Brevet FR2498725A1 — publié le 19820730

La présente invention concerne une vanne permettant un faible dégagement de gaz volatils. Dans les industries chimiques, en particulier dans les usines pétrochimiques et les raffineries d'hydrocarbures, le dégagement dans l'atmosphère de fluides organiques volatils à base d'hydrocarbures, tels que des gaz, soulève un problème. L'une des sources de fuite est constituée par les diverses vannes utilisées dans les équipements de traitement. La plupart des vannes sont équipées de garnitures le long des tiges, mais les tiqes doivent tourner lors de l'actionnement de la vanne. Pour éviter une fuite le long de la tige d'une vanne, la garniture doit être serrée contre elle. Cela induit un contact à friction élevée le long de la tige et rend son fonctionnement difficile. Selon la présente invention, on prévoit une vanne perfectionnée, convenant plus particulièrement dans les industries où le dégagement d'un fluide vers l'atmosphère a été et reste un problème.De façon à réduire ou éliminer sensiblement un tel dégagement le long de la tige d'une vanne, la vanne comporte un agencement mécanique d'étanchéité qui remplace la garniture usuelle. Dans un mode de réalisation recommandé de la présente invention, l'agencement mécanique d'étanchéité comprend des première et seconde bagues d'étanchéité, qui ont chacune une face d'étanchéité à recouvrement en contact avec les faces d'étanchéité à recouvrement d'un rotor relié à la tige de la vanne avec laquelle il tourne. De plus, sur chaque bague est scellé un soufflet dont l'autre extrémité est scellée de manière étanche à une partie d'un ensemble de logement et de retenue de joint.L'ensemble d'étanchéité comporte un raccord permettant l'évacuation du fluide, qui traverse une de ses parties et qui peut btre fermé en cas de mauvais fonctionnement d'une de ses parties. L'ensemble d'étanchéité est de construction modulaire, de sorte qutil peut être facilement remplacé par un autre ensemble identique. Alors que le mode de réalisation recommandé de l'ensemble de la présente invention est représenté et décrit en liaison avec une vanne à porte, il peut être utilisé avec une vanne globe, une vanne papillon ou une vanne à bille ou autre vanne. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe d'une vanne assemblée selon la présente invention; et La figure 2 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'une vanne assemblée selon la présente invention. Une vanne permettant un faible dégagement gazeux vers l'atmosphère selon la présente invention est représentée en 10 dans la figure l.La vanne 10 comprend un corps 12 qui comporte un canal 14 de passage de fluide et une chambre 16 généralement cylindrique. Le canal 14 comprend des ouvertures d'entrée et de sortie opposées 18 et 20, respectivement, et des éléments rapportés 22 et 24 dans ces ouvertures, chaque élément définissant un siège de vanne 26 et 28, respectivement,les sièges se trouvant à l'intérieur de la chambre 16. Les ouvertures d'entrée et de sortie 18 et 20 peuvent également fonctionner en ouverture de sortie et d'entrée, respectivement. Une porte 30 est située dans la chambre 16 et comporte des faces opposées 32 et 34 qui sont destinées à s'appuyer sur les sièges 26 et 28, respectivement.La porte 30 comporte une queue 36 qui supporte un élément rapporté 38, fileté intérieurement, en haut des faces 32 et 34 de la porte. La queue 36 et la partie rapportée 38 reçoivent une tige 40 de vanne munie extérieurement de filets 42 qui sont appariés aux filets de la partie rapportée 38. Comme on le verra facilement, la rotation de la tige 40 provoque le déplacement axial de la porte 30 soit vers le haut soit vers le bas, selon le sens de rotation de la tige, celle-ci restant dans la position représentée. A son extrémité, la tige 40 est munie d'une poignée 44 permettant de la faire tourner. La poignée 44 est fixée à la tige 40 par un écrou 46 vissé sur la partie filetée de la tige. Un couvercle 50 est boulonné au corps, ou fixé d'une autre manière à celui-ci; il comprend une cavité 52 qui communique avec la chambre 16 du corps 12 et avec l'ouverture centrale que traverse la tige 40. La cavité 52 est munie d'un siège arrière 54 sur lequel repose l'extrémité 56 de la queue 36 de la porte 30 lorsque la porte se trouve dans sa position la plus élevée. Le couvercle 50 est réalisé de façon à former une cavité 58 qui supporte des parties d'un palier de butée 60, et une cavité 62 qui re çoit une collerette 64 de retenue de joint. La collerette 64 est rendue solidaire, par exemple par soudure (comme représenté en figure 1), par boulonnage ou autre moyen de fixation, du couvercle et retient des parties du joint mécanique 66 qui sera décrit ultérieurement.Pour enlever la collerette 64 du couvercle du mode de réalisation de la figure 1, il est nécessaire de désouder la collerette et le couvercle. Le palier de butée 60 comprend une paire de douilles de butée 68, 70 façonnées de façon à recevoir un élément 72 de retenue de tige, généralement annulaire, qui est solidaire de la tige 40. La collerette 64 comporte une lèvre annulaire inférieure 74 qui bute contre la surface supérieure de la douille 68, l'élément de retenue étant vissé dans le couvercle 50 ou boulonné à celui-ci. La collerette 64 comporte une cavité 76 définie en partie par la lèvre 74,la cavité 76 recevant le joint mécanique 66. Le joint 66 comprend une bague supérieure d'étanchéité 78 et une bague inférieure d'étanchéité 80, ayant chacune une face à recouvrement 82, 84, respectivement, en contact avec des faces d'étanchéité à recouvrement respectives 86, 88 d'un rotor 90 relié à la tige 40. Une rotation relative entre les faces d'étanchéité en contact ne se produit que lorsque la tige est mise en rotation. Les bagues et le rotor du joint d'étanchéité peuvent être constitués de matériaux servant à la construction des bagues d'étanchéité mécaniques classiques de l'art antérieur. Un soufflet 92 est soudé, ou fixé d'une autre manière, à l'une de ses extrémités à la bague supérieure d'étanchéité 78 et à son autre extrémité à un élément de retenue 94. Un soufflet 96 est, à une de ses extrémités, soudé ou fixé d'une autre manière à la bague inférieure d'étanchéité 80 et à son autre extrémité soudée à un élément de retenue 97 reçu dans la cavité 76. L'élément de retenue 94 est reçu dans une cavité 98 de la collerette 64 et le joint 66 est fixé en position par une collerette 100, vissée sur une partie de la tige 40. Les soufflets 92 et 96 peuvent être constitués d'une pluralité de plaques annulaires soudées alternativement ensemble à leurs circonférences intérieure et extérieure ou, en variante, être formées d'un tube ondulé annulaire sans couture classique comme cela est connu de l'homme de l'art. Les soufflets 92 et 96 sont installés de façon à solliciter vers le rotor 90 les bagues d'étanehéité auxquelles ils sont soudés, de sorte que les faces d'étanchéité respectives sont étanches l'une par rapport à l'autre. Un raccord d'écoulement de fuite 102 est pratiqué dans la collerette 64, qui communique avec la cavité 76 de façon que toute fuite se produisant dans les faces d'étanchéité 84, 88 du joint puisse être éliminée; le raccord 102 peut être utilisé pour surveiller les fuites et les dégagements gazeux si on le souhaite. Le joint mécanique 66, comme on peut le voir, a une construction modulaire et peut être démonté et remonté, comme constituant une unité, même lorsque la vanne est en fonctionnement. Par exemple, si la vanne est ouverte, la porte peut être appuyée sur son siège 54,ce qui permet la réparation et/ou le remplacement des douilles de butée et/ou du joint. En cas de défaillance de la partie inférieure du joint, c'est-à-dire de la bague 80 et de sa face 84, l'orifice 102 peut être fermé, et la partie supérieure du joint comprenant la bague 78 et les faces 82 et 86 deviennent opérationnelles en constituant un joint secondaire, tout en évitant sensiblement le dégagement de fluide vers l'atmosphère. La figure 2 représente un autre mode de réalisation de la vanne de la présente invention,la variante de construction concernant principalement la réalisation de la collerette, représentée ici par la référence 110, les parties identiques de la vanne ayant les mêmes références que dans la figure 1. La collerette 110 est construite de façon à être boulonnée,au moyen par exemple de boulons 112, sur le couvercle 50 et comprend une partie 114 en forme de coupe généralement inversée à laquelle est reliée, par exemple par soudure, une bague 116. Le soufflet inférieur 96 est relié à la bague 116, alors que le soufflet supérieur 92 l'est,par exemple par soudure, à la partie 114. Un orifice 117 est pratiqué dans la partie 114, dont la fonction est identique à celle de l'orifice 102 de la figure 1. Un élément 118 en forme d'écrou à tête hexagonale est en contact avec la partie supérieure du rotor 90 et positionne un manchon 120 pour le passage de la tige 40. Comme on le comprendra facilement, le fonctionnement de ce mode de réalisation est sensiblement identique à celui du mode de réalisation représenté en figure 1. Les types et natures des matériaux devant être utilisés dans la construction du joint de vanne décrit précédemment restent du domaine de l'homme de l'art. De préférence,les matériaux choisis doivent résister à la corrosion, et dans les endroits ob les pièces sont soudées, doivent être des matériaux soudables. Le choix des matériaux peut être également fonction de problèmes de température, qui restent aussi du domaine de l'homme de l'art. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Vanne à porte pour fluide permettant un faible dégagement de fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (12) renfermant un siège (26, 28), un couvercle (50) solidaire du corps; une tige (40) traversant le corps et le couvercle qui supporte une porte (30) prévue pour s'appuyer sur le siège;; - un moyen de joint mécanique d'étanchéité (66) associé à la tige (40) et au couvercle (50) pour rendre étanche la tige dans le corps (12) et réduire sensiblement les fuites de fluide le long de la tige tout en permettant sa rotation, ce joint mécanique pouvant être enlevé du couvercle et remplacé sous forme d'une seule unité et comprenant un rotor (90) relié à la tige (40) pour tourner avec elle, le rotor (90) comportant une face d'étanchéité généralement plane (86 ou 88), une bague d'étanchéité (78 ou 80) entourant l'arbre comportant une face d'étanchéité (82 ou 84) en regard de la face d'étanchéité du rotor (86 ou 88) avec laquelle elle est en contact, et un moyen de soufflet (92 ou 96) relié à la surface de la bague d'étanchéité et parallèle à celle-ci, ce moyen de soufflet étant également relié à un support (94 ou 97) pour renfermer toute fuite se produisant le long de la tige dans une zone contiguë à la tige, puis la faire déboucher dans l'atmosphère. 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor comporte une seconde face d'étanchéité plane (86), et en ce que le joint mécanique d'étan chéité comporte une seconde bague d'étanchéité (78) ayant une face d'étanchéité (82) en regard de la seconde face d'étanchéité du rotor et en contact avec celle-ci, et un moyen de soufflet (92) relié à la seconde bague d'étanchéité et à un élément de retenue d'étanchéité (94), cet élément étant fixé en position par rapport au rotor. 3 - Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une collerette (64) comportant une cavité (76), cette cavité contenant le joint d'étanchéité (66) et pouvant être montée et enlevée comme une même unité vis-à-vis du couvercle. 4 - Vanne à porte, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (12) ayant des sièges (26, 28) et une porte (30) mobile de façon à s'appuyer sur les sièges et à s'en éloigner, la porte étant supportée pendant son mouvement par une tige allongée (40) traversant le corps jusqu'à un endroit où la tige peut être mise en rotation, et un joint mécanique d'étanchéité (66) associé activement au corps (12) et à la tige (40) pour éviter sensible ment les fuites de fluide le long de la tige et à travers le corps jusqu'à un endroit extérieur au corps, le joint mécanique comprenant un élément annulaire (90) entourant la tige en un endroit distant de la porte, cet élément annulaire pouvant être mis en rotation avec la tige et ayant au moins une face d'étanchéité (86 ou .88), une bague d'étanchéité stationnaire (78 ou 80) entourant également l'arbre et étant fixée à un support (64), cette bague d'étanchéité (80) ayant une face d'étanchéité (82 ou 84) en regard de la face d'étanchéité (88) de l'élément annulaire (90) et en contact avec celle-ci, un moyen de soufflet (92 ou 96) relié au support (64 à 94 ou 97) et à la bague d'étanchéité, sollicitant ainsi élastiquement les faces d'étanchéité l'une vers l'autre et fixant la bague d'étanchéité au support. 5 - Vanne selon la revendication 4; caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une seconde bague d'étanchéité stationnaire (78) entourant la tige et comportant une face d'étanchéité (823 en regard d'une seconde face d'étanchéité (86) de l'élément annulaire (90) avec laquelle elle est en contact, et un second moyen de soufflet (92) fixé au support et à la seconde bague d'étanchéité sollicitant élastiquement la face d'étanchéité de la seconde bague d'étanchéité pour la mettre en contact avec la sonde face d'étanchéité de l'élément annulaire, ce second moyen de SDU fflet fixant la seconde bague d'étanchéité au support. 6 - Vanne (10) à porte, caractérisée en ce qu'elle comprend une porte mobile (30) destinée à s'appuyer contre des sièges (26, 28) formés dans un corps (50) de la vanne et un joint mécanique d'étanchéité (66) permettant d'éviter sensiblement les fuites de fluide entre la vanne et l'atmosphère, ce joint mécanique pouvant être remplacé lorsque la vanne fonctionne et comprenant un logement en forme de coupe prévu pour être relié au corps et en être désolidarisé, une bague centrale (90) associée à un élément rotatif (40) d'actionnement de vanne, cette bague comportant une paire de faces (86, 88) généralement planes et parallèles disposées radialement, une première bague d'étanchéité (78) en regard d'une des faces et une seconde bague d'étanchéité (80) en regard d'une seconde face, les bagues d'étanchéité comportant chacune une face d'étanchéité plane et parallèle, disposée radialement (82, 84) en regard de la face respective de l'élément annulaire et en contact avec elle, et des moyens (92, 96) sollicitant élastiquement les faces en contact Itune vers l'autre. 7 - Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens cités en dernier comprennent des premier et second soufflets (96, 92), le premier soufflet (96) étant relié au logement et à la première bague d'étanchéité (80), et le second soufflet (92) au logement et à la seconde bague d'étanchéité (78). 8 - Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un canal de sortie (102, 117) dans le logement pour extraire le fluide passant radialement vers l'extérieur à travers une paire de faces d'étanchéité en regard. 9 - Vanne à porte, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (12) définissant une cavité (16) dans laquelle est située une porte (30), la porte pouvant s'appuyer sur des moyens de siège de vanne (22, 24, 32, 34) dans le corps, la porte étant reliée à une tige (40) et étant mobile par rotation de la tige, la tige traversant le corps jusqu'à un endroit situé à l'extérieur du corps et à partir duquel toute fuite de fluide le long de la tige en provenance de la cavité est sensiblement éliminée par un moyen de joint primaire et de joint secondaire (78, 80), le moyen de joint mécanique d'étanchéité (65) pouvant être inséré et extrait comme une même unité depuis une cavité (76) du corps et comprenant un élément central annulaire ressemblant à une rondelle (90) pouvant tourner avec la Li- ge et ayant des faces d'étanchéité radiales (86, 88), le moyen de joint primaire comprenant une première bague d'étanchéité (80) avec une face d'étanchéité (84) en contact avec l'une des faces d'étanchéité radiales et étant sollicité vers celle-ci par un moyen de soufflet (96) étanche vis-à-vis de la bague d'étanchéité et vis-à-vis d'un logement (97) du joint et autour de la tige de façon qu'une fuite de fluide le long de la tige soit enfermée à l'intérieur du moyen de soufflet, un moyen (102) dans le logement de joint pour enlever le fluide de fuite passant entre les faces d'étanchéité en contact de l'élément annulaire et de la première bague d'étanchéité, et un moyen de joint mécanique secondaire (78, 82,92) pouvant fonctionner en cas de mauvais fonctionnement du moyen de joint primaire. 10 - Vanne selon la revendication 9, caractérisée en ce que le moyen de joint mécanique secondaire (78, 82, 92) comprend une seconde bague d'étanchéité (78) avec une face d'étanchéité (82) en contact avec l'autre face d'étanchéité radiale et sollicitée vers celle-ci par un moyen de soufflet (92) en contact étanche avec la seconde bague d'étanchéité et avec le logement (94) de joint et, autour de la tige, de façon qu'une fuite soit enfermée à l'intérieur du moyen de soufflet cité en second lieu. 11 - Vanne, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (12) ayant un moyen de vanne actif (30, 32, 34) associé à une tige allongée (40) traversant le corps jusqu'à un endroit où la tige peut être mise en rotation, et un joint mécanique (66) associé de manière active au corps et à la tige pour éviter sensiblement une fuite de fluide le long de la tige et à travers le corps jusqu'à un en droit situé à l'extérieur du corps, le joint mécanique (66) comprenant un élément annulaire (90) entourant la tige (40) en un endroit distant du moyen de vanne, cet b.lé- ment annulaire (90) pouvant tourner avec la tige et ayant au moins une face d'étanchéité (86, 88), une bague d'étanchéité stationnaire (78, 80) entourant également la tige et étant fixée à un support (64, 94, 97), la bague d'étanchéité (80) ayant une face d'étanchéité (82, 84)en regard de la face d'étanchéité de l'élément annulaire et en contact avec celle-ci, un moyen de soufflet (92, 96) relié au support (97) et à la bague d'étanchéité sollicitant ainsi élastiquement les faces d'étanchéité l'une vers l'autre et fixant la bague d'étanchéité au support. 12 - Vanne selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une seconde bague d'étanchéité stationnaire (78) entourant la tige et ayant une face d'étanchéité (82) en regard d'une seconde face d'étanchéité (86) de l'élément annulaire (90) et en contact avec celle-ci, et un second moyen de soufflet (92) fixé au support (64, 94) et à la seconde bague d'étanchéité, sollicitant élastiquement la face d'étanchéité de la seconde bague d'étanchéité pour l'amener en contact avec la seconde face d'étanchéité de l'élément annulaire, ce second moyen de soufflet fixant la seconde bague d'étanchéité au support. 13 - Vanne logée dans un corps et comportant un joint mécanique d'étanchéité (66) pour éviter sensiblement une fuite de fluide entre la vanne et l'atmosphère,caractérisée en ce que le joint mécanique (66) est remplaçable lorsque la vanne fonctionne, et comprend un logement (64) destiné à être relié au corps (12) et à en être désolidarisé, une bague annulaire centrale (90) associée à un élément rotatif (40) d'actionnement de vanne, cette bague annulaire ayant une paire de faces généralement planes et parallèles disposées radialement (88, 86), une première bague d'étanchéité (80) en regard d'une première (88) des faces et une seconde bague d'étanchéité en regard d'une seconde des faces, les bagues d'étanchéité ayant chacune une face d'étanchéité plane et parallèle disposée radialement (84, 82) en regard de la face respective de l'élément annulaire et en contact avec elle, et un moyen (96, 92) solli citant élastiquement les faces de contact l'une vers l'au- tre. 14 - Vanne selon la revendication 13, caractérisée en ce que le moyen cité en dernier comprend des premier et second soufflets (96, 92), le premier soufflet étant relié au logement et à la première bague d'étanchéité,le second. soufflet étant relié au logement et à la seconde bague d'étanchéité. 15 - Vanne selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un canal de sortie (102, 117) dans le logement pour enlever le fluide passant radialement vers l'extérieur à travers une paire de faces d'étanchéité en regard. 16 - Vanne, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (12) définissant une cavité (16) dans laquelle est situé un moyen de vanne (30) relié à une tige (40), ce moyen de vanne étant actionné par rotation de la tige, la tige traversant le corps jusqu a un endroit situé à l'extérieur de celui-ci et à partir duquel une fuite de fluide le long de la tige provenant de la cavité est sensiblement éliminée par un moyen de joint primaire et de joint secondaire (66, 80, 78), le moyen de joint mécanique d'étanchéité (66) pouvant etre inséré et enlevé, comme un même ensemble, d'une cavité du corps et. comprenant un élé- ment central annulaire en formes de rondelle {9Si pouvant être mis en rotation avec la tige et ayant des faces d'étanchéité radiales (86, 8-6), le moyen de joint primaire comprenant une première bague d'étanchéité (EL) avec une face d'étanchéité (84) en contact avec l'une des faces d'étanchéité radiales et étant sollicitée vers celle-ci par un moyen de soufflet (96) en contact étanche avec la bague d'étanchéité et avec un logement (97, 64) de joint et autour de la tige, de sorte qu'une fuite de fluide le long de la tige est enfermée à l'intérieur du moyen de soufflet, un moyen (102, 11x) dans le logement de joint pour enlever la fuite de fluide passant entre les faces d'étanchéité en contact de ltélément annulaire et de la première bague d'étanchéité, et un moyen de joint mécanique secondaire (78, 82) pouvant fonctionner en cas de mauvais fonctionnement du moyen de joint primaire. 17 - Vanne selon la revendication 16, caractérisée en ce que le moyen de joint mécanique secondaire comprend une seconde bague d'étanôhéité (78) avec une face d'étanchéité (82) en contact avec l'autre des faces d'étanchéité radiales et sollicitée vers celle-ci par un moyen de soufflet (92) en contact étanche avec la seconde bague d'étanchéité et avec le logement (94, 64) de joint et autour de la tige de sorte qu'une fuite est enfermée à l'intérieur du moyen de soufflet cité en second lieu.