Brevet FR2600742A1 — publié le 19871231

Vanne-papillon pour conduite tubulaire La présente invention se rapporte à une vanne-papillon qui, destinée aux conduites tubulaires servant à l'écoulement d'un fluide, est du type général comportant un clapet pouvant tourner autour d'un axe orthogonal à l'axe longitudinal de la conduite. Avec ce type de vannes, la fermeture et l'ouverture de la conduite sont obtenues par la rotation d'un clapet autour de son axe, afin que sa portée circulaire soit amenée dans un plan transversal à la conduite ou en soit écartée Des joints rapportés peuvent être prévus ; mais leur fiabilité et leur durée n'étant pas assez grandes, il est plus habituel de réaliser à la fermeture un contact direct. métal sur métal, entre le clapet et la conduite. On constate néanmoins, avec ce genre de vanne, une usure du siège du clapet due au martelage et aux frottements répétés, à la fermeture et à l'ouverture, entre le clapet et son siège. I1 arrive en outre que le clapet se coince. La vanne-papillon pour conduite tubulaire conforme à l'invention ne présente pas ce genre d'inconvénients. Son originalité essentielle réside dans la présence de moyens de fermeture imprimant successivement à son clapet un mouvement de rotation autour de son axe pour amener sa portée dans une position orthogonale à l'axe de la conduite, mais à une faible distance longitudinale de son siège de fermeture, puis une translation longitudinale destinée à appliquer le clapet contre son siège. Avantageusement, cette rotation et cette translation sont obtenues par le même moyen moteur. Suivant une forme d'exécution de cette vanne, son arbre transversal de support et de manoeuvre du clapet est en porte-à-faux par l'une de ses extrémités au-delà de l'un de ses deux paliers de support et de rotation, et des moyens sont prévus pour imprimer à cette extrémité en porte-à-faux un mouvement de rotation, suivi d'un mouvement de flexion par translation de cette extrémité en porte-à-faux en sens inverse du sens longidutinal de fermeture du clapet. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages ainsi que d'autres caractéristiques apparaîtront, au cours de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels Figure 1 est une vue très schématique de côté en élévation d'une vanne-papillon conforme à l'invention, Figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle de la vanne de la figure 1, Figure 3 est une vue en coupe selon la direction 111-111 de la figure 2, Figure 4 est une vue par bout d'une variante d'exécution de la commande de la vanne-papillon selon l'invention, avec le clapet en position d'ouverture totale, Figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4, mais avec le clapet en position de fermeture, Figure 6 est une demi-coupe horizontale selon la direction VI-VI de la figure 5. En référence à l'ensemble des figures 1 à 3, une conduite hydraulique tubulaire 1, de section cylindrique, est équipée d'une vanne-papillon 2 munie d'un clapet 3 dont la surface de fermeture, ou portée, est en forme de disque plat. Le siège 4 de la vanne 2 a une forme tronconique, le sens d'écoulement amont-aval étant celui représenté par la flèche, c'est-à-dire de la gauche vers la droite sur la figure 1. On a désigné par oc la valeur de l'angle au sommet du cône comprenant la surface du siège 4. L'angle oe est préférentiellement supérieur à 20 degrés environ pour assurer un bon fonctionnement de la vanne 2. Le clapet 3 est porté et, manoeuvré par un arbre transversal 5 qui est perpendiculaire à l'axe de la conduite 1 et est monté dans deux paliers 6,7 aménagés dans le corps de vanne. Cet arbre 5 est métallique et dispose d'une possibilité de flexion. Conformément' à un aspect essentiel de l'invention, I'extrémité 8 de l'arbre 5 déborde en porte-à-faux hors du palier 7 sur une longueur L, afin de permettre, par une déformation contrôlée de cette extrémité en porte-à-faux, d'amener la partie médiane de cet arbre, c'est-à-dire celle située entre les deux paliers 6,7, à se déplacer en direction de l'aval dé la vanne. Suivant que cette extrémité en porte-à-faux 8 est déformée ou non, le clapet 3 occupe, à la fermeture, deux positions ou plans de fermeture écartés d'une distance b.La première position (amont) est atteinte en fin de la course de rotation de l'arbre 5 ; la deuxième (aval) est atteinte en fin de déformation de cet arbre ; c'est la position de fermeture totale de la vanne, car le clapet 3 est alors en appui sur le siège 4. Une manivelle 10 actionnée par un vérin 9 (figure 1) permet à cet effet dans un premier temps imprimer à l'arbre 5 une rotation d'un quart de tour, dans un sens ou dans l'autre, nécessaire pour fermer le clapet 3 de la vanne-papillon 2. Une clavette 11, placée sur l'autre extrémité de l'arbre 5 et coopérant avec une butée 12, permet de limiter, à la fermeture, la rotation de l'arbre 5 et du clapet 3. Ainsi, lorsque, à partir de la position d'ouverture totale, la manivelle 10 a tourné d'un quart de tour de manière à amener le clapet 3 dans sa position orthogonale à l'axe de la conduite 1, mais en arrière du siège 4, la clavette 11 et la butée 12 s'opposent à une poursuite de la rotation, dans le même sens, de l'arbre de manoeuvre 5. La fermeture totale de la vanne exige que dans un deuxième temps le vérin 9 provoque la déformation de l'arbre 5. Pour cela, l'extrémité 8 de l'arbre 5 étant en porte-à-faux, et cet arbre ne pouvant plus tourner, cette extrémité est soumise, comme on le voit sur la figure 3, à une flexion par translation vers l'amont. L'arbre 5 étant maintenu entre les deux paliers 6 et 7, cette translation entraîne une flèche b de flexion vers l'aval de la partie de l'arbre 5 située entre ces deux paliers 6 et 7, ce qui déplace de la distance b le clapet 2 vers l'aval, et vient donc le plaquer fermement sur son siège conique 4.Comme on le déduit de la figure 2, le déplacement b de l'axe de l'arbre 5 et donc du clapet 3 est lié à la distance c d'écartement entre le siège 4 et le pourtour du clapet 3, situé sur la sphère S de centre O et à l'angle au sommet du cône comprenant la surface du siège 4, par la relation trigonométrique simple c' b sin 2 L'angle a étant choisi supérieur à 2OO, la valeur de la distance c est avantageusement de l'ordre de 0,05 à 0,1 millimètre. L'étanchéité sur l'arbre aux paliers 6,7 est assurée par exemple par des garnitures tressées autorisant un déplacement de cet arbre de quelques dixièmes de millimètre par exemple. La vanne ayant été fermée, sa réouverture nécessite d'actionner la tige du vérin 9 pour d'abord libérer la flexion de l'arbre 5 qui était resté dans la zone de déformation élastique et reprend alors sa forme rectiligne le clapet 3 recule donc de la distance b. Le retour de la tige du vérin 9 se poursuivant entraîne ensuite la rotation de l'arbre 5 et du clapet 3 qu'il soutient, cette rotation s'effectuant, contrairement à ce qui se passe avec les clapets de l'art antérieur, sans aucun frottement ni contact entre le clapet 3 et son siège 4. La vanne qui vient d'être décrite est plus spécialement destinée à équiper une conduite hydraulique monodirectionnelle. On décrira ci-après, en référence aux figures 4 à 6, une variante d'exécution -des moyens de commande de la vanne, dans le cas d'une vanne devant posséder des caractéristiques d'étanchéité bi-directionnelle et éviter ainsi l'ouverture accidentelle du clapet due à une pression hydraulique s'exerçant dans l'une ou dans l'autre des deux directions de la vanne. La vanne-papillon est à cet effet équipée d'un dispositif de commande irréversible comportant un excentrique 20 fixé sur l'extrémité en porte-à-faux 8 de l'arbre 5 près de la manivelle 10. Cet excentrique 2G provoque, comme le montrent les figures 5 et 6, la flexion de l'arbre 5 en venant se placer, en fin de course de fermeture du clapet 3 par la manivelle 10, sur un appui 21 réglé pour obtenir la - flexion (a) souhaitée. La réaction due à la flexion (a) de l'arbre est normale à cet appui 21 et le système est. alors en équilibre I seul le moment provoqué par l'opérateur pourra rompre cet équiiibre. Comme le montre la figure 4, un autre appui 22 est prévu pour maintenir le clapet 3 en position d'ouverture stable. Les appuis 21 et 22- sont fixés sur un support 23 solidaire du corps de la vanne. La butée de fermeture 11,12 (figure 3) du clapet -3 peut être alors supprimée au profit d'une butée mécanique 24 qui forme fin de course et est fixée sur le support 23. Cette variante de commande a pour autre avantage de permettre de positionner la manivelle 10 de manière à éloigner le mécanisme de commande pour les applications en température élevée. L'invention n'est bien évidemment pas limitée à ses seules formes de réalisation qui viennent d'être décrites. Bien que le siège 4 du clapet 3 ait préférentiellement une portée conique, il pourrait aussi bien avoir une portée sphérique, ou autre. La manivelle 10 associée au vérin 9 pourrait être remplacée par un autre type d'actionneur, tel qu'un secteur denté associé à une vis sans fin, ou plus généralement par un autre dispositif permettant d'imprimer, à l'extrémité en porte-à-faux 8 de l'arbre 5, une rotation et une translation obtenues successivement par le même moyen moteur. REVENDICATIONS 1 - Vanne-papillon pour conduite tubulaire comportant un clapet porté par un arbre transversal à la conduite et coopérant directement avec un siège annulaire aménagé dans le corps de vanne, caractérisée en ce que l'arbre (5) du clapet (3) est commandé par des moyens imprimant au clapet successivement un mouvement de rotation autour de son axe pour amener sa portée dans une position orthogonale à l'axe de la conduite (1), mais à une faible distance longitudinale de son siège de fermeture (4), puis une translation longitudinale destinée à appliquer le clapet (3) contre son siège (4). 2 - Vanne-papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que les mêmes moyens provoquent la rotation et la translation de l'arbre (5) du clapet (3). 3 - Vanne-papillon selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'arbre transversal (5) de support et de manoeuvre du clapet (3) est en porte-à-faux par l'une (8) de ses extrémités au-delà de l'un de ses deux paliers (6,7) de support et de rotation, et des moyens sont prévus pour imprimer à cette extrémité en porte-à-faux un mouvement de rotation, suivi d'un mouvement de flexion par translation de cette extrémité en porte-à-faux en sens inverse du sens longitudinal de fermeture du clapet. 4 - Vanne-papillon selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'arbre (5) est supporté par deux paliers (6,7) situés de part et d'autre de la conduite (1), I'extrémité en porte-à-faux (8) de l'arbre (5) est munie d'une manivelle (10) permettant de lui imprimer un mouvement de rotation, et l'arbre (5) est associé à un dispositif de butée (11,12) lui interdisant une poursuite de son mouvement de rotation à la fermeture du clapet (3) au-delà de sa position orthogonale à l'axe de la conduite, de telle sorte qu'une poursuite du mouvement de ladite manivelle entraîne une flexion (a) de l'extrémité en porte-à-faux (8) en sens inverse du sens longitudinal de fermeture du clapet (3), et par suite une flexion ou flèche (b) en sens inverse de la partie de l'arbre comprise entre les deux paliers (6,7), cette flèche (b) entraînant la translation du clapet (3) de la même distance (b) en direction de son siège (4) et par suite la fermeture totale de la vanne. 5 - Vanne-papillon selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce la partie en porte-à-faux (8) de l"arbre (5) est équipée d'une manivelle (10) destinée à lui imprimer un mouvement de rotation et d'un excentrique (20) coopérant avec un appui (21) auquel la flexion (a) de l'arbre (5) est normale lorsque le clapet (3) est en position d'appui sur le siège (4) du corps de la vanne. 6 - Vanne-papillon selon la revendication 5+ caractérisée en ce que l'excentrique (20) de la partie en porte-à-faux (8) de l'arbre (5) coopère avec un deuxième appui (22) intervenant en position d'ouverture complète du clapet (3). 7 - Vanne-papillon selon les revendications 5 et 6, caractérisée en ce qu'une butée fixe (24) coopère avec la manivelle (10) en arrêtant le mouvement de déformation de l'arbre (5) lorsque le clapet (3) atteint sa position de fermeture totale. 8 - Vanne-papillon selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le clapet (3) a une portée circulaire, et le siège (4) a une forme de tronc de cône d'angle au sommet ( > ) supérieur à 20 degrés.