Brevet FR2721369A1 — publié le 19951222

"Vanne à obturateur tronconique" L'invention concerne une vanne à haute étanchéité notamment pour l'industrie alimentaire ou encore pour l'industrie chimique des liquides corrosifs, du type constitué d'un corps comprenant des conduits débouchant dans un siège, d'un obturateur, et d'un couvercle muni d'organes de manoeuvre dont l'actionnement provoque un mouvement de l'obturateur en direction ou en provenance du siège pour fermer ou ouvrir la vanne. De telles vannes sont actuellement utilisées par exemple au fond des cuves de mélange ou de fabrication dans les industries agro-alimentaires, et les industries utilisant des techniques voisines (pharmaceutiques, cosmétiques, etc.), avec une structure part culière destinée à contenir une bonne étanchéïté, à evlter toute accumulation d'un produit suscepX e de nuire à l'homogénéïte du mélange, et à permettre un nettoyage aise, rapide, et absolu (stérilité) A cette fin, cn connaît déjà des vannes de ce type comportant un obturateur "en cloche", c'est-à-dire présentant une surface tronconique dont le petit diamètre du tronc de côe se prolonge par une surface sphérique, plus précisément en calotte sphérique ; la forme tronconique-sphérique de ces obturateurs épousant une forme correspondante du siège donne dans l'ensemble satisfaction, mais il est de plus nécessaire que la matière qui constitue l'obturateur soit aussi inerte chimiquement que possible, ait une excellente adhérence contre le siège sans risque de coincement en position de fermeture, et que la vanne présente de bonnes caractéristiques de prédictibilité et de répétabilité lors de ses actionnements successifs. De plus, il est nécessaire que la vanne permette la prise d'échantillon, et puisse être démontée et en particulier que l'obturateur puisse être séparé du corps de vanne, et remontée, sans outil, très rapidement. L'invention a pour but d'obéir à ces impératifs, et de créer une vanne du type précité qui également soit de structure simple, aisée à fabriquer, économique à la fabrication et à l'emploi, et facilement motorisable, plus précisément facilement actionnable au moyen d'un vérin. A cet effet, l'invention concerne une vanne à obturateur présentant une surface tronconique, à haute étanchéïté, notamment pour l'industrie alimentaire, du type constitué d'un corps comprenant au moIns deux conduits débouchant dans une cavité dont la paroi définit un siège au mois cartiellement tronconique du corps, de l'obturateur, et d'un couvercle muni d'organes de manoeuvre dont l'actionnement provoque un mouvement de l'obturateur n direction ou en provenance de son siege, caracterisee en ce que - l'obturateur est constitue coaxialement, d'une part, d'une enveotte extérieure d'êtancheite en polytétrafluoroéthylène ccmportant, du côté du grand diamètre du tronc de cône, n un évasement en couronne circulaire dont la périphérie est pcurvue d'une lèvre d'étanchéïté en saillie au moins sous la face inférieure dudit évasement, du côté du petit diamètre du tronc de cône, et d'autre part d'une garniture en élastomère dans laquelle est noyé un insert métallique taraudé dans lequel se visse un organe de liaison avec l'un desdits organes de manoeuvre lequel est porté par le couvercle, - le corps comporte un siège au moins partiellement tronconique ayant un profil complémentaire de celui de la surface correspondante de l'obturateur, qui est pourvu d'une gorge annulaire pour la réception de la lèvre d'étanchéïté de ladite enveloppe, et - le couvercle de la vanne est accouplé au corps par un collier articulé comportant deux branches dans lesquelles s'étend un logement de maintien de brides d'accouplement mutuel dont sont pourvus le corps et le couvercle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront de la description qui va suivre d'une forme de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif et représentée sur les dessins ci-joints dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe constituée de deux demi-vues d'une vanne selon l'invention, correspondant à deux positions respectivement de fermeture et d'ouverture ne te - la figure 2 est une perspec. ve de l'obturateur de la vanne de la f gure 1, et - a figure 3 est une perspective du corps ne la vanne de la figure La vampe représentée sur les taures comporte un corps 1 en acier noxydabte forgé puis entièrement usiné, présentant une cavité centrale 11 dont la paroi définit un siège pour un obturateur 2 et dans laquelle débouchent deux conduits 12 ici à section droite circulaire et dispcsés alignés ; un couvercle 3 est accouplé au corps 2 par un dispositif de bridage 4 permettant de fixer de manière amovible le couvercle 3 au corps 2 ; le couvercle 3 est équipé d'un dispositif de manoeuvre 5 relié à l'obturateur 2 par un organe de liaison 6, dont l'actionnement provoque un mouvement de l'obturateur en direction ou en provenance de son siège, entre une position de fermeture et une position d'ouverture maximale de la vanne. Afin de conférer une bonne étanchéité en ligne à la vanne en position de fermeture, l'obturateur 2 présente extérieurement une surface tronconique 21 destinée à venir en contact, dans cette position, avec une surface tronconique 13 correspondante de même conicité et présentant une zone de diamètres identiques, de la cavité 11 ; afin d'éviter l'accumulation et la rétention de produit(s) et de faciliter les opérations de nettoyage, le fond de la cavité 11 du corps 1 présente une surface sphérique 14 se raccordant tangentiellement au tronc de cône au niveau du petit diamètre de celui-ci ; en revanche, les conduits 12 ne se raccordent pas à la surface sphérique 14 tangentiellement mais coupent celle-ci en en laissant subsister une partie au tond de la cavité l'obturateur 2 présente extérieurement également une surface terminale sphérique 22 en forme de calotte, de même raycn tue celle de a cavote, et se raccordant tangentiellement au tro .e de cône cetpar le petit diamètre de celui-ci, egal à celui tronc de cône de la cavité.La cavité 11 et l'obturateur 2 présentent, à l'opposé de leur surface sphérique 14, 22, un évasement 15, 23 s'étendant sous la fore d'une couronne circulaire à profil incurve raccordée tangentiellement à leur surface tronconiaw e 13, 21 respective au niveau du grand diamètre du tronc de cône ; la périphérie de l'évasement 23 en couronne de l'obturateur est pourvue d'une lèvre d'étanchéité 24 en saillie sous la face inférieure de l'évasement (5U côté du petit diamètre du tronc de cône et également sur la face supérieure de celui-ci, dont la section droite a ici la forme d'un secteur circulaire raccordé à la couronne et en une seule pièce avec elle, jouant le rôle de joint torique d'étanchéité entre le corps 1 et le couvercle 3. Préférentiellement, l'obturateur 2 est constitué coaxialement par une enveloppe 25 en polytétraflucrcéthylène rendue parfaitement lisse par usinage après moulage et auto-nettoyante, entourant partiellement une garniture souple 26 en élastomère, par exemple en néoprène ou en élastomère silicone, qui confère à l'obturateur une souplesse superficielle qui serait absente avec une masse en polytétrafluoroéthylène et dans laquelle est noyé un insert 27 de rigidification en acier inoxydable muni d'un trou central borgne 271 taraudé débouchant du côté de l'évasement de l'obturateur. Grâce à cette structure, la seule pièce de l'obturateur qui est en contact avec le produit alimentaire ou autre, est l'enveloppe 25. Cette enveloppe 25 en polytétrafluoroéthylène a une épaisseur de l'ordre du millimètre à l'exception de sa lèvre d'étanchéité 24 quasi-torique, la section transversale du tore ayant un rayon de l'ordre de deux millimètres, et de la ration ae transition entre 13 tronc de cône et l'évase e-t, cul est munie d'un retll 251 annulaire vers l'interieur.La garniture 26 en élastomère épouse e profil interieur de l'enveloppe 25 depuis son fond présentant une surface sphérique 22 jusqu'au repli aXnl'aire ZD cont elle affleure la -ace supérieure et qui ernoecne son retrait, avec une épaisseur de quelques millimètres ; le contour extérieur de l'insert 27 épouse lui-même la forme intérieure de la garniture qui présente également un repli 261 annulaire vers l'intérieur empêchant le retrait de l'insert 27 ; l'insert 27 présente donc luimême une forme tronconique-sphérique percée axialement du trou central borgne 271 taraudé.L'évasement de l'enveloppe 25 n'étant pas renforcé par la garniture 26 et l'insert 27 et étant d'épaisseur relativement faible, est déformable et constitue une membrane à déroulement, et ce sont les variations de la courbure du profil de la couronne évasée 23 lorqu'est actionné le dispositif de manoeuvre 5, qui permettent le mouvement de l'obturateur 2 en direction et en provenance du siège.Afin de permettre ces déformations de l'enveloppe, l'évasement 15 du corps 1 n'épouse pas exactement la forme de celui de l'obturateur, mais laisse un espace libre entre les deux pièces, et cela même lorsque l'obturateur est dans sa position de fermeture de telle sorte qu'un contact étroit entre les parties tronconiques-sphériques de l'obturateur et du siège respectivement puisse être obtenu ; ainsi, au repos, l'obturateur 2 est suspendu par son pourtour quasi-torique, au débouché de la cavité 11 du corps 1. Comme on l'a vu, le corps 1 et le couvercle 3 sont fixés l'un à l'autre au moyen d'un dispositif de bridage 4, cette fixation devant permettre non seulement un isolement hermétique de l'espace interne de la vanne (étanchéité vis-à-vis de l'extérieur) mais également un bon centrace de l'ensemble des pièces aussi les parties proches de la periphérie, du corps et du couvercle, pressentent t correstondance, des formes complémentaires, à savoir un amage circulaire 16 creusé dans le corps 1, t une moulure 31 s'étendant circonférentiellement e proéminence par ractort à la face du couvercle en repart de la cavité du corps, venant se loger dans ce image ; l'étanchéité est assurée par la lèvre 24 quasi-torique de l'enveloppe, et le centrage initial correct lors de l'assemblage de toutes les pièces est assure par le fait que le corps et le couvercle comportent en regard, concentriquement à leur lamage et à leur moulure respective, une gorge annulaire 17, 32 destinée à loger une partie de la lèvre 24 ; la gorge 17 du corps s'étend donc circonférentiellement dans le siège de celui-ci, dans la région de son évasement reliant la partie trorconique-sphérique au lamage ; les deux gorges 17, 32 présentent une section droite en segment circulaire dont le rayon est sensiblement égal à celui de la section droite du tore. -our permettre le bridage du corps 1 et du couvercle 3, les régions de ces deux pièces qui comportent pour l'une le lamage 16 et la gorge 17, et pour l'autre la moulure 31 et la gorge 32, sont réalisées sous la forme de brides de quelques millimètres d'épaisseur dont les faces respectives opposées ne sont pas parallèles mais légèrement inclinées (de l'ordre d'une vingtaine de degrés). Le dispositif de bridage 4 est un collier en acier inoxydable comportant deux branches 41 incurvées liées l'une à l'autre par deux pièces d'articulation 42 portant deux axes 43 autour desquels les deux branches respectivement sont montées libres en rotation, munies chacune, à l'opposé des pièces d'articulation 42, d'une chape 44 de fermeture ; la chape de fermeture de l'une des branches est traversée par un axe d'articulation 45 autour duquel tourillonne une extrémité d'une tige filetée 46 de fermetur d^..~ a rée on de l'extrémité opposée est adaptée à venir s-nsérer dans la chape de l'autre branche, cette extrrité opposée tant munie d'un écrou te serrage verant en pression contre cette chape de ladite autre oranone pour la rapprooner de la première lorsqu'on le visse autour de la tige de fermeture 46 ; pour facilIter l'actionnement manuel de l'écrou, celui-ci est ou type écrou-papillon ou présente à tout le moins une tête aplatie. Le long des faces en regard des deux branches incurvées 41 du collier, s'étend intérieurement une rainure respective 47 servant de logement aux brides accolées du corps et du couvercle ; les parois latérales de ces rainures 47 ne sont pas parallèles mais inclinées avec sensiblement la même inclinaison que celle des brides, de telle sorte que le rapprochement des branches du collier transversalement à l'axe central de la vanne, par un effet de coin, provoque le rapprochement des brides en direction axiale, et ainsi crée un contact étanche entre le corps 1, la lèvre d'étanchéïté 24, et le couvercle 3, maintenus lors de l'immobilisation des brides en position rapprochée. Le dispositif de manoeuvre 5 comporte une tige filetée 51 en acier inoxydable vissée dans un trou taraudé traversant axialement le couvercle 3, et une poignée de manoeuvre 52 en matériau synthétique fixée à l'extrémité de cette tige filetée qui est à l'opposé de l'obturateur 2 ; ainsi son vissage dans le couvercle provoque sa descente vers l'obturateur et son dévissage provoque son éloignement de celui-ci ; le mouvement de la tige filetée 51 imprime par l'actionnement par l'utilisateur, de la poignée de manoeuvre 52, est transmis à ltobturateur 2 par l'organe de liaison 6. Cet organe de liaison 5 est ici un ernout réalisé sous la forme d'une vis en acier inoxydable dont la tige est adaptée à se visser et à se bloquer dans le trou taraudé 271 de l'insert 27 de l'obturateur, et dont la tête comporte une rainure 6 s'e-tendant diamétralement et présentant ici une sec t ion transversale en T dont la branche horizontale est disposée du cote te la tige et dont la branche vertu ale débouche l'extrémité libre de la tête ; pour coopérer avec cette tête, la tige de manoeuvre 51 présente une région d'extrémité, côté obturateur, de forme complémentaure c'est-à-dire ici conformée en T, plus precisement ici une zone terminale 511 présentant un diamètre légèrement inférieur au diamètre à fond de filet de la partie filetée et à la largeur de la branche horizontale du T de la rainure de l'organe de liaison, mais supérieur à la largeur de la branche verticale de ce T, reliée à la partie filetée par une zone présentant une gorge 512 de diamètre inférieur à cette dernière largeur ; de la sorte, cette région d'extrémité de la tige filetée 51 peut être logée dans la rainure 51 de l'embout 6 et lui transmettre ses mouvements en direction axiale.A son extrémité côté poignée ce manoeuvre 52, la tige de manoeuvre 51 comporte un o deux méplats, de même qu'un logement prévu pour cette tige dans cette poignée comporte un ou deux méplats, de telle sorte que les deux pièces soient liées an rotation ; les deux pièces peuvent par ailleurs être liées axialement par tout moyen, par exemple une vis axiale. La poignée de manoeuvre 52 peut être guidée par une douille 7 portée par le couvercle 3. L'assemblage des éléments de cette vanne, et leur démontage, est simple, et la structure coaxiale permet un auto-centrage lors de cet assemblage, qui consiste à introduire l'obturateur 2 (pré-monté en usine) dans le corps 1, à y visser et y bloquer l'organe de liaison 6, à fixer la poignée de manoeuvre 52 à la tige de manoeuvre 51, à visser partiellement la tige de manoeuvre sans Le couvert le 3 muni te sa douille 7, suffisamment - fondement pour que son extrémité en T puisse ê~e n 'ntrttuite transversalement à l'axe de la vanne, tans La rainure 51 en T de l'organe de liaison 6, à disposer le couvercle 3 et le corps 1 de telle sorte que leurs axes centraux respectifs soient alignes, à revisser la tice de manoeuvre 51 du couvercle 3 Jusqu'à ce que celui-ci, par son propre poids, vienne à proximité immédiate de la lèvre d'étanche 24, à disposer le collier articulé 4 autour des brutes et à loger celles-ci dans les rainures 47 des branches 41 du collier, et à rapprocher les branches du collier en serrant l'écrou de celui-ci de manière à assembler la vanne de manière étanche. Dans ces conditions, le vissage de la tige de manoeuvre 51 au moyen de la poignée 52 entraîne l'obturateur 2 vers sa position de fermeture de la vanne, et son dévissage vers sa position d'ouverture dans une très large gamme de "degrés" d'ouverture ; le démontage de la vanne d'effectue naturellement en inversant les opérations or-dentes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation ci-dessus décrite et représentée, et on pourra en prévoir d'autres formes sans sortir de son cadre, notamment, des modifications pourront être apportées à quelques unes des pièces pour permettre l'actionnement de l'obturateur au moyen d'un vérin. REVENDICATIONS 1 - Vanne à obturateur présentant une surface tronconique, à haute étanchéïté, notamment pour l'industrie alimentaire, du type constitué d'un corps (1) comprenant au moins deux conduits (12) débouchant dans une cavité (11) dont la paroi définit un siège au moins partiellement tronconique du corps, de l'obturateur (2), et d'un couvercle (3) muni d'organes de manoeuvre (51, 52) dont l'actionnement provoque un mouvement de l'obturateur en direction ou en provenance de son siège, caractérisée en ce que - l'obturateur (2) est constitué coaxialement, d'une part, d'une enveloppe (25) extérieure d'étanchéité en polytétrafluoroéthylène comportant, du côté du crs diamètre du tronc de cône, un évasement (23) en couronne circulaire ton la périphérie est pourvue d'une lèvre (24) d'étanchéité en saillie au moins sous a tace infériere dudit évasement, ou coté du peut diamètre t tronc te cône, et d'autre part d'une garniture ;;25) en élastomère tans laquelle est ncyé un inoiro (27) métallique taraude dans lequel se visse un organe de liaison (5) avec l'un desdits organes de manoeuvre lequel est porté par le couvercle (3), - e corps (1) comporte un siège au moins partiellement tronconique ayant un profil complémentaire de celui de la surface correspondante de l'obturateur (2), qui est pourvu d'une gorge (17) annulaire pour la réception de la lèvre (24) d'étanchéïté de ladite enveloppe (25), et - le couvercle (3) de la vanne est accouplé au corps (1) par un collier (4) articulé comportant deux branches (41) dans lesquelles s'étend un logement (47) de maintien de brides d'accouplement mutuel dont sont pourvus le corps et le couvercle. 2 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de l'enveloppe (25) d'étanchéité entrant en contact avec le siège du corps (1) est rigoureusement lisse, cet état de surface étant obtenu par usinage du polytétrafluoroéthylène après moulage. 3 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'obturateur (2) comporte une surface tronconique (21) présentant un petit diamètre auquel est raccordée une surface sphérique (22). 4 - Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que le corps (1) comporte deux conduits (12) disposés alignés et se raccordant à la cavité (11) tronconique en laissant subsister dans le fond de celle-ci une port d'etancneité présentant une partie de surface sphériqe 214i de même rayon cue a surface sphérique (22) de l'obturateur (2). D - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit organe de liaison (6) est constitué d'un embout fileté sur une partie de sa longueur vissée dans l'insert 27) , ledit embout comportant une rainure dlamêtrale (51) présentant une section transversale en T azaptee à être accouplée à une extrémité de forme complémentaire dudit organe de manoeuvre (51) porté par le couvercle (3) 5 - Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une extrémité opposée dudit organe de manoeuvre (51) porté par le couvercle (3) comporte au moins un méplat d'assemblage avec une poignée de manoeuvre (52). 7 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le logement (47) des branches (41) du collier (4) et les brides d'accouplement mutuel du corps (1) et du couvercle (3) sont munis de parois inclinées sensiblement de même inclinaison. 8 - Vanne selon la revendicaton 1, caractérisée en ce que le corps (1) comporte un lamage s'étendant circonférentiellement autour de la gorge (17) , et le couvercle (3) comporte une moulure (16) s'étendant circonférentiellement autour d'une gorge (32). 9 - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les branches (41) du collier (4) sont reliées à l'une de leurs extrémités par des pièces d'articulation (42) et comportent à l'extrémité opposée, des chapes (44) adaptées à recevoir un dispositif de fermeture (45, 46)