Brevet FR2752609A1 — publié le 19980227

La présente invention se rapporte à une vanne à boule, ou robinet à boisseau sphérique, utilisée dans des canalisations pour l'écoulement d'un fluide comprimé, et plus particulièrement, à une vanne à boule qui relâche la pression résiduelle en réponse à la fermeture de la vanne. Dans la technique classique, on prévoit une vanne à boule dans un passage d'acheminement de fluide à un équipement pouvant être activé avec un gaz ou un liquide, lequel équipement est activé en acheminant le fluide sous pression en ouvrant la vanne à boule après l'opération, la vanne à boule fermée après l'opération. Dans un tel équipement, la pression résiduelle peut provoquer une opération défectueuse, de sorte que la pression résiduelle doit nécessairement être relâchée après la fermeture de la vanne. Pour cela, dans certains cas classiques, un moyen de relâchement de pression résiduelle est prévu dans la vanne à boule. Ces vannes classiques peuvent présenter un trou d'évent de relâchement de la pression résiduelle prévu dans la boule, comme décrit dans le document JP-A54-117 944, ou présenter une gorge d'évent de relâchement de la pression résiduelle prévue dans la boule, comme décrit dans le document JP-U-5-71 550. Dans le dispositif proposé par le document JP-A-54-117 944, parmi les techniques classiques, un trou d'évent unique 22 traverse la boule 9 dans la direction d'un orifice de purge 18, comme représenté sur la Fig. 6. Dans cette configuration, le trou d'évent 22 traverserait au droit de la portion présentant une différence d'épaisseur t (t = (D2 - D1)/2} entre le diamètre exté rieur D2 de la boule 9 et le diamètre intérieur D1 du trou 21 d'écoulement traversant, tel que représenté sur la Fig. 7. La dimension de m de la Fig. 7 ne peut pas être choisie de petite valeur en vue d'éviter la détérioration d'un siège de côté secondaire 10, représenté sur la Fig. 6, provoquée par la rotation lors de l'opération d'ouverture/fermeture de la boule 9. De plus, la dimension de n ne peut pas être choisie de très petite valeur, parce qu'au moment du perçage du trou d'évent 22, il peut se produire un mauvais centrage du foret, ou un renflement du le côté du trou 21 d'écoulement traversant par suite de la résistance à la coupe. D'un autre côté, le diamètre extérieur D2 de la boule 9 est limité par le diamètre intérieur minimum d'un filetage femelle de côté secondaire 4a. En raison de l'influence directe qu'il exerce sur la résistance au passage du fluide lors de l'ouverture de la vanne, le diamètre intérieur D1 du trou de passage traversant 21 doit être choisi de grande valeur, afin d'éviter la diminution du rendement de l'équipement pneumatique. Pour les raisons mentionnées plus haut, le diamètre intérieur d du trou d'évent 22 est limité à une très petite valeur (pour un diamètre de canalisation compris dans une gamme habituelle de 6,35 à 12,7 mm, c'est-à-dire de 1/4" à 1/2", d = 1,5 à 2,5 mm).Etant donné que le débit d'air est réduit par la portion d de petit diamètre du trou d'évent 22 lors du relâchement de la pression résiduelle, il existe un inconvénient consistant dans la longueur du temps de relâchement de la pression résiduelle. Dans l'appareil comportant une gorge d'évent en forme de U sur la surface extérieure de la boule, comme décrit dans JP-U-5 71 550, il est possible de prévoir une grande surface de sortie effective, compara tivement au trou d'évent mentionné plus haut et, de cette façon, de réduire la durée du temps de relâchement de la pression résiduelle. Toutefois, la garniture du siège de vanne (qui correspond aux sièges 10 et 11 de la Fig. 1 illustrant la présente invention) est érodée par la portion d'angle de la gorge d'évent pendant l'opération d'ouverture/fermeture de la vanne, ceci tendant à provoquer une détérioration qui se traduit par un maintien défecteux de l'étanchéité à l'air et par une durabilité médiocre. La présente invention a été développée pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus et elle réalise une vanne à boule, ou robinet à boisson sphérique, à relâchemement de la pression résiduelle comprenant un corps de vanne muni d'éléments d'étanchéité annulaires entre une ouverture de côté primaire et une ouverture de côté secondaire ; une boule agencée dans le corps de la vanne de manière à être en contact glissant étanche entre les éléments d'étanchéité annulaires ; un orifice de purge communiquant avec l'atmosphère, qui ne communique avec aucune desdites ouvertures, prévu dans le corps de la vanne dans une portion de ce corps qui correspond à la base de la boule du côté qui est à l'opposé d'une tige de pivotement ; un trou d'écoulement traversant capable de faire communiquer les deux ouvertures du corps de la vanne ou de ne pas faire communiquer ces ouvertures par une rotation de la tige d'une poignée de manoeuvre, prévu dans la boule ; et un trou d'évent qui raccorde directement l'ouverture de côté secondaire et l'orifice de purge prévu dans la boule, lorsque les deux ouvertures et le trou d'écoulement traversant ne sont pas en communication; caractérisé en ce qu'un deuxième trou d'évent est formé pour établir la communication entre l'ouverture de côté secondaire et un joint de la tige pendant l'état de non communication du trou d'écoulement traversant pour purger un fluide situé dans l'ouverture de côté secondaire, à partir du deuxième trou d'évent à travers une fente existant entre la boule et la tige, et à travers une fente existant entre le corps de la vanne et la boule, en passant par l'orifice de purge. Lorsque la boule est placée dans l'état d'acheminement du fluide (ouverture de la vanne position OWERTE), le trou d'écoulement traversant de la boule établit la communication entre l'ouverture de côté primaire et l'ouverture de côté secondaire, de sorte que le fluide s'écoule de l'ouverture de côté primaire à l'ouverture de côté secondaire. Lorsque la boule est inversée sur l'état de purge (fermeture de la vanne : position FERMEE), l'ouverture de côté secondaire communique avec l'orifice de purge à travers le trou d'évent et le fluide comprimé (pression résiduelle) contenu dans l'ouverture secondaire est purgé. En même temps, le fluide comprimé qui a passé à travers le deuxième trou d'évent est déchargé à travers l'espace pour aboutir à l'orifice de purge. Le relâchement de la pression résiduelle est terminé en une très courte période grâce à la grande surface de section d'écoulement traversant qui résulte de la somme des deux trous d'évent. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de formes de réalisation de l'invention données à titre d'exemples non limitatifs, illustrée par les dessins joints sur lesquels La Fig. 1 est une vue en coupe de côté illustrant une forme de réalisation selon la présente invention dans un état de purge (fermeture de la vanne); la Fig. 2 en est une vue en coupe de côté à l'état d'acheminement (ouverture de la vanne) la Fig. 3 est une vue en coupe de face à l'état d'acheminement (ouverture de la vanne) représenté sur la Fig. 2 la Fig. 4 est une vue descriptive illustrant une relation entre un diamètre extérieur et un diamètre intérieur (trou d'écoulement traversant) d'une boule et un diamètre intérieur d'un trou d'évent sur la Fig. 1 la Fig. 5 est une vue du côté droit de la Fig. 4 la Fig. 6 est une vue en coupe correspondant à la Fig. 1 et représentant une vanne à boule classique et la Fig. 7 est une vue en coupe correspondant à la Fig. 4 et représentant la vanne à boule de la Fig. 6. Une forme de réalisation de la présente invention sera décrite ci-après à propos de l'exemple représenté sur les Fig. 1 à 5. La Fig. 1 est une vue en coupe de côté illustrant une forme de réalisation selon la présente invention à l'état de purge (fermeture de la vanne), et la Fig. 2 est une vue en coupe de côté dans l'état d'acheminement (ouverture de la vanne). Sur les Fig. 1 et 2, 1 désigne un corps de vanne ayant une forme tubulaire hexagonale, au centre axial duquel est formée une boîte de vanne cylindrique 2. Une ouverture de côté primaire 3 et une ouverture de côté secondaire 4 sont formées sur les deux côtés dans la direction axiale du corps de la vanne et à travers ce corps, et des filetages femelles 3a et 4a sont formés respectivement dans ces ouvertures 3 et 4. Sur les dessins, 5 désigne une tige agencée de façon que son centre axial passe par le centre de la boîte 2 de la vanne, et dans une direction Y-Y perpendiculaire à l'axe central X-X des ouvertures 3 et 4, laquelle tige est prévue rotative dans le corps 1 de la vanne. Une extrémité de la tige 5 qui fait saillie jusqu'à l'extérieur du corps 1 de la vanne est façonnée en jonction 5a ayant une section approximativement ovale qui est définie par la coupe d'une section circulaire sur les deux côtés, avec laquelle est mis en prise un trou de raccordement corresopndant 6a formé dans une poignée de manoeuvre 6. Un écrou 7 est vissé sur une extrémité distale de la tige 5 de manière que la poignée 6 tourne comme un seul bloc avec la tige 5. Une butée de rotation 8 est formée en une seule pièce avec la surface inférieure de la poignée de manoeuvre 6. Lorsque la poignée de manoeuvre 6 est placée dans l'état d'ouverture de la vanne, une surface de la butée de rotation 8 entre en contact avec une surface extérieure hexagonale la du corps 1 de la vanne. Lorsque la poignée de manoeuvre 6 est tournée de 900 vers la position de fermeture, l'autre surface de la butée de rotation 8 entre en contact avec la surface extérieure hexagonale la du corps 1 de la vanne pour établir les positions d'ouverture et de fermeture de la vanne. Egalement sur les Fig. 1 et 2, 9 désigne une boule sphérique découpée sur les deux côtés et en haut et ne bas, qui est disposée de manière que la surface incurvée sphérique entre en contact avec un siège annulaire 10 du côté primaire et un siège 11 du côté secondaire respectivement logés dans l'ouverture 3 du côté primaire et dans l'ouverture 4 du côté secondaire dans la boîte 2 de la vanne. En outre, des portions d'étanchéité 10a et 11a qui sont en contact étanche glissant avec la surface extérieure de la boule 9 sont formées sur les portions des angles intérieurs des sièges 10 et 11. La boule 9 est supportée de façon rotative et flottante par les sièges 10 et 11 prévus dans la boîte 2 de la vanne. Les sièges 10 et 11 sont faits d'une résine d'une excellente résistance à l'usure et d'une excellente propriété lubrifiante, telle qu'une résine fluorée. L'étanchéité à l'air entre les sièges 10 et 11 et la boule 9 est maintenue en pressant le siège 11, au moyen d'un chapeau d'extrémité 12 qui est en prise par filetage avec l'ouverture de côté secondaire 4. Par ailleurs, un logement de clavette 13 adapté à la mise en prise d'une tige de clavette-disque comme sous le nom de clavette Woodruf f, est formé sur la portion supérieure de la boule 9. Les pièces de prise 14 et 15 en forme de clavette Woodruf f, qui sont formées en une seule pièce à l'extrémité inférieure de la tige 5, sont engagées dans le logement de clavette 13, de sorte que la rotation de la tige 5 provoque une rotation conjointe de la boule autour du centre axial Y-Y de la tige 5. Les pièces de prise 14 et 15 sont formées indépendamment l'une de l'autre et une fente 16 est formée dans le logement de clavette de prise de tige 13. La fente 16 s'ouvre sur une autre fente 17 formée entre le corps 1 de la vanne et la boule 9, dans l'espace compris entre les sièges 10 et 11. Un orifice de purge 18, formé dans le corps 1 de la vanne est agencé pour communiquer avec la fente 17. Un silencieux 19 est vissé dans l'orifice de purge 18 et possède une pièce métallique frittée perméable 20 incorporée, de sorte que le bruit est réduit par la pièce en métal fritté 20 lors du relâchement de la pression résiduelle sortant par l'orifice de purge 18. Un trou 21 d'écoulement traversant qui traverse dans une direction perpendiculaire au centre axial Y-Y de la tige 5 est formé dans la boule 9. Le numéro de référence 22 désigne un premier trou d'évent formé dans la boule 9 et ce trou est formé dans une direction inclinée comme représenté sur la Fig. 1, de manière à permettre la communication entre l'ouverture de côté secondaire 4 et l'orifice de purge 18 lorsque la boule 9 est positionnée de manière à établir l'état hors communication du trou d'écoulement traversant 21 avec les ouvertures 3 et 4. Le premier trou d'évent 22 est le même que le trou classique représenté sur la Fig. 6. Sur les Fig. 1 et 2, 23 désigne encore un deuxième trou d'évent formé dans la boule 9, et ce trou est formé dans une direction inclinée comme représenté sur la Fig. 1, de manière à permettre la communication entre l'ouverture secondaire 4 et la fente 16 formée dans le logement de clavette 13 de prise de tige lorsque le trou 21 d'écoulement traversant de la boule 9 est dans l'état hors communication avec les ouvertures 3 et 4. On va maintenant décrire le mode de fonctionnement. Lorsqu'on tourne la poignée de manoeuvre 6 dans le sens de l'ouverture de la vanne, une surface de la butée de rotation 8 entre en contact avec la surface extérieure hexagonale la du corps 1 de la vanne pour définir la position d'ouverture de la vanne et la boule 9 est positionnée pour prendre un état dans lequel le trou d'évent 21 communique avec l'ouverture de côté primaire 3 et l'ouverture de côté secondaire, comme représenté sur la Fig. 2. Le résultat est que le fluide arrivant de l'ouverture de côté primaire 3 est introduit sous pression à travers le trou 21 d'écoulement traversant de la boule 9 pour aboutir à l'ouverture de côté secondaire 4 pour activer l'équipement relié à l'ouverture de côté secondaire 4. A ce stade, les trous d'évent 22 et 23 sont placés sur l'arrière de la Fig. 2, et ne sont pas en communication avec l'ouverture 3 ni avec l'ouverture 4, de sorte que le fluide fourni n'est jamais déchargé à l'extérieur de la boule à travers le trou d'évent 22 ou 23. Ensuite, lorsque la poignée de manoeuvre 20 est tournée de 900, à partir de l'état d'ouverture décrit plus haut, dans le sens de la fermeture, pour arrêter l'arrivée du fluide, l'autre surface de la butée de rotation 8 entre en contact avec la surface extérieure hexagonale 1 pour définir la position de fermeture de la vanne. Cette rotation fait tourner la boule 9 de 900 à partir de l'état représenté sur la Fig. 2, et le trou d'écoulement traversant 21 de cette boule est orienté dans une direction perpendiculaire aux ouvertures 3 et 4, en arrêtant ainsi l'arrivée du fluide par fermeture des ouvertures 3 et 4 au moyen de la boule 9, comme représenté sur la Fig. 1. Dans cet état de fermeture de la vanne, les extrémités d'un côté des trous d'évent 22 et 23 sont placées au niveau de l'ouverture secondaire 4, comme représenté sur les Fig. 3 et 4, pour la communication. En conséquence, le fluide sous pression résiduelle qui reste dans l'équipement activé par la pression du fluide qui est relié à l'ouverture secondaire s'écoule de l'ouverture secondaire 4, à travers le premier trou d'évent 22 et la fente 17 et est déchargé dans l'atmosphère en sortant par l'orifice de purge 18. Au moment de cette purge, le bruit dû à l'échappement est éliminé par le silencieux 20. En outre, le fluide résiduel mentionné plus haut est aussi déchargé à travers le deuxième trou d'évent 23 vers la fente 16. Le fluide à la pression résiduelle déchargé dans la fente 16 s'écoule à travers la fente pour aboutir dans l'orifice de purge 18, et il est déchargé à partir de l'orifice de purge 18 dans l'air libre cependant que le bruit est éliminé par le silencieux 20. En formant un passage de purge de la pression résiduelle avec les deux trous d'évent 22 et 23 comme décrit plus haut, la surface de section d'écoulement totale du fluide sous pression résiduelle est agrandie comparativement au cas ne comportant qu'un unique trou d'évent, en permettant ainsi de réduire de près de moitié le temps d'évacuation de la pression résiduelle. Etant donné que la purge exécutée par le deuxième trou d'évent 23 peut être effectuée par utilisation de la fente entre la boule 9 et la tige 5 et de la fente entre le corps 1 de la vanne et la boule 9, ce passage de purge peut être formé en formant seulement le deuxième trou d'évent 23, ce qui permet de former facilement le passage de purge. La vanne à boule à relâchement de la pression résiduelle selon la présente invention possède deux trous d'évent pour la purge : ceci réduit le temps de purge à près de la moitié, quelle que soit la capacité de pression résiduelle, et présente de très grands avantages, en particulier dans l'opération de relâchement de la pression résiduelle pendant l'élimination d'une anomalie qui se produit fréquemment. REVENDICATIONS 1. Vanne à boule, ou robinet à boisseau sphérique, à relâchemement de la pression résiduelle comprenant un corps de vanne (1) muni d'éléments d'étanchéité annulaires (10, 11) entre une ouverture de côté primaire (3) et une ouverture de côté secondaire (4) une boule agencée dans le corps de la vanne de manière à être en contact glissant étanche entre les éléments d'étanchéité annulaires (10, 11) ; un orifice de purge (18) communiquant avec l'atmosphère, qui ne communique avec aucune desdites ouvertures (3, 4), prévu dans le corps de la vanne (1) dans une portion de ce corps qui correspond à la base de la boule (9) du côté qui est à l'opposé d'une tige de pivotement (5) ; un trou d'écoule ment traversant (21) capable de faire communiquer les deux ouvertures (3, 4) du corps (1) de la vanne ou de ne pas faire communiquer ces ouvertures par une rotation de la tige (5) d'une poignée de manoeuvre (6), prévu dans la boule ; et un trou d'évent (22) qui raccorde directement l'ouverture de côté secondaire (4) et l'orifice de purge (18), prévu dans la boule, lorsque lesdites ouvertures et le trou (21) d'écoulement traversant ne sont pas en communication caractérisé en ce qu'un deuxième trou d'évent (23) est formé pour établir la communication entre l'ouverture de côté secondaire (4) et un joint de la tige pendant l'état de non-communication du trou (21) d'écoulement traversant pour purger un fluide situé dans l'ouverture de côté secondaire (4), à partir du deuxième trou d'évent (23) à travers une fente (16) existant entre la boule et la tige, et à travers une fente (17) existant entre le corps de la vanne et la boule, en passant par l'orifice de purge (18). 2. Vanne à boule à relâchement de la presion résiduelle selon la revendication 1, dans laquelle ledit orifice de purge (18) est muni de moyens formant silencieux (19).