Vanne à obturateur à deux opercules
La présente invention est relative à une vanne à deux tubulures coaxiales d'entrée et de sortie et à obturateur à deux opercules mobiles en translation perpendiculairement auxdites tubulures au moyen d'une tige de commande et susceptibles d'être écartés l'un de l'autre par un coin porté par cette tige.
Dans les dispositifs connus d'écartement à coins, soit les opercules eux-mêmes, soit la tige de commande, forment une paire de coins complémentaires à contact suivant un biseau. Dans ce cas, les opercules glissent et frottent sur leur siège au cours des manoeuvres de la vanne, de telle sorte qu'il en résulte une forte usure des sièges et des surfaces portantes des opercules, ainsi que des risques de coincement de ces derniers en position de fermeture.
Un perfectionnement connu consiste en un coin expandeur fixe inférieur, en saillie sur la paroi interne du corps de la vanne, et un coin expandeur supé- rieur à l'extrémité de la tige de commande; mais cet agencement ne permet toujours pas d'exercer de pression uniforme sur tout le pourtour des surfaces portantes des opercules car les efforts restent localisés en deux points diamétralement opposés, d'oû une flexion et une déformation des opercules et, par suite, I'obtention d'une étanchéité insuffisante.
L'invention a pour but de fournir une vanne qui permette de remédier aux inconvénients ci-dessus, c'està-dire d'obtenir une fermeture étanche en appliquant uniformément les opercules sur leurs sièges suivant tout le pourtour des surfaces annulaires portantes et en utilisant pour cela des moyens simples.
La vanne suivant l'invention est caractérisée en ce que les deux opercules assemblés ménagent entre eux une gorge circulaire à flancs obliques dont la partie la plus étroite est à la périphérie et dans laquelle est logé un moyen annulaire expansible et ouvert de répartition de poussée, ledit coin étant disposé entre les extrémités dudit moyen pour provoquer son expansion et écarter ainsi les opercules et les appliquer sur les sièges des tubulures.
Grâce à cet agencement, les opercules sont parfaitement plaqués sur toute l'étendue de leurs sièges et, de ce fait, la vanne peut être utilisée sur des canalisation de transport de fluides à très haute pression aussi bien que des conduites soumises au vide.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la vanne suivant l'invention. Sur ce dessin:
La fig. 1 est une vue schématique et partielle, en coupe, d'une vanne à obturateur mobile, représentée dans une position atteinte un peu avant la fermeture complète.
La fig. 2 est une vue partielle analogue à celle de la fig. 1 et représentant l'obturateur en position de fermeture complète.
Les fig. 3 et 4 sont des demi-vues en coupe de l'obturateur, suivant les lignes respectives 3-3 de la fig. 1 et 4-4 de la fig. 2.
La fig. 5 est une vue partielle d'une variante à sièges parallèles.
Les fig. 6 et 7 sont des vues partielles de détail d'autres variantes de l'invention.
Les fig. 8 et 9 sont des demi-vues en coupe avec une autre variante de l'obturateur.
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux fig. 1 à 4, l'invention est appliquée à une vanne dont le corps 1 comporte deux tubulures 2, d'entrée et de sortie, d'axe
X-X perpendiculaire au plan de symétrie perpendiculaire au plan de la fig. 1 et de trace Y-Y. Les tubulures 2, dont les extrémités externes (brides, filetages ou autres moyens de raccordement) n'ont pas été représentées, offrent intérieurement deux sièges 3 obliques et symétriques par rapport au plan Y-Y.
Le corps 1 est surmonté d'un chapeau 4 coaxial, comportant une paire de glissières 5 de guidage pour une tige de manoeuvre 6.
Dans un but de simplification, les organes connus de commande de la tige de manoeuvre 6 et les organes d'élanchéité entre cette tige et le corps 1 n'ont pas été représentés. La fig. I montre seulement une double fourchette de guidage 7 portée par la tige 6 et coulissant sur les glissières 5 pour empêcher la rotation de cette tige par rapport au corps 1 pendant la montée et la descente de la tige.
L'extrémité inférieure de la tige de manoeuvre 6 comporte de façon connue, pour l'accrochage de l'obturateur. une cuvette 8 soudée à la tige 6 et dont la partie creuse cylindrique est orientée vers les sièges 3. Audessous de cette cuvette, la tige présente une gorge circulaire 9, suivie d'un collet d'accrochage 10 qui est prolongé par un coin 11 constituant l'extrémité inférieure de la tige 6 (fig. 3 et 4).
L'obturateur est un coin, à deux opercules 12, ayant la forme générale de disques, symétriques par rapport au plan Y-Y. Ces opercules présentent des portées annulaires obliques 13, s'appliquant sur les sièges 3 en position fermée. Chaque opercule 12 porte un crochet 14 logé dans la gorge circulaire 9 de la tige de manoeuvre, à l'intérieur de la cuvette 8 et prenant appui sur le collet 10. Les deux opercules 12 sont maintenus rapprochés par cette cuvette 8 et rendus solidaires en translation de la tige de manoeuvre 6 par la gorge 9 et le collet 10.
Chaque opercule 12 porte une portée cylindrique interne 15, limitée transversalement par un flanc oblique 16, de telle sorte que les deux opercules 12 montés sur la tige de manoeuvre 6 ménagent entre eux une gorge circulaire 17, de profil trapézoïdal. Dans cette gorge est logé un jonc circulaire élastique 18 de profil en queue d'aronde, dont la partie la plus étroite est sur la périphérie des opercules. Le jonc 18 en matériau élastique, a la forme d'une bague ouverte suivant un angle aigu correspondant à celui du coin 11 porté à l'extrémité de la tige de manoeuvre 6 et engagé entre les deux extrémités du jonc (fig. 3 et 4).
Le fonctionnement est le suivant: pour la fermeture de la vanne, la tige de manoeuvre 6 est descendue pour amener les opercules 12 en face de leurs sièges 3, dans une position légèrement plus basse que celle de la fig. 1.
L'ensemble de l'obturateur ayant la forme d'un coin, il y a déjà un premier serrage de l'obturateur sur les sièges 3, résultant du fonctionnement classique d'une vanne, mais ce premier serrage n'est pas suffisant pour assurer une parfaite étanchéité.
Un deuxième serrage est réalisé en fin de descente de la tige de manoeuvre 6, par enfoncement du coin expandeur 11 entre les extrémités du jonc élastique 18 (fig. 2, 4). La comparaison des fig. 3 et 4 montre qu'avant la fermeture complète, le coin 1 1 n'étant pas enfoncé à fond dans l'ouverture du jonc 18, chaque extrémité de ce jonc est à une distance a du plan Y-Y de symétrie et le jonc a alors un rayon extérieur égal à la cote b (fig. 1).
Par contre, en position fermée complète et après expansion du jonc 18, chacune de ses extrémités est à une distance a' du plan Y-Y supérieur à a et, par suite, le rayon extérieur du jonc est égal à b' (fig. 2, 4) supérieur à b. Pendant le mouvement d'expansion du jonc 18, les flancs obliques de celui-ci s'appuient sur les flancs obliques correspondants de la gorge trapézoïdale 17 de l'obturateur et exercent sur ceux-ci des forces radiales centrifuges dont les composantes axiales f écartent les opercules 12 et les appliquent fortement sur les sièges 3.
Pour l'ouverture de la vanne, la tige de manoeuvre 6 est remonté et, au début, le coin 11 est dégagé de l'ouverture du jonc élastique 18, ce qui laisse aux opercules 12 I'espace nécessaire à leur rapprochement et leur permet de ne plus porter fortement sur les sièges 3. En d'autres termes, il se produit un véritable décoincement de l'obturateur avant que celui-ci ne soit sollicité en translation. Cette disposition autorise ensuite un mouvement de remontée sans frottement sur les sièges 3.
Grâce à la combinaison du coin 11, du jonc 18 expansible et de la gorge intérieure trapézoïdale 17 de l'obturateur, formée par des portées conjuguées sur chaque opercule 12, les efforts de serrage des opercules sont répartis uniformément sur la presque totalité de la périphérie de ces opercules et vis-à-vis des portées obliques 13, donc précisément sur les zones qui doivent être étanches.
En raison de la parfaite localisation de ces efforts de serrage, ceux-ci peuvent être réduits au minimum.
En outre, la localisation des efforts de serrage sur tout le pourtour circulaire des opercules 12 et face aux sièges annulaires 3, ne fait subir aucune flexion, donc aucune déformation aux disques formant opercules. Il en résulte que ces disques peuvent être amincis au maximum et, par conséquent, rendus plus légers.
L'effort appliqué par le fluide sur l'opercule amont quand la vanne est fermée, est uniformément réparti et il n'y a plus de manque d'étanchéité à cet endroit.
Le deuxième serrage par écartement des opercules dû à l'expansion du jonc 18 apporte à la vanne une parfaite étanchéité aussi bien à la tubulure amont qu'à la tubulure aval. Cette étanchéité est sensiblement supérieure à celle que l'on obtient avec des vannes à coin connues.
Par conséquent, la solution décrite peut s'appliquer à des vannes pour vapeur fortement surchauffée chaque fois que l'étanchéité doit être parfaite et pour l'isolement de conduites soumises à un vide élevé. Plus généralement, la solution proposée s'applique à toute vanne dont on exige une excellente étanchéité.
Grâce à l'absence de serrage des opercules un peu avant la fermeture complète et à la suppression du serrage au début de l'ouverture, les opercules 12 ne frottent pratiquement pas sur les sièges 3 au moment de la descente ou de la montée de la tige de manoeuvre. L'usure des sièges 3 du corps et des portées obliques 13 de l'obturateur est réduite au minimum. Les surfaces de ces sièges et de ces portées peuvent donc être exécutées avec le plus grand soin sans risque d'être détériorées par grippage.
Grâce à la combinaison du coin 11 de la tige de ma oeuvre et du jonc 18 et au montage de ce jonc dans la gorge trapézoïdale 17 que forment les deux opercules 12 assemblés, I'obturateur se trouve calé en rotation par rapport à la tige de manoeuvre. Cette disposition présente un avantage lorsque les vitesses de passage du fluide sont assez faibles et permet la suppression des rainures de guidage à l'intérieur du corps 1 en les remplaçant par des glissières 5 avec lesquelles coopère la fourchette double 7, ce dispositif de guidage étant généralement plus facile et plus économique à réaliser.
La variante d'exécution représentée à la fig. 5 comprend une vanne à sièges parallèles 3a. Les opercules 12lut en forme de disques comportent des portées parallèles aux sièges. Ces deux opercules sont emboîtés intérieurement l'un dans l'autre et tendent à être rapprochés élastiquement par une lamelle métallique 19. Ces opercules 1 2a comportent des portées cylindriques intérieures, limitées par des flancs obliques formant, lorsque les opercules sont assemblés, une gorge circulaire trapézoïdale 17 servant de logement au jonc expansible 18.
Les opercules sont montés sur la tige de manoeuvre 6 et fonctionnent de la même manière que dans le premier exemple, la lamelle élastique 19 facilitant leur rapprochement lorsque le jonc 18 n'est pas expansé.
Le même dispositif élastique de rapprochement à lamelle 19 est d'ailleurs applicable à une vanne à siège oblique (fig. 1).
Suivant la variante de la fig. 6, les opercules 12 sont écartés l'vil de l'autre par un joilc 18h de section trapézoïdale, complété par une languette circulaire extérieure 20. Cette languette coopère avec une rainure circulaire correspondante 21, ménagée dans le corps I de la vanne pour parfaire le guidage de l'obturateur.
Au lieu d'une languette circulaire 20 sur le jonc et d'une rainure 21 dans le corps, on peut avoir, inversement, une rainure circulaire dans le jonc et une nervure correspondante en saillie par rapport à la cavité du corps.
Suivant la variante d'exécution de la fig. 7, les opercules 12 qui présentent toujours une gorge trapézoïdale intérieure 17 lorsqu'ils sont assemblés, sont écartés l'un de l'autre par un jonc torique 1 8e, d'une réalisation plus économique que le jonc 18. Cependant, le contact entre le jonc et chaque opercule est limité alors à une ligne circulaire et les efforts applicables sont beaucoup plus faibles. Une telle disposition ne sera préférée que lorsque les pressions de service seront assez réduites ou pour des applications d'étanchéité au vide.
Enfin, suivant la variante de la fig. 8, le jonc est remplacé par une couronne incomplète formée de billes 18d s'appuyant les unes sur les autres et logées dans la gorge trapézoidale des opercules. L'extrémité de la tige de manoeuvre 6 en forme de coin 1 1 vient, en s'enfon çant, augmenter le diamètre moyen de la couronne de billes, ce qui a pour effet d'écarter les deux opercules l'un de l'autre.
Double wedge shutter valve
The present invention relates to a valve with two coaxial inlet and outlet pipes and with a shutter with two movable covers in translation perpendicular to said pipes by means of a control rod and capable of being separated from one of the the other by a wedge carried by this rod.
In known wedge spacing devices, either the lids themselves, or the control rod, form a pair of complementary wedges in contact along a bevel. In this case, the covers slide and rub on their seat during the operations of the valve, such that there results a strong wear of the seats and the bearing surfaces of the covers, as well as the risk of the latter jamming. closed position.
A known improvement consists of a lower fixed expander wedge, projecting from the internal wall of the valve body, and an upper expander wedge at the end of the control rod; but this arrangement still does not make it possible to exert uniform pressure over the entire periphery of the bearing surfaces of the lids because the forces remain localized at two diametrically opposed points, hence bending and deformation of the lids and, consequently, I ' obtaining an insufficient seal.
The object of the invention is to provide a valve which makes it possible to remedy the above drawbacks, that is to say to obtain a sealed closure by uniformly applying the covers on their seats along the entire periphery of the annular bearing surfaces and by using for this simple means.
The valve according to the invention is characterized in that the two assembled lids form between them a circular groove with oblique flanks, the narrowest part of which is at the periphery and in which is housed an expandable and open annular thrust distribution means, said wedge being disposed between the ends of said means to cause its expansion and thus separate the lids and apply them to the seats of the tubes.
Thanks to this arrangement, the caps are perfectly pressed over the entire extent of their seats and, therefore, the valve can be used on pipelines for transporting fluids at very high pressure as well as pipes subjected to vacuum.
The appended drawing illustrates, by way of example, one embodiment of the valve according to the invention. On this drawing:
Fig. 1 is a schematic and partial view, in section, of a movable shutter valve, shown in a position reached a little before complete closure.
Fig. 2 is a partial view similar to that of FIG. 1 and showing the shutter in the fully closed position.
Figs. 3 and 4 are sectional half-views of the shutter, taken along the respective lines 3-3 of FIG. 1 and 4-4 of fig. 2.
Fig. 5 is a partial view of a variant with parallel seats.
Figs. 6 and 7 are partial detail views of other variants of the invention.
Figs. 8 and 9 are half-section views with another variant of the shutter.
Following the example of execution shown in FIGS. 1 to 4, the invention is applied to a valve whose body 1 comprises two pipes 2, inlet and outlet, of axis
X-X perpendicular to the plane of symmetry perpendicular to the plane of fig. 1 and trace Y-Y. The pipes 2, the external ends of which (flanges, threads or other connection means) have not been shown, internally provide two seats 3 oblique and symmetrical with respect to the Y-Y plane.
The body 1 is surmounted by a coaxial cap 4, comprising a pair of guide rails 5 for an operating rod 6.
For the sake of simplification, the known control members of the operating rod 6 and the sealing members between this rod and the body 1 have not been shown. Fig. I only shows a double guide fork 7 carried by the rod 6 and sliding on the slides 5 to prevent the rotation of this rod relative to the body 1 during the raising and lowering of the rod.
The lower end of the operating rod 6 comprises in a known manner, for hooking the shutter. a cup 8 welded to the rod 6 and the cylindrical hollow part of which is oriented towards the seats 3. Below this cup, the rod has a circular groove 9, followed by a hooking collar 10 which is extended by a wedge 11 constituting the lower end of the rod 6 (fig. 3 and 4).
The shutter is a wedge, with two covers 12, having the general shape of discs, symmetrical with respect to the Y-Y plane. These covers have oblique annular bearing surfaces 13, applying to the seats 3 in the closed position. Each cover 12 carries a hook 14 housed in the circular groove 9 of the operating rod, inside the cup 8 and resting on the collar 10. The two covers 12 are held together by this cup 8 and made integral by translation of the operating rod 6 through the groove 9 and the collar 10.
Each cover 12 carries an internal cylindrical bearing surface 15, limited transversely by an oblique flank 16, so that the two covers 12 mounted on the operating rod 6 form between them a circular groove 17, of trapezoidal profile. In this groove is housed an elastic circular ring 18 of dovetail profile, the narrowest part of which is on the periphery of the lids. The ring 18 of elastic material, has the shape of an open ring at an acute angle corresponding to that of the wedge 11 carried at the end of the operating rod 6 and engaged between the two ends of the ring (fig. 3 and 4 ).
The operation is as follows: to close the valve, the operating rod 6 is lowered to bring the covers 12 in front of their seats 3, in a position slightly lower than that of FIG. 1.
The entire shutter having the shape of a wedge, there is already a first tightening of the shutter on the seats 3, resulting from the conventional operation of a valve, but this first tightening is not sufficient for ensure a perfect seal.
A second tightening is carried out at the end of the descent of the operating rod 6, by driving the expander wedge 11 between the ends of the elastic ring 18 (fig. 2, 4). The comparison of fig. 3 and 4 shows that before complete closure, the corner 1 1 is not fully inserted into the opening of the ring 18, each end of this ring is at a distance a from the plane YY of symmetry and the ring has then an outer radius equal to dimension b (fig. 1).
On the other hand, in the fully closed position and after expansion of the ring 18, each of its ends is at a distance a 'from the plane YY greater than a and, consequently, the outer radius of the ring is equal to b' (fig. 2, 4) greater than b. During the expansion movement of the ring 18, the oblique flanks of the latter are supported on the corresponding oblique flanks of the trapezoidal groove 17 of the shutter and exert on them centrifugal radial forces whose axial components f separate them. the lids 12 and apply them strongly to the seats 3.
To open the valve, the operating rod 6 is raised and, at the start, the wedge 11 is released from the opening of the elastic ring 18, which leaves the lids 12 the space necessary for their approach and allows them. no longer bear heavily on the seats 3. In other words, there is a real loosening of the shutter before the latter is urged in translation. This arrangement then allows a frictionless ascent movement on the seats 3.
Thanks to the combination of the wedge 11, of the expandable ring 18 and of the trapezoidal inner groove 17 of the shutter, formed by conjugate bearing surfaces on each cover 12, the clamping forces of the covers are distributed uniformly over almost the entire periphery. of these lids and with respect to the oblique bearing surfaces 13, therefore precisely on the areas which must be sealed.
Due to the perfect location of these clamping forces, they can be reduced to a minimum.
In addition, the location of the clamping forces over the entire circular periphery of the lids 12 and facing the annular seats 3 does not subject the discs forming the lids to any bending, therefore no deformation. As a result, these discs can be thinned to the maximum and, therefore, made lighter.
The force applied by the fluid to the upstream gate when the valve is closed is uniformly distributed and there is no longer any lack of sealing at this location.
The second tightening by spacing the lids due to the expansion of the ring 18 provides the valve with perfect sealing both to the upstream pipe and to the downstream pipe. This tightness is appreciably greater than that obtained with known wedge valves.
Therefore, the solution described can be applied to valves for highly superheated steam whenever the tightness must be perfect and for the insulation of pipes subjected to a high vacuum. More generally, the proposed solution applies to any valve for which excellent sealing is required.
Thanks to the lack of tightening of the covers a little before complete closing and the elimination of tightening at the start of opening, the covers 12 hardly rub on the seats 3 when the vehicle is lowered or raised. operating rod. The wear of the seats 3 of the body and of the oblique bearing surfaces 13 of the shutter is reduced to a minimum. The surfaces of these seats and these bearings can therefore be executed with the greatest care without risk of being damaged by seizing.
Thanks to the combination of the corner 11 of the rod of my work and the ring 18 and the mounting of this ring in the trapezoidal groove 17 formed by the two assembled lids 12, the shutter is locked in rotation with respect to the rod of maneuver. This arrangement has an advantage when the fluid passage speeds are low enough and allows the elimination of the guide grooves inside the body 1 by replacing them with slides 5 with which the double fork 7 cooperates, this guide device being generally easier and more economical to produce.
The variant embodiment shown in FIG. 5 comprises a valve with parallel seats 3a. The disc-shaped lids 12lut have bearing surfaces parallel to the seats. These two lids are nested inside one another and tend to be brought together elastically by a metal strip 19. These lids 1 2a comprise internal cylindrical surfaces, limited by oblique flanks forming, when the lids are assembled, a groove trapezoidal circular 17 serving as a housing for the expanding ring 18.
The lids are mounted on the operating rod 6 and operate in the same way as in the first example, the elastic strip 19 facilitating their approach when the ring 18 is not expanded.
The same resilient re-approaching device 19 is moreover applicable to an oblique seat valve (FIG. 1).
According to the variant of FIG. 6, the lids 12 are spaced apart from each other by a joilc 18h of trapezoidal section, completed by an outer circular tongue 20. This tongue cooperates with a corresponding circular groove 21, formed in the body I of the valve to perfect the shutter guide.
Instead of a circular tongue 20 on the ring and a groove 21 in the body, it is possible, conversely, to have a circular groove in the ring and a corresponding rib projecting from the body cavity.
According to the variant embodiment of FIG. 7, the lids 12 which always have an internal trapezoidal groove 17 when they are assembled, are separated from each other by an O-ring 18e, of a more economical embodiment than the ring 18. However, the contact between the ring and each cap is then limited to a circular line and the applicable forces are much lower. Such an arrangement will be preferred only when the operating pressures are sufficiently reduced or for vacuum sealing applications.
Finally, according to the variant of FIG. 8, the ring is replaced by an incomplete crown formed of balls 18d resting on each other and housed in the trapezoidal groove of the lids. The end of the operating rod 6 in the form of a wedge 1 1 comes, by sinking, increase the average diameter of the ring of balls, which has the effect of removing the two lids one of the other.