Brevet FR2529638A1 — publié le 19840106

t 529638 L'invention concerne une vanne perfectionnée comportant un joint de tige perfectionné qui résiste aux pressions et aux températures élevées et aux mouvements périodiques rotatifs et axiaux de la tige de la vanne. Les joints de tiges antérieurs comportent des garnitures annulaires d'étanchéité en forme de U retourné dont les surfaces intérieure et extérieure d'étanchéité présentent plusieurs lèvres d'étanchéité, un ressort étant logé à l'intérieur de la garniture annulaire de façon à solliciter les lèvres vers l'extérieur et vers l'intérieur, en contact d'étanchéité Le brevet des Etats- Unis d'Amérique No 4 103 909 décrit un exemple d'un tel joint Ce joint ne donne pas satisfaction, car les lèvres d'étanchéité s'usent sous l'effet des mouvements, elles ne sont pas maintenues dans leur position souhaitée d'étanchéité lorsqu'elles sont soumises à une pression, et elles ne sont pas protégées contre les déplacements par extrusion. L'invention concerne une vanne perfectionnée comportant un joint de tige perfectionné La vanne com- prend un corps qui présente une chambre, une entrée débouchant dans cette chambre et une sortie partant de ladite chambre, un siège d'obturateur situé à l'intérieur de la chambre, autour de la sortie, et une ouverture partant de la chambre, un obturateur monté sur une tige et logé à l'intérieur de la chambre de manière que la tige passe dans ladite ouverture, un chapeau fixé au corps, autour de cette ouverture et de la tige, et pré- sentant une surface d'étanchéité espacée radialement vers l'extérieur de ladite tige, et un dispositif d'étan- chéité logé dans l'espace compris entre la surface d'étan-. chéité du chapeau et la tige Le dispositif d'étanchéité comprend une garniture annulaire élastique d'étanchéité de forme en U, dont la surface annulaire extérieure et la surface annulaire intérieure présentent plusieurs lèvres d'étanchéité formant entre elles des gorges, des anneaux de support disposés dans lesdites gorges qu'ils remplissent sensiblement, et des moyens de soutien destinés à supporter la garniture annulaire d'étanchéité et à empê- cher l'extrusion de cette dernière afin de former un joint secondaire ou de renfort. L'invention a donc pour objet une vanne perfec- tionnée comportant un joint de tige perfectionné qui peut être utilisé pour assurer l'étanchéité sous une pression élevée, même lorsqu'il est exposé à des températures élevées. *L'invention a pour autre objet un joint de tige de vanne perfectionné, utilisant une matière qui est inerte aux fluides corrosifs et aux températures élevées et qui n'est pas sujet aux extrusions ou aux détériora- tions sous l'effet d'une usure excessive. L'invention a également pour objet un joint de tige de vanne perfectionné comportant plusieurs lèvres d'étanchéité qui sont maintenues dans leur position sou- haitée de contact étanche lorsqu'elles sont soumises à une pression. L'invention a également pour autre objet un joint de tige de vanne perfectionné qui supporte de nom- breux cycles de mouvements rotatifs et axiaux tout en étant soumis à une pression et une température élevées. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale de la vanne perfectionnée selon l'invention; la figure 2 est une coupe axiale d'une forme de réalisation du joint de tige perfectionné selon l'inven- tion; et la figure 3 est une coupe axiale d'une autre forme de réalisation du joint de tige perfectionné selon l'invention. La vanne 10 représentée sur la figure 1 est une vanne à passage direct comprenant un corps 12 qui présente une entrée 14 débouchant dans une chambre 16, une sortie 18 partant de la chambre 16 et entourée à l'intérieur de cette dernière d'un siège 20 d'obturateur, et une ouver- ture 22 partant de la chambre 16 Un obturateur 24 est disposé à l'intérieur de la chambre 16 et peut être déplacé pour permettre ou empêcher un écoulement par la sortie 18, en portant contre le siège 20 La tige 26 est vissée dans l'obturateur 24 de manière que, lorsqu'elle est tournée, l'obturateur 24 soit déplacé à l'intérieur de la chambre 16 par rapport au siège 20 La tige 26 passe dans l'ouver- ture 22 et pénètre dans un chapeau 28 qui est fixé au corps 12, autour de l'ouverture 22 L'intérieur du chapeau 28 présente une surface 30 d'étanchéité qui entoure la tige 26 de laquelle elle est espacée radialement vers l'exté- rieur pour former un espace annulaire 32 dans lequel le dispositif perfectionné 34 d'étanchéité ou joint d'étan- chéité selon l'invention est logé afin d'assurer l'étan- chéité entre la tige 26 et la surface 30 Un volant 36 est fixé à la tige 26 de façon à constituer un moyen d'actionnement permettant de déplacer l'obturateur 24. Une vis 38 de presse-étoupe est vissée dans le chapeau 28 autour de la tige 26, afin de retenir le dispositif 34 d'étanchéité dans sa position prédéterminée à l'inté- rieur de l'espace 32. Le dispositif 34 d'étanchéité, représenté en détail sur la figure 2, comprend un corps ou une garniture annulaire et élastique 40 d'étanchéité, de forme en U, dont l'extrémité fermée est orientée vers le c 8 té opposé à celui par lequel s'exerce la pression dans le corps 12 de la vanne, et dont-les deux branches, délimitant entre elles l'ouverture annulaire, sont tournées vers le côté à haute pression du corps 12 La garniture annulaire 40 comporte plusieurs lèvres 42 d'étanchéité, délimitant entre elles des gorges 44 et formées sur ses surfaces annulaires intérieure et extérieure Des anneaux 46 de support, qui sont fendus comme représenté, sont logés dans les gorges 44 q 'ils remplissent sensiblement Lorsque les anneaux 46 sont logés dans les gorges 44, les lèvres 42 dépassent légèrement (environ 0,25 mm) des surfaces d'usure des anneaux 46 afin d'assurer leur maintien en contact étanche avec la surface contre laquelle elles doivent porter hermétiquement Un anneau 48 de précharge est logé dans l'extrémité ouverte de la garniture annulaire 40 de forme en U L'anneau 48 est légèrement plus épais que la dimen- sion radiale présentée à l'état libre par l'intérieur de l'ouverture de la garniture 40 Ainsi, l'anneau 48 déplace les côtés de la garniture 40 vers l'extérieur afin que les lèvres 42 soient en contact étanche avec la surface d'étanchéité du chapeau 28 et avec la surface exté- rieure de la tige 26. Des anneaux 50 de coincement portent contre les parties intérieure et extérieure de 1 extrémité fermée de la garniture 40 afin d'empêcher son extrusiong et un anneau 52 de tenfort est disposé entre l'extrémité fermée de la garniture annul taire 40 et le extrémité intérieure de la vis 38 de presse-étoupe et il supporte les anneaux de coincement, comme représentéo Ces anneaux 50 de coin- cement sont dispos 6 s comme représenté de manière que tout accroissement de la charge axiale de la garniture annu- laire 40 ait également pour résultat un accroissement de -a charge exercée -par les anneatu 50 contre leurs surfaces cylindriques respectives pour empêcher l'extrusion de la garniture annulaire 40. Lorsqu'il est disposé comme montré sur la figure 1, le dispositif 34 d'étanchéité assure l'étanchéité entre la tige 26 et la surface 30 d'étanchéité envers une pres- sion de 140 M Pa, sous us cyjcle thrmique portant la tem- pérature à 150 C et sous des mouvements cycliques à la fois rotatifs et linéaires de la tige 26 Dans le dispositif essayv, la garniture 40 d'étanchéité est réalisée en poly- tétrafluoréthylène tel que commercialisé par W S Shamban & Co sous la marque "'Turcite 99 " L'anneau 48 de pré- charge et l'anneau 52 de renfort sont en alliage de titane désigné "TI-6 AL-4 V" Les anneaux 46 de support et les anneaux 50 de coincement sont en alliage de cuivre au béryllium désigné "C 17200 ". La figure 3 représente en 54 un dispositif modi- fié d'étanchéité selon l'invention comprenant une garni- ture annulaire 56 d'étanchéité de forme en U ayant plusieurs lèvres d'étanchéité intérieures et extérieures 58 qui forment entre elles des gorges 60, un anneau 62 de pré- charge logé dans l'extrémité ouverte de la garniture annulaire 56, des anneaux 66 de coincement butant contre les parties intérieure et extérieure de l'extré- mité fermée de la garniture 56, et des anneaux 64 de support logés dans les gorges 60, tous ces éléments étant identiques à ceux du dispositif 34 d'étanchéité décrits ci-dessus Le-dispositif 54 d'étanchéité comporte également un anneau 68 de support et d'appui portant contre l'extrémité fermée de la garniture 56 et les anneaux 66 de coincement, comme représenté, une garniture annulaire d'étanchéité de renfort présentant des surfaces inté- rieure et extérieure inclinées 72 en contact avec des surfaces complémentaires 74 d'un joint de renfort 76, et un anneau anti-extrusion 78 présentant des surfaces inté- rieure et extérieure inclinées 80 en contact avec des surfaces complémentaires 82 du joint 76 Ainsi, le dis- positif 54 d'étanchéité est sensiblement identique au dispositif 34 d'étanchéité, sauf qu'il comprend des élé- ments formant un joint secondaire et un élément anti- extrusion. Les matières utilisées pour la réalisation des éléments du dispositif 54 d'étanchéité sont, de préférence, identiques à celles indiquées précédemment pour le dispo- sitif 34 d'étanchéité L'anneau 68 d'appui et l'anneau anti-extrusion 78 sont de préférence réalisés en alliage de cuivre au béryllium désigné "C 17200 " La bague 70 d'étanchéité de renfort est de préférence réalisée en polytétrafluoréthylène et le joint 76 de renfort est de préférence réalisé en une matière analogue à celle cons- tituant la garniture 56 de forme en U, par exemple la matière commercialisée par W S Shamban & Co sous la marque "Turcite 1022 ". Etant donné que le dispositif 54 d'étanchéité est sensiblement identique au dispositif 34, il possède la même durée de vie utile, améliorée, dans les condi- tions de pression élevée, de température variant cyclique- ment et de mouvements rotatifs et axiaux cycliques de la tige. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la vanne décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Vanne, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps ( 12) présentant une chambre ( 16), une entrée ( 14) et une sortie ( 18) communiquant avec la chambre, et un siège ( 20) d'obturateur entourant la sortie et la chambre, un obturateur ( 24) logé dans cette dernière, des moyens ( 36) d'actionnement, une tige ( 26) reliant les moyens d'actionnement à l'obturateur pour déplacer ce dernier entre des positions permettant un écoulement par la sortie et empchant cet écoulement, un dispositif ( 34) d'étanchèité disposé entre la tige et le corps et com- prenant u; corps annulaire élastique ( 40) qui comporte plusieurs lèvres interieures ( 42) destinées à établir un contact étanche avec la tige et plusieurs lèvres exté- rie res ( 42) destinà: & établir un contact étanche avec le corps, plusieurs gorges ( 44) étant formées entre les lèvres intérieures et entre les lèvres extérieures, l'anneau ( 46) de support étant logé dans chacune de ces gorges qu'il remplit sensiblement et chaque lèvre dépassant légèrement des anneaux de support adjacents pour établir un contact étanche avec la surface contre laquelle elle doit porter de façon étanche. 2 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément ( 48) destiné à expanser le corps annulaire à la fois vers l'extérieur et vers l'intérieur, en direction des surfaces avec lesquelles il doit assurer l'étanchéité. 3 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps annulaire présente une section de forme en U, un anneau ( 48) de précharge pouvant notamment être logé dans l'extrémité ouverte du corps annulaire et cet anneau ayant une épaisseur supérieure à la dimension radiale de l'ouverture du corps annulaire afin de solliciter les- dites lèvres vers leur position de contact étanche. 4 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens anti-extrusion portant contre l'extrémité à basse pression du corps annulaire. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens anti-extrusion comprennent des an- neaux intérieur et extérieur ( 50) de coincement portant contre les angles obliques de l'extrémité fermée du corps annulaire, et un anneau ( 52) de renfort portant contre l'extrémité fermée du corps annulaire et contre les sur- faces à basse pression des anneaux de coincement. 6 Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un joint annulaire ( 70) de renfort disposé au-delà des anneaux ( 66) de coincement, et des moyens anti-extrusion ( 78) portant contre le joint annu- laire de renfort pour empêcher son extrusion le long des surfaces contre lesquelles il doit porter de façon étanche. 7 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les anneaux de support sont réalisés en une matière du type pour palier, par exemple en alliage de cuivre au bêrylliux, le corps annulaire pouvant notam- ment être réalisé en une matière à base de polytétrafluor- éthylène. 8 Joint de tige de vanne, caractérisé en ce qu'il comporte un corps annulaire élastique ( 40) dont les surfaces extérieure et intérieure présentent plusieurs lèvres ( 42) d'étanchéité formant entre elles des gorges ( 44), et un anneau ( 46) de support logé dans chaque gorge qu'il remplit sensiblement afin de supporter et de protéger les lèvres contre toute déformation et usure excessives. 9 Joint de tige selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 48) destinés à expanser le corps annulaire vers l'extérieur et vers l'intérieur, en direction des surfaces avec lesquelles il doit assurer l'étanchéité. Joint de tige selon la revendication 8, caractérisé en ce que le corps annulaire présente une section de forme en U, un anneau ( 48) de précharge pouvant notamment être logé dans l'extrémité ouverte du corps annulaire et cet anneau ayant une épaisseur supérieure à la dimension radiale de l'ouverture du corps annulaire afin de solliciter les lèvres vers leur position de contact étanche. 11 Joint de tige selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens anti- extrusion portant contre l'extrémité à basse pression du corps annu- laire. 12 Joint de tige selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte des anneaux intérieur et extérieur ( 50) de coincement portant contre les angles obliques de l'extrémité fermée du corps annulaire, et un anneau ( 52) de renfort portant contre l'extrémité fermée du corps annulaire et contre les surfaces à basse pression des anneaux de coincement. 13 Joint de tige selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un joint annulaire ( 70) de renfort disposé au-delà des anneaux ( 66) de coince- ment, et des moyens anti-extrusion ( 78) portant contre le joint annulaire de renfort afin d'empêcher son extru- sion le long des surfaces avec lesquelles il doit assurer l'étanchéité. 14 Joint de tige selon la revendication 8, caractérisé en ce que les anneaux de support sont réalisés dans une matière du type pour paliers, par exemple en alliage de cuivre au béryllium, le corps annulaire pouvant être réalisé en une matière à base de polytétra- fluoréthylène.