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1* invention est relative aux vannes pour conduites à pression fluide et plus spécialement à des perfectionnements apportés aux vannes à clé du type conique à lubrification. les vannes à clé sont actuellement d'usage répandu dans l'industrie et alors que de telles vannes, et en parti- culier celles du type à clé conique à lubrification procurent généralement un service satisfaisant dans la plupart des appli- cationselles sont sujettes à certains inconvénients qui tendent à accroitre leurs frais de fabrication et d'entretien,
se traduisant par une plus courte durée d'utilisation et en- travent le fonctionnement des vannes,
La plus gênante peut être des difficultés rencontrées dans des constructions antérieures de vannes à clé coniquepro-
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vient de la nécessité de prévoir des moyens fournissant une pression de lubrifiant nour former et maintenir un film de joint ou scellement,, plastique, continu, de lubrifiant entre les surfaces de siège pendant le fonctionnement normal des vannes, et pour soulever hydrauliquement les clés des vannes lorsqu' elles deviennent difficiles à faire tourner.
La structure et le fonctionnement des moyens d'alimentation de lubrifiant pour des vannes à clé sont bien connus dans la technique et, brieve- ment décrits, ces moyens comprennent généralement des disposi- tifs de mise sous pression du lubrifiant et un système de rai- nures de distribution de lubrifiant incorporé dans la vanne ,d' une manière telle que lorsque le lubrifiant est mis sous pres- sion il s'écoule et forme un film de lubrification et de scellement entre la clé de la vanne et son siège, et agit égale- ment pour exercer sur la clé de vanne une force de soulèvement hydraulique ayant une composante de direction propre à soule- ver et libérer la clé de son siège.,
Il est hautement désirable dans ces vannes de contrôler l'amplitude du mouvement de la clé en réponse à l'application de pressions de lubrifiant..
Si la clé n'est pas suffisamment soulevée pour séparer les surfaces de portée ou siège de la clé largement assez que pour 'permettre l'écoulement de lubrifiant entre elles,. il ne se formera pas de film continu de lubrifiant et la clé restera difficile à faire tourner.Si la clé est sou- levée trop loin, la large séparation des surfaces de portée ou siège permettra la canalisation du lubrifiant et le libre écoulement du lubrifiant et du fluide de conduite entre les surfaces séparées.
Antérieurement, il a été de coutume de contrôler le dépla- cement des clés de vannes pendant la lubrification et le sou- lèvement hydraulique par l'emploi de très forts ressorts on autres organes élastiques influençant la clé, qui exercent des forces axiales sur les clées de vannes appropriées à s'opposer à
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tous les déplacements axiaux des clés sauf de' très petits, le fonctionnement de cette manière étnt possible du fait que pour des déplacements plus grands des clés, la. fuite du lubri- fiant par les surfaces de porter ou siège abaisse effective- ment la pression de soulèvement de manière à équilibrer tout juste la force de rappel exercée par les ressorts ou organes élastiques sous tension.
De tels ressorts ou organes élastiques doivent être de construction très forte à l'effet de procurer une force de sollicitation de la valeur requise pour équilibrer les pressions de soulèvement hydrauliques, par exemple une disposition constructive antérieure de vanne qui est largement utilisée, fait usage d'une forte plaque de fermeture de boi- tier en acier comme moyen destiné à influencer la clé, en comptant sur l'élasticité inhérents de la -claque de fermeture pour permettre un mouvement limité de la clé de la vanne par déformation de la plaque.
Mise à part leur fonction pendant la lubrification et le soulèvement hydraulique, les moyens élastiques influençant la clé servent également,pendant le fonctionnement normal de la vanne, à maintenir fermement la clé en engagement avec son siège, la force élastique requise dans ce but dépendant d'un certain nombre de facteurs tels quepar exemple) les pressions de conduite et la présence ou l'absence dans la vanne de moyens d'équilibrage de la pression de con- duite. En général toutefois, la forme d'application de la clé sur son siège pendant le fonctionnement normal est très petite comparativement à celle requise pour résister aux pressions de lubrifiant, en particulier dans des vannes équilibrées.
Conformément, dans ces vannes antérieures, les ressorts ou semblables influençant la clé, lorsqu'ils sont établis suf- fissament forts pour contrôler convenablement le déplacement des clés des vannes en réponse à l'application d'une pression de lubrifiant,sont alors plusieurs fois plus forts que nécea-
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saixe pour maintemir C onv.., ns.b le roe nt les clés sur leurs sièges pendant le fonctionnement normal des vannes..
Ceci donne naissance à un certain nombre de problèmes et de désavantages, parmi lesquels l'un des principaux est la dif- ficulté de faire tourner la clé de la vanne lorsqu'elle est fortement coinçèe dans son siège par un rassort de sollicitation surpuissant, inconvénient souvent rencontré alors même que la clé n'est pas collée ou gelée dans son siège par la corrosion, une longue inaction ou toute autre cause.
Pour cette raison il est souvent nécessaire de soulever hydrauliquement ces clés de vannes avant et pendant chaque fonctionnement quelle que soit la fréquence de l'utilisation et, du fait de la quantité requise de lubrifiant et de la perte de temps, ce processus ne conduit pas à un fonctionnement économique.,
En outre comme le ressort influençant la clé doit être suffisamment fort pour limiter lui-même la mouvement de soulève- ment de la clef, et comme il agit pour résister directement à des'pressions de soulèvement sur la clé de vanne, des pressions de lubrifiant très élevées sont nécessaires pour soulever la clé de son siège.
Ceci requiert des systèmes d'alimentation de lubrifiant relativement complexes, capables de procurer la haute pression nécessaire, et conduit souvent à des pertes ou gaspillage de lubrifiant en raison de la difficulté de préve- nir les fuites à de telles pressions..
Une autre caractéristique indésirable encore de ces vannes antérieures,est le mauvais contrtle du déplacement de la clé que procure le ressort de sollicitation de la clé pendant le sou- lèvement.' A l'effet de former et de maintenir une couche @e joint ou scellement continue de lubrifiant entre les surfaces do portée ou siège de la vanne qui sont séparées par le soulève- ment, sans échappement inutile de lubrifiant ou fuite du fluide de conduite, il est désirable que la séparation dos surfaces de
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portée ou siège soit limitée de façon définie à une gamme pré- déterminée de valeurs.
Les ressorts de sollicitation des clés employés dans les vannée antérieures pour xégier le mouvement de la clé, ne procurent pas de telles imites définies et pré- déterminées lors du déplacement de la clé, ou de la séparation résultante des surfaces de portée ou siège de la vanne
Un objet essentiel de 1* invention est de prévoir des vannes à clé lubrifiées nouvelles et perfectionnées, non sujettes aux faiblesses énumérées et autres, caractéristiques des vanner an- térieures de ce genre, et 9, conformément à l'invention, ce but est réalisé en prévoyant des moyens d'arrêt ou butée positifs séparés et fonctionnellement indépendants des ressorts appliquant la clé sur son siège,
les moyens d'arrêt ou butée positifs étant inefficaces pour s'opposer au mouvement de soulèvement de la clé de vanne jusqu'à ce qu'elle ait reçu un déplacement maximum pré- déterminé et devenant ensuite efficaces pour prévenir un mouve- ment additionnel de la clé et résister aux pressions de soulève- ment du lubrifiant appliquées à la clé.
Comme dans ces disposi- tions de vannes les ressorts influençant la clé ne doivent pas servir de moyens d'arrêt ou butée pour limiter le mouvement de la clé, et ne doivent pas résister aux pressions de soulèvement du lubrifiant, ces ressorts peuvent être établis de la force minimum nécessaire pour engendrer une force adéquate d'applica- tion de la clé sur son siège pendant le fonctionnement normal de la vanne, en procurant ainsi une charge d'application moindre pour la clé que ce que l'on considérait antérieurement comme réalisable,et une rotation plus aisée résultante de la clé de vanne avec ou sans soulèvement hydraulique.
Un autre désavantage caractéristique de dispositions de vannes à clé antérieures, et spécialement de celles du type lubrifié à clé conique, réside dans la difficulté de régler initialement ou d'ajuster ultérieurement la valeur exacte de la
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charge initiale ou pré-charge appliquée aux ressorts chargeant la clé. La valeur de la pré-charge de ressort est en relation définie avec les forces requises pour faire tourner la clé entre les positions ouverte et fermée et pour soulever hydrauliquement la clé de son siège et agit également dans la détermination de l'épaisseur du film de la matière de lubrification et de scellement entre les surfaces de siège de la clé de vanne.
Ainsi les carac- téristiques de la pré-charge appliqué; aux ressorts de charge de la clé sont des facteurs: critiques de la réalisation d'une lubri- fication,d'un scellement et d'un fonctionnement satisfaisants des vannes.
Antérieurement on a généralement considéré comme nécessaire de maintenir les parties ou organes des vannas dans des tolérances très étroites et d'effectuer un ajustement final soigné de là charge des ressorts, habituellement par "tâtonnement", tant à l'as- semblage intial qu'en service.Divers dispositifs de réglage de la charge des ressorts,, accessibles de l'extérieur du boitier de vanne, ont été proposés dans ce but, mais ces dispositions anté- rieures avaient en général une tendance aux fuites autour du mé- canisme de réglage et étaient sujettes à d'autres désavantages également indésirables.
Conformément à l'invention, on obtie à la nécessité d'un façonnage manuel à des tolérances dimensionnelles étroites et d' un réglage soigné de la pré-charge élastique par l'emploi de res- sortsde charge de la clé ayant des caractéristiques pratiquement constantes de déflexion sous charge dans des intervalles suffisam- ment étendus de déflexion initiale pour tolérer certaines varia- tions de dimensions de fabrication des parties ou organes des vannes, et assurer que la force d'application de la c lé sur son siège exercée par les ressorts soit pratiquement constante, même lors d'un changement de position de la clé résultant d'un soulè- vement hydraulique ou d'une autre cause.
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Conformément, un objet essentiel de l'invention est de pré- voir des vannes à clé nouvelles et perfectionnées \aU type à clé conique et lubrification, caractérisées par la facilité etl'éco- nomie. de fabrication, une longue durée de vie sans inconvénients et un fonctionnement grandement amélioré.
Un objet important de l'invention est également de 'prévoir des vannes à clé nouvelles et perfectionnées du typa à clé coni- que et lubrification, comprenant des moyens sollicitant la clé Vers son siëge et des moyens séparés limitant le mouvement axial maximum de la. clé dans la direction l'écartant de son siège com- me résultat d'un soulèvement par le lubrifiant ou autre cause..
Un autre objet de l'invention est de prévoir des vannes nou- velles et perfectionnées du type à clé conique et lubrification, comprenant des moyens d'arrêt ou butée positifs limitant le.mouve- ment axial de la clé, résultant de l'application d'une pression de lubrifiant, à des déplacements propres à promouvoir la forma- tion de films de scellement ou joint plastiques continua, de lu- brifiant, entre les surfaces de siège de la vanne, d'épaisseur optimum pour obtenir les meilleurs lubrification et action de joint.
Un autre objet de l'invention consisté à prévoir de nouvel- les vannes à clé du type à clé conique et lubrification, compre- nant des ressorts sollicitant la clé de vanne qui sont relative- ment faibles et ne présentent aucune résistance notable aux for- ces de soulèvement appliquées aine clés,ces forces étant absorbées par des moyens positifs opérables indépendamment des forces élas- tiques exercées par les ressorts de sollicitation.
Un autre objet de l'invention consiste à prévoir de nouvel- les vannes à clé du type à clé conique et lubrification, compre- nant des ressorts qui normalement influencent élastiquement la c lé de vanne vers son siège,et doublés par des moyens d'arrêt ou butée positifs, effectifs pour résister à des pressions hydrau- liques de soulèvement après un déplacement axial prédéterminé de
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la clé en réponse à l'application d'une pression de soulèvement, pour /ainsi permettre la sélection et remploi de moyens élastiques de sollicitation de force propre à procurer l'aisance maximum de fonctionnement de la vanne,en particulier en ce qui concerne le soulèvement de la clé, et la lubrification et scellement optima.
Un autre objet encore est de prévoir letelles vannes dans lesquelles les moyens d'arrêt ou butée positifs sont agencée pour limiter le déplacement axial de la clé de vanne de ma- nière qu'il soit approximativement égal à l'épaisseur maximum choisie de couche de lubrifiant divisés l'or le sinus de l'angle de conicité de la clé de vanne.
Un objet de l'invention est également de prévoir descons- tructions nouvelles et perfectionnées de vannes à clé,dans les- quelles la pré-charge appliquée au ressort de charge de la clé est pratiquement indépendante des tolérances de fabrication sur les organes ou parties des vannes, en éliminant de ce fait toute nécessité d'un façonnage manuel.
Un autre objet de l'invention est de prévoir des construc- tions nouvelles de vannes à clé comprenant des ressorts de char- ge des clés ayant des caractéristiques pratiquement constantes de déflexion sous charge dans une gamme étendue de déflexion afin d'éviter la nécessité d'un ajustement critique des ressorts et de leurs montages..
Ces objets et d'autres objets, particularités et avantages de l'invention ressortiront plus complètement des revendications et de la description détailée qui suit, en association avec les dessins annexés sur lesquels ;
Fig.1 est une coupe axiale pratiquée dans une forme d'ensemble de vanne réalisant l'invention ;
Fig.2 est une coupa fragmentaire suivant la ligne 2-2 de la figure 1, illustrant les rainures de lubrification de la vanne ;
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Fig..3 est une vue de détail, illustrant le fonctionnement de la rondelle-ressort chargeant la c lé ; Fig.4 est un diagramme montrant les caractéristiques de défle- xion sous charge de la rondelle-ressort de la figure 3 ;
Fig.5 est une coupe axiale fragnentaire pratiquée dans une autre forme d'ensemble de vanne à clé réalisant l'invention ;
Fig.-6 est une vue analogue à la fig.5, montrant la clé en position soulevée ,; Fig.7 est une coupe axiale pratiquée dans une autre forme encore d'ensemble de vanne à clé réalisant l'invention ; Fig.8 est une vue fragmentaire 'agrandi , principalement en coupe, illustrant une autre forme de l'invention ; et, Fig.9 est une vue en coupe fragmentaire montrant une variante de la fig.8.
Dans la fig.1, un corps de vanne ou boitier 11 est pourvu d'un passage 13 pour:l'écoulement d'un fluide et d'un passage transversal comportant un siège de vanne conique comprenant une surface de siège conique supérieure 15 et une surface de siège conique inférieure 17 procurant des surfaces de portée ou d'appui radiale annulaire et de butée pour un organe 19 formant clé de vanne coniquecomportant une lumière 21 le traversant comme indi- qué en traits interrompus en 22 sur la fig.1, la clé de vanne y étant montrée en position d'ouverture de la vanne..
La clé de vanne 19 comporte dessurfaces de siège coniques supérieure et inférieure, 23 et 24, coopérant respectivement avec les surfaces de siège supérieure et inférieure 15 et 17 du corps de vanne. Une tige de clé cylindrique 25 est formée d'une pièce ou autrement fixée à la clé de vanne 19 au dessus de sa surface de siège 23 -et s'étend vers le haut hors du corps de vanne 11. Une tige analogue 26 peut être prévue à l'extrémité inférieure de la clé de vanne, comme représenté. La tige supé- rieure 25 de la clé peut comporter une tête 27 de section carrée
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comme illustré, ou d'autre confirmation appropriée, grâce à quoi la tête peut être aisément engages et amenée à tourner à l'aide d'une clé ou outil analogue.
Lorsque la clé de. manoeuvre est appliquée à la tête 27 et conduite en rotation, la clé 19 peut être tournée entre des positions d'ouverture et de fermeture dis- tantes de 90 ,la rotation étant limitée par un collier d'arrêt ou butée 29 serré ou autrement monté de manière détachable sur la tige 25 et comportant un bras plongeant 31 qui engage une saillie 33 solidaire du corps 11 dans des positions extrêmes distantes de 90 , pour limiter le mouvement de la clé.
Intérieurement la tige 25 est pourvue d'un alésage fileté 35 en communication ouverte par des perforations transversales 37' et 38, situées à son extrémité inférieure ,avec une chambre à lubrifiant 39 du corps de vanne, cette chambre entourant la c lé de vanne 19 dans un emplacement adjacent de son extrémité étroite supérieure.
L'alésage 35 peut contenir, en un ensemble fileté, une sou- page à bille de retenue 41 pour empêcher l'écoulement ascendant et l'échappement de lubrifiant de la. chambre 39, et une vis tournante à lubrifiant 43,comportant une tète de manoeuvra 45, s' étendant au dessus de la tige 25.
Comme il est montré sur las figs 1 et 2, la surface de la clé de vanne 19 est établie avec quatre @@inures superficielles lon- gitudinales 46,47,48 et 49 espacées de 90 . les rainures 47 et 49 communiquent , à leurs extrémité infé- rieures, avec une rainure annulaire 5 0 qui s'étend autour de la surface de siège: conique inférieure 24 de la clé comme illustré fig.1. A leurs extrémités supérieures,les rainures 46 et 47 se terminent à peu de distance d'une rainure annulaire 51 du corps de vanne 11 faisant partie de la chambre à lubrifiant 39, amis s'étendant dans l'étendue des surfaces de siège supérieu- res 15 et 23 du corps de vanne et de la lé, respectivement,
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comme représenté.
A leurs extrémités inférieures les rainures 46 et 49 se terminent à peu de distance de la rainure 50,mais sont reliées à la rainure 50 dans les positions d'ouverture et de fer- meture complètes de la vanne par des rainures courtes 50' distantes de 90 , ménagées dans le corps de vanne..
La surface de siège 15 du corps de vanne 11 est établie avec quatre courtes rainures longitudinales également espacées ,52 53,54 et 55 s'ouvrantes), leurs extrémités supérieures dans la rai- nure annulaire 51 du corps de vanne et s'étendant le long de la sur- face de siège 15, à 90 l'une de l'autre, pour venir en recouvre- ment avec les extrémités supérieures des rainures de la clé 46-49 lorsque la clé se trouve dans l'une ou l'autre position extrême de son déplacement de 90 , grâce à quoi,lorsque la clé est dans la po- sition de la.', vanna de la fig.-l,et lorsqu'elle se trouve dans- la position de fermeture à 90 ,position dans laquelle la lumière 21 de la clé est normale au passage 13,
les rainures de la clé 46..49,sont toutes en communication avec les rainures annulaires 50 et 51.
Après enlèvement de la vis à lubrifiant 43 de l'alésage 35 de la tige 25, du lubrifiant en bâton, ou autre forme,peut être introduit dans le sommet de l'alésage 35.
La vis à lubrifiant est alors introduite et tournée dans l'alésage 35 pour placer. la lubrifiant qui s'y trouve sous pres- sion ,de manière à déplacer du lubrifiant vers le bas, à travers l' ensemble de soupape de retenue 41 , les perforations traversales 37 et 38 et dans le réservoir 39. Le lubrifiant ainsi mis sous pression dans le réservoir 39 remplit la rainure annulaire 51 du corps de vanne et également les courtes rainurés longitudinales 52-55 y connectées.
Si la clé de vanne est dans la position de pleine ouver- ture comme montré aux figures 1 et 2,ces rainures 52-55 du corps de vanne sont choc uns en coïncidence avec une des. rainures 46-49 de la clé de vanne,en fournissant ainsi du lubrifiant sous pression aux rainures de la clé et aux surfaces de siège dans lesquelles elles'.
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s'étendent..
Du lubrifiant sous pression sécoule également dans les rainures 46-49 de la clé vers la rainure ansulaire 50 de la surface de siège conique inférieure 24 de la clé de vanne 19. lorsque la clé est tournée de 90 à partir de la position de la fig.-l, c'est-à-dire dans la position de fermeture complète, haut le circuit de distribution de lubrifiant décrit plus/sera prati- quement le même, sauf que les rainures longitudinales 46-49 de la clé seront déplacées de 90 ,de manière que la rainure 46 ae trouvera maintenant en coïncidence à son extrémité supérieure avec la courte rainure 53 ou 54 et les autres rainures de la clé
47-49 seront reliées de manière c orre spondante .Ainsi , dans l'une ou l'autre des positions actives à 90 de la clé de vanne,le ré- servoir à lubrifiant,
comprenant l'espace dans l'alésage 35 et la chambre 39, est relié par le système de rainures décrit- plus haut avec les surfaces de siège 15,17,23 et 24 du corps de vanne et de la clé, le lubrifiant étant déplacé dans le système jusqu'à ce que le réservoir et les rainures soient entièrement remplis delubrifiant. Lorsque la clé est tournée pour ouvrir ou fermer la vanne, ce lubrifiant des rainures est répandu sur les surfaces de siège pour les lubrifier et procurer un scellement ou joint plastique contre l'échappement du fluide de conduite.
Une rotation poursuivie de la vis à lubrifiant 43 place le lubrifiant du réservoir au dessus de la petite extrémité de la clé sous pression croissante.Cette génération de pression contre une extrémité de la clé exerce une action de soulèvement hydraulique contre la clé, pour la déplacer axialement et sépa- rer les surfaces de siège supérieures 15 et 23 et les surfaces de siège inférieures 17 et 24 du cprps de vanne et de la clé, afin de libérer la clé si elle avait été gelée ou bien était dif- ficile à tourner..
Du lubrifiant sous pression dans la rainure annulaire 50
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de la surface de siège 24 de la clé, contribuera également à l'action de soulèvement si la clé se trouve dans l'une ou l' autre de ses positions extrêmes à 90 , positions dans lesquel- les du lubrifiant sous pression est fourni à cette rainure.
Toutefois, l'action de soulèvement à l'extrémité supérieure de la vanne est, en raison des étendues effectives relatives con- tre lesquelles agit la pression du lubrifiant, beaucoup plus grande qu'une telle action à la rainure 50 et seule est plus qu' adéquate à libérer la clé pour sa rotation..Il est à noter, que cette action de soulèvement à l'extrémité supérieure de la clé, permet de soulever et libérer la c lé dans des positions médianes aussi bien que dans les positions de pleine ouverture et pleine fermeture,et permet également de libérer la clé alors même que ses rainures à lubrifiant sont obtruées. fin outre, la clé lors- qu'elle est gelée peut, si nécessaire, être décalée de son siège en frappant sur l'extrémité externe de la tige de la clé.
C omme il est montré ,la tige de clé 25 et l'alésage dans le corps 11 à travers lequel la tige s'étend,sont de diamètres relatifs propres à procurer un jeu annulaire 56 entre la tige et l'alésage,la clé étant maintenue convenablement alignée axialement dans le corps 11 par les surfaces de siège de la clé et du corps 15 ,17',23 et 24, plutôt qu'en tourillonnant étroite- ment les tiges de la clé dans le corps de vanne.
L'échappement de lubrifiant de la chambre à lubrifiant 39 vers le haut, à travers ce jeu annulaire 56, est empêché par le scellement ou joint radial 57 qui comprend un anneau de profil en L,59, en une matière plastique ou semblable à, faible friction, et un 0-ring 61 en matériau élastomère,disposé dans l'angle de l'anneau 59 et comprimé entre l'anneau 59 et la paroi entourante du boitier.
En fonctionnement, du lubrifiant sous pression de la chambre à lubrifiant 39 agit directement sur l'ensemble de joint 57 pour le repousser vers le haut contre un épaulement plan 62
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formé dans le corps de vanne 11.L'anneau en L 59,en plastique à faible friction, furme étroitement joint périphériquement autour de la tige 25 qui y tourne ,et 1*0-ring 61 en élastomère .
fonctionne comme un joint statique sur le corps de vanne 11 et agit également comme organe de mise en charge préalable pour Panneau en L, le sollicitant fermement en engagement avec la tige 25 de la clé autour de toute sa circonférence .Même à des pressions de conduite relativement élevées, la clé de vanne peut être tournée librement et librement déplacée axialement dans l'ensemble de joint en raison des caractéristiques de faible friction de son anneau en L, 59, en facilitant ainsi grandement le soulèvement de ia clé de vanne de la maniera décrite plus haut.
Si on le désirait, un joint anti-poussière , comprenant un anneau 64 en feutre, cuir ou autre manière appropriée, peut être prévu entre le collier d'arrêt. ou de butée 29,la tige de clé 25 et le corps de vanne 11, pour prévenir la pénétration des poussières et autres matières étrangères dans l'espace de jeu annulaire 56 entre le corps de vanne et la tige de la clé..
La tige 26 se projetant vers le bas à partir de l'extrémité inférieure de la clé 19 est, comme montré, pourvue d'un joint radial 65 qui, de préférence, est de structure analogue au joint 57 décrit plus haut. la tige et joint inférieurs sont re- çus dans :un alésage en gradins 66 de la face interne d'une pla- que de fermeture 67 fixée de manière détachable, par des bou- lons 69, au corps de vanne 11, pour fermer l'extrémité inférieu- re de l'alésage de la clé à travers le corps de vanne.
Une gar- niture 71 disposée dans le joint entra le corps de vanne et la plaque de fermeture s'oppose aux fuites à travers ce joint, l' épaisseur de la garniture utilisée étant choisie de manière à procurer le degré convenable de compression d'un ressort annu- laire en forme de plateau ou cuvette ,73., interposé entre l'ex- trémité inférieure de la tige de la clé 26 et le fond de l'alésage
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en gradins 66 dans lequel la tige est reçue..
Si on le désirait, l'extrémité la plus large de la clé de vanne peut être pourvue d'une petite ouverture 77'la traversant, procurant une intercommunication entre les passages d'écoulement de fluide de conduite 13 et 21 et l'espace 78 au-dessous de la clé, et un trou ou autre ouverture peut être également prévu à travers la plaque de fermeture 67' du corps de vanne,pour placer l'étendue au-dessous de la tige 26 de la clé 19 à la pression at- mosphérique.. la clé de vanne peut ainsi être équilibrée contre les effets d'une pression de conduite variable.
Conformément à la disposition illustrée de l'invention ,le ressort de charge de la clé 73 reçoit de préférence la forme d' une rondelle-ressort, ayant sensiblement des caractéristiques de déflexion constante sous charge, tout au moins dans un interval- le notable de déflexion,ce qui rend la force d'application de la clé sur son siège indépendante de l'emplacement vertical de la clé,. et, non influencée par les tolérances de fabrication..
En outre, l'engagement de la rondelle-ressort 73 avec la plaque de fermeture 67 du corps de vanne, lors de l'aplatisse- ment ou écrasement du ressort, procurer une butée ou arrêt posi- tiflimitant le mouverment vers le bas de la clé et,conformément, limite l'épaisseur maximum du film de lubrifiant entre les sur- faces de siège coniques de la vanne Ceci prévient une sépara- tion excessive des surfaces de siège de la vanne avec une perte conséquente de lubrifiant et un scellement ou joint imparfait, et assure également que l'épaisseur de film initialement éta- blie pour la lubrification de la vanne sera l'épaisseur optimum pour obtenir le meilleur effet de scellement ou joint et de lubrification.
Ces caractéristiques du ressort 73 et son montage seront le mieux compris en référence aux figures 3 et 4,qui illustrent la structure du ressort et ses caractéristiques de déflexion
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sous charge.Dans la fig.3, l'ensemble de la tige 26,plaque de fermeture 6T et ressort 73 est montré divisé suivant sa ligne médiane, la partie à la gauche de la ligne médiane montrant le ressort 73 avec la hauteur qu'il présente lorsqu'il est libre, et les autres parties dans les positions occupées avant de ser- rer finalement les boulons 69 (.figure 1) fixant la plaque de fermeture 67 au corps de vanne 11., La position des parties après cette opération finale d'assemblage est montrée dans la partie de droite de la figure 3.
@ il ressort de cette figure ,la déflexion totale ou compression "C" de la rondelle-ressort 73 est représentée par une distance "C1"hauteur de laquelle le ressort est comprimé pendant l'assemblage de la vanne et une distance "C2", hauteur de laquelle le ressort peut être ulté- rieurement comprimé avant de venir en contact, dans un emplace- ment adjacent à son milieu ou centre, avec la plaque de ferme- ture 67 qui, comme !noté plus haut, sert de butée ou arrêt posi- tif pour le ressort et la tige de la clé..
La courbe de la figure 4 illustre les caractéristiques de déflexion sous charge de la rondelle-ressort pour ces diverses déflexions. Comme montré, la courbe charge-déflexion pour le ressort particulier auquel se rapporte la fig.4 ,croît rapide- ment pour ,les petites déflexions mais, aux environs des 2/3 de la déflexion possible maximum "C" la courbe de charge s'in- fléchi et devient pratiquement plate et reste telle jusque dans la position de pleine déflexion,pour laquelle un arrêt ou butée positif est fourni parla plaque de fermeture 67.
Conformément, si l'épaisseur de la garniture 71 (fig.'l) entre le corps de van- ne 11 et sa plaque de fermeture 67 est choisie de manière que le ressort 73 soit pré-chargé et donne une compression initiale "C1" qui se trouveen un point quelconque entre "C1" minimum et "C1" maximum dans le diagramme de .la fig.4, on aura alors la certitude que la charge élastique de la clé de vanne sera pra- tiquement indépendante de la position de la clé.Il en est ainsi
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car,comme montré fig. 4, la force élastique du ressort est approximativement constante dans l'intervalle de "Clmin",jus- qu'à la position d'arrêt positif de la pleine déflexion.
Comme les déflexions initiales permises "C1" minimum et maximum,du ressort, couvrent un intervalle relativement étendu (approxi- mativement un quart de la déflexion totale possible dans le cas du ressort particulier pour lequel a été tracée la courbe de la fig.4), on dispose d'une latitude considérable quant à la déflexion initiale appliquée au ressort, et la force d'ap- plication sur son siège de la clé exercée par ce ressort n'est pas influencée par les tolérances de fabrication du ressort, de la garniture 71 et de la plaque de fermeture 67',ou par la profondeur de pénétration de la clé de vanne. Les façonnage et ajustement manuels par tâtonnement sont par suite complètement éliminés.
Comme ilressort de la fig.3, le mouvement descendant de la clé de vanne et la déflexion du ressort 73 après l'assembla- ge final sont limités par la plaque de fermeture 6?',1'intervalle exact de déflexion "C2" ainsi défini dépendant de la déflexion initiale "C1". Comme cet intervalle possible de déflexion "C2" de la rondelle-ressort dans la vanne assemblée est positi- vement limité par la venus en contact du milieu ou centre du ressort avec la plaque de fermeture 67', il en résulte une limite définie à l'épaisseur maximum de la couche de lubrifiant for- mée entre les surfaces de siège de la vanne pendant la lubrifi- cation et le soulèvement,
l'épaisseur maximum de couche de lubri- fiant étant égale au produit de "C2" et du sinus de l'angle de conicité des surfaces de siège de la vanne,cet angle de conicité étant -'angle aigu formé entra l'axe de rotation de la clé de vanne et une ligne quelconque se trouvant sur sa surface de siè- ge conique.
Cet angle est ordinairement d'environ 4 30',
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Par sélection convenable de la valeur de "C2" il devient ainsi possible de limiter l'épaisseur initiale de la couche de lubri- fiant à des valeurs optima pour obtenir le meilleur effet de joint et de lubrification.,et pour empêcher la perte inutile de lubrifiant et la fuite du fluide de conduite comme résultat d'une séparation excessivement grande des surfaces 'de siège de l'a vanne pendant le soulèvement de la clé.
Un autre avantage de l'agencement d''arrêt ou butée positif qui vient d'être décrit est que pour la déflexion maximum du ressort,telle que limitée par l'arrêt 'ou butée positif, le res- sort n'est en aucune manière surtondu et par conséquent n'est pas sujet à déformation permanente et aux effets de fatigue comme dans des constructions antérieures. De plus, la ressort char- geant la clé peut, comme expliqué plus haut, être relativement faible ,du fait qu'il ne doit pas être capable de résister aux près' sions de soulèvement hydrauliques pendant le soulèvement de la clé devanne..
Ces pressions sont absorbées par l'arrêt ou butée positif, qui, dans la réalisation des figures 1 à 4 est fourni par la pla- que de fermeture 67. Conformément,, le ressort de charge doit être uniquement fort assez pour procurer la force minimum désirée d'ap- plication sur son siège de la clé de vanne assurant le scellement oujoint convenable pendant le fonctionnement normal de la vanne..
Le couple de manoeuvre est ainsi réduit à un minimum' et l'aisance de fonctionnement de la vanne est dès lors assuré, en particulier dans une vanne équilibrée .telle qu'illustrée parla, figure 1., Dans des dispositions non équilibrées telle celle de la fig.7 que l'on va décrire, la rondelle-ressort 73 doit être suffisamment puissante pour compenser la force de soulèvement hydraulique de la pression de conduite. La force d'application sur son siège agissant sur la clé varie avec la pression de conduite ,de sorte que le couple de manoeuvre est légèrement plus grand en pareil cas.
En tout cas, toutefois , le couple est notablement plus pe-
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tit que dans les vannes à clé lubrifiées utilisées antérieurement , dans lesquelles les moyens élastiques doivent être forts asses pour résister à la pression du lubrifiant jusqu'à un certain point..
La gamme exacte de mouvement axial qu'il convient de permet- tre à la clé de vanne par son arrêt ou butée positif dépend de la construction de la vanne particulière considérée et de la na- ture du lubrifiant et des fluides de conduite avec lesquels la vanne est utilisée, mais dans tous les cas l'arrêt ou butée po- sitif est agencé pour limiter le déplace ment axial maximum de la clé à des distances pratiquement égale.3 à l'épaisseur maximum choisie pour la couche de lubrifiant divisée par le sinus de l' angle de conicité des .surfaces de siègunde la clé, ou en d'autres termes, à des distances approximativement égales au produit de l'épaisseur maximum choisie pour la corche de lubrifiant et de la cosécante de l'angle de conicité.
Cette épaisseur maximum choisie pour la couche de lubrifiant sera propre à permettra l'écoulement plastique de tout lubrifiant utilisé dans et entre les surfaces de siège de la clé, de façon à mouiller complètement ces surfaces, mais non de grandeur propre à permettre lacanalisation du lubri- fiant avec une perte résultante de lubrifiant pendant la lubrifi- cation, et fuite du fluide de conduite pendant le fonctionnement.,
L'agencement d'arrêt ou butée positif qui vient d'être décrit est applicable aux vannes à clé lubrifiées d'un grand nombre de types autres que celui particulièrement illustré par les figures 1 à 4.Par exemple, les figures 5 et 6 montrent une dispo- sition modifiée de vanne à clé lubrifiée réalisait une structure d'arrêt ou butée positif conforme à l'invention.
' Dansas figuras 5 et 6,1e bottier de vanne 85 est' re- présenté comme ayant son extrémité inférieure ouverte ,fermée par une plaque de fermeture 87 montée sur le boitier 85 à l'aide de goujons 88 fixés dans le bottier et engagés à vissage par des écrous 89. Une garniture 90 est de préférence prévue pour sceller le joint entre le boitier 85 et la plaque de fermeture, et des
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diaphragmes 92 et 93 sont périphériquement serrés dans ce joint, qui tous deux ont au moins une flexibilité limitée et sont de pré- férence fabriqués à l'aide d'une mince feuille métallique ou semblable.
Un organe d'appui 95 est convenablement fixé au diaphragme intérieur 92 et porte contre le plus extérieur de deux disques- ressorts 97' et 98 logés dans un évidemment 100 formé dans l'extré- mité la plus large de- la elle de vanne 102,deux semblables dis- ques étant de préférence prévus en raison des meilleures caracté- ristiques de déflexion sous charge , grâce à quoi on obtient une dé- flexion plus marquée.
Si on le désirait, l'organe d'appui 95 peut être rendu réglable pour modifier le soulèvement permis de la clé et la valeur de pré-charge appliquée aux ressorts 97 et 98,par exemple par une vis de réglage 104 s'engageant à vissage dans un alésage central de la plaque de fermeture 87.Comme cet ajustement est permanent, la vis de réglage 104 et l'alésage fileté pour cel- le-ci peuvent,si on le désirait, être omis et tout ajustement initial nécessaire de charge élastique obtenu par une disposition choisie de l'organe d'appui 95.
Comme représenté, la clé de vanne 102 et le boitier 85 sont pourvus d'un agencement de rainures à lubrifiant 106,. qui peut être d'un type conventionnel tel que représenté, par exemple, dans le brevet des Etats Unis Nordstrom, 2.144.080 du 17 janvier
1939. les pressions fluides sur des cotés opposés des disques-res- sorts 97 et 98 peuvent, si on le désirait,, être égalisées en pré- voyant une lumière 108 à travers la clé de vanne pour communiquer la pression de conduite à l'évidement 100 dans lequel les res- sorts sont montés, ainsi qu'il est également montré dans le bre- vet Nordstrom précité.
Conformément à l'invention les parois de la clé 102 définis- sant l'évidement 100 sont conformées en gradins pour former un épaulement 110 espacé du fond de l'évidement et propre à mainte-
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nir la bord périphérique du ressort interne 97' espacé du fond de l'évidement, qui constitue un arrêt ou butée positif limitant le déplacement axial de la clé de vanne et la déflexion résultante des ressorts 97 et 98.,
Comme dans la réalisation desfigures 1 à 4, l'étendue du déplacement permis de la clé par l'arrêt ou butée positif est en relation avec .1' épaisseur 'maximum de couche de lubrifiant dé- sirée, étant égale à l'épaisseur maximum choisie multipliée par la cosécante de l'angle de conicité des surfaces de siège de la clé de vanne.
Dans la réalisation des figures 5 et 6 , l'étendue de dé- placement axial de' la clé est ajustée par la vis 104.qui est ser- rée jusqu'au moment où elle pousse le ressort 97 contre le bas de la clé 102 et est alors relâchée d'une quantité prédéterminée et bloquée dans cette position.L'étendue maximum de déplacement de la clé est déterminée par la hauteur de l'épaule ment 110 au dessus du fond de l'évidement 100 de la clé de vanne,la hauteur de l'épaulement étant liée à l'épaisseur maximum de la couche de lu- brifiant comme dans la relation précisément décrite.
Comme on peut le voir le mieux s ur les figures 5 ,et 6 , le disque-ressort supérieur 97 viendra, lors du déplacement de la clé
102 vers le bas en vue de la séparation des surfaces de siège du boitier et de la clé, en contact avec le fond de l'évidement 100 de la base de la clé de vanne pour empocher un mouvement descen- dant additionnel de la clé, prévenant par suite une trop grande sé- paration des surfaces de siège de la vanne avec perte résultante de lubrifiant et fuite de fluide de conduite due à l'incapacité du lubrifiant de former joint en travers de surfaces de siège lar- gement séparées,.
L'arrêt ou butée positif ainsi procuré permet le choix de ressorts relativement faibles pour être utilisés com- me ressorts de charge do la clé, 97 et 98, qui, comme explique plus haut, peuvent être juste assez forts pour appliquer la clé sur-son
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siège en formant un joint convenable, et ceci.facilite grandement la rotation et le soulèvement de la clé..
La fig.T illustre une autre forme de vanne à clé pourvue de moyens d'arrêt ou butée positif conformes à l'invention,la vanne représentée étant du type robinet de service à fond fermé, généralement semblable à celle du brevet des Etats Unis n 2. 699.916 au nom de Johnson..
Comme montré, le boitier de vanne 115 comporte un passage 117 qui le traverse pour l'écoulement du fluide de conduite et un siège de vanne conique 119 formé transversalement au passage 117'et s'ouvrant vers le haut à travers le boitier de vanne.
Une plaque de fermeture 121 est fixée au boitier 115 et est pour- vue d'un alésage central à travers lequel s'étend la tige 123 de la clé de vanne 125..Un système de rainures de distribution et d'alimentation de lubrifiant, 127, peut être prévu, de préférence du type général illustré dans le brevet susdit..
Comme il y est plus complètement expliqué, du lubrifiant sous pression peut être fourni par un alésage formé dans la tige de vanne 123 et par le système de rainures de distribution 127, dans une chambre 128 située au-de ssous de la clé 125 , dans laquelle chambre la pression du lubrifiant agit vers le haut sur la clé avec une for- ce suffisante pour soulever la clé de son siège. le ressort de charge de la clé, 129, est reçu dans cette réalisation de l'invention,dans un évidement généralement circu- laire 131 formé dans une plaque de fermeture 121, et porte contre une rondelle métallique de support rigide 133, également reçue dans cet évidement.La rondelle de support 133 porte à son tour contre une garniture flexible en amiante 135, sous laquelle est disposé un diaphragme d'acier flexible 136.
La garniture 135 et le diaphragme 136 sont périphériquement serrés dans le joint en- tre le boitier 115 et la plaque de fermeture 121., le ressort 129 influençant la clé peut, si on le désirait , être du type à charge constante décrit plus haut en référence aux
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figs 1 à 4,et sa déflexion maximum due au mouvement ascendant de la clé en s'écartant de son siège est positivement limitée par. contact avec la surface opposée de l'évidement 131 dans la pla- . que de fermeture 121 du boitier de vanne.
Comme dans les réalisations précédemment décrites, les moyens d'arrêt ou butée positif prévus permettent l'emploi de ressorts de sollicitation de la clé relativement faibles et limitent le mouvement de la clé à une distance approximativement égale au produit -de si* épaisseur maximum choisie de couche de lu- brifiant et de la cosécante de l'angle de conicité des surfaces de siège de la clé.
Dans la figure- 8 ,le corps de vanne 140 est de façon ana- logue établi avec une surface de siège conique 141,sur laquelle est montée tournante la clé conique 142 comportant une tige so- lidaire 143 consistant en une section généralement cylindrique, réduite, 144, une autre section cylindrique plus réduite 145 et une section non circulaire 146 pour la fixation d'un outil de manoeuvre.
Un couvercle métallique relativement fort 147'est fixéau corps 140, notamment par des goujons 148 et des écrous 149,et le bas du couvercle 147'est établi avec une jante 151 guidée dans un évidement peu profond 152 entourant l'extrémité supérieu- re de l'alésage de la clé et comportant une surface de fond plane 153.
Un diaphragme comprenant un mince anneau d'acier flexible 154,feuilleté avec un anneau 155 en amiante,ou sembla- ble, est périphériquement placé sur la surface 152 et fortemént serré en cet endroit par la jante 151 lorsque les écrous 149 sont serrés.le couvercle 147 est établi,dans sa partie entou- rant la section de tige 144, avec un évidement élargi 156 d'en- viron la même dimension que l'extrémité supérieure de l'alésage de la clé,un plus petit évidement, peu profond, 157, entourant. la section de tige 145 pour recevoir un ensemble de joint ou
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scellement que l'on va décrire et un alésage 158 à travers le- quel la tige de vanne s'étend librement en dehors du couvercle.
Un anneau d'acier rigide 159 entoure étroitement, mais à glis- sement axial, la section de tige 144, et vient reposer sur la partie interne du diaphragme, et l'anneau 159 est entoure à jeu par une rondelle d'acier annulaire 161 qui se place également par dessus le diaphragme.Une pluralité de ressorts annulaires en forme de coupelle, 162,sont empilés dans l'espace -interne de l'évidement 156, en présentant un ample jeu périphérique avec le couvercle et la tige de vanne.
Corner illustré fig.8, la périphérie exterme du ressort supé- rieur de la pile engage la paroi tournée vers le bas, 163, de l'évidement 156., extérieurement à un évidement en forme de sur- face annulaire 164, et la périphérie interne du ressort infé- rieur porte contre le sommet de l'anneau 159.
Ainsi, lorsque les écrous 149 sont serrés, la pile de ressorts 162 est comprimée dans le sens axial de la clé et la pile de ressorts agit comme un ressort unique pour réagir entre la par- roi 163 du couvercle et l'anneau 159, de manière à presser élastiquement la clé dans son siège du corps 140.
On observera que la partie interne du diaphragme sousjaceirte à l'anneau 159 est déformée et repoussée vers le bas contre la surface supé- rieure plane de la clé 142,pour procurer un joint mobile con- tre l'échappement de la pression fluide de conduite. le but de la rondelle libre/161 est de remplir le vide entre la partie intermédiaire du diaphragme et la pile de ressorts et de servir, de ce fait,: comme butée pour empêcher cette partie du diaphragme d'être repoussée vers le haut par la pression de conduite de manière qu'elle puisse être rompue ou expulsée pé- riphériquement d'entre l'anneau 159 et la clé ou d'entre le couvercle et le corps.
Il est préférable d'établir l'anneau 159 séparé de la rondelle 161 car, s'ils étaient solidaires ou rigidement unis,la pres-
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sion fluide de conduite agirait sur la structure combinée sur la totalité de son étendue et la force entière de la pression, de con- duite serait concentrée pour agir sur la périphérie interne de la pile de ressorts, de sorte qu'une partie appréciable de la pres- sion disponible de la pile de ressorts pour appliquer la clé sur son siège serait absorbée pourrésister à la pression de conduite Toutefois, dans les cas où l'anneau 159 et la rondelle 161 sont séparés comme illustré, la pile de ressorts doit s'opposer à la seule pression fluide de conduite agissant sur l'étendue de l'anneau 159,
et comme la rondelle 161 est libre de flotter axialement elle vient en contact avec le bas de la pile de ressorts dans une ré- gion extérieure à celle contactée par l'anneau 159 pour mieux dis- tribuer la poussée due à la pression fluide de conduite agissant sur la pile de ressorts. Gomme résultat* cette disposition rend la majeure partie de l'élasticité de la pile de ressorts disponible comme pression d'application de la clé sur son siège.. La disposi- tion peut être appliquée aux vannes du domaine considéré sans changement dans le couvercle ou le corps de la vanne.
Dans l'évidement 157' est disposé un ensemble de joint ou scellement consistant en un anneau relativement raide 165 de confor- mation en L en section droite , comportant une partie cylindrique 166 entourant étroitement à glissement et rotation la section 145' de la tige de vanne et une partie radiale plate 167 propre à veair porter contre la paroi plane du couvercle,168.
Un anneau 169,; établi en caoutchouc synthétique ou un autre élastomère, et qui,- détendu est de section droite circulaire, est monté dans l'évidement 15T,,sous compression latérale entre l'évidement et la partie annu- laire 166, grâce à quoi l'anneau 165 est effectivement sollicité contre la tige de vanne et le 0-ring 169 faitjoint tant avec l'a- lésage qu'avec l'anneau 165 pour prévenir l'échappement axial vers l'extérieur de tout fluide de conduite qui aurait pu passer au delà du joint ou schellement mobile du diaphragme.
En fait l'ac-
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tion de joint ou scellement de l'ensemble de joint 165 est d' autant plus marquée qu'une plus grande quantité de pression fluide de conduite lui est appliquée.En outre, toute accumula- tion de pression fluide de conduite dans l'espace entre le joint ou scellement en 165 et le diaphragme ne servira pas seu- lement à rendre le joint ou scellement plus intime mais égale- ment à réagir contre le diaphragme pour améliorer son joint ou scellement avec la clé.
La réalisation montrée figure 9 ne diffère de celle de la fig.8 que du fait que la rondelle 168 entourant l'anneau 159 au lieu d'être flottante axialement, est suffisamment large pour s'étendre dans l'évidemment 152 de façon à être serrée entre le couvercle 147' et la périphérie externe du diaphragme .Dans cette construction, la pression fluide de conduite agissant sur la par- tie externe du diaphragme est effectivement opposée et absor- bée par le couvercle 14-7',tandis que la pile de ressorts ne doit s'opposer qu'à la pression fluide de conduite agissant sur l'é- tendue de l'anneau 159.
Dans les réalisations des figures 8 et 9, la pile de ressorts
162 a, outre la force nécessaire à s'opposer à l'action de la pression de conduite, la force adéquate à assurer l'application convenable sur son siège de la clé dans le corps de vanne et cè- de ou s'écrase facilement sous les hautes pressions de soulè- vement jusqu'au moment où les ressorts prennent une forme plate dans le couvercle et assurent un arrêt positif du déplacement de la clé pour, de ce fait, limiter la séparation des surfaces de siège de la vanne comme dans toutes les réalisations de l'in- vention.
Dans l'assemblage, la pile de ressorts en 162 est comprimée dans l'état ou condition illustré par le serrage du couvercle
147, et le scellement ou joint en 165 est entièrement indépen- dant de cette action élastique ou de la position de la clé dans
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le corps de vanne*
Il est à noter que dans chacune des multiples réalisations de l'invention décrites dans ce qui précède,les moyens d'arrêt ou butée positif de la clé bien qu'indépendants de la force élastique exercée par le ressort influençant la clé, agissent à travers l'épaisseur du ressort.
Ceci n'est toutefois pas es- sentiel au-fonctionnement conforme à l'invention, et il doit être entendu que, si on le désirait, les moyens d'arrêt ou butée positif peuvent être compris dans des surfaces de butée de la clé et du boitier éloignées de et compléteront indépen- dantes du ressort influençant la clé. Par exemple, dans les réa- lisations des figures 1 à 6 , une courte jupe périphérique ou un élément de butée analogue pourrait être prévu sur la face in- férieure de la clé de la vanne, en vue de l'engagement avec la plaque de fermetur du corps de vanne lors du mouvement de la clé sur une distance ;prédéterminée , en procurant ainsi un arrêt ou butée positif empêchant un mouvement descendant additionnel de la clé de vanne.
Comme il ressort de ce qui précède, les vannes à clé de la présente invention offrent beaucoup d'avantages importants vis à vis des constructions des vannes à clé antérieures,prin- cipalement par une fabrication plus aisée et à moindres frais et un fonctionnement amélioré, spécialement en ce qui concerne . la lubrification de la vanne et le soulèvement à l'aide du lu- brifiant de la clé de vanne. Alors que l'invention a été spé- cifiquement décrite en référence à des vannes du type à clé lu- brifiée, il doit être entendu que sous certains de ses aspects elle est applicable aux vannes à clé et autres vannes considé- rées généralement.
L'invention peut être réalisée sous d'autres formes spé- cifiques sans se départir de son esprit ou de ses caractériati-
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tiques essentielles.
EMI28.1
les réalmaata-ona 6LêsB'&&s cToài-vEent par G#q,UIuJ.1t é-:L'a1 considérées à -tous égards comme illustratives et non restric- tives, et des modifications pourraient y être apportées sans s' écarter des limites de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Dans une vanne à clé, un bottier comportant un pas- sage qui le traverse pour l'écoulement de fluide et un siège de clé conique formé transversalement à ce passage, une clé de vanne établie de conicité correspondante, capable de tourner dans le dit siège de clé, montée pour effectuer un mouvement axial vers et en s'écartant de l'engagement avec le siège, des moyens sollicitant élastiquement la dite clé, axialement, vers l'engagement avec son siège, des moyens pour soulever la dite clé de son siège à l'encontre des dits moyens de sollicitation, et des moyens agissant indépendamment de la.force élastique des dits moyens sollicitant la clé, limitant positivement le mouvement axial de la dite clé dans la direction l'écartant de son siège.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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1 * invention relates to valves for fluid pressure pipes and more especially to improvements made to key valves of the conical type with lubrication. Keyed valves are now widely used in industry and while such valves, and particularly those of the lubricated conical key type, generally provide satisfactory service in most applications they are subject to certain conditions. drawbacks which tend to increase their manufacturing and maintenance costs,
resulting in a shorter service life and hamper the operation of the valves,
The most troublesome may be the difficulties encountered in previous constructions of conical key valves.
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arises from the need to provide means providing lubricant pressure to form and maintain a continuous plastic seal or seal film of lubricant between the seat surfaces during normal valve operation, and for hydraulically lifting the keys from the valves. valves when they become difficult to turn.
The structure and operation of lubricant supply means for key valves are well known in the art and, briefly described, these means generally include lubricant pressurizing devices and a pressure release system. nures for distributing lubricant incorporated in the valve, in such a way that when the lubricant is pressurized it flows and forms a lubricating and sealing film between the valve key and its seat, and acts also to exert on the valve key a hydraulic lifting force having a steering component suitable for lifting and releasing the key from its seat.,
It is highly desirable in these valves to control the range of motion of the wrench in response to the application of lubricant pressures.
If the wrench is not raised enough to separate the wrench seating or seat surfaces more than enough to allow lubricant to flow between them ,. a continuous film of lubricant will not form and the key will remain difficult to turn. If the key is raised too far, the wide separation of the seating or seating surfaces will allow the lubricant to channel and the lubricant to flow freely and of the driving fluid between the separated surfaces.
Previously, it was customary to control the movement of valve keys during lubrication and hydraulic lifting by the use of very strong springs or other elastic members influencing the key, which exert axial forces on the keys. appropriate valves to oppose
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all axial movements of the keys except very small ones, operation in this manner was possible because for larger movements of the keys, the. leakage of lubricant from the bearing or seat surfaces effectively lowers the lifting pressure so as to just balance the return force exerted by the springs or elastic members under tension.
Such springs or resilient members must be of very strong construction in order to provide a biasing force of the amount required to balance the hydraulic lifting pressures, for example an earlier constructive valve arrangement which is widely used makes use of A strong steel case closure plate as a means to influence the key, relying on the inherent elasticity of the closure plate to allow limited movement of the valve key by deformation of the plate.
Apart from their function during lubrication and hydraulic lifting, the resilient means influencing the wrench also serve, during normal valve operation, to hold the wrench firmly in engagement with its seat, the resilient force required for this purpose depending on a number of factors such as, for example) line pressures and the presence or absence in the valve of means for balancing the line pressure. In general, however, the form of application of the wrench to its seat during normal operation is very small compared to that required to withstand lubricant pressures, particularly in balanced valves.
Accordingly, in these prior valves the key-influencing springs or the like, when established sufficiently strong to properly control the movement of the valve keys in response to the application of lubricant pressure, are then several times over. stronger than necessary
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saix to maintain C onv .., ns.b the keys are placed on their seats during normal operation of the valves ..
This gives rise to a number of problems and disadvantages, one of the main ones being the difficulty of turning the valve key when it is strongly stuck in its seat by an overpowered stress reliever. often encountered even though the key is not stuck or frozen in its seat by corrosion, long inaction or any other cause.
For this reason it is often necessary to hydraulically lift these valve wrenches before and during each operation regardless of the frequency of use and, due to the required amount of lubricant and the loss of time, this process does not lead. economic operation.,
Furthermore, since the spring influencing the key must be strong enough to itself limit the lifting movement of the key, and since it acts to directly resist lifting pressures on the valve key, lubricant pressures very high are required to lift the key from its seat.
This requires relatively complex lubricant supply systems capable of providing the necessary high pressure, and often leads to loss or wastage of lubricant due to the difficulty of preventing leaks at such pressures.
Yet another undesirable feature of these prior valves is the poor control of key movement provided by the key biasing spring during lifting. To form and maintain a continuous seal or seal layer of lubricant between valve seating or seating surfaces which are separated by lift, without unnecessary lubricant escape or line fluid leakage, it is desirable that the separation of the surfaces of
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range or seat is limited in a definite way to a predetermined range of values.
The key biasing springs employed in previous years to smooth the movement of the key, do not provide such defined and predetermined mimics in the movement of the key, or the resulting separation of the bearing surfaces or seat of the key. valve
It is an essential object of the invention to provide new and improved lubricated key valves, not subject to the listed and other weaknesses characteristic of prior valves of this kind, and in accordance with the invention this object is achieved. by providing positive stop or stop means separate and functionally independent of the springs applying the key to its seat,
the positive stop or stop means being ineffective in opposing the lifting movement of the valve wrench until it has received a predetermined maximum displacement and then becoming effective in preventing an additional movement of the valve key. wrench and resist lubricant lift pressures applied to the wrench.
As in these valve arrangements the springs influencing the key must not serve as a stop or stop means to limit the movement of the key, and must not withstand the lifting pressures of the lubricant, these springs can be established. the minimum force necessary to generate an adequate application force of the wrench on its seat during normal valve operation, thereby providing a lesser application load for the wrench than previously considered achievable , and resulting easier rotation of the valve key with or without hydraulic lift.
Another disadvantage characteristic of previous key valve arrangements, and especially those of the lubricated type with conical key, is the difficulty of initially setting or subsequently adjusting the exact value of the valve.
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initial load or pre-load applied to the springs loading the key. The value of the spring preload is in definite relation to the forces required to rotate the key between the open and closed positions and to hydraulically lift the key from its seat and also acts in determining the film thickness of lubricating and sealing material between the valve key seat surfaces.
Thus the characteristics of the applied preload; The key load springs are critical to achieving satisfactory valve lubrication, sealing and operation.
Previously it has generally been considered necessary to keep the parts or components of valves within very close tolerances and to make a careful final adjustment of the spring load, usually by "trial and error", both at the initial assembly and at the same time. Various spring load adjustment devices, accessible from outside the valve housing, have been proposed for this purpose, but these earlier arrangements generally had a tendency to leak around the valve mechanism. adjustment and were subject to other equally undesirable disadvantages.
In accordance with the invention, the need for manual shaping to close dimensional tolerances and careful adjustment of the elastic preload is achieved by the use of wrench loading springs having substantially constant characteristics. deflection under load in sufficiently wide intervals of initial deflection to tolerate certain variations in the manufacturing dimensions of the parts or members of the valves, and to ensure that the force of application of the wire to its seat exerted by the springs or practically constant, even when the key position changes as a result of hydraulic lifting or other causes.
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Accordingly, an essential object of the invention is to provide new and improved key valves of the conical key type and lubrication, characterized by ease and economy. manufacturing, long life without inconvenience and greatly improved operation.
It is also an important object of the invention to provide new and improved key valves of the conical key type and lubrication, comprising means urging the key towards its seat and separate means limiting the maximum axial movement of the. key in the direction away from its seat as a result of lifting by lubricant or other cause.
Another object of the invention is to provide new and improved valves of the conical key and lubrication type, comprising positive stop or stop means limiting the axial movement of the key resulting from the application. lubricant pressure, movements suitable for promoting the formation of sealing films or continuous plastic seals, lubricant, between the valve seat surfaces, of optimum thickness to obtain the best lubrication and seal action.
Another object of the invention is to provide novel keyed valves of the conical key and lubrication type, comprising valve key biasing springs which are relatively weak and have no noticeable resistance to forces. These uplift forces are applied by key force, these forces being absorbed by positive means operable independently of the elastic forces exerted by the biasing springs.
Another object of the invention is to provide novel keyed valves of the conical key type and lubrication, comprising springs which normally influence the valve core elastically towards its seat, and doubled by means of locking. positive stop or stopper, effective to withstand hydraulic uplift pressures after a predetermined axial displacement of
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the key in response to the application of a lifting pressure, to / thus allow the selection and re-use of resilient force-biasing means suitable for providing the maximum ease of operation of the valve, in particular with regard to the lifting of the key, and optimum lubrication and sealing.
Still another object is to provide such valves in which the positive stop or stop means are arranged to limit the axial displacement of the valve key so that it is approximately equal to the maximum chosen thickness of the layer of lubricant divided the gold the sine of the taper angle of the valve wrench.
It is also an object of the invention to provide new and improved constructions of key valves, in which the preload applied to the load spring of the key is substantially independent of the manufacturing tolerances on the members or parts of the valves. valves, thereby eliminating any need for manual shaping.
Another object of the invention is to provide new constructions of key valves comprising key loading springs having substantially constant deflection characteristics under load over a wide range of deflection in order to avoid the need for key loading. 'a critical adjustment of the springs and their assemblies.
These objects and other objects, features and advantages of the invention will emerge more fully from the claims and the detailed description which follows, in association with the accompanying drawings in which;
Fig.1 is an axial section taken in one form of valve assembly embodying the invention;
Fig. 2 is a fragmentary section taken on line 2-2 of Fig. 1, illustrating the lubrication grooves of the valve;
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Fig..3 is a detail view, illustrating the operation of the washer-spring loading the c le; Fig. 4 is a diagram showing the deflection characteristics under load of the washer-spring of Fig. 3;
Fig.5 is a fragnental axial section taken in another form of key valve assembly embodying the invention;
Fig.-6 is a view similar to Fig.5, showing the key in the raised position; Fig.7 is an axial section taken in yet another form of key valve assembly embodying the invention; Fig. 8 is an enlarged fragmentary view, mainly in section, illustrating another form of the invention; and, Fig.9 is a fragmentary sectional view showing a variation of Fig.8.
In fig. 1, a valve body or housing 11 is provided with a passage 13 for: the flow of a fluid and with a transverse passage comprising a conical valve seat comprising an upper conical seat surface 15 and a lower conical seat surface 17 providing annular radial bearing or bearing surfaces and abutment for a member 19 forming a conical valve key comprising a slot 21 passing therethrough as shown in broken lines at 22 in FIG. 1, the valve key being shown there in the valve open position.
The valve key 19 has upper and lower tapered seat surfaces, 23 and 24, respectively cooperating with the upper and lower seat surfaces 15 and 17 of the valve body. A cylindrical wrench shank 25 is integrally or otherwise secured to the valve wrench 19 above its seat surface 23 and extends upwardly out of the valve body 11. A similar shank 26 may be. provided at the lower end of the valve wrench, as shown. The upper shank 25 of the key may have a head 27 of square section.
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as illustrated, or other appropriate confirmation, whereby the head can be easily engaged and rotated using a wrench or the like.
When the key to. maneuver is applied to the head 27 and driven in rotation, the key 19 can be turned between open and closed positions 90 apart, the rotation being limited by a stop collar or stopper 29 tightened or otherwise mounted detachably on the rod 25 and comprising a plunging arm 31 which engages a projection 33 integral with the body 11 in extreme positions 90 apart, to limit the movement of the key.
Internally, the rod 25 is provided with a threaded bore 35 in open communication by transverse perforations 37 'and 38, located at its lower end, with a lubricant chamber 39 of the valve body, this chamber surrounding the valve stem 19 in a location adjacent to its upper narrow end.
Bore 35 may contain, in a threaded assembly, a retaining ball valve 41 to prevent upward flow and escape of lubricant from the. chamber 39, and a rotating lubricant screw 43, comprising a maneuvering head 45, extending above the rod 25.
As shown in Figs 1 and 2, the surface of the valve wrench 19 is established with four longitudinal surface lengths 46,47,48 and 49 spaced 90 degrees apart. the grooves 47 and 49 communicate, at their lower ends, with an annular groove 50 which extends around the seat surface: lower conical 24 of the key as illustrated in fig.1. At their upper ends, the grooves 46 and 47 terminate a short distance from an annular groove 51 of the valve body 11 forming part of the lubricant chamber 39, friends extending into the extent of the upper seat surfaces. res 15 and 23 of the valve body and the strip, respectively,
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as shown.
At their lower ends, the grooves 46 and 49 terminate a short distance from the groove 50, but are connected to the groove 50 in the fully open and closed positions of the valve by short grooves 50 'spaced apart. 90, provided in the valve body.
The seat surface 15 of the valve body 11 is established with four equally spaced short longitudinal grooves, 52 (53,54 and 55 opening), their upper ends in the annular groove 51 of the valve body and extending the along the seat surface 15, 90 to each other, to overlap with the upper ends of the keyways 46-49 when the key is in one or the other. another extreme position of its displacement of 90, whereby, when the key is in the position of the. ', vanna of fig.-l, and when it is in the closed position at 90, position in which the light 21 of the key is normal to passage 13,
the keyways 46..49, are all in communication with the annular grooves 50 and 51.
After removing the lubricant screw 43 from the bore 35 of the rod 25, lubricant stick, or other form, can be introduced into the top of the bore 35.
The lubricant screw is then inserted and rotated in bore 35 to place. lubricant therein under pressure so as to displace lubricant downward through check valve assembly 41, transverse perforations 37 and 38 and into reservoir 39. The lubricant thus placed pressure in the reservoir 39 fills the annular groove 51 of the valve body and also the short longitudinal grooves 52-55 connected to it.
If the valve key is in the full open position as shown in Figures 1 and 2, these valve body grooves 52-55 are impacted into one of the. valve keyways 46-49, thereby providing pressurized lubricant to the keyways and the seating surfaces in which they are.
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extend ..
Pressurized lubricant also flows through grooves 46-49 of the wrench to the ansular groove 50 of the lower conical seat surface 24 of the valve wrench 19. as the wrench is turned 90 from the position in fig. .-1, that is to say in the fully closed position, high the lubricant distribution circuit described more / will be practically the same, except that the longitudinal grooves 46-49 of the key will be displaced by 90 , so that the groove 46 ae will now coincide at its upper end with the short groove 53 or 54 and the other grooves of the key
47-49 will be connected in a c orre spondant manner. Thus, in one or the other of the active positions at 90 of the valve key, the lubricant reservoir,
comprising the space in the bore 35 and the chamber 39, is connected by the system of grooves described above with the seat surfaces 15, 17, 23 and 24 of the valve body and the key, the lubricant being displaced in the system until the reservoir and grooves are completely filled with lubricant. When the key is turned to open or close the valve, this groove lubricant is spread over the seat surfaces to lubricate them and provide a seal or plastic seal against the escape of the line fluid.
Continued rotation of the lubricant screw 43 places the lubricant in the reservoir above the small end of the wrench under increasing pressure. This generation of pressure against one end of the wrench exerts a hydraulic lifting action against the wrench, to move it. axially and separate the upper seat surfaces 15 and 23 and the lower seat surfaces 17 and 24 from the valve body and the key, in order to release the key if it had been frozen or was difficult to turn. .
Lubricant under pressure in the annular groove 50
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of the seat surface 24 of the wrench will also aid the lifting action if the wrench is in either of its extreme 90 positions, in which positions pressurized lubricant is supplied to the wrench. this groove.
However, the lifting action at the upper end of the valve is, due to the relative effective ranges against which the lubricant pressure acts, much greater than such action at the groove 50 and alone is more than 'adequate to release the key for its rotation. Note that this lifting action at the upper end of the key allows the key to be lifted and released in middle positions as well as in full positions. open and fully closed, and also allows the key to be released even though its lubricant grooves are blocked. In addition, the key when frozen can, if necessary, be shifted from its seat by knocking on the outer end of the shank of the key.
As shown, the key shank 25 and the bore in the body 11 through which the shank extends are of relative diameters suitable for providing annular clearance 56 between the shank and the bore, the wrench being held properly axially aligned in body 11 by the wrench and body seating surfaces 15, 17 ', 23 and 24, rather than tightly journalling the wrench shanks in the valve body.
The escape of lubricant from the lubricant chamber 39 upwards, through this annular clearance 56, is prevented by the radial seal or seal 57 which comprises an L-profile ring, 59, of plastic or the like. low friction, and an 0-ring 61 of elastomeric material, disposed in the corner of the ring 59 and compressed between the ring 59 and the surrounding wall of the housing.
In operation, pressurized lubricant from the lubricant chamber 39 acts directly on the seal assembly 57 to push it upward against a planar shoulder 62
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formed in the valve body 11. The L-ring 59, of low friction plastic, is tightly joined peripherally around the stem 25 which rotates therein, and the elastomeric O-ring 61.
functions as a gasket on the valve body 11 and also acts as a preloader for L-Panel, urging it firmly into engagement with the shank 25 of the wrench around its entire circumference. Even at line pressures relatively high, the valve key can be rotated freely and freely moved axially within the seal assembly due to the low friction characteristics of its L-ring, 59, thus greatly facilitating the lifting of the valve key from the handle. described above.
If desired, a dust seal, comprising a ring 64 of felt, leather or other suitable manner, can be provided between the stop collar. or stopper 29, the key rod 25 and the valve body 11, to prevent the penetration of dust and other foreign matter into the annular clearance 56 between the valve body and the key stem.
The rod 26 projecting downward from the lower end of the key 19 is, as shown, provided with a radial seal 65 which preferably is similar in structure to the seal 57 described above. the lower stem and seal are received in: a stepped bore 66 of the inner face of a closure plate 67 detachably attached, by bolts 69, to the valve body 11, to close the lower end of the key bore through the valve body.
A gasket 71 disposed in the gasket entered the valve body and the closure plate resists leakage through this gasket, the thickness of the gasket used being chosen so as to provide the proper degree of compression of a gasket. ring spring in the form of a plate or cup, 73., interposed between the lower end of the shank of the wrench 26 and the bottom of the bore
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in steps 66 in which the rod is received.
If desired, the larger end of the valve key can be provided with a small opening 77 'therethrough, providing intercommunication between the line fluid flow passages 13 and 21 and the space 78. below the key, and a hole or other opening may also be provided through the closure plate 67 'of the valve body, to place the span below the shank 26 of the key 19 at the pressure at - atmospheric .. the valve key can thus be balanced against the effects of varying line pressure.
In accordance with the illustrated arrangement of the invention, the key load spring 73 is preferably in the form of a washer spring, having substantially constant deflection characteristics under load, at least within a substantial range of. deflection, which makes the force of application of the key on its seat independent of the vertical location of the key ,. and, not influenced by manufacturing tolerances.
In addition, the engagement of the spring washer 73 with the valve body closure plate 67, upon flattening or crushing the spring, provides a positive stop or stop limiting the downward movement of the valve. key and, accordingly, limits the maximum lubricant film thickness between the tapered valve seat surfaces This prevents excessive separation of the valve seat surfaces with consequent loss of lubricant and a seal or gasket imperfect, and also ensures that the film thickness initially established for the lubrication of the valve will be the optimum thickness to obtain the best sealing or gasket effect and lubrication.
These characteristics of the spring 73 and its mounting will be best understood with reference to Figures 3 and 4, which illustrate the structure of the spring and its deflection characteristics.
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In fig. 3, the assembly of rod 26, closure plate 6T and spring 73 is shown divided along its center line, the part to the left of the center line showing the spring 73 with the height that it presents when it is free, and the other parts in the positions occupied before finally tightening the bolts 69 (.figure 1) fixing the closing plate 67 to the valve body 11., The position of the parts after this operation final assembly is shown in the right part of figure 3.
@ it emerges from this figure, the total deflection or compression "C" of the washer-spring 73 is represented by a distance "C1", height of which the spring is compressed during the assembly of the valve and a distance "C2", height of which the spring can be subsequently compressed before coming into contact, in a location adjacent to its middle or center, with the closing plate 67 which, as noted above, serves as a stopper or stopper positive for the key spring and shank.
The curve of FIG. 4 illustrates the deflection characteristics under load of the washer-spring for these various deflections. As shown, the load-deflection curve for the particular spring referred to in fig. 4 increases rapidly for small deflections but, around 2/3 of the maximum possible deflection "C" the load curve s 'bends and becomes substantially flat and remains as such until in the full deflection position, at which a positive stop or stop is provided by the closure plate 67.
Accordingly, if the thickness of the packing 71 (fig.'l) between the valve body 11 and its closure plate 67 is chosen such that the spring 73 is pre-loaded and gives an initial compression "C1" which is found at any point between "C1" minimum and "C1" maximum in the diagram in fig.4, we will then be sure that the elastic load of the valve key will be practically independent of the position of the valve. key.This is so
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because, as shown in fig. 4, the elastic force of the spring is approximately constant in the range of "Clmin", up to the positive stop position of full deflection.
As the minimum and maximum initial allowable "C1" deflections of the spring cover a relatively large interval (approximately a quarter of the total deflection possible in the case of the particular spring for which the curve in fig. 4 has been drawn) , there is considerable latitude as to the initial deflection applied to the spring, and the application force on its seat of the key exerted by this spring is not influenced by the manufacturing tolerances of the spring, of the gasket 71 and closing plate 67 ', or by the penetration depth of the valve key. Manual shaping and adjustment by trial and error are therefore completely eliminated.
As shown in Fig. 3, the downward movement of the valve key and the deflection of the spring 73 after final assembly is limited by the closure plate 6 ', the exact deflection interval "C2" as well. defined depending on the initial deflection "C1". As this possible deflection interval "C2" of the washer-spring in the assembled valve is positively limited by the coming into contact of the middle or center of the spring with the closure plate 67 ', there results a limit defined in l 'maximum thickness of the lubricant layer formed between the valve seat surfaces during lubrication and lifting,
the maximum lubricant layer thickness being equal to the product of "C2" and the sine of the taper angle of the valve seat surfaces, this taper angle being the acute angle formed between the axis of the valve. rotation of the valve key and any line on its conical seating surface.
This angle is usually about 4 30 ',
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By proper selection of the value of "C2" it thus becomes possible to limit the initial thickness of the lubricant layer to optimum values to obtain the best sealing and lubricating effect, and to prevent unnecessary loss of lubricant. lubricant and line fluid leakage as a result of excessively large separation of the valve seat surfaces during wrench lifting.
Another advantage of the positive stop or stop arrangement just described is that for the maximum deflection of the spring, as limited by the positive stop or stop, the spring is not in any way. overwound and therefore not subject to permanent deformation and fatigue effects as in previous constructions. In addition, the spring loading the key can, as explained above, be relatively weak, as it does not need to be able to withstand hydraulic lift pressures during lifting of the valve key.
These pressures are absorbed by the positive stop or stop, which in the embodiment of Figures 1 to 4 is provided by the closure plate 67. Accordingly, the load spring should only be strong enough to provide the minimum force. desired application on its seat of the valve key ensuring the proper sealing or gasket during normal valve operation.
The operating torque is thus reduced to a minimum 'and the ease of operation of the valve is therefore ensured, in particular in a balanced valve such as illustrated by, FIG. 1., In unbalanced arrangements such as that of Fig.7 which will be described, the spring washer 73 must be powerful enough to compensate for the hydraulic lifting force of the pipe pressure. The application force on its seat acting on the key varies with the driving pressure, so that the operating torque is slightly greater in such a case.
In any case, however, the couple is notably more pe-
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as in the lubricated key valves used previously, in which the elastic means must be strong enough to withstand the pressure of the lubricant to a certain point.
The exact range of axial movement which the valve wrench should be allowed by its positive stop or stop depends on the construction of the particular valve considered and on the nature of the lubricant and the pipe fluids with which it is used. valve is used, but in all cases the positive stop or stop is arranged to limit the maximum axial displacement of the wrench to distances practically equal. 3 to the maximum thickness chosen for the lubricant layer divided by the sine of the taper angle of the wrench seat surfaces, or in other words, at distances approximately equal to the product of the maximum thickness chosen for the lubricant core and the cosecant of the taper angle .
This maximum thickness chosen for the lubricant layer will be suitable to allow the plastic flow of any lubricant used in and between the seat surfaces of the wrench, so as to completely wet these surfaces, but not of such size as to allow the channeling of the lubricant. - reliant with a resulting loss of lubricant during lubrication, and leakage of driving fluid during operation.,
The stop or positive stop arrangement which has just been described is applicable to lubricated key valves of a large number of types other than that particularly illustrated by Figures 1 to 4. For example, Figures 5 and 6 show a modified lubricated key valve arrangement provided a positive stop or stop structure according to the invention.
'Dansas figuras 5 and 6.1e valve housing 85 is' shown as having its lower end open, closed by a closure plate 87 mounted on the housing 85 by means of studs 88 fixed in the housing and engaged with screwing by nuts 89. A gasket 90 is preferably provided to seal the joint between the housing 85 and the closure plate, and
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diaphragms 92 and 93 are peripherally clamped in this seal, both of which have at least limited flexibility and are preferably fabricated from foil or the like.
A support member 95 is suitably fixed to the inner diaphragm 92 and bears against the outermost of two spring discs 97 'and 98 housed in a recess 100 formed in the wider end of it of valve 102. two such discs preferably being provided because of the better deflection characteristics under load, whereby a more pronounced deflection is obtained.
If desired, the backing member 95 can be made adjustable to modify the allowable lift of the wrench and the amount of preload applied to the springs 97 and 98, for example by a set screw 104 engaging. screwing into a central bore of the closure plate 87. Since this adjustment is permanent, the set screw 104 and the threaded bore for it can, if desired, be omitted and any necessary initial load adjustment elastic obtained by a selected arrangement of the support member 95.
As shown, valve key 102 and housing 85 are provided with an arrangement of lubricant grooves 106 ,. which may be of a conventional type as shown, for example, in United States Patent Nordstrom, 2,144,080 of January 17
1939. Fluid pressures on opposite sides of spring disks 97 and 98 can, if desired, be equalized by providing a lumen 108 through the valve key to impart line pressure to the valve. recess 100 in which the springs are mounted, as is also shown in the above-mentioned Nordstrom patent.
According to the invention, the walls of the key 102 defining the recess 100 are shaped in steps to form a shoulder 110 spaced from the bottom of the recess and suitable for mainte-
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end the peripheral edge of the internal spring 97 'spaced from the bottom of the recess, which constitutes a positive stop or stop limiting the axial displacement of the valve key and the resulting deflection of the springs 97 and 98.,
As in the realization of figures 1 to 4, the extent of the displacement allowed of the key by the stop or positive stop is related to the maximum 'thickness' of the lubricant layer desired, being equal to the maximum thickness. chosen multiplied by the cosecant of the taper angle of the valve wrench seating surfaces.
In the embodiment of Figures 5 and 6, the extent of axial displacement of the key is adjusted by screw 104 which is tightened until it pushes the spring 97 against the bottom of the key 102. and is then released by a predetermined amount and locked in that position. The maximum extent of displacement of the key is determined by the height of the shoulder 110 above the bottom of the recess 100 of the valve key, the height of the shoulder being related to the maximum thickness of the lubricant layer as in the relationship precisely described.
As can best be seen in Figures 5, and 6, the upper spring disc 97 will come, when moving the key
102 downward with a view to separating the seat surfaces of the housing and the key, in contact with the bottom of the recess 100 of the base of the valve key to pocket an additional downward movement of the key, thereby preventing too much separation of the valve seat surfaces with resulting loss of lubricant and leakage of pipe fluid due to the inability of the lubricant to form a seal across widely separated seat surfaces ,.
The positive stop or stop thus provided allows the choice of relatively weak springs for use as the key load springs, 97 and 98, which, as explained above, may be just strong enough to apply the key over- his
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seat by forming a suitable seal, and this greatly facilitates the rotation and lifting of the wrench.
Fig. T illustrates another form of key valve provided with stop or positive stop means according to the invention, the valve shown being of the closed bottom service valve type, generally similar to that of United States Patent No. 2,699,916 in Johnson's name.
As shown, the valve housing 115 has a passage 117 therethrough for the flow of line fluid and a tapered valve seat 119 formed transversely of the passage 117 'and opening upwardly through the valve housing.
A closure plate 121 is fixed to the housing 115 and is provided with a central bore through which extends the rod 123 of the valve key 125. A system of lubricant distribution and supply grooves, 127, may be provided, preferably of the general type illustrated in the aforesaid patent.
As more fully explained therein, pressurized lubricant can be supplied by a bore formed in the valve stem 123 and by the system of distribution grooves 127, in a chamber 128 located below the key 125, in in which chamber the pressure of the lubricant acts upwards on the key with sufficient force to lift the key from its seat. the key load spring, 129, is received in this embodiment of the invention, in a generally circular recess 131 formed in a closure plate 121, and bears against a rigid support metal washer 133, also received in This recess. The support washer 133 in turn bears against a flexible asbestos liner 135, under which is disposed a flexible steel diaphragm 136.
Gasket 135 and diaphragm 136 are peripherally clamped in the gasket between housing 115 and closure plate 121. Key-influencing spring 129 may, if desired, be of the constant load type described above in reference to
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figs 1 to 4, and its maximum deflection due to the upward movement of the key away from its seat is positively limited by. contact with the opposite surface of the recess 131 in the plate. as closing 121 of the valve housing.
As in the embodiments described above, the positive stop or stop means provided allow the use of relatively weak key biasing springs and limit the movement of the key to a distance approximately equal to the product - if * maximum thickness chosen lubricant layer and the cosecant of the taper angle of the wrench seating surfaces.
In Figure 8, the valve body 140 is analogously established with a conical seat surface 141, on which is rotatably mounted the conical key 142 having a solid rod 143 consisting of a generally cylindrical, reduced section. , 144, another smaller cylindrical section 145 and a non-circular section 146 for fixing an operating tool.
A relatively strong metal cover 147 ′ secured to body 140, including by studs 148 and nuts 149, and the bottom of cover 147 ′ established with a rim 151 guided in a shallow recess 152 surrounding the top end of the cover. key bore and having a flat bottom surface 153.
A diaphragm comprising a thin ring of flexible steel 154, laminated with an asbestos ring 155, or the like, is peripherally placed on the surface 152 and tightened there by the rim 151 when the nuts 149 are tightened. cover 147 is established, in its part surrounding the shank section 144, with an enlarged recess 156 of approximately the same dimension as the upper end of the key bore, a smaller, shallow recess , 157, surrounding. the rod section 145 to receive a seal assembly or
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seal as will be described and a bore 158 through which the valve stem extends freely outside the cover.
A rigid steel ring 159 tightly but axially slidably surrounds the rod section 144, and rests on the inner part of the diaphragm, and the ring 159 is loosely surrounded by an annular steel washer 161 which also fits over the diaphragm. A plurality of cup-shaped annular springs, 162, are stacked in the internal space of the recess 156, exhibiting ample peripheral clearance with the valve cover and stem.
Corner shown in Fig. 8, the outer periphery of the top stack spring engages the downward facing wall, 163, of the recess 156., externally to a ring-shaped recess 164, and the periphery of the lower spring bears against the top of the ring 159.
Thus, when the nuts 149 are tightened, the stack of springs 162 is compressed in the axial direction of the key and the stack of springs acts as a single spring to react between the part 163 of the cover and the ring 159, thus. so as to elastically press the key in its seat of the body 140.
It will be observed that the internal part of the diaphragm under the ring 159 is deformed and pushed down against the flat upper surface of the key 142, to provide a movable seal against the escape of the line fluid pressure. . the purpose of the free washer / 161 is to fill the gap between the middle part of the diaphragm and the stack of springs and thus serve as a stopper to prevent this part of the diaphragm from being pushed upwards by the line pressure so that it can be broken or peripherally expelled between the ring 159 and the key or between the cover and the body.
It is preferable to establish the ring 159 separate from the washer 161 because, if they were integral or rigidly united, the pressure
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The driving fluid pressure would act on the combined structure over its entire extent, and the entire force of the pipe pressure would be concentrated to act on the inner periphery of the spring stack, so that an appreciable part of the Available pressure from the spring stack to apply the wrench to its seat would be absorbed to resist the line pressure.However, in cases where the ring 159 and washer 161 are separated as shown, the spring stack must be seated. oppose to the only fluid pressure of pipe acting on the extent of the ring 159,
and as the washer 161 is free to float axially it comes into contact with the bottom of the stack of springs in a region outside that contacted by the ring 159 to better distribute the thrust due to the driving fluid pressure. acting on the stack of springs. As a result * this arrangement makes the major part of the elasticity of the stack of springs available as pressure to apply the key to its seat. The arrangement can be applied to valves in the field concerned without changing the cover or the valve body.
In the recess 157 'is disposed a gasket or seal assembly consisting of a relatively stiff ring 165 of L-shaped shape in cross section, having a cylindrical portion 166 tightly sliding and rotating around the section 145' of the rod. valve and a flat radial portion 167 suitable for bearing against the flat wall of the cover, 168.
A ring 169 ,; made of synthetic rubber or other elastomer, and which - relaxed is of circular cross section, is mounted in the recess 15T ,, under lateral compression between the recess and the annular portion 166, whereby the ring 165 is effectively biased against the valve stem and the 0-ring 169 is joined with both the wound and the ring 165 to prevent the axial escape out of any pipe fluid which may have passed through the valve. beyond the seal or movable diagram of the diaphragm.
In fact the ac-
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The greater the greater the amount of line fluid pressure applied thereto, or the sealing of the seal assembly 165, is more pronounced. In addition, any buildup of line fluid pressure in the space between the seal or seal at 165 and the diaphragm will not only serve to make the seal or seal more intimate but also to react against the diaphragm to improve its seal or seal with the key.
The embodiment shown in FIG. 9 differs from that of FIG. 8 only in that the washer 168 surrounding the ring 159, instead of being axially floating, is sufficiently wide to extend into the recess 152 so as to be clamped between the cover 147 'and the outer periphery of the diaphragm. In this construction, the line fluid pressure acting on the outer part of the diaphragm is effectively opposed and absorbed by the cover 14-7', while the battery of the springs must oppose only the fluid pressure of the pipe acting on the extent of the ring 159.
In the embodiments of Figures 8 and 9, the stack of springs
162 has, in addition to the force necessary to oppose the action of the line pressure, the force necessary to ensure the correct application on its seat of the key in the valve body and easily breaks or crashes under high lifting pressures until the springs take a flat shape in the cover and provide positive stop of the key movement to thereby limit the separation of the valve seat surfaces as in all the embodiments of the invention.
In assembly, the stack of springs at 162 is compressed in the state or condition shown by the tightening of the cover
147, and the seal or joint at 165 is entirely independent of this elastic action or of the position of the key in
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the valve body *
It should be noted that in each of the multiple embodiments of the invention described in the foregoing, the stop means or positive stop of the key, although independent of the elastic force exerted by the spring influencing the key, act through the thickness of the spring.
This, however, is not essential to the operation according to the invention, and it should be understood that, if desired, the stop means or positive stop can be included in stop surfaces of the key and of the case away from and will complete independent of the spring influencing the key. For example, in the embodiments of Figures 1 to 6, a short peripheral skirt or similar stop member could be provided on the underside of the valve key, for engagement with the valve plate. closing of the valve body when the key is moved a predetermined distance, thus providing a positive stop or stop preventing further downward movement of the valve key.
As can be seen from the foregoing, the key valves of the present invention offer many important advantages over prior key valve constructions, primarily through easier and cheaper manufacture and improved operation. specially with regard to. lubricating the valve and lifting with lubricant from the valve wrench. While the invention has been specifically described with reference to valves of the lubricated key type, it should be understood that in some of its aspects it is applicable to key valves and other valves considered generally.
The invention can be carried out in other specific forms without departing from its spirit or its characteristics.
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essential ticks.
EMI28.1
the realmaata-ona 6LêsB '&& s cToài-vEent by G # q, UIuJ.1t é-: The a1 considered in all respects as illustrative and not restrictive, and modifications could be made without deviating from the limits of the invention.
CLAIMS
1.- In a key valve, a casing comprising a passage which passes through it for the flow of fluid and a conical key seat formed transversely to this passage, an established valve key of corresponding conicity, capable of turning in said key seat, mounted to effect an axial movement towards and away from engagement with the seat, means resiliently urging said key, axially, towards engagement with its seat, means for lifting said key key of its seat against said biasing means, and means acting independently of the elastic la.force of said means biasing the key, positively limiting the axial movement of said key in the direction away from its seat.
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