Robinet à boisseau
La présente invention se rapporte à un robinet à boisseau.
Les robinets utilisés dans les systèmes de tuyauteries pour régler l'écoulement de solutions chimiques variées, de liquides chauffés ou réfrigérés, et de fluides corrosifs, sont connus pour requérir un service ou des remplacements fréquents fort onéreux non seulement du fait du coût élevé de tels robinets, mais également du fait de l'interruption dans le fonctionnement normal des installations ou des industries dans lesquelles ces robinets sont nécessaires pour une production ou un service continus.
Les robinets peuvent présenter des fuites dues aux changements de température dans le fluide qui les traverse ou dans l'ambiance dans laquelle les robinets sont utilisés, et des conséquences très sérieuses peuvent dériver de robinets qui laissent fuir des fluides corrosifs. Dans les tuyauteries pour le chlore, par exemple, une fuite de robinet peut très vraisemblablement détruire ce robinet et les objets qui l'entoure lorsque le chlore qui fuit est exposé à l'air ou à l'humidité en formant ainsi de l'acide chlorhydrique.
Des perfectionnements de fabrication ont été réalisés dans la technique en construisant les robinets à partir de métaux ou d'alliages spécialement choisis, et en garnissant les corps de robinets avec des matériaux variés qui minimisent quelque peu les problèmes de fuite et de corrosion. Un perfectionnement notoire a été d'incorporer dans la chambre de corps un revêtement plastique ou un manchon contre lequel le tournant ou clapet du robinet peut assurer une étanchéité lorsqu'il y est pivoté à des positions ouvertes et fermées, ce revêtement ou ce manchon étant en matériau de polytétrafluoroéthylène inerte autolubrifiant tel que le produit connu sous le nom commercial de Teflon .
Cependant, dans certaines conditions d'utilisation, on trouve que les robinets ainsi construits fuient, particulièrement à la suite des changements de température affectant le revêtement,
I1 a été découvert qu'un revêtement de Teflon , bien qu'initialement étendu à l'intérieur de la chambre de corps et distendu par l'insertion du tournant du robinet, peut permettre une fuite du fluide contrôlé par le robinet, non entre le tournant et le revêtement, mais entre le revêtement et la chambre de corps dans laquelle le revêtement est monté. Cette condition résulte habituellement du refroidissement du robinet ou du fluide qui y est contrôlé, causant la contraction du revêtement radialement vers le tournant et, de ce fait, forçant le revêtement à s 'écarter de la paroi de la chambre du corps.
Le fluide sous pression contrôlé par le robinet peut alors s'échapper entre le revêtement et le corps du robinet, quand bien même le tournant peut avoir un contact d'étanchéité excellent avec la face intérieure du revêtement. Le fluide qui s'échappe peut de cette façon fuir du robinet le long de sa tige, ou peut passer derrière le revêtement depuis l'orifice d'admission vers l'orifice d'évacuation du robinet, nonobstant le fait que le tournant peut s'asseoir parfaitement à l'intérieur de l'alésage du revêtement.
Une fuite du caractère mentionné ci-dessus résulte du fait que le coefficient de dilatation et de contraction du revêtement Teflon ou manchon est plus grand que celui du matériau constituant le corps du robinet, qui est habituellement du métal. En conséquence, un changement de température à l'intérieur ou à l'extérieur du robinet devient un facteur vital dans la réduction de l'efficacité de ce robinet, particulièrement lorsque le manchon de Teflon subit en sens inverse une contraction sensible l'amenant à s'écarter de son logement à l'intérieur de la chambre de corps du robinet.
La présente invention vise à pallier les inconvénients susmentionnés. A cet effet, le robinet à boisseau suivant l'invention, comprenant un corps de robinet avec des orifices d'admission et d'évacuation et un boisseau à paroi tronconique dans lequel est disposée une noix tron conique, percée d'un orifice transversal correspondant, en position d'ouverture du robinet, avec les orifices du corps, une tige de commande de la noix prolongeant celle-ci axialement et permettant d'impartir une rotation à cette noix, une garniture en matière plastique, de forme générale tronconique, présentant un alésage axial dans lequel s'engage la noix et une paroi extérieure tronconique munie d'ouvertures correspondant avec les orifices du corps du robinet, cette garniture étant logée dans le corps de façon qu'un mouvement longitudinal ou rotatif de la garniture se trouve empêché,
est caractérisé en ce qu'il comporte une poche annulaire formée à une extrémité de la noix entre cette dernière, le corps de robinet et une extrémité de la garniture, cette poche contenant un fluide d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité entre le corps de robinet et la garniture.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et des variantes du robinet objet de l'invention.
La fig. 1 en est une coupe, prise suivant l'axe du tournant rotatif.
La fig. 2 est une coupe prise sur la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe fragmentaire à plus grande échelle détaillant une partie des moyens d'étanchéité de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue similaire à celle de la fig. 1 représentant une variante.
La fig. 5 est une coupe prise sur la ligne 5-5 de la fig. 4.
La fig. 6 est une coupe prise sur la ligne 6-6 de la fig. 5.
La fig. 7 est une vue en élévation de côté d'un revêtement plastique qui peut être utilisé dans les structures des fig. 4, 5 et 6.
La fig. 8 est une vue en élévation de côté, partiellement en coupe, représentant le revêtement de la fig. 7 légèrement modifié.
La fig. 9 est une coupe fragmentaire représentant une variante de la structure de la fig. 5, et
la fig. 10 est une vue en coupe semblable à celle de la fig. 1, représentant une forme modifiée des moyens d'étanchéité de la tige.
Le robinet décrit ici comprend un corps 12, formé de préférence en métal approprié, ayant un orifice d'admission 14 et un orifice d'évacuation 16, dont chacun peut être relié à des parties de tuyauterie (non représentées) pour le déplacement d'un fluide sous pression dans et à partir du robinet. Il est d'usage de faire les liaisons de tuyauterie au moyen de vis filetées, ou de brides éventuellement telles que celles référencées 18 et 20, situées aux orifices 14 et 16. Le corps 12 est muni d'un boisseau 22 ayant la forme d'un alésage conique et recevant une garniture fixe 24, de forme conique correspondante, à l'intérieur de laquelle le tournant 26, appelé aussi la noix, est pivoté. L'extrémité réduite de l'alésage 22 est fermée par une paroi d'extrémité 28 du corps du robinet.
Le tournant 26 est percé d'un passage 30 qui le traverse pour être placé dans et hors d'alignement avec les orifices 14 et 16 du corps 12 suivant la rotation partielle du tournant 26. La garniture 24 qui constitue un revêtement de l'alésage 22, est ouverte en correspondance avec les orifices du corps, et elle est fixée contre tout mouvement rotatif et axial à l'intérieur de l'alésage 22, de toute façon appropriée. La surface intérieure de ce revêtement épouse la conicité du tournant 26. Le matériau dont est formé le revêtement est un matériau plastique tel que le produit connu sous le nom commercial de Teflon , un polytétrafluoroéthylène, ou une substance plastique imperméable équivalente présentant au tournant une surface de contact glissante et résistante à l'usure capable de produire un joint d'étanchéité aux fluides avec la surface extérieure à faible conicité du tournant 26.
La partie d'extrémité plus grande de l'alésage conique 22 est fermée par un capuchon métallique 32 monté sur le corps du robinet au moyen de plusieurs vis à tête 34.
Le capuchon 32 a un faible alésage 36 en relation coaxiale avec l'axe de rotation du tournant 26, et son extrémité extérieure peut être prévue avec plusieurs trous percés et coniques afin de permettre l'ajustement des goujons filetés 38 agencés en parallèle et équidistants de l'axe du tournant. Dans l'alésage central 40 du capuchon est logée librement la tige de commande de rotation 42 du tournant du robinet. La tige 42 traverse le capuchon, et une calotte 44 qui est clavetée sur le méplat 46 porte un levier de commande 48 pour la rotation du tournant du robinet. Une vis 50 est utilisée pour fixer le levier 48 à la calotte, de toute façon appropriée, et la calotte porte un doigt d'arrêt saillant 52 destiné à venir buter sur une butée fixe sur le corps (non représentée), afin de limiter la rotation du tournant entre les positions de robinet ouverte et fermée.
Le tournant du robinet est retenu logé à l'intérieur du revêtement fixe 24 par la force des vis de réglage 38 s'appuyant contre une bague de pression 54, de préférence en métal dur, qui recouvre un diaphragme imperméable aux liquides qui sépare la chambre de tournant 22 de la chambre de capuchon 36. Ce diaphragme comprend un disque à ouverture centrale 56, en Teflon ou autre matériau flexible imperméable approprié, entourant la tige de tournant 42, et ayant son bord périphérique extérieur serré en 58 entre le capuchon 32 et le corps du robinet. Un élément protecteur du diaphragme ou le renforçant sous la forme d'une rondelle métallique 60 flexible est interposé entre le diaphragme et la bague de pression 54, afin de distribuer la force appliquée par la bague de pression et les vis 38.
Le disque protecteur 60 est ouvert axialement pour entourer la tige de tournant, et recouvre complètement une face du diaphragme. Le disque protecteur peut être serré en 58 en bordure, avec le diaphragme 56, entre le capuchon et le corps du robinet.
En se référant à la fig. 1, on notera que la partie d'extrémité plus grande du tournant 26 est munie d'un épaulement plan annulaire ou siège 62 contre lequel la partie de bord intérieure du diaphragme 56 peut reposer quoique sous compression de la bague 54 et des vis 38.
Au-delà de la limite extérieure de l'épaulement 62, la face d'extrémité du tournant peut être fraisée annulairement ou soulagée comme en 64, afin de fournir un jeu entre l'extrémité de tournant et la partie de recouvrement voisine du diaphragme 56. Ce jeu ou poche contient un fluide d'étanchéité 66, autre que le fluide contrôlé par le robinet. Un tel fluide d'étanchéité peut être une graisse lourde ou un matériau visqueux qui est difficile à remuer ou à déplacer, et, en conséquence, pourra empêcher la fuite de fluide depuis le robinet après l'épaulement ou le siège 62 et le long de la tige du tournant du robinet.
Le fluide d'étanchéité ou d'obturation 66 peut être une graisse visqueuse lourde, une graisse aux silicones ou un composé tel qu'un matériau de calfatage qui est caractérisé par une forte viscosité et une grande résis tance à la dilution par le fluide traversant le robinet. La viscosité du fluide d'étanchéité, ou sa résistance au déplacement, doit être plus grande que celle du fluide contrôlé par le robinet. Comme cela sera aisément apprécié, des formes variées de fluides d'étanchéité ayant les caractéristiques requises sont disponibles et peuvent être utilisés.
La fig. 2 représente l'introduction du fluide d'étanchéité dans la région du diaphragme au moyen d'un réservoir 68 porté par le corps du robinet, et ayant un bouchon vissé 70 pour forcer le fluide à travers un passage 72 et dans la poche annulaire 64 entourant en 62 le siège de diaphragme. Le réservoir et le bouchon vissé 70 peuvent constituer un moyen pour maintenir le fluide d'étanchéité à tout moment sous une pression supraatmosphérique, aussi bien qu'un moyen pour remplacer tout fluide d'étanchéité qui aurait pu être épuisé ou perdu sous les conditions anormales auxquelles le robinet pourrait être exposé.
I1 faut noter ici que le logement ou chambre contenant le fluide d'étanchéité s'étend vers et bute contre l'extrémité annulaire la plus grande du revêtement conique, tel que montré en 74 (voir fig. 3), afin de former l'étanchéité à tout fluide qui pourrait s'échapper depuis le robinet par une fuite entre le revêtement 24 et la partie de corps du robinet qui le supporte. En d'autres termes, et avec références à la fig. 3, le fluide d'étanchéité 66 rendra étanche toute fuite qui pourrait passer par le revêtement 24, non seulement à l'endroit où le tournant siège contre le revêtement en 76, mais plus précisément, dans la zone 78 où le revêtement est supporté par le corps du robinet.
La série de petites croix x sur la fig. 3, autour du revêtement 24, indique un chemin de fuite possible depuis l'orifice d'admission du robinet vers et derrière le revêtement, qui peut devenir une zone de fuite sérieuse dans le cas où le revêtement s'écarte du corps de robinet en 78 à cause d'une baisse de température à l'intérieur ou autour du robinet. La contraction du revêtement plastique est naturellement plus grande que celle du matériau du corps du robinet qui est habituellement en métal.
Ce qui précède expose le problème, et les solutions, d'une fuite extérieure qui pourrait se produire le long de la tige du tournant du robinet. Un autre problème est celui de la fuite intérieure, où une fuite après la fermeture du robinet pourrait se produire à partir du côté amont du robinet vers le côté aval de celui-ci, au travers d'une zone derrière le revêtement ou entre le revêtement et le corps du robinet, dans le cas de la contraction du revêtement due à une baisse de la température. La solution à ce problème de fuite interne comprend le remplissage avec un fluide d'étanchéité à grande viscosité des espaces ou des surfaces d'étanchéité à basse pression qui se produisent entre le revêtement et le corps du robinet par la contraction de ce revêtement.
Une fuite intérieure due à la contraction du revêtement peut être évitée, par les moyens comme représenté dans les fig. 4, 5 et 6, dans lesquelles, selon la fig. 4, le fluide d'étanchéité visqueux de la chambre ou poche annulaire 64 est canalisé au moyen d'un ou de plusieurs passages longitudinaux 80, vers une rainure annulaire 82 formée dans la surface extérieure du revêtement près de l'extrémité de diamètre réduit de celui-ci. Le fluide d'étanchéité entassé dans la rainure annulaire 82 effectue un joint entre le revêtement et les surfaces du corps du robinet qui le supportent. Si un écartement ou déplacement du revêtement des surfaces du corps le supportant se produit, le fluide d'étanchéité visqueux sera présent pour faire un joint d'étanchéité contre toute fuite tendant à se produire entre le revêtement et le corps du robinet.
I1 faut noter que le revêtement 24 lorsqu'il est inséré initialement dans la chambre du corps du robinet 22 (fig. 6), est fixé dans ce robinet par l'application d'une pression interne qui repousse ce revêtement contre la paroi de la chambre. La paroi de la chambre, plutôt que d'être lisse, est munie d'évidements tels que ceux indiqués en 84, 84 de la fig. 6, dans lesquels le matériau de garniture peut s'écouler sous haute pression pour appliquer le revêtement contre le corps du robinet. Les évidements 84 forment des surfaces à basse compression, et celles-ci sont flanquées de surfaces à haute compression 86, 86, 86, 86 voisines des orifices d'admission et d'évacuation 14 et 16, afin d'effectuer un siège à grande efficacité du tournant à l'intérieur du revêtement.
Les surfaces à basse compression 84, 84 dans lesquelles le matériau du revêtement n'est pas fortement comprimé contre le corps du robinet dans la condition entièrement assemblée du robinet, sont susceptibles de s'écarter du corps du robinet, selon la fig. 6, lorsque le revêtement se contracte par refroidissement, permettant de ce fait l'entrée du fluide d'étanchéité visqueux 66 depuis les passages 80 et 82, entre le revêtement et le corps du robinet. Ce fluide d'étanchéité, étant plus visqueux que le fluide sous pression dans l'orifice d'admission 14 forme une barrière contre la fuite de fluide depuis l'orifice d'admission en 88, 88 dans les surfaces à haute compression voisines 86, 86 et contre le fluide à haute viscosité en 66, 66 qui s'oppose de façon effective à la continuité de la fuite vers l'orifice d'évacuation 16.
Par ce moyen, la fuite intérieure dans le robinet est effectivement évitée toutes les fois que le revêtement tend à se contracter et à s'écarter du corps du robinet aux emplacements 88, 86 et 84. La contraction du revêtement tend à réduire le diamètre de celui-ci, et pour cette raison la fuite n'a pas de chance de se produire entre le revêtement et le tournant lorsque le robinet est fermé; et de plus, l'obturation interposée ici tend à forcer le revêtement contre le tournant, en renforçant ainsi le joint.
La fig. 5 représente l'utilisation d'un raccord d'introduction 90 de graisses à haute pression pour clapet sphérique, à travers lequel le fluide d'étanchéité peut être introduit dans le robinet entre le revêtement 24 et le corps du robinet à la fois circonférentiellement au revêtement et contre le diaphragme 56, pour éviter une fuite à la fois intérieure et extérieure.
Dans ce cas, le revêtement 24 peut être formé selon la fig. 7, dans laquelle les passages longitudinaux 880 aux diamètres opposés du revêtement sont raccourcis pour amener le fluide d'étanchéité aux surfaces à basse compression 84, 84 sans en amener aucun à l'extrémité de diamètre réduit du revêtement, comme dans la fig. 4, c'est-à-dire, que le revêtement de la fig. 7 ne doit pas nécessairement comprendre une rainure annulaire telle que celle référencée 82 de la fig. 4, bien qu'une telle rainure puisse être prévue dans le revêtement de la fig. 7 si on le désire.
Lorsque aucune rainure annulaire n'est prévue, l'obturateur ou le fluide d'étanchéité ne sert qu'à surmonter une fuite intérieure selon les fig. 5 et 6, ce qui peut suffire puisque la fuite du fluide dans l'espace entre l'extrémité fermée 28 du corps du robinet et l'extrémité voisine du tournant ne pose pas un problème de fuite sérieux. Dans la fig. 7, les encoches indiquées par les références 92 sont les orifices dans le revêtement qui correspondent avec les orifices d'admission et d'évacuation du corps du robinet.
Dans la variante représentée dans les fig. 8 et 9, le revêtement 24 est muni de passages longitudinaux peu profonds 80, 80, comme dans la fig. 4, communiquant avec une gorge annulaire 94 peu profonde près de l'extrémité de diamètre réduit de ce revêtement. La gorge annulaire 94 peu profonde est agencée pour correspondre avec une gorge annulaire 96 peu profonde prévue dans la chambre 22 du corps du robinet, de telle façon que l'obturateur peut être amené par les passages 80, 80 vers les gorges 94 et 96, afin d'empêcher une fuite intérieure du fluide contrôlé par le robinet. La chambre 22 est munie également de passages longitudinaux peu profonds ou de rainures 98 situées de façon à correspondre toujours avec les passages longitudinaux peu profonds 80 du revêtement, afin d'amener l'obturateur dans les surfaces à basse compression de la chambre 22 mentionnée précédemment.
Cet agencement évite l'usure du revêtement en formant des passages peu profonds et des rainures dans la surface extérieure du revêtement et assure l'alimentation d'étanchéité désirée sans tenir compte de la nature de toute distorsion du revêtement résultant de la contraction.
En prévoyant des raccords tels que ceux référencés 90 de la fig. 5, ou 70 de la fig. 2, ou des raccords équivalents, l'alimentation d'étanchéité peut être réapprovisionnée toutes les fois que nécessaire, et de tels raccords rendent possible également le maintien de la pression sur l'obturateur à tout moment en aidant la fonction d'étanchéité. Si sous certaines conditions, les raccords sont considérés comme non nécessaires, les surfaces du robinet devant être rendues étanches peuvent être garnies avec le matériau obturateur pendant l'assemblage du robinet, et le matériau obturateur du fait de son facteur de viscosité élevé, barrera efficacement le mouvement du fluide contrôlé par le robinet, le long des chemins de fuite possibles que l'on a mentionnés ci-dessus.
La fig. 10 représente un robinet à boisseau d'un type quelque peu différent de celui représenté dans les vues précédentes, également équipé avec des moyens d'étanchéité. En se référant à la fig. 10, le revêtement 24 en produit connu sous le nom de Teflon ou similaire peut être fixé à l'intérieur de la chambre 22 par l'expansion de force, tel qu'expliqué précédemment, avec la formation de surfaces à haute et basse compressions indiquées rsepectivement, 100 et 102.
Le tournant 26 pivote à l'intérieur du revêtement 24 pour ouvrir et fermer le robinet, comme c'est l'usage.
Le problème de fuite dans ce robinet est le même que celui existant dans les robinets décrits précédemment, et peut être surmonté sensiblement de la même façon par l'utilisation d'une graisse lourde ou d'un fluide d'étanchéité ou d'obturation à viscosité élevée du caractère mentionné.
Dans le robinet de la fig. 10, la tige de commande 42 est une partie séparée du tournant 26, et est munie d'une tête 104 qui est approximativement carrée ou d'autre forme polygonale, disposée librement dans une douille 106 formée dans l'extrémité la plus large du tournant 26. La douille 106 est de forme correspondante à celle de la tête de tige 104, et peut loger librement la tête 104, de façon à permettre le déportement total du tournant par rapport à l'axe de la tige dans le cas d'une dissipation ou d'une vaporisation du revêtement par un échauffement élevé ou par des éléments chimiques ou d'autres dommages atteignant le revêtement.
Cependant, le revê temeni: est sujet également à une contraction considérable comme dans les robinets décrits précédemment, particulièrement lorsqu'il est exposé à de basses températures, rendant de ce fait le robinet susceptible de fuites internes et externes de fluide contrôlé par celui-ci.
Le matériau d'étanchéité à viscosité élevée peut être soit comprimé soit injecté dans la zone 102 à basse compression, utilisant n'importe lequel des moyens décrits par les fig. 4 à 9. Comme décrit dans la fig. 10 à titre d'exemple, le revêtement est muni d'un court passage 108 identique au passage 880 de la fig. 7, pour diriger le matériau d'obturation depuis la chambre 64 vers la zone de basse compression 102. Dans les fig. 1 à 4, la chambre 64 de la fig. 10 contient une quantité de liquide d'étanchéité ou d'obturation qui entre en contact avec le diaphragme 56 pour barrer la fuite du fluide contrôlé par le robinet et le long de la tige de commande 42.
Cette chambre ou poche 64 peut être alimentée avec un fluide d'étanchéité par l'intermédiaire de raccords, tels que ceux décrits dans les fig. 2 et 5, en 70 et 90, ou en variante, la chambre ou poche et la région 102 à basse compression peuvent être garnies avec le fluide d'obturation au moment de l'assemblage initial du robinet.
Au cas où le revêtement de la fig. 10 est sujet à une contraction qui l'amène à s'écarter du corps du robinet, le fluide d'étanchéité à grande viscosité agira pour s'opposer fortement à une fuite du fluide contrôlé par le robinet derrière la tige et derrière le revêtement aux emplacements tels que 102, sensiblement comme décrit précédemment. La tige de commande 42 de la fig. 10 comprend un épaulement 112 pour supporter la partie marginale intérieure du diaphragme 56, alors que sa partie marginale extérieure est fixée de façon serrée en 114 entre le capuchon 32 et le corps du robinet. Entourant la tige est aménagée une bague de pression intérieure 116 et une bague de pression extérieure 118, entre lesquelles sont interposées plusieurs bagues de garniture flexibles 120, 122, 124 et 126 qui entourent également cette tige.
Ces bagues 120, 122, 124 et 126 peuvent avoir une section transversale en forme de chevrons, et sont empilées en succession l'une dans l'autre tel que représenté, afin de se détendre radialement intérieurement et extérieurement lorsqu'elles sont comprimées entre les bagues non flexibles 116 et 118 qui sont préférablement en matériau dur tel que du métal.
La bague extérieure non flexible 118 peut être forcée vers la bague non flexible la plus intérieure 116 au moyen de plusieurs vis de réglage 128 vissées dans des trous coniques 130 percés dans le capuchon 32 pour comprimer les bagues d'empilage flexibles intermédiaires et rendre étanche l'espace entre la tige 42 et l'alésage 132 dudit capuchon 32. Les vis 128 portent contre une face plane 136 de la bague extérieure 118, et alors que cette bague contacte les bagues d'empilage 126, la bague 118 peut être rainurée annulairement pour loger une nervure ou arête de la bagne.
La bague non flexible intérieure 116 peut avoir une face plane en contact avec le diaphragme flexible 56, et peut comprimer ce diaphragme contre l'épaulement de tige 122 pour effectuer avec lui un joint. La face de la bague 116 opposée à sa face plane peut être en forme de coin, comme représenté en 134, pour interférer avec la cornière annulaire voisine de la bague 120 d'empilage en forme de chevron, et ceci, afin de renforcer l'étanchéité et le déploiement radial de la bague 120 contre la tige de commande et la face intérieure de l'alésage 132.
Construit tel que mentionné ci-dessus, le dispositif pour rendre étanches la tige de commande et le diaphragme contre des pertes de fuite d'étanchéité et du fluide contrôlé par le robinet, est hautement efficace de telle façon qu'un robinet comportant un tel moyen peut effectuer un service étendu libre de troubles sous des conditions contraires sévères de fluctuations de température, d'attaques de corrosion, et d'autres influences destructives qui pourraient bientôt mettre hors d'état les robinets tels qu'ordinairement construits. Si le robinet doit requérir une protection contre l'exposition au feu ou à une chaleur intense, les empilages de chevrons et probablement également le diaphragme 56 peuvent être formés d'amiante ou d'une composition hautement résistante à la-destruction par de tels éléments.
En conclusion, il faut noter que le robinet décrit ne peut être proprement classé dans le groupe des robinets dits robinets lubrifiés , dans lesquels le tournant est lubrifié pour faciliter la rotation ou pour faire joint contre les fuites de fluide le long du tournant. Le tournant du robinet décrit ici n'est pas matériellement lubrifié par le matériau d'obturation pas plus que le siège pour le tournant n'est alimenté avec un lubrifiant quelconque. Ceci distingue le présent robinet de ceux classés comme robinets lubrifiés.
Ball valve
The present invention relates to a plug valve.
Valves used in piping systems to control the flow of various chemical solutions, heated or refrigerated liquids, and corrosive fluids, are known to require expensive frequent service or replacement not only because of the high cost of such. valves, but also because of the interruption in the normal operation of installations or industries in which these valves are necessary for continuous production or service.
Valves can leak due to temperature changes in the fluid passing through them or the environment in which the valves are used, and very serious consequences can arise from valves that leak corrosive fluids. In chlorine piping, for example, a leaking faucet can most likely destroy that faucet and the objects around it when the leaking chlorine is exposed to air or moisture, forming acid. hydrochloric.
Manufacturing improvements have been made in the art by constructing the valves from specially selected metals or alloys, and by lining the valve bodies with various materials which somewhat minimize the problems of leakage and corrosion. A notorious improvement has been to incorporate in the body chamber a plastic coating or a sleeve against which the valve stem or valve can seal when it is pivoted therein to open and closed positions, this coating or this sleeve being of inert self-lubricating polytetrafluoroethylene material such as the product known under the trade name of Teflon.
However, under certain conditions of use, the valves thus constructed are found to leak, particularly as a result of temperature changes affecting the coating,
It has been discovered that a Teflon coating, although initially extended inside the body chamber and distended by the insertion of the valve twist, can allow fluid controlled by the valve to leak, not between the valve. rotating and the liner, but between the liner and the body chamber in which the liner is mounted. This condition usually results from cooling of the valve or of the fluid controlled therein, causing the liner to contract radially toward the turn and thereby forcing the liner away from the chamber wall of the body.
The pressurized fluid controlled by the valve can then escape between the liner and the valve body, although the twist can have excellent sealing contact with the inner face of the liner. The escaping fluid can in this way leak from the valve along its stem, or can pass behind the liner from the inlet port to the outlet port of the valve, notwithstanding the fact that the turn may s '' sit perfectly inside the bore of the coating.
Leakage of the above-mentioned character results from the fact that the coefficient of expansion and contraction of the Teflon coating or sleeve is greater than that of the material constituting the valve body, which is usually metal. As a result, a change in temperature inside or outside the valve becomes a vital factor in reducing the efficiency of that valve, particularly when the Teflon sleeve undergoes substantial contraction in reverse causing it to shrink. move away from its housing inside the valve body chamber.
The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks. For this purpose, the ball valve according to the invention, comprising a valve body with inlet and outlet orifices and a frustoconical wall valve in which is disposed a truncated conical nut, pierced with a corresponding transverse orifice. , in the open position of the valve, with the orifices of the body, a control rod for the nut extending the latter axially and making it possible to impart rotation to this nut, a plastic gasket, of generally frustoconical shape, having an axial bore in which the nut engages and a frustoconical outer wall provided with openings corresponding to the orifices of the valve body, this gasket being housed in the body so that longitudinal or rotary movement of the gasket is prevented ,
is characterized in that it comprises an annular pocket formed at one end of the nut between the latter, the valve body and one end of the gasket, this pocket containing a sealing fluid intended to ensure the seal between the body faucet and trim.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment and variants of the valve which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a section, taken along the axis of the rotary turn.
Fig. 2 is a section taken on line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a fragmentary section on a larger scale detailing part of the sealing means of FIG. 1.
Fig. 4 is a view similar to that of FIG. 1 representing a variant.
Fig. 5 is a section taken on line 5-5 of FIG. 4.
Fig. 6 is a section taken on line 6-6 of FIG. 5.
Fig. 7 is a side elevational view of a plastic covering which may be used in the structures of FIGS. 4, 5 and 6.
Fig. 8 is a side elevational view, partially in section, showing the coating of FIG. 7 slightly modified.
Fig. 9 is a fragmentary section showing a variant of the structure of FIG. 5, and
fig. 10 is a sectional view similar to that of FIG. 1, showing a modified form of the rod sealing means.
The valve described herein comprises a body 12, preferably formed of a suitable metal, having an inlet 14 and an outlet 16, each of which can be connected to parts of piping (not shown) for the movement of. a pressurized fluid in and from the valve. It is customary to make the pipe connections by means of threaded screws, or possibly flanges such as those referenced 18 and 20, located at ports 14 and 16. The body 12 is provided with a plug 22 having the shape of 'a conical bore and receiving a fixed gasket 24, of corresponding conical shape, inside which the turning 26, also called the nut, is pivoted. The reduced end of the bore 22 is closed by an end wall 28 of the valve body.
The turntable 26 is pierced with a passage 30 which passes through it to be placed in and out of alignment with the orifices 14 and 16 of the body 12 following the partial rotation of the turntable 26. The gasket 24 which forms a coating of the bore 22, is open in correspondence with the orifices of the body, and it is fixed against any rotary and axial movement within the bore 22, in any suitable manner. The inner surface of this coating follows the taper of the turn 26. The material from which the coating is formed is a plastic material such as the product known under the trade name of Teflon, a polytetrafluoroethylene, or an equivalent impermeable plastic substance having a surface on the turn. Slippery, wear-resistant contact pad capable of providing a fluid seal with the low-taper outer surface of the turn 26.
The larger end portion of the tapered bore 22 is closed by a metal cap 32 mounted on the valve body by means of several cap screws 34.
The cap 32 has a small bore 36 in coaxial relation with the axis of rotation of the turntable 26, and its outer end may be provided with several drilled and tapered holes in order to allow the adjustment of the threaded studs 38 arranged in parallel and equidistant from each other. the axis of the turn. In the central bore 40 of the cap is freely housed the rotation control rod 42 of the valve turn. The rod 42 passes through the cap, and a cap 44 which is keyed on the flat 46 carries a control lever 48 for the rotation of the valve turn. A screw 50 is used to fix the lever 48 to the cap, in any suitable manner, and the cap carries a protruding stop finger 52 intended to abut on a fixed stop on the body (not shown), in order to limit the turning the turntable between the open and closed valve positions.
The turn of the valve is retained housed inside the fixed cover 24 by the force of the adjusting screws 38 pressing against a pressure ring 54, preferably of hard metal, which covers a liquid impermeable diaphragm which separates the chamber. 22 of the cap chamber 36. This diaphragm comprises a centrally opening disc 56, of Teflon or other suitable waterproof flexible material, surrounding the revolving rod 42, and having its outer peripheral edge clamped at 58 between the cap 32 and the valve body. A protective or reinforcing member of the diaphragm in the form of a flexible metal washer 60 is interposed between the diaphragm and the pressure ring 54, in order to distribute the force applied by the pressure ring and the screws 38.
The protective disc 60 is axially open to surround the rotating rod, and completely covers one face of the diaphragm. The protective disc can be clamped at 58 at the edge, with the diaphragm 56, between the cap and the valve body.
Referring to fig. 1, it will be noted that the larger end portion of the turntable 26 is provided with an annular planar shoulder or seat 62 against which the inner edge portion of the diaphragm 56 can rest although under compression of the ring 54 and the screws 38.
Beyond the outer limit of the shoulder 62, the turntable end face may be annularly milled or relieved as in 64, to provide clearance between the turntable end and the adjacent cover portion of the diaphragm 56. This set or pocket contains a sealing fluid 66, other than the fluid controlled by the valve. Such sealing fluid can be a heavy grease or viscous material which is difficult to stir or move, and, therefore, will be able to prevent the leakage of fluid from the valve past the shoulder or seat 62 and along. the stem of the tap turn.
The sealing or plugging fluid 66 may be a heavy viscous grease, a silicone grease or a compound such as a caulking material which is characterized by high viscosity and resistance to dilution by the passing fluid. tap. The viscosity of the sealing fluid, or its resistance to displacement, must be greater than that of the fluid controlled by the valve. As will be readily appreciated, various forms of sealing fluids having the required characteristics are available and can be used.
Fig. 2 shows the introduction of the sealing fluid into the region of the diaphragm by means of a reservoir 68 carried by the valve body, and having a screw cap 70 for forcing the fluid through a passage 72 and into the annular pocket 64 surrounding at 62 the diaphragm seat. The reservoir and screw cap 70 may provide a means for maintaining the sealing fluid at all times under supraatmospheric pressure, as well as a means for replacing any sealing fluid which may have been used up or lost under the abnormal conditions. that the valve could be exposed to.
It should be noted here that the housing or chamber containing the sealing fluid extends towards and abuts against the larger annular end of the conical liner, as shown at 74 (see fig. 3), to form the liner. sealing against any fluid which could escape from the valve by a leak between the coating 24 and the body part of the valve which supports it. In other words, and with reference to FIG. 3, the sealing fluid 66 will seal any leak that might pass through the coating 24, not only where the swivel sits against the coating at 76, but more specifically, in the area 78 where the coating is supported by. the valve body.
The series of small crosses x in fig. 3, around liner 24, indicates a possible leak path from the valve inlet to and behind the liner, which can become a serious leak area in the event the liner moves away from the valve body by 78 due to a drop in temperature inside or around the tap. The contraction of the plastic coating is naturally greater than that of the material of the valve body which is usually metal.
The above outlines the problem, and solutions, of an external leak that could occur along the stem of the valve turn. Another problem is that of interior leakage, where a leak after closing the valve could occur from the upstream side of the valve to the downstream side of it, through an area behind the liner or between the liner. and the valve body, in the case of shrinkage of the coating due to a drop in temperature. The solution to this internal leakage problem involves filling with a high viscosity sealing fluid the low pressure sealing spaces or surfaces that occur between the liner and the valve body by the contraction of that liner.
An internal leakage due to the contraction of the coating can be avoided, by the means as shown in figs. 4, 5 and 6, in which, according to FIG. 4, the viscous sealing fluid from the annular chamber or pocket 64 is channeled through one or more longitudinal passages 80, to an annular groove 82 formed in the outer surface of the liner near the reduced diameter end of this one. The sealing fluid packed in the annular groove 82 seals the liner and the surfaces of the valve body which support it. If gaping or displacement of the coating from the surfaces of the body supporting it occurs, viscous sealing fluid will be present to seal against any leakage tending to occur between the coating and the valve body.
It should be noted that the coating 24 when initially inserted into the chamber of the valve body 22 (Fig. 6), is fixed in this valve by the application of an internal pressure which pushes this coating against the wall of the valve. bedroom. The wall of the chamber, rather than being smooth, is provided with recesses such as those indicated at 84, 84 of FIG. 6, wherein the packing material can flow under high pressure to apply the coating against the valve body. The recesses 84 form low compression surfaces, and these are flanked by high compression surfaces 86, 86, 86, 86 adjacent to the inlet and outlet ports 14 and 16, in order to provide a high compression seat. efficiency of turning inside the coating.
Low compression surfaces 84, 84 in which the liner material is not strongly compressed against the valve body in the fully assembled condition of the valve, are susceptible to pulling away from the valve body, according to FIG. 6, when the liner contracts upon cooling, thereby allowing entry of the viscous sealing fluid 66 from the passages 80 and 82, between the liner and the valve body. This sealing fluid, being more viscous than the pressurized fluid in the inlet port 14 forms a barrier against the leakage of fluid from the inlet port at 88, 88 into the neighboring high compression surfaces 86, 86 and against the high viscosity fluid at 66, 66 which effectively opposes the continuity of the leak to the discharge port 16.
By this means, internal leakage in the valve is effectively avoided whenever the liner tends to contract and move away from the valve body at locations 88, 86 and 84. The liner contraction tends to reduce the diameter of the valve. this, and for this reason the leak is not likely to occur between the coating and the turn when the valve is closed; and moreover, the sealing interposed here tends to force the coating against the turn, thus reinforcing the seal.
Fig. 5 shows the use of a ball valve high pressure grease introduction fitting 90, through which sealing fluid can be introduced into the valve between the liner 24 and the valve body both circumferentially at the bottom. coating and against diaphragm 56, to prevent both internal and external leakage.
In this case, the coating 24 can be formed according to FIG. 7, wherein the longitudinal passages 880 at the opposite diameters of the liner are shortened to deliver the sealing fluid to the low compression surfaces 84, 84 without bringing any to the reduced diameter end of the liner, as in FIG. 4, that is to say, that the coating of FIG. 7 need not necessarily include an annular groove such as that referenced 82 in FIG. 4, although such a groove can be provided in the coating of FIG. 7 if desired.
When no annular groove is provided, the plug or the sealing fluid only serves to overcome an internal leak according to fig. 5 and 6, which may be sufficient since the leakage of fluid into the space between the closed end 28 of the valve body and the end adjacent to the twist does not pose a serious leakage problem. In fig. 7, the notches indicated by the references 92 are the orifices in the coating which correspond with the inlet and outlet ports of the valve body.
In the variant shown in FIGS. 8 and 9, the coating 24 is provided with shallow longitudinal passages 80, 80, as in FIG. 4, communicating with a shallow annular groove 94 near the reduced diameter end of this liner. The shallow annular groove 94 is arranged to correspond with a shallow annular groove 96 provided in the chamber 22 of the valve body, such that the shutter can be brought through the passages 80, 80 to the grooves 94 and 96, to prevent internal leakage of the fluid controlled by the valve. The chamber 22 is also provided with shallow longitudinal passages or grooves 98 located so as to always correspond with the shallow longitudinal passages 80 of the liner, in order to bring the shutter into the low compression surfaces of the aforementioned chamber 22. .
This arrangement prevents wear of the liner by forming shallow passages and grooves in the outer surface of the liner and provides the desired seal supply regardless of the nature of any liner distortion resulting from shrinkage.
By providing fittings such as those referenced 90 in FIG. 5, or 70 of FIG. 2, or equivalent fittings, the sealing supply can be replenished whenever necessary, and such fittings also make it possible to maintain the pressure on the shutter at all times by aiding the sealing function. If under certain conditions the fittings are considered unnecessary, the surfaces of the valve to be sealed may be lined with the plug material during valve assembly, and the plug material, due to its high viscosity factor, will effectively seal. the movement of the fluid controlled by the valve, along the possible leak paths mentioned above.
Fig. 10 shows a plug valve of a type somewhat different from that shown in the previous views, also equipped with sealing means. Referring to fig. 10, the coating 24 of a product known as Teflon or the like can be secured within the chamber 22 by forcibly expanding, as previously explained, with the formation of high and low compression surfaces indicated. respectively, 100 and 102.
Turntable 26 pivots within liner 24 to open and close the valve, as is customary.
The problem of leakage in this valve is the same as that existing in the valves described above, and can be overcome in much the same way by the use of heavy grease or of a sealing or sealing fluid. high viscosity of the mentioned character.
In the tap of fig. 10, the control rod 42 is a separate part of the turntable 26, and is provided with a head 104 which is approximately square or other polygonal shape, freely disposed in a socket 106 formed in the larger end of the turntable. 26. The sleeve 106 is of a shape corresponding to that of the rod head 104, and can freely accommodate the head 104, so as to allow the total offset of the turn relative to the axis of the rod in the case of a dissipation or vaporization of the coating by high heating or by chemical elements or other damage reaching the coating.
However, the coating is also subject to considerable contraction as in the valves described above, particularly when exposed to low temperatures, thereby rendering the valve susceptible to internal and external leaks of fluid controlled by it. .
The high viscosity sealant can be either compressed or injected into zone 102 at low compression, using any of the means described in Figs. 4 to 9. As described in fig. 10 by way of example, the covering is provided with a short passage 108 identical to the passage 880 of FIG. 7, to direct the sealing material from the chamber 64 towards the zone of low compression 102. In FIGS. 1 to 4, the chamber 64 of FIG. 10 contains a quantity of sealing or plugging liquid which comes into contact with the diaphragm 56 to block the leakage of the fluid controlled by the valve and along the control rod 42.
This chamber or pocket 64 can be supplied with a sealing fluid via fittings, such as those described in FIGS. 2 and 5, at 70 and 90, or alternatively, the chamber or pocket and the low compression region 102 may be packed with the sealing fluid at the time of the initial assembly of the valve.
In the event that the coating of fig. 10 is subject to contraction which causes it to move away from the valve body, the high viscosity sealing fluid will act to strongly oppose leakage of the fluid controlled by the valve behind the stem and behind the liner. locations such as 102, substantially as described above. The control rod 42 of FIG. 10 includes a shoulder 112 for supporting the inner marginal portion of the diaphragm 56, while its outer marginal portion is tightly secured at 114 between the cap 32 and the valve body. Surrounding the rod is arranged an internal pressure ring 116 and an external pressure ring 118, between which are interposed several flexible packing rings 120, 122, 124 and 126 which also surround this rod.
These rings 120, 122, 124 and 126 may have a chevron-shaped cross section, and are stacked in succession one inside the other as shown, in order to relax radially internally and externally when compressed between the rings. non-flexible rings 116 and 118 which are preferably made of a hard material such as metal.
The non-flexible outer ring 118 can be forced towards the innermost non-flexible ring 116 by means of several set screws 128 screwed into tapered holes 130 drilled in the cap 32 to compress the intermediate flexible stacking rings and seal it. the space between the rod 42 and the bore 132 of said cap 32. The screws 128 bear against a planar face 136 of the outer ring 118, and as this ring contacts the stacking rings 126, the ring 118 may be annularly grooved. to accommodate a rib or ridge of the prison.
The inner non-flexible ring 116 may have a planar face in contact with the flexible diaphragm 56, and may compress this diaphragm against the stem shoulder 122 to effect a seal therewith. The face of the ring 116 opposite its planar face may be wedge-shaped, as shown at 134, to interfere with the annular angle adjacent to the chevron-shaped stacking ring 120, and this in order to reinforce the sealing and radial deployment of the ring 120 against the control rod and the inner face of the bore 132.
Constructed as mentioned above, the device for sealing the control rod and the diaphragm against leakage losses of sealing and fluid controlled by the valve, is highly effective such that a valve having such means. can perform extensive trouble-free service under severe adverse conditions of temperature fluctuations, corrosion attacks, and other destructive influences which could soon render valves as ordinarily constructed out of order. If the valve is to require protection from exposure to fire or intense heat, the rafter stacks and possibly also diaphragm 56 may be formed of asbestos or of a composition highly resistant to destruction by such elements. .
In conclusion, it should be noted that the valve described cannot be properly classified in the group of so-called lubricated valves, in which the turntable is lubricated to facilitate rotation or to seal against fluid leaks along the turn. The valve stem described here is not physically lubricated by the sealing material nor is the seat for the valve supplied with any lubricant. This distinguishes this valve from those classified as lubricated valves.