Brevet FR2503825A1 — publié le 19821015

Vanne haute pression sans chapeau et son procédé de dénontaae. La présente invention concerne des améliorationsap- portées à des vannes et plus particulièrement des améliora- tions apportées à des vannes dites sans chapeau pour des applications à hautes pressions. La présente invention con- cerne également un procédé de réparation desdites vannes. Les vannes hautes pression sphériques de 12,7 à 101,6 mm, pour le traitement de la vapeur et des hautes pressions dans l'industrie, l'énergie, les chantiers navals, etc, sont fabriquées selon deux manières différentes afin d'éliminer toutes possibilités de fuite entre le corps et le chapeau. On ne peut accepter entre le corps et le cha- peau des joints de garniture qui peuvent permettre des fui- tes. Ce problème est résolu de deux manières bien connues. La première consiste à utiliser un chapeau vissé en place qui est ensuite soudé. Des exemplesde telles vannes com- prennent: la vanne "Univalve" en acier forgé de Rockwell- Edward (marque déposée par Rockwell Flow Control division de Rockwell-Edward); la vanne sphérique modèle 2500Y caté- gorie 1500 de R.P & C, division de White Consolidated In- dustries; les vannes de Henry Vogt Machine Co. de la caté- gorie 771-116 kg: les vannes fabriquées par Bont, et Serseg en France, comportent des tiges qui ne tournent pas. Sont également disponibles les vannes du type à chapeau boulonné qui est ensuite soudé. Des exemples de telles vannes com- prennent les vannes sphériques à contre-siège intégré au chapeau Babcock NICO 3000 type 111-234. Toutes ces vannes sont difficiles à démonter pour un contrôle ou une répara- tion, puisque l'on doit couper la soudure, ce qui est une opération difficile à exécuter dans par exemple une centra- le nucléaire, en environnement radio-actif ou dans des en- droits inaccessibles. De plus, se pose le problème de la réparation ultérieure de la vanne puisque le joint doit être ressoudé, ce qui est coûteux et généralement difficile à réaliser sur le terrain. On a attendu la solution de ce problème pendant un certain nombre d'années. 2503 825 -2- La deuxième manière citée plus haut consiste à uti- liser des vannes du type sans chapeau sans aucune soudure. Des vannes de ce type sont fabriquées en Amérique du Nord par la Demanderesse; Yarway Corporation sous le nom déposé de "Welbond" (marque déposée par Yarway Corporation) et Dresser Industries Inc.. De toute façon, seules les vannes de la Demanderesse sont faites en forgeant un seul corps sans aucune soudure. Dans le cas de Dresser le corps de vanne comprend deux pièces qui sont ensuite soudées ensem- ble pour devenir un seul corps. Dans le cas de Yarway, l'arcade est vissée sur le corps et ensuite soudée de sorte que l'unité devient sans chapeau comme celle de la Demande- resse. Le fabricant allemand Sapag fournit des vannes sans chapeau, mais il existe un problème important de maintenan- ce pour ces vannes. Ce problème concerne le démontage des pièces internes dans la ligne de vissage des contre-sièges ou portées d'étanchéité. Dans toutes les conceptions exis- tantes, le contre-siège doit être vissé dans le corps de la vanne et ensuite recouvert par des bagues d'étanchéité. Ces bagues d'étanchéité sont comprimées dans la chambre d'étan- chéité du corps de vanne afin d'assurer l'étanchéité entre la tige de vanne et le corps de vanne. Pour démonter la vanne, on doit démonter d'abord chaque bague d'étanchéité individuelle, ce qui, bien qu'étant moins coûteux et moins difficile que d'enlever des soudures et de ressouder comme cité plus haut à propos des vannes de type à joints soudés entre le corps et le chapeau, est toujours une opération longue et conteuse. Une fois que les bagues d'étanchéité ont été retirées, on enlève le contre-siège avec un outil spécial et la réparation peut alors commencer. Le montage de telles vannes est relativement simple. On a remarqué que Babcock et Sempell fabriquent des vannes sans chapeau uni- quement pour les applications o un contre-siège n'est pas nécessaire et produisent une vanne à tête boulonnée et sou- dée pour les applications nécessitant un contre-siège. Un premier objet de la présente invention est d'ob- 2503 82' -3- tenir une conception perfectionnée d'une vanne qui ne pré- sente pas les inconvénients cités plus haut. C'est pourquoi un objet important de la présente invention est de fournir un moyen permettant le démontage du contre-siège d'une vanne sans qu'il soit nécessaire tout d'abord de retirer les moyens d'étanchéité ou garnitures tels que des bagues individuelles qui assurent l'étanchéi- té de l'espace entre la tige de vanne et le corps de vanne. Un objet plus important de la présente invention est d'obtenir un moyen simple permettant le démontage des mo- yens d'étanchéité ou garnitures d'une vanne, par exemple les bagues d'étanchéité, et aussi toutes les pièces inté- rieures du corps de vanne et ceci pendant que la vanne res- te soudée au système de tuyauterie. Dans un mode de réalisation de la présente inven- tion, la vanne comporte un corps de vanne, une tige, un contre-siège et des moyens d'étanchéité pour assurer l'étan- chéité entre ladite tige et ledit corps de vanne, le per- fectionnement comprenant: des moyens sur ladite tige pou- vant venir en prise avec ledit contre-siège pour le démon- tage dudit contre-siège dudit corps de vanne en permettant ainsi l'extraction et l'enlèvement du contre-siège du corps de vanne et en supprimant la nécessité de retirer d'abord lesdits moyens d'étanchéité dudit corps de vanne pour per- mettre un accès en vue du démontage dudit contre-siège. Dans un mode de réalisation supplémentaire de la présente invention, on utilise dans le corps de vanne un assemblage comportant: (a) une tige de vanne; (b) des moyens d'étanchéité sur ladite tige pour assurer l'étanché- ité entre ladite tige et ledit corps de vanne; et (c) un contre-siège accouplé à ladite tige de telle manière que des forces de couple positives puissent être transmises de ladite tige audit contre-siège pour le montage ou le démon- tage dudit contre-siège par rapport audit corps de vanne. Dans un mode de réalisation supplémentaire de la présente invention, on utilise un appareil pour démonter, 2503 825 -4- de la vanne, le contre-siège et les moyens d'étanchéité de la tige, sans être obligé de retirer tout d'abord les mo- yens d'étanchéité du corps de la vanne pour avoir un accès permettant le démontage du contre-siège, cet appareil com- portant un organe pouvant venir en prise avec ledit contre- siège pour le libérer de sa position bloquée dans ladite vanne. Un autre mode supplémentaire de réalisation de la présente invention réside dans un procédé de démontage, de la vanne, du contre-siège e-t des moyens d'étanchéité de la tige, sans qu'il soit besoin tout d'abord de retirer les moyens d'étanchéité du corps de la vanne pour permettre d'accéder au contre-siège afin de le démonter, caractérisé par le fait qu'il comprend les phases consistant: (a) à fournir un organe que l'on puisse mettre en prise avec le contre-siège pour pouvoir le démonter de la vanne; (b) à manoeuvrer l'organe de démontage pour desserrer le contre- siège et le faire sortir du corps de la vanne; et (c) à manoeuvrer encore l'organe de démontage pour retirer du corps de vanne le contre-siège et les moyens d'étanchéité. La présente invention est illustrée a titre d'exem- ple par les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe d'une vanne suivant la présente invention; et - les figures 2, 4 et 3 sont respectivement des cou- pes et une coupe partielle de la vanne illustrée sur la fi- gure 1 et montrent les étapes de démontage du contre-siège du corps de vanne. En se référant maintenant en détail au dessin, on voit que l'on y a représenté une vanne 10 comportant un corps de vanne 20; une tige 30; un contre-siège 40 et des moyens d'étanchéité 50, assurant l'étanchéité entre la tige et le corps de vanne 20. Placé sur la tige 30, une piè- ce 60 est en prise avec le contre-siège 40. La pièce 60, comme on le verra plus loin, est utilisée pour désolidari- ser le contre-siège 40 du corps de vanne 20 et permet le démontage et l'extraction du contre-siège 40 du corps de 2503 825 - vanne 20 pendant que la vanne est montée sur la canalisa- tion. Ceci élimine la nécessité de retirer d'abord les moyens d'étanchéité 50 du corps de vanne 20 pour permettre l'accès afin d'extraire le contre-siège 40. La vanne 10 est du type à haute pression sans chapeau. Le corps de vanne 20 est forgé d'une seule pièce et comporte les conduits 21 et 22, le passage de l'un à l'autre à travers le corps de vanne 20 étant commandé par le disque de vanne 23, qui se rapproche et s'éloigne du siège de vanne 24 par suite du mouvement alternatif de la tige 30. Le déplacement alternatif de la tige 30 est comman- dé par la rotation du volant de manoeuvre 70 assemblé et vissé dans la partie supérieure du corps de vanne 20. Ainsi qu'il apparaît clairement sur le dessin et dans la descrip- tion qui va suivre, la tige 30 normalement ne tourne pas pendant les opérations d'ouverture et de fermeture de la vanne 10. Une rotation déterminée du volant manuel 70 dans une première direction déplace uniquement la tige 30 par l'intermédiaire du filetage 30a vers l'extérieur du corps de vanne 20 alors qu'une rotation du volant de manoeuvre 70 dans la direction opposée déplace la tige 30 vers l'inté- rieur du corps de vanne 20. Une échelle graduée 71 est for- mée sur la douille 71a pour montrer le mouvement alternatif de la tige 30 et ainsi le degré d'ouverture et de fermeture du disque 23 commandant le passage et le débit à travers le corps de vanne 20. En se référant au montage du volant de manoeuvre 70, on voit qu'il comporte une douille 72 filetée pour recevoir l'extrémité filetée de la tige 30 qui comporte une paire de méplats 73 dont un seul est représenté, et qui fournit le moyen d'entraînement servant à la rotation déterminée de la tige 30, respectivement pour le démontage et le remontage du contresiège 40, ce que l'on décrira plus complètement par la suite. La douille 72 est maintenue en place dans la partie supérieure du corps de vanne 20 par un écrou de 503 825 - 6 - douille 74 comportant un filetage 74a, et dont la rotation est empêchée par une goupille 74b. Un graisseur 75 permet de lubrifier par l'intermédiaire du passage 75a les file- tages de la tige 30 et de la douille 72. Comme on le verra plus loin, la douille 72 comporte un rebord 72a possédant deux faces 72b et 72c de palier de butée contre lesquelles portent des paliers de butée 76. En se référant à nouveau au volant 70 de manoeuvre età.son montage sur la tige 30, on voit qu'il est maintenu en place d'une manière bien connue en utilisant un jonc d'arrêt 77 et qu'il est claveté en vue de sa rotation par une clavette 78 dans la rainure 78a de clavette. Un joint d'étanchéité 79 est placé entre la douille 72 et la douille filetée 74. Un autre joint d'étanchéité est également pré- vu entre la tige 30 et la paroi intérieure de la douille 71a. La tige 30, ainsi qu'on l'a décrit plus haut, com- porte un moyen 60ocmpenant des cloisons ou dents 61 engrè- nant avec des cannelures 41 du contre-siège 40. Il est clair que le mouvement alternatif de la tige 30 augmente ou réduit l'engrènement entre la tige 30 et le contre-siège 40. Bien que cela n'ait pas été représenté, on peut, si on le désire, allonger le corps de vanne 20 dans l'axe de la tige 30, pour permettre le désengagement total entre les cloisons et les cannelures 61 et 41. La tige 30 est accou- plée à une de ses extrémités au disque de vanne 23 par l'an- neau 26 engagé dans les gorges 26a et 26b formés respecti- vement dans la tige 30 et le disque de vanne 23 et le mou- vement alternatif ou linéaire est transmis ainsi au disque de vanne 23 par la tige 30 à l'intérieur de l'alésage 25. Il est clair que la pièce 60 peut être d'une autre concep- tion n'utilisant pas de cloisons et de cannelures bien que celles-ci soient considérées comme étant des moyens très satisfaisants. Le contresiège 40 comporte une douille 40a munie du filetage extérieur 42 servant à le maintenir en place ?503 825 -.7- par vissage au moyen du filetage 42a à l'intérieur du corps de vanne 20. Comme il est évident sur les dessins, le contre- siège 40 possède une face concave 43 destinée à porter de façon correspondante contre la face convexe 27 du disque de vanne 23, quand il se trouve dans la position complète- ment en retrait et qu'il permet un écoulement maximum à travers le corps de vanne 20 par les conduits 21 et 22. Il est clair que le contre-siège 40 peut être maintenu en place à l'intérieur du corps de vanne 20 par des moyens adéquats autres que les filetages, considérés comme étant des moyens particulièrement adaptés. L'homme de l'art peut facilement concevoir d'autres moyens de fixation et par-là même l'invention n'est pas considérée comme étant limitée par le moyen de fixation décrit. Les moyensd-'étanchéité 50 peuvent être de n'importe quel type adéquat y compris celui montré sur les dessins et qui comprend une série de joints annulaires 51 fabriqués dans un matériau adéquat bien connu. Entre les moyens d'étanchéité 50 et le contre-siège 40 se trouve une rondel- le d'appui 80 en deux pièces servant à aider au démontage des moyens d'étanchéité 50 du corps de vanne 20, comme on va le voir. Un presse-étoupe 90 coulisse dans le corps de vanne 20 et est maintenu en position par la bride 91 maintenu en place par un assemblage 92 par vis et écrou. Ainsi le pres- se-étoupe 90 porte contre les moyens d'étanchéité 50 et permet à la tige 30 de passer librement à travers ces moyens. Les dessins montrent la vanne 10 en position fermée. La manoeuvre de la vanne 10 pour ouvrir le passage à travers le corps de vanne 20 apparaît de façon évidente sur les dessins et d'après la description ci-dessus, et consiste uniquement en une rotation du volant de manoeuvre 70, le débit traversant la vanne étant indiqué par l'échelle gra- duée 71. 2503 825 -8- La vanne 10 est construite à l'aide de matériaux adéquats bien connus, considérés comme étant familiers à l'homme de l'art versé dans la fabrication des vannes. Le corps de vanne 20 qui, comme on l'a vu, est forgé d'une seule pièce, est considéré comme faisant partie du nouveau mode de réalisation suivant l'invention. Pour la maintenance de la vanne 10 en ce qui con- cerne le remplacement du contre-siège 40, il suffit, après avoir démonté le presse-étoupe 90 et les pièces associées, du corps de vanne 20, de positionner les cloisons et les cannelures correspondantes de la pièce 60 et du contre- siège 40 pour qu'elles soient en prise, ce que l'on obtient en tournant l'axe 30 avec une clé plate 73, après le démon- tage des pièces nécessaires pour faciliter cette opération de manière à dévisser ainsi le contre-siège 40 de sa posi- tion bloquée à l'intérieur du corps de vanne 20. Le mouve- ment axial du contre-siège 40 qui en résulte exerce une pression sur la rondelle d'appui 80 qui à son tour applique une pression pour retirer les moyens d'étanchéité 50 du corps de vanne 20. On va se référer aux figures 2 à 4 inclus qui il- lustrent plus clairement l'opération de démontage du contre- siège. La figure 2 montre la tige 30 et plus particulière- ment sa partie cannelée placée en regard du contre-siège 40, prête à appliquer à ce dernier un couple par le systnme de cloisons et cannelures pour démonter le contre-siège quand la tige 30 est tournée avec la clé 73a, (voir fi- gure 3). Pour faciliter l'opération de démontage, on peut noter que le presse-étoupe 90 est retiré et que les écrous 73b et 73c sont montés sur la tige 30, comme le montre la figure 3. La figure 4 montre le contresiège 40 dans sa position déserrée, avant le démontage dans son sens axial et avec les moyens d'étanchéité 50 partiellement retirés du corps de vanne 20. Ainsi, avec le contre-siège 40 démonté de sa posi- tion bloquée dans le corps de vanne 20, il meut être retiré en ligne avec les moyens d'étanchéité 50 et la tige 30. Il 2503 825 - 9 - n'est donc pas nécessaire de retirer d'abord les moyens d'étanchéité 50 du corps de vanne 20 pour avoir un accès permettant le démontage du contre-siège 40. 503 825 - 10 - REVENDICATIONS 1.- Vanne (10) comportant un corps de vanne (20), une tige (30), un contre-siège (40) et des moyens d'étanché- ité (50) pour assurer l'étanchéité entre ladite tige (30) et ledit corps de vanne (20), caractérisée par le fait qu'elle comporte sur ladite tige (30) des moyens pouvant être mis en prise avec ledit contre-siège (40) pour démon- ter ledit contre-siège (40) dudit corps de vanne (20) en permettant ainsi d'extraire et d'enlever ledit contre-siège dudit corps de vanne et en supprimant la nécessité de reti- rer tout d'abord lesdits moyens d'étanchéité (50) dudit corps de vanne pour avoir un accès audit contre-siège pour le démonter. 2.- Vanne suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite vanne est de type à haute pression sans chapeau. 3.- Vanne suivant les revendications 1 ou 2, carac- térisée par le fait que ledit contre-siège (40) est fixé audit corps de vanne (20) au moyen d'un filetage (42). 4.- Vanne suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 ou 3, caractérisée par le fait que les moyens d'étanchéité (50) comprennent une série de joints annulaires (51). 5.- Vanne suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit contre- siège (40) comporte des cannelures (41) et ledit moyen (60) sur ladite tige (30) comporte des cloisons ou dents (61) destinées à venir en prise avec lesdites cannelures dudit contre-siège. 6.- Vanne suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit corps de vanne (20) est une seule piè- ce forgée. 7.- Vanne suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'une rondelle d'ap- pui (80) est placée entre ledit contre-siège (40) et lesdits moyens d'étanchéité (50). 2503 823 - 11 - 8.- Vanne suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes caractérisée par le fait que la tige (30) comporte des moyens pour un entraînement par clé utilisés pour appliquer un couple à ladite tige (30) pour faciliter le démontage dudit contre-siège (40) dudit corps de vanne (20). 9.- Vanne suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée par le fait que ladite tige (30) ne peut pas tourner par rapport audit corps de vanne (20) dans le mode de fonctionnement normal de la vanne. 10.- Vanne suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée par le fait que lesdits moyens (60) sur la tige (30) pouvant être mis en prise avec ledit contre-siège (40) ne peuvent tourner par rapport au- dit corps de vanne (20) dans le mode de fonctionnement nor- mal de la vanne. 11.- Vanne suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que lesdits moyens (60) sur la tige (30) pouvant être mis en prise avec ledit contre-siège (40), peuvent se déplacer dans la directeon de la tige pour respectivement monter ou démonter ledit contre-siège (40). 12.- Ensemble destiné ' être utilisé dans un corps de vanne, caractérisé par le fait qu'il comprend (a) une tige de vanne (30>; (b) des moyens d'étanchéité (50) sur ladite tige pour assurer l'étanchéité entre ladite tige et ledit corps de vanne; et (c) un contre-siège (40) accouplé à ladite tige de telle manière que des forces de rotation positives puissent être transmises à la tige (30) au contre-siège (40) pour le montage ou le démontage dudit contre-siège dans le corps de vanne (20). 13.- Appareil pour démonter d'une vanne son contre- siège (40) et les moyens d'étanchéité (50) sans la nécessité 2503 82-5 - 12 - de retirer d'abord les moyens d'étanchéité du corps de la vanne pour permettre un accès au contre-siège (40) en vue de le démonter, caractérisé par le fait qu'il comporte un organe (60) pouvant être mis en prise avec ledit contre- siège pour libérer ce dernier de sa position o il est fixé à l'intérieur de la vanne. 14.- Appareil suivant la revendication 13, caracté- risé par le fait que ladite vanne est de type à haute pres- sion sans chapeau, que ledit contre-siège est fixé à l'ai- de d'un filetage, et que lesdits moyens d'étanchéité (50) comprennent des joints annulaires (51). 15.- Procédé pour démonter d'une vanne son contre- siège (40) et les moyens d'étanchéité (50) sans la neces- sité de retirer d'abord les moyens d'étanchéité du corps de la vanne pour permettre un accès au contre-siège (40) en vue de le démonter, caractérisé par le fait qu'il com- porte les phases consistant: (a) à former un organe et à le faire venir en prise avec le contre-siège (40) pour le dé- monter de la vanne (b) à manoeuvrer ledit organe pour libérer le con- tre-siège de sa position bloquée à l'intérieur du corps de la vanne; et (c) à manoeuvrer davantage ledit organe pour dé- monter le contre-siège et les moyens d'étan- chéité (50) du corps de vanne (20). 16.- Procédé pour démonter d'une vanne haute pression sans chapeau comportant une tige de vanne (30), un contre- siège (40) vissé en place et des moyens d'étanchéité (50) assurant l'étanchéité entre la tige (30) et le corps de la vanne sans qu'il soit nécessaire de retirer d'abord les moyens d'étanchéité du corps de la vanne pour permettre un accès audit contre-siège (40) afin de le démonter, caracté- risé par le fait qu'il comporte les phases consistant: (a) à former un organe et a le faire venir en pri- se avec le contre-siège (40) pour le démonter de la vanne; 2ç03 82E - 13 - (b) à manoeuvrer ledit organe pour libérer le contre-siège et le dévisser de la position o il est fixé au corps de la vanne; et (c) à manoeuvrer encore ledit organe en conti- nuant de le déplacer dans son sens axial pour extraire le contre-siège et les moyens d'étan- chéité (50) du corps de vanne (20).