Brevet FR2683289A1 — publié le 19930507

La présente invention concerne les vannes et se rapporte plus particulièrement aux joints utilisés notamment dans les vannes à papillon. Dans les vannes étanches le moyen pour obtenir l'étanchéité auquel on a le plus souvent recours consiste à comprimer un joint entre le siège et l'opercule de la vanne, le siège ayant généralement la forme d'un cône alors que la surface de l'opercule coopérant avec le siège à la forme d'une portion de sphère. Un tel agencement présente un certain nombre d'inconvénients. Il y a instabilité de l'étanchéité en cas de variation de température à l'intérieur du corps de vanne ou à l'extérieur de celui-ci. Le couple de fermeture et d'ouverture lors de la phase finale de l'engagement du joint dans le siège tronconique est important. Il y a des frottements en compression commençant dans la zone de l'axe, jusqu'à la fermeture totale, ce qui entraine une usure du joint notamment lors de cycles d'ouverture et de fermeture fréquents. Le joint subit une fatigue importante allant jusqu'à son écrasement partiel lors de l'augmentation de la température dans la veine fluide. Il subit au contraire une décompression entrainant l'apparition de fuites lors d'une baisse brutale de la température dans la veine fluide. Les différents joints connus présentant les inconvénients énumérés ci-dessus sont soit des joints toriques, métalliques n'acceptant pas un grand écart de dimensionnement mais pouvant résister à des températures pouvant atteindre 500 , soit des joints en Teflon, Viton, EDPM, Nitrile ou autre mais ne résistant pas à des tempé- ratures supérieures à 200 C. Par sécurité, certains constructeurs ajoutent au joint un râcleur métallique qui permet d'accroître la résistance à l'écrasement des joints en matière plastique mais qui n'améliore pas leur tenue en température. On connaît également un type de joint elliptique métallique dont l'inconvénient principal réside dans le fait qu'en cas de variation importante de température entre la veine fluide et l'extérieur du corps de vanne (150 C), la vanne étant en position thermique instable, l'opercule portant le joint se rétracte par rapport à son siège, ce qui entraîne des fuites importantes compromettant totalement l'étanchéité de la vanne. L'invention vise à remédier aux inconvénients des joints de vannes connus en créant un joint qui tout en assurant une très bonne étanchéité lors de l'application de l'opercule d'une vanne qui en est munie sur son siège, présente des frottements de compression réduits au minimum, une bonne stabilité aux variations de température et une excellente résistance à l'usure. Elle a donc pour objet, un joint pour vanne notamment pour vanne à papillon, caractérisé en ce qu'il est constitué par un empilage d'au moins deux couronnes élastiques présentant chacune une coupure, formant segments, les coupures des couronnes élastiques étant décalées angulairement les unes par rapport aux autres. L'invention a également pour objet une vanne, notamment une vanne à papillon, caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'au moins un joint du type défini ci-dessus. Suivant une caractéristique particulière de l'invention, la vanne comporte un joint du type défini plus haut, monté dans une gorge périphérique du papillon qui est pourvu d'un organe de positionnement angulaire relatif des couronnes élastiques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et sur lesquels : -La figure 1 est une vue partielle en coupe et avec arrachement d'un premier mode de réalisation d'une vanne à papillon équipée d'un joint suivant l'invention, le papillon n'étant pas appliqué sur son siège ; -La figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant le papillon appliqué sur son siège ; -La figure 3 est une vue en plan du joint d'étanchéité de la vanne représentée aux figures 1 et ; et -La figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3. Sur la figure 1, on a représenté de façon schématique une vanne à papillon comprenant un corps 1 pourvu d'un siège 2 de forme troncônique pour un opercule ou papillon 3 monté à rotation dans le corps au moyen d'un axe 4 et dont la surface latérale 5 présente une forme complémentaire, troncônique ou sphérique à celle du siège 2 sur lequel elle est destinée à tre appliquée. Dans la surface latérale 5 du papillon 3 est ménagée une gorge périphérique 6 pour un joint d'étanchéité 7. La gorge 6 est formée par l'assemblage de la périphérie externe du papillon 3 avec une pièce annulaire 8 formant contre-plaque fixée au papillon 3 par des vis 9 et dans la surface périphérique de laquelle, située en regard de la périphérie du papillon 3, est ménagé un décrochement 10 dont la profondeur définit la largeur de la gorge 6 de réception du joint 7. Le joint d'étanchéité 7 suivant l'invention est dans le présent exemple constitué par l'empilage de trois couronnes élastiques métalliques 11, 12,13 formant segments et qui, comme représenté aux figures 3 et 4 présentent des coupures correspondantes 14,15,16 décalées angulairement les unes par rapport aux autres afin que le joint constitué par l'empilage de ces trois couronnes assure une bonne étanchéité sur la totalité de sa périphérie. Les trois couronnes 11 à 13 formant segments réalisées par exemple en acier inoxydable, comportent chacune un orifice oblong 17 dans lequel est engagée une goupille 18 de positionnement angulaire relatif des couronnes 11 à 13, elle-mme engagée dans des trous 19 et 20 prévus dans le papillon 3 et dans la pièce annulaire 8. Grâce à leur forme oblongue, les orifices 17 permettent des déplacements radiaux des couronnes lors des mouvements de fermeture et d'ouverture de la vanne ainsi que des variations de température subies par la vanne. Les couronnes 11 à 13 qui constituent le joint 7 présentent des surfaces extérieures troncôniques de profil complémentaire à celui du siège 2 sur lequel le joint doit tre appliqué. Lorsque comme on l'a représenté à la figure 1, le papillon 3 n'est pas appliqué sur le siège 2, le joint 7 dont la surface latérale extérieure est libre fait saillie par rapport à la surface latérale 5 du papillon 3. Lors de l'application du papillon 3 sur le siège 2, dans la position illustrée à la figure 2, le joint 7 est repoussé à l'intérieur de la gorge périphérique 6 du papillon en raison de la présence des coupures 14,15 et 16 des couronnes 11,12 et 13 qui le constituent. En raison de l'élasticité propre des couronnes 11 à 13, celles-ci ont cependant toujours tendance à tre appliquées fortement contre la surface du siège 2 située en regard du joint 7. Bien entendu la profondeur radiale de la gorge 6 de réception du joint permet les déplacements radiaux des couronnes 11 à 13 constituant le joint lors de l'application du papillon 3 sur le siège 2 de la vanne. En position fermée, l'étanchéité au niveau du joint 7 est assurée grâce au décalage angulaire des coupures 14,15 et 16 des trois couronnes 11,12 et 13 qui constituent le joint 7. Ce décalage angulaire doit tre suffisant pour empcher la transmission de toute fuite par les coupures 14 à 16 entre les surfaces en regard des couronnes 11 à 13. Pour un joint constitué de trois couronnes élastiques empilées, il est possible de réaliser un décalage angulaire entre les coupures pouvant atteindre jusqu'à 120 . Afin d'améliorer encore l'étanchéité du joint ainsi constitué, il est prévu de disposer de part et d'autre des couronnes élastiques 11 et 13 qui sont en contact avec les parois de la gorge 6 de réception du joint 7, des joints toriques complémentaires de compression 22,23 placés dans des gorges correspondantes ménagées dans la surface du papillon et celle de la pièce annulaire 8 qui constituent les parois radiales de la gorge 6. Grâce à leur élasticité, les couronnes 11 à 13 qui constituent le joint d'étanchéité 7 coulissent radialement dans la gorge 6 entre une position libre représentée à la figure 1 et une position active représentée à la figure 2. Dans le mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 et 2, le joint d'étanchéité est porté par le papillon 3 de la vanne. On peut cependant concevoir également une vanne dans laquelle un joint d'étanchéité du type décrit ci-dessus serait incorporé à la surface du siège 2 qui serait alors pourvue d'une gorge de réception dudit joint. Dans un tel cas, le joint d'étanchéité comporterait une surface latérale intérieure de forme adaptée au profil de la surface latérale du papillon. Il serait également possible de réaliser une vanne qui comporterait un joint d'étanchéité suivant l'invention disposé dans la surface latérale du papillon et un autre joint d'étanchéité semblable disposé dans le siège du corps de vanne. Dans le mode de réalisation qui vient d'tre décrit, le joint est constitué de segments formant des tranches de cônes dont l'axe est identique à celui la tuyauterie dans laquelle est placée la vanne. Les segments formant le joint d'étanchéité peuvent également s'inscrire dans un cône incliné dont une génératrice serait parallèle à l'axe de la tuyauterie. Dans un tel cas, la forme extérieure du joint serait elliptique. La conception du joint selon l'invention lui permet à l'état libre d'avoir un diamètre beaucoup plus importante que son diamètre à l'état actif lorsque le papillon qui le porte est appliqué contre son siège. Lors de la fermeture de la vanne, le joint se comprime de façon élastique et peut avoir les variations dimensionnelles de plusieurs millimètres de son rayon, ce qui lui permet, en réponse à une variation de température de rattraper l'écart dimensionnel en plus ou en moins que subissent le corps de vanne et son papillon selon l'augmentation ou la diminution de la température. Par ailleurs, dans le cadre d'un changement du sens de la pression sur l'opercule ou papillon de la vanne, l'écart de dimension que subit le siège en fonction du rattrapage des jeux des paliers et de la flexion de l'ensemble papillon-axe est automatiquement compensé par la flexibilité du joint qui reste toujours en contact avec le siège. Grâce à l'élasticité du joint d'étanchéité suivant l'invention, il y a suppression de toute influence des variations de température et du sens de la pression, ce qui permet d'assurer pour une vanne équipée d'un tel joint une très bonne étanchéité pour une gamme de températures comprise entre-200 C et +1000 C. Grâce à la souplesse du joint, le papillon ne subit pas de couple à la fermeture et à l'ouverture. REVENDICATIONS 1. Joint pour vanne notamment pour vanne à papillon, caractérisé en ce qu'il est constitué par un empilage d'au moins deux couronnes (11,12,13) élastiques présentant chacune une coupure (14,15,16), formant segments, les coupures des couronnes élastiques étant déca lées angulairement les unes par rapport aux autres. 2. Joint pour vanne suivant la revendication 1, destiné à tre monté sur le papillon d'une vanne, carac térisé en ce que les surfaces latérales extérieures des couronnes (11,12,13) définissent ensemble une surface complémentaire à celle du siège de vanne coopérant avec le papillon. 3. Joint pour vanne suivant la revendication 2, déstiné à tre monté dans le siège d'une vanne, caracté- risé en ce que les surfaces latérales intérieures des couronnes définissent ensemble une surface complémentaire à celle du papillon coopérant avec le siège 4. Joint pour vanne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les couronnes (11,12,13) qui constituent le joint (7) comprennent des trous oblongs superposés (17) de positionnement angulaire relatif des couronnes. 5. Joint suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les couronnes élasti- ques sont des couronnes métalliques. 6. Vanne, notamment vanne à papillon comprenant un corps (1) pourvu d'un siège (2) pour un papillon (3) monté à rotation dans le corps (1), caractérisé en ce qu'elle est pourvue d'au moins un joint suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Vanne suivant la revendication 6, caractéri- sée en ce qu'elle comporte un joint (7) monté dans une gorge (6) menagée dans le papillon (3) de la vanne, la surface latérale extérieure du joint (7) étant adaptée à la surface latérale du siège (2) qui coopère avec le papillon (3), et en ce que la position angulaire relative des couronnes élastiques (11,12,13) est maintenue par une goupille (18) montée dans le papillon (3) et traversant les orifices oblongs (17) des couronnes (11,12,13). 8. Vanne suivant la revendication 7, caractéri- sée en ce que la gorge (6) de réception du joint (7) est formée par l'assemblage de la périphérie du papillon (3) et d'une pièce annulaire (8) formant contre-plaque et dans laquelle est ménagé un décrochement (10) de profondeur égale à l'épaisseur du joint (7), la goupille (18) de positionnement angulaire relatif des couronnes (11,12, 13) étant engagée dans des trous (19,20) ménagés respectivement dans la périphérie du papillon (3) et dans la contre-plaque (8). 9. Vanne suivant l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que dans la gorge (6) de réception du joint (7) est disposé au moins un joint supplémentaire de compression (22,23) placé dans des gorges correspondantes ménagées dans les parois radiales de la gorge (6) de réception du joint (7). 10. Vanne suivant la revendication 6, caractéri- sée en ce qu'elle comporte un joint monté dans une gorge ménagée dans le siège de la vanne, la surface latérale intérieure du joint étant adaptée à la surface latérale du papillon qui coopère avec le siège. 11. Vanne suivant la revendication 6, caracté- risée en ce qu'elle comporte un joint monté dans une gorge ménagée dans le papillon et un joint monté dans une gorge ménagée dans le siège de la vanne.