Brevet FR2559869A1 — publié le 19850823

L'invention concerne une vanne d'arrêt à deux opercules parallèles engagés l'un dans l'autre par un système de cen- trage et maintenus à une certaine distance l'un de l'autre par des ressorts lorsque ces opercules sont déchargés en pression, chaque opercule étant doté d'une bague d'étan- chéité intérieure et d'une bague d'étanchéité extérieure, les bagues d'étanchéité intérieures étant placées l'une en face de l'autre et les bagues d'étanchéité extérieures face à des bagues d'étanchéité du corps, l'un des opercules étant percé dans le sens axial. Sur une vanne de ce type, un interstice existe et se situe soit entre les opercules, soit entre un opercule et la bague d'étanchéité du corps, suivant le côté o agit la pression. Cet interstice établit en permanence, directement ou en liaison avec le perçage, une communication entre l'intérieur du corps de vanne et le côté de celle-ci o agit la pres- sion, de telle sorte qu'aucune surpression supplémentaire ne peut se créer dans le corps de vanne, par exemple du fait de l'échauffement du fluide emmagasiné dans ce corps de vanne. Sur une vanne connue décrite dans le brevet DE 22.49.601, la partie en saillie prévue sur l'un des opercules présente un diamètre plus petit que celui des bagues d'étanchéité du corps, cependant que les bagues d'étanchéité intérieures et extérieures des opercules sont prévues au niveau des bagues d'étanchéité du corps. Du fait de cette configuration, la vanne connue requiert pour son étanchéité, lorsque la pres- sion agit sur l'opercule non pourvu d'un perçage, une dif- férence de pression déterminée pouvant être de 5 à 10 bars suivant le diamètre nominal. Cette différence de pression est en général assurée lorsque les conditions de service sont normales. Cependant, lorsque l'on travaille avec des différences de pression plus réduites, des pertes d'étan- chéité peuvent se produire lorsque la poussée consécutive à la pression s'exerçant à l'entrée est égale ou légèrement supérieure à la somme des poussées antagonistes ayant pour origine, côté sortie, l'action des ressorts et la pression. L'invention a pour objet d'apporter à une vanne de ce type des améliorations telles que, tout en conservant la techno- logie permettant de décharger en pression en permanence le corps de vanne, l'étanchéité soit garantie sur toutes les plages de pression. Sur une vanne d'arrêt du type cité, l'invention résoud ce problème en prévoyant que les bagues d'étanchéité inté- rieures et le système de centrage sont disposés sur un cer- cle de plus grand diamètre que celui des bagues d'étanchéité du corps, que le diamètre des bagues d'étanchéité inté- rieures et celui du système de centrage sont à peu près les mêmes, et que le système de centrage présente un jeu réglé à l'ajustement. Grâce au dimensionnement plus grand donné respectivement au diamètre du système de centrage et à celui des bagues d'étanchéité, une surface active plus étendue est constituée lorsque, en différence de pression réduite, l'opercule a décollé de la bague d'étanchéité du siège du corps. Sur cette surface plus étendue, la pression régnant à l'entrée agit, créant une poussée supplémentaire qui surpasse les poussées antagonistes et assure l'étanchéité au niveau des bagues intérieures. Il en résulte que la vanne conserve son étanchéité même dans les conditions de pression particu- lières précitées et qu'un interstice se forme, assurant la communication entre l'intérieur du corps de vanne et le côté entrée. Le jeu réglé à l'ajustement dans le système de cen- trage est choisi de telle sorte que soit obtenu un effet de laminage freinant la décharge en pression vers le côté en- trée afin qu'après le décollage de l'opercule, la pleine pression puisse agir sur la surface active agrandie. Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur la figure et expliqué en détail dans ce qui suit. La figure représente en coupe longitudinale une vanne d'arrêt dans la zone o est placé le système d'étanchéité. La vanne d'arrêt présente un corps à deux tubulures laté- rales (2,3) constituant chacune, suivant le sens o agit la pression, l'entrée ou la sortie de la vanne. En prolongement des tubulures (2,3), des bagues de sièges (4,5) sont soudées dans le corps de vanne et portent à leurs extrémités les ba- gues d'étanchéité (6,7). Deux opercules parallèles (8,9) sont suspendus à une tige (10) servant à amener les opercules (8,9) en position d'ouverture ou de fermeture entre les bagues de siège (4,5). Les opercules (8,9) présentent des bagues d'étanchéité exté- rieures (11,12) disposées face aux bagues d'étanchéité du corps (6,7) et coopérant avec celles-ci. Les opercules (8,9) sont maintenus, lorsqu'ils sont dé- chargés en pression, à une certaine distance l'un de l'autre par des système de ressorts, de sorte qu'un interstice (S) les sépare. Ces systèmes de ressorts sont constitués de plu- sieurs ressorts hélicoidaux (13) de faible raideur et sont disposés sur un arc de cercle. Un ressort unique en position centrale peut aussi être utilisé. A la place de ressorts hélicoïdaux on peut aussi utiliser d'autres ressorts, par exemple des ressorts Belleville. Les ressorts hélicoidaux (13) utilisés sont logés dans des alésages (14) de l'un des opercules (8) et prennent appui sur le fond de ces alésages ainsi que sur la face intérieure de l'autre opercule (9). Le fond de l'alésage (14) est doté d'un perçage traversant; la tubulure (2) se trouve ainsi en communication avec l'inter- stice (S) séparant les opercules (8,9). Au centre de l'un des opercules (8), est prévu un autre alé- sage (15) servant de logement à une vis de montage s'enga- geant dans l'autre opercule (9). La vis de montage est mise en place avant le montage des opercules (8,9) et serrée contre la poussée antagoniste des ressorts hélicoidaux (13). Après cette opération, on met en place les opercules (8,9) dans le corps de vanne (1). Le montage terminé, la vis de montage est enlevée. Radialement et vers l'extérieur par rapport aux ressorts hélicoidaux (13), les faces intérieures des opercules (8,9) sont dotées de bagues d'étanchéité (16,17) se faisant face. Lorsque l'opercule percé (8) est soumis à la pression, l'étanchéité est réalisée par la bague d'étanchéité exté- rieure (11) de l'opercule (9) et la bague d'étanchéité (7) de la bague de siège (5) du corps. Lorsque l'opercule non percé (9) est soumis à la pression, l'étanchéité est réa- lisée par les bagues d'étanchéité intérieures (16,17) des opercules (8,9) ainsi que par la bague d'étanchéité exté- rieure (12) de l'opercule (8) et la bague d'6tanchéité (6). de la bague de siège (4) du corps. Les opercules (8,9) s'engagent l'un dans l'autre par un sys- tème de centrage. Ce système de centrage peut -être cons- titué, par exemple, par une gorge réalisée sur la face inté- rieure de chacun des opercules (8,9). Dans les deux gorges placées l'une en face de l'autre, une bague peut être mise en place. De préférence, le système de centrage est réalisé (comme le montre la figure) par une partie en saillie C18) rapportée sur la face intérieure de l'opercule (8). La par- tie en saillie (18) s'engage dans un évidement (19) réalisé dans l'autre opercule (9). Entre la partie en saillie (18) et l'évidement (19), subsiste un jeu réglé à l'ajustage. Le diamètre (d2) de la partie en saillie (18), et de l'évi- dement (19), et le diamètre moyen (dl) des bagues d'étan- chéité intérieures (16,17) sont supérieurs au diamètre des bagues d'étanchéité extérieures (11,12). De préférence, les bagues d'étanchéité intérieures (16,17) sont disposées radialement vers l'intérieur par rapport i la partie en saillie (18) et à l'évidement (19). Cette disposition est avantageuse au plan de la conception et de la fabrication des opercules. Sans modifier le principe de fonctionnement retenu, les bagues d'étanchéité intérieures (16,17) peuvent aussi être mises en place radialement vers l'extérieur par rapport à la partie en saillie (18) ou à l'évidement (19). La vanne d'arrêt fonctionne sur le principe suivant: lors- que la pression s'exerce à partir de la tubulure (2), l'opercule (9), appliqué contre -son siège par les ressorts hélicoidaux (13) en précontrainte, se trouve poussé par la pression contre la bague d'étanchéité (7) de la bague de siège (5), assurant ainsi l'étanchéité de la vanne. Grâce aux perçages (14,15), l'opercule (8) demeure en contact avec la bague d'étanchéité (6) du corps, car la pression établie dans la tubulure (2) se transmet par ces perçages (14,15) à l'interstice (S) existant entre les opercules (8,9). Lorsque la pression agit côté tubulure (3), elle provoque le décollement de son siège de l'opercule (9); dans le même temps, les opercules (8,9) sont appliqués contre leurs bagues d'étanchéité intérieures (16,17) et l'opercule (8) est appliqué contre la vanne d'étanchéité (6) du corps. L'étanchéité de la vanne est alors assurée au niveau de la bague d'étanchéité (6) ainsi qu'au niveau de la bague d'étanchéité extérieure (i2) de l'opercule (8). L'interstice (S) se situe alors entre la bague d'étanchéité extérieure (11) de l'opercule (9) soumis à la pression et la bague d'étanchéité (7) de la bague de siège (5). La communication s'établit-à nouveau par cet interstice (S) entre l'intérieur du corps de vanne et le côté mis en pression. Ce dernier cas mentionné se présente toujours de la façon qui vient d'être décrite lorsqu'existe entre le côté entrée et le côté sortie de la vanne d'arrêt une différence de pression d'un niveau déterminé, c'est-à- dire lorsque les forces agissant sur l'opercule (9) dépassent nettement celles qui agissent en sens opposé. Si la poussée exercée côté entrée par la pression sur la surface de diamètre (d) est égale ou seulement très légèrement supérieure à la somme des poussées antagonistes, c'est-à-dire la poussée des res- sorts hélicoidaux (13) d'une part et la poussée exercée côté sortie par la pression sur une surface de diamètre (d) d'autre part, l'opercule (9), là encore, décolle d'abord de son siège. Par l'interstice ainsi formé entre les bagues d'étanchéité (7,11), du fluide pénètre dans le corps de vanne (1) y établissant la pression régnant côté entrée. Il en résulte entre le corps (1) et la sortie côté tubulure (2) une chute de pression. De ce fait, le fluide s'écoule vers la sortie côté tubulure (2) à partir du corps de vanne (1), en passant par le système de centrage des opercules (8,9), puis par les perçages (14,15) de l'opercule (8). Le système de centrage présentant un jeu entre la partie en saillie (18) et l'évidement (19), jeu dimensionné sur des critères technologiques et qui doit avoir un excellent effet de lami- nage, la pression d'entrée peut, après une courte phase transitoire, s'établir dans le corps de vanne (1). Il est essentiel que le diamètre (d2) du système de centrage constitué par la partie en saillie (18) et l'évidement (19) soit supérieur au diamètre moyen des bagues d'étanchéité extérieures (11,12). Grâce à cette disposition, il se crée en effet entre les cercles de diamètre (d2) et (d) , après la mise en pression du corps de vanne (1), une surface active annulaire supplémentaire soumise à la pression d'entrée. Il en résulte une poussée supplémentaire agissant en sens inverse de la poussée des ressorts et de la poussée consé- cutive à la pression côté sortie qui, maintenant, agit sur la surface de diamètre (d2). Cette poussée supplémentaire déplace l'opercule (9) vers l'opercule (8), assurant l'étan- chéité du système par les bagues d'étanchéité intérieures (16,17) ainsi que par la bague d'étanchéité extérieure (12). La poussée supplémentaire doit toujours être supérieure à l'accroissement de poussée antagoniste engendré par les res- sorts lors de leur compression consécutive au déplacement de l'opercule (9) en direction de l'opercule (8). Pour garantir la stabilité du système dans la position ainsi prise, la poussée ayant pour origine la pression d'entrée agissant maintenant sur la surface de diamètre (dl) doit être supé- rieure à la somme des poussées antagonistes, à savoir poussée des ressorts, accroissement de cette poussée et poussée résultant de l'action de la pression de sortie sur la surface de diamètre (dl). Ce résultat est obtenu en don- nant au diamètre moyen (dl) des bagues d'étanchéité inté- rieures (16,17) une dimension ne différant que de très peu de celle du diamètre (d2) de la partie en saillie (18) et de l'évidement (19). RE V E N D I C A T I 0 N S 1. Vanne d'arrêt à deux opercules parallèles (8,9) engagés l'un dans l'autre par un système de centrage (18,19) et maintenus à une certaine distance l'un de l'autre par des ressorts lorsque ces opercules sont déchargés en pression, chaque opercule étant doté d'une bague d'étanchéité inté- rieure et d'une bague d'étanchéité extérieure (16,17, 11,1)Z, les bagues d'étanchéité intérieures (16,17) étant placées l'une en face de l'autre et les bagues d'étanchéité exté- rieures (11,12) face à des bagues d'étanchéité du corps (6,7), l'un des opercules (8) étant perce dans le sens axial, caractérisée en ce que les bagues d'étanchéité-inté- rieures (16,17) et le système de centrage (18,19) sont dis- posés sur un cercle de plus grand diamètre que celui des bagues d'étanchéité du corps (6,7), que le diamètre des bagues d'étanchéité intérieures (16,17) et celui du système de centrage (18,19) sont à peu près les mèmes, et que le système de centrage (18,19) présente un jeu réglé à l'ajus- tement. 2. Vanne d'arrêt selon la revendication 1, caract.ésrise en ce que le système de centrage (18,19) présente un diamâtre plus grand que celui des bagues d'étanchéité ité- rieures (16,17).- 3. Vanne d'arrêt selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les ressorts sont de faible raideur.