Brevet FR2970055A1 — publié le 20120706

DOSE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif permettant de réaliser une étanchéité bidirectionnelle 5 sur des organes servant à faire une étanchéité parmi lesquels ont peu mentionner les vannes de tous types et tous types de clapets. Le dispositif peut être aussi utilisé comme dispositif de fermeture d'une conduite ou d'une capacité et plus généralement il s'applique à toutes les fonctions pouvant être remplies par tous les types de vannes ou de robinets existants parmis lesquelles on 10 compte les vannes de régulation, de laminage, de réglage de pression ou de débit, de fermeture, d'échantillonnage ou les clapets. Ce dispositif pourra aussi bien être utilisé sur des vannes de conception différente tel que, pour exemple, des vannes dites en « z » ou encore des vannes dites à boule. 15 Plus particulièrement, la vanne du type pour laquelle l'invention trouve son application la plus judicieuse est à cage dans lequel un piston interne est susceptible de se déplacer coaxialement par rapport à celle-ci, sous l'action d'organes de déplacement actionnables depuis l'extérieur de la vanne. Ledit dispositif étant susceptible de coopérer avec une cage de perte de charge, notamment lorsque la vanne en question est du type à perte de 20 charge variable ou de régulation. ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît de nombreux types de vannes destinées à obturer une canalisation. Parmi 25 celles-ci, figurent les vannes dites « à siège », constituées par une zone de fermeture réalisée d'un opercule susceptible de se plaquer contre le siège de la vanne à obturer. Cet opercule est également, solidaire d'un axe afin de permettre le déplacement de l'opercule pour venir au contact du siège, et ainsi assurer cette fonction d'étanchéité. 30 Si ces vannes dites « à siège » présentent l'avantage de pouvoir assurer une étanchéité pour des pressions très élevées, en revanche, on se heurte à une difficulté née de la conception même de ces vannes. En effet, quelque soit la qualité mise en oeuvre, le piston ne se présente pas naturellement en face de son siège. Ceci est amplifié lorsque la vanne est, pour des raisons de montage, inclinée, ou encore lorsque le piston se déplace dans 35 l'axe de la canalisation. On observe alors une perte d'étanchéité au niveau du siège. Ce problème se rencontre également dans le cadre de la mise en oeuvre de vannes de perte de charge variable, dans lesquelles la paroi latérale du piston vient au contact d'une zone de perte de charge, par exemple constituée d'un support pourvu d'orifices traversants plus ou moins obturés par le piston en fonction du déplacement de celui-ci. Afin de palier cette difficulté, on a proposé par exemple dans le document EP-1 606 538, la mise en oeuvre d'un joint d'étanchéité positionné au niveau d'une gorge annulaire ménagée dans la paroi interne de la canalisation. L'expérience démontre cependant que cette solution n'est pas envisageable pour les pressions élevées, puisque ladite pression induit l'extraction du joint hors de cette gorge annulaire, et partant, altère de manière rédhibitoire et définitive l'étanchéité entre le piston et le corps de vanne, rendant alors impropre ladite vanne à sa destination. Dans le même esprit, on a proposé dans le document FR-2 620 784, également la mise en oeuvre d'un joint annulaire positionné dans une gorge ménagée au sein de la paroi interne de la canalisation. Dans cette forme de réalisation, la forme de la gorge est ainsi définie qu'elle s'oppose à l'extraction du joint hors de son logement, ce document prévoyant en outre, afin de sécuriser le maintien du joint dans ladite gorge, la mise en oeuvre de rondelles élastiques annulaires. Si ce dispositif particulier permet de conserver l'étanchéité même pour des pressions élevées en raison de l'absence d'extraction du joint hors de son logement, il s'avère cependant complexe à réaliser. L'utilisation de cette technologie, représentée sur la figure 7 décrit l'art antérieur. Sur cette figure on identifie un espace repéré (12), crée entre le joint latéral (8) en charge de l'étanchéité et la butée mécanique (4) indispensable au fonctionnement des vannes. Dans le cas d'une vanne de régulation, la distance parcourue entre le joint est la butée mécanique qui va arrêter le piston constitue une « bande morte ». Cette configuration de vanne constitue un risque important d'oscillation des vannes de régulation si le consigne entre dans cette zone. Ce phénomène appelé « pompage » de la vanne conduit très rapidement à la destruction des joints de la vanne, du dispositif en charge de la recopie du positionnement de la vanne, voir de la vanne elle-même car tous les éléments en mouvement sont sollicités de façon anormal. Le deuxième inconvénient découlant d'une telle configuration est l'usure rapide du joint d'étanchéité. En effet celui-ci est, d'une part sollicité de façon dissymétrique de par la position du piston. Le joint sera en frottement dans ces conditions non optimum sur toute la distance que parcourt le piston entre la position ou il rencontre le dit joint et celle de la butée mécanique. Pour des raisons de construction, cette distance ne peut être négligeable ; elle s'accroît même avec le diamètre de la vanne. Enfin la solution de joint latéral est une solution qui fait subir au joint une contrainte concentré sur la zone de première ouverture liée à la dissymétrie du contact entre le piston est le joint provoqué par la position du piston. Ces contraintes répétées fragilisent le joint. Cette situation est encore plus critique lorsque les conditions de températures viennent changer les caractéristiques de résistance mécanique du joint. L'invention propose une solution alternative. EXPOSE DE L'INVENTION Ainsi donc, l'invention propose aux fins de réaliser une telle étanchéité, non pas la mise en oeuvre d'un joint positionné dans une gorge annulaire au sein du corps de vanne ou au sein de la cage de réception du dispositif de perte de charge, mais d'un ensemble de forme également annulaire éventuellement reçu par un « porte-siège » ménagé au niveau de la zone de réception entre le piston et le corps de vanne ou enchâssé dans une gorge pratiquée dans le corps de vanne lui-même. La figure 2 illustre un des exemples possibles de réalisation de l'invention. Cet ensemble ou « dispositif » est constitué d'une pièce annulaire (4), dont la surface de contact avec le piston (3) peut être plane mais tout aussi bien concave ou convexe entourée d'un ou plusieurs joints (4a) et (4b) positionnés à des endroits judicieux, avantageusement d'un ou de chaque côté de la pièce (4) appelée aussi « siège butée », pour maîtriser les déformations de l'ensemble constitué par ledit « siège butée » (4) et le ou les joints (4a) et (4b) dans toutes les configurations. Cette déformation se produit principalement lors de l'appui asymétrique du piston sur le siège. Un « porte-siège » ou une gorge précédemment décrits retient l'ensemble du dispositif constitué, on s'affranchit ainsi de tout risque d'extraction de l'ensemble constitué par le « siège butée » (4) et les joints décrits ci- dessus, d'un quelconque logement annulaire ménagé dans la paroi interne du corps de la vanne ou du corps d'un clapet ou encore de la cage (5) du dispositif de perte de charge représenté sur l'exemple de la figure 1. Dans une configuration particulière de l'invention, représenté sur les figures 1, 3, 4, 5, 6 , ce « siège butée » est constitué par une pièce (4) avec une portée plane qui peut être inclinée selon un ou plusieurs angles et qui est entourée de deux joints, par exemple à lèvres, dont le rôle est celui précédemment décrit. Dans une configuration particulière de l'invention, représenté sur les figures 1, 3, 4, 5, 6 , la surface de contact du piston (3) avec le dispositif (4) est bombée. Une configuration, non représentée où la surface de contact du piston (3) serait plane et la surface de contact de la pièce (4) serait bombée est bien évidement possible. Cet ensemble peut être avantageusement réalisé de façon monobloc sur les figures 1, 4, 5 , 6, en intégrant les joints (4a) et (4b) et la pièce (4) dans une même pièce. Ces joints pouvant être positionnés de part et d'autres de la surface plane ou bombée servant de contact avec le piston. Dans une application particulière de l'invention, représentée par les figures 1, 5, 6, ces joints (4a) et (4b) sont des joints à lèvres ou des lèvres seules. Dans une autre application de l'invention, représentée par la figure 4, ces joints ayant un ou plusieurs lobes, par exemple de forme quadrilobes. Bien évidement l'utilisation à la fois de joints avec des lèvres et de joints avec des lobes, dans une configuration monobloc ou même séparée, satisfait à la fonction recherchée. Dans tous les cas l'ensemble ainsi constitué pourra être réalisé avantageusement en tous types de matériaux déformables, de sorte à permettre, lors de sa déformation sous l'action de la pression du piston, un meilleur contact sur toute la circonférence du dit piston et ainsi garantir l'étanchéité. Le dispositif permet l'étanchéité d'une vanne de régulation, de laminage, de réglage de pression ou de débit, de fermeture, d'échantillonnage ou d'un clapet caractérisé en ce que le dit dispositif est constitué d'un siège (4) destiné à une étanchéité faciale et d'un ou plusieurs joints (4a), (4b) dont le but est de maîtriser les déformations de l'ensemble constitué par le siège et le ou les joints dans toutes les configurations et plus particulièrement dans les conditions d'un appui dissymétrique d'un piston sur ce siège. Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que la pièce (4) les joints (4a), (4b) sont réalisés en une seule pièce constituant un ensemble monobloc. Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que les joints (4a), (4b) ont des lèvres. Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que les joints (4a), (4b) ont un ou plusieurs lobes. Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que les joints (4a), (4b) ont des lèvres sur un des côtés du dispositif (4) et des lobes sur l'autre côté. Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que la partie ou le piston (3) rentre en 30 contact avec le siège (4) n'est pas perpendiculaire à l'axe de la vanne mais inclinée. Cette pente pouvant être constituée par un ou plusieurs angles. Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que le piston (3) ou le siège (4) ont une partie bombée convexe ou concave. Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que la partie ou le piston (3) rentre en contact avec le siège (4) est plane et perpendiculaire à l'axe de la vanne. 35 Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que les joints (4a), (4b) sont situés dans une gorge pratiqué dans la pièce (4). Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que les joints (4a), (4b) sont situés dans la ou les parois qui reçoivent la pièce (4). Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que un élément déformable ou élastique (6) peu être ajouté à l'arrière du dit dispositif (4). Le dispositif d'étanchéité est aussi caractérisé en ce que la gorge pour recevoir le dispositif est constitué par un épaulement pratiqué dans le corps de vanne (1) complété par une pièce amovible (7), le tout constituant le volume nécessaire à recevoir le dispositif (4). Le dispositif d'étanchéité est aussi un système de régulation de débit, de perte de charge et d étanchéité, sans distance « bande morte » entre la zone de régulation et le point de butée mécanique comprenant : Une pièce (4) appelée « siège butée » dans une gorge constituée par un espace resté libre entre la pièce (5) et la pièce (7). - Une pièce (5) appelée « cartouche », coaxiale avec le corps de vanne (1), et au sein duquel est susceptible de se déplacer un piston (3) sous l'action d'une tige (2), ledit piston (3) étant d'un diamètre compatible avec le diamètre de la pièce (4) pour que ces deux pièces (3) et (4) rentrent en contact. - Une pièce (7) appelée « porte-siège », solidarisée à l'extrémité du corps de vanne (1). Des plaques de perte de charge, pour exemple (10) et (11), constituées de cylindres percés, de diamètres supérieurs à la cartouche (5), emboîtés les uns dans les autres et coaxialement sur la cartouche et ajustés entre eux ou avec la cartouche (5). Caractérisé en ce que le « porte-siège » (7) reçoit au niveau de son extrémité libre un dispositif à annulaire (4) et en ce que la cartouche (5) coopère avec la pièce (7), le tout constituant un dispositif apte à réguler le débit ou la perte de charge par le déplacement du piston (3) jusqu'à la butée mécanique constituée par la pièce (4) logée dans une gorge réalisée entre la pièce (7) et la cartouche (5) (figure 1) . Le système obtenu est un système de régulation de perte de charge et d'obturation d'une canalisation, sans distance entre la zone de régulation et le point de butée mécanique comprenant : Une pièce (4) appelée « siège butée » positionnée dans une gorge pratiquée dans le corps de vanne (1) éventuellement compléter par un épaulement dans une pièce (7) liée au corps de vanne (1). le corps de vanne (1), et au sein duquel est susceptible de se déplacer un piston (3) sous l'action d'une tige (2) ledit piston (3) étant d'un diamètre compatible avec le diamètre de la pièce (4) pour que ces deux pièces (3) et (4) rentre en contact. Des plaques de perte de charge, pour exemple (10) et (11) constituées de cylindres percés, de diamètres supérieurs à la cage crée dans le corps de la pièce (1), emboîtés les uns dans les autres et coaxialement sur la cage pratiquée dans le corps de la vanne (1) et ajustés entre eux ou avec le corps de vanne (1). Caractérisé en ce qu'un dispositif à annulaire (4) et en ce que le corps de vanne (1) coopère avec la pièce (7), le tout constituant un dispositif apte à réguler le débit ou la perte de charge par le déplacement du piston (3) jusqu'à la butée mécanique constituée par la pièce (4) logée dans une gorge réalisée dans une gorge réalisée dans le corps (1) de la vanne (figure 6). BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif; à l'appui des figures annexées. 25 La figure 1 est une vue schématique en section d'une vanne mettant en oeuvre le dispositif objet de l'invention dans sa configuration préférée avec un dispositif monobloc muni de son talon déformable. La figure 2 est une vue schématique en section d'une vanne mettant en oeuvre le dispositif objet de l'invention dans une configuration ou les joints (4a), (4b) et la pièce (4) sont 30 séparés et positionnés dans des pièces différentes . La figure 3 est une vue schématique en section d'une vanne mettant en oeuvre le dispositif objet de l'invention dans une configuration ou les joints (4a), (4b) sont positionnés dans la pièce (4) mais ne sont pas réalisés dans la pièce (4) de façon monobloc . La figure 4 est une vue schématique en section d'une vanne mettant en oeuvre le dispositif 35 objet de l'invention dans une configuration ou les joints (4a), (4b) et la pièce (4) sont réalisés dans la structure de la pièce (4) de façon monobloc. Ces joints (4a), (4b) intégrés à ladite pièce (4) ayant une forme à un ou plusieurs lobes.20 La figure 5 est une vue schématique en section d'une vanne mettant en oeuvre le dispositif objet de l'invention dans une configuration ou les joints (4a), (4b) et la pièce (4) sont réalisés dans la structure de la pièce (4) de façon monobloc. Ces joints (4a), (4b) intégrés à ladite pièce (4) ayant une forme de lèvres. La figure 6 est une vue schématique en section d'une vanne mettant en oeuvre le dispositif objet de l'invention dans une configuration ou les joints (4a), (4b) et la pièce (4) sont réalisés dans la structure de la pièce (4) de façon monobloc. Ces joints (4a), (4b) intégrés à ladite pièce (4) derrière laquelle un talon déformable est ajouté La figure 7 représente l'état de l'art antérieur. MODE DE REALISATION DE L'INVENTION On a donc représenté au sein de la figure 1 une vue en section d'une partie d'une vanne. L'invention convient tout aussi bien à une vanne de fermeture, à une vanne de régulation, à un clapet ou à tout autre organe de fermeture nécessitant une très bonne étanchéité en fm de course. Dans tous ces cas, le dispositif objet de l'invention permet de maîtriser les déformations de l'ensemble constitué par ledit « siège butée » (4) et le ou les joints (4a) et (4b) dans toutes les configurations. Dans le cas d'une vanne de régulation le dispositif objet de l'invention présente l'avantage supplémentaire de permettre, en remplissant les fonctions d'étanchéité et de butée mécanique en un endroit unique, de supprimer l'effet de « bande morte » sur une vanne de régulation. Le cas choisit pour décrire le mode de réalisation de l'invention est donc celui d'une vanne de régulation munie de ce dispositif objet de l'invention, fig1. Dans cette vanne de régulation, un dispositif de régulation ou de perte de charge est installé à l'intérieur du corps de la vanne (1). Ce dispositif de régulation ou de perte de charge est composé d'une cartouche (5), et d'un ou de plusieurs cylindres percés et éventuellement rainurés (10) et (11) pour exemple, qui sont lié à la pièce (5). Les dispositifs de régulation ou de perte de charge (10) et (11) constituent un empilement de cylindres. Bien évidement le nombre de ces cylindres n'est pas limité. La vanne comporte aussi un piston (3) monté à l'extrémité d'un axe ou d'une tige (2). Ledit piston (3) se déplace sur l'axe du corps de vanne (1).Le dispositif objet de l'invention est constitué d'une pièce annulaire (4) muni de ces joints intégrés (4a) et (4b), dans ce cas monobloc, dont la surface rentre en contact avec le piston (3) en fm de course constituant ainsi en un point unique une étanchéité permettant de maîtriser les déformations inhérentes à ce genre de vannes et une butée d'arrêt du piston (3). Le dispositif (4) est contenu par un espace laissé libre entre un « porte-siège » (7) et la pièce (5). Le porte siège (7) et la pièce (5) sont fixés, directement ou indirectement, sur le corps de vanne (1). La perte de charge est créée par le passage du fluide à travers les différents orifices dont sont munies lesdits cylindres (10) et (11) et la cartouche (5). La variation du coefficient de perte de charge est obtenue par l'obturation par le piston (3) des orifices (9) pratiqués dans la pièce (5). Ce « siège butée » annulaire (4) est muni de deux portées latérales d'étanchéité, qui dans 35 ce cas sont des lèvres. La lèvre externe (4a) vient en contact avec la paroi latérale de la cartouche (5), La lèvre interne (4b) prend appui contre un épaulement pratiqué » dans la pièce (7). Ces portées d'étanchéité (4a) et (4b) peuvent ne pas être situées dans le même plan, mais décalée l'une par rapport à l'autre, ainsi qu'on peut bien l'observer, notamment sur la figurel. Elles sont reliées l'une à l'autre par une surface de contact, en l'espèce une surface inclinée sur laquelle du piston (3) prendra appui en bout de course. Dans tous les cas le piston (3), réalise une étanchéité avec ladite surface de la pièce (4) entre les portées d'étanchéité (4a) et interne (4b). L'ensemble constitue un dispositif d'étanchéité amont aval pour une vanne ou un clapet. La pièce (4) peut être réalisée avantageusement en un matériau déformable ou être munie d'un talon déformable pour permettre de mieux maîtriser les déformations inhérentes à ce type de vannes. La pièce (4) est aussi une butée mécanique pour le piston (3). Le point de butée mécanique et le point d'étanchéité sont positionnés au même point. Cet avantage permet de ne pas généré de phénomènes d'ocillation des vannes de régulation qui se produise lorsque le point de fonctionnement de la vanne rentre dans la zone dite de « bande morte » née de la distance entre le joint d'étanchéité (8) sur la figure 7 représentant l'art antérieur et la butée mécanique (4) indispensable pour arrêter le piston (3).