Brevet FR2664351A3 — publié le 19920110

FR 2664351 A3 19920110 FR 9108525 A 19910708 La présente invention a pour objet une vanne pa- pillon pour l'interception ou le réglage des fluides. Les vannes papillons actuellement connues com- prennent essentiellement un corps qui renferme un siège d'obturation annulaire situé dans un plan perpendiculai- re à la direction de l'écoulement du fluide à travers le corps, et un obturateur ayant un maitre-couple circulai- re, qu'on peut faire tourner autour d'un axe diamétral perpendiculaire à l'axe de la direction de l'écoulement du fluide et contenu dans le plan qui contient le siège d'obturation. Dans les vannes de ce type, du fait même de leur nature, la fermeture étanche hydraulique entre l'ob- turateur et le siège d'obturation se produit au niveau de la surface de contact obturateur-siège qui est d'une faible étendue L'étanchéité parfaite n'est donc obtenue que si les deux conditions suivantes sont sensiblement véri- fiées: s'il s'exerce sur la surface de contact une pres- sion suffisamment élevée et capable de compenser la fai- ble étendue de la surface, et si l'on a respecté la tolé- rance serrée de coïncidence du plan de l'obturateur dans sa position fermée et du plan qui contient le siège d'ob- turation. Il suffit qu'une seule de ces conditions ne soit pas respectée pour qu'on obtienne des vannes totale- ment défectueuses. Dans les vannes papillons traditionnelles, on ne peut donc atteindre une bonne norme de qualité qu'avec une réalisation très précise, et donc onéreuse, de l'ensemble obturateur et siège d'obturation, ainsi que des butées d'ouverture et de fermeture. En effet, il faut préciser que la précision voulue de coincidence des plans de l'obturateur et de son siège exige aussi un soin particulier dans le positionnement des plans de butée habituellement prévus sur le corps de la vanne et sur la poignée de ma- noeuvre Toutefois, étant donné que le corps aussi bien que la poignée sont fabriqués par des techniques de fon- derie et en grande série, ils ne peuvent pas être réali- sés sous une forme prête à l'assemblage mais ils doivent donc subir d'autres usinages, ce qui a des incidences évidentes sur les coûts. Le but de l'invention consiste à réaliser une vanne qui soit en mesure d'éviter les inconvénients pré- cités, c'est-à-dire qui garantisse la sécurité de l'étan- chéité obturateur-siège d'obturation et sans qu'il soit nécessaire d'établir des pressions relativement élevées entre ces éléments, ni de recourir à des tolérances par- ticulièrement serrées pour la coïncidence des plans et, de ce fait, avec une grande simplicité des usinages et de la structure. Ces buts sont atteints par une vanne papillon destinée à l'interception et au réglage de l'écoulement des fluides, du genre décrit au début du présent mémoi- re, dans laquelle le siège d'obturation est formé par une rainure ayant une section en arc de cercle et que l'obturateur possède une surface latérale ayant un pro- fil lui aussi en arc de cercle, lesdits arcs de cercles ayant sensiblement le même rayon. De cette façon, la surface de contact entre le siège et l'obturateur est relativement étendue, compara- tivement au diamètre nominal de la vanne; cette grande étendue peut donc suppléer facilement aux erreurs de po- sitionnement entre l'obturateur et le siège d'obturation sans que la vanne ne présente d'anomalies d'interception de l'écoulement. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, feront bien comprendre comment l'in- vention peut être réalisée Sur ce dessin, la figure 1 est une vue en coupe de la vanne en position fermée; la figure 2 est une vue de l'obturateur avec ar- rachements partiels; la figure 3 est une coupe prise selon la ligne III-III de la figure 2, qui montre uniquement l'obtura- teur. Comme on peut le voir en se reportant aux f îgu- res précitées, la vanne papillon selon l'invention desti- née à intercepter un écoulement de fluide comprend un corps 2 qui renferme un siège d'obturation 3, un obtura- teur 4 et une tige de commande 5. Le corps 2 qui est obtenu de préférence par une technique de moulage, forgeage, fonderie, etc, est muni de deux extrémités équipées de moyens servant à raccor- der la vanne à des canalisations auxquelles la vanne ap- partient. Dans le cas de l'exemple, ces moyens compren- nent deux collerettes filetées 6 qui sont d'une seule pièce avec la partie restante du corps 2 Le siège d'ob- turation 3 est une rainure annulaire ayant une section en arc de cercle, c'est-à-dire en forme de zone sphéri- que diamétrale. Le siège-d'obturation 3 peut facilement être ob- tenu avec une très bonne précision par une simple opéra- tion de tournage du corps 2. Le rayon de la rainure annulaire et celui de la section en arc de cercle sont sensiblement égaux au rayon de l'obturateur 4. Le siège d'obturation 3 est interrompu en deux points diamétralement opposés par la présence d'une por- tée cylindrique borgne 2, et d'une portée cylindrique traversante 8, qui sont toutes deux attaquées par la ti- ge de commande 5 La tige de commande 5 présente un axe 9 qui est perpendiculaire à la direction 10 de l'écoule- ment du fluide a' travers le corps de la vanne; le plan qui contient le siège d'obturation est donc aussi perpen- diculaire à la direction de l'écoulement du fluide. L'oburateur 4 possède un ma tre-couple circulai- re et, dans la position fermée, il se trouve dans le mê- me plan que le siège d'obturation 3, en se plaçant en ap- pui contre ce siège tandis que, dans la position ouver- te, il se trouve dans un plan perpendiculaire. L'obturateur 4 présente une surface latérale 11 à profil en arc de cercle sur tout son développement et, par conséquent, également dans les zones o il rencontre les portées cylindriques 7 et 8. Le rayon du profil circulaire de la surface la- térale 11 est sensiblement le même que celui de l'obtura- teur, et par conséquent que celui de la section du siège d'obturation De cette façon, le contact obturateur-siè- ge d'obturation se produit le long de deux surfaces con- juguées qui garantissent une bonne étanchéité, même en présence de très faibles pressions relatives. En outre, ayant sensiblement la même courbure et le même rayon, ces éléments peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre avec une grande facilité, puisque la force qui est nécessaire pour les déplacer dépend uni- quement de la pression de l'ajustement à serrage et, par conséquence, du frottement existant entre ces éléments, pression et frottement qui sont réduits. Les conditions d'étanchéité et de frottement peuvent avantageusement être modifiées en réalisant le siège de fermeture étanche ou la surface latérale 11 de l'obturateur, ou les deux, en une matière élastique et souple qui, toutefois, est choisie parmi celles qui sont en mesure de résister aux agressions chimiques et mécani- ques du fluide intercepté. Dans le cas de l'exemple, l'obturateur 4 a été réalisé de manière à comprendre une âme 12 recouverte d'une couche de matière caoutchouteuse ou élastomère 13. L'âme 12 est de préférence formée de deux tôles métalliques, identiques pour des questions d'économie et de standardisation, qui sont déformées en leur milieu de manière à donner passage à la tige de commande 5, laquel- le est calée à l'aide de moyens appropriés. Dans le cas de l'exemple, les moyens de calage comprennent un carré mâle 14 prévu sur la tige de comman- de 5 et un carré femelle 15 prévu sur l'âme 12. La tige de commande 5 comprend en outre une ex- trémité cyindrique 16, une partie intermédiaire cylindri- que 17, une butée 18, un segment cylindrique renflé 19 et une extrémité qui est attaquée par les moyens 20 de manoeuvre de la vanne. L'extrémité cylindrique 16 est destinée à coopé- rer avec la portée cylindrique borgne 7, tandis que la partie intermédiaire cylindrique 17 est destinée à coopé- rer avec la portée cylindrique traversante 8. Etant donné que les surfaces de contact obtura- teur-siège d'obturation s'étendent aussi tout autour du débouché des portées cylindriques borgne 7 et traversan- te 8, en les isolant ainsi à joint étanche de l'espace intérieur du corps de la vanne, il n'est pas nécessaire de prévoir des garnitures d'étanchéité à l'intérieur des portées 7 et 8 pour éviter que le fluide intercepté ne s'y infiltre, ce qui apporte d'évidents avantages écono- miques résultant de la simplification de la structure. Le lubrifiant éventuellement introduit dans les portées cylindriques 7 et 8 au cours du montage de la vanne res- te enfermé, en conservant dans le temps l'efficacité des accouplements et en maintenant donc à une faible va- leur la résistance qui s'oppose à-la manoeuvre d'ouvertu- re et de fermeture. Dans le cas de la portée traversante 8, outre que l'on conserve la fonctionnalité d'accouplement, on peut se dispenser d'utiliser des garnitures à presse- étoupe, ce qui assure une nouvelle simplification de la structure. La butée 18 est un élément d'arrêt de la tige 5 à l'intérieur de la portée cylindrique traversante 8 pré- vue dans le corps 2 de la vanne. Un écrou 22 agit sur la butée 18 avec interposi- tion d'une rondelle anti-friction 24, qui est de préfé- rence en téflon. Cette rondelle 24 peut éventuellement aussi jouer le rôle de garniture de secours dans le cas o le joint entre l'obturateur et la portée au niveau de la portée cylindrique traversante 8, devrait perdre de son étanchéité pour une raison quelconque. Dans le cas de l'exemple, l'extrémité 20 est at- taquée par des moyens de manoeuvre manuelle qui, toute- fois, pourraient être remplacés par d'autres moyens d'une nature différente En effet, la vanne peut facile- ment être modifiée pour cela, surtout en raison du fait que, ainsi qu'on l'a déjà dit, l'obturateur 4 et son siè- ge 3 assurent la retenue étanche du fluide, même le long de la tige de commande 5, de ses portées 7 et 8 et des passages éventuels que ladite tige 5 crée en émergeant à l'extérieur. En effet, à la différence des vannes papillons actuelles, au-delà de la ligne 23 tracée en trait inter- rompu, la vanne peut être modifiée par le montage d'un servo-mécanisme quelconque sans qu'on n'ait à se préoccu- per de problèmes d'étanchéité au point de sortie o la tige de commande 5 émerge du corps 2 de la vanne En ou- tre, le fait de placer la tige de commande à l'intérieur de l'obturateur permet de limiter à un minimum la pertur- bation de l'écoulement du fluide le long de l'obturateur 4 qui, à cet effet, est également profilé d'une façon ap- propriée au niveau du renflement da au passage de la ti- ge de commande 5. La tige de commande 5 est enfilée dans l'obtura- teur 4 et elle est légèrement forcée pour assurer l'ac- couplement entre le carré mâle 14 et le carré femelle 15. L'écrou 22 assure la solidité de la fixation de la tige de commande 5. Il va de soi que des modifications et variantes pourront être apportées par l'homme de l'art au disposi- tif qui vient d'être décrit à titre d'exemple, notamment par substitution des moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du domaine de l'invention. R E V E N D I C A T I ON S 1 Vanne papillon ( 1) destinée à l'interception et au réglage de l'écoulement des fluides, comprenant es- sentiellement un corps ( 2) qui renferme un siège d'obtu- ration ( 3), de forme annulaire et contenu dans un plan perpendiculaire à la direction de l'écoulement du fluide ( 10) à travers le corps ( 2), et un obturateur ( 4) ayant un maître-couple circulaire, et qu'on peut faire tourner autour d'un axe diamétral ( 9) perpendiculaire à la direc- tion de l'écoulement du fluide et contenu dans le plan qui contient le siège d'obturation ( 3), caractérisée en ce que le siège d'obturation ( 3) est formé par une rainu- re ayant une section en arc de cercle et que l'obtura- teur ( 4) possède une surface latérale ( 11) ayant un pro- fil lui aussi en arc de cercle, lesdits arcs de cercles ayant sensiblement le même rayon. 2 Vanne papillon selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le rayon des arcs de cercles est sensiblement égal au rayon du maitre-couple de l'obtura- teur ( 4). 3 Vanne papillon selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'au moins le siège d'obturation ( 3) ou au moins la surface latérale ( 11) de l'obturateur sont réalisés en une matière élastique-plastique et sou- ple, capable d'assurer l'étanchéité hydraulique. 4 Vanne papillon selon la revendication 3, ca- ractérisée en ce que l'obturateur ( 4) comprend une âme ( 12) recouverte d'une couche de matière caoutchouteuse ou élastomère ( 13) choisie pour assurer la double fonc- tion consistant à établir l'étanchéité et à protéger l'obturateur des agressions chimiques du fluide et/ou des impuretés présentes dans ce dernier. Vanne papillon selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que l'obturateur ( 4) est actionné par une tige de commande ( 5) qui traverse l'obturateur et est fixée à celui-ci par des moyens de calage ( 14, 15) qui peuvent se séparer l'un de l'autre lorsqu'on déboîte la tige ( 15). 6 Vanne papillon selon la revendication 5, ca- ractérisée en ce que lesdits moyens de calage compren- nent une partie mâle ( 14) et une partie femelle ( 15) qui sont respectivement solidaires de la tige de commande ( 5) et de l'obturateur ( 4). 7 Vanne papillon selon la revendication 4, ca- ractérisée en ce que l'âme ( 12) de l'obturateur ( 4) est de préférence composée deux moitiés identiques appai- rees. 8 Vanne papillon selon la revendication 5, ca- ractérisée en ce que la tige de commande ( 5) est fixée au corps ( 2) de la vanne au moyen d'un écrou ( 22) qui agit sur une butée ( 18) avec interposition d'une rondel- le anti-friction qui joue éventuellement le rôle de gar- niture d'étanchéité de sécurité.