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VANNE D'ARRET POUR CANALISATIONS DE GAZ ET AUTRES FLUIDES.
On connaît déjà des vannes destinées à l'obturation de canalisa- tions pour la vapeur, le gaz, l'eau ou l'air, dans lesquelles un organe, d'ob- turation ou opercule de forme plate, et pourvu d'un perçage correspondant à la section de passage du corps de la vanne, est déplacé au moyen d'une tige filetée d'actionnement, dans le sens longitudinal de celle-ci, entre une po- sition d'ouverture et une position de fermeture. Les opercules font joint, dans le sens de l'écoulement du fluide, et par leurs faces externes opposées, contre des plateaux également pourvus d'un même perçage, et dont la pression d'application contre l'opercule, destinée à assurer l'étanchéité, doit être appropriée à la pression la plus élevée à prendre en considération, dans la canalisation à obturer.
La pression d'étanchéité entre les opercules et les contre-plateaux est réalisée soit du fait d'une expansion des premiers, provoquée au moyen de ressorts ou de coins prévus à l'intérieur de ceux-ci, soit inversement, au moyen d'une force exercée par l'extérieur sur les centre-plateaux, et dirigée vers les opercules. Dans le premier cas, la distance qui sépare les deux fa- ces de l'opercule doit être variable, alors que les contre-plateaux peuvent être montés fixes dans le corps de la vanne; dans le second cas, ce sont les contre-plateaux qui doivent être mobiles axialement, alors que les deux parois opposées de l'opercule peuvent être rigidement assemblées l'une à l'autre.
La présente invention vise cette seconde disposition, qui présen- te l'avantage que la canalisation parcourue par le fluide ne doit comporter des moyens d'étanchéité que seulement à l'extérieur de l'opercule, vis-à-vis du corps de la vanne. On peut donc adopter un opercule établi en une seule pièce, comportant deux plaques ou disques parallèles l'un à l'autre, voire même une seule plaque ou disque. Le fait qu'une telle construction de van- nes ne s'est toutefois pas jusqu'ici répandue doit être expliqué par les difficultés qu'on a rencontrés pour assurer une application satisfaisante des contre-plateaux sur les opercules.
En effet, la pression d'étanchéité doit être exercée sur une surface annulaire dont le diamètre est parfois
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très importante pouvant aller jusqu'à 50 cm ou davantage, et d'autre part des pressions relativement élevées peuvent régner dans les canalisations en question, de sorte que les ressorts utilisés jusqu'ici à cet effet n'ont pas donné satisfaction. De plus, les ressorts hémicoidaux ou analogues, gé- néralement employés, sont de dimensions trop importantes pour bien se prêter aux conditions posées, dans cette application. D'autre part, l'utilisation d'un organe élastique, susceptible à la fois de donner naissance à la pres- sion d'étanchéité et d'assurer le joint entre les contre-plateaux et le corps de la vanne, tel que par exemple une couronne de caoutchouc, ne satisfait pas aux exigences posées.
En effet, de telles couronnes d'étanchéité ne peuvent être employées que pour des températures s'écartant de peu de la température ambiante.
Pour écarter définitivement ces difficultés et développer aussi largement que possible ce mode de construction des vannes, dont on a ci-dès- sus rappelé les avantages, et par opposition avec les différents autres mo- des de construction dont certains ont déjà été appliqués, et dont d'autres font l'objet de prppositions qui n'ont pas encore donné lieu à une publica- tion imprimée, on utilise, conformément à l'invention, et afin de créer la pression d'étanchéité entre les contre-plateaux mobiles dans le sens axial et l'opercule, des organes élastiques constitués par des rondelles coni- ques du type rondelle Belleville.
Ces rondelles élastiques coniques sont connues depuis longtemps.
Leurs propriétés et leurs avantages ont fait l'objet de nombreu- ses études dans la littérature technique. Il s'agit, à part un petit nombre de formes de réalisation spéciales, peu répandues, de bagues ou rondelles de section transversales constante, légèrement coniques et déformables entre certaines limites. Ces rondelles élastiques sont en général disposées en plusieurs exemplaires et co-axialement, soit en série soit en parallèle, c'est-à-dire qu'elles sont en contact l'une avec l'autre, soit alternative- ment par leurs bords externes et internes, leurs inclinaisons étant de même sens.
Dans la première disposition, on obtient une constante d'élasticité plus faible, et dans la seconde disposition une constante d'élasticité plus grande, selon le nombre des éléments employés- On peut aussi utiliser simul- tanément les deux dispositions, en réalisant un empilage élastique: multiple constitué par un certain nombre de rondelles coniques juxtaposées par paires,- de façon à obtenir en même temps une force plus grande et une course élasti- que plus importante qu'avec une rondelle unique.
Dans toutes les considérations théoriques antérieures, visant les rondelles Belleville et leurs applications pratiques, on n'a pas tenté, bien qu'on ait proposé certaines mesures de protection propres à éviter le fléchissement ou affaissement d'un tel empilage élastique, grâce à un guidage intérieur ou extérieur, et par le choix d'un matériau approprié, de dépasser d'une part certaines limites en cequi concerne la largeur des rondelles, et d'autre part certaines limites en ce qui concerne leur épaisseur, par rapport à leur diamètre extérieur. Ceci est évidemment à attribuer au fait que l'on n'a pas encore songé à utiliser les rondelles élastoques coniques pour des applications en vue desquelles, ainsi que c'est le cas ici, on doit employer des rondelles relativement étroites et minces, mais d'un diamètre important.
Conformément à l'invention, on propose pour la première fois de faire usage de rondelles élastiques coniques dont le rapport des diamètres est de l'ordre de dl : da > 0,'7, et dont le rapport de l'épaisseur au dia- mètre extérieur est de l'ordre de s : da< 0,03.
D'autres particularités de l'invention, et des détails portant sur les avantages qu'elle permet d'obtenir, ressortiront de la description qui va suivre, relative à plusieurs exemples de réalisation qu'on a repré- sentés dans les dessins annexés où :
La figure 1 est une vue en coupe verticale axiale d'une vanne d'arrêt destinée à une canalisation de gaz ou d'un autre fluide.
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La figure 2 est une vue partielle, à plus grande échelle, d'un détail de la forme de réalisation suivant la figure 1.
La figure 3 montre une autre variante de réalisation.
Dans un corps 1, comportant de part et d'autre des tubulures'de raccordement 2, 3 coniques et de section croissant vers l'extérieur, corps monté dans une canalisation de gaz ou autre fluide, non représentée, est' logé un opercule 4 de section horizontale rectangulaire, et dont les parois latérales orientées transversalement à la direction d'écoulement du fluide constituent les faces opérantes de cet opercule. L'opercule comporte, à sa partie inférieure, un perçage 5 correspondant au diamètre de l'orifice de passage du corps de la vanne, et cet opercule est engagé, à sa partie supé- rieure, sur une tige filetée de manoeuvre 6 sur laquelle il se visse. Dans l'exemple de réalisation représenté, cette tige de manoeuvre tourne, de ma- nière connue en soi, dans la partie supérieure 7 du corps de la vanne, mais est arrêtée dans le sens axial.
Son extrémité supérieure traverse un presse- étoupe 8 et se termine, dans sa partie qui dépasse à l'extérieur, en un carré 9 qui permet d'agir sur l'opercule dans le sens de l'ouverture ou de la fer- meture, en faisant monter ou descendre cet opercule.
Contre les deux faces externes opposées de l'opercule formé ici par une seule pièce, viennent s'appliquer deux contre-plateaux de pression 10,11 comportant eux-mêmes un perçage qui correspondà la section de passa- ge de la vanne. Ce perçage est ménagé dans une portion tubulaire 12, 13 for- mée sur chaque contre-plateau, et orientée axialement à partir de la face du plateau opposée à l'opercule.
Les portions tubulaires 12, 13 des deux contre-plateaux 10, 11, sont dans la forme de réalisation suivant les figures 1 et 2 engagées dans trois rondelles élastiques coniques 14, 15, 16, une bague de pression métal- lique 17, et un joint d'étanchéité élastique ou plastique 18. Ces éléments sont placés dans des logements correspondants du corps 1 de la vanne; ils assurent d'une part une application élastique des contre-plateaux 10, l sur les faces opérantes de l'opercule 4, et d'autre part l'étanchéité entre les portions tubulaires 12, 13 des contre-plateaux et le corps de la vanne. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, deux rondelles élastiques coniques 14, 15 sont montées en parallèle, leurs conicités étant de même sens, ces deux rondelles étant placées immédiatement derrière les contre-plateaux.
Contre le bord externe de l'une de ces deux rondelles, portant ainsi sur toute leur surface, vient prendre appui la troisième rondelle élastique conique 16, dont l'inclinaison est de sens opposé, et qui d'autre part, s'appuie par son bord interne contre la bague de pression 17, laquelle transmet au joint d'étanchéi- té 18 la force élastique exercée par les rondelles coniques serrées.
On voit que les rondelles élastiques coniques sont guidées en direction radiale, tant à l'extérieur qu'à l'intérieur, de sorte que malgré leur section étroite et mince par rapport à leur diamètre, leur empilage n'est pas exposé à un fléchissement. Eventuellement, et ainsi qu'on l'a montré pour les rondelles 14 et 15, on pourra aussi utiliser deux autres rondelles inclinées dans l'autre sens et superposées. D'ailleurs, le nombre et la dis- position réciproque des diverses rondelles élastiques coniques pourront va- rier à volonté, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.' .
Grâce à la disposition proposée, les rondelles élastiques coni- ques peuvent exercer leur action élastique satisfaisante, connue en soi; bien qu'elles n'exigent qu'un emplacement relativement très réduit, elles assurent cependant une pression d'étanchéité suffisante et uniformément répartie sur toute la périphérie de l'orifice de passage de la vanne, cette pression s'exer- çant entre les contre-plateaux d'une part et l'opercule d'autre part. En outre, en combinaison avec les deux autres éléments annulaires 17, 18 elles assurent le joint entre le corps de la vanne et les portions tubulaires des contre-plateaux.
La forme de réalisation suivant la figure 3, se différencie de celles su'on vient de décrire, seulement par une disposition légèrement dif- férente des rondelles élastiques coniques. Dans ce cas, on dispose au même
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endroit, de part et d'autres des contre-plateaux la, 11, quatre rondelles élastiques coniques 19, 20, 21, .22 dont les obliquités sont successivement de sens opposée de sorte que ces rondelles portent alternativement l'une con- tre l'autre par leur bord externe et par leur bord interne.
La transmission de la force exercée par ces rondelles, d'une part aux contre-plateaux, et d'autre part à la bague de pression 17, s'effectùe par le bord interne des rondelles élastiques coniques correspondantes, comme c'était le cas dans la première forme de réalisation décrite et représentée.
L'invention n'est évidemment pas limitée au mode de construction de l'opercule décrit et représenté dans les exemples de réalisation ci-dessus; elle est susceptible d'être appliquée aussi, avec les mêmes avantages, à des vannes d'arrêt d'une autre construction.
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SHUT-OFF VALVE FOR GAS AND OTHER FLUIDS PIPES.
Valves are already known intended for the closure of pipes for steam, gas, water or air, in which a member, closure or cap of flat shape, and provided with a bore corresponding to the passage section of the body of the valve, is moved by means of a threaded actuating rod, in the longitudinal direction thereof, between an open position and a closed position. The lids are joined, in the direction of the flow of the fluid, and by their opposite external faces, against the plates also provided with the same bore, and whose application pressure against the lid, intended to ensure the tightness, must be appropriate for the highest pressure to be taken into consideration, in the pipe to be closed.
The sealing pressure between the lids and the counterplates is achieved either due to an expansion of the former, caused by means of springs or wedges provided inside them, or vice versa, by means of a force exerted by the outside on the center-plates, and directed towards the lids. In the first case, the distance separating the two sides of the gate must be variable, while the counterplates can be mounted fixed in the body of the valve; in the second case, it is the back plates which must be axially movable, while the two opposite walls of the cover can be rigidly assembled to one another.
The present invention relates to this second arrangement, which has the advantage that the pipe through which the fluid passes must only include sealing means on the outside of the cap, vis-à-vis the body of the fluid. valve. It is therefore possible to adopt a cover established in a single piece, comprising two plates or discs parallel to one another, or even a single plate or disc. The fact that such a valve construction has not hitherto become widespread, however, must be explained by the difficulties which have been encountered in ensuring a satisfactory application of the backing plates to the lids.
Indeed, the sealing pressure must be exerted on an annular surface, the diameter of which is sometimes
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very large, up to 50 cm or more, and on the other hand relatively high pressures can reign in the pipes in question, so that the springs used hitherto for this purpose have not given satisfaction. In addition, the hemicoidal springs or the like, generally employed, are too large in size to lend themselves well to the conditions set in this application. On the other hand, the use of an elastic member, capable both of giving rise to the sealing pressure and of ensuring the seal between the counterplates and the body of the valve, such as by example a rubber crown, does not meet the requirements.
In fact, such sealing rings can only be used for temperatures which deviate slightly from the ambient temperature.
To eliminate these difficulties definitively and to develop as widely as possible this method of construction of valves, the advantages of which have been recalled above, and in opposition to the various other construction methods, some of which have already been applied, and others of which are the subject of proposals which have not yet given rise to a printed publication, is used, in accordance with the invention, and in order to create the sealing pressure between the mobile counter-plates in the axial direction and the cover, resilient members formed by conical washers of the Belleville washer type.
These conical spring washers have been known for a long time.
Their properties and advantages have been the subject of numerous studies in the technical literature. These are, apart from a small number of special embodiments, not widely used, rings or washers of constant cross section, slightly conical and deformable between certain limits. These elastic washers are generally arranged in several copies and co-axially, either in series or in parallel, that is to say that they are in contact with one another, or alternately by their edges. external and internal, their inclinations being in the same direction.
In the first arrangement, a lower elasticity constant is obtained, and in the second arrangement a greater elasticity constant, depending on the number of elements used. The two arrangements can also be used simultaneously, by making a stack elastic: multiple consisting of a number of conical washers juxtaposed in pairs, - so as to obtain at the same time a greater force and a greater elastic stroke than with a single washer.
In all the previous theoretical considerations, aimed at Belleville washers and their practical applications, no attempt has been made, although certain protective measures have been proposed to prevent the sagging or sagging of such an elastic stack, thanks to a internal or external guidance, and by the choice of an appropriate material, to exceed on the one hand certain limits as regards the width of the washers, and on the other hand certain limits as regards their thickness, compared to their diameter outside. This is obviously to be attributed to the fact that no consideration has yet been given to using the conical elastic washers for applications for which, as is the case here, relatively narrow and thin washers must be used, but of a large diameter.
According to the invention, it is proposed for the first time to use conical elastic washers whose diameter ratio is of the order of dl: da> 0, '7, and whose thickness to diameter ratio is outside meter is of the order of s: da <0.03.
Other particular features of the invention, and details relating to the advantages which it makes it possible to obtain, will emerge from the description which follows, relating to several exemplary embodiments which have been shown in the appended drawings where :
Figure 1 is an axial vertical sectional view of a shut-off valve for a gas or other fluid line.
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Figure 2 is a partial view, on a larger scale, of a detail of the embodiment according to Figure 1.
FIG. 3 shows another variant embodiment.
In a body 1, comprising on either side of the connecting tubes 2, 3 and of section increasing towards the outside, body mounted in a gas or other fluid pipe, not shown, is' housed a cover 4 of rectangular horizontal section, and whose side walls oriented transversely to the direction of flow of the fluid constitute the operative faces of this cover. The cap comprises, at its lower part, a bore 5 corresponding to the diameter of the passage orifice of the body of the valve, and this cap is engaged, at its upper part, on a threaded operating rod 6 on which he screws himself. In the exemplary embodiment shown, this operating rod rotates, in a manner known per se, in the upper part 7 of the body of the valve, but is stopped in the axial direction.
Its upper end passes through a cable gland 8 and ends, in its part which protrudes outside, in a square 9 which allows to act on the cover in the direction of opening or closing, by raising or lowering this operculum.
Against the two opposite external faces of the cap formed here by a single piece, two pressure backing plates 10, 11 are applied, themselves comprising a bore which corresponds to the passage section of the valve. This bore is made in a tubular portion 12, 13 formed on each counter-plate, and oriented axially from the face of the plate opposite the cover.
The tubular portions 12, 13 of the two counter-plates 10, 11, are in the embodiment according to Figures 1 and 2 engaged in three conical elastic washers 14, 15, 16, a metal pressure ring 17, and a elastic or plastic seal 18. These elements are placed in corresponding housings of the body 1 of the valve; they ensure, on the one hand, an elastic application of the backing plates 10, 1 on the operating faces of the cover 4, and on the other hand the sealing between the tubular portions 12, 13 of the backing plates and the body of the valve. As can be seen in Figures 1 and 2, two conical elastic washers 14, 15 are mounted in parallel, their taper being in the same direction, these two washers being placed immediately behind the backing plates.
Against the outer edge of one of these two washers, thus bearing over their entire surface, the third conical elastic washer 16 rests, the inclination of which is in the opposite direction, and which, on the other hand, is supported by its inner edge against the pressure ring 17, which transmits to the seal 18 the elastic force exerted by the tight conical washers.
It is seen that the conical spring washers are guided in a radial direction, both outside and inside, so that despite their narrow and thin section relative to their diameter, their stacking is not exposed to deflection. . Optionally, and as has been shown for the washers 14 and 15, it is also possible to use two other washers inclined in the other direction and superimposed. Moreover, the number and the reciprocal arrangement of the various conical elastic washers can vary at will, without departing from the scope of the invention. .
Thanks to the proposed arrangement, the conical elastic washers can exert their satisfactory elastic action, known per se; although they only require a relatively small location, they nevertheless provide a sufficient sealing pressure and uniformly distributed over the entire periphery of the passage orifice of the valve, this pressure being exerted between the counterplates on the one hand and the gate on the other hand. In addition, in combination with the other two annular elements 17, 18 they provide the seal between the body of the valve and the tubular portions of the back plates.
The embodiment according to Figure 3 differs from those just described, only by a slightly different arrangement of the conical spring washers. In this case, we have the same
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place, on either side of the counterplates 1a, 11, four conical elastic washers 19, 20, 21, .22 whose obliquities are successively in opposite directions so that these washers bear alternately against one another. other by their outer edge and by their inner edge.
The transmission of the force exerted by these washers, on the one hand to the counterplates, and on the other hand to the pressure ring 17, is effected by the internal edge of the corresponding conical elastic washers, as was the case in the first embodiment described and shown.
The invention is obviously not limited to the method of construction of the cover described and shown in the exemplary embodiments above; it is also capable of being applied, with the same advantages, to stop valves of another construction.