Brevet FR2576080A1 — publié le 19860718

VANNE A OBTURATEUR SPHERIQUE La présente invention a pour objet une vanne à obturateur sphérique, comprenant un corps de vanne définissant une section de conduit amont et une section de conduit aval, un obturateur sphérique présentant une ouverture calibrée, des moyens d'entraînement en rotation de l'obturateur sphérique pour faire passer celui-ci d'une position de fermeture à une position d'ouverture et vice versa, et des moyens d'étanchéité pour assurer une étanchéité en position fermée de l'obturateur. Les vannes de laminage à obturateur sphérique connues comprennent un joint d'étanchéité qui coopère en permanence avec l'obturateur sphérique quelle que soit la position de la vanne. Ce joint est ainsi sollicité en permanence et tend à présenter une durée de vie limitée. L'action de contact du joint sur l'obturateur affecte en outre la précision de la manoeuvre de la vanne. Aussi, l'invention vise à remédier aux inconvénients précités et à réaliser une vanne à obturateur sphérique qui présente à la fois une meilleure aptitude à la régulation, par élimination des effort provenant des actions de contact joint- obturateur, une durée de vie accrue et des performances en étanchéité améliorées. Ces buts sont atteints grâce à une vanne à obturateur sphérique du type mentionné en tête de la description, qui, conformément à l'invention, comprend en outre des moyens de rétraction de joint couplés sélectivement aux moyens d'entraînement en rotation de l'obturateur sphérique et comprenant au moins un élément élastique de stockage d'énergie, pour supprimer tout contact, en position d'ouverture de la vanne, d'une part entre l'obturateur et les moyens d'étanchéité, et d'autre part entre les moyens d'entraînement en rotation et lesdits moyens de rétraction de joint. Selon une caractéristique particulière, les moyens d'étanchéité comprennent un joint d'étanchéité monté sur un support relié au corps de vanne par un soufflet élastique d'étanchéité comprimable dans le sens longitudinal des conduits amont et aval. Les moyens d'étanchéité sont disposés dans une cavité annulaire du corps de vanne coaxiale à l'un des conduits amont et aval. Des moyens élastiques supplémentaires formant amortisseurs peuvent être prévus pour coopérer avec le support de joint pour appliquer celui-ci contre l'obturateur en position fermée. Avantageusement, les moyens de rétraction de joint comprennent un mécanisme du type came-poussoir. Les moyens de rétraction de joint sont réalisés de telle sorte qu'en position d'ouverture de l'obturateur le poussoir est en contact avec le support de joint pour écarter celui-ci de l'obturateur et la came solidaire des moyens d'entraînement en rotation de l'obturateur n'est plus en prise avec le poussoir. Selon un premier mode de réalisation, les moyens de rétraction de joint comprennent au moins un galet disposé sur une portée excentrée formant came solidaire des moyens d'entraînement en rotation de l'obturateur, et le galet coopère avec le poussoir pour empêcher celui-ci de venir en contact avec le support de joint lors de la fermeture de l'obturateur. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de rétraction de joint comprennent au moins un galet monté dans le poussoir et la came solidaire des moyens d'entraînement en rotation de l'obturateur vient en prise avec le galet monté sur le poussoir pour empêcher celui-ci de venir en contact avec le support de joint lors de la fermeture de l'obturateur. Avantageusement, les moyens de rétraction de joint sont symétriques par rapport à un plan axial de la vanne perpendiculaire à l'axe de rotation de l'obturateur. Le dispositif de rétraction de joint selon l'invention ne présente aucune pièce constitutive interférant avec l'écoulement principal de la vanne, de sorte que sa mise en place n'altère pas le coefficient de débit de la vanne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente une vue schématique en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'une vanne à obturation sphérique selon l'invention, - la figure 2 est une vue en demi-coupe axiale selon la ligne II-II de la figure 1, et -la figure 3 représente une vue schématique en coupe axiale d'un second mode de réalisation d'une vanne à obturateur sphérique selon l'invention. On voit sur la figure 1 un premier exemple de réalisation d'une vanne à obturateur sphérique conforme à l'invention, comprenant un corps de vanne 1 avec une première partie 11 définissant un conduit amont 10 et une deuxième partie 12 définissant un conduit aval 19. Un obturateur 2 solidaire d'un arbre d'entraînement 22 comprend une pièce sphérique 21 interposée entre les conduits amont 10 et aval 19 pour assurer, dans une position de fermeture ou quasi-fermeture représentée sur les figures 1 et 2, une interruption de la communication entre les conduits aval et amont 10, 19. Par rotation de la tige de commande 22, l'obturateur sphérique 21 peut être amené dans une position d'ouverture dans laquelle un orifice central calibré 20 assure une communication entre les conduits amont et aval 10, 19. La tige de commande 22 est montée dans le corps de vanne 1 au moyen de roulements 24. La deuxième partie 12 du corps de vanne 1 présente une paroi cylindrique 14 qui forme une séparation entre le conduit aval 19 et une cavité annulaire 16 coaxiale au conduit aval 19, dans laquelle sont disposés un support de joint 5 et un soufflet élastique 6 reliant le support de joint 5 au fond de la cavité 16 de la deuxième partie 12 du corps de vanne 1. Le soufflet élastique 6 est coaxial au conduit aval 19 et peut être comprimé dans le sens longitudinal lorsque le support de joint 5 est repoussé vers le fond de la cavité 16. Un joint annulaire 7 disposé dans le support de joint 5 porte sur l'obturateur sphérique 21 et forme un nez d'étanchéité assurant, en position fermée de la vanne, l'étanchéité entre le corps de vanne 1 et l'obturateur 21, du c8té aval, en combinaison avec le soufflet élastique 6. La mise en oeuvre d'un soufflet élastique 6 reliant le support de joint 5 au corps de vanne 1 permet de provoquer la rétraction du joint 7 dans la plage utile de fonctionnement de la vanne, et par là-même de supprimer tout contact entre l'obturateur 2 et le joint 7. Cette rétraction de l'ensemble du support 5 est réalisée à l'aide d'un mécanisme actionné automatiquement lors de la commande de la vanne. Selon le mode de réalisation de la figure 1, la rétraction du joint 7 est commandée lors de la rotation de l'obturateur 2 par l'intermédiaire d'un mécanisme came-poussoir 25, 3 coopérant avec un organe accumulateur d'énergie 4. La pemière partie 11 du corps de vanne 1 présente une paroi cylindrique 13 qui se termine au voisinage de l'obturateur 2 et forme une séparation entre le conduit amont 10 et une cavité annulaire 15 coaxiale au conduit amont 10. Des séries de rondelles élastiques 4 sont disposées dans la cavité annulaire 15 entre une butée fixe 13a formée à l'arrière de la paroi cylindrique 13 et le talon annulaire d'un poussoir 3. Le poussoir 3 présente deux surfaces de contact 32 qui sont situées de part et d'autre de la pièce d'obturation 21, du côté de l'amont par rapport à celle-ci, et coopérent avec des galets 23 montés sur des portées excentrées 25 solidaires de l'arbre 22 d'entraînement en rotation de l'obturateur 2. Le poussoir 3 présente par ailleurs au moins une partie allongée 31 de section réduite qui se prolonge, en position fermée de la vanne, jusqu'au voisinage de la face avant 51 du support de joint située au voisinage du joint d'étanchéité 7, mais à l'extérieur de celui-ci par rapport au conduit aval 19. Dans la position de quasi-fermeture de la vanne représentée sur les figures 1 et 2, les portées excentrées 25 mettent en contact les galets 23 avec les surfaces 32 du poussoir 3 qui est maintenu dans une position de retrait dans laquelle le talon annulaire comprime les rondelles élastiques 4 placées entre le talon du poussoir 3 et la butée 13a du corps de vanne. Dans cette position l'extrémité avant de la partie allongée 31 du poussoir 3 n'est pas en contact avec le nez d'étanchéité 5 et le joint d'étanchéité 7 vient porter contre l'obturrateur sphérique 21 sous l'action du soufflet élastique 6. Lorsque la vanne est placée en position d'ouverture par rotation de l'axe 22 d'entraînement en rotation de l'obturateur 2, les portées excentrées 25 viennent se positionner de telle sorte que les galets 23 ne sont plus en contact avec les surfaces 32 du poussoir 3 qui leur font face. Sous l'action de l'énergie emmagasinée par les rondelles élastiques 4, le poussoir 3 est déplacé latéralement vers la droite sur les figures 1 et 2. L'extrémité libre de la partie allongée 31 vient alors porter sur la face avant 51 du nez d'étanchéité 5 repoussant ainsi celui-ci vers la droite en comprimant le soufflet élastique 6 et en supprimant le contact entre le joint d'étanchéité 7 et l'obturateur 2. En position d'ouverture de la vanne, dans la zone de fonctionnement, le joint 7 est donc dégagé de l'obturateur tandis que le contact entre l'ensemble came 25- galet 23 et le poussoir 4 est supprimé. on notera que le profil des surfaces 32 et des cames 25 est tel que le point de décollement du joint 7 est précédé d'une phase de glissement joint-obturateur sur une zone angulaire suffisamment faible pour éviter tout risque de passage du joint sur l'orifice 20 de l'obturateur 2. Lors de la fermeture de la vanne, les galets viennent de nouveau porter sur les surfaces profilées 32 du poussoir 3 pour repousser le poussoir 3 vers la gauche des figures 1 et 2, recomprimer ainsi les rondelles élastiques 4 et libérer l'ensemble porte-joint 5 qui, sous l'action du soufflet élastique 6 réapplique le joint 7 sur l'obturateur 2. La figure 3 représente une variante de réalisation dans laquelle le mécanisme provoquant la rétraction de joint comprend des cames 26 qui jouent le rôle des portées excentrées 25 de la figure 1 mais coopèrent avec des galets 27 qui sont intégrés dans un poussoir 33 qui, hormis le fait qu'il incorpore les galets 27 peut être analogue au poussoir des figures 1 et 2, notamment en ce qui concerne sa partie allongée 31. Les galets 27 montés sur des axes 28 définissent des surfaces qui jouent le rôle des surfaces 32 de la figure 1 et coopèrent avec les cames 26 en position de fermeture de la vanne, telle que représentée sur la figure 3. Les autres éléments de la figure 3 sont semblables à ceux du mode de réalisation de la.-figure 1 si ce n'est qu'une butée de rétraction 17 incorporant des éléments élastiques est disposée à l'arrière du support de joint 5 pour, d'une part, contribuer à appliquer le joint 7 contre l'obturateur 2 en position de fermeture et, d'autre part, en position d'ouverture, amortir des mouvements d'oscillations éventuels de l'ensemble porte-joint 5. La vanne à rétraction de joint selon l'invention est particulièrement adaptée à une fonction de régulation dans la mesure o, en position d'ouverture, aucun effort parasite ne s'exerce sur 1 'obturateur ou la tige de commande de l'obturateur. Il est ainsi possible d'ajuster la position de l'obturateur avec un couple réduit et une grande précision sans usure de joints. La description qui précède a été faite en référence aux figures 1 à 3, sur lesquelles, pour la clarté des explications, on a défini des conduits amont 10 et aval 19, et le joint d'étanchéité 7 a été disposé du côté aval par rapport à l'obturateur sphérique 21. L'invention s'applique cependant de la même manière à des vannes telles que celles représentées sur les figures 1 à 3, pour lesquelles le sens d'écoulement du fluide serait inversé, c'est-à-dire pour lesquelles les conduits 10 et 19 représenteraient respectivement les conduits aval et amont et le joint d'étanchéité 7 serait alors disposé du côté amont par rapport à l'obturateur sphérique 21. REVENDICATIONS 1. Vanne à obturateur sphérique, comprenant un corps de vanne (1) définissant une section de conduit amont (10) et une section de conduit aval (19), un obturateur sphérique (21) présentant une ouverture calibrée (20), des moyens (22) d'entraînement en rotation de l'obturateur sphérique (21) pour faire passer celui-ci d'une position de fermeture à une position d'ouverture et vice versa, et des moyens d'étanchéité (6,7) pour assurer une étanchéité en position fermée de l'obturateur (21), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (23,25,3,4; 26, 27, 33,4) de rétraction de joint couplés sélectivement aux moyens (22) d'entraînement en rotation de l'obturateur sphérique (21) et comprenant au moins un élément élastique (4) de stockage d'énergie, pour supprimer tout contact, en position d'ouverture de la vanne, d'une part entre l'obturateur (21) et les moyens d'étanchéité (6,7), et d'autre part entre les moyens (22) d'entraînement en rotation et lesdits moyens de rétraction de joint. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité (6,7) comprennent un joint d'étanchéité (7) monté sur un support (5) relié au corps de vanne (1) par un soufflet élastique d'étanchéité (6) comprimable dans le sens longitudinal des conduits amont et aval (10,19). 3. Vanne selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité (6,7) sont disposes dans une cavité annulaire du corps de vanne (1) coaxiale à l'un (19) des conduits amont et aval (10,19). 4. Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que des moyens élastiques supplémentaires (17) formant amortisseurs coopèrent avec le support de joint (5) pour appliquer celui-ci contre l'obturateur en position fermée. 5. Vanne selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisée en ce que les moyens de rétraction de joint comprennent un mécanisme du type came-poussoir (25,3; 26,33). 6. Vanne selon la revendication 5 caractérisée en ce que les moyens de rétraction de joint sont réalisés de telle sorte qu'en position d'ouverture de l'obturateur (21) le poussoir (3,33) est en contact avec le support de joint (5) pour écarter celui-ci de l'obturateur et la came (25;26) solidaire des moyens (22) d'entraînement en rotation de l'obturateur n'est plus en prise avec le poussoir (3;33). 7. Vanne selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de rétraction de joint comprennent au moins un galet (23) disposé sur une portée excentrée (25) formant came solidaire des moyens (22) d'entraînement en rotation de l'obturateur, et en ce que le galet (23) coopère avec le poussoir (3) pour empocher celui-ci de venir en contact avec le support de joint (5) lors de la fermeture de l'obturateur (21). - 8. Vanne selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de rétraction de joint comprennent au moins un galet (23) monté dans le poussoir (33) et en ce que la came (26) solidaire des moyens (22) d'entraînement en rotation de l'obturateur vient en prise avec le galet (23) monté sur le poussoir (33) pour empacher celui-ci de venir en contact avec le support de joint (5) lors de la fermeture de l'obturateur (21). 9.. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les moyens de rétraction de joint (25,23,3,4; 26, 27,33,4) sont symétriques par rapport à un plan axial de la vanne perpendiculaire à l'axe de rotation (22) de l'obturateur (21). 10. Vanne selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que ledit élément élastique (4) de stockage d'énergie comprend un ensemble de rondelles élastiques comprimées coopérant avec le poussoir (3;33).