Brevet FR2745353A1 — publié le 19970829

La présente invention a trait aux vannes à tournant sphérique utilisées pour la commande de canalisations parcourues par des fluides sous haute pression, et elle concerne plus particulièrement les dispositifs destinés à assurer l'étanchéité entre la paroi du tournant et les deux parties du corps qui sont percées pour le passage du fluide. On connaît déjà, notamment par le document FR-A-2 528 144 (AUXIM), des dispositifs composites de ce genre comprennant un poussoir déformable qui est soumis à la pression du fluide véhiculé afin d'assurer l'application étanche, contre la paroi du tournant, d'une garniture annulaire maintenue entre deux bagues métalliques concentriques. Toutefois, dans les constructions connues, les différentes pièces qui composent le joint composite nécessitent pour leur montage en place dans le corps de la vanne le recours à une presse propre à exercer sur lesdites pièces un effort préalable de pression, ce qui constitue une gêne très sensible lors de la fabrication initiale de la vanne et lors du remplacement des dispositifs d'étancheité de celle-ci au cours de son utilisation prolongée. C'est à cet inconvénient que la présente invention entend remédier, et ce à l'aide d'un dispositif ou joint composite de conception originale qui assure une étanchéité continue totale dans toute la plage mini-maxi de la pression de service du fluide, liquide ou gaz dans la canalisation, sans néanmoins augmenter la valeur de l'effort manuel à exercer sur le tournant en vue de sa manoeuvre en rotation, cette étanchéité étant maintenue même en cas d'élévation accidentelle de la température due à un incendie. Le dispositif d'étanchéité suivant l'invention est essentiellement remarquable en ce que la garniture annulaire, réalisée en un plastomère, présente en section longitudinale un profil en équerre tandis que la bague extérieure comporte ellemême le même profil longitudinal en équerre, mais inversé par rapport à celui de la garniture, afin de constituer avec cette dernière et conjointement avec une bague intérieure généralement cylindrique, une sorte de tiroir repoussé en direction du tournant par le poussoir, réalisé en un élastomère au autre matière plastiquement ou élastiquement déformable. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer - Figure 1 est une coupe axiale schématique d'une vanne à tournant sphérique équipée de deux dispositifs d'étanchéité réalisés conformément à l'invention. - Figure 2, 3, 4 et 5 sont des coupes partielles à plus grande échelle illustrant quatre variantes de réalisation. Le corps de la vanne représentée en figure 1 est constitué par l'assemblage d'une pièce massive 1 creusée d'une cavité centrale, d'un chapeau 2 fermant cette cavité, et de deux brides latérales 3 dont chacune est pourvue d'une tubulure 3a pour le branchement de la vanne sur la canalisation à commander. Dans la cavité précitée vient se loger le tournant 4 solidaire de deux bouts d'arbre opposés 5 et 6 qui assurent le montage rotatif dudit tournant dans le corps, celui référencé 6 étant agencé pour permettre la manoeuvre en rotation. Suivant l'axe commun aux tubulures 3a et à l'ouverture diamétrale 4a du tournant 4, la pièce 1 est percée de deux ouvertures latérales opposées la à section circulaire, destinées à former logements pour les dispositifs d'étanchéité associés audit tournant. Une telle construction est bien connue en pratique et ne nécessite donc pas une description plus détaillée. Conformément à invention, chaque dispositif d'étanchéité comprend une garniture annulaire 7 qui est réalisée en un plastomère tel qu'un polyamide, dont les caractéristiques sont évidemment compatibles avec la nature du fluide véhiculé. Cette garniture 7 présente en section longitudinale un profil en équerre et elle est maintenue entre deux bagues métalliques 8 et 9. La bague extérieure 8 comporte elle-même en section longitudinale un profil en équerre, mais l'épaulement annulaire terminal est ici tourné en direction du tournant 4 pour venir s'appliquer contre la face terminale de la partie cylindrique de la garniture 7. La bague intérieure 9 est formée par une douille cylindrique lisse, sa face terminale intérieure étant prévue oblique tandis que sa face extérieure opposée est droite pour venir contre la bride latérale 3 correspondante. Chaque dispositif suivant l'invention comprend enfin un poussoir annulaire 10 réalisé en un élastomère tel par exemple que le perbunan, susceptible de se déformer élastiquement. En section longitudinale, ce poussoir 10 présente un profil trapézoïdal dont la face oblique est tournée en direction de la bague ou douille intérieure 9, afin de définir avec la paroi extérieure de celle-ci une chambre annulaire qui communique avec l'ouverture de ladite bague à travers des lumières ou perçages radiaux 9a. Il convient d'observer que le poussoir 10, l'épaulement transversal de la garniture 7 et la bague extérieure 8 sont établis au même diamètre extérieur, lequel est substantiellement égal au diamètre intérieur de chaque ouverture la du corps 1. Les éléments 7, 8 et 9 assemblés conjointement constituent en conséquence une sorte de tiroir que le poussoir 10 en élastomère déborde quelque peu axialement, en configurant ainsi le dispositif d'étanchéité suivant l'invention qui vient s'insérer librement au montage initial dans le diamètre intérieur du corps de vanne. On notera que le montage initial susmentionné n'implique en aucune manière le recours à une presse, pas plus d'ailleurs que le montage effectué en vue du remplacement de l'ensemble du dispositif d'étanchéité en cas d'usure. Dans un cas comme dans l'autre, le poussoir 10, repoussé par la bride 4 lors de la fixation de cete dernière, réalise par déformation dans la chambre annulaire, un pré-serrage élastique qui tend à déplacer le tiroir précité, axialement en direction du tournant 4. On conçoit que l'arête terminale intérieure de la garniture 7, qui dépasse au-delà des faces terminales des bagues 8 et 9, est ainsi appliquée contre la paroi du tournant 4, en constituant de la sorte une lèvre d'étanchéité. Par suite de la déformation du poussoir 10 sous l'effet de la pression du fluide véhiculé qui s'exerce à travers les perçages radiaux 9a, l'effort d'application de cette lèvre va en croissant au fur et à mesure de l'augmentation de la pression du fluide, si bien qu'on obtient une étanchéité parfaite jusqu'aux plus hautes pressions. Les bagues métalliques 8 et 9 constituent en outre avec le tournant 47 une barrière métal/métal efficace en cas d'élévation anormale de la température à la suite d'un incendie. Figure 2 illustre une première variante de réalisation destinée à des vannes qui, par suite de la nature même du fluide véhiculé, nécessitent un contact d'étanchéité métalmétal au niveau du tournant 4. En pareil cas, la garniture est constituée en deux pièces, à savoir un élément cylindrique 17 en métal interposé entre les bagues 8 et 9, et un anneau extérieur 17a, par exemple à section carrée, réalisé en un plastomère et engagé sur ledit anneau pour être pincé entre la face terminale de la bague 8 et la face opposée du poussoir 10. Dans la forme de réalisation suivant figure 3, l'agencement général est identique à celui suivant figure 1, mais le bord terminal de la garniture en plastomère, ici référencée 27, est profilé pour définir le contour angulaire effilé montré en 27b qui, par sa déformabilité dirigée, diminue sensiblement le couple à exercer sur le tournant en vue de sa manoeuvre en rotation. Figures 2 et 3 font bien apparaître que la face terminale des bagues métalliques 8 et 9 est profilée pour que la lèvre d'étanchéité de la garniture en élastomère puisse s'appliquer contre la paroi du tournant 4. Dans la variante de figure 4, le poussoir en élastomère ci-dessus décrit est remplacé par un ou plusieurs boudins toriques 40 réalisés en un élastomère et disposés autour d'un épaulement annulaire de la bague ou douille intérieure 39, laquelle est établie à un profil longitudinal en équerre. Dans cette forme de réalisation, la pression du fluide qui traverse la vanne est communiquée aux boudins 40 par des empreintes radiales 39a ménagées dans la face terminale de la bague 39 qui est tournée en direction de la bride 3. Enfin, dans la variante illustrée en figure 5, le poussoir en élastomère, ici référencé 50, présente en section longitudinale une section rectangulaire ou carrée tandis que la bague intérieure 59 en métal présente un profil "en harpon" tourné vers la bride latérale 3. L'extrémité libre de cette bague 59 est distante de la bride 3 en permettant ainsi à la pression du fluide véhiculé de s'exercer sur le poussoir 50 déjà précomprimé dans la chambre annulaire ainsi créée entre ledit poussoir et la bague 59. En fait la pré-compression réalisée au montage déforme le poussoir 50 dans la chambre annulaire précitée suivant le tracé 50' Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour vanne à tournant sphérique, du genre comprenant une garniture annulaire qui est montée entre deux bagues concentriques et qui reçoit, à l'opposé d'une lèvre d'étanchéité appliquée contre la paroi du tournant, l'action d'un poussoir annulaire soumis, à travers des perçages radiaux ménagés à travers la bague intérieure, à la pression du fluide véhiculé, caractérisé en ce que la garniture (7, 17-17a, 27) réalisée en un plastomère, présente en section longitudinale un profil en équerre, tandis que la bague métallique extérieure (8) comporte elle-même le même profil longitudinal en équerre, mais inversé par rapport à celui de la garniture, afin de constituer avec cette dernière, conjointement avec la bague intérieure métallique (9, 39, 59), une sorte de tiroir repoussé en direction du tournant (4) par le poussoir (10, 40, 50), réalisé en une matière élastiquement ou plastiquement déformable. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la face de la garniture (27) qui est tournée en direction du tournant est profilée pour définir une lèvre effilée (27b). 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la garniture comprend un élément cylindrique (17) en métal et un élément annulaire (17a) qui, réalisé en un plastomère, entoure la partie dudit élément cylindrique qui est tournée à l'opposé du tournant (4). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le poussoir (10) présente en section longitudinale un profil trapézoïdal dont la paroi oblique est formée par la paroi intérieure de son ouverture, afin de définir avec la bague métallique intérieure (9) une chambre annulaire soumise à la pression du fluide véhiculé. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le poussoir est constitué par au moins un boudin (40) en élastomère. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le poussoir (50) présente en section longitudinale un profil carré ou rectangulaire tandis que la bague intérieure (59) comporte un épaulement arrière en forme de harpon qui permet à la pression du fluide de s'exercer sur ledit poussoir (50) déjà pré-comprimé lors du montage.