Brevet FR2673988A1 — publié le 19920918

Un robinet-vanne à joint d'obturateur flottant pour forts débits. L'invention se rapporte à un robinet-vanne, en particulier à un robinet-vanne sanitaire que l'on utilise dans l'industrie agro-alimentaire, pharmaceutique, cosmétique ou autre, o il est important de nettoyer périodiquement le robinet-vanne. L'invention concerne plus particulièrement une classe de robinets- vannes, à simple étanchéité ou à double étanchéité ou autre, à usage sanitaire pour des installations impliquant de forts débits de liquide, par exemple dans les industries de fabrication de produits alimentaires. Il est connu d'utiliser, pour de telles applications, un robinet-vanne comprenant un corps de vanne à l'intérieur duquel est aménagé un siège de vanne ayant une surface d'obturation délimitant l'orifice d'un conduit, un clapet mobile selon une direction linéaire dans le corps de vanne, le clapet ayant un épaulement supérieur et un épaulement inférieur éloigné axialement de l'épaulement supérieur, et un joint d'étanchéité logé entre les deux épaulements destiné à obturer l'orifice du conduit, le conduit ayant une surface interne de périphérie en relation parallèle avec la direction de déplacement du clapet. Il est courant d'équiper de tels robinets- vannes avec un joint relativement mou, par exemple un joint élastomère, mis en place autour d'une portion inclinée ou incurvée de l'extrémité du clapet après avoir été dilaté par chauffage Toutefois ce type de joint résiste mal aux agressions chimiques et par conséquent n'est pas adapté aux installations sanitaires. On a eu récemment recours à un autre type de joint, formé dans une matière rigide à base de résines fluorées du type PTFE, qui ne présente pas l'inconvénient précité. Par ailleurs, comme indiqué précédemment, il est important, dans les installations sanitaires de nettoyer périodiquement le robinet-vanne pour éliminer les dépôts de produits qui viennent se loger plus particulièrement entre le joint d'étanchéité et le clapet En effet ces dépôts de produits engendrent des bactéries qui contaminent les produits alimentaires ou autres Il est par conséquent essentiel que le joint d'étanchéité puisse être facilement retiré du clapet pour être nettoyé correctement Toutefois il est préférable de pouvoir nettoyer le robinet-vanne avec tous les éléments (clapet, joint d'étanchéité) en place car le démontage du robinet-vanne est une perte de temps. A cet effet, on a proposé un ensemble clapet- joint d'étanchéité comprenant un clapet ayant un épaulement supérieur et un épaulement inférieur espacé axialement de l'épaulement supérieur pour retenir entre eux un joint d'étanchéité, le joint d'étanchéité comprenant un anneau rigide en PTFE surmontant une pluralité de doigts élastiquement déformables agencés pour passer au dessus de l'épaulement inférieur de retenue en prenant une position dépliée et appuyer ensuite sur l'épaulement inférieur de retenue lorsqu'ils sont relâchés afin de bloqué l'anneau rigide entre les deux épaulements Ainsi l'anneau peut avoir un diamètre interne sensiblement plus grand que le diamètre du clapet entre les deux épaulements pour permettre la circulation d'un liquide entre l'anneau et le clapet en position d'ouverture du robinet-vanne Ce joint d'étanchéité, appelé joint flottant, peut donc être nettoyé automatiquement sans démontage du robinet- vanne. Toutefois cet ensemble connu clapet-joint flottant d'étanchéité présente de nombreux inconvénients Tout d'abord, on a constaté que des particules de produits s'accumulaient au voisinage des doigts élastiquement déformables lesquels constituent des pièges à bactéries Ensuite les doigts élastiquement déformables augmentent la complexité et la taille du joint flottant d'étanchéité tant du point de vue de sa hauteur que de son diamètre Enfin, cet ensemble clapet-joint flottant d'étanchéité n'est pas adapté aux forts débits car le joint flottant d'étanchéité se déforme dans son logement ou s'arrache du clapet sous l'effet d'un puissant laminage d'un liquide au moment de l'ouverture du robinet-vanne Ce phénomène d'arrachement est en outre facilité par le fait que le liquide exerce une force tendant à appuyer le joint contre le siège de vanne alors que le clapet agit en sens inverse lorsqu'il est actionné pour l'ouverture de la vanne Lorsque le joint est enfin décollé du siège de vanne sous l'action du clapet, il est laminé par le liquide passant entre le joint et les bords de l'orifice du conduit Si le laminage du liquide sur le joint est puissant, c'est à dire dans le cas de forts débits de liquides circulant dans le robinet-vanne, le joint flottant d'étanchéité se déforme ou est soufflé ce qui peut causer de graves préjudices On est alors conduit à démonter souvent les robinets-vannes pour contrôler l'état des joints flottants d'étanchéité. L'objectif de l'invention est de palier les inconvénients précités En particulier, un objectif de l'invention est de fournir un robinet-vanne, du type indiqué précédemment, susceptible d'être employé dans divers types d'installations industrielles, plus spécifiquement dans les installations sanitaires o il est exigé de nettoyer fréquemment les robinets-vannes et inspecter visuellement les surfaces internes des robinets-vannes pour contrôler la qualité des procédures de nettoyage utilisées. Un autre objectif de l'invention est de fournir un robinet-vanne incluant un joint d'étanchéité qui peut "flotter" pour faciliter le nettoyage du robinet-vanne en place. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un robinet-vanne dans lequel le joint flottant d'étanchéité résiste aux agressions chimiques, aux hautes températures et de façon générale a une bonne tenue dans le temps, qui soit d'une taille la plus réduite possible, économique à fabriquer, et facilement désolidarisable du clapet de robinet-vanne. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un robinet-vanne adapté pour sectionner ou distribuer une large gamme de canalisations, en particulier des canalisations à forts débits. Essentiellement, le principe selon l'invention consiste à faire supporter les contraintes hydraudynamiques, exercées par le liquide en circulation dans le corps du robinet-vanne en phase d'ouverture de celui-ci, par le corps du clapet au voisinage du joint flottant d'étanchéité et par le bord de l'orifice du conduit pour protéger le joint d'étanchéité du laminage exercé par le liquide jusqu'à ce-que le joint d'étanchéité soit suffisamment dégagé de l'orifice du conduit On évite ainsi le phénomène de déformation ou d'arrachement du joint flottant d'étanchéité pour les forts débits et on améliore de ce fait la fiabilité et la résistance du robinet-vanne. Plus spécifiquement l'invention propose un robinet-vanne comprenant un corps de vanne à l'intérieur duquel est aménagé un siège de vanne ayant une surface d'obturation délimitant l'orifice d'un conduit, un clapet mobile selon une direction linéaire dans le corps de vanne, le clapet ayant un épaulement supérieur et un épaulement inférieur éloigné axialement de l'épaulement supérieur, et un joint d'étanchéité logé entre les deux épaulements destiné à obturer l'orifice du conduit, le conduit ayant une surface interne de périphérie en relation parallèle avec la direction de déplacement du clapet, caractérisé en ce que le clapet comprend un moyen limiteur pour limiter l'écoulement d'un liquide entre une surface du clapet et la surface interne de périphérie du conduit pendant le déplacement du clapet tant que le joint d'étanchéité n'est pas complètement dégagé de l'orifice du conduit. Avantageusement, le robinet-vanne comprend en outre des moyens pour créer un passage de liquide entre le joint d'étanchéité et la partie de clapet entre les deux épaulements. Le moyen limiteur est constitué par une surface de périphérie de l'épaulement inférieur en rapprochement étroit avec la surface interne de périphérie du conduit. Les moyens pour créer un passage de liquide entre le joint d'étanchéité et la partie de clapet entre les deux épaulements sont constitués d'évidements réalisés dans la partie de clapet entre les deux épaulements. Les évidements sont des trous ayant un fond concave. Les évidements sont répartis sur la périphérie du clapet entre les deux épaulements. Le joint d'étanchéité est un joint flottant entre les deux épaulements. Le joint flottant d'étanchéité a une section transversale sensiblement rectangulaire dont la partie supérieure interne est tronquée. L'épaulement supérieur est prolongé par un bec de centrage du joint flottant d'étanchéité. Le joint flottant d'étanchéité est en une matière à base de résines fluorées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore mieux à la lecture de la description ci-dessous, d'un exemple de réalisation de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels les mêmes références numériques désignent des éléments identiques Dans ces dessins: la figure 1 représente un robinet-vanne simple étanchéité ayant un clapet d'obturation selon l'invention; la figure 2 représente le clapet du robinet-vanne de la figure 1; la figure 3 représente une partie du clapet en relation fonctionnelle avec le corps du robinet-vanne mis en évidence dans un cercle sur la figure 1; la figure 4 représente un robinet-vanne double étanchéité ayant un clapet supérieur et un clapet inférieur d'obturation selon l'invention; la figure 5 représente le clapet supérieur du robinet-vanne de la figure 4; la figure 6 représente le clapet inférieur du robinet-vanne de la figure 4; la figure 7 représente une partie des clapets supérieur et inférieur en relation fonctionnelle avec le corps du robinet-vanne mis en évidence dans un cercle sur la figure 4; la figure 8 représente un joint flottant destiné au clapet supérieur; la figure 9 représente un joint flottant destiné au clapet inférieur; les figures 10 à 12 illustrent le principe de fonctionnement du robinet-vanne selon l'invention. Le robinet-vanne selon l'invention, appelé vanne dans la suite de l'exposé, est destiné au sectionnement ou à la distribution de canalisations, en particulier des canalisations à fort débit, dans lesquelles circulent des liquides, produits alimentaires visqueux ou autres La vanne selon l'invention est de préférence utilisée dans les installations sanitaires, mais non exclusivement. En se reportant à la figure 1, on a représenté une vanne simple étanchéité la vanne comprend un corps de vanne tel que 10 ayant une entrée reliée à un conduit d'entrée 2 A l'intérieur du corps de vanne est aménagé un siège de vanne 11 ayant une surface d'obturation 12 La surface d'obturation délimite l'orifice d'un conduit de sortie 3 Un obturateur à joint flottant est prévu pour fermer l'orifice du conduit de sortie. L'obturateur est constitué d'un clapet 13 portant un joint flottant d'étanchéité tel que 14 Le clapet 13 est prolongé d'une tige 4 guidée par la partie supérieure de la vanne pour se déplacer dans une direction linéaire le long de l'axe longitudinal 5 de la tige sous l'action d'un opérateur commandable tel que 1, de tout type approprié, par exemple un vérin ou analogue L'opérateur commandable 1 actionne la tige 4 pour amener le joint flottant d'étanchéité en appui sur le siège de vanne afin d'obturer l'orifice du conduit de sortie ou pour décoller le joint flottant d'étanchéité du siège de vanne afin d'ouvrir un passage entre le conduit d'entrée et le conduit de sortie comme cela est bien connu Ces deux mouvements en translation de la tige sont respectivement représentés par les flèches repérées par les symboles F et 0. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'obturateur est conçu pour résister aux forts débits, c'est à dire finalement à des niveaux de pression importants, de l'ordre de 8 bars ou plus, en entrée de la vanne Selon l'invention, il s'agit d'éviter que le liquide, sous pression dans le conduit d'entrée, déforme ou arrache le joint flottant d'étanchéité pendant le début de l'ouverture de la vanne Il est par ailleurs souhaitable de décoller le joint flottant d'étanchéité du siège de vanne, au moment de l'ouverture de la vanne, sans exercer sur le joint d'étanchéité des contraintes trop importantes tendant à le déformer Enfin il est souhaitable de faire supporter l'ensemble des forces hydraudynamiques exercées par le liquide en circulation dans le corps de vanne par des pièces indéformables de la vanne, c'est à dite le clapet et le bord de l'orifice du conduit formant le siège de vanne. En se reportant à la figure 2, le clapet 13 comprend un épaulement supérieur de périphérie 15 et un épaulement inférieur de périphérie 16 éloigné axialement de l'épaulement supérieur pour définir une gorge 17 dans laquelle vient se loger le joint d'étanchéité qui est passé par dessus l'épaulement inférieur dans un premier temps puis retenu entre les deux épaulements dans un second temps Le joint d'étanchéité 14 est représenté plus en détail aux10 figures 8 et 9 Il a la forme d'un anneau, réalisé dans une matière rigide à base de résines fluorées connue sous le nom de PTFE, à section sensiblement rectangulaire, cette matière résistant bien aux agressions chimiques et donc parfaitement adaptée pour15 des installations sanitaires Le joint étant flottant entre les deux épaulements 15,16, il est aisé de le faire sortir de la gorge 17, à l'aide d'une lame par exemple, pour le remplacer. Ainsi que cela apparaît sur la figure 2, l'épaulement inférieur 16 est en retrait radialement par rapport à l'épaulement supérieur 15 pour glisser à l'intérieur du conduit de sortie 3 et laisser une partie de la surface inférieure du joint apparente qui25 vient en appui sur le siège de vanne 11 Le siège de vanne à une surface d'appui 18 inclinée pour améliorer l'étanchéité de la vanne lorsqu'elle est fermée. L'épaulement supérieur 15 recouvre complètement la surface supérieure du joint pour appuyer uniformément30 sur le joint afin de garantir une bonne étanchéité de la vanne. Sur la figure 3, on a représenté la partie de clapet en relation fonctionnelle avec le siège de vanne, cette figure étant une vue agrandie de la partie de vanne mise en évidence dans un cercle sur la figure 1 Ainsi que cela apparaît sur cette figure, la dimension de la plus grande section de l'épaulement inférieur 16 est ajustée pour que la surface de périphérie 20 de l'épaulement inférieur correspondant à cette grande section soit en rapprochement étroit avec 5 la surface interne de périphérie 21 du conduit de sortie 3 proche du siège de vanne 11 Ce rapprochement étroit limite l'écoulement d'un liquide entre le conduit d'entrée 2 et le conduit de sortie 3 tant que le joint d'étanchéité n'est pas complètement dégagé de10 l'orifice du conduit de sortie 3 comme illustré sur les figures 10 à 12 On comprendra donc que le joint d'étanchéité 14 ne subit pas le laminage du liquide au début de l'ouverture de la vanne puisque le débit reste très réduit tant que la surface de périphérie 20 de15 l'épaulement inférieur 16 reste en vis à vis de la surface interne de périphérie 21 du conduit 3, cette dernière étant en relation parallèle avec la direction de déplacement du clapet. Le joint d'étanchéité 14 est mobile entre les deux épaulements 15, 16 suffisamment espacés l'un de l'autre et flottant autour de la partie de clapet entre les deux épaulements pour laisser passer un liquide de nettoyage sur toutes ses faces cachés en vis à vis du25 clapet lorsque la vanne est ouverte Par ailleurs, l'épaulement supérieur 15 est prolongé d'un bec 25 pour centrer le joint flottant 14 par rapport à l'axe de l'orifice du conduit 3. Des évidements 19 sont réalisés dans la partie de clapet entre les deux épaulements de périphérie 15,16 du clapet Ces évidements peuvent être des trous fraisés dans le volume du clapet, selon une direction radiale, de préférence en mordant la surface35 supérieure de l'épaulement inférieur 16 Les trous répartis sur la périphérie du clapet ont un diamètre d'ouverture plus grand que l'épaisseur du joint à sa ll périphérie interne pour créer un passage important de liquide entre le joint d'étanchéité 14 et le clapet 13. Le joint à une section transversale sensiblement rectangulaire dont la partie supérieure interne 24 est tronquée pour aider le passage du liquide entre le joint et le clapet et pour aider aussi à la mise en place du joint sur le clapet Le passage de liquide entre le joint et le clapet, le joint étant toujours en appui sur le siège de vanne 11, facilite le décollage du joint (suppression de l'effet ventouse) au moment de l'ouverture de la vanne. Les trous présentent un fond concave pour éviter le dépôt de particules et faciliter leur nettoyage par injection d'un liquide de lavage dans la vanne. En se reportant maintenant à la figure 10, l'orifice du conduit de sortie 3 est fermé hermétiquement par le joint d'étanchéité 14, lequel est appuyé contre le siège de vanne il sous l'action du clapet 13 Dans cette position de fermeture de la vanne, le joint d'étanchéité est plaqué contre la face inférieur de l'épaulement supérieur 15 tandis que l'extrémité de l'épaulement inférieur 16 est en rapprochement étroit avec la surface interne de périphérie 21 du conduit 3. Sous l'action de l'opérateur commandable 1, le clapet 13 est déplacé dans une direction linéaire pour amorcer l'ouverture de la vanne comme représenté en figure 11 Sous l'effet de la pression du liquide maintenu dans le conduit d'entrée 2, le joint d'étanchéité 14 reste plaqué contre le siège de vanne il tandis que la partie du clapet entre les deux épaulements glisse longitudinalement par rapport au joint jusqu'à ce que le joint soit porté par l'épaulement inférieur 16 Le déplacement du clapet par rapport au joint d'étanchéité libère un espace entre la face supérieur du joint et la surface inférieure de l'épaulement supérieur 15, espace qui communique avec les évidements 19 pour créer un passage de liquide entre le joint et le clapet entourant presque en totalité le joint Ce passage de liquide est symbolisé par la flèche L. Le liquide circulant dans les évidements 19 est par ailleurs freiné sous l'effet du rapprochement étroit de la surface de périphérie 20 de l'épaulement inférieur 16 avec la surface interne de périphérie 21 de l'orifice du conduit 3 Cette limitation d'écoulement du liquide crée des tourbillons au voisinage du joint d'étanchéité, en particulier sous celui-ci, qui l'aide à se décoller du siège de vanne. La surface de périphérie 20 de l'épaulement inférieur effleure la surface interne de périphérie 21 du conduit 3 pendant un déplacement suffisant du clapet pour limiter l'écoulement du liquide tant que le joint n'est pas complètement dégagé de l'orifice du conduit, comme représenté sur la figure 12, c'est à dire quand l'écoulement du liquide à travers l'orifice du conduit se fait entre la l'épaulement inférieur et le siège de vanne de sorte que le joint ne subit pas le laminage du liquide. En se reportant maintenant aux figures 4 à 7, on a représenté une vanne double étanchéité connue en soi, pour distribuer deux canalisations 30,40 La vanne comprend un corps de vanne 10, un conduit 3 reliant les deux canalisations, et deux sièges de vannes 111,112 superposés délimitant deux surfaces d'obturation parallèles correspondant aux deux orifices du conduit 3 Un double clapet comprenant un clapet supérieur 131 et un clapet inférieur 132, vient obturer simultanément les deux orifices du conduit ou les libérer sous l'action d'un opérateur commandable 1, pour séparer ou faire communiquer respectivement les deux 5 canalisations. Sur la figure 4, les deux clapets sont montrés accolés en contact étanche grâce à un joint 32, mais ils peuvent être séparés, par le biais d'un10 coulissement opposé sous l'action de l'opérateur commandable 1, pour dégager un espace entre eux Le clapet inférieur est en outre équipé d'une chambre de fuite 31 avantageusement utilisée pour le nettoyage en place des deux clapets lorsqu'ils sont détachés l'un de15 l'autre. Chaque clapet comporte un épaulement supérieur 151,152 et un épaulement inférieur 161,162 espacés axialement pour loger des joints flottant20 d'étanchéité 141,142 (figures 8 et 9) destinés à venir en appui sur les sièges de vanne pour obturer le conduit par ses deux extrémités. Comme décrit précédemment, l'épaulement inférieur du clapet supérieur est en retrait axialement de l'épaulement supérieur et a une surface de périphérie 20, en rapprochement étroit avec la surface interne 21 de périphérie du conduit 3 Par contre, l'épaulement supérieur du clapet inférieur est en30 retrait axialement de l'épaulement inférieur et l'épaulement inférieur a une surface de périphérie 202 en rapprochement étroit avec la surface interne 21 de périphérie du conduit 3. Des trous fraisés 191,192 sont réalisés entre les épaulement supérieur et inférieur de chaque clapet sur la périphérie du clapet. 14 2673988 Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation cidessus décrit, et on pourra avantageusement prévoir des variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Un robinet-vanne comprenant un corps de vanne ( 10) à l'intérieur duquel est aménagé un siège de vanne ( 11) ayant une surface d'obturation ( 12) délimitant l'orifice d'un conduit ( 3), un clapet ( 13) mobile selon une direction linéaire dans le corps de vanne, le clapet ayant un épaulement supérieur ( 15) et un épaulement inférieur ( 16) éloigné axialement de l'épaulement supérieur, et un joint d'étanchéité ( 14) logé entre les deux épaulements destiné à obturer l'orifice du conduit, le conduit ayant une surface interne de périphérie ( 21) en relation parallèle avec la direction de déplacement du clapet, caractérisé en ce que le clapet comprend un moyen limiteur pour limiter l'écoulement d'un liquide entre une surface du clapet et la surface interne de périphérie du conduit pendant le déplacement du clapet tant que le joint d'étanchéité n'est pas complètement dégagé de l'orifice du conduit. 2) Le robinet-vanne selon la revendication 1, comprenant en outre des moyens pour créer un passage de liquide entre le joint d'étanchéité et la partie de clapet entre les deux épaulements. 3) Le robinet-vanne selon la revendication 1, dans lequel le moyen limiteur est constitué par une surface de périphérie ( 20)de l'épaulement inférieur en rapprochement étroit avec la surface interne de périphérie du conduit. 4) Le robinet-vanne selon la revendication 2, dans lequel les moyens pour créer un passage de liquide entre le joint d'étanchéité et la partie de clapet entre les deux épaulements sont constitués d'évidements ( 19) réalisés dans la partie de clapet entre les deux épaulements. ) Le robinet-vanne selon la revendication 4, dans lequel les évidements sont des trous ayant un fond concave. 6) Le robinet-vanne selon la revendication 4, dans lequel les évidements sont répartis sur la périphérie du clapet entre les deux épaulements. 7) Le robinet-vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le joint d'étanchéité est un joint flottant entre les deux épaulements. 8) Le robinet-vanne selon la revendication 7, dans lequel le joint flottant d'étanchéité a une section transversale sensiblement rectangulaire dont la partie supérieure interne ( 24) est tronquée. 9) Le robinet-vanne selon la revendication 7, dans lequel l'épaulement supérieur est prolongé par un bec de centrage ( 25) du joint flottant d'étanchéité. ) Le robinet-vanne selon la revendication 7, dans lequel le joint flottant d'étanchéité est en une matière à base de résines fluorées.