Brevet FR2745057A1 — publié le 19970822

La presente invention concerne un dispositif permettant l'ajustement et le reglage de la position d'appui a la fermeture entre le clapet partie mobile) et le siège (partie fixe) d'une vanne ou robinet a arbre rotatif. La quasi totalité des vannes ou robinets a arbre rotatif simple. double ou a triple excentration ont leurs caractéristiques d'étanchéité et de réglage mécaniquement dépendantes de la position relative du clapet par rapport au siège sur lequel il s'appuie au moment de la fermeture. Les performances d'étanchéité et de réglage ne seront optimales que si la ligne de portée théorique du clapet qu'elle soit circulaire, élliptique ou autre de la vanne est strictement superposée et confondue avec la méme ligne de portée théorique du siège. pour ce faire ces deux lignes de portées doivent impérativement et simultanément étre géométriquement identiques et superposables dans l'espace, L'état de la technique antérieure traditionnelle des vannes et robinets rotatifs avec paliers à alésage concentrique est telle que la superposition de la ligne de portée du clapet avec la ligne de portée du siége est pratiquement impossible toute approche n'est réalisable en pratique que par un usinage extrémement précis des pièces constituantes conduisant à un cout de fabrication très élevé du produit fini : de plus, l'usure progressive de ces pièces constituantes modifie les dimensions originales des pièces et détruit donc la superposition originale de la ligne de portée du clapet sur son siège et participe ainsi a une dégradation progressive des caractéristiques d'étanchéité et ce sans aucune possibilité de rattrapage autre que par le remplacement des pièces usées par de nouvelles pièces. L'état de la technique antérieure traditionnelle des vannes et robinets ne permet pas de corriger l'inversion des jeux entre les pièces constituantes lorsque le sens du fluide dans la vanne est inverse. Le dispositif selon l'invention permet de remedier globalement à ces inconvenients. Il comporte en effet selon une première caracteristique deux paliers excentres Nous entendons par paliers excentrés des paliers dont l'alésage intérieur est excentre par rapport au diamètre extérieur. l'épaisseur portante ep (FIG.3.b) de ces paliers suivant le dispositif de cette invention devient réglable permettant ainsi par une simple rotation des paliers d'effectuer un réglage permettant de corriger sans aucun coût additionnel: - les variations dimensionnelles dues aux tolérances de fabrication des pièces constituantes (en plus ou en moins par rapport à la dimension nominale), - l'usure des pièces. - l'invertion de l'emplacement des jeux mécaniques des pièces mobiles résultants d'une inversion du sens du fluide dans le corps de vanne. Les dessins annexes illustrent l'invention. La FIG. 1 et la FIG.2.a représentent en coupe un corps de vanne ou de robinet comprenant le corps de vannet), le palier supérieur 2). le palier inférieur 3), l'arbre de vanne 4), le clapet de vanne 5), le siège 6). l'anneau de blocage de siège 7). Les paliers 2) et 3) sont représentés suivant l'état de la technique antérieure traditionnelle, ces paliers sont du type traditionnel, l'alésage intérieur étant concentrique avec le diamètre extérieur. Le clapet représenté est du type papillon à clapet a double excentration, toutefois la présente invention est également applicable et présente les mêmes avantages pour les autres vannes a papillon ou clapet sphérique ou a portee conique dure ou a portee reslliente, voire egalement les vannes à joint flexible. La ligne A-B figurant sur les FIG.1 et FIG.2.a représente la ligne de portee theorique du clapet et la ligne de portee du siège. ces deux lignes sont strictement superposees et confondues. Par définition. pour que l'ensemble clapet-siège soit étanche à la fermeture, la ligne de portée A-B du clapet doit, en position de fermeture, entre absolument superposée å la ligne de portee A-B du siège. Si cette superposition absolue peut etre approchée lors de l'exécution de pièces prototypes elle est quasiment irréalisable industriellement du fait méme des tolérances d'usinage (mini-maxi) de chaque pièce, on comprend aisément que les tolérances d'usinage des cotes a et b FIG.2.b sont très influentes sur le fonctionnement et devront par conséquence étre très précises c'est-å-dire coûteuses. Par ailleurs, l'assemblage et le fonctionnement des différentes pièces mobiles FIG.2b palier. arbre, clapet exigent un certain jeu mécanique minimum entre - l'alésage du guide dans le corps. cote c et le diamètre extérieur du guide cote d. - le diamètre intérieur du guide. cote e et le diamètre extérieur de l'arbre cote f. - le diamètre extérieur de l'arbre. cote f et l'alésage de passage d'arbre dans le clapet cote g. Il faut noter également que la pression du fluide å l'intérieur de la vanne exerce des forces tendant å pousser les pièces mobiles dans le sens du fluide, les jeux sont sous cette action localises entre les surfaces non portantes des pièces . lorsque l'on inverse le sens du fluide dans la vanne l'emplacement des jeux est également inversé de 180 Les figures 3.a. 3.b et 3.c montrent les positions de la ligne de portée A-B du clapet par rapport å la ligne de portée A-B du siège ainsi que la position des jeux mécaniques entre chaque pièce constituante pour trois situations FIG.3.a Vanne, sans fluide (pression atmosphérique) FIG.3.b Vanne. fluide P poussant le clapet de la gauche vers la droite. FIG.3.c Vanne, fluide P poussant le clapet de la droite vers la gauche. La FIG 3.a représente la vanne sans fluide soit sans pression intérieure (pression atmosphérique). on constate que les jeux jl. j2, j3 et j4 sont également répartis de part et d'autre de l'arbre de la vanne. La ligne de portée A-B du clapet est superposée à la ligne de portée A-B du siège. La FIG 3.b représente la vanne en service. la pression du fluide P poussant le clapet de la gauche vers la droite on constate que les jeux jl et j4 sont éliminés donc nuls mais que les jeux j2 et j3 ont doublé en valeur; dans la pratique les jeux se sont additionnés et ils se positionnent du coté non appuyant. par exemple le jeu j2 sur la FIG.3.b correspond å la somme des jeux jl + j2 de la FIG.3.a ; ce déplacement des jeux entraine un déplacement des pièces mobiles provoquant un déplacement de la ligne de portée A-B du clapet (vers la droite soit dans le sens du fluide) par rapport a la ligne A-B du siège. les lignes de portées clapet/siège ne seront plus superposées ni confondues : la ligne du clapet de portée AB du clapet s'est déplacée d'une valeur X par rapport a la ligne de portée du siège, ceci provoque une dégradation des performances d 'é tanchéite. La FIG.3c represente la vanne en service le fluide P poussant le clapet de la droite vers la gauche on constate que les jeux j2 et j3 sont elimines donc nuls mais que les jeux j 1 et j4 ont double dans la pratique les jeux se sont additionnés et ils se positionnent du coté non appuyant par exemple le jeu j4 sur la FIG.3.c correspond a la somme des jeux j3 + j4 de la FIG.3.a. Ceci provoque un déplacement de la ligne de portée A-B du clapet (vers la gauche soit dans le sens du fluide) par rapport à la ligne A B du siège : les conséquences seront identiques à celles citées au paragraphe ci-dessus. Les Figures 4a, 4b et 4c démontrent comment le dispositif selon la présente invention permet de remédier à ces inconvénients. La FIG. 4.a représente a nouveau la vanne hors service soit sans pression intérieure (pression atmospherique) on constate que les jeux jl et j2. j3 et j4 sont également répartis de part et d'autre de l'arbre. La ligne de portée A-B du clapet est superposée a la ligne de portée A-B du siège. La FIG. 4.b représente la vanne en service, la pression du fluide P poussant le clapet de la gauche vers la droite, on constate évidemment que les jeux sont positionnés d'une facon similaire a la FIG.3.b. par contre on constate que la ligne de portée A-B du clapet est grace au dispositif suivant l'invention, superposée et confondue å la ligne de portée A.B du siège. l'épaisseur portante ep est augmentée pour compenser les jeux ou l'usure ; la vanne sous pression conserve ses qualités d'étanchéité. La FIG. 4.c représente la vanne en service la pression du fluide P poussant le clapet de la droite vers la gauche. on constate évidemment que les jeux sont positionnes d'une facon identique à la FIG.3.c par contre on constate que la ligne de portee .A.B. du clapet est grace au dispositif suivant l'invention superposee a la ligne de portee .x.B. du siège. l'épaisseur portante ep est augmentee pour compenser les jeux ou l'usure la vanne conserve ses qualites d etancheite. Selon la conception de la vanne il est possible de n'utiliser qu'un seul palier excentre, le deuxième restant du type conventionnel. CONCEPTION DU PILIER EXCENTRE Le palier excentré se caractérise par un alésage central dont le centre est désaxé par rapport a son diamètre exterieur. L'excentricité ex peut varier suivant les besoins. La FIG.S.a représente le palier en position neutre soit position O on constate que l'épaisseur portante ep du palier excentré est sur l'axe xy identique de chaque côté de l'arbre, la FIG.S.b représente le palier excentré après une rotation de ce dernier de 90 dans le sens des aiguilles d'une montre, l'épaisseur portante ep est maximale å droite de l'arbre de la vanne. la FîG.5.c représente le palier excentré auprès une rotation de ce dernier de 90 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, l'épaisseur portante ep est maximale à gauche de l'arbre de la vanne. La FIG.6 décrit la géométrie de ce palier. Le tableau 6.a indique a titre d'exemple le réglage possible par variation dimensionnelle de l'épaisseur portante ep pour des excentricités ex du palier de : 0,1 mm. 0,2 mm et 0,3 mm. Les paliers excentrés comportent sur leur diamètre extérieur et sur 180 degrés des gorges demi cylindriques (8). Les FlG.5.a. S.b et 5.c représentent à partir d'une position neutre O, FIG.5.a et FIG.S.b. quatre positions (1, 2, 3, et 4) permettant d'augmenter l'épaisseur portante ep du palier sur la droite de l'arbre FIG.S.b et quatres autres positions (4. 3, 2 et 1 ) permettant d'augmenter l'épaisseur portante ep du palier sur la gauche de l'arbre FIG.S.c. Le corps de vanne comporte egalement a la périphérie de l'alesage du palier une demie gorge cylindrique (l0). Ceci permet par adjonction d'un pion de blocage (9) loge dans le trou forme par une demie gorge de palier coincidant avec la demie gorge dans le corps de vanne. de positionner le palier sur la position souhaitée, ce pion (9) évite toute rotation éventuelle du palier. ce positionnement du palier peut etre réalisé de facon différente à celle décrite soit par des clavettes et des rainures de clavettes ou avec des billes d'acier logées dans des trous . A titre d'exemple et non limitatif le diamètre du pion de blocage (9) peut etre de diamètre 4 mm pour diamètre extérieur de palier de 2S mm. L'excentricité du palier provoque simultanément å sa rotation un déplacement latéral perpendiculaire å l'axe xy FIG.5.a, ce déplacement sera compensé par un autocentrage du siège dans son logement. Le nombre de positions possible dépendra du dimensionnement méme des paliers et des pions (9), la FIG. 6 représente pour exemple quatre plus quatre positions réparties d'une facon égale tous les 22-5 sur 180-. ceci n'est pas limitatif, la répartition peut étre variable et appropriée suivant les besoins du constructeur. Le dispositif suivant l'invention est particulièrement destiné au réglage de la portée des clapets sur leur siège de clapet des robinets et vannes a papillon à simple ou a double excentricité ainsi qu'aux vannes et robinets a boules ou å boisseaux sphériques qu'ils soient a portée métallique dure ou souple ou à joint flexible REVENDICATIONS i Dispositif permettant de régler ia distance ou position relat:ve entre le clapet d'une vanne et ie siège sur lequel il prend appui au moment de la fermeture. l'ensemble comporte un corps de vanne (1) un arbre de vanne f4) ur. clapet (3) deux paliers (2 et 3) un siège de clapet (6) un anneau de blocage de siège (7), ['ensemble est caractérisé en ce que.le palier supérieur (2) et le palier inférieur (3) ont leur alésage intérieur excentre par rapport â leur diamètre extérieur. 2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ces paliers comportent sur leur partie extérieure des gorges (8) reparties sur 180 degrés recevant au moment du montage un pion de blocage (9). 3. Dispositif selon !'une queiconquc des revendications précédentes caractérisé en ce que l'orifice de logement des paliers dans le corps de vanne comporte une gorge (10) recevant au moment du montage un pion de blocage (9). 4. Dispositif selon l'une çuelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le réglage ou la correction dimensionnelle souhaitez est déterminée par le positionnement des paliers dans le corps de vanne la position des paillers tant réalisée par l'emplacement du pion de blocage dans la gorge du palier appropriée (8) et ce suivant les besoins de reglage. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce que un scul palier excentre peut é:re utilisé.