Brevet FR2621377A1 — publié le 19890407

-I 26212377 SEGMENT D'ETANCHEITE POUR VANNE A PAPILLON La présente invention concerne un segment d'étanchéité pour vanne du type vanne à papillon. Les vannes à papillon sont utilisées notamment dans les circuits de circulation de fluide pour interrompre ou non la circulation du fluide dans au moins une partie du circuit. Pour obtenir un fonctionnement correct de ce type de vanne, une bonne étanchéité doit être obtenue en position fermée entre l'organe d'obturation ou papillon et le corps de vanne. A cet effet, on utilise le plus souvent un segment d'étanchéité constitué par un joint circulaire continu. Ce joint circulaire est monté dans une gorge réalisée à la périphérie du papillon et vient en contact, en position fermée, avec une portée cylindrique du corps de vanne. Un tel segment d'étanchéité présente un certain nombre d'inconvénients. Il existe notamment des fuites résiduelles, le fluide s'écoulant en partie entre le segment et la gorge du papillon. D'autre part, l'utilisation d'un joint annulaire continu pose des problèmes de montage. En général, le corps du papillon doit être usiné pour réaliser une partie de la gorge et un flasque supplémentaire est rapporté sur le papillon pour maintenir le segment en place. De plus, lorsque la vanne papillon doit être utilisée dans des circuits de circulation de fluide devant fonctionner à des pressions étendues pouvant varier entre 500 millibars et 24 bars et pour des températures pouvant varier entre la température ambiante et 600 C, il est difficile de réaliser un segment d'étanchéité fonctionnant correctement pour l'ensemble des pressions et des températures ci-dessus. En effet, le compromis obtenu entre fuite minimale et couple de manoeuvre du papillon se modifie en fonction des températures et des pressions. Un but de la présente invention est donc de réaliser un segment d'étanchéité pour vanne du type vanne à papillon 262137? 7 qui assure une étanchéité correcte sous une pression pouvant varier entre quelque centaines de millibars et quelques dizaines de bars et pour des températures comprises entre la température ambiante et plusieurs centaines de degrés. Un autre but de la présente invention est de réaliser un segment d'étanchéité dans lequel la partie du segment en contact avec le corps de vanne est appliquée fortement contre le corps de vanne pour assurer une meilleure étanchéité. Un but supplémentaire de la présente invention est de réaliser un segment d'étanchéité monté dans une gorge réalisée sur la périphérie du papillon de manière à obtenir des fuites minimales. En conséquence, la présente invention a pour objet un segment d'étanchéité assurant l'étanchéité entre le papffilon et le corps de vanne d'une vanne à papillon, caractérisé en ce qu'il comporte, monté dans une gorge réalisée sur la périphérie du papillon, un joint annulaire fendu coopérant avec un premier moyen élastique appliquant le joint contre le corps de vanne et un deuxième moyen élastique appliquant le joint contre la gorge du papillon. Selon un mode de réalisation préférentiel, le premier moyen élastique est constitué par une lame ondulée en un matériau élastique positionné dans le fond de la gorge et le deuxième moyen élastique est constitué par une rondelle ondulée en un matériau élastique positionné entre une des parois de la gorge et le joint annulaire. L'utilisation de ces deux moyens élastiques permet d'avoir un bon contact entre le papillon et le segment et entre le segment et le corps de vanne de manière à éviter toute fuite de fluide entre le papillon et le corps de vanne et à l'intérieur-de la gorge de montage du segment. D'autre part, l'utilisation des deux moyens élastiques permet une meilleure adaptation aux variations de pression et de température. Pour pouvoir supporter des températures de 600 C et des pressions de 24 bars, les moyens élastiques sont réalisés en 262 1377 un alliage très réfractaires et présentant de bonnes caractéristiques de résistance à la fatigue tel qu'un alliage à base de nickel-chrome; de préférence un alliage nickel-chrome comportant 52% de nickel. Un tel alliage est vendu sous la marque INCONEL 718 par TELEDYNE RODNEY METALS. Selon un mode de réalisation préférentiel, le joint annulaire fendu comporte une base annulaire se prolongeant vers l'extérieur par une lèvre destinée à être appliquée contre le corps de vanne, ledit joint présentant une section en coupe sensiblement en forme de L. Selon une autre caractéristique de la présente invention, pour obtenir une meilleure étanchéité, l'extrémité de la lèvre du joint annulaire a une forme torique. De même la base annulaire et la lèvre sont raccordées l'une à l'autre par un profil arrondi, ce qui permet d'éviter les fuites entre le papillon et le segment en assurant un bon contact entre ces deux éléments. D'autre part, pour résister aux variations de pression et aux variations de température, le joint annulaire est réalisé en un alliage à base de cobalt. Un tel alliage est réfractaire, inoxydable et présente de bonnes caractéristiques de frottement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une vanne à papillon dans laquelle le papillon est en position ouverte; - la figure 2 est une vue en plan de dessus d'un papillon utilisable dans la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe par A-A de figure 2 représentant un segment d'étanchéité conforme à la présente invention; - la figure 4 est une vue en coupe schématique d'une partie de la lame élastique utilisée avec le segment d'étanchéité de figure 3. Comme représenté schématiquement sur la figure 1, une vanne à papillon est constituée essentiellement d'un corps de vanne 1 délimité intérieurement par un cylindre à section circulaire dans lequel est monté un dispositif d'obturation 2 ou papillon. Comme représenté sur la figure 2, le papillon est constitué par un disque plat de forme circulaire dans le mode de réalisation représenté. Ce disque plat est fixé sur le corps de vanne 1 par l'intermédiaire d'un axe monté dans un arbre creux l O10 3 réalisé sur le disque. Ainsi la fermeture ou l'ouverture du papillon est obtenue par rotation du disque autour de cet axe. Comme représenté sur la figure 1, le disque comporte A sa périphérie 4 une gorge 5 destinée à recevoir un segment d'étanchéité comme cela sera décrit ci-après. Le segment d'étanchéité conforme à la présente invention est représenté sur la figure 3. Ce segment est constitué par un joint annulaire fendu 6 coopérant avec deux moyens élastiques 7,8 appliquant respectivement le joint contre le corps de vanne 1 et contre une des faces latérales 5' de la gorge 5. Le joint annulaire 6 comporte, de préférence, une base annulaire 61 se prolongeant vers l'extérieur par une lèvre 62 destinée à être appliquée contre le corps de vanne 1. Ainsi, le joint présente une section en coupe sensiblement en forme de L. Ce joint est inséré dans la gorge. La gorge 5 a été usinée de manière à présenter un talon 5'. Ce talon permet le maintien en position du segment d'étanchéité lorsque le papillon est en position ouverte. Pour obtenir un meilleur contact entre le joint annulaire et le corps de vanne, l'extrémité 63 de la lèvre 62 présente une forme torique. Ceci permet une meilleure adaptation en fonction des pressions exercées. D'autre part, pour éviter toute fuite de fluide à l'intérieur de la gorge notamment entre le talon 5' et le segment, la base annulaire 61 et la lèvre 62 sont raccordées l'une à l'autre par un profil arrondi 64. 262 1 377 Conformément à la présente invention, le moyen élastique 7 est constitué par une lame ressort, de préférence par une lame ondulée comme représenté sur la figure 4. Cette lame ondulée est positionnée dans le fond de la gorge 5. Le deuxième moyen élastique 8 est constitué par une rondelle ondulée en un matériau élastique. Cette rondelle en un matériau élastique présente une section en coupe similaire à celle de la lame ondulée. La rondelle 8 est positionnée entre une des parois de la gorge et le joint annulaire 6. Pour permettre son montage dans la gorge, la rondelle a été fendue. D'autre part, comme représenté sur la figure 3, le disque du papillon 2 comporte sur une faible partie de sa circonférence un évidement 20, et une lame 22, fixée par une goupille 23, vient maintenir la rondelle 8 en position au niveau de l'évidement 20. Pour obtenir une vanne permettant un fonctionnement à des températures variant entre la température ambiante et 600 C ainsi qu'à des pressions variant entre 500 millibars et 24 bars, le joint annulaire, la lame ondulée et la rondelle ondulée sont réalisés en des matériaux spécifiques. Ainsi le joint annulaire est réalisé de préférence en un alliage à base de cobalt tel que l'alliage vendu sous la marque ALACRITE 554 ou 602 ou sous la marque HAYNES 25. Ce type d'alliage présente de nombreux avantages. Il est notamment très réfractaire. Il présente de bonnes caractéristiques de frottement et ne grippe pas lorsque deux matériaux inoxydables sont en contact. D'autre part la lame et la rondelle ondulées sont réalisées en un alliage à base de nickel-chrome, de préférence un alliage contenant 52% de nickel tel que celui vendu sous la marque INCONEL 718. Cet alliage garde de bonnes caractéristiques en température. Il est inoxydable et présente une bonne résistance à la fatigue. L'invention a été décrite en se référant à un mode de réalisation particulier. Il est évident pour l'homme de l'art qu'elle peut présenter de nombreuses variantes notamment en ce qui concerne la fixation du segment d'étanchéité à l'intérieur de la gorge, le mode de réalisation de la rondelle et de la lame élastiques, les matériaux utilisés. REVENDICATIONS 1. Segment d'étanchéité assurant l'étanchéité entre le papillon et le corps de vanne d'une vanne à papillon, caractérisé en ce qu'il comporte, monté dans une gorge 5 réalisée sur la périphérie du papillon, un joint annulaire 6 fendu coopérant avec un premier moyen élastique 7 appliquant le joint contre le corps de vanne et un deuxième moyen élastique 8 appliquant le joint contre la gorge. 2. Segment d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen élastique 7 est constitué par une lame ondulée en un matériau élastique positionnée dans le fond de la gorge. 3. Segment d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième moyen élastique 8 est constitué par une rondelle ondulée en un matériau élastique positionnée entre une des parois de la gorge et le joint annulaire. 4. Segment d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens élastiques sont réalisés en un alliage à base de nickel-chrome. 5. Segment d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le joint annulaire 6 comporte une base annulaire 61 se prolongeant vers l'extérieur par une lèvre 62 destinée à être appliquée contre le corps de vanne, ledit joint présentant une section en coupe sensiblement en forme de L. 6. Segment d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité de la lèvre a une forme torlque. 7. Segment d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que la base annulaire et la lèvre sont raccordées l'une à l'autre par un profil arrondi 64. 8. Segment d'étanchéité selon les revendications 5 à 7, caractérlsé en ce que le joint annulaire est réalisé en un alliage à base de cobalt.