Brevet FR2686672A1 — publié le 19930730

VANNE A BOISSEAU La présente invention concerne une vanne à boisseau, notamment à boisseau cylindrique ou conique. Des vannes de ce type appelées aussi vannes "quart de tour" sont couramment utilisées, comme vannes d'arrêt, en particulier dans des réseaux de liquides chargés, par exemple, d'eau boueuse. Le principe du boisseau tournant est également couramment utilise dans des vannes à plusieurs voies. Dans le cas de vannes à une seule voie, ces vannes comportent un corps généralement metallique fore de part en part pour y ménager un passage pour le liquide, et comportant un alésage cylindrique ou conique d'axe perpendiculaire à celui dudit passage. Un boisseau, appelé aussi tournant, respectivement cylindrique ou conique est placé dans l'alésage sans jeu autre qu'un jeu fonctionnel minime nécessaire pour autoriser la rotation du boisseau dans l'alésage.Le boisseau est également traversé par un conduit généralement perpendiculaire à son axe, tel que, dans une position d'ouverture de la vanne, ce conduit debouche dans le passage du corps de vanne, autorisant alors le passage du liquide à travers celle-ci, et dans une position de fermeture, le boisseau, tourné d'un quart de tour, présente ses parois pleines face au passage du corps de vanne, obturant celui-ci.La manoeuvre du boisseau est assurée par tout moyen de commande adapté tel qu'un volant, un réducteur motorisé ou non, une poignée, etc..., relié au boisseau par un axe d'entraînement en rotation lié rigidement au boisseau ou formant avec celui-ci une pièce monobloc. L'étanchéité de la vanne est assuree par le contact de la surface du boisseau avec celle de l'alésage. I1 est donc necessaire que l'ajustement diamétral du boisseau dans l'alésage soit très précis, à la limite sans aucun jeu. On comprendra aisément que cette nécessité entraîne un frottement important du boisseau dans l'alésage. De plus, quand une telle vanne est utilisée dans un réseau de liquide chargé, les particules en suspension dans le liquide se déposent à la longue sur les surfaces de l'alésage ou du boisseau et, lors de la rotation de ce dernier, ces particules peuvent s'incruster entre boisseau et alésage. I1 s'ensuit d'un part une détérioration par abrasion des surfaces en contact du boisseau et de l'alésage, et donc une perte d'étanchéité, et d'autre part une augmentation du frottement telle que la commande de la rotation du boisseau devient difficile, ou même impossible, avec le risque de provoquer la détérioration des organes de commandes par le couple trop important auquel on les soumet lorsqu'on essaie de les actionner. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus, en particulier d'assurer une rotation aisée du boisseau, pour réduire le couple de manoeuvre nécessaire, d'éviter le grippage et la détérioration de la vanne et de ses moyens de commande, et d'assurer sa fiabilité et la sécurité de l'installation dans laquelle elle est utilisée, en améliorant l'étanchéité. Avec ces objectifs en vue, la présente invention a pour objet une vanne à boisseau cylindrique ou conique, du type decrit ci-dessus, caractérisée en ce que le boisseau a un diamètre inférieur à celui de l'alésage, et comporte à sa périphérie des segments rapportés en matériau polymère, s'étendant longitudinalement selon des génératrices de la surface du boisseau, de part et d'autre des orifices dudit boisseau et d'épaisseur telle qu'il n'y ait aucun jeu radial entre les segments et l'alésage de la vanne. Grâce au jeu relativement important entre le boisseau et l'alésage, il n'y a plus de frottement entre boisseau et corps de vanne, et les risques de grippage sont donc considérablement réduits sinon supprimés. Les segments en matériau polymère, par exemple du polyéthylène, garantissent l'étanchéité par leur relative souplesse et une compressibilité assurant leur parfait contact avec la surface de l'alésage, encore accru du fait que la surface de contact segments-alésage est réduite. Le frottement des segments sur l'alésage est aussi considérablement réduit, même en l'absence de lubrification, par rapport au frottement existant entre boisseau et corps de vanne, en matériau métallique, des vannes selon l'art antérieur. Le couple nécessaire pour la manoeuvre est reduit ce qui évite de détériorer les organes de commande. Enfin, les segments sont des pièces d'usure, rapportées sur le boisseau et aisément remplaçables, et constituent des racleurs qui, lors de la rotation du boisseau, nettoient la surface de l'alésage des particules ou dépôts qui peuvent s'y déposer, alors que dans les vannes de l'art antérieur ces particules ou dépôts se trouvent coincés entre boisseau et corps de vanne, au risque de nuire à l'étanchéité et de détériorer les surfaces en contact, ainsi que cela a été indiqué précédemment. Selon des caractéristiques particulières de l'invention - les segments sont maintenus dans des rainures longitudinales realisées à la surface du boisseau - les segments sont fixes au boisseau par des moyens de fixation démontables, tels que des vis - deux rondelles en matériau polymère sont interposées, de part et d'autre du boisseau, entre celui-ci et des épaulements du corps de vanne constituant des butees axiales pour le boisseau - les segments s'étendent continûment d'une rondelle à l'autre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple de vanne conforme à l'invention, destinée à être utilisée dans un réseau d'eau de lavage de gaz de hauts fourneaux. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la Figure 1 est une vue en coupe de la vanne, représentée en position fermée - la Figure 2 est une vue du boisseau seul, en section axiale selon la ligne II-II de la Figure 3 - la Figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la Figure 1 du boisseau et de la partie avoisinante du corps de vanne. La vanne représentée à la Figure 1 comporte un corps de vanne 1 metallique pourvu de part et d'autre de brides 2, 3 de liaison au réseau d'eau. Un passage pour l'eau traverse la vanne d'une bride à l'autre. Un alésage 4 est réalisé dans la zone centrale du corps de vanne, l'axe de l'alésage étant sensiblement perpendiculaire à la direction générale du passage. Les conduits 5, 6 constituant ledit passage débouchent dans l'alésage 4 par des orifices dont la largeur Q est inférieure au diamètre dudit alésage (Figure 3). La vanne comporte par ailleurs un boisseau 7 métallique situé dans l'alésage 4, coaxial à celui-ci et de diamètre inférieur à celui dudit alésage, le jeu entre boisseau et alésage est de l'ordre du millimètre, par exemple 2 mm pour un diamètre de boisseau de 100 mm. Le boisseau est percé perpendiculairement à son axe, d'un conduit 8, débouchant en face des conduits 5 et 6 du corps de vanne lorsque la vanne est en position ouverte. Le boisseau 7 est lié à une tige de manoeuvre 9 tourillonnant dans un palier 10 du corps de vanne, coaxial à l'alésage 4 et de diamètre inférieure à celui de l'alésage de manière à former dans le corps de vanne un épaulement 11 contre lequel vient buter le boisseau. Comme représenté à la Figure 2, le boisseau 7 et la tige de manoeuvre 9 sont préférentiellement constitués d'une seule pièce. La tige de manoeuvre 9 est liée à des moyens de commande 13 classiques, par exemple un volant et un reducteur tels que représentes Figure 1. Du côté oppose au palier 10, un chapeau 12 obture l'alésage. Ce chapeau est fixé sur le corps de vanne, par exemple par des vis non représentées, et constitue une butee axiale pour le boisseau. Des rainures 14 sont usinées dans le boisseau, parallèlement à son axe, adjacentes de part et d'autre aux orifices du conduit 8. Dans ces rainures qui s'étendent sur toute la hauteur du boisseau, sont placés des segments 15 en matériau polymère, par exemple en polyéthylène, maintenus par des vis 16, dont les têtes sont noyées dans lesdits segments. La profondeur des rainures et l'épaisseur des segments sont telles qu'il n'y a aucun jeu entre lesdits segments et l'alésage 4. Par ailleurs, des rondelles 17, également en matériau polymère, sont interposées entre le boisseau 7 et d'une part l'épaulement 11, d'autre part le chapeau 12, le diamètre extérieur de ces rondelles étant égal au diamètre de l'alésage. Les rondelles 17 participent à l'étanchéité de la vanne au niveau du palier 10, et surtout réduisent le frottement entre le boisseau et l'épaulement 11 et le chapeau 12, ce qui facilite la manoeuvre de la vanne. Les segments 15 s'étendent dans les rainures 14 d'une rondelle à l'autre. La répartition angulaire des segments sur le boisseau est telle que dans la position fermée de la vanne, ils soient en contact sur toute leur longueur avec la surface de l'alésage. Ainsi, par la combinaison des segments 15 et des rondelles 17, l'étanchéité de la vanne est assurée. Par ailleurs lors des manoeuvres de rotation du boisseau, les segments 15 jouent le rôle de racleur et, en éliminant à chaque manoeuvre les éventuels dépôts formés sur la surface de l'alésage, évitent une accumulation de ces dépôts préjudiciables au bon fonctionnement et à l'étanchéité de la vanne. L'invention n'est pas limitée à la vanne décrite cidessus uniquement à titre d'exemple. En particulier le système d'étanchéité constitué par la combinaison des segments et des rondelles en materiau polymère peut s'appliquer à des vannes à boisseau conique ou sphérique, ainsi qu'à des vannes à boisseau tournant à plusieurs voies, classiquement connues, auquel cas au moins un segment est placé sur le boisseau entre deux orifices adjacents. REVENDICATIONS 1) Vanne à boisseau tournant comportant un corps (1) dans lequel est réalisé un alésage (4), et un boisseau (7) situé dans l'alésage, coaxial à celui-ci et mobile en rotation dans ledit alésage, le boisseau comportant un conduit (8) débouchant à sa surface par deux orifices, caractérisée en ce que le boisseau a un diamètre inférieur à celui de l'alésage, et comporte à sa périphérie des segments (15) rapportés en materiau polymère, s'étendant longitudinalement selon des génératrices de la surface du boisseau, de part et d'autre de chaque orifice, et d'épaisseur telle qu'il n'y a aucun jeu radial entre les segments et l'alésage du corps de vanne. 2) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les segments (15) sont en polyéthylène. 3) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les segments (15) sont maintenus dans des rainures (14) longitudinales réalises à la surface du boisseau. 4) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les segments sont fixés au boisseau par des moyens de fixation démontables (16). 5) Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que des rondelles (17) sont interposées de part et d'autre du boisseau, entre celui-ci et des epaulements (11) du corps de vanne constituant des butées axiales pour le boisseau. 6) Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que les segments s'étendent continûment d'une rondelle à l'autre.