Brevet FR2580771A2 — publié le 19861024

FR 2580771 A2 19861024 FR 8505893 A 19850418 La présente invention se rapporte au domaine technique des valves et, plus particulièrement, à un clapet sphérique présentant une meilleure relation entre la sphère et les bagues formant siège qui lui sont associées. L'invention concerne aussi une forme perfectionnée de bagues formant siège Elle constitue un perfectionnement de l'invention décrite et revendiquée dans le.brevet principal. Le brevet principal décrit un clapet sphérique dans lequel la sphère ou obturateur sphérique est monté de façon à accomplir sélectivement une rotation et un mouvement axial limité dans le passage du corps de valve. Des bagues, formant siège, sont disposées sur des côtés diamétralement opposés de l'obturateur sphérique autour d'orifices d'entrée et de sortie de valve . Chaque bague formant siège comprend une surface venant au contact du clapet sphérique et ayant un contour présentant un rayon de courbure Deux épaulements continus, s'étendant radialement vers l'intérieur, sont disposés à la périphérie du passage, sur des côtés opposés du clapet sphérique.Deux contre-alésages s'étendant radialement vers l'intérieur dans le passage sont disposés sur des côtés opposés de l'obturateur sphérique, chaque contrealésage comportant une face ou paroi extrême interne, Les bagues formant siège sont interposées entre deux épaulements et contre-alésages associés, Le brevet principal décrit en outre un ensemble composite, formant siège dans un clapet sphérique, l'ensemble étant constitué de trois éléments principaux, à savoir une bague de renforcement, une bague formant siège et une rondelle élastique.La bague de renforcement est percée d'un trou central et comporte une première face tournée vers l'un des épaulements s 'étendant radialement vers l'intérieur, une deuxième face butant contre l'une des parois extrêmes, associée, du contre-alésege, et une troisième face généralement tournée vers l'obturateur sphérique à distance de ce dernier.La bague formant siège comporte un orifice central et est conçue pour fléchir élastiquement pour l'essentiel en direction et à l'écart de la bague de renforcement, La bague formant siège est délimitée par une première face généralement tournée vers l'un, respectif, des épaulements, une seconde face butant contre la première face de la bague de renforcement, et une troisième face orientée vers l'obtu- rateur sphérique pour venir hermétiquement en contact avec la surface externe de cet obturateur.La troisième face de la bague formant siège est profilée et elle présente un rayon de courbure qui, à l'état non contraint et non assemblé, est plus grand que le rayon de l'obturateur sphérique, La rondelle élastique est percée d'un orifice central et présente une configuration généralement tronconique à l'état non contraint lorsqu'elle est intercalée entre la bague formant siège et l'un, respectif, des épaulements associés, L'obturateur sphérique et chaque paire d'ensembles composites formant siège sont dimensionnés de telle sorte que, lorsqu'ils sont assemblés axialement entre les épaulements du corps de valve, chaque bague formant siège soit fléchie à l'écart d'une bague de renforcement respective et contrainte de façon à présenter, sur sa troisième face, un rayon de courbure sensiblement équivalent au rayon de courbure de ltobturateur sphériquet Dans cet état, la bague formant siège est disposée en contact hermétique avec l'obturateur sphérique sur toutes l'étendue de la troisième face de cette bague formant siège, Chaque rondelle ou bague élastique subit une contrainte d'aplatissement pour pousser en permanence la troisième face de la bague associée, formant siège, au contact de l'obturateur sphérique, Depuis que les paires d'ensembles composites formant siège et l'obturateur sphérique de l'invention ont été créés à l'origine et essayés, un développement supplémentaire a conduit à la découverte surprenante du fait que, pour certaines des plus petites dimensions de valves nécessaires pour l'industrie, on pouvait avantageusement remplacer dans leurs fonctions les bagues de renforcement, prévues dans les formes de réalisation décrites dans le brevet principal, en élargissant et modifiant les faces ou parois extrêmes internes des contre-alésages s'étendant vers l'intérieur du passage du corps de valve. L'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple illustratif et nullement limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel la figure 1 est une coupe longitudinale agrandie d'un clapet sphérique comportant le perfectionnement ici décrit et la figure montre l'obturateur sphérique dans la valve en position d'ouverture dans un état d'absence de charge ; et la figure 2 est une coupe agrandie d'une partie de l'ensemble formant siège d'aval du clapet sphérique représenté sur la figure 1. La figure 1 montre un clapet sphérique comportant deux sièges annulaires B" disposés de part et d'autre d'un obturateur sphérique C" du type flottant. Le clapet sphérique comporte un corps ou boîtier portant globalement la référence 10, comprenant une partie principale ou centrale 12"et des éléments extrêmes opposés 14", 16" d'assemblage Les détails de toutes les parties du clapet représenté sur les figures 1 et 2 peuvent, à l'exception des ensembles formés par l'obturateur sphérique et les bagues formant siège, être modifiés selon les désirs et/ou les nécessités pour correspondre à des types différents ou à des modèles différents de réalisation de clapets sphériques. En général, cependant, et pour mieux décrire la présente invention, on peut indiquer que le corps de la valve comporte un passage central sensiblement cylindrique ou un canal 20" d'écoulement du fluide, qui s'étend axialement et dont le diamètre est seulement un peu supérieur à celui de l'obturateur sphérique C". Chacun des éléments extrêmes 14", 16" d'assemblage est relié de façon amovible à la partie centrale 12" au moyen de plusieurs boulons de serrage s'étendant longitudinalement, L'ensemble 18 (représenté sur la figure 1 du brevet principal), formé d'une tige et d'une poignée d'actionnement, présente une tige 30" dont une extrémité inférieure 32" est conformée, comme illustré, pour être reçue à coulissement dans une fente ou gorge 34" façonnée dans l'extrémité supérieure de l'obturateur C". Cet agencement permet à l'obturateur sphérique d'effeotwuer des rotations entre des positions d'ouverture et dc ferg*- ture de la valve et, en même temps, il permet à cet obturateur de jouir d'une certaine liberté de mouvement pour se déplace-r axialement dans le passage ou canal 20" du corps de la valve lorsque cette dernière est en position de fermeture et qu'une pression de fluide agit sur ledit obturateur.L'étanchéité de la tige 30" est assurée de façon appropriée par des garnitures annulaires 40" et 42". Comme représenté, la garniture annulaire inférieure 42" est en appui sur un collet 44" s'étendant vers l'intérieur, Une rondelle fendue 46" de butée se trouve au-dessous du collet 44" et elle est serrée contre ce dernier par un épaulement ou collet 48" s'étendant vers l'extérieur et façonné à la base de la tige 30". Les ensembles de sièges annulaires B" sont retenus en position par coin'cement sur des cotés opposés de l'obturateur sphérique à proximité d'extrémités opposées du passage ou canal 20" de la partie principale du corps. Dans la forme de réalisation décrite dans le présent mémoire les sièges annulaires sont situés sensiblement à égale distance de l'axe de rotation de l'obturateur sphérique et sur des côtés diamétralement opposés par rapport à cet axe > Bien que les sièges annulaires puissent être maintenus en place par de nombreux systèmes différents ou conjugués, ils sont représentés, dans la forme préférée de réalisation, comme étant positionnés par des épaulements 70" et 72" délimités par des faces extrêmes 74" et 76" des éléments d'assemblage 14" et 16", respectivementt La limite interne de déplacement de ces sièges annulaires est déterminée par une paire d'épaulements ou gradins 78" et 80'; qui sont formés par les parois ou faces extrêmes internes 112" et 114" de contre-alésages s 'étendant axialement vers 1 'in- térieur depuis chaque extrémité de passage ou canal 20 du corps de valve.De plus, un moyen d'étanchéité est formé, entre la partie centrale 12" du corps et les éléments extrêmes 14" et 16" d'assemblage, par des joints toriques 82" et 84" logés dans des seconds contre-alésages 86" et 88" respectivement, Chaque joint torique entoure a circoP- férence externe ou la surface périphérique externe d'une partie d'un siège annulaire B" associé. Les ensembles formant siège comprennent de préférence chacun deux composants, c'est-à-dire des bagues 104" et 106" formant siège et des rondelles élastiques tronconiques 108' et 110', respectivement, Dans lue brevet principal, il a été inclus dans l'ensemble formant siège un élément supplémentaire constitué par des bagues 100 et 102 de renforcement ou de support (voir notamment les figures 2 et 3 du brevet principal), Une étude de développement complémentaire a conduit à la découverte surprenante du fait que, pour certaines dimensions de valves, il est possible, en augmentant la dimension radiale des parois extrêmes 112" et 114" de contre-alésages, de faire jouer à ces parois ou faces le rôle des anciennes bagues de renforcement, de manière que ces parois puissent fournir les faces appropriées de renforcement ou supports dont le rôle était assumé, dans les formes de réalisation décrites dans le brevet principal, par des éléments séparés ayant la forme de bagues de renforcement. Les bagues 104" et 106" formant siège comprennent, ou consistent en, des organes annulaires percés d'orifices centraux 66" et 68". Les bagues formant siège sont destinées à fléchir sensiblement de manière à se rapprocher et à s'éloigner des parois extrêmes 78" et 80" de contre-alésaes, et ces bagues sont conformées de manière à exercer à l'encontre de l'obturateur sphérique une élasticité mécanique du type ressort.Des premières faces 128" et 130" de ces bagues 104" et 106" sont généralement tournées vers les épaulements 0" et 02" associés des éléments extrêmes 14" et 16" d'assemblage et, par rapport à ces épaulements 70" et 2", elles sont inclinées tronconiquement à l'écart des faces extrêmes 74" et 76", à l'état non soumis à une con trainte ou à une flexion, Des secondes faces 132" et 134" des bagues formant siège sont orientées vers les parois extrêmes 112" et 114" de contre-alésages pour venir en contact d'appui et de support contre ces faces Des troisièmes faces 136" et 138" des bagues formant siège, qui sont des surfaces de contact avec lobturateur sphérique, sont sensiblement tournées vers cet obturateur C" pour assurer avec ce dernier une étanchéité aux fluides, Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, les bagues 104" et 106" formant siège sont fabriquées en une matière plastique élastique comme du polytétrafluoréthylène, du polyéthylène ou une substance analogue, On fera cependant observer que d'autres types de matières pourraient aussi être avantageusement utilises , par exemple des résines du type acétate ou d'acétyle et matières analogue, Dans une certaine mesure, le choix de la matière particulière dépendra des conditions de fonctionnement auxquelles le clapet sphérique sera soumis, Les rondelles élastiques tronconiques 108" et 110" sont interposées entre les premières faces 128" et 130" des bagues formant siège et les faces extrêmes 74" et 76" délimitant les épaulements 70" et 72" > Les rondelles élastiques sont choisies de façon que leur force soit suffisante, lors d'un fléchissement partiel, pour pousser en permanence les bagues formant siège en direction de l'obturateur sphérique Ces rondelles élastiques doivent aussi pouvoir être contraintes ou comprimées vers un état aplati pour s'adapter au déplacement de l'obturateur sphérique et à sa venue au contact des troisièmes faces 136" et 138" des bagues formant siège Dans la forme préférée de réalisation ici étudiée, les premières faces 128et 130" des bagues formant siège sont configurées de façon à exercer une contrainte sensi- blement totale sur les rondelles élastiques 108" et 110" au stade d'assemblage de la valve, c'est-à-dire de façon à déformer ces rondelles élastiques pour les faire passer de leur configuration tronconique à une configuration sensiblement aplatie Selon une caractéristique particulière de l'invention, les bagues formant siège viennent au contact de l'obturateur sphérique, au moment de l'asse-blge, de façon qu'il se produise une répartition des contraintes sensible- ment uniforme sur toute l'étendue des troisièmes faces 136" et 1.38" des bagues formant siège, Puisque la bague formant siège est conformée de manière à exercer une élasticité mécanique du type ressort à l'encontre de l'obturateur sphérique C" au moment de l'assemblage, indépendamment des rondelles élastiques, la circonférence curviligne des surfaces 134" et 136" venant au contact dudit obturateur sphérique doit être configurée pour se déformer d'une manière prédéterminable et réglée afin de permettre la réalisation d'un objectif voulu consistant en une distribution uniforme des contraintes, I1 s'est révélé que, pour atteindre cet objectif, le rayon de courbure des surfaces venant au contact de l'obturateur sphérique doit, à l'état non contraint et non ntu;c!ml,lr::, zut re plus cjraiid que le rayon de courbure de la surface de paroi externe de l'obturateur sphérique De plus, les bagues formant siège et les rondelles élastiques sont dimensionnées de façon que, lorsqu'elles sont assemblées axialement entre les épaulements 70" et i 2" du corps de la valve et l'obturateur sphérique, ladite bague formant siège subisse une flexion vers l'extérieur en direction de l'épau- lement associé et soit contrainte pour que, à sa face venant au contact de l'obturateur sphérique, son rayon de courbure soit sensiblement équivalent au rayon de l'obturateur sphérique I1 en résulte un contact étanche avec l'obturateur sphérique sur la totalité des faces 134" et 136" venant au contact de cet obturateur sphérique Les rondelles sphériques sont en même temps soumises à des contraintes d'aplatissement et, donc, elles apportent leur concours pour pousser continuellement les faces de la bague formant siège, et venant au contact de l'obturateur sphérique, en direction de cet obturateur sphérique pour obtenir ce contact, Un tel contact intégral des surfaces, avec répartition uniforme des contraintes, se produira quand l'obturateur sphérique C" et les éléments composites B" formant les sièges sont dimensioncés de i,c4n que* au moment de l'assemblage de la valve t partir d'un position de référence lors du préassemblage (voir figure 4 du brevet principal), les bagues formant siège et les rondelles élastiques soient fléchies et contraintes pour que, dans la zone des orifices centraux 66" et 68" des sièges, le déplacement axial soit égal à un espacement axial d'une extrémité radialement la plus interne des secondes faces 132" et 134" des bagues formant siège, à partir de llobtura- teur sphérique C", augmenté d'un déplacement axial des rondelles élastiques 108" et 110" au-delà des faces extrêmes 74" et 76", formant épaulement, dans une position concentrique audit espacement axial Plus particulièrement, et en se référant notamment à la figure 2, on voit que les sièges sont disposés, à l'état assemblé, de manière que la bague 106" formant siège soit comprimée entre la surface 114" de portée de paroi extrême de contre-alésage et la rondelle élastique 110" pour comprimer la bague formant siège En outre, lors de l'assemblage de la valve, la bague 106" formant siège est fléchie par rotation de manière à l'écarter de l'obturateur sphérique et, à la rapprocher de l'épaulement 72 associé, de façon générale autour de sa périphérie externe et en direction de la rondelle élastique 110", en réaction a la venue en contact de la troisième face 138" avec l'obturateur sphérique C" I1 en résulte une compression de la rondelle sphérique 110" associée qui tend à aplatir presque totalement cette rondelle, On comprendra que l'agencement de l'autre siège est identique à la structure que l'on vient juste de décrire, Les contraintes provoquant un aplatissement et un fléchissement des rondelles élastiques et bagues formant siège donnent naissance à des intervalles, tels 172t', de réserve permettant la flexion pour assumer le relâchement des bagues formant siège et des rondelles élastiques tout en maintenant une précharge contre l'obturateur sphérique C". I1 va de soi que, sans sortir du cadre de l'inyen- tion1 de nombreuses modifications peuvent store apportées au clapet sphérique décrit et représenté, REVENDICATIONS 1 > Clapet sphérique, comprenant un corps (10") percé d'un passage central (20") ; un obturateur sphérique (C") qui comprend un canal d'écoulement de fluide et qui est positionné et monté, dans ledit passage, de façon à accomplir sélectivement une rotation entre des positions d'ouverture et de fermeture du clapet afin de commander le débit du fluide parcourant ce clapet, ledit obturateur sphérique présentant en outre un rayon de courbure sur une surface externe ; une paire d'épaulements ininterrompus (70", 72'l) s'étendant radialement vers l'intérieur dans ledit passage et ménagés circonférentiellement dans ce dernier de part et d'autre dudit obturateur sphérique (C") ; une paire de contre-alésages .(78",80") s'étendant radialement vers l'intérieur dans ledit passage et ménagés de part et d'autre dudit obturateur sphérique (C"), chacun desdits contre-alésages présentant une paroi extrême interne (112", 114") et étant ininterrompue circonférentiellement ; et une paire d'ensembles composites (B",B"2 formant siège et logés axialement dans ledit passage (20") de part et d'autre dudit obturateur sphérique (C") afin de venir en contact avec ce dernier de manière étanche aux fluides, chacune de ces paires comprenant une bague (104", 106") formant siège, conçue pour fléchir élastiquement pour l'essentiel en direction et à l'écart d'une surface coopérante d'appui, ladite bague formant siège comportant un orifice central (66",68"), une première face (l28",130") généralement tournée vers l'un respectif des épaulements (78", 80"), une deuxième face (132", 134") butant contre la première face, et une troisième face (136", 138") orientée vers l'obturateur sphérique pour venir hermétiquement en contact avec la surface externe de cet obturateur (C"), ladite troisième face étant profilée et présentant un rayon de courbure qui, à Irétat non contraint et non assemblé, est plus grand que le rayon dudit obturateur sphérique (C") ; et une rondelle élastique (108", 110") percée d'un orifice central et présentant une configuration généralement tronconique à l'état non contraint lorsqu'elle est intercalée entre ladite bague (104", 106") formant siège et l'un respectif desdits épaulements, selon la revendication 1 du brevet principal, clapet csrgct,ériaé en ce que, au lieu des ensembles composites forant singe et comportant une bague séparée (100, 102), à roule de renforcement ou d'appui comme dans le brevet principal, lesdits épaulements (78",80") des contre-alésages sont agrandis jusqu'à une configuration telle que les parois extrêmes (112", 114") des contre-alésages délimitent une surface d'appui constituant une butée pour lesdites premières faces de bague à rôle d'appui et de renforcement ; ledit obturateur sphérique (C") et ladite paire des ensembles composites (B",B") formant siège étant dimensionnés de manière que, lorsqu'ils sont assemblés axialement entre les épaulements (70", 72"), chaque bague formant siège soit fléchie à l'écart d'une face (112", 114") d'appui de paroi extrême de contre-alésage associée et contrainte de manière à présenter, sur sa troisième face (136", 138") un rayon de courbure sensiblement équivalent au rayon de courbure de l'obturateur sphérique (C"), en étant hermétiquement en contact avec ledit obturateur sphérique (C") sur toute l'éten- due de cette troisième face, chaque bague élastique (108", 110") subissant une contrainte d'aplatissement pour pousser en permanence la troisième face de la bague associée, formant siège, au contact dudit obturateur sphérique (C"), 2r Clapet sphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque face (112fi, 114") d'appui de paroi extrême de contre-alésage est, dans le sens axial, éloignée de l'obturateur sphérique (C") , dans ledit passage, d'une distance l'empêchant de venir buter contre cet obturateur et inhibant une déformation et un déplacement de la bague associée (104", 106") formant siège entre la face d'appui et l'obturateur sphérique