Brevet FR2681659A1 — publié le 19930326

VANNE PAPILLON L'invention se rapporte à une vanne papillon comprenant un corps qui présente un conduit pour le passage d'un milieu en écoulement, et un papillon disposé dans une région centrale du conduit pour faire varier la section transversale libre offerte au milieu, et qui est monté rotatif par rapport au corps, à l'aide d'un arbre, corps dans lequel il est prévu, transversalement au canal, un perçage pour recevoir le papillon et des parties cylindriques qui font suite latéralement à ce papil- lon, le diamètre des parties cylindriques étant égal ou supérieur au diamètre maximum du papil- lon, et les parties cylindriques étant entourées de surfaces annulaires du corps. On connaît par le brevet GB-A 700 189, une vanne papillon dont le papillon forme un élé- ment obturateur d'un seul tenant en combinaison avec deux pistons qui y font suite latéralement. Cet élément obturateur est disposé dans un perçage du corps qui possède un diamètre supérieur à celui de la partie centrale du conduit L'élément obturateur comprend, d'une part, le papillon et, à la suite de chacun des deux côtés de ce papillon, une partie cylindrique dont le diamètre est égal ou supérieur au diamètre maximum ou à la largeur du papillon A l'élément obturateur, qui com- prend le papillon, sont accouplés, d'une part, un tourillon et, d'autre part, un arbre qui présentent tous deux un diamètre sensiblement inférieur à la largeur du papillon et qui tourillonnent dans des couvercles distincts du corps Il est nécessaire de prévoir des frais de fabrication non négligeables pour obtenir un alignement exactement coaxial des paliers de l'arbre, des perçages des couvercles précités, ainsi que de ces couvercles, par rapport au corps et au perçage destiné à recevoir l'élé- ment obturateur dans le corps La largeur du papillon est supérieure au diamètre du conduit En partant d'une position de fermeture, dans laquelle le plan du papillon est perpendiculaire à la di- rection longitudinale du conduit, il faut, pour ouvrir, tourner le papillon sur un intervalle angulaire de 200 avant que le conduit de passage du milieu ne soit libéré. L'hystérésis qui en résulte est fréquemment indésirable pour le comportement de commande et de régulation Du fait de la section transversale circulaire du conduit, la libération du passage du milieu ne se produit initialement que pratiquement dans la zone de la génératrice de sommet du conduit Le conduit n'est dégagé sur sa profondeur, considérée parallèlement à l'axe de rotation du papillon, qu'après une rotation du papillon de 90 à partir de la position de fermeture Dans les positions intermédiaires, il existe latéralement à la région d'écoulement qui est libérée, des espaces d'accumulation ou espaces morts qui peuvent retenir des parties du milieu, ce qui peut entrainer des inconvénients, surtout dans le génie chimique et dans le travail des matières plastiques. En partant de cet état de fait, l'invention se donne pour but de perfectionner la vanne papillon du genre cité avec une dépense de construction réduite, afin d'obtenir une étanchéité fiable et, en particulier, afin d'éviter la pénétration d'oxygène dans le milieu On vise à éviter les espaces morts et à réduire le nombre des pièces détachées On vise à simplifier la fabrication ainsi que le montage et éventuellement le démontage de la vanne papillon La vanne papillon doit présenter une construction robuste et il doit être possible de chauffer la vanne papillon en cas de besoin. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le papillon est intégré dans l'arbre et son profil est contenu dans les limites du profil de l'arbre, lequel forme les parties cylindriques; la région centrale du conduit présente une surface de section rectangulaire, la largeur de la région centrale, mesurée dans une direction orthogonale à l'axe de rotation et transversale à l'axe longitu- dinal du conduit étant égale au diamètre maximum du papillon, pour obturer la région centale dans une position angulaire appropriée de l'arbre; les surfaces annulaires cylindriques sont prévues sur des lèvres du corps qui sont de faible largeur dans la direction axiale et dirigées radialement vers lintérieur; et les perçages pratiqués dans le corps possèdent un plus grand diamètre que les surfa- ces annulaires, cependant que, dans les perçages sont prévues des douilles servant au tourillonne- ment de l'arbre, ainsi que des bagues d'étanchéité qui sont appuyées contre des surfaces de fond des lèvres de faible largeur. Selon d'autres caractéristiques de rinvention, les bagues d'étanchéité qui sont en particulier composées de graphite ou qui, du moins, contiennent du graphite, sont appuyées avec précon- trainte contre les surfaces de fond de préférence de configuration coniques et/ou atteignent directe- ment la région centrale; et l'arbre présente dans la région du papillon ainsi que dans la région des surfaces de portée et/ou d'étanchéité, une grande qualité de surface et est en particulier muni d'un revêtement de nitrure de titane, dont l'épaisseur est de préférence comprise entre 0, 015 et 0,0035 mm, de préférence entre 0,002 et 0,003 mm. La vanne papillon selon l'invention se distingue par une construction d'une grande sécurité de fonctionnement, en évitant en particulier fiablement la pénétration d'oxygène Le papillon est intégré à larbre et le profil du papillon est contenu dans les limites de la circonférence de l'arbre. Le papillon et l'arbre sont ainsi un élément d'une seule pièce qui peut être fabriqué avec une gran- de précision et peut être monté dans le corps sans complication particulière Les espaces morts dans la région du papillon sont évités et les garnitures d'étanchéité d'arbre peuvent être prolon- gées jusqu'à proximité du papillon Par ailleurs, on est certain d'obtenir une bonne reproductibili- té du positionnement en même temps qu'une grande solidité Le papillon possède une section ana- logue à une ellipse, le diamètre maximum du papillon étant au maximum aussi grand que le dia- mètre de larbre Dans la région du papillon, le conduit qui conduit le milieu possède une section transversale rectangulaire A l'exception du papillon, larbre présente avantageusement un diamè- tre constant dans le corps, et la surface peut être réalisée fiablement à une haute qualité pour ré- pondre aux exigences d'étanchéité. D'autres perfectionnements et formes de réalisation sont indiqués dans la description. L'invention est décrite avec plus de détails dans ce qui suit, à propos de l'exemple de réalisa- tion. Sur les dessins: la Figure 1 est une vue partielle de la vanne; la Figure 2 représente à échelle agrandie une coupe prise selon la ligne de coupe Il de la Figu- re 1; la Figure 3 représente à échelle agrandie le corps selon la Figure 1; la Figure 4 représente à échelle agrandie une vue prise dans le sens IV selon la Figure 1. Selon la Figure 1, un corps 2 présente un perçage 4, 5 dans lequel tourillonne un arbre 6. Perpendiculairement au perçage 4, 5, est formé un conduit 8 qui est convenablement raccordé à une conduite Pour cela, les surfaces de raccordement 10, 12 situées l'une à l'opposé de l'autre présentent des perçages borgnes 14 munis d'un filetage intérieur pour réaliser un raccordement à brides avec la conduite, qui West pas représentée ici de façon plus détaillée. Sauf dans la région des surfaces de raccordement 10, 12, le conduit est réalisé sous la forme d'un perçage cylindrique et il présente une région centrale, médiane, 16 possédant une surface de section rectangulaire Cette région centrale 16 est traversée par l'arbre 6 auquel le papillon 18 est intégré Le profil extérieur du papillon est d'une forme analogue à une ellipse, le profil du papil- lon étant contenu dans les limites de l'arbre Le diamètre maximum du papillon 18 est au maxi- mum égal au diamètre de l'arbre 6 L'arbre 6 est monté à joint étanche, de part et d'autre du papil- lon 18 intégré, à l'aide de bagues d'étanchéité 20, 22 qui se prolongent, chacune au-delà d'une surface de fond conique 24, 25, des perçages 4, 5, jusqu'à une lèvre étroite 26, 28, jusqu'à la ré- gion centrale 16 du conduit 8 Les lèvres annulaires 26, 28 présentent, en position inférieure dans la direction radiale, une surface cylindrique annulaire dont le diamètre n'est que légèrement supé- rieur au diamètre extérieur de l'arbre 4 Grâce à cette construction particulière, il n'y a pratique- ment aucun espace mort dans la région du passage de larbre ou dans la région du papillon 18 La configuration conique des surfaces de fond 24, 25 se révèle par ailleurs avantageuse poour la soli- dité et, par ailleurs, pour le réglage des bagues d'étanchéité 20, 22. L'arbre 6 est monté réglable en position angulaire et à joint étanche dans le corps 2 à l'aide de douilles de guidage 30 à 33, en même temps qu'il est possible de déterminer à l'avance une pré- contrainte axiale des bagues d'étanchéité à l'aide de ressorts 34, 35 Comme on peut le voir, les douilles 31, 32 sont engagées dans les perçages 4, 5 respectivement par les faces frontales du corps 2 et elles agissent sur les bagues d'étanchéité 20, 22 par l'intermédiaire de bagues entretoi- ses 36, 37 Les ressorts 34, 35 prennent appui, d'un côté, contre un épaulement annulaire de la douille 30 ou 32 et, d'autre part, contre une bague 38 ou 39 à surface extérieure conique, contre laquelle est appuyée une bague de réglage 40 ou 41 respectivement Des vis 42 sont enfilées à tra- vers les bagues de réglage 40, 41 et le réglage voulu s'effectue à l'aide d'écrous 44 Pour la fixa- tion axiale de l'arbre 6, il est prévu une butée fixe 46 fixée au corps 2 et contre chacune des surfa- ces de portée axiale est appuyé un disque de portée 48, 49 qui est fixé rigidement à l'arbre 6, comme ceci est indiqué par des lignes en trait mixte. Dans la région de la portée, l'arbre 6 et le papillon 18 présentent une haute qualité de surface. Pour cela, la surface de l'arbre est polie, plus précisément, avantageusement à un état de surface Ra 0,1 Après la formation du profil particulier du papillon dans l'arbre qui présente initialement une surface cylindrique, le profil du papillon est ensuite poli et il subit ensuite un revêtement élec- trolytique Comme phase finale du travail, on exécute un revêtement de nitrure de titane sur l'arbre, au moins pour la région qui se trouve à l'intérieur du corps. Le corps 2 présente au centre quatre perçages traversants 50 pour la circulation d'un fluide de chauffage La région centrale, médiane, 16 du conduit 8 peut ainsi être chauffée efficacement, ce qui est de grande importance, en particulier pour la fusion dans le traitement des matières plasti- ques Les perçages traversants 50 sont disposés à une très petite distance du papillon 18, de même qu'à très petite distance de la région centrale médiane 16, et ils s'étendent parallèlement aux deux parois intérieures planes, mutuellement opposées, de la région centrale médiane. La Figure 2 montre à échelle agrandie une coupe du corps 2, sur laquelle l'arbre et le papillon 18 sont perpendiculaires au plan du dessin La région centrale 16, de largeur B 2, du conduit 8, est fermée dans la position représentée du papillon 18 Le profil elliptique du papillon 18, présen- tant la largeur B 1, qui peut aussi être appelée son diamètre maximum, est bien reconnaissable ici. Après une rotation de l'arbre de 900, sous l'effet de laquelle le papillon est orienté avec sa largeur Bl alignée sur l'axe longitudinal 52 du conduit 8, ce conduit est libéré Le papillon 18 disposé dans la région centrale 16 du conduit 8 pour réduire la section transversale libre est intégré à l'arbre agencé orthogonalement au conduit 8 et qui croise ce conduit Selon l'invention, le profil du papillon 18 est contenu à rintérieur du profil de l'arbre 6 Par ailleurs, la largeur Bl du papil- lon est égale ou inférieure au diamètre de l'arbre, lequel est égal ou inférieur à la largeur B 2 de la région centrale 18 dans une forme de réalisation particulièrement judicieuse On a indiqué par les lignes en trait interrompu deux des perçages traversants 50 qui se trouvent en arrière du plan du dessin Ces perçages traversants 50 débouchent dans des chambres 54, 56 dans lesquelles le flui- de de chauffage peut pénétrer ou d'o il peut sortir en passant par des raccordements à brides ap- propriés 58, 60. La Figure 3 montre à échelle agrandie le corps 2 avec les perçages 4, 5 destinés à recevoir l'arbre Une caractéristique essentielle consiste en ce que ces perçages 4, 5 se terminent chacun à une très petite distance 62 de la région centrale 16 A l'intérieur de cette distance, se trouvent les surfaces de fond coniques 24, 25 ainsi que les lèvres étroites 26, 28 Ainsi qu'on l'a déjà indiqué, les surfaces annulaires étroites des lèvres 26, 28 entourent l'arbre avec un jeu réduit à un mini- mum La longueur axiale 64 des lèvres 26, 28 est beaucoup plus petite que la distance 62 citée plus haut En raison de la très petite longueur 64, les bagues d'étanchéité 20, 22, qui sont ap- puyées contre les surfaces de fond coniques 24, 25, se prolongent jusqu'à proximité immédiate de la région centrale 16, de sorte qu'il n'y a pratiquement pas d'espace mort. La Figure 4 montre partiellement et à échelle agrandie une vue prise en regardant vers le corps 2 muni de son conduit 8 Le conduit présente une paroi intérieure cylindrique dans sa région exté- rieure A l'intérieur du corps, la région centrale médiane 16, qui présente une surface de section transversale carrée, se raccorde par un raccordement conique Il va de soi qu'en principe, on peut aussi adopter une surface de section transversale rectangulaire lorsque, par exemple, le papillon doit présenter une longueur agrandie en conséquence selon la direction de l'axe de l'arbre La sec- tion transversale carrée s'est révélée particulièrement judicieuse sous l'aspect des frais de fabrica- tion. 2681659 LISTE DES REFERENCES 2 Corps 4,5 Perçage 6 Arbre 8 Conduit , 12 Surface de raccordement 14 Perçage borgne 16 Région centrale 18 Papillon , 22 Bagne d'étanchéité 24,25 Surface de fond 26,28 Lèvre étroite , 33 Douilles 34, 35 Ressort 36,37 Bague entretoise 38,39 Bague ,41 Bague de réglage 42 Perçage borgne 44 Ecrou 46 Portée axiale 48,49 Disque de portée Perçage traversant 52 Axe longitudinal 54,56 Chambre 58,60 Bride 62 Distance 64 Longueur REVENDICATIONS 1 Vanne papillon comprenant un corps qui présente un conduit pour le passage d'un milieu en écoulement, et un papillon disposé dans une région centrale du conduit pour faire varier la sec- tion transversale libre offerte au milieu, et qui est monté rotatif par rapport au corps, à l'aide d'un arbre, corps dans lequel il est prévu, transversalement au canal, un perçage pour recevoir le papil- lon et des parties cylindriques qui font suite latéralement à ce papillon, le diamètre des parties cy- lindriques étant égal ou supérieur au diamètre maximum du papillon, et les parties cylindriques étant entourées de surfaces annulaires du corps, caractérisée en ce que le papillon ( 18) est in- tégré à l'arbre ( 6), et son profil est contenu dans les limites du profil de l'arbre ( 6), lequel forme les parties cylindriques, en ce que la région centrale ( 16) du conduit ( 8) présente une surface de section rectangulaire, la largeur (B 2) de la région centrale ( 16), mesurée dans une direction orthogonale à l'axe de rotation et transversale à l'axe longitudinal du conduit ( 8) étant égale au diamètre maximum (B 1) du papil- lon ( 18), pour obturer la région centrale ( 16) dans une position angulaire appropriée de l'arbre ( 6), en ce que le surfaces annulaires cylindriques sont prévues sur des lèvres ( 26, 28) du corps ( 2) qui sont de faible largeur dans la direction axiale et dirigées radialement vers l'intérieur; et en ce que les perçages ( 4, 5) pratiqués dans le corps ( 2) possèdent un plus grand diamètre que les surfaces annulaires, cependant que, dans les perçages ( 4, 5), sont prévues des douilles ( 30 à 33) servant au tourillonnement de l'arbre ( 6), ainsi que des bagues d'étanchéité ( 20, 22) qui sont appuyées contre des surfaces de fond ( 24, 25) des lèvres de faible largeur ( 26, 28). 2.Vanne papillon selon la Revendication 1, caractérisée en ce que la région centrale ( 16) présente une surface de section transversale carrée. 3 Vanne papillon selon la Revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les surfaces de fond ( 24, 25) sont de forme conique. 4 Vanne papillon selon une des Revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface de fond ( 24, 25) et la lèvre de faible largeur ( 26, 28) sont disposées dans les limites d'une distan- ce d'écartement ( 62) entre la région cylindrique du perçage ( 4, 5) et la région centrale ( 16), la lon- gueur axiale ( 64) de la lèvre de faible largeur ( 26, 28) étant inférieure, d'un facteur prédéterminé, à la longueur axiale de la surface de fond conique ( 24 ≥ 25). 5 Vanne papillon selon une des Revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les douil - les ( 30-33) sont disposées sous précontrainte et/ou réglables dans les perçages ( 4, 5), en particu- lier à l'aide de ressorts ( 34, 35), une composante de force étant en même temps exercée sur les bagues d'étanchéité ( 20, 22). 6 Vanne papillon selon une des Revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les bagues d'étanchéité ( 20, 22) qui sont en particulier composées de graphite ou qui, du moins, contiennent du graphite, sont appuyées avec précontrainte contre les surfaces de fond ( 24, 25), de préférence de configuration conique, et/ou se prolongent directement jusqu'à la région centrale ( 16). 7 Vanne papillon selon une des Revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'arbre ( 6) présente une grande qualité d'état de surface dans la région du papillon ( 18) ainsi que dans la ré- 7 2681659 gion des surfaces de portée et/ou d'étanchéité, et est en particulier muni d'un revêtement de nitrure de titane, dont l'épaisseur est de préférence comprise entre 0,0015 et 0,0035 mm, de préférence entre 0,002 et 0,003 mm. 8 Vanne papillon selon une des Revendications 1 à 8, caractérisée en ce que, dans le corps ( 2) est ou sont prévu(s), perpendiculairement au plan dans lequel sont disposés les perçages ( 4, 5) ainsi que le conduit ( 6), au moins un perçage traversant ( 50), de préférence quatre perçages traversants disposés symétriquement, pour la circulation d'un fluide de chauffage, et en ce que ces perçages traversants ( 50) sont disposés à proximité immédiate de la région centrale ( 16) et/ou du papillon ( 18).