Brevet FR2546260A1 — publié le 19841123

VANNS COMPORTANT UN ORGANE D'APPLICATION D'UN SIEGE DE VANNE DANS UNE VANNE A TOURILLONS - La présente invention concerne une vanne comportant un organe d'applica- tion d'un siège de vanne dans une vanne à tourillons, notamment une van- ne sphérique, comportant un corps de vanne, un support de siège monté coulissant dans le corps de vanne, un siège de vanne monté sur une extré- mité du support de siège de manière à s'engager de façon étanche sur un organe obturateur, un organe d'application du siège de vanne contre l'organe obturateur, intercalé entre l'autre extrémité du support de siège et un épaulement du corps de vanne. Il est bien connu que les propriétés d'étanchéité d'une vanne dépendent largement des caractéristiques d'élasticité des joints, qui sont en gé- néral en caoutchouc, en téflon ou en d'autres matières synthétiques. Cependant, en raison des exigences toujours plus sévères imposées aux matériaux des joints au point de vue de la pression et de la tempdra- ture, on en est venu à préférer dans les joints de vanne d'autres maté- riaux plus endurants, tels que ceux dont le composant principal est le graphite Ces matériaux manquent souvent d'une élasticité suffisante pour assurer par eux-mêmes une étanchéité satisfaisante Dans un tel cas, il est préférable d'utiliser un organe séparé pour maintenir une certaine pression du joint sur l'organe d'obturation. A cet effet, selon une technique connue dans une vanne du type à touril- lons telle qu'une vanne sphériques un support de siège de vanne est mon- té ae manière flottante dans le corps de vanne et un ressort à disque annulaire est interposé entre le support de siège et le corps de vanne de telle rmnnère que le support de siège soit toujours sollicité en di- rec Lion de l'orjane abtursteur Un siège d B vanne porté par le support de siêje comporte un toyen d'étanchdité agencé de telle manière qu'il reste en tout temps en contact intime avec l'organe obturateur sous l'effet de la force de poussée développée par le ressort à disque. Cependant, un ressort à disque ne se prête pas à cet usage particulier dans une vanne de grand diamètrepuisque son domaine de flexibilité est relativement petit du fait que la caractéristique du ressort est 2 - fondamentalement non linéaire C'est pourquoi il est difficile de déter- miner les propriétés élastiques optimales de tels ressorts à disques pour leur usage dans des vannes de différentes dimensions. On peut rendre beaucoup plus pratique la ressort à disque en découpant une série d'encoches dans des directions radiales le long du bord in- térieur du ressort è disques mais une telle construction est indésira- ble pour un grand ressort, et elle nécessite des méthodes de travail compliquées qui rendent sensiblement plus coûteuse la fabrication. En outre, du fait de la forme de base, la matière en cours de fabrica- tion est considérable et il faut malheureusement préparer des ressorts à disques de dimensions diverses pour des vannes de différentes tailles. Les ressorts de compression hélicoïdaux présentent des caractéristiques fondamentalement linéaires et offrent une plus grande liberté de choix des caractéristiques en ce qui concerne la charge et la flèche qui en résulte Toutefois, il faut percer une série de trous borgnes dans le corps de vanne pour recevoir ces ressorts de compression hélicoïdaux, ce qui entraîne un coût de fabrication plus élevé et nécessite un ac- croissement de la dimension axiale du corps de vanne, sans parler du coût supplémentaire du montage des ressorts hélicoidaux dans les trous borgnes Ainsi, cette solution conduit à un accroissement des coûts de fabrication et de montage. Vu les insuffisances et inconvénients mentionnés ci-dessus des disposi- tifs traditionnels d'application d'un support de siège de vanne contre un organe obturateur dans une vanne à tourillons avec siège et flottants, le but premier de la présente invention est de fournir une vanne com- O portant un organe perfectionné d'application du siège de vanne et ne présentant pas les inconvénients décrits ci-dessus. Dans ce but, la présente invention concerne une vanne du type mentionné plus haut, caractérisée en ce que l'organe d'application comprend un ressort annulaire composite qui comporte au moins trois éléments de ressort, présentant un profil sensiblement en forme de U, et au moins une bague de liaison qui maintient les éléments de ressort dans une dis- 3 - position sensiblement circulaire. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description ci-dessous d'une forme de réalisation préférée et aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une vanne sphérique se- lon l'invention, la figure 2 est une vue agrandie d'une partie essentielle de la figure 1, la figure 3 est une vue frontale d'une forme de réalisation du ressort annulaire composite selon l'invention, la figure 4 a est une vue agrandie d'une partie de la figuré 3, montrant un élément de ressort en détail, la figure 4 b est une vue latérale de l'élément de ressort de la figure 4 a, la figure 5 est une autre forme de réalisation du ressort annulaire com- posite selon l'invention, - la figure 6 est encore une autre forme laire composite selon l'invention, la figure 7 a est une vue analogue à la me différente de l'élément de ressort, la figure 7 b est une vue analogue à la ment de ressort de la figure 7 a, la figure 8 a est une vue analogue à la me différente de l'élément de ressort, de réalisation du ressort annu- figure 4 a, représentant une for- figure 4 b, représentant 1 '1 lé- figure 4 a, représéntant une for- la figure 8 b est une vue annalogue à la figure 4 b, représentant l'élé- 4 A 6260 4 - ment de ressort de la figure 8 a, la figure 9 a est une vue analogue à la figure 4 a, représentant une forme différente de l'élément de ressort, la figure 10 a est une vue-analogue à la me différente de l'élément de ressort, la figure l Ob est une vue analogue à la ment de ressort de la figure 10 a, la figure lla est une vue analogue à la me différente de l'élément de ressort, la figure llb est une vue analogue à la ment de ressort de la figure lla, la figure 12 a est une vue analogue à la me différente de l'élément de ressort, figure 4 ae représentant une for- figure 4 b, représentant l'élé- figure 4 a, représentant une for- figure 4 b, représentant l'élé- figure 4 a, représentant une for- la figure 12 b est une vue analogue à la figure 4 b, représentant 1 '6 é 6- ment de ressort de la figure 12 a, la figure 13 est une vue agrandie de la figure 2, représentant une par- tie essentielle de l'organe d'application du siège de vanne, la figure 14 est une vue similaire à la figure 13, représentant une au- tre forme de réalisation, la figure 15 a est une vue analogue à la figure 4 a, représentant une au- tre forme de l'élément de ressort, réalisée avec du fil, la figure 15 b est une vue analogue à la figure 4 b, représentant l'6 lé- ment de ressort de la figure 15 a, la figure 16 a est une vue analogue à la figure 4 a, représentant une for- me différente de l'élément de ressort, réalisée avec du fil, -5 - la figure 16 b est une vue analogue à la figure 4 b, représentant l'élé ment de ressort de la figure 16 a, la figure 17 a est une vue analogue à la figure 4 a, représentant une for- me différente de l'élément de ressort, réalisée avec du fil, et la figure 17 b est une vue analogue à la figure 4 b, représentant l'élé- ment de ressort de la figure 17 a. La figure 1 représente-une vanne sphérique réalisée selon l'invention. Un corps de vanne 1 est réalisé par l'assemblage des deux parties, la et lb, avec des boulons 2 fixés au moyen d'écrous 3 Un organe obtura- teur sphérique 4 est monté pivotant dans la partie de droite lb avec des tourillons 5, 6 qui s'étendent respectivement vers le haut et vers le bas à partir de l'organe obturateur 4. La référence 7 désigne un support de siège qui est monté coulissant dans un alésage 9 ménagé dans la pièce de droite lb du corps de vanne 1 De même, un autre support de siège 7 est monté coulissant dans un autre alésage 9 de la pièce de gauche la du corps de vanne 1 Les deux sup- ports de siège 7 sont ainsi disposés coaxialement dans le corps de vanne 1 Comme la structure de la vanne est sensiblement symétrique, la description qui suit se limitera à l'une des moitiés de la struc- ture d'ensemble de la vanne sphérique. La surface du support de siège 7 faisant face à l'organe obturateur 4 comporte une première rainure annulaire 10 dans laquelle est fixé un siège de vanne 11. Un joint torique 13 est monté dans une seconde rainure annulaire 12 mé- nagée sur la périphérie du support de siège 7, tandis qu'un ressort an- nulaire 14 se trouve placé comme le montre la figure 3 dans la fente annulaire située entre le support de siège 7 et un épaulement du pour- tour intérieur du corps de vanne l. Le ressort annulaire 14 comporte des éléments de ressort 15, aussi nom- breux que possible mais au moins au nombre de trois, présentant un pro- 6- fil en forme de U comme le représentent les figures 4 a et 4 b, et reliés ensemble par une paire de bagues de liaison 16 qui les maintient dans une disposition sensiblement circulaire. La bague de liaison 16 présente une section transversale en forme de U ou d'auge dont l'ouverture est orientée axialement et elle est fabriquée par formage à la presse d'une bande de matériaux se présentant sous for- me de feuilles ou par écrasement et formage à la presse d'un matériau se présentant sous forme de fil L'élément ressort 15 comprend une lame ressort qui est cintrée en forme de U dans sa partie médiane et qui comporte à chaque extrémité un élément d'engagement 15 a orienté vers l'extérieur. Pour réaliser le ressort annulaire 14, un grand nombre de ces éléments de ressort sont disposés en cercle, de telle façon que les éléments d'en- gagement 15 a des éléments de ressort soient répartis régulièrement sur un même cercle et ils sont fixés solidement, par collage ou soudure, dans les ouvertures de la paire de bagues de liaison 14 disposées de telle manière que leur côté ouvert respectifs soient en face l'un de l'autre. Lorsqu'on utilise ce ressort annulaire 14, on peut choisir librement les caractéristiques du ressort en choisissant de manière appropriée l'épaisseur, la largeur et le nombre de ces éléments de ressort 15, et l'on peut étendre jusqu'à une valeur suffisante leur domaine de flexion. En outre, l'élément de ressort 15 peut être réalisé simplement et sans aucune perte de matière en découpant en bandes un matériau en forme de feuilles ou en aplatissant un matériau en forme de fil, et en le cintrant avec une presse ou avec une autre machine D'autre part, le montage de la vanne est simplifié et son coût de fabrication s'en trou- ve réduit. Dans la description qui précède, on réalisait le ressort annulaire 14 en disposant les éléments de ressort 15 avec leurs éléments d'engage-. ment 15 a tournés en direction radiale extérieure et en les reliant aux bagues de liaison 14, mais il est également possible ou bien de disposer 7 - les éléments de ressort 15 de manière que leurs éléments d'engagement a soient orientés en direction radiale intérieure et de les relier ensemble par les bagues de liaison 16 comme le montre la figure 5, ou bien de disposer les éléments de ressort 15 de manière que leurs élé- ments d'engagement 15 a soient orientés alternativement dans les directions radiales extérieure et intérieure et les assembler au moyen des bagues de liaison 16 comme le montre la figure 6. Les figures 7 a et 7 b représentent un élément de ressort 25 de forme dif- férente avec lequel on utilise, au lieu des bagues de liaison 16 de sec- tion transversale en forme d'auge, une paire de bagues de liaison 26 constituée chacune par un flasque annulaire, pour relier ensemble les éléments de ressort 25 par leurs éléments d'engagement 25 a qui sont di- rigés vers l'extérieur et qui sont formés par pliage des extrémités li- bres de l'élément de ressort 25. Les figures 8 a et 8 b représentent une forme différente de l'élé- ment de ressort, dans laquelle les éléments de ressort 35 sont assem- blés, au moyen d'une paire de bagues de liaison 36 réalisées avec du fil, dans l'angle formé du côté extérieur par un pliage vers l'exté- rieur des extrémités libres 35 a de l'élément de ressort 35. Les figures 9 a et 9 b représentent une forme différente d'un élé- ment de ressort 45 comportant un manchon d'assemblage 45 a façonné sur chaque extrémité libre de l'élément de ressort 45,pour recevoir une bague de liaison 46 réalisée avec un matériau en forme de fil. Les figures l Oa et l Ob représentent encore une autre forme d'un élé- ment de ressort 55 qui a la forme générale d'un U, une bague de liai- son 56 de section triangulaire étant fixée respectivement sur une de ses faces, à chaque extrémité libre 55 a de l'élément de ressort. Les figures lla et llb représentent encore une autre forme d'un élé- ment de ressort 65 présentant un profil en forme de U et comportant sur ses extrémités libres des éléments d'engagement 65 a orientés vers l'extérieur Une bague de liaison 66 est fixée au milieu de la partie cintrée de l'élément de ressort 65. Les figures 12 a et 12 b représentent encore une autre forme d'un élément de ressort 75, qui est similaire à la forme décrite à pro- pos des figures lla et llb et qui est fixé à une bague de liaison 76 par sa partie cintrée, mais qui ne présente pas de saillie sur ses ex- trémités libres 75 a. Dans les formes de réalisation des ressorts annulaires décrites ci-des- sus, les bagues de liaison sont réalisées au moyen de fils dans le cas des formes décrites à propos des figures 8 a, 8 b, 9 a, 9 b et sont réali- sées au moyen de flasques dont les dimensions radiales sont plus petites que leurs dimensions axiales dans le cas des formes décrites à propos des figures 7 a, 7 b, lia, llb, 12 a et 12 b Dans le cas des figures l Ua et l Ob, la section transversale de la bague de liaison 56 est triangu- laire. Dans chacune des formes de réalisation décrite ci-dessus, il est évi- demment possible de disposer les éléments de ressort tous en direction radiale extérieure, tous en direction radiale intérieure, ou bien alter- nativement vers l'intérieur ou l'extérieur comme le montrent les figures 3, 5 et 6 Il est aussi possible d'utiliser un élément de ressort dont la profil est en forme générale de V ou tout autre forme, pour autant qu'il puisse produire une force de ressort entre les deux extrémités de l'élément de ressort. Les éléments d'engagement 15 a, 25 a, 35 a, 65 a et les manchons d'assem- blage 46 a, ainsi que les bagues de liaison 56 de section triangulaire, ont pour effet un appui sur le corps de vanne 1 et sur le support de siège 7 constamment par des points bien définis des éléments de res- sort, comme le montre la figure 20 C'est un facteur très important - pour assurer une poussée stable sur le support de siège 7. En fait, si un élément de ressort 75 n'est pas muni de saillies laté- rales ou extérieures sur ses extrémités libres, comme le montre la fi- gure 13, lorsque l'élément de ressort 75 se trouve comprimé, le point d'application de la poussée de l'élément de ressort 75 contre le corps de vanne 1 et le support de siège 7 tend à se déplacer le long des branches de l'élément de ressort 75 et la force de rappel peut devenir 9 - instable. Pour Éviter cela, l'extrémité extérieure du support de siège 7 et la partie du corps de vanne 1 qui fait face à l'élément de ressort 75 peu- vent comporter des épaulements annulaires 17, 18 comme le montre la figure 14, mais il existe un risque que les extrémités libres des éléments de ressorts 75 s'échappent de ces épaulements annulaires 18, 19 La réa- lisation de ces épaulements annulaires 18, 19 représente évidemment une étape supplémentaire du processus de fabrication. Les figures 15 a à 17 b représentent diverses formes de réalisation d'élé- ments de ressort au moyen d'un matériau en forme de fil. L'élément de ressort 27 représenté sur les figures 15 a et 15 b se compo- se d'une série de fils, fixés mutuellement en position parallèle, qui sont cintrés en U dans leur partie médiane 27 b et recourbés en boucles de montage 27 a, saillantes vers l'extérieur à leurs deux extrémité Les boucles et la partie cintrée se trouvent dans un même plan. L'élément de ressort 37 représenté sur les figures 16 a et 16 b se compo- se d'un fil qui est cintré en forme de U dans sa partie médiane 37 b et cintré à nouveau en U vers l'arrière dans la partie médiane 37 c de ses deux branches, dans un plan perpendiculaire à celui du premier U 37 b. Chacune des deux extrémités libres 37 a du fil est bouclée à l'extérieur pour entourer une bague de liaison 38 Ces boucles sont dans le même plan que les seconds U respectifs 37 e. L'élément de ressort 47 représenté sur les figures 17 a et 17 b est cons- titué de la même façon que celui des figures 16 a et 16 b, mais il compor- te des boucles supplémentaires 47 c à l'emplacement des seconds U Pour le reste, cette forme de réalisation est identique à celle qui est dé- crite précédemment et elle présente un premier U 47 b et des boucles 47 a à ses extrémités libres pour entourer une bague de liaison 46. Grâce à la présence des boucles 47 à proximité des seconds U, cette for- me d'exécution présente une force de rappel plus stable que la forme précédente. Bien que la présente invention soit décrite ici par des formes spéci- fiques de réalisation, il est évident pour un homme du métier que di- vers compléments ou modifications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. 1 l - Revendications 1 Vanne comportant un organe d'un siège de vanne dans une vanne à tourillons, notamment une vanne sphérique, comportant un corps de van- ne, un support de siège monté coulissant dans le corps de vanne, un siège de vanne monté sur une extrémité du support de siège de manière à s'engager de façon étanche sur un organe obturateur, et un organe d'application du siège de vanne contre l'organe obturateur, intercalé entre l'autre extrémité du support de siège et un épaulement du corps de vanne, caractérisée en ce que l'organe d'application comprend un ressort annulaire composite ( 14) qui comporte au moins trois éléments de ressort, présentant un profil sensiblement en forme de U, et au moins une bague de liaison qui maintient les éléments de ressort dans une disposition sensiblement circulaire. 2 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en qu'un élément de res- sort est constitué par une lame-ressort ( 15, 25, 35, 45, 55 e 65, 75) cintrée en forme de U. 3 Vanne selon la revendication 2, caractérisée en qu'un élément de res- sort est recourbé vers l'extérieur sensiblement à angle droit à ses deux extrémités. 4 Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une bague de liaison ( 16) comporte une section transversale en forme d'auge dont l'ouverture est agencée pour recevoir les extrémités recourbées ( 15 a) des éléments de ressort ( 15). Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les éléments de ressort fixés sur les bagues de liaison sont disposés à l'extérieur par rapport à ces bagues. 6 Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les éléments de ressort fixés sur les bagues de liaison sont disposés à l'intérieur par rapport à ces bagues. 2 546260 12 - 7 Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les éléments de ressort fixés sur les bagues de liaison sont disposés alternativement à l'intérieur et à l'extérieur par rapport à ces bagues. 8 Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une bague de liaison est constituée par une paire d'anneaux plats ( 26) présentant une section rectangulaire qui est plus petite dans la direction radiale que dans la direction axiale, ces anneaux étant fixés respectivement sur chaque côté des extrémités recourbées ( 25 a) des éléments de ressort. 9 Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une bague de liaison est constituée par une paire de baguettes ou fils annulaires ( 36),et en ce que les éléments de ressort ( 35) sont fixés à ces baguet- tes ou fils dans des angles orientés vers l'extérieur à proximité des extrémités recourbées ( 35 a) de ces éléments de ressort. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que les extrémi- tés de chaque élément de ressort ( 45) sont repliées vers l'extérieur en forme de manchons ( 45 a) et en ce que les bagues de liaison ( 46) sont placées dans ces manchons. 11 Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une bague de liaison ( 66, 76) est constituée par un anneau présentant une section rectangulaire qui est plus petite dans la direction radiale que dans la direction axiale, et en ce que cet anneau est fixé sur la partie mé- diane ( 65 b, 75 b) de chaque élément de ressort ( 65, 75), partie dans laquelle cet élément est cintré en forme de U. 12 Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une bague de liaison est constituée par une paire d'anneaux ( 56) de section trian- gulaire, ces anneaux étant fixés respectivement par leur base sur la face extérieure de chaque extrémité ( 55 a) des éléments de ressort ( 55). 13 Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une bague de liaison ( 66, 76) est constituée par un anneau présentant une section rectangulaire qui est plus petite dans la direction radiale que dans la -direction axiale, et en ce que cet anneau est fixé sur la face extérieu- 13 - re de la partie médiane de chaque élément de ressort, partie dans la- quelle cet élément est cintré sensiblement en forme de U. 14 Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce les surfaces du corps de vanne ( 1) et du support de siège ( 7) qui coopèrent avec le ressort annulaire composite ( 14) comportent chacune un épaulement an- nulaire ( 17, 18) agencé de telle façon que la transmission d'une force entre le ressort annulaire et les surfaces du corps de vanne respective- ment du support de siège, se fassent entre ces épaulements d'une part, et les extrémités libres ( 75 a) des éléments de ressort ( 75) d'autre part. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un élément de ressort ( 27) est constitué par une série de fils en forme de U, disposés parallèlement et disposes en boucles ( 27 a) à leurs extrémités, et en ce que la bagus de liaison est constituée par une paire d'anneau ( 28) en forme de fils et passant chacun respectivement à travers l'une de ces boucles ( 27 a). 16 Vanne selon la revendication 19 caractérisée en ce qu'un élément de ressort ( 37) est constitué par un fil-ressort dont la partie médiane ( 37 b) est cintrée sensiblement en forme de Uet dont les extrémités ( 37 a) sont recourbées en boucles situées dans des plans perpendiculaires à la direction circonférentielle du corps de vanne ( 1), les deux bran- ches de l'élément étant elles-mêmes cintrées en forme de U dans leur partie médiane ( 37 c), dans des plans sensiblement parallèles aux plans des boucles d'extrémités. 17 Vanne selon la revendication 16, caractérisée en ce qua chaque bran- che présente en outre dans la partie médiane o elle est cintrée en for- me de U, au moins une beucle supplémentaire ( 47 c).