Brevet FR2641353A1 — publié le 19900706

-1- L'invention est relative à une vanne d'arrêt, en particulier une vanne d'arrêt de régulation, pour canalisations, comportant un boîtier qui est résistant à la pression et qui comprend au moins un élément de raccordde tuyau sur le côté d'ad- mission et un élément de raccord de tuyau sur le côté d'évacua- tion, un obturateur réglable et au moins un siège, l'obturateur et le siège étant en céramique industrielle. On entend égale- ment par vanne d'arrêt, dans le cadre de la présente invention, les robinets à boisseau sphérique et les robinets-vannes à disques. Les vannes d'arrêt de régulation sont celles dont le fonctionnement s'effectue en boucles d'asservissement. Des vannes d'arrêt du genre précité se sont avérées efficaces (cf. DE 37 24 100 et DE 37 31 754). Cependant, on observe dans la pratique, pour des raisons également dépendan- tes du fluide qui est introduit dans la canalisation associée, qu'il se produit une adhérence de l'obturateur au ou aux sièges en particulier lorsque l'obturateur doit être déplacé d'une po- sition de repos définie dans une autre position définie. Ceci vaut particulièrement lorsque les organes précités, pour amé- liorer l'étanchéité, sont traités par rodage par poudre abra- sive ou à la pierre et sontmontés avec une rugosité de surface extrêmement faible ainsi que des tolérances d'ajustement extrê- mement réduites au niveau de la rodondité ou de la planéité. Les causes de cette adhérence font l'objet de peu de recherches. L'adhérence est gênante en particulier dans des vannes de régu- lation car, lorsque l'obturateur est actionné, cette adhérence rend nécessaires des forces de réglage relativement importantes et, par conséquent, nécessite des servomoteurs et des servo- commandes étudiés de façon correspondante à l'ensemble. Les forces de réglage peuvent également être tellement importantes que la céramique industrielle se brise sous leur effet. Le but de la présente invention est de perfectionner une vanne d'arrêt du type précité de manière à éviter que ne se produise l'adhérence perturbatrice de l'obturateur au siège ou aux sièges associés. Pour résoudre ce problème il est prévu suivant la pré- sente invention que l'obturateur, d'une part, et le siège de l'obturateur, d'autre part, sont formés de différents matériaux de céramique industrielle, lesdits matériaux étant appariés de 26 4 1353 -2- façon à réduire l'adhérence. L'invention repose sur la consta- tation que, dans le cadre des matériaux de céramique industriel- le connus, des appariements sont possibles, grâce auxquels l'adhérence perturbatrice décrite plus haut n'apparait plus. Ceci est particulièrement valable, si l'on considère la com- position des matériaux, lorsque les matériaux appariés sont des matériaux à base d'oxyde d'une part, et des matériaux à base de carbure ou de nitrure d'autre part. C'est en particulier le cas si les matériaux appariés présentent des duretés différentes. D'un point de vue plus phénoménologique, on constate que l'adhé- rence perturbatrice peut être réduite si les matériaux appariés présentent des constantes diélectriques différentes et/ou des conductivités électriques différentes. Les appariements de matériaux qui résultent des revendications 5 et 6 se sont avérés particulièrement efficaces. Les appariements de matériaux sui- vants sont également possibles: ZrO SiC ZrO ZrO Si3Nr4 ZrO En outre, des mélanges de Al 203 avec du ZrO sont éga- lement possibles dans la céramique et, le cas échéant, avec des composants supplémentaires. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise én pratique. La figure 1 est une coupe longitudinale d'une vanne d'arrêt selon l'invention, réalisée sous le forme d'un robinet à boisseau sphérique. La figure 2 représente une coupe transversale d'une vanne d'arrêt selon l'invention, réalisée sous la forme d'un robinet-vanne à disques. La figure 3 est une vue de l'objet de la figure 2, dans le sens de la flèche A, lorsque l'obturateur est en posi- tion d'ouverture. Le robinet à boisseau sphérique représenté à la fi- gure 1 est traversé, selon le sens indiqué par la flèche, par un agent gazeux ou liquide. Il comprend un bottier 1 qui est résistant à la pression et qui comporte au moins un élément 2 de raccord de tuyau sur le côté d'admission ainsi qu'un élément 3 de raccord de tuyau sur le côté de sortie,'tn obturateur -3- spérique 4 en céramique industrielle, un siège 7 formé de bagues 5,6 et un arbre de commande 8 qui traverse une garni- ture d'étanchéité 9 du bottier 1 et qui est associé à l'ob- turateur sphérique. Les bagues 5,6 sont fixées au bottier 1, assurant ainsi une étanchéité entre les éléments de raccord de tuyau 2,3 et elles s'appuient contre l'obturateur 4 sous l'effet d'une précontrainte élastique. La bague 5 du côté d'admission, reliée à l'élément de raccord de tuyau 2 du côté d'admission, est formée d'une matière d'étanchéité souple, par exemple de polyuréthane, de polytétrafluoréthylène, de "Viton" ou autre matière équiva- lente, mais elle peut également être en céramique industriel- le. La bague 6 située sur le côté de sortie, reliée à l'élé- ment de raccord de tuyau 3 du côté de sortie, est également en céramique industrielle et elle est placée dans le boîtier avec insertion d'une garniture d'étanchéité 10, et elle s'appuie de façon élastique contre l'élément de raccord de tuyau 3 du côté d'admission. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, la garniture d'étanchéité 10 est formée comme un élément élastique et elle joue à la fois le rôle d'élément d'étanchéité et d'élément-ressort. La variante de réalisation selon les figures 2 et 3 concerne un robinet-vanne à disque. Les éléments essen- tiels de construction consistent en un bottier 11 résistant à la pression, formé d'une partie avant 12 et d'une partie arrière 13, d'un siège 15 formé par des disques d'étanchéité 14a, 14b, et dans lequel est maintenu un obturateur 16 mobile réalisé sous forme d'une plaque, et d'un élément de commande 18 destiné à l'actionnement de l'obturateur 16, ledit élément de commande 18 traversant une garniture d'étanchéité 17 de l'arbre du boîtier 11. Le bottier 11 comprend trois ouver- tures 19, 20 de raccord de tuyaux, le siège 15 présente des perçages de raccordement 21 correspondants et l'obturateur 16 comporte un perçage de passage 22. La disposition est telle que deux ouvertures 19 de raccord de tuyaux peuvent être reliées alternativement avec la troisième ouverture de raccord 20, formant ainsi un canal de passage. Les perçages de raccordement 21 des disques d'étanchéité 14 sont disposés dans un intervalle de commande A qui est plus grand que le -4- diamètre D du perçage 22 de la plaque d'obturation 16. Ainsi, l'obturateur 16 peut prendre une autre position de commande qui est représentée à la figure 2, et dans laquelle les ouvertures de raccord 19, 20 sont rendues étanches les unes par rapport aux autres. Les disques d'étanchéité 14a, 14b, ainsi que l'obturateur 16 sont en céramique industrielle. Dans cet exemple de réalisation, le bottier 11 est formé de deux parties. La partie avant 12 et la partie arrière 13 sont vissées l'une à l'autre, une garniture d'étanchéité 23 étant insérée entre les deux parties. Les disques d'étanchéité 14a, 14b ont la même configuration. La partie avant 12 du boîtier présente un espace collecteur 24 qui est adjacent à I'ouverture 20 de raccord de tuyau et qui part des évidements 25 vers les perçages 21 de raccord de tuyau du disque d'étanchéité 14a. La partie arrière 13 du bottier est pourvue de canaux d'écoulement 26 qui relient les perçages de raccordement 21 du disque d'étanchéité 14b à une ouverture 19 de raccord de tuyau. Les sections de pas- sage desperçages 25 de la partie avant 12 du bottier et les canaux d'écoulement 26 de la partie arrière 13 du bottier ont le même diamètre. On peut constater, selon la figure 2, que les canaux d'écoulement 26 sont disposés dans la partie arrière 13 de façon telle que les ouvertures 19 de raccord de tuyau présentent un intervalle B nécessaire au raccorde- ment de canalisation. Comme indiqué à la figure 3, les parties 12, 13 du bottier présentent des faces d'étanchéité et elles peuvent être raccordées à des brides de tuyaux normalisées 27. Les disques d'étanchéité 14a, 14b sont appuyés contre des garnitures d'étanchéité élastomères 28 du bottier et ils sont disposés contre l'obturateur 16 avec un effet d'étanchéité correspondant. Les garnitures d'étanchéité élastomères 28 du boîtier sont disposées respectivement de part et d'autre de perçages de raccordement 21 correspondants sous forme d'anneaux. De-façon préférentielle on utilise des joints d'étanchéité toriques de section transversale circu- laire ou carrée. L'intervalle de commande A, situé entre les perçages de raccordement 21, est au moins deux fois supérieur au diamètre D du perçage de passage 22 de - 5- l'obturateur 16. L'télément de commande 18 est relié à un dispositif élévateur 30 au moyen d'un dispositif d'accouple- ment 29. Dans toutes les variantes de réalisation, les obturateurs 4 et 16, d'une part, et les sièges 5, 6 et 14a, 14b, d'autre part, sont formés de différents matériaux de céramique industrielle. Ils sont appariés de manière à réduire l'adhérence. -6- REVENDICATIONS 1. Vanne d'arrêt, en particulier vanne d'arrêt de régulation, pour canalisation, comprenant un bottier résistant à la pression, comportant au moins un élément de raccord de tuyau sur le côté d'admission et un élément de raccord de tuyau sur le côté d'évacuation, un obturateur réglable et au moins un siège, l'obturateur et le siège étant en céramique industrielle, caractérisée en ce que l'obturateur (4, 16) d'une part, et le siège (5, 6, 7, 14a, 14b, 15) d'autre part, sont formés de différents matériaux de céramique industrielle et en ce que lesdits matériaux sont appariés de manière à réduire l'effet d'adhérence. 2. Vanne d'arrêt selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les matériaux appariés sont des matériaux à base d'oxyde d'une part, et des matériaux à base de carbure et/ou de nitrure d'autre part. 3. Vanne d'arrêt selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisée en ce que les matériaux appariés présentent des duretés différentes. 4. Vanne d'arrêt selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce que les matériaux ap- pariés présentent des constantes diélectriques différentes et/ou des conductivités électriques différentes. 5. Vanne d'arrêt selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, selon la variante de réalisation comportant deux éléments (5, 6, 7, 14a, 14b, 15) de siège (SS) entre lesquels est disposé un obturateur (ES) (4, 16) caractérisée par les appariements suivants de leurs matériaux constitu- tifs respectifs: (SS) (ES) (SS) Zr0 Al203 ZrO Al203 SiC Al203 Al203 Si3N4 A1203 SiC Al203 SiC 6. Vanne d'arrêt selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant un élément (5, 6, 7, 14a, 14b, 15) de siège (SS) et un obturateur (ES) (4, 16) -7- caractérisée par les appariements suivants de leurs maté- riaux constitutifs: (ES) (SS) ZrO A1203 A1203 SiC A1203 Si3N4 SiC A1203