Brevet FR2520085A1 — publié le 19830722

L'invention a pour objet une vanne papillon avec dispositif de commande du papillon. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique des dispositifs de manoeuvre à pression de fluide et plus partie lièrement avec vannes. On connatt des vannes qui comprennent un corps présentant in térieurement et axiale ment un siège annulaire contre lequel vient s'appliquer, en position de fermeture de la vanne, un organe d' obturation plus connu sous le nom de "Papillon". Généralement, le papillon est susceptible d'être commande' à partir de I'extérieur du corps de la vanne, pour pivoter angulairement d'un quart de tour pour libérer son siège d'appui en position d'ouverture de la vanne. Il se pose très souvent un problème important d'étanchéité au niveau de l'appui du papillon contre son siège. L'invention s'est fixée pour but de résoudre ce problème d' une manière particulièrement simple et efficace en opposition aux dispositifs connus qui sont très complexes et d'un prix de revient levé. Suivant une première caractéristique de l'invention, un organe convenablement profilé est solidaire d'une part du papillon et, d'autre part, d'un dispositif de commande en rotation dudit papillon , tandis qu'un moyen commande' à partir de l'extérieur du corps de la vanne, est conformé pour agir en combinaison avec ledit organe, en poussée sur le papillon en vue de le faire fortement plaquer contre son siège d'appui en position de fermeture de la vanne. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés : La figure l est une vue de profil en coupe longitudinale de la vanne selon l'invention en position de fermeture du papillon et lorsque l'organe élastique n'est pas manoeuvré. La figure 2 est une vue de face correspondant à la figure l. La figure 3 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une vue partielle en coupe, considérée selon la ligne 4-4 de la figure 1. La figure 5 est une vue semblable à la figure l en position dSouverture du papillon. La figure 6 est une vue en coupe semblable à la figure t mon- trant une action sur l'organe élastique en vue d'exercer une force d appui contre ie papillon pour l'appliquer fortement sur son siège. La figure 7 est une vue en coupe considérée selon la ligne 7-7 de la figure 5. La figure 8 est une vue en coupe considérée selon la ligne 8-8 de la figure 5. Les figures 9 et 10 sont des vues de profils en coupe longer tudinale montrant deux variantes de réalisation de la vanne selon l'invention. La figure 11 est une vue à caractère purement schématique d'un autre exemple de réalisation, pour la commande du papillon. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative en se référant aux exemples de réalisation des figures des dessins. On voit à la figure 1 notamment, une vanne papillon qui, d'une manière connue, comprend un corps (1) à l'intérieur duquel est monté pivotant un papillon (2) commandé angulairement à par-, tir de l'extérieur du corps en étant ainsi susceptible d'être soit appliqué contre un siège annulaire (S) du corps, ce qui correspond à la position de fermeture de la vanne, soit dégagé du dit siège, ce qui correspond à la position d'ouverture de la vanne. A titre indicatif nullement limitatif, le corps (1) présente deux flasques circulaires opposés (la et lb) contre lesquels peut: vent être montées facialement par exemple des brides diaccouple= ment (B) (tracé en traits mixtes figure 5} relatives à des éléments d'e tuyauteries (T). Perpendiculairement aux génératrices du corps (l), sont formés deux embouts cylindriques (lc et ld) diamétrale~, ment opposés. Selon l'invention, la papillon (2) est solidaire facialement, directement ou d'une manière rapportée, d'un organe axial () ri-; gide et convenablement conformé en étant susceptible d'être déformé sous l'action d'au moins une force de poussée en vue de créer une force résultante directement appliquée sur le papillon (2) en vue de le faire plaquer fortement contre son siège annulaire d appui (S). Dans une première forme de réalisation, I'organe (o) est déformé, mé élastiquement sous l'action de deux forces opposées de poussée. et dans l'exemple des figures l d 9, Dans ce but,/l'organe (O) est accouplé à deux extrémités opposées, situées perpendiculairement ou sensiblement au plan de raccordement dudit organe (O) contre la face correspondante du papillon (2), d des manchons tubulaires (3 et 4). Ces manchons (3 et Q) sont montés et guidés d coulissement libre dans l'alésa- ge de fourreaux cylindriques (5 et 6) débouchant respectivement à l'extérieur des embouts (ic et ld) et dans l'alésage axial (le) du corps (l) de la vanne. Chacun des fourreaux (S et 6) est monté libre en rotation dans le corps (l) de la vanne et présente, en débordement des embouts cylindriques (lc et nid), un épaulement (5a - 6a) qui prend appui sur les collerettes (7a - 8a) de bagues d'étanchéité (7 - 8) respectivement centrées dans l'alésage desdits embouts (lc et ld). Un axe d'accouplement (9) est conformé pour assurer la liaison de l'ensemble fourreaux-manchons (5 - 3) et (6 - 4). Cet axe (9) est engagé librement dans l'alésage des manchons (3 - 4) et présente b ses extrémités, directement ou -d'une manière rapportée, une portée cylindrique (9a - 9b) chacune des portées (9a et 9b) montée à coulissement libre à l'intérieur des fourreaux (5 et 6), est agencée pour agir en poussée sur les manchons (3 et 4), cela d'une manière opposée, lorsque l'axe (9) est entraSné en rotation comme il est indiqué dans la suite de la description. Par exemple, les extrémités en contact des portées cylindriques (9a - 9b) et des manchons (3 - 4) sont profilées en came (C) et (Cl) respectivement de pas directement opposé de façon à ce que, selon un sens unique de rotation de l'axe (9), lesdits manchons soient sollicités en poussée pour entre rapprochés axialement et linéairement l'un de l'autre. Dans ce but-, les extrémités en contact de la portée cylindrique (9a) et du manchon correspondant (3), ont, sur une demicirconférence, un profil en came (C) avec un pas à droite (figure 8), tandis que les extrémités en contact de la portée cylindrique (9b) et du manchon (4), ont également en une demi-circonférence, un profil en came (Ci) avec un pas à gauche (figure 7). Etant bien évident que dans les deux cas, les profils des cames (C et Cl) sont identiques. A titre indicatif, on peut citer que le point bas des cames est à O et le point haut à 1,5 mm (figures 7 et 8). D'autre part, chacun des manchons (3 et 4) est accouplé aux fourreaux correspondants (5 et 6)-pour être entratné en rotation simultanément tout en étant susceptible d'être déplacé linéairement à l'intérieur des dits fourreaux suivant une longueur limitée. A cet effet, les fourreaux (5 et 6) sont équipés d'un doigt (10) qui s'engage dans une lumière oblongue (3a et 4a) usinée dans l'épaisseur d'une tête épaulée (3b - 4b) relative aux manchons (3 et 4) (figures 1 et 4). Des ressorts (11 et 12) sont montés dans le fond des fourreaux (5 et 6) en étant butés à leur autre extrémité par les têtes épaulées (3b - 4b) des manchons (3 et 4) en vue d'assurer leur rappel permanent en direction du haut. La partie débordante du fourreau (5) par exemple, est conformée pour être accouplée à une tête d'entratnement (13) solidaire d'un organe de manoeuvre (13a). De même, l'une des extrémités de l'axe de liaison (9), et solidaire par goupille (14) ou autrement, d'un organe de manoeuvre (15). Il convient maintenant d'analyser le fonctionnement de la vanne selon l'invention en se référant plus particulièrement aux figures 1, 2, 5 et 6 des dessins. Pour ouvrir la vanne, il suffit d'actionner angulairement d'un quart de tour, la tête d'entrarnement (13) ce qui a pour effet d'entratner en rotation l'ensemble fourreau (5) - manchon (3) et concomitamment l'ensemble fourreau (6) - manchon (4) puisque les deux susdits ensembles sont accouplés au moyen de l'organe élastique (O) lui-mSme relié au papillon (2). Il en résulte par conséquence une rotation angulaire de 90- du papillon (2) qui est ainsi positionné et disposé dans un plan parallèle à l'axe de la vanne ce qui correspond à la position d'ouverture de cette dernière (figure 5). Pour fermer la vanne, on agit en sens inverse sur le levier (13a) de la tête d'entratnement (13) pour ramener la papillon (2) en position doburation de son siège annulaire d'appui (figures t et 2). Il convient toutefois, pour assurer une étanchéité parfaite, d'appliquer très fortement le papillon (2) contre le siège (S). Pour cela, on actionne angulairement sensiblement suivant une demi-circonférence, la tête de manoeuvre (15) pour entraîner en rotation 1'axe d'accouplement (9). Il en résulte que les portées cylindriques (9a et 9b) par leur profil opposé en came (C et C1), agissent respectivement en poussée sur les manchons (3 et 4), ce qui a pour effet de comprimer élastiquement l'organe (0) en exerçant sur lui deux forces oppo sées (F1 et F2) (figure 6). Ces deux forces (F1 et F2) dirigées verticalement, suivant deux sens directement opposés, créent, en combinaison avec le profil et l'élasticité de l'organe (O), une force résultante (R), perpendiculaire aux forces (F1 et F2), qui tend & déformer élastiquement ledit organe (O) en direction du papillon pour le maintenir fortement appliqué contre son siège annulaire (S) (figure 6). L'organe élastique (O) peut présenter différentes formes de réalisation. Dans le mode d'exécution des figures 1, 2, 3, 5 et 6, l'organe (O) est obtenu d partir d'une plaque (16) convenablement profilée. Cette plaque (16) présente essentiellement deux ailes opposées horizonales (16a et 16b) profilées en C dont les branches (16a1) et (16bl), directement en regard, sont reliées par une branche verticale (16c). La branche (16c) reçoit d'une manière fixe, le papillon (2). Par exemple, la branche (16c) est centrée sur une portée circulaire (2a) du papillon (2) tandis qu'un moyen de fixation (17), de tout type conu et approprié, assure le blo- cage en position dudit papillon (figure 1). On souligne que les branches en regard (16ai) et (16bol) des ailes (I6a et 16b) sont convenablement découpées en (16d) (figure 3), pour permettre le déplacement angulaire de l'ensemble papillon (2) et plaque profilée (16) en regard de l'axe d'accouplement (3), lors de l'ouverture (ou inversement) de la vanne. L'axe (9) traverse de part en part les ailes (16a et 16b) dont les branches (16a2 et 16b2) sont directement fixées par tout moyen (18) aux extrémités débouchantes des manchons (3 et 4). Dans la réalisation montrée figure 9, le papillon (2) est solidaire directement ou d'une manière rapportée, d'un profilé (19), avec capacité de déformation élastique, se présentait sous l'aspect d'un C inversé dont les extrémités (19a) et (19b) sont recourbées et conformées pour être accouplées aux manchons (3 et 4). La branche verticale (19c) du profilé (19) peut soit permettre le montage, d'une manière rapportée, du papillon (2), soit constituer directement ledit papillon (2)A Ou bien encore, l'organe ( ' pe,t/sonstitué directement par un ressort (20) dont les spires extrème sont accouplées aux manchons (3 et 4).Ce ressort est deporté transversalement par rapport à l'axe (9), en direction du papillon (2) qui est solidaire, par tout moyen connu et approprié, d'un côté d'une par tie ou de l'ensemble des spires. Il est bien évident qu'à partir de cette conception doemo- yens de poussée axiale, autres que le système à rampes circulaires décrit et illustré aux figures 1,-7 et 8 notamment, peuvent entrer dans le cadre de l'invention. On peut par exemple citer des systèmes à levier, excentrique, câble... De même, il n'est pas nécessaire, selon le type de papillon, que l'organe (O) soit sollicité en poussée par deux forces d' action opposée de poussée non seulement par une force d'action. C' est le cas notamment, lorsque la vanne est équipée, d'une manière connue, d'un papillon dit autocentreur. Par exemple, comme le montre schématiquement la figure 10, le papillon autocentreur (2) est soìdSre directement ou d'une manière rapportée, de l'organe (O) sous forme notamment d'un profilé (20) avec capacité de déformation élastique. L'une des extrémités du profilé (20) est solidaire d'un arbre (22) débordant à l'extérieur du corps (1) de la vanne en étant agencé pour être commandé en rotation au moyen notamment d'un levier (23). L'arbre (22) est également monté dans l'épaisseur du corps de la vanne avec capacité de déplacement guidé en hauteur. L'autre extrémité du profilé (20) est solidaire d'un axe (24) axialement opposé à l'arbre (22), et monté libre en rotation dans le corps (1) de la vanne en étant Immobilisé en translation. Généralement, du côté où débouche l'arbre de commande (22), le corps de la vanne présente une chape dans laquelle est articulé un bras de manoeuvre (25) qui présente un excentrique ou rampe (25a) pour agir en poussée sur l'arbre (22), lors d'un basculement angulaire dudit bras (25) en vue de déformer élastiquement le profilé (20) pour faire plaquer fortement, d'une manière régulièrement répartie, le papillon autocentreur. En effet, l'organe (O) et soumis à une force d'action de poussée dûtau déplacement de 1' arbre, et à une force de réaction directement opposée appliquée à l'axe fixe en translation (24). On prévoit également une réalisation selon laquelle le dépla cement,limité en translation du papillon est obtenu par poussée et déplacement sur deux parties opposées, en combinaison avec un dispositif à parallélogramme (P) comme le montre très schématiquement la figure 11, et non plus en combinaison avec un organe déformable élastiquement. La vanne selon l'invention trouve une application plus par ticulièrement dans tous les cas-où une étanchéité absolu-st nécessaire. Entant entendu que des joints d'étanchéité (J) son convenablement montés notamment eu égard à certains éléments constitutifs du dispositif d'actionnement et de mise en pression du papillon (2). Pour des applications de la vanne selon l'invention à des températures élevées, c'e-à-dire supérieures à la température ambiante, il convient de fabriquer l'organe élastique (O) avec une matière ou matériau présentant des caractéristiques phy siquès et ayant subi des traitements thermiques, appropriés, de sorte que ledit organe (O) présente aux températures requises des propriétés élastiques suffisantes. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne - La simplicité de réalisation ; ^ La sûreté et la fiabilité dé fonctionnement. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiquées ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS " Vanne papillon comprenant un corps (1) à l'intérieur duquel est disposé un siège annulaire (S) contre lequel vient s' appliquer, en position de fermeture de la vanne, le papillon (2) qui et commandé à partir de l'extérieur du corps de la vanne pour pivoter d'un quart de tour en vue de dégager et libérer le siège (S) en position d'ouverture de la vanne, caractérisée en ce qu'un organe (O) convenablement profilé est solidaire d'une part du papillon (2), et, d'autre part, d'un dispositif de commande en rotation dudit papillon (2), tandis qu'un moyen commandé à partir de l'extérieur du corps (1) de la vanne, est conformé pour agir, en combinaison avec ledit organe (O), en poussée sur le papillon (2) en vue de le faire fortement plaquer contre son siège d'appui en position de fermeture de la vanne. -2- Vanne selon la revendication 1, caractérisé-en ce qu'un organe (O) est déformable élastiquement et est accouplé à deux parties opposées de l'ensemble du dispositif de commande en rotation dudit papillon (2) au moins une des dites parties accouplée à l'organe élastique (O) étant sollicitée en poussée par le moyen commandé & partir de l'extérieur du corps (1) de la vanne, pour créer ainsi deux forces directement opposées sur l'organe élastique (O) ; la résultante de ces forces étant directement appliquée sur l'organe élastique (O) qui est déformé pour agir en pression sur le papillon (2) en vue de le faire fortement plaquer contre son siège d'appui en position de fermeture de la vanne. -3- Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'organe (O) est accouplé à deux extrémités opposées situées perpendiculairement au plan de raccordement avec le papillon (2), à des manchons tubulaires opposés (3 et 4) montés et guidés respectivement à coulissement libre dans l'alésage de fourreaux cylindriques (5 et 6) débouchant d'une part à l'extérieur d'embouts (lc et ld) diamétralement opposés et formés perpendiculairement aux génératrices du corps et, d'autre part, dans l'alésage axial (le)dudit corps. -4- Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que chacun des fourreaux (5 et 6) est monté libre en rotation dans l'épaisseur du corps (1) de la vanne et présente en débordement des embouts (lc et Id), un épaulement (5a - 6a) qui prend appui sur les collerettes (7a - 8a) de bagues d'étanchéité (7 et 8) respectivement centréw dans l'alésage desdits embouts. -5- Vanne selon l'une quelconque des revendications 2, 3 et 4, caractérisée en ce qu'un axe d'accouplement (9) est conformé pour assurer la liaison des ensembles fourreaux-manchons (S - 3) et (6 - 4), ledit axe étant engagé librement dans l'alésage des manchons (3 et 4) et présente à chaque extrémité, directement ou d'une manière rapportée, une portée cylindrique (9a - 9b) montée à libre rotation à l'intérieur des fourreaux (5 et 6). -6- Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que chacune des parties (9a et 9b) de l'axe (9), est agencée pour agir en poussée sur les manchons (3 et 4) et cela d'une manière opposée, lorsque l'axe (9) est entraîné en rotation. -7- Vanne selon la revendication 6 et l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les extrémités en contact des portées cylindriques (9a - 9b) et des manchons (3 et 4) sont agencées sous forme de cames(C (C et CI) respectivement de pas oppo- sé, de façon à ce que, selon un sens unique de rotation de l'axe (1), les dits manchons soient sollicités en poussée pour être rapprochés axialement et linéairement l'un de l'autre. -8- Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que les cames (C et C1) ont des pas directement opposés, mais ont le même profil pour que les manchons (3 et 4) soient déplacés linéairement d'une même distance pour créer sur l'organe (O) deux forces opposées de même intensité. -9- Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chacun des manchons (3 et 4) est accouplé aux fourreaux correspondant (5 et 6) pour être entraîné en rotation simultanément, tout en étant susceptible d'être déplacé linéairement à l'intérieur desdits fourreaux suivant une longueur limitée. -10- Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la partie débordante du fourreau (S), à 1' extérieur du corps (1) de la vanne, est conformée pour être.accou- plée à une tête de manoeuvre (13), dans le but d'entratner en rotation l'ensemble fourreau (5) - manchon (3) et concomitamment, d'une part, l'ensemble fourreau (6) - manchon (4) puisque les deux susdits ensembles sont accouplés au moyen de l'organe élastique (O), et, d'autre part, le papillon (2) d'environ 990 pour le positionner et le disposer soit dans un plan parallèle à 1' axe de la vanne, ce qui correspond à la position d'ouverture de cette dernière, soit contre le siège (S), ce qui correspond d la position de fermeture de ladite vanne. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'une des extrém-ités de l'axe de liaison (9), est accouplé à un organe de manoeuvre (15) pour l'entrainement en rotation dudit axe, suivant sensiblement une demi-circonférence, de sorte que les portées cylindriques (9a et 9b) dudit axe (9), par leur profil en came (C et C1), de pas opposé, agissent respectivement en poussée sur les manchons (3 et 4), ce qui a pour effet de comprimer élastiquement l'organe (o) en exerçant sur lui deux forces opposées (FI et F2) dirigées verticalement, suivant deux sens directement opposés, pour créer, en combinaison avec le profil et l'élasticité de l'organe (O), une force résultante (R), perpendiculaire aux dites forces (F1 et F2), qui tend à déformer élastiquement ledit organe (O) en direction du papillon (2) pour le maintenir fortement appliqué contre son siège annulaire (S). -12- Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'organe (O) et une plaque (16), convenablement profilée, présentant essentiellement iux ailes opposées horizontales (16a et 16b) profilées en C dont les branches en regard (16al) et (16bol) sont reliées par une branche verticale (16c) qui reçoit, d'une manière fixe, le papillon (2) ; les branches (16al) et (16bl) sont convenablement découpées en (16d) pour permettre le déplacement angulaire de l'ensemble papillon (2) - plaque (16 > eu égard à l'axe d'accouplement (9) qui traverse les ailes (16a et 16b) dont les branches (16a2) et (16b2) sont directement fixées aux extrémités débouchantes des manchons (3 et 4). - 13 - Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'en variante, l'organe élastique (O) est un profilé (19), avec capacité de déformation élastique, se presentant sous l'aspect d'un C inversé dont les extrémités (19a et l9b) sont recourbées et conforméespour être accouplées aux manchons (3 et 4) ; la branche verticale (lac) dudit profilé (19) pouvant soit permettre le montage, d'une manière rapportée du papillon (2), soit constituer directement ledit papillon (2). -14- Vanne selon la revendication 1, caractéris en ce que, dans le cas de papillon autocentreur notamment, l'une des parties de l'organe (O) qui présente une capacité de déformation élastique est solidaire du dispositif de commande en rotation, et est conformée pour être sollicitée en poussée par le moyen commandé à partir de l'extérieur du corps, l'autre partie étant fixe en translation, pour créer ainsi deux forces d'action et de réaction directement opposées ; la résultante de ces deux forces étant directement appliquéesur l'organe (O) qui est déformé élastiquement pour faire fortement plaquer d'une manière régulièrement répartie, le papillon autocentreur. -15- Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'en variante, le déplacement limite en translation du papillon (2), est obtenu par déplacement et poussée sur deux parties opposées en combinaison avec un dispositif à parallélogramme. -16- Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que, pour des températures elevées, l'organe (O) est réalisé en une matière présentant des caractéristiques py- situes et ayant subies des traitements thermiques appropriés de sorte que ledit organe (O) présente aux températures requises, des propriétés élastiques suffisantes.