Brevet FR2499663A1 — publié le 19820813

ETANCHEITE DE SOUPAPE A CLAPET La présente invention se rapporte à un procédé, ainsi qu'à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce pro- cédé, pour l'étanchéité d'une soupape à siège et clapet comportant un élément obturateur mobile et un siège métal- lique fixe, des surfaces d'étanchéité étant prévues sur l'élément obturateur et sur le siège, ces surfaces d'étan- chéité étant en matière malléable, la surface d'étanchéité de l'élément obturateur étant inclinée par rapport à la di- rection de déplacement de celui-ci et la surface d'étan- chéité de l'élément obturateur étant en matière plus ten- dre que la surface d'étanchéité du siège. De façon usuelle, la surface du siège d'une sou- pape est réalisée en matière plus dure que l'élément ob- turateur ou clapet. La surface du siège est en général à bord vif et elle pénètre partiellement dans le corps de clapet, plus tendre, ce qui engendre des creux et des rai- nures dans ce corps lorsque la soupape est fermée. Comme il est impossible de retrouver exactement la même position relative entre le clapet et le siège de soupape à chaque fermeture de la soupape, la déformation répétée du clapet provoque des fuites de la soupape, même après un petit nombre de cycles de fermeture et d'ouverture. On a essayé d'éviter l'usure des surfaces d'étan- chéité d'une soupape, par l'utilisation de matières de même dureté pour le siège et pour le clapet. Toutefois, en pra- tique, il est impossible d'éviter l'usure. Par suite, la soupape fuit après un certain temps de service, en raison de l'usure qui se produit dans les surfaces d'étanchéité. Suivant un autre procédé connu, le clapet est réalisé en matière plus dure que le siège, comme décrit dans le brevet US NO 3 761 052 qui se rapporte à une vanne à -2- obturateur coulissant. Toutefois, les problèmes d'usure d'une vanne de ce type diffèrent beaucoup de ceux d'une soupape à clapet et cette construction connue ne s'applique donc pas à cette dernière. La présente invention a pour objet une soupape à clapet perfectionnée, qui conserve son étanchéité pen- dant une longue durée d'utilisation malgré un fonctionne- ment répété et l'usure. L'invention est caractérisée en ce qu'on donne au moins à la surface d'étanchéité de l'élé- ment obturateur ou clapet une forme sensiblement sphérique ou la forme d'un autre corps de révolution engendré par une ligne courbe, et en ce que le clapet a une dimension telle, par rapport à la force normale de fermeture de la soupape, que cette force engendre une déformation perma- nente du clapet malléable par le siège de soupape. Par suite, l'étanchéité générale du clapet et du siège de sou- pape est conservée, quelle que soit l'usure de la surface d'étanchéité du clapet. Ainsi, grâce à la malléabilité du clapet, les surfaces d'étanchéité peuvent garder leur for- me d'étanchéité, indépendamment de l'usure normale. Même si la position du clapet est légèrement différente à cha- que fermeture, le clapet se déforme à chaque fois de fa- çon appropriée contre le siège plus dur et la soupape res- te étanche. Ainsi, les surfaces d'&tanchêité de la soupa- pe sont reprofilées en service. L'étanchéité est encore améliorée par le fait que le siège de soupape, c'est-à- dire la partie non déformée, est fixe. La partie de la surface d'étanchéité du clapet en contact avec le siège est agrandie sous l'effet des déformationsproduites par la force de fermeture, de sorte que le clapet est profilé conformément à la surface d'é- tanchéité du siège. De cette façon, la surface de contact entre les surfaces d'étanchéité augmente en raison de l'usure, ce qui est favorable pour l'étanchéité de la sou- - 3 - pape. Dans une application préférée de l'invention, on donne au profil de la surface d'étanchéité du siège, en coupe axiale, un rayon de courbure beaucoup plus grand que celui du profil correspondant de la surface d'étan- chéité du clapet, le profil du siège étant de préférence rectiligne. La partie d'étanchéité du clapet peut être réalisée en alliage au chrome-cobalt, par exemple en "Stel- lite". Il est avantageux d'utiliser des qualités différen- tes d'alliages au chrome-cobalt de façon à choisir pour le clapet une qualité plus tendre que pour le siège. On a constaté que l'augmentation de la surface de contact pendant l'utilisation est très petite, ce qui est favo- rable pour la conservation de la forme géométrique de la surface d'étanchéité. Dans des cas particuliers, par exem- ple dans des soupapes utilisées pour des fluides contenant du chlore, la partie d'étanchéité du clapet peut avanta- geusement être réalisée en polytétrafluoroéthylène ou en matière plastique de propriétés correspondantes, le siège étant réalisé en acier résistant à l'acide. L'invention a également pour objet un disposi- tif d'étanchéité pour soupape à clapet conçue sensible- ment comme décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limita- tive, représentée sur le dessin annexé qui est une coupe axiale d'une soupape à clapet conforme à l'invention. Sur le dessin, le repère 1 désigne un clapet, relié à une tige 2 qui peut se déplacer dans un alésage 8 formé dans un chapeau 3 d'un corps de soupape 4. Le clapet comporte une partie 5,en forme de segment de sphère, qui constitue la surface d'étanchéité du clapet. Un siège conique fixe 6 est placé dans le corps 4. Suivant l'inven- tion, la partie 5 du clapet est réalisée en matière plus tendre que celle du siège 6 de sorte que, à la fermeture de la soupape, la partie 5 du clapet se déforme légère- ment contre le siège plus dur 6. Cela permet à la soupa- pe de rester étanche, malgré son usure. La partie 5 est fixée au clapet 1 par soudure. L'étanchéité de la tige 2 dans l'alésage 8 du chapeau 3 n'est pas décrite en détail, car elle est de type usuel et n'entre pas dans le cadre de l'invention. La soupape comporte, de façon connue, un orifice d'entrée 9, un orifice de sortie 10 et un joint 7 disposé entre le corps 4 et le chapeau amovible 3. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la mise en oeuvre du procédé et du dispositif suivant l'invention, sans sor- tir du cadre de celle-ci. -5- REVENDICATIONS 1. Procédé d'étanchéité d'une soupape à siège et clapet comportant un élément obturateur ou clapet mo- bile et un siège métallique fixe, des surfaces d'étanchéité étant prévues sur le clapet et le siège, ces surfaces d'é- tanchéité étant en matière malléable, la surface d'étan- chéité du clapet étant inclinée par rapport à la direc- tion de déplacement du clapet et la surface d'étanchéité du clapet étant en matière plus tendre que celle de la surface d'étanchéité du siège, caractérisé en ce qu'on donne au moins à la surface d'étanchéité (5) du clapet (1) une forme sensiblement sphérique ou la forme d'un au- tre corps de révolution engendré par une ligne courbe, et en ce que le clapet a une dimension telle, par rapport à la force normale de fermeture de la soupape, que cette force engendre une déformation plastique du clapet mallé- able par le siège (6), ce qui permet de conserver l'étan- chéité générale du clapet et du siège indépendamment de toute usure de la surface d'étanchéité du clapet. 2. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on donne au profil de la surface d'étan- chéité du siège, en coupe axiale, un riycn de courbure beaucoup plus grand que celui du profil correspondant de la surface d'étanchéité du clapet, le profil du siège étant de préférence rectiligne. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que les surfaces d'étanchéité du clapet et du siège, respectivement, sont réalisées en qualités différentes de l'alliage chrome-cobalt appelé "Stellite", dont on utilise la qualité la plus dure pour le siège. 4. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que la surface d'étanchéité du clapet est - 6 - réalisée en polytétrafluoroéthylène ou en_ matière plastique de propriétés correspondantes, et en ce que la surface d'étanchéité du siège est réalisée en acier résistant à l'acide. 5. Dispositif d'étanchéité d'une soupape à siè- ge, pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, qui comprend un clapet mobile (1) et un siège métallique fixe (6), des surfaces d'étanchéité étant prévues sur le clapet et sur le siège, ces surfaces d'étanchéité étant en matière mal- léable, la surface d'étanchéité du clapet étant inclinée par rapport à la direction de déplacement du clapet et la surface d'étanchéité du clapet étant en matière plus tendre que celle de la surface d'étanchéité du siège, caractérisé en ce qu'au moins la surface d'étanchéité (5) du clapet (1) est sensiblement sphérique ou a la forme de tout au- tre corps de révolution engendré par une ligne courbe, et en ce que le clapet a une dimension telle,par rapport à la force normale de fermeture de la soupape, que cette force permet d'obtenir une déformation plastique du cla- pet malléable par le siège, de sorte que la forme d'étan- chéité générale du clapet et du siège est conservée indé- pendamment de toute usure de la surface d'étanchéité du clapet. 6. Dispositif suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que la surface d'étanchéité du siège est cunique et en ce qu'elle est réalisée en alliage chrome- cobalt plus dur que le corps de soupape.