Brevet FR2686136A1 — publié le 19930716

-1- Vanne à joint métallique notamment vanne papillon La présente invention concerne une vanne à joint métallique, notamment une vanne papillon munie d'un tel joint. On sait que de telles vannes, et plus particulièrement celles destinées à être soumises à des conditions de service difficiles, par exemple les vannes pour fluides cryogéniques, doivent présenter, à c 8 té d'une étanchéité statique par rapport au pourtour de leur corps, une étanchéité dynamique entre l'obturateur et une bague d'appui périphérique Or, si l'on assure bien une étanchéité statique satisfaisante par écrasement d'un joint torique entre la bague d'appui et une partie du corps de vannes avec rebord formant limiteur d'écrasement, on n'obtient pas une étanchéité dynamique tout à fait satisfaisante, car le joint torique dynamique, destiné à subir la pression de l'obturateur, ne reste pas centré sur l'obturateur lors de la fermeture de celui-ci, ce qui entraîne des variations de la pression spécifique de contact entre l'obturateur et le joint dynamique, et par suite la possibilité de fuites en certains points du pourtour de celui- ci Par ailleurs, il est difficile de se procurer des joints toriques présentant une résistance élastique suffisante (qui sera appelée ci- après "restitution") à l'écrasement par l'obturateur. La présente invention a pour but de procurer une vanne à joint métallique dont la pression spécifique de contact entre la bague d'appui et l'obturateur reste bien constante sur tout son pourtour, et dont le joint d'étanchéité dynamique présente une restitution élastique plus importante. La vanne selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte un sommier à flexion élastique s'appuyant par ses deux bords sur une bague d'appui pour supporter élastiquement un joint d'étanchéité dynamique métallique. Une vanne conforme à l'invention comporte de façon connue en soi un corps de vanne percé d'un orifice présentant un axe, ce corps incluant une bague d'appui entourant cet orifice, un joint d'étanchéité dit joint dynamique et s'appuyant sur cette bague d'appui, une paroi externe de ce joint étant constituée -2- d'un métal de contact, un opercule pour obturer cet orifice, un mécanisme pour déplacer cet opercule entre une position dé passage permettant le passage d'un fluide à travers cet orifice et une position d'obturation dans laquelle une portée de cet opercule vient s'appuyer contre une zone de contact dudit joint dynamique en imposant à cette zone de contact un déplacement, ce déplacement s'accompagnant d'une déformation de ce joint et étant choisi pour engendrer des forces d'appui suffisantes pour permettre de réaliser une étanchéité entre cette portée et cette zone de contact, une amplitude de déplacement réversible de cette zone de contact étant liée aux possibilités de déformation élastique dudit métal de contact et étant limitée par le fait que ce métal doit être choisi pour que son contact avec cette portée réalise effectivement ladite étanchéité.15 Afin d'obtenir l'étanchéité améliorée désirée, le joint dynamique de la vanne porte ladite bague d'appui par l'intermédiaire d'un sommier à flexion élastique présentant la forme d'une couronne entourant ledit orifice et ayant deux bords en appui contre cette bague d'appui, ce joint dynamique s'appuyant sur ce sommier selon une ligne intermédiaire entre ces deux bords de manière que la flexion d'une ligne de section plane axiale de ce sommier augmente ladite amplitude de déplacement réversible de la zone de contact du joint dynamique. Outre ces caractéristiques essentielles, d'autres perfectionnements selon l'invention permettant d'en améliorer l'efficacité sont définis ci-après: la paroi externe du joint dynamique est formée par incurvation d'un bord dit "dynamique" d'une membrane d'étanchéité annulaire dont l'autre bord dit "statique" se raccorde de manière étanche audit corps de vanne.30 la membrane d'étanchéité comporte une bande annulaire dite "dynamique" dont la section plane axiale s'étend obliquement d'une ligne d'incurvation jusqu'au dit joint dynamique en restant à distance dudit corps de vanne, cette ligne d'incurvation étant intermédiaire entre les deux dits bords dynamique et statique, cette membrane comportant en outre une bande annulaire dite "statique" dont la -3- section plane axiale s'étend radialement de cette ligne d'incurvation jusqu'au dit bord statique de cette membrane, cette bande statique étant maintenue en appui contre des surfaces dudit corps de vanne. le bord statique de la membrane d'étanchéité est incurvé pour former la paroi externe d'un joint d'étanchéité dit joint statique, ladite bande statique et ce joint étant interposés entre ladite bague d'appui et un épaulement interne dudit corps de vanne, des moyens de serrage appuyant cette bague contre cet épaulement en déformant ce joint et en enserrant cette bande. la section plane axiale dudit sommier présente une convexité vers ledit joint dynamique de manière à éviter un contact de ce sommier avec ladite membrane d'étanchéité. le joint dynamique comporte des éléments de soutien interne-de joint qui sont élastiquement déformables et qui s'appuient contre la surface intérieure de sa paroi externe pour que ledit déplacement de la zone de contact de ce joint s'accompagne d'une déformation limitée de ce joint tout en engendrant lesdites forces d'appui suffisantes même après de nombreuses ouvertures et fermetures de cette vanne. la portée de l'opercule est métallique et vient s'appuyer avec frottement contre ladite zone de contact du joint d'étanchéité, ledit métal de contact étant choisi en outre pour éviter un risque de grippage de cette paroi contre cette portée. le sommier élastiquement flexible est constitué d'un métal plus dur que le métal de la zone de contact du joint dynamique d'étanchéité. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, une vanne papillon à joint métallique selon l'invention. La figure 1 représente l'ensemble de la vanne en coupe par un plan diamétral, en position de fermeture. La figure 2 représente à échelle agrandie le détail II de la figure 1. Dans les figures, le corps de vanne 1 est compris entre les brides de fixation 2 et 3 Le sens de déplacement du fluide peut être bidirectionnel La vanne comporte dans sa partie aval une bague de -4- serrage 4 et une bague de transfert 5 La bague d'appui 6 vient serrer le joint torique d'étanchéité statique 7, l'écrasement de ce dernier étant limité par un épaulement 8 du corps de vanne. L'opercule 9 de la vanne a son déplacement commandé par la tige de commande 10, qui tourne dans le palier 12, sa rotation étant guidée par les bagues 12, 13 et limitée par la butée d'opercule 14. Le joint torique d'étanchéité dynamique 16 fait partie d'une lame formée métallique 17 dont l'autre extrémité est formée par le joint torique d'étanchéité statique 7 Il est serré par le bord de l'opercule sur une zone de contact variable en fonction du degré de fermeture de la vanne, et vient en appui du côté opposé à cette zone de contact sur la coupelle formant sommier 18, de convexité tournée vers ce joint, et dont les bords 19 et 20 sont eux-mêmes en appui sur des faces planes respectivement perpendiculaire et parallèle à l'axe de la vanne d'une rainure circonférentielle 21 de la bague d'appui 6. Cette coupelle est de préférence en un métal plus dur que celui de la lame métallique 17. Le joint d'étanchéité dynamique 16 comporte de préférence un élément torique de soutien interne 16 A élastiquement déformable, permettant que le déplacement de la zone de contact du joint contre l'opercule ne s'accompagne que d'une déformation limitée de ce joint, tout en engendrant une force d'appui suffisante. Le joint dynamique 16 est en contact dans la position de fermeture avec la partie oblique 23 de la bague d'appui 6, qui assure son maintien lorsqu'il est soumis à des pressions importantes. L'effort de serrage du joint dynamique 16 est obtenu par sa déformation lors de sa mise en contact avec l'obturateur en position de fermeture La restitution élastique de la fonction d'étanchéité est assurée d'une part par la restitution propre de ce joint, d'autre part par la coupelle 18 sur laquelle il prend appui Cette dernière assure en outre l'autocentrage du joint torique dynamique sur l'obturateur, et par là l'uniformisation des pressions spécifiques de contact entre le joint et l'obturateur. Par ailleurs, l'axe de rotation de la tige de commande 10 est décalé de quelques millimètres par rapport à l'axe de symétrie du -5- logement dans le corps de vanne, de façon à limiter le frottement entre le joint dynamique et l'obturateur lors de la fin de la phase de fermeture ou du début de la phase d'ouverture de la vanne. B -6- REVENDICATIONS 1) Vanne à joint métallique, caractérisée par le fait qu'elle comporte un sommier ( 18) à flexion élastique s'appuyant par ses deux bords sur une bague d'appui ( 6) pour supporter élastiquement un joint d'étanchéité dynamique métallique ( 16). 2) Vanne selon la revendication 1, cette vanne comportant un corps de vanne ( 1) percé d'un orifice présentant un axe, ce corps incluant une bague d'appui ( 6) entourant cet orifice, un joint d'étanchéité dit joint dynamique ( 16) et s'appuyant sur cette bague d'appui, une paroi externe de ce joint étant constituée d'un métal de contact, un opercule ( 9) pour obturer cet orifice, un mécanisme pour déplacer cet opercule entre une position de passage permettant le passage d'un fluide à travers cet orifice et une position d'obturation dans laquelle une portée ( 22) de cet opercule vient s'appuyer contre une zone de contact dudit joint dynamique ( 16) en imposant à cette zone de contact un déplacement, ce déplacement s'accompagnant d'une déformation de ce joint et étant choisi pour engendrer des forces d'appui suffisantes pour permettre de réaliser une étanchéité entre cette portée et cette zone de contact, une amplitude de déplacement réversible de cette zone de contact étant liée aux possibilités de déformation élastique dudit métal de contact et étant limitée par le fait que ce métal doit être choisi pour que son contact avec cette portée réalise effectivement ladite étanchéité, cette vanne étant caractérisée par le fait que ledit joint dynamique ( 16) s'appuie sur ladite bague d'appui ( 6) par l'intermédiaire d'un sommier à flexion élastique ( 18) présentant la forme d'une couronne entourant ledit orifice et ayant deux bords ( 19, 20) en appui contre cette bague d'appui, ce joint dynamique s'appuyant sur ce sommier selon une ligne intermédiaire entre ces deux bords de manière que la flexion d'une ligne de section plane axiale de ce sommier augmente ladite amplitude de déplacement réversible de la zone de contact du joint dynamique. 3) Vanne selon la revendication 2, dans laquelle ladite paroi externe du joint dynamique est formée par incurvation d'un bord dit -7- "dynamique" ( 16) d'une membrane d'étanchéité annulaire ( 17) dont l'autre bord dit "statique" ( 7) se raccorde de manière étanche audit corps de vanne. 4) Vanne selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ladite membrane d'étanchéité comporte une bande annulaire dite "dynamique" dont la section plane axiale s'étend obliquement d'une ligne d'incurvation jusqu'au dit joint dynamique ( 16) en restant à distance dudit corps de vanne, cette ligne d'incurvation étant intermédiaire entre les deux dits bords dynamique et statique, cette membrane comportant en outre une bande annulaire dite "statique" ( 7) dont la section plane axiale s'étend radialement de cette ligne d'incurvation jusqu'au dit bord statique de cette membrane, cette bande statique étant maintenue en appui contre des surfaces dudit corps de vanne ( 1). ) Vanne selon la revendication 4, dans laquelle ledit bord statique de ladite membrane est incurvé pour former la paroi externe d'un joint d'étanchéité dit joint statique ( 7), ladite bande statique et ce joint étant interposés entre ladite bague d'appui et un épaulement interne ( 8) dudit corps de vanne, des moyens de serrage appuyant cette bague contre cet épaulement en déformant ce joint et en enserrant cette bande. 6) Vanne selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la section plane axiale dudit sommier ( 18) présente une convexité vers ledit joint dynamique de manière à éviter un contact de ce sommier avec ladite membrane d'étanchéité ( 17). 7) Vanne selon la revendication 2, dans laquelle ledit joint dynamique ( 16) comporte des éléments ( 16 A) de soutien interne de joint qui sont élastiquement déformables et qui s'appuient contre la surface intérieure de sa paroi externe pour que ledit déplacement de la zone de contact de ce joint s'accompagne d'une déformation limitée de ce joint tout en engendrant lesdites forces d'appui suffisantes même après de nombreuses ouvertures et fermetures de cette vanne. 8) Vanne selon la revendication 2, dans laquelle ladite portée de l'opercule ( 9) est métallique et vient s'appuyer avec frottement contre ladite zone de contact du joint d'étanchéité, ledit métal de contact étant choisi en outre pour éviter un risque de grippage de -8- cette paroi contre cette portée. 9) Vanne selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit sommier ( 18) est en un métal plus dur que ledit métal de contact. 4,