Brevet FR2691781A1 — publié le 19931203

VANNE PAPILLON A MANCHETTE PERFECTIONNEE La présente invention concerne les vannes à papillon que l'on utilise généralement pour la commande de passage de fluide liquide dans les canalisations industrielles ou de distribution d'eau. Les vannes à papillon connues comprennent un corps généralement annulaire avec un alésage principal de passage de fluide dans lequel pivote un papillon à bord généralement sphérique monté rotatif autour d'un axe transversal pour obturer sélectivement l'alésage principal de passage de fluide Le papillon est entraîné par un arbre d'entraînement traversant un alésage transversal du corps, et est tenu par un arbre arrière logé dans un alésage arrière coaxial à l'alésage transversal et diamétralement opposé dans le corps. Pour assurer l'étanchéité, une manchette en matière élastique- ment déformable est interposée dans l'alésage principal, entre le corps et le papillon, réalisant l'étanchéité d'obturation du passage de fluide lorsque le papillon est en position fermée La manchette comporte généralement une partie centrale tubulaire dont la face extérieure se plaque sur la paroi d'alésage du corps et est bordée de deux lèvres radiales annulaires se plaquant sur les flancs du corps La partie centrale tubulaire est percée de deux passages transversaux traversés par l'arbre d'entraînement et par l'arbre arrière La surface intérieure de partie centrale tubulaire de manchette est généralement cylindrique de révolution. On a constaté, depuis longtemps, que des défauts d'étanchéité à la fermeture se produisent sous pression, principalement dans les zones de passage de l'arbre d'entraînement et de l'arbre arrière Pour éviter ces défauts, les vannes à papillon connues sont pourvues d'une manchette dont la surface intérieure de partie centrale tubulaire de manchette comprend deux zones renforcées d'étanchéité au voisinage de l'un et l'autre des passages transversaux Les zones renforcées d'étanchéité sont des zones de plus grande épaisseur de manchette, formant une surface généralement plane d'appui pour recevoir la partie sphérique de bord de papillon proche de l'arbre d'entraînement et de l'arbre arrière. Cette zone plate se raccorde angulairement au reste de la surface intérieure de partie centrale tubulaire de manchette, généralement cylindrique de révolution. Les solutions connues conduisent à une augmentation sensible d'étanchéité, augmentation que l'on a jugé acceptable depuis de nombreuses années, d'autant qu'elle pouvait être obtenue par une association de formes cylindriques et de formes plates qui sont des formes réalisables par des outillages relativement simples et peu onéreux. Le problème proposé par la présente invention est d'augmenter très sensiblement les capacités d'obturation d'une telle vanne papillon, notamment afin d'obtenir une étanchéité encore nettement améliorée même dans le cas ou le corps de vanne est brut de fonderie, c'est-à-dire dans le cas o le corps de vanne présente des dimensions qui ne peuvent pas être connues et maîtrisées de manière très précise Par les procédés de fonderie, les dimensions d'alésage du corps présentent des tolérances relativement larges, et selon les cas l'étanchéité d'une telle vanne peut être plus ou moins bonne sans qu'il soit possible de la connaître de manière certaine avant réalisation complète de la vanne et essai. L'invention vise notamment à compenser de manière très large les tolérances dimensionnelles plus grandes. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l'invention propose une nouvelle structure de manchette pour vanne papillon, dans laquelle les zones renforcées d'étanchéité, distantes l'une de l'autre d'une distance inférieure au diamètre moyen de la surface intérieure de partie centrale tubulaire, se raccordent à la partie cylindrique de révolution par des surfaces de raccordement cylindriques à concavité régulière tournée vers l'intérieur de la vanne, chaque surface de raccordement étant elle-même raccordée tangentiellement d'une part à la zone renforcée d'étanchéité et d'autre part à la partie cylindrique de révolution. Les inventeurs ont en effet constaté que la présence de zones de raccordement à concavité régulière, remplaçant les raccordements angulaires entre les zones d'étanchéité renforcées planes et le reste de la surface cylindrique de manchette, permet d'obtenir de manière simple une augmentation très sensible des capacités d'étanchéité et de tenue en pression d'une vanne papillon Les essais ont montré une augmentation surprenante de plus de 30 % des capacités d'obturation, c'est-à-dire que la vanne peut rester étanche jusqu'à des pressions de fluide 30 7 O supérieures, par rapport aux structures connues. Selon l'invention, chaque surface de raccordement cylindrique occupe de préférence un angle A compris entre 10 et 90 degrés. Un autre objet de l'invention est de renforcer l'étanchéité de la vanne au niveau des passages d'arbre d'entraînement et d'arbre arrière Pour cela, les passages transversaux de la manchette, permet- tant le passage de l'arbre d'entraînement et de l'arbre arrière, ont une forme de manchon tubulaire dont la surface intérieure comprend des rainures annulaires de décompression. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisa- tion particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: la figure 1 est une vue de face d'une structure de vanne papillon selon l'invention; la figure 2 est une vue de côté en coupe longitudinale selon le plan I-I de la figure 1, papillon fermé; la figure 3 est une vue de face d'une manchette de structure connue la figure 4 est une vue de côté en coupe selon le plan II-II de la figure 3; la figure 5 est une vue de dessus en coupe transversale selon le plan III-III de la figure 3; la figure 6 est une vue de face d'une structure de manchette selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 7 est une vue de côté en coupe selon le plan IV-IV de la figure 6; la figure 8 est une vue de dessus en coupe selon le plan V-V de la figure 6; et les figures 9 à 11 illustrent en vue de face trois modes de réalisation de manchettes selon l'invention. Comme le représentent les figures 1 et 2, la structure générale de vanne papillon selon l'invention reprend les parties traditionnelles des vannes à papillon connues, avec un corps 1 généralement annulaire comportant un alésage principal de passage de fluide 2 Un papillon 3 est monté rotatif dans l'alésage principal 2 du corps 1 Le papillon 3 présente la forme générale d'un disque, avec un bord 4 généralement sphérique Le papillon 3 est entraîné en rotation par un arbre d'entraînement 5 traversant un alésage transversal 6 du corps 1, selon l'axe transversal I-I Le papillon 3 est tenu également par un arbre arrière 7 logé dans un alésage arrière 8 diamétralement opposé à l'alésage transversal 6, dans le corps 1. Une manchette 9 en matière élastiquement déformable, telle qu'un élastomère ou un plastomère, est interposée dans l'alésage principal 2 entre le corps 1 et le papillon 3, pour assurer l'étanchéité d'obturation du passage de fluide lorsque le papillon 3 est en position fermée, comme le représente la figure 2 La manchette 9 comprend une partie centrale 10 tubulaire dont la face extérieure 11 se plaque sur la paroi d'alésage 2 du corps 1 et est bordée de deux lèvres radiales 12 et 13 annulaires se plaquant sur les flancs 14 et 15 respectifs du corps 1. La partie centrale tubulaire 10 est percée de deux passages transversaux 16 et 17 traversés respectivement par l'arbre d'entraînement 5 et par l'arbre arrière 7. Comme le représentent les figures 3 à 5, dans une telle manchette connue, la surface intérieure 18 de partie centrale tubulaire de manchette est généralement cylindrique de révolution, et comprend deux zones 19 et 20 renforcées d'étanchéité au voisinage de l'un et l'autre des passages transversaux 16 et 17. Dans les vannes connues, les zones renforcées 20 sont planes, et se raccordent angulairement, par exemple comme le représente la référence 21, au reste de la surface intérieure 18 de partie centrale de manchette. Dans ces manchettes connues, les passages 16 et 17 sont de simples alésages transversaux à paroi lisse, dans lesquels passent en force l'arbre d'entraînement et l'arbre arrière. Les figures 6 à 8 représentent un mode de réalisation d'une manchette perfectionnée selon la présente invention, permettant d'obte- nir une étanchéité nettement améliorée. Dans ce mode de réalisation, les parties similaires de manchette sont repérées par les mêmes références numériques que dans les figures 1 et 2 On retrouve ainsi la partie centrale tubulaire 10, percée des deux passages transversaux 16 et 17, et se raccordant à deux lèvres radiales 12 et 13 On retrouve également deux zones renforcées 19 et 20, au voisinage des passages transversaux 16 et 17. Selon l'invention, les zones renforcées d'étanchéité 19 et 20, distantes l'une de l'autre d'une distance Dl inférieure au diamètre D moyen de la surface intérieure 18 de partie centrale tubulaire 10, se raccordent à la partie cylindrique de révolution 18 par des surfaces de raccordement cylindriques à concavité régulière tournée vers l'intérieur de la vanne On retrouve ainsi les surfaces de raccordement 21 et 22 pour la zone renforcée 19, et les surfaces de raccordement 23 et 24 pour la zone renforcée 20 Chaque surface de raccordement telle que la surface 21 se raccorde elle-même tangentiellement d'une part à la zone renforcée d'étanchéité correspondante telle que la zone 19, et d'autre part à la partie cylindrique de révolution de surface intérieure 18 de manchette. Les figures 9 à 11 illustrent trois modes de réalisation différents pour ces surfaces de raccordement. Sur la figure 9, la surface de raccordement 21 de la zone renforcée 19 est une surface cylindrique de révolution, de rayon RI sensiblement égale à la moitié du rayon moyen R de la surface intérieure 18 de partie centrale tubulaire de manchette, et cette surface de raccordement 21 occupe un angle A égal à 10 degrés environ de la circonférence de surface intérieure de partie centrale tubulaire de manchette Il s'agit de la surface de raccordement minimale, en dessous de laquelle l'efficacité d'obturation n'est pas sensiblement augmentée par rapport aux structures connues de manchette. Sur la figure 10, la surface de raccordement 21 occupe un angle A de 88 degrés environ, avec un rayon légèrement inférieur au rayon moyen R de la surface intérieure de partie centrale tubulaire de manchette. Sur la figure 11, la surface de raccordement occupe un angle A égal à 90 degrés, et elle est elliptique, centrée au centre C de l'alésage principal Dans ce cas, la surface intérieure de partie centrale tubulaire de manchette est entièrement elliptique. Une surface de raccordement 21 cylindrique de révolution peut ainsi occuper un angle A compris entre 10 et 90 degrés. Comme le représente la figure 7, les passages transversaux 16 et 17 ont une forme de manchon tubulaire, dont la surface intérieure comprend des rainures annulaires de décompression telles que la rainure La présence de ces rainures améliore sensiblement l'étanchéité entre les arbres d'entraînement avant 5 et arrière 7 et la manchette 9 On peut avantageusement prévoir trois rainures de décompression telles que la rainure 25, comme le représente la figure 7. La manchette 9 représentée sur les figures 6 à 11 peut avantageusement être réalisée en élastomère ou en plastomère Le corps 1 peut être brut de fonderie, car l'augmentation sensible d'efficacité obtenue par la manchette permet de compenser les variations dimension-5 nelles résultant des procédés de fabrication de corps par fonderie. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 Vanne papillon, comprenant un corps ( 1) généralement annulaire, avec un alésage principal ( 2) de passage de fluide, un papillon ( 3) à bord -( 4) généralement sphérique, monté rotatif autour d'un axe transversal (I-I) pour obturer sélectivement l'alésage principal ( 2) de passage de fluide, entraîné par un arbre d'entraîne- ment ( 5) traversant un alésage transversal ( 6) du corps ( 1), et tenu par un arbre arrière ( 7) logé dans un alésage arrière ( 8) coaxial à10 l'alésage transversal et diamétralement opposé, une manchette ( 9) en matière élastiquement déformable, interposée dans l'alésage principal ( 2) entre le corps ( 1) et le papillon ( 3) pour assurer l'étanchéité d'obturation du passage de fluide lorsque le papillon ( 3) est en position fermée, la manchette ( 9) comportant une partie centrale ( 10) tubulaire dont la face extérieure ( 11) se plaque sur la paroi d'alésage ( 2) du corps ( 1) et est bordée de deux lèvres radiales ( 12, 13) annulaires se plaquant sur les flancs ( 14, 15) du corps ( 1), la partie centrale tubulaire ( 10) étant percée de deux passages transversaux ( 16, 17) traversés respectivement par l'arbre d'entraînement ( 5) et par l'arbre arrière ( 7), la surface intérieure ( 18) de partie centrale tubulaire ( 10) de manchette étant généralement cylindrique de révolution, avec deux zones renforcées d'étanchéité ( 19, 20) au voisinage de l'un et l'autre des passages transversaux ( 16, 17), caractérisée en ce que les zones renforcées d'étanchéité ( 19, 20), distantes l'une de l'autre d'une distance (Dl) inférieure au diamètre moyen (D) de la surface intérieure ( 18) de la partie centrale tubulaire ( 10), se raccordent à la partie cylindrique de révolution ( 18) par des surfaces de raccordement ( 21-24) cylindriques à concavité régulière tournée vers l'intérieur de la vanne, chaque surface de raccordement ( 21-24) étant elle-meme raccordée tangentiellement d'une part à la surface renforcée d'étanchéité ( 19, 20) et d'autre part à la partie cylindrique de révolution ( 18). 2 Vanne papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de raccordement ( 21-24) cylindrique occupe un angle (A) compris entre 10 et 90 degrés. 3 Vanne papillon selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la surface de raccordement ( 21-24) est cylindri- que de révolution. 4 Vanne papillon selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la surface de raccordement ( 21-24) est ellipti- que. Vanne papillon selon la revendication 4, caractérisée en ce que la surface intérieure ( 18) de partie centrale tubulaire ( 10) de manchette est entièrement elliptique. 6 Vanne papillon selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface de raccordement ( 21-24) occupe un angle (A) égal à 10 degrés environ, et présente un rayon (Ri) sensiblement égal à la moitié du rayon moyen (R) de la surface intérieure ( 18) de partie centrale tubulaire ( 10). 7 Vanne papillon selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les passages transversaux ( 16, 17) ont une forme de manchon tubulaire, dont la surface intérieure comprend des rainures ( 25) annulaires de décompression, pour améliorer l'étanchéité entre les arbres ( 5, 7) et la manchette ( 9). 8 Vanne papillon selon la revendication 7, caractérisée en ce que chaque manchon tubulaire comprend trois rainures annulaires ( 25). 9 Vanne papillon selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la manchette ( 9) est réalisée en élastomère ou en plastomère. Vanne papillon selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le corps ( 1) est brut de fonderie.