Brevet FR2508587A1 — publié le 19821231

VANNE A PAPILLON MUNIE D'UN JOINT D'ETANCHEITE DEFORMABLE. La présente invention concerne les vanncs permettant le réglage de débit d'un fluide, et plus particulière1ent les vannes de type à papillon. Les vannes à papillon actuellement utilisées comportent un corps creux muni d'un alésage principal destiné à être raccordé à destéléments de tuyauteries d'entrée et de sortie. Un clapet rotatif de type papillon est actionnable par l'intermédiaire d'un axe d'entraînement diamétral traversant le corps par un alésage secondaire radial.Le papillon peut être manoeuvré entre une première position dans laquelle il est tourné de profil dans l'alésage pour laisser circuler un fluide, et une seconde position dans laquelle le papillon est tourné de face pour obturer-ltalésage. L'étanchéité est assurée par un joint dtétanchéité annulaire logé dans l'alésage selon un plan trans versas, et dont la face extérieure est en contact étanche avec le corps et dont la face intérieureest en regard du pourtour du papillon pour assurer llétanchéité en position fermée. De telles vannes sont particulièrement adaptées pour la régulation de circulation d'un fluide de type liquide ou gazeux. Cependant, leur utilisation pour des fluides comportant des particules solides entratne une usure rapide des joints d'étanchéité car les particules solides se logent entre le papillon et le joint lors de la manoeuvre du papillon. Ces particules sont le plus souvent abrasives, et cela produit une perte d'étanchéité rapide du dispositif. Autre part, lorsque l'on veut utiliser une telle vanne papillon pour la régulation d'un débit important, ou de fluides sous des pressions importantes, le couple de frottement réalisé par les surfaces en contact du papillon et des joints d'étanchéité est particulièrement important, àe qui gêne considérablement la manoeuvre du papillon. En outre, lors du réglage de débit de fluides chauds, la température produit des dilatations différentielles et des déformations tendant à réduire l'étanchéité du dispositif0 Cela limite les possibilités d'utilisation de telles vannes car les joints peuvent difficilement rattraper les jeux importants. La présente invention a notamment pour objet d'obvier aux inconvénients des dispositifs connus en proposant une vanne à papillon dans laquelle l'usure des joints d'étanchéité est supprimée ou considérablement réduite. En outre, si une telle usure vient à se produire, le dispositif rattrape automatiquement le jeu pour assurer une excellente étanchéité. Selon un autre objet de l'invention, le dispositif présente un couple de frottement relativement faible lors de la manoeuvre du papillon, ce qui permet les applications pour des pressions et des débits importants. Selon un autre objet de l'invention, la vanne papillon peut être utilisée pour commander le débit de fluides chauds, les dila, tations différentielles et les déformations étant compensées automatiquement par le dispositif pour assurer une bonne étanchéité o Pour ce faire, et selon une caractéristique de l'invention, le joint d'étanchéité est réalisé en une matière déformable, et est soumis à des moyens de serrage réversibles permettant de modifier à volonté, sous ltaction de moyens de commandes extérieures, la géométrie de sa surface intérieure entre un premier état dans lequel cette surface est serrée pour être plaquée contre le pourtour du papillon lorsque celui-ci est en position fermée, et un deuxième état dans lequel la surface intérieure est écartée pour libérer le papillon.Ainsi, lors de la manoeuvre du papillon, on maintient le joint d'étanchéité dans le second état, de sorte que le couple de frottement est faible et la manoeuvre du papillon est aisée, et les particules solides et abrasives présentes dans le fluide passent librement entre le papillon et le joint sans s'opposer à la rotation du papillon. L'usure est ainsi pratiquement supprimée. En outre, les moyens de serrage permet tent de rattraper le jeu entre le joint et le papillon, de sorte qu'une usure éventuelle ou une déformation thermique peut être rattrapée quelque soit son importance. Selon une autre caractéristique de l'invention, le joint est réalisé en une matière élastique et conformé pour être dans le second état en l'absence de pression de serrage ; ainsi, son élasticité tend à le rappeler dans le second état, de sorte qu'il est inu- tile de prévoir des moyens de serrage produisant l'écartement du joint. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de serrage appliquent une pression de serrage sur le pourtour de la surface extérieure du joint, pour le déformer en le resserrant autour du papillon. On dispose ainsi une gorge annulaire reliée à des moyens de commandes extérieures par une canalisation traversant le corps pour admettre un fluide sous pression. Pour celat la face extérieure du joint comporte une portion centrale cylindrique, disposée en regard d'une gorge annulaire ménagée dans le corps ; le joint comporte, de chaque côté de la portion centrale, des rebords en queue d'aronde insérés dans des logements correspondants du corps pour assurer le maintien des bords du joint à l'encontre de l'action des moyens de serrage et 1' étanchéité entre la bague et le corps. Selon une autre caractéristique de linvention, le papillon est monté à coulissement le long de son axe d'entrainement, de sorte que son centrage est assuré par rapport au joint. 1)1 autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles t - la figure 1 représente une vue en coupe dtune vanne selon la présente invention : la moitié gauche de la figure représente la vanne en position ouverte, et la moitié droite de la figure représente la vanne en position fermée ; et - la figure 2 représente une vue de face de la vanne selon la présente invention : la moitié gauche de la figure représente la vanne en position ouverte, et la moitié droite de la figure représente la vanne en position fermées Comme le représentent les figures, la vanne comprend un corps 1 muni dun alésage principal 2 par lequel peut circuler un fluide passant d'une tuyauterie d'entrée 3 à une tuyauterie de sortie 4. Un clapet 5 de type papillon, ayant une forme générale de disque, est inséré dans l'alésage 2 et peut être actionné par rotation autour d'un axe d'entraînement diamétral 60 L'axe 6 traverse le corps 1 par un alésage radial 7 pour etre actionné par des moyens de manoeuvre non représentés sur les figures. Un joint d' étanchéité en forme de bague 8 est inséré dans alésage 2 pour assurer 1' étanchéité entre le clapet papillon 5 et le corps 1. La bague 8 est en matière déformable, et comporte une surface intérieure 9 délimitant l'espace dans lequel évolue le papillon 5, et une surface extérieure 10 coopérant avec le corps 1.La surface extérieure 10 comporte une portion centrale 11 cylindrique, disposée en regard d'une gorge annulaire 12 ménagée dans ia surface de l'alé- sage 2 du corps 1 ; la portion centrale 11 est limitée par des rebords annulaires 13 et 14 venant se loger dans des logements correspondants 15 et 16 prévus dans le- corps ; les rebords 13 et 14 sont de préférence conformés en queue d'aronde comme le représente la figure 1.La bague 8 est ainsi maintenue en position par les logements 15 et 16 dans lesquels elle est pressée par les extrémités des tuyauteries d'entrée 3 et de sortie 40 La gorge annulaire 12 est reliée, par une canalisation 17 traversant le corps 1, à des moyens de commande extérieurs non représentés sur les figures, permettant d'admettre dans la gorge 12 un fluide sous pression pour provoquer le gonflement de la bague 8 et le déplacement de sa surface intérieure 9 en direction du papillon. Un joint d'étanchéité 18 est disposé dans l'alésage radial 7 le long de l'axe d'entrainesent 6, entre le compartiment réalisé par la gorge 12 et l'atmosphère extérieure. Le centrage du papillon 5 par rapport à l'alésage 2 est réalisé en montant à coulissement le papillon 5 sur l'axe d'entratne- ment 6 ; on munit pour cela le papillon de cannelures 19 sur une portion de sa longueur, coopérant avec des cannelures correspondantes de I'axe d'entrainement 6. Comme le représentent les figures, le clapet 5 a un diamètre extérieur sensiblement inférieur au diamètre de 11 alésage 2, et l'épaisseur de la bague 8 est inférieure à la différence entre le rayon du papillon 5 et le rayon de l'alésage 20 Ainsi, la bague peut être dans un premier état dans lequel la pression exercée par le fluide dans la gorge 12 produit le repoussement de la surface extérieure 9 de la bague en direction du papillon 5 pour assurer 1' étanchéité du dispositif ; dans un second état, la pression du fluide dans la gorge 12 est supprimée et la bague 8 libère le papillon 5.Le retour de la bague 8 dans ce second état peut être effectué de manière simple en prévoyant une bague réalisée en une matière élastique, et conformée pour se trouver dans le second état en ltabsence de pression dans la gorge 12 : à l'état de repos de la bague, sa surface intérieure 9 doit ainsi former un cylindre de diamètre légèrement supérieur au diamètre du papillon 5. Dans-certaines applications, on pourra utiliser des moyens de commande extérieurs permettant de mettre sélectivement en communi- cation la gorge annulaire 12 et 11 intérieur de 11 élément de tuyauterie d'entrée, pour produire la pression de serrage nécessaire pour resserrer la bague dans le premier état. En effet, la pression du fluide à commander peut suffire pour assurer le placage de la bague 8 contre le papillon et produire une bonne étanchéité. la bague 8 pourra être réalisée en élastomère ou autre matière déformable habituellement utilisée pour réaliser des joints d' étanchéité. Cependant, pour des applications à hautes températures, on pourra réaliser une bague déformable à base de métallo Dans tous les cas, il est préférable de réaliser une bague d'épaisseur relativement importante : omette épaisseur sera de préférence comprise entre cinq et dix pour cent du diamètre du papillon 5 de façon à assurer une bonne répartition des efforts de pression. ltétanchéité entre la canalisation de fluide å commandeur et la gorge annulaire 12 est réalisée en prévoyant d'engager en force ltaxe dtentraSnement 6 dans un alésage radial de la bague 8, le diamètre de l'alésage étant réalisé de diamètre inférieur au diamètre de l'axe. Le fonctionnement du dispositif est le suivant : en position ouvertetle papillon 5 est disposé de profil dans 11 alésage 22 comme le représente la partie gauche de la figure 1. Dans ce cast la bague 8 est dans le second état, c'est & dire que la pression du fluide présent dans la gorge 12 est faible de sorte que la face intérieure 9 libère le papillon 5. Des particules solides en suspension dans le fluide à commander peuvent passer librement entre le papillon 5 et la bague 8, notamment par les intervalles 200 Pour fermer la vanne, on tourne le papillon au moyen de ltame 6 pour laminer en position fermée représentée sur la partie droite de la figure 1, puis on admet le fluide sous pression dans la gorge 12 pour provoquer le gonflement de la bague 8. Lors de l'admission du fluide dans la gorge 12, les rebords 13 et 14 de la bague sont maintenus dans les logements correspondants 15 et 16 de sorte que seule la portion centrale de la bague se gonfle pour se plaquer contre le papillon 5.Lors de ltouverture de la bague, on commence par diminuer la pression dans la gorge annulaire 12, puis on provoque la rotation du papillon 50 On évite ainsi le frottement entre la bague 8 et le clapet 5 provoquant dtune part un couple s'opposant à la rotation du clapet et du papillon 5 et d'autre part usure de ce papillon et de la bague 8. En outre, la possibilité de gonfler la bague 8 par une pression dans la gorge annulaire 12 permet de rattraper un Jeu éventuel dû à une usure ou une déformation thermique o La présente invention ntest pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-aprèsO REVENDICATIONS 1 - Vanne de type à papillon comportant un corps creux ( muni d'un alésage principal (2) destiné à être raccordé à des éléments de tuyauteries d'entrée (3) et de sortie (4), et un clapet rotatif de type papillon (5) dont l'axe dtentraSnement diamétral (6) est solidaire de moyens de manoeuvre permettant de le disposer sélectivement en une première position ouverte dans laquelle le papillon est tourné de profil dans l'alésage (2) pour laisser circuler un nui- de et une deuxième position fermée dans laquelle le papillon (5) est tourné de face pour obturer l'alésage, un joint dtétanchéité en forme de bague (8) étant logé dans l'alésage (2) selon un plan transversal, la surface extérieure (10) de la bague étant en contact étanche avec le corps (1) et sa face intérieure (9) étant en regard du pourtour du papillon (5) pour assurer 11 étanchéité en position fermée, caractérisée en ce que la bague (8) est réalisée en une matière déformable et en ce quelle est soumise à des moyens de serrage réversibles permettant de modiiier à volonté, sous l'action de moyens de commande extérieure, la géométrie de la surface intérieure (9) entre un premier état dans lequel cette surface est serrée pour être plaquée contre le pourtour du papillon (5) lorsque celui-ci est en position fermée, et un deuxième état dans lequel la surface intérieure est écartée pour libérer le papillon. 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague est réalisée en une matière élastique et conformée pour être dans le second état en l'absence de pression de serrage* de sorte que son élasticité tend à la rappeler dans le second état. 3 - Vanne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de serrage appliquent une pression de serrage sur le pourtour de la surface extérieure de la bague. 4 - Vanne selon la revendication 3 caractérisée en ce que les moyens de serrage comprennent une gorge annulaire (12) ménagée sur le pourtour de la bague et en relation avec les moyens de commande extérieurs par une canalisation (17) traversant le corps (1) pour admettre un fluide sous pression. 5 - Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la surface extérieure (10) de la bague comporte une portion cen trale (11) cylindrique, disposée en regard d'une gorge annulaire (12) ménagée dans le corps (1), et des rebords (13, 14) en queue d'aronde insérés dans des logements correspondants (15, 16) du corps pour assurer le maintien des bords de la bague à ltencontre de l'action des moyens de serrage et l'étanchéité entre la bague et le corps. 6 - Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le papillon (5) est monté à coulissement sur son axe d'entraînement (6), de sorte que son centrage est assuré par rapport à la bague. 7 - Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la bague a une épaisseur comprise entre cinq et dix pour cent du diamètre du papillon. 8 - Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de commande extérieurs permettent de mettre sélectivement en communication la gorge annulaire (12) et l'intérieur de l'élément de tuyauterie d'entrée (3) pour produire la pression de serrage nécessaire pour mettre la bague dans le premier état. 9 - Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que l'axe dwentratnement est engagé en force dans un alésage radial de la bague, le diamètre de l'alésage étant réalisé de valeur inférieure au diamètre de i' axe pour assurer l'étanchéité entre la gorge annulaire (12) et les tuyauteries du fluide. 10 - Vanne selon la revendication 9 > caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un joint d'étanchéité (18) disposé autour de l'axe dentraSnement (6) entre la gorge annulaire (12) et l'atmosphère extérieure pour assurer l'étanchéité du compartiment réalisé par cette gorge (12).