Brevet FR2891887A1 — publié le 20070413

La présente invention concerne une vanne papillon du type comportant un corps de vanne à l'intérieur duquel est ménagé un conduit cylindrique qui loge un joint annulaire métallique formant un siège pour un obturateur, dit "papillon", en forme de disque monté pivotant autour d'un axe disposé parallèlement à un diamètre du disque. Dans un telle vanne, par exemple décrite dans le brevet US 5 357 997, le joint siège métallique est intercalé, selon un axe longitudinal du conduit, entre une paroi du corps de vanne et une bague serre-siège. La bague serre-siège est maintenue par un jonc de retenue annulaire logé dans une gorge radiale intérieure du conduit et constitué d'au moins trois segments de retenue en arc de cercle. Des moyens de serrage du joint siège métallique entre la bague serre-siège et ladite paroi du corps de vanne sont prévus. Les moyens de serrage du joint siège métallique sont ici des vis montées dans des trous taraudés des segments de retenue. Ces vis de serrage exercent une pression, requise pour assurer l'étanchéité, sur la bague serre-siège qui répercute cette dernière sur le joint siège. Des vis de contre- blocage maintiennent les vis de serrage. Le joint siège métallique, étant monté dans le corps de vanne, est confronté à la zone de la veine de fluide la plus lente et est ainsi nettement moins agressé que dans les solutions usuelles avec un joint métallique monté sur le papillon. Toutefois, les vis de serrage présentent l'inconvénient d'exercer des poussées ponctuelles, localisées, sur la bague serre-siège qui, du fait de sa faible épaisseur, exerce une pression non uniforme et statique sur le joint siège métallique. Lors d'une manoeuvre de fermeture de la vanne, le joint métallique, qui tend à s'allonger dans une direction perpendiculaire aux axes de manoeuvre et à rester stable dans l'autre direction, est contrarié par ce maintien non uniforme, ceci étant d'autant plus vrai avec un joint métallique plein. L'étanchéité n'est alors obtenue qu'à partir d'un certain couple de fermeture du papillon. En outre, la forme et donc l'usinage des segments de jonc annulaire de retenue sont complexes, notamment du fait des trous taraudés à ménager. Il faut également ajouter à ce surcoût de réalisation l'assemblage des vis de serrage et vis de contre-blocage associées. De plus, les vis de contre-blocage risquent de se desserrer sous l'effet par exemple de vibrations et de polluer le fluide. La présente invention vise à éviter ces inconvénients en fournissant une vanne papillon simple et peu onéreuse à réaliser, dans laquelle l'étanchéité entre le papillon et le joint siège métallique est obtenue facilement et de façon fiable. A cet effet, l'invention a pour objet une vanne papillon telle que présentée en introduction et dans laquelle lesdits moyens de serrage comprennent un joint plat de siège réalisé en un matériau fluable, logé et comprimé dans une rainure annulaire ménagée selon l'axe longitudinal du conduit dans ladite paroi du corps de vanne, en regard du joint siège métallique. Ainsi, la fonction de serrage, assurée par des vis dans le brevet US 5 357 997, est remplie ici par un joint plat de siège annulaire réalisé en un matériau fluable et comprimé entre le joint métallique et la paroi en regard du corps de vanne. Ainsi maintenu dans sa rainure, le joint plat de siège ne peut pas fluer mais renvoie au contraire un effort de bridage uniforme sur le joint siège métallique, et assure l'étanchéité entre le joint siège métallique et le corps de vanne. Dans une forme de réalisation préférée, le joint plat de siège est essentiellement réalisé en graphite et comprimé à un taux de compression de 5 à 20% en volume dans ladite rainure annulaire. Le joint plat de siège en graphite est par exemple pré-comprimé, notamment à une densité de 1,6, puis re-comprimé de 5 à 20% en volume en 25 situation dans la vanne. Les segments de retenue sont avantageusement fixés à la bague serre-siège par des points de soudure, qui empêchent tout glissement radial des segments de retenue. L'assemblage du joint siège métallique dans la vanne étant réalisé sans visserie ni goupille, le risque de "polluer" le fluide par 30 de petits composants est supprimé. L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé qui représente, à titre d'exemple, une forme de réalisation de cette vanne papillon. La figure 1 est une vue en coupe d'une vanne papillon selon 35 l'invention. La figure 2 est une vue agrandie d'un détail de la figure 1 La vanne papillon représentée sur la figure 1 comprend, de façon connue, un corps de vanne 1 en acier à l'intérieur duquel est ménagé un conduit cylindrique qui loge (voir détail C) un joint annulaire métallique 18 formant un siège pour un obturateur 5, dit "papillon", en forme de disque monté pivotant autour d'un axe 4 disposé selon un axe excentré parallèle à un diamètre du disque 5. L'entraînement en rotation du disque 5 autour de son axe 4 est assuré par l'intermédiaire d'un arbre de commande 6 qui traverse avec étanchéité le corps de vanne 1, cet arbre 6 étant solidaire de l'obturateur 5 et orienté dans la direction de l'axe de pivotement 4 de celui-ci. Un réducteur à roue et vis sans fin (non représenté) est fixé à l'arbre de commande 6 et permet à l'utilisateur de faire pivoter celui-ci pour amener le disque obturateur 5 dans une position souhaitée d'ouverture totale, de fermeture totale ou une position intermédiaire. Le détail C de la figure 1 est agrandi sur la figure 2 et montre que le joint siège métallique 18 est intercalé, selon un axe longitudinal A du conduit, entre une paroi 1 a du corps de vanne 1 et une bague serre-siège 20. La bague serre-siège 20 est maintenue par un jonc de retenue annulaire 19 logé dans une gorge radiale intérieure 3 du conduit. Le jonc 19 est constitué de quatre segments de retenue 19 en arc de cercle fixés à la bague serre-siège 20 par des points de soudure 21. Les segments de jonc 19 sont ici des composants cintrés à partir d'un simple profilé de section carrée du commerce, sans trous taraudés ni goupilles de serrage. Une rainure annulaire 1 b est ménagée selon l'axe A dans la paroi la du corps de vanne 1, en regard du joint siège métallique 18. La rainure 1 b loge un joint plat de siège 17 réalisé essentiellement en graphite et comprimé à un taux de compression de 5 à 20% en volume. Le joint plat de siège 17 assure un serrage du joint siège métallique 30 18 contre la bague serre-siège 20. Un éventuel fluage du joint plat de siège 17 le rendrait inerte, mais, comme le joint plat de siège 17, maintenu dans la rainure lb, n'a aucune possibilité de fluage, il renvoie au contraire un effort de bridage uniforme sur le joint siège métallique 18, et assure l'étanchéité entre le joint siège métallique 35 18 et le corps de vanne 1. Le joint plat de siège 17 en graphite est pré-comprimé à une densité de 1,6 puis re-comprimé de 5 à 20% en volume en situation dans la rainure annulaire 1 b. La pression de surface entre le joint graphite 17 et le joint 5 métallique 18 est suffisante pour assurer l'étanchéité. La pression de contact entre le joint graphite 17 et le joint métallique 18, et entre le joint métallique 18 et la bague serre-siège 20, est uniforme et suffisamment faible pour garantir une relative liberté radiale du joint métallique 18. Le joint métallique 18 s'auto-positionne, de par son élasticité, ce 10 qui permet une mise en forme de ce dernier, complémentaire à celle du papillon 5 (ce que ne permet pas la solution décrite dans le brevet précité US 5 357 997). La pression de contact du joint métallique 18 sur le papillon 5 est donc uniforme et permet d'assurer l'étanchéité au moindre couple de fermeture. 15 L'utilisation d'un joint graphite 17 pré-comprimé, puis recomprimé en situation dans la vanne à 5-20% de son volume, permet d'être étanche à 60 bars moyennant un effort d'écrasement facilement réalisable lors du montage (6700 kg pour un DN 150), et d'opposer au joint métallique 18 un effort de frottement radial minime, de l'ordre de 7,5 N/mm2 de surface en contact (à 20 comparer à un effort de 30 N/mm2 de surface en contact acier inoxydable sur acier), lors de la manoeuvre de la vanne. L'amplitude de 5 à 20% du taux de compression du joint graphite 17 nécessite un ajustage de la bague serre-siège 20 par une mesure de son logement résiduel et un usinage de la bague 20 afin d'obtenir un jeu (sans le 25 joint en graphite 17) de 0 à 0,05 mm pour un joint en graphite 17 de section par exemple de 4mm x 5mm. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant une vanne papillon dans laquelle l'étanchéité entre le papillon 5 et le joint siège métallique 18 est 30 obtenue facilement et de façon fiable au moindre couple de fermeture. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. REVENDICATIONS 1. Vanne papillon comportant un corps de vanne (1) à l'intérieur duquel est ménagé un conduit cylindrique qui loge un joint annulaire métallique (18) formant un siège pour un obturateur (5) en forme de disque monté pivotant autour d'un axe (4) disposé parallèlement à un diamètre du disque, ledit joint siège métallique (18) étant intercalé, selon un axe longitudinal (A) du conduit, entre une paroi (la) du corps de vanne (1) et une bague serre-siège (20) maintenue par un jonc de retenue annulaire (19) logé dans une gorge radiale intérieure (3) dudit conduit et constitué d'au moins trois segments de retenue en arc de cercle, des moyens de serrage (17) dudit joint siège métallique (18) entre la bague serre-siège (20) et ladite paroi (la) du corps de vanne (1) étant prévus, caractérisée en ce que lesdits moyens de serrage comprennent un joint plat de siège (17) réalisé en un matériau fluable, logé et comprimé dans une rainure annulaire (lb) ménagée selon l'axe longitudinal (A) du conduit dans ladite paroi (la) du corps de vanne (1), en regard du joint siège métallique (18). 2. Vanne papillon selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint plat de siège (17) est essentiellement réalisé en graphite et comprimé à un taux de compression de 5 à 20% en volume dans ladite rainure annulaire (1 b). 3. Vanne papillon selon la revendication 2, caractérisée en ce que le joint plat de siège (17) en graphite est pré-comprimé, notamment à une densité de 1,6, puis re-comprimé de 5 à 20% en volume en situation dans la vanne. 4. Vanne papillon selon une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits segments de retenue (19) sont fixés à la bague serre-siège (20) par des points de soudure (21).