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.