Brevet FR2533655A1 — publié le 19840330

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour vanne papillon. On sait d'après le brevet français 2.038.438 réaliser un dispositif d'étanchéité pour vanne comprenant un épaulementdans le conduit du corps de vanne, une bague emboîtée dans le conduit face à l'épaulement, et un anneau à base de polytétrafluoréthylène enserré de façon étanche entre l'épaulement et la bague. La bague fait une saillie de 1 à 2 mm dans le conduit de vanne et présente une surface d'obturatin sensiblement conique dans laquelle s'emboîte la zone sphérique délimitant le pourtour de l'obturateur lorsque celui-ci est en position de fermeture. Ce dispositif d'étanchéité donne de bons résultats en ce sens qu'il assure l'étanchéité à l'egard de pressions assez élevées, même dans des conditions de température difficiles, et pour des fluides chimiquement agressifs. Cependant, on désire améliorer le dispositif connu, et notamment réduire le couple nécessaire pour faire pivoter l'obturateur. En-outre, on souhaite remédier au fait que le dispositif connu n'est vraiment efficace que lorsque la pression d'écoulement est appliquée sur la face de l'obturateur opposée à l'-axe de pivotement de l'obturateur. Le but de l'invention est ainsi de proposer un dispositif d'étanchéité pour vanne papillon qui soit efficace dans les deux sens d'écoulement et n'oppose qu'une faible résistance à ia rotation de l'obturateur. L'invention vise ainsi un dispositif d'étanchéité pour une vanne-papillon qui comprend, outre ce dispositif d'étanchéité, un corps traversé par un conduit, et un disque obturateur pivotant déporté latéralement par rapport à son axe de rotation transversal au conduit. Le dispositif d'étanchéité comprend un épaulement aménagé dans le conduit et dirigé à l'opposé de l'axe de l'obturateur, une bague d'appui emboîtée dans le conduit face à l'épaulement, et un anneau d'étanchéité à base de polytétrafluoréthylène monté de façon étanche entre la bague et l'épaulement, faisant une certaine saillie dans le conduit, et présentant dans le conduit une surface d'obturation propre à recevoir de façon étanche le pourtour de l'obturateur lorsque celui-ci est en position de fermeture. Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que l'anneau d'étanchéité comporte une aile d'ancrage située radialement à l'extérieur, et une aile d'obturation portant la surface d'obturation, en ce que l'aile d'ancrage et- l'aile d'obturation sont séparées par une gorge ménagée dans une face de l'anneau transversale à l'axe du conduit, et en ce qu'un organe annulaire doué d'élasticité est inséré dans la gorge. L'anneau d'étanchéité a ainsi une souplesse de sorte que pour la même pression maximale à l'égard de laquelle l'étanchéité est assurée, il oppose une résistance nettement moins grande à la rotation de l'obturateur. En outre, de façon surprenante, le dispositif conforme à l'invention assure l'étanchéité dans les deux sens de l'écoulement et pour des pressions trèsvanée. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue en coupe d'une vanne. papillon munie du dispositif d'étanchéité conforme à l'invention; la figure 2 est une vue partielle en perspective éclatée de l'organe doué d'élasticité et de l'anneau en PTFE; la figure 3 est une vue partielle de l'organe doué d'élasticité, -en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe du conduit; et la figure 4 est une vue à échelle agrandie de la section de l'anneau en PTFE. Dans l'exemple représenté aux figures, la vanne-papillon 1 comprend un corps 2 traversé par un conduit 3 présentant la symétrie de révolution autour de son axe XX. Un disque obturateur 4 porte deux oreilles 6 par lesquelles il est monté à pivotement autour d'un axe ZZ coupant perpendiculairement l'axe XX. Grtce aux oreilles 6, le plan de l'obturateur 4 est déporté latéralement d'une distance moyenne H relativement à son axe de rotation ZZ. L'obturateur présente sur son pourtour une surface d'obturation 7 constituée par une zone sphérique centrée à l'intersection des axes XX et ZZ. La distance H est choisie relativement au rayon R du conduit 3 de façon que la zone sphérique 7 ait relativement à l'axe XX une inclinaison moyenne de l'ordre de 6 à 100. La vanne comporte en outre un dispositif d'étanchéité destiné à coopérer avec la zone sphérique 7 de l'obturateur 4. Le dispositif comprend un épaulement 8 ménagé dans la paroi du conduit 3 et dirigé à l'opposé de l'axe ZZ. La surface de l'épaulement 8 est perpendiculaire à l'axe XX. L'épaulement 8 est raccordé par son grand diamètre avec une surface cylindrique 9 dans laquelle est emboitéeune bague d'appui 11 ayant une surface cylindrique mâle correspondante 10. A la surface 9 fàit suite du côté opposé à l'axe ZZ une surface cylindrique 12 d'encore plus grand diamètre. Une collerette 14 de la bague 11 est logée dans le décolletage constitué par la paroi 12 et un épaulement 13 qui la relie à la paroi 9. La collerette 14 est traversée par des vis axiales à tête fraisée 16, réparties angulairement, vissées dans le corps 2 de façon à appliquer la collerette 14 contre l'épaulement 13. Un anneau d'étanchéité à base de polytétrafluoréthylène 17 est inséré entre l'épaulement 8 et une face frontale 18 de la bague 11. L'anneau 17 a une section droite de forme générale tétragonale. I1 comporte une face 19 perpendiculaire à l'axe XX et s'appliquant contre l'épaulement 8, ainsi qu'une face cylindrique externe 21 ayant même diamètre que la paroi cylindrique 9. L'anneau 17 comporte encore une face d'obturation 22 destinée à prendre appui de façon étanche sur la zone sphérique 7 de 11 obturateur 4 lorsque celui-ci est en position de fermeture. La face d'obturation 22 peut être une zone sphérique centrée à l'intersection des axes XX et ZZ comme représenté en haut de la figure 1. La face 22 peut alternativement être un tronc de cône tangent à la zone sphérique 7, comme représenté en bas de la figure 1. L'anneau 17 présente enfin une face 23 transversale à l'axe XX et appuyée contre la face 18 de la bague 11. Dans l'exemple représenté, les faces 18 et 23 ont des conicités correspondantes de sorte qu'elles forment avec un plan perpendiculaire à l'axe XX un angle A de l'ordre de 40. L'anneau 17 est ainsi axialement plus épais au voisinage de sa face externe 21 qu'au voisinage de sa face d'obturation 22. Dans la face 23 de l'anneau 17 est pratiquée une gorge annulaire 24 qui définit dans l'anneau 17 une aile d'ancrage 26 située radialement à l'extérieur et portant la face 21 ainsi que la partie de la face 23 située entre la face 21 et l'ouverture de la gorge 22, et une aile d'obturation 27 qui porte le reste de la face 23 et la surface d'obturation 22. Une zone de liaison 30 correspondant au fond de la gorge 24 raccorde les ailes 26 et 27. La bague Il porte sur sa face 18 une nervure annulaire 28 de section triangulaire, centrée sur l'axe XX et dont le diamètre est suffisant pour qu'elle coopère avec l'aile d'ancrage 26 en s'enfonçant dans la face 23, ce qui renforce l'étanchéité statique entre l'anneau 17 et l'ensemble corps 2-bague 11, ainsi que le positionnement radial de l'anneau 17 relativement au corps 2. Un organe doué d'élasticité, constitué d'un copeau 29 en acier inoxydable roulé en hélice d'axe circulaire, est inséré dans la gorge 24. Comme le montrent les figures 2 et 3, le copeau 29 est une bande de largeur constante dont les faces sont parallèles à l'axe circulaire 31 autour duquel il est enroulé. Au repos, W.ime une fois monté, le copeau 29 a des spires non jointives. Comme le montre la figure 2 en 32, les deux extrémités du copeau 29 sont mises bout à bout, mais elles ne sont pas soudées ni attachées d'une autre manière.Les dimensions copeau 29 peuvent être les suivantes: épaisseur: 0,1 à 0, mm largeur de la bande: 1 à 2 mm distance entre spire: 0,3 à 0,7 mm diamètre d'enroulement: 3 à 6 mm De telles dimensions conviennent notamment pour une vanne de 150 mm de diamètre. I1 n'y a pas de nécessité cruciale à adapter ces dimensions au diamètre de la vanne. On pourra -cependant les adapter compte tenu de l'encombrement disponible dans chaque cas. D'ailleurs, le copeau en acier inoxydable est très commode d'emploi et on peut diminuer le diamètre de sa section en l'enroulant au-delà de son état d'enroulement stable, ce qui peut être fait à la main pendant le montage. De même, il n'est pas indispensable de disposer d'un copeau dont la longueur après enroulement correspond exactement au périmètre du joint à équiper: en effet, il suffit d'étirer ou de contracter un peu le copeau à la main pendant le serrage. Le profil de la gorge 24 comprend une partie torique 33 dont le diamètre correspond au diamètre d'enroulement du copeau 29 de façon à assurer un serrage de ce copeau. La partie torique débouche dans la face 23 de l'anneau 17 par une ouverture 34 délimitée par deux parois cylindriques 36 et 37 d'axe XX et de diamètres différents. L'ouverture 34 est recouverte entièrement par la face 18 de la bague 11, tandis que quel que soit le diamètre de vanne, l'aile 27 fait dans le conduit 3 une saillie de l'ordre de 1 à 2 mm. La largeur L (mesurée radialement par rapport à l'axe XX) de l'ouverture 34 est inférieure au diamètre d'enroulement du copeau 29.Par contre, la profondeur E (mesurée perpendiculairement à la face 23 de l'anneau 17) de la gorge 24 est plus grande que le diamètre d'enroulement du copeau 29 de sorte que celui-ci est en retrait de la face 23 du copeau 29. L'anneau d'étanchéité 17 est de préférence en polytétrafluoréthylène (PTFE) pur qui, de façon surprenante, donne de meilleurs résultats dans le cadre de -l'invention que les mélanges 5habituellement considérés comme plus performants) de PTFE avec des éléments de renforcement. Le dispositif d'étanchéité pour vanne qui vient d'être décrit présente en service une série d'avantages liés à la combinaison d'un siège d'étan cheité souple (faible couple de manoeuvre) dans lequel l'élément actif demeure le PTFE. Le copeau inoxydable a une raideur qui s'avère bien adaptée à la fonction qui lui est dévolue selon l'invention. En outre, ses spires plates n'ont pas tendance à détériorer la masse de PTFE. Et comme il est en métal inoxydable, il ne limite pas les possibilités d'emploi offertes par le PTFE. Du fait de la conicité que présentent la face 18 de la bague 11 et la face 23 de l'anneau 17, l'aile d'obturation 27 peut être appuyée contre la bague 11 sans que sa souplesse soit compromise. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'on pourrait par exemple faire en sorte que l'aile d'obturation ne soit pas en contact avec la bague d'appui. On pourrait également former des nervures telles que 28 sur l'épaulement 8, de préférence à proximité de la surface cylindrique 9. L'ouverture telle que 34 de la gorge telle que 24 pourrait être pratiquée dans la face 19 appuyée contre l'épaulement 8. Le copeau roulé peut être réalisé en acier inoxydable ou en autres métaux ou alliages résistant à la corrosion tels que le monel (environ 30 % Cu, 67 % Ni, et petites quantités Fe, Mu et C) ou l'hastelloy (environ 58 % Ni, 17 à 20 % Mo, 6 à 20 % acier, et petites quantités éventuelles de Mn,Cr, W). Les spires du copeau, au lieu d'être espacées peuvent être jointives ou même se chevaucher. L'anneau d'étanchéité peut être en PTFE chargé de substances de renforcement. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour vanne-papillon, cette vanne comprenant un corps (2) traversé par un conduit (3), et un disque obturateur pivotant (4) déporté latéralement relativement à son axe de rotation (ZZ) transversal au conduit (3), le dispositif d'étanchéité comprenant un épaulement (8) aménagé dans le conduit (3) et dirigé à l'opposé de l'axe (ZZ) de rotation de l'obturateur (4), une bague d'appui (11) emboîtée dans le conduit (3) face à l'épaulement (8), et un anneau d'é tanchéité à base de polytétrafluoréthylène (17) monté de façon étanche entre la bague (11) et l'épaulement (8), faisant une certaine saillie dans le conduit (3), et présentant dans le conduit une surface d'obturation (22) propre à recevoir le pourtour (7) de l'obturateur (4) lorsque celui-ci est en position de fermeture, caractérisé en ce que l'anneau d'étanchéité (17) comporte une aile d'ancrage (26) située radialement à l'ex térieur, et une aile d'obturation (27) portant la surface d'obturation (22), en ce que l'aile d'ancrage (26) et l'aile d'obturation (27) sont séparées par une gorge (24) ménagée dans une face (23) de l'anneau (17) transversale à l'axe (XX) du conduit (3), et en ce qu'un organe annulaire doué d'élasticité (29) est inséré dans le gorge (24). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe annulaire doué d'élasticité est un copeau (29) roulé en hélice d'axe circulaire (31). 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le copeau (29) est en acier inoxydable ou autre métal résistant à la corrosion. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le copeau (29) a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0, 4mm. 5-. Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la gorge (24) a une profondeur (p) supérieure au diamètre d'enroulement du copeau (29). 6. Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'au voisinage de son ouverture (34), la gorge (24) a une largeur (1) inférieure au diamètre d'enroulement du copeau (29). 7. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la gorge (24) est ménagée dans la face (23) de l'anneau tel7) opposée à l'axe (ZZ) de pivotement de l'obturateur (4). 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que la face (23) de l'anneau (17) opposée à l'axe de pivotement (ZZ) et la face (18) de la bague (11) qui s'y -appuie ont une certaine conicité (A) de sorte que l'anneau (17) est plus épais axialement au voisinage de la paroi du conduit (9) qu'au voisinage de l'obturateur (4). 9. Dispositif conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la bague (11) porte sur sa face dirigée vers l'épaulement (8) une nervure (28) positionnée radialement de façon à être en contact avec la partie d'ancrage (26) et à déformer la surface de celle-ci. 10. Dispositif conforme à l'unie des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ouverture de la gorge est pratiquée dans la face de l'anneau appuyée contre lrépaulement du conduit. 11. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'ouverture (34) de la gorge est entièrement recouverte par l'une (18) des parois (18, 8) de la bague (11) et de l'épaulement (8) entre lesquels l'anneau (17) est enserré.