 38 forme une saillie de blocage 41 qui est destinée à s' engager entre deux des dents périphériques 36 de la plaque 35 lorsque le levier 38 est dans sa position normale représentée sur la figure 3. Sur les figures 2 et 4, le papillon 16 est en position fermée, position dans laquelle son diamètre fait un angle compris entre O et 50 environ avec la perpendiculaire à la surface intérieure 26 du siège 24. Dans cette position, il déforme la bague souple 23 en lui donnant une conformation elliptique, ce qui assure l'entrée du bord du papillon 16 en contact étanche sur toute sa périphérie et de façon uniforme avec la surface intérieure 26 du siège 24. La poignée 33 montée au sommet de la tige 15 est alors placée de telle sorte qu'elle fait un angle de 2,50 environ avec le diamètre du papillon dans le sens de la fermeture de ce dernier. Les dents périphériques 36 de la plaque 35 sont au nombre de dix et la rangée qu'elles forment longe un arc de cercle -d'environ 87,50.La poignée 33 supporte une aiguille 42 qui, pointant vers un indicateur de position ou une graduation périphérique portée sur la plaque 35, permet d'identifier chacune des encoches formées entre elles par les dents 36. Cette graduation est constituée par dix repères équidistants 42A longeant un arc périphérique d'environ 87,50 sur la plaque 35.. L'un des deux repères extrêmes 42A correspond à la position "FERMEE"du papillon et se trouve en face d'une des encoches extrêmes du secteur denté, le second de ces repères étant en face de l'autre des encoches extrêmes du secteur denté et correspondant à la position "OUVERTE" du papillon 16, position dans laquelle il se trouve dans l'axe de la vanne. Lorsqu'on fait passer la poignée 33 de sa position "FERMEE" à sa position "OUVERTE", elle décrit un angle d'environ 87,50, et le papillon 16 fait donc finalement un angle inférieur à 2,50 environ avec l'axe de la vanne, position dans laquelle il offre le minimum de résistance à 1' écoulement du fluide qui traverse cette vanne.Deux butées 43 et 44, respectivement formées par deux parties redressées verticalement de la plaque 35, sont placées de manière à empêcher la poignée 33 de dépasser ses deux positions d'ouverture et de fermeture. Une rangée de trous équidistants 43A longe vers l'intérieur une partie de la rangée en arc de cercle des repères 42A. Comme le montrent les figures 1 et 4, il est possible de fixer dans un de ces trous 43A un boulon ou clavette d'arrêt 44A qui limite la course rotative de la poignée 33, et par conséquent, celle de l'aiguille 42 qui vient buter contre ce boulon 44A, en face d'un des repères 42A. Ce boulon d'arrêt 44A constitue donc une butéc qui permet d'arrenter le papillon 16 dans une position dans laquelle il n'est ouvert que partiellement. I1 est aussi possible de mettre deux boulons d'arrêt 44A dans deux distincts de ces trous 43A, de façon à limiter la course angulaire de la poignée 33 et de son aiguille 42 à un angle inférieur à 300 environ. On peut faire passer les boulons 37 qui maintiennent la plaque 35 sur le rebord 31, soit par une boutonnière 45, soit par l'un de deux trous distincts 46 percés dans la plaque 35 et par des trous correspondants percés dans le rebord 31. Ainsi, alors que dans sa position initiale de fermeture le papillon 16 fait un angle de 50 environ avec la perpendiculaire à la surface intérieure 26 du siège (position dans laquelle il est en contact étanche avec cette surface), il est possible, en plaçant le boulon 37 dans l'autre trou 46, de modifier la position de la plaque 35 en la faisant tourner sur le rebord 31 en modifiant ainsi la position de fermeture du-papillon de 50 environ.Dans cette nouvelle position, ce papillon peut être perpendiculaire à la surface intérieure 26 du siège annulaire 24 qui forme alors un cercle épousant la forme du bord périphérique du papillon. Lors du premier montage de la vanne, elle est entièrement fermée lorsque son papillon 16 fait un angle de 850 environ avec l'axe suivant lequel le fluide la traverse. Dans ce cas, le papillon doit tourner de 87,50 pour ouvrir entièrement la vanne, et dans sa position d'ouverture, il fait un angle de 2,50 avec l'axe précité. En revanche, si dans sa position de fermeture le papillon fait un angle de 900 avec cet axe, ce qui peut être nécessaire pour compenser l'usure du siège, lorsqu'il aura tourné de 87,50 pour prendre sa position d'ouverture complète il fera un angle de 2,50 avec l'axe précité La coupe partielle de la figure 5 montre deux collerettes~50 enserrant entre elles les surfaces exté-rieures saillantes et parallèles 13 du corps annulaire 10, ce qui a pour effet de comprimer les brides 27 du siège 24. Les deux bourrelets 28 que montre la figure 2 sont ainsi déformés de façon à épouser la forme des surfaces correspondantes des collerettes 50 entre lesquelles est serrée la vanne. Ces collerettes 50 maintiennent ainsi le siège annulaire 24 en place par rapport au corps 10 en serrant la bague souple 23 que contient ce siège 24 avec l'élastomère duquel elle se déforme.En d'autres termes, ce siège et cette bague peuvent se déformer de façon à rester en contact étanche avec le papillon 16. La matière élastique du siège fléchit, s'étire et se comprime de façon à permettre ce mouvement. La figure 3 montre une forme de réalisation de la vanne selon l'invention dans laquelle un raccord d'admission 55, monté dans la paroi cylindrique du corps annulaire 10, à 900 du trou par lequel y pénètre la tige 15, communique avec l'intervalle ou conduit périphérique interne 12 du corps annulaire 10. I1 est ainsi possible de faire circuler dans ce conduit 12 un fluide de refroidissement ou de chauffage destiné à réler la température du siège 24, ce fluide passant autour de la tige 15 en haut et en bas du corps 10 et traversant les intervalles 25 compris entre le siège 24 et la surface intérieure des saillies creuses 20 et 22. Ce courant de fluide régulateur de température sort du conduit 12 par un raccord d'évacuation 56 identique et diamétralement opposé au raccord d'entrée 55. Si le courant de fluide qui traverse la vanne est très chaud, c'est un fluide de refroidissement qu'on fait circuler dans ce conduit 12 afin de réfrigérer le siège élastique 24, ce qui permet de faire fonctionner la vanne à des températures plus élevées sans risquer de détériorer ce siège annulaire 24. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la vanne à papillon décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Vanne à papillon destinée à être montée dans une tuyauterie entre deux collerettes espacées se faisant face, caractérisée en ce que a) les deux faces extrêmes opposées de son corps annulaire rigide (10) comportent d'une parti parallèlement l'une à l'autre, deux surfaces annulaires saillantes, planes et opposées (13) qui sont destinées à être serrées contre les collerettes, et d'autre part, deux surfaces annulaires (14) qui sont en retrait et radialement vers l'intérieur par rapport aux précédentes (13) b) ce corps (10) contient d'une part un siège annulaire (23, 24) et d'autre part, un obturateur rotatif ou papillon (16) qui, en passant d'une position de fermeture à une position d'ouverture, coopère avec ce siège afin de régler le débit du courant de fluide traversant la vanne c) le siège précité, qui est constitué par le support annulaire (24) d'une bague souple (23) qu'il contient et avec laquelle il est en contact élastique, forme radialement vers l'extérieur deux brides ou rebords extrêmes (27) dont chacun doit être serré entre une des collerettes et une desdites surfaces en retrait (14) ; et d) le corps (10) et le siège annulaire (2, 2ç) délimitent entre eux un conduit périphérique annulaire (12) communiquant avec deux raccords, l'un d'entrée (55) et l'autr-e de sortie (56), de sorte que, lorsque le papillon (16) tourne de façon à prendre sa position de fermeture, il force le siège (23, 24) à se déformer dans le conduit périphérique (12) tout en permettant la circulation dans ce dernier, entre le raccord d'entrée (55) et le raccord de sortie (56), d'un agent fluide. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que son obturateur ou papillon (16) est un disque rond monté sur une tige (15) capable de tourner autour de son axe, qui passe par le milieu du corps (10), ce disque entrant en contact étanche avec la surface interne (26) du support annulaire (24) lorsqu'il fait d'un seul côté un angle compris entre O et 50 environ avec un plan perpendiculaire au trajet du fluide qui traverse la vanne. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites surfaces en retrait (14) sont planes et parallèles. 4. Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que la bague souple (23), qui est en acier, adhère à son support annulaire (24) qui est en élastomère.