Brevet FR2640347A1 — publié le 19900615

VANNE DE RETENUE BIPETALE La présente invention a trait à la réalisation d'un corps de vanne de retenue ou analogue en vue d'assu- rer un écoulement de fluide et en particulier à une struc- ture de butée pour les éléments respectifs d'une vanne de retenue bipétale dans laquelle de fortes poussées unidirectionnelles d'écoulement de fluide doivent être absorbées. Une vanne de retenue du type indiqué comporte un montant de siège s'étendant diamétralement d'un bord à l'autre de la section d'écoulement dans un tuyau ou conduit, divisant ainsi l'écoulement et assurant deux ouvertures de siège généralement semi-circulaires oppo- sées en vue de partager l'écoulement de fluide. Et des éléments de vanne distincts sont articulés dos à dos sur un axe commun parallèle à et déporté en aval du montant de siège, en prévoyant une sollicitation élastique des éléments de vanne dans leur position normale d'appui sur le siège en vue de fermer les ouvertures de siège respec- tives. Des poussées soudaines d'écoulement de fluide dans la direction aval ouvrent la vanne avec une force de telle sorte que les éléments de vanne peuvent se heurter mutuel- lement de façon destructrice à moins que des mesures ne soient adaptées pour éviter un contact élément contre élément lors de l'ouverture de la vanne. Et l'art anté- rieur comprend différentes mesures dans ce but, comprenant un référençage de butée du corps de vanne indépendant pour chacun des éléments de vanne (brevet américain N 4.230.148), et des retardateurs à ressort de torsion pour les élé- ments de vanne lorsqu'ils approchent de la position com- plètement ouverte (brevets américains N 4.351.358 et 4.249.567). La totalité des structures de butée ou de retard connues du demandeur, présente différentes insuf- fisances, dont la moindre n'est pas que leur force de retard ou de résistance aux chocs est relativement locali- sée, en application aux éléments de vanne respectifs. On peut généraliser en observant que les structures de l'art antérieur reposent essentiellement sur un contact ponctuel avec les éléments d'ouverture de vanne, avec pour résultat que le moment d'ouverture des éléments de vanne doit être absorbé asymétriquement avec un effet finalement destructeur sur les éléments de vanne et/ou de leurs structures d'articulation et de butée. La présente invention a pour but de proposer une structure de butée perfectionnée dans une vanne de retenue bipétale, de telle sorte qu'un choc d'élément de vanne à et près de la position complètement ouverte peut être absorbé élastiquement avec une symétrie et une uniformité sensiblement complètes sur une surface étendue, par rapport à la suspension d'articulation. L'invention atteint ce but en prévoyant un élé- ment élastique raide s'étendant parallèlement à l'axe d'articulation et qui procure essentiellement une ligne de contact continue avec le côté aval de chaque élément de vanne. Cette ligne de contact est située symétriquement pour s'étendre virtuellement sur toute la distance entre les points de suspension d'articulation espacés uniques pour chaque élément de vanne. Et la continuité des lignes respectives de contact de butée est maintenue à travers une plage terminale de déplacement angulaire, lorsque la butée se déforme Plastiquement à l'approche de l'état complètement ouvert des éléments de vanne respectifs. L'invention sera décrite en détail à l'aide d'un mode de réalisation préféré et en référence aux dessins annexes. La Figure 1 est une vue en coupe verticale d'une vanne de retenue bipétale incorporant la caracté- ristique de butée de l'invention. La Figure 2 est une élévation antérieure de la vanne de la Figure 1, notamment, en regardant vers l'aval dans la direction d'absorption d'écoulement de liquide, et indiquant en 1-1 le plan de coupe de la Figure 1. La Figure 3 est une élévation postérieure de la vanne de la Figure 1. La Figure 4 est une élévation latérale prise depuis la direction 4-4 de la Figure 3. La Figure 5 est une élévation en bout gauche partielle de la structure de montage de butée de la Fi- gure 4. La Figure 6 est une vue en perspective de l'élément de butée de la vanne de la Figure 1. La vanne de retenue dans laquelle la structure de butée de l'invention est mise en euvre à la Figure 1 est de nature modulaire représentée et décrite dans le brevet américain 4.257.444. Ainsi, un module M de vanne de retenue peut être inséré dans une extrémité de l'alé- sage cylindrique 10 d'un tuyau ou conduit normalisé P, pour déterminer un écoulement dans un seul sens dans la direction gauche droite de la Figure 1. Le module de vanne de retenue comporte un anneau cylindrique relati- vement mince 11l qui possède une surface extérieure cy- lindrique conçue en vue d'une réception relativement étroite mais ajustée à glissement dans l'alésage 10. Le contour de la surface intérieure de l'anneau 11 est légèrement convergent vers un plan de siège de vanne à l'extrémité aval, et un montant de siège 12 s'étendant diamétralement, faisant corps avec l'anneau, s'étend diamétralement d'un bord à l'autre de l'anneau sur le plan de siège, divisant l'ouverture du corps en deux ou- vertures de siège de soupape A-B généralement semi-cir- culaires opposées identiques (Figure 2). Deux éléments de vanne identiques ou pétales 13-14 possèdent des bras déportés 13'-14' par lesquels ils sont articulés de façon indépendantes à partir d'une seule tige d'articulation 15 s'étendant diamétralement, en un endroit déporté vers le bas depuis le plan de siège de vanne et parallèle au mon- tant de siège 12. Un déflecteur d'écoulement arrondi se- mi-cylindriquement 16 est porté par le montant du siège, et son diamètre correspond sensiblement à l'étendue entre les éléments de vanne 13-14 lorsqu'ils sont entraînés en position ouverte. Le recouvrement par les éléments de vanne en position fermée du corps 1112 sur le plan de siège est périphériquement continu autour de chacune des ouvertures délimitées par le montant de siège 12, dans la mesure indiquée par L1 sur la Figure 3, laissant ainsi un jeu radial A 2 entre chaque pétale 13(14) et la périphérie cylindrique adjacente du corps de vanne 11. Dans les régions diamétralement opposées du point de jonction du montant du siège avec le corps 11, le jeu & 2 est légère- ment agrandi, en vue d'une intégrité structurale accrue et pour recevoir intégralement des supports aval locaux 18-19 pour les extrémités respectives de la tige d'arti- culation 15. Un unique ressort hélicoïdal 20 enroulé au- tour de la tige 15 est caractérisé par des bras terminaux tangentiels 2121' par lesquels il applique un couple de sollicitations en vue de pousser les éléments de vanne 13-14 dans la position fermée représentée. Pour fixer et sceller l'ajustage à glissement indiqué à l'alé- sage 10, la surface extérieure du corps 11 possède une gorge d'étanchéité circonférentielle 23 près du plan de siège de vanne, et une gorge de retenue 24 plus proche de l'extrémité amont du corps 11. Un joint annulaire d'étanchéité 26 en élastomère disposé dans la gorge 23 est en contact hermétique circonférentiel avec l'alésage , et un fil de retenue 28 est logé circonférentielle- ment dans et entre la gorge 24 et une gorge complémentaire dépouillée dans l'alésage 10, en vue d'une retenue axiale du module M ajusté à glissement dans le tuyau P. On se référera audit brevet 4.257.444 pour d'autres détails concernant le fil de retenue 28 et sa réception amovible par les gorges 23-24. Conformément à l'invention, une butée élastique raide 30 est supportée par des supports 18-19 en vue d'un contact linéaire indépendant et sensiblement con- tinu avec les éléments de vanne respectifs 13-14 lors- qu'ils se trouvent près de leurs positions complètement ouvertes respectives; leur relation au premier contact avec la butée 30 est représentée en pointillés 33-34 sur la Figure 1, et par des pointillés 33'-34' lorsqu'une déformation élastique de la butée atteint une extrémité. Ainsi qu'on le voit mieux sur les Figures 4, 5, la butée comporte un arc cylindrique allongé en acier à res- sort, avec des parties saillantes terminales étroites 36-37 qui se trouvent en relation d'appui soudées à la concavité arquée cylindrique complémentaire d'un support de butée 38(39), qui est, à son tour, fixée à et par conséquent forme une partie des supports d'articulation respectifs 18(19). En vue d'un contact avec le côté postérieur plat de l'élément de soupape 13, la butée 30 comporte, faisant corps avec elle, une aile arquée 40 qui, sur la Figure 3, est représentée pour correspondre sensiblement à, et pour être positionnée symétriquement entre les bras d'articulation 13' de l'élément de vanne 13; et en vue d'un contact avec le côté postérieur plat de l'élément de vanne 14, la butée 30 comporte en outre, faisant corps avec elle, une aile arquée 41 qui, sur la Figure 3, est représentée correspondant sensiblement à et positionnée symétriquement entre les bras d'articula- tion 14' de l'élément de vanne 14. La butée 30 est commodément réalisée à partir Tr d'un tube dont environ 2 radians de l'arc cylindrique ont été supprimés, pour les longueurs indiquées respecti- ves des ailes 40-41, en laissant ainsi approximativement 3Tr 3 radians en tant qu'étendue arquée cylindrique com- binée des ailes 40-41. A l'extrémité extérieure de chaque aile, la longueur restante de la butée est réduite pour définir une patte arquée faisant saillie axialement, é- troite, 42(43), par laquelle est fixée et supportée la butée par l'intermédiaire d'organes de support 18-38 (19-39). On voit que chaque aile 40(41) est en contact de son élément de vanne associé 13(14) le long d'une ligne droite de contact avec un décalage aval important 2 et parallèle à la tige d'articulation 15, et que le côté ouvert de la butée est tourné vers l'aval. Le moment angulaire et l'énergie provoquée par l'écoulement d'un mouvement d'éléments de vanne s'ouvrant rapidement sont absorbés par déformation élastique raide des ailes 40-41, jusqu'à une étendue de limitation indiquée par des poin- tillés 33'-34', point auquel les extrémités extérieures des ailes 40-41 viennent en butée, et la section défor- mée élastiquement 30' de la butée 30 ressemble à une ellipse. L'élasticité raide assure un développement de force croissant progressivement énergique lorsque les éléments de vanne peuvent progresser depuis les positions de contact initial 33-34 jusque dans leur position limite 33'-34', et ce développement de force est non seulement bien réparti le long de lignes rectilignes de contact avec les éléments de vanne respectifs 13-14, mais également appliqué symétriquement sur virtuellement toute l'étendue entre la paire de bras d'articulation 13'(14') pour les éléments de vanne respectifs. Cette relation est obtenue sans accroissement de l'enveloppe recevant l'écoulement de la vanne de retenue. R E V E N D I C A T IONS 1. Vanne de retenue comportant un corps annulaire cylindrique (11) qui comprend un montant (12) de siège s'étendant diamétralement, divisant l'ouverture dudit corps en deux ouvertures (A, B) de siège de vanne géné- ralement semi-circulaires opposées identiques pour par- tager un écoulement de fluide dans un unique sens vers l'aval à travers ledit corps, et deux éléments de vanne (13, 14) possédant une suspension articulée depuis le- dit corps pour ouvrir et fermer lesdites ouvertures de siège de vanne, lesdits éléments de vanne étant articulés sur un axe commun (15) parallèle à et déporté en aval dudit montant de siège, des structures supports (18, 19) diamétralement opposées pour ladite suspension articulée et constituant des parties dudit corps, lesdites struc- tures du support s'étendant décalées en aval au-delà de l'axe de la suspension de l'articulation, et une butée (30) s'étendant diamétralement supportée sur et s'étendant entre les déports en aval desdites structures de support, ladite butée comportant un unique élément arqué cylindri- que d'acier trempé élastique raide, dans lequel l'arc cylindrique est de l'ordre de 32 radians, laissant un intervalle pouvant être fermé élastiquement de façon raide d'environ 1 radians entre les limites arquées cylindriques, ladite butée étant supportée par lesdites structures de support sensiblement uniquement dans une région centrale circonférentielle entre lesdites limites arquées et avec ledit intervalle orienté vers l'aval. 2. Vanne de retenue selon la revendication 1, dans laquelle les limites arquées de ladite butée (30) sont réduites à approximativement -L radians dans les ré- gions diamétralement opposées de support de la butée par lesdites structures de support (18, 19). 3. Vanne de retenue selon la revendication 1, dans laquelle la suspension d'articulation coinporte une tige (15) s'étendant diamétralementmaintenue à ses extrémités par lesdites structures de support (18, 19). 4. Vanne de retenue selon la revendication 1, dans laquelle ledit montant de siège (12) porte une for- mation semi-cylindrique de déviation d'écoulement (16), dont l'arc semri-cylindrique est dirigé vers l'amont. 5. Vanne de retenue selon la revendication 4, dans laquelle l'étendue diamétrale de ladite formation semi-cylindrique correspond approximativement à l'éten- due de limite extérieure desdits éléments de vanne (13, 14) lorsqu'ils sont en contact avec ladite butée (30). 6. Vanne de retenue selon la revendication 1, comprenant en outre des moyens de ressort (20) poussant normalement lesdits éléments de vanne (13, 14) en posi- tion d'appui sur le siège.