Brevet FR2512513A1 — publié le 19830311

Vanne de commande d'un fluide. L'invention concerne une vanne de commande d'un fluide, notamment une vanne d'arrêt du type quart de tour, utilisable en général pour permettre et interrompre un débit d'un fluide quelconque dans une conduite, en particulier dans les oléoducs, gazoducs, conduites d'eau, de vapeur, etc. Dans la technique actuelle, les vannes utilisées couramment pour la commande d'un fluide, notamment dans des conduites du type oléoduc ou gazoduc, sont soit des vannes à guillotine, soit des vannes à boisseau sphérique ou conique. Les vannes à guillotine comprennent un corps à passage cylindrique rectiligne de fluide qui peut être obturé par une plaque plane logée dans le corps et déplaçable en translation dans un plan perpendiculaire à l'axe du passage de fluide, au moyen d'un système vis-écrou agissant sur une tige filetée solidaire de la plaque obturatrice. L'inconvénient essentiel de cette vanne à guillotine est son volume important et donc, en conséquence, un encombrement important, un poids élevé, et un temps de manoeuvre qui peut être très long si la vanne est de grande dimension et/ou si le couple de manoeuvre est important. Les vannes à boisseau sphérique présentent l'avantage d'un encombrement réduit et l'inconvénient d'un usage délicat et comateux, d'où un prix de revient très élevé. Les vannes à boisseau conique sont très peu utilisées actuellement en raison de la tendance à leur préférer les vannes à boisseau sphérique. Elles présentent, entre autres, l'inconvénient de nécessiter une lubrification périodique, pour éviter un effort de manoeuvre trop important. L'invention a pour objet une vanne de commande de fluide, réunissant les avantages des vannes à guillotine et des vannes à boisseau sphérique ou conique, mais n'en présentant pas les inconvénients. Elle propose à cet effet une vanne comprenant un corps limitant un passage cylindrique de fluide, un obturateur logé dans le corps et propre à être déplacé perpendiculairement à l'axe du passage entre deux positions limites d'ouverture et de fermeture respectivement dudit passage, et des sièges cylindriques qui sont logés dans ce passage de part et d'autre de l'obturateur et sollicités élastiquement à étanchéité contre celui-ci, caractérisée en ce que l'obturateur est une plaque plane montée à rotation dans ledit corps autour d'uniaxe parallèle à l'axe dudit passage. De manière générale, la vanne selon l'invention a un encombrement qui est de 30 à 50% plus faible que celui d'une vanne à guillotine correspondante, son prix de revient est moins élevé que celui d'une vanne à boisseau sphérique ou d'une vanne à guillotine, en raison d'une diminution du poids de matière nécessaire et de sa très grande facilité d'usinage et d'assemblage, et sa durée de manoeuvre est comparable à celle d'une vanne à boisseau sphérique pour un couple de manoeuvre moins important en raison d'une diminution des -frottements. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une vanne selon l'invention; la figure 2 est une vue de face de la plaque obturatrice de la vanne; la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une variante de l'invention. La vanne selon l'invention représentée aux figures 1 à 3 comprend un corps 10 formé de deux demi-coquilles 11 et 12 sensiblement identiques, assemblées l'une à l'autre de façon étanche par tout moyen approprié, avec interposition d'un joint d'étanchéité 13 au voisinage de leur périphérie. Les demi-coquilles 11 et 12 présentent des tubulures cylindriques 14, 15 respectivement, axialement alignées, limitant un passage cylindrique de fluide 16 d'axe 17 perpendiculaire au plan de joint 18 des demi-coquilles. De la façon habituelle, les tubulures cylindriques 14 et 15 se terminent par des brides ou des embouts à souder non représentés, de raccordement à une canalisation de fluide. Chaque tubulure cylindrique 14, 15 débouche, à l'intérieur du corps 10, par deux élargissements ou chambrages cylindriques successifs, dont le premier 19, 20 respectivement est coaxial aux tubulures 14, 15 et dont le second 21, 22 respectivement est de diamètre beaucoup plus important et d'axe 23 parallèle à l'axe 17 des tubulures 14, 15 mais extérieur au passage 16 de fluide. Dans la cavité définie par les chambrages cylindriques 21, 22 est logée une plaque d'obturation 24, plane, montée à rotation autour de l'axe 23. Cette plaque 24 (figure 2) est généralement en forme de secteur angulaire et présente donc deux côtés rectilignes 25 et 36, faisant entre eux un angle de 909 ou légèrement inférieur, par exemple de l'ordre de 70 ou, 800, réunis entre eux par un arrondi 27 au sommet de la plaque et par un bord 28 incurvé en arc de cercle à leurs extrémités opposées. Au voisinage de son sommet, la plaque- 24 présente un trou ou orifice traversant 29, par exemple cylindrique dans lequel est monté solidaire en rotation un arbre de manoeuvre 30 dont l'extrémité extérieure au corps 10 présente par exemple un carré d'entraînement 31. Une des demi-coquilles, par exemple 12, présente un orifice traversant cylindrique 32 d'axe 23 dans lequel 11 arbre 30 est reçu et guidé en rotation. Un dispositif classique d'étanchéité 33 assure l'étanchéité voulue autour de l'arbre 30 à la traversée de la demi-coquille 12. L'extrémité de l'arbre 30 opposée au carré d'entraînement 31 peut être reçue et guidée à rotation dans une cavité cylindrique borgne 34 de l'autre demicoquille 11. La plaque 24 est solidaire en rotation de l'arbre de manoeuvre 30 par tout moyen approprié,par exemple clavette, cannelures, etc.Avantageusement, la plaque 24 est libre en translation sur l'arbre 30. La plaque d'obturation 24 présente un orifice traversant cylindrique 36 formant orifice de passage de fluide, qui présente la même section de passage de fluide que le passage 16 du corps 10. Cet orifice 36 est formé au voisinage d'un des bords rectilignes de la plaque 24 et est ainsi adjacent à une partie pleine 37 de cette plaque, de même dimension, qui est limitée par exemple par une surépaisseur 38 entourant ladite partie pleine 37 et également l'orifice traversant 36. Cette surépaisseur 38, formée sur les deux grandes faces de la plaque 24, est destinée à coopérer à étanchéité avec les faces tranversales d'extrémités de deux sièges cylindriques 39, 40 respectivement, logés dans les chambrages 19, 20 présentés par les extrémités internes en regard des tubulures 14; 15. Ces sièges cylindriques sont montés à étanchéité dans les chambrages, au moyen de joints périphériques d'étanchéité 41, et sont sollicités élastiquement en direction l'un de l'autre par tout moyen approprié, par exemple par des ressorts 42 interposés entre le fond des chambrages 19, 20 et les sièges 39, 40. Cette vanne fonctionne de la façon suivante Dans la position représentée en figure 1, la plaque 24 est dans la position de fermeture du passage de fluide 16, c'est-à-dire que la partie pleine 37 de cette plaque est axialement alignée avec le passage 16. Si l'arrivée du fluide se fait par la tubulure- 14, comme indiqué par la flèche 43, le siège 39 est appliqué par son extrémité avant à étanchéité sur la plaque 24,d'une part par la pression de fluide agissant sur l'extrémité arrière du siège et d'autre part par la poussée élastique développée par les ressorts 42. Plus précisément, l'extrémité frontale du siège 39 est appliquée sur la surépaisseur 38 de la plaque 24 qui entoure la partie pleine 37 et dont les dimensions et l'état de surface ont été déterminés en conséquence. Pour permettre le passage du fluide à travers la vanne, on entraîne la plaque 24 en rotation autour de l'axe 23, au moyen du bras de manoeuvre 30. Celui-ci peut être entraîné par tout moyen approprié, soit par action directe, soit au moyen d'un dispositif réducteur ou démultiplicateur quelconque tel que pignons d'angle, pignon et vis sans fin, réducteur, servo-moteur, etc. L'angle de rotation de la plaque 24 est limité à une valeur inférieure à 90 , qui est la valeur de l'angle (figure 2) entre les rayons passant par les centres des cercles limitant l'orifice traversant 36 et la partie-pleine 37,et par le centre du cercle limitant l'orifice 29 de montage de la plaque sur l'arbre 30.Au cours de cette rotation, les faces frontales des sièges 39 et 40 ne t portent qu'en partie sur les surépaisseurs 38 de la plaque 24, ce qui limite les frottements. L'étanchéité entre ces sièges et la plaque d'obturation n'est plus assurée, jusqu'à ce que la plaque ait été amenée dans sa position de pleine ouverture où le passage traversant 36 est axialement aligné avec le passage de fluide 16 présenté par le corps 10 de la vanne. Dans cette condition, les sièges 39 et 40 sont à nouveau appliqués à étanchéité par leurs extrémités frontales sur les surépaisseurs 38. La rotation de la plaque 24 dans la cavité formée par les chambrages 21 et 22 des demi-coquilles 11 et 12 peut être limitée par des butées présentées par au moins l'une de ces demi-coquilles et venant de fonderie avec celle-ci ou bien qui sont ensuite rapportées aux endroits voulus. Avantageusement, comme representé en figure 1, la plaque 24 peut être guidée à sa périphérie dans une rainure annulaire 45 de la surface interne du corps 10, formée par des chambrages des deux demi-coquilles. On notera que, dans la condition de fermeture de la vanne, il ne peut se développer de pression très élevée entre les deux demi-coquilles dans la cavité logeant la plaque 24. En effet, dans la condition de fermeture, le siège 39 est appliqué à étanchéité sur la plaque 24 par la pression du fluide régnant dans la tubulure d'-amenée 14, de sorte que la pression de fluide emprisonnée entre les deux demicoquilles à l'extérieur des sièges 39 et 40 exerce sur le siège 40 une force de poussée opposée à celle développée par les ressorts 42. Dès que cette force de poussée est supérieure à la force des ressorts, le siège 40 s'écarte de la plaque 24 et la pression emprisonnée entre les deux demicoquilles chute automatiquement. On comprend que diverses modifications et variantes peuvent être apportées au mode de réalisation des figures 1 à 3 qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Par exemple, les demi-coquilles 11 et 12 peuvent avoir une configuration circulaire ou bien être en forme de secteur angulaire, comme la plaque d'obturation 24. Les parties en contact avec le fluide peuvent subir tout traitement approprié, tenant compte par exemple de la nature de fluide, de sa température, etc. Les surfaces de frottement (faces frontales des sièges 39, 40 et surépaisseurs 38 de la plaque) peuvent subir également tout traitement approprié en vue de réduire les frottements, d'augmenter leur résistance à l'usure, etc.Dans une rainure circulaire pratiquée sur la face frontale de chaque siège, on peut insérer ou sertir un joint plastique pour améliorer l'étanchéité en présence de certains fluides. Dans la variante de la figure 4, la plaque obturatrice 50 est représentée montée, dans une demi-coquille 51 du corps de vanne, libre en rotation sur un arbre 52 logé entre les deux demi-coquilles. Cette plaque 50 est sensiblement identique à la plaque 24 du mode de réalisation précédent et comprend un orifice 53 de passage de fluide entouré par une surépaisseur 54 avec une partie pleine 55 d'obturation du passage de fluide 56 présenté par le corps de vanne. Le bord incurvé de la plaque 50 présente une denture 57 engrénant avec la denture 58 d'un pignon 59 logé entre les deux demi-coquilles du corps et solidaire en rotation d'un arbre de manoeuvre 60 traversant à étanchéité l'une des demicoquilles. On voit en figure 4 que le pignon 59 et l'arbre 60 sont disposés au-dessus de la plaque 50. On comprend que la rotation de l'arbre de manoeuvre 60 est transmise par le pignon 59 à la plaque 60 qui est ainsi entraînée autour de l'axe de l'arbre 52. Revendications. 1. Vanne de commande d'un fluide, comprenant un corps limitant un passage cylindrique de fluide, un obturateur logé dans le corps et propre à être déplacé perpendiculairement à l'axe du passage entre deux positions limites d'ouverture et de fermeture respectivement dudit passage, et des sièges cylindriques logés dans ledit passage de part et d'autre de l'obturateur et sollicités élastiquement à étanchéité contre celui-ci, caractérisée en ce que l'obturateur est une plaque plane (24, 50) montée à rotation dans ledit corps (10) autour d'un axe (23, 52) parallèle à l'axe (17) dudit passage (16,56). 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe de rotation (23) de l'obturateur (24, 50) est extérieur audit passage (16, 56). 3. Vanne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'angle de rotation de ladite plaque (24, 50) est inférieur ou égal à 900. 4. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite plaque (24, 50) comprend une ouverture cylindrique (36, 53) de passage de fluide, propre à être alignée axialement avec le passage de fluide (16, 56) présenté par le corps (10), dans la condition d'ouverture de la vanne, et une partie pleine (37, 55) adjacente à l'ouverture (36, 53) et propre à fermer ledit passage (16, 56) dans la condition de fermeture de la vanne. 5. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite plaque (24, 50) présente, sur ses deux faces, une surépaisseur(38, 54) entourant ladite ouverture et ladite partie pleine-, et propre à coopérer avec les faces d'appui des sièges (39, 40) logés dans le passage (16, 56) présenté par le corps. 6. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section de l'ouverture cylindrique (36, 53) de la plaque (24, 50) est égale à celle du passage (16, 56) présenté par le corps (10) de la vanne. 7. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite plaque (24) est en forme de secteur angulaire, d'angle au centre inférieur ou égal à 900, et comporte au voisinage de son sommet,une ouverture cylindrique (29) de montage sur un arbre (30) d'entraînement en rotation. 8. Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite plaque (24) est montée solidaire en rotation et libre en translation sur l'arbre (30). 9. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite plaque (24) est guidée à sa péri phérie dans une rainure annulaire (45) présentée par le corps (10) de la vanne. 10. Vanne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque (50) présente un bord incurvé pourvu d'une denture (57) engrénant avec la denture (58) d'un pignon (59) logé dans le corps de vanne et solidaire en rotation d'un arbre de manoeuvre (60). 11. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps (10) est formé de deux demicoquilles (11, 12) sensiblement identiques, assemblées à étanchéité selon un plan de joint perpendiculaire à l'axe de rotation (23) de la plaque. 12. Vanne selon la revendication 11, caractérisée en ce que les deux demi-coquilles (11, 12) sont en forme de secteur angulaire ou en forme de disque circulaire.