FR2468047A1

FR2468047A1 - Fire safe butterfly valve - has resilient high-temp. destructible seal and seat ring pre-loaded against valve

Info

Publication number: FR2468047A1
Application number: FR7926260A
Authority: FR
Inventors: Francis Warren Stager
Original assignee: Litton Industrial Products Inc
Current assignee: Western Atlas Inc
Priority date: 1979-10-23
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1981-04-30
Also published as: FR2468047B1

Abstract

The butterfly valve comprises a seal for a movable valve member in the form of a resilient high temp. destructible sealing ring and a resilient high temp. indestructible seating ring. Both are normally preloaded into radial sealing engagement with the movable valve member. The high temp. destructible seating ring is the primary seal and the high temp. indestructible seating ring is a backup seal in one direction of flow. The high temp. indestructible seating ring is the primary seal in the opposite direction flow. Upon destruction of the high temp. destructible seating ring, the high temp. indestructible seating ring is so retained and configured to provide bidirectional seating.

Description

L'invention se rapporte aux vannes papillon et plus particulièrement aux vannes de ce type comprenant un anneau d'appui qui est destructible sous lteffet des températures élevées ainsi qu'un anneau d'appui qui est indestructible; l'invention se rapporte plus spécifiquement à une vanne papillon dont l'anneau d'appui indestructible est normalement sous précontrainte contre l'élément obturateur mobile et maintenu en position de précontrainte par un profilage correspondant de la surface du corps de la vanne qui délimite un canal de circulation d'un fluide. The invention relates to butterfly valves and more particularly to valves of this type comprising a support ring which is destructible under the effect of high temperatures as well as a support ring which is indestructible; the invention relates more specifically to a butterfly valve whose indestructible support ring is normally prestressed against the movable obturator element and maintained in the prestressed position by a corresponding profiling of the surface of the body of the valve which delimits a fluid circulation channel.

Les vannes destinées à être utilisées dans les canalisations de transport de substances combustibles telles que des hydrocarbures doivent assurer l'étanchéité aux températures normales ainsi qu'aux températures auxquelles les garnitures en matière destructible aux températures élevées sont détériorées. Les vannes a' l'épreuve du feu de l'art antérieur ont comporté des sièges indestructibles qui entrent en service lorsque le siège destructible est détérioré ou qui ne sont efficaces que dans un sens. Toutefois, lorsque ces températures de destruction du siège peuvent apparaitre des deux côtés de l'élément obturateur mobile, il est indispensable que l'élément d'appui indestructible qui forme un siège soit capable d'assurer l'obturation dans les deux sens.Il est par ailleurs souhaitable que la vanne soit d'un bas prix de revient, que son assemblage soit simple et qu'elle n'exige aucun réglage après assemblage. Valves intended to be used in pipelines for the transport of combustible substances such as hydrocarbons must seal at normal temperatures as well as at the temperatures at which the linings of destructible material at high temperatures are deteriorated. The prior art fire proof valves have included indestructible seats which enter service when the destructible seat is damaged or which are effective only in one direction. However, when these seat destruction temperatures can appear on both sides of the movable obturator element, it is essential that the indestructible support element which forms a seat is capable of ensuring obturation in both directions. it is moreover desirable that the valve be of a low cost price, that its assembly be simple and that it requires no adjustment after assembly.

Selon une particularité essentielle de l1inven- tion, un siège consistant en un anneau d'appui élastique et destructible et en un anneau d'appui métallique et indestructible est monté de manière à assurer normalement une double étanchéité bidirectionnelle aux températures normales, l'anneau métallique d'appui garantissant l'étanchéité bidirectionnelle en cas de detérioration par le feu de l'anneau d'appui élastique et destructible. L'anneau d'appui métallique est fixé dans le corps de la vanne à côté du siège élastique et il pénètre radialement à l'intérieur du canal de circulation du fluide.L'extrémité de l'anneau d'appui métallique située radialement à l'intérieur est repliée vers l'arrière sur elle-même sensiblement à 180 de manière à former un siège sensiblement plan qui épouse la surface d'étanchéité de l'élément obturateur et le bord extrême de cet anneau prend appui de manière à être retenu contre un profilage de la surface du corps qui délimite le canal de circulation du fluide. Les cotes du profilage de la surface du corps sont calculées de manière à exercer une précontrainte voulue de la partie incurvée formant siège de l'anneau d'appui contre ltélément obturateur et à empêcher le déplacement de l'anneau d'appui dans la direction de l'axe sous l'effet des pressions du fluide, cet anneau assurant ainsi l'étanchéité bidirectionnelle.L'anneau d'appui métallique comporte aussi à proximité de sa partie formant siège des ouvertures permettant à une pression de fluide s'exerçant dans un sens d'améliorer l'étanchéité. Une vanne selon l'invention est destinée à garantir l'étanchéité bidirectionnelle dans les limites des fuites autorisées à des pressions pouvant être comprises entre 0 et 52 bars aux températures normales ainsi qu'aux températures provoquant la détérioration du joint élastique destructible complémentaire. According to an essential feature of the invention, a seat consisting of an elastic and destructible support ring and a metal and indestructible support ring is mounted so as to normally ensure a double bidirectional seal at normal temperatures, the metal ring support ensuring bidirectional sealing in the event of fire damage to the elastic and destructible support ring. The metal support ring is fixed in the valve body next to the elastic seat and it penetrates radially inside the fluid circulation channel. The end of the metal support ring located radially at the interior is folded back on itself substantially at 180 so as to form a substantially planar seat which marries the sealing surface of the obturating element and the end edge of this ring bears so as to be held against profiling of the surface of the body which delimits the fluid circulation channel. The dimensions of the profiling of the body surface are calculated so as to exert a desired prestress of the curved part forming the seat of the support ring against the obturating element and to prevent the movement of the support ring in the direction of the axis under the effect of fluid pressures, this ring thus ensuring bidirectional sealing. The metal support ring also has, near its seat portion, openings allowing a fluid pressure exerted in a sense of improving sealing. A valve according to the invention is intended to guarantee bidirectional sealing within the limits of authorized leaks at pressures which may be between 0 and 52 bars at normal temperatures as well as at temperatures causing deterioration of the complementary destructible elastic seal.

La vanne papillon selon l'invention peut être réalisée à bon marché, elle s'assemble facilement, elle est à l'épreuve du feu aux températures élevées dans les deux sens et elle assure l'étanchéité au moyen d'un anneau d'appui métallique qui est à l'épreuve du feu et qui est maintenu en place au moyen d'un organe de retenue de manière qu'il subisse une précontrainte déterminée ainsi qu'une force de retenue opposée à la pression pouvant s'exercer dans les deux sens à l'intérieur de la canalisation. The butterfly valve according to the invention can be produced inexpensively, it is easy to assemble, it is fireproof at high temperatures in both directions and it seals by means of a support ring. metal which is fireproof and which is held in place by means of a retaining member so that it undergoes a determined prestress as well as a retaining force opposed to the pressure which can be exerted in both sense inside the pipeline.

L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels
- la figure 1 est une coupe axiale d'une vanne papillon selon l'invention;
- la figure 2 est une coupe transversale partielle à échelle agrandie selon la ligne 2-2 de la figure 1;
- la figure 3 est une coupe transversale identique à celle de la figure 2 et illustre la vanne après destruction du joint qui ne supporte pas les températures élevées; et
- la figure 4 est une vue partielle en perspective de l'anneau d'appui métallique souple.The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting example and in which
- Figure 1 is an axial section of a butterfly valve according to the invention;
- Figure 2 is a partial cross section on an enlarged scale along line 2-2 of Figure 1;
- Figure 3 is a cross section identical to that of Figure 2 and illustrates the valve after destruction of the seal which does not withstand high temperatures; and
- Figure 4 is a partial perspective view of the flexible metal support ring.

Les pièces identiques ou correspondantes portent les mêmes références sur toutes les figures; la figure 1 représente une vanne papillon comprenant un corps Il comportant un -canal central 12 de circulation d'un fluide qui est conformé de manière à loger un élément obturateur formé d'un disque 13 constitué d'un segment de sphère. Comme le montre la figure 1, le grand diamètre ou côté droit du disque 13 est fixé à un arbre 14 de commande de la vanne qui est rotatif dans le corps 11 et dont l'axe de rotation passe par le centre de la sphère dont le disque 13 est un segment. La vanne papillon est destinée à être fixée dans des canalisations de circulation de fluide par exemple par des boulons 15 qui en traversent le corps et qui passent dans des brides 26 des tuyaux 17 et 18 situés de part et d'autre de la vanne. Identical or corresponding parts bear the same references in all the figures; FIG. 1 represents a butterfly valve comprising a body II comprising a central channel 12 for circulation of a fluid which is shaped so as to accommodate a shutter element formed by a disc 13 consisting of a segment of sphere. As shown in Figure 1, the large diameter or right side of the disc 13 is fixed to a valve control shaft 14 which is rotatable in the body 11 and whose axis of rotation passes through the center of the sphere whose disc 13 is a segment. The butterfly valve is intended to be fixed in fluid circulation pipes for example by bolts 15 which pass through the body and which pass through flanges 26 of the pipes 17 and 18 located on either side of the valve.

Le corps 11 tel que le représentent les figures 2 et 3 comporte une entaille annulaire portant la référence générale 21 et réalisé dans le côté gauche du corps 11, cette entaille étant orientée radialement vers l'extérieur du canal 12. Une bague 23 de retenue du siège, dont la circonférence intérieure délimite aussi le canal 12 de circulation du fluide dans le corps de la vanne à la gauche de l'obturateur 13, est fixée à l'intérieur de l'entaille annulaire 21 par des vis 22.La bague de retenue 23 comporte une entaille formant un pan coupé, c'est-à-dire qui est oblique vers la droite et porte la référence générale 24 et dont la surface 25 située radialement vers I 'exté- rieur ainsi que la surface 26 faisant sensiblement face à la direction de l'axe délimitent dans le côté du corps 11 avec la surface 27 orientée - dans le sens opposé et dans direction de l'axe une cavité de retenue de l'anneau d'appuidésignépar la référence générale 28 et représenté plus particulièrement sur la figure 3. L'angle de l'obliquité de la cavité 28 est calculé de manière à immobiliser un anneau d'appui élastique portant la référence générale 31 dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface d'étanchéité 32 de l'obturateur discorde mobile 13. The body 11 as shown in FIGS. 2 and 3 comprises an annular notch bearing the general reference 21 and produced in the left side of the body 11, this notch being oriented radially towards the outside of the channel 12. A ring 23 for retaining the seat, the inner circumference of which also delimits the channel 12 for circulation of the fluid in the body of the valve to the left of the shutter 13, is fixed inside the annular notch 21 by screws 22. retainer 23 has a notch forming a cutaway, that is to say which is oblique to the right and bears the general reference 24 and whose surface 25 located radially outwards as well as the surface 26 substantially facing in the direction of the axis delimit in the side of the body 11 with the surface 27 oriented - in the opposite direction and in the direction of the axis a retaining cavity for the support ring designated by the general reference 28 and shown more particularly on the face 3. The angle of the obliquity of the cavity 28 is calculated so as to immobilize an elastic support ring bearing the general reference 31 in a direction substantially perpendicular to the sealing surface 32 of the movable discord shutter 13.

Les surfaces 26 et 27 de la cavité forment ainsi un coin qui retient la base ou partie située radialement à l'extérieur de l'anneau d'appui élastique 31 de manière à assurer l'étanchéité dans la direction de l'axe, les cotes de cet anneau 31 dans la direction de l'axe étant suffisamment plus grandes que celles du coin pour garantir l'efficacité de l'étanchéité dans la direction de l'axe. La cote radiale de l'anneau d'appui 31 formant le siège est calculée de manière que son extrémité 30 située radialement à l'intérieur soit en contact d'étanchéité avec la surface 32 de l'obturateur 13.The surfaces 26 and 27 of the cavity thus form a wedge which retains the base or part located radially outside the elastic support ring 31 so as to ensure the seal in the direction of the axis, the dimensions of this ring 31 in the direction of the axis being sufficiently larger than those of the corner to guarantee the effectiveness of the seal in the direction of the axis. The radial dimension of the support ring 31 forming the seat is calculated so that its end 30 situated radially inside is in sealing contact with the surface 32 of the shutter 13.

L'anneau d'appui élastique 31 qui est destructible aux températures élevées et qui est de préférence en polytétrafluoroéthylène, qui est une résine connue sous la marque de fabrique "Teflon",comporte des gorges 33 et 34 orientées dans la direction de l'axe et placées à distance l'une de l'autre radialement, la gorge 33 située radialement du côté intérieur étant destinée à accroitre la pression radiale d'étanchéité sous l'effet de la pression du fluide s'exerçant par la gauche de la manière indiquée par les flèches 35 sur la figure 2. The elastic support ring 31 which is destructible at high temperatures and which is preferably made of polytetrafluoroethylene, which is a resin known under the trademark "Teflon", has grooves 33 and 34 oriented in the direction of the axis and placed at a distance from each other radially, the groove 33 located radially on the inner side being intended to increase the radial sealing pressure under the effect of the pressure of the fluid exerted by the left as indicated by the arrows 35 in FIG. 2.

Conformément à l'invention, un anneau métallique plat d'appui 36 formant une partie du siège et que la figure 4 représente partiellement comprend une partie 37 situee radialement à l'extérieur et fixée en étant serrée entre la bague de retenue 23 et la surface 27 de l'entaille du corps 11 radialement vers l'extérieur de la cavité 28 de la manière représentée sur les figures à la droite de l'anneau d'appui élastique 31. Des rondelles de graphite 38 vendues sous la marque de fabrique "GRAFOIL" sont placées de chaque côté de cette partie de l'anneau métallique de manière à assurer une obturation étanche à l'épreuve du feu. L'anneau d'appui 36 se prolonge aussi dans la cavité 28 le long de la surface 27 de l'entaille 21 du côté gauche du corps 11 dans la représentation du dessin. According to the invention, a flat metal support ring 36 forming a part of the seat and which FIG. 4 partially represents comprises a part 37 located radially on the outside and fixed by being clamped between the retaining ring 23 and the surface 27 of the notch of the body 11 radially towards the outside of the cavity 28 as shown in the figures to the right of the elastic support ring 31. Graphite washers 38 sold under the trademark "GRAFOIL "are placed on each side of this part of the metal ring so as to ensure a tight, fireproof closure. The support ring 36 also extends into the cavity 28 along the surface 27 of the notch 21 on the left side of the body 11 in the representation of the drawing.

Cet anneau pénètre dans le canal 12 dans lequel la partie située radialement à l'intérieur est recourbée sur ellemême vers la droite et vers l'arrière sensiblement sur 1800 de manière à former une surface d'appui ou siège 41 dont la forme est complémentaire de la surface d'étanchéité 32 de l'obturateur discoïde 13. Le bord extrême 42 de cet anneau est orienté radialement vers l'extérieur et conformé après assemblage de manière à être en surplomb sur un chanfrein 43 et à se bloquer derrière un épaulement 44 orienté en sens inverse et réalisé dans la surface du canal 12 sur le côté de l'orifice de la cavité 28. La force de serrage entre le rebord 42 et l'épaulement 44 détermine la précontrainte de la surface d'appui 41 de l'anneau 36 contre la surface d'étanchéité 32 du disque obturateur 13 de la vanne.Le chanfrein 43 et l'épaulement 44 orientés en sens opposés sont destinés conjointement avec le rebord 42 à minimiser la déformation par effet de retenue du rebord 42 de la surface d'appui sous l'effet des pressions régnant dans la canalisation des deux côtés de l'obturateur 13. Le chanfrein 43 et l'épaulement 44 forment ainsi un profilage.This ring enters the channel 12 in which the portion located radially inside is bent on itself to the right and backwards substantially over 1800 so as to form a bearing surface or seat 41 whose shape is complementary to the sealing surface 32 of the discoid obturator 13. The end edge 42 of this ring is oriented radially outward and shaped after assembly so as to be overhanging on a chamfer 43 and to be blocked behind a shoulder 44 oriented in the opposite direction and produced in the surface of the channel 12 on the side of the orifice of the cavity 28. The clamping force between the flange 42 and the shoulder 44 determines the preload of the bearing surface 41 of the ring 36 against the sealing surface 32 of the valve disc 13 of the valve. The chamfer 43 and the shoulder 44 oriented in opposite directions are intended together with the flange 42 to minimize deformation by retaining effect of the flange 42 of the surface d 'support under the effect of the pressures prevailing in the pipe on both sides of the shutter 13. The chamfer 43 and the shoulder 44 thus form a profiling.

La figure 3 illustre la vanne papillon après destruction par le feu de l'anneau élastique d'appui 31. La pression exercée -par la gauche dans ia canalisation fait prendre appui à l'anneau métallique flexible 36 formant le siège contre la surface 27 du corps de la vanne et le contact à serrage du rebord 42 de l'anneau 36 contre l'épau- lement 44 de la surface du canal empêche la déformation de la surface d'appui 41 qui aurait pour conséquence que cette dernière cesserait d'être en contact d'étanchéité. FIG. 3 illustrates the butterfly valve after destruction by fire of the elastic support ring 31. The pressure exerted by the left in the pipe causes the flexible metal ring 36 forming the seat to bear against the surface 27 of the body of the valve and the clamping contact of the rim 42 of the ring 36 against the shoulder 44 of the surface of the channel prevents the deformation of the bearing surface 41 which would have the consequence that the latter would cease to be in sealing contact.

De même, le contact du rebord 42 de l'anneau 36 contre l'épaulement 44 de la surface du canal 12 empêche la déformation de la surface d'appui 41 sous l'effet d'une pression exercée par la droite. Comme le montrent les figures 2 et 3 et plus particulièrement la figure 4, le rebord 42 peut comporter des encoches 45 placées à distance les unes des autres, par exemple à des distances angulaires de 45", de manière à permettre au fluide sous pression d'accéder par la droite entre la surface du canal et la partie de l'anneaurecourbée vers l'extérieur afin d'accroître la pression d'étanchéité. Likewise, the contact of the rim 42 of the ring 36 against the shoulder 44 of the surface of the channel 12 prevents the deformation of the bearing surface 41 under the effect of pressure exerted by the right. As shown in FIGS. 2 and 3 and more particularly in FIG. 4, the flange 42 may include notches 45 placed at a distance from each other, for example at angular distances of 45 ", so as to allow the fluid under pressure to '' Access from the right between the surface of the channel and the part of the ring curved outwards in order to increase the sealing pressure.

Lorsque les températures régnant dans la canalisation sont supérieures à celles auxquelles l'anneau élastique d'appui 31 est détruit, l'anneau d'appui 36 est le seul à être utilisé. When the temperatures prevailing in the pipe are higher than those at which the elastic support ring 31 is destroyed, the support ring 36 is the only one to be used.

Cet anneau d'appui 36 peut être en acier inoxy dable ou en autre métal résistant aux températures élevées, par exemple en "Iconel", titane, béryllium, etc. This support ring 36 can be made of stainless steel or other metal resistant to high temperatures, for example "Iconel", titanium, beryllium, etc.

Par ailleurs, la surface d'étanchéité 32 de l'obturateur 13 ainsi que la surface du siège 41 de l'anneau d'appui 36 peuvent être revêtues de métal destiné à en accroitre la dureté et à réduire l'usure. Furthermore, the sealing surface 32 of the shutter 13 as well as the surface of the seat 41 of the support ring 36 can be coated with metal intended to increase its hardness and reduce wear.

Claims

1. Butterfly valve for controlling the circulation of a fluid in a pipe, said valve being functional at normal temperatures as well as at high temperatures and comprising a movable element for closing the channel, a bidirectional sealing gasket intended to cooperate with the shutter and a support ring fixing cavity in the valve body, characterized in that the seal consists of an elastic support ring (31) which is destructible at high temperatures and in a metal support ring (36) which is indestructible at high temperatures, the elastic support ring and the metal support ring penetrating into said channel (12) and forming two surfaces (30, 41) constituting a seat double for the shutter element (13) at abnormal temperatures, a mounting element (44) formed in the channel forming a clamping piece of a flap folded backwards (42) of the metal support ring of so that this one is t placed under prestress against the obturator element and so that it is retained against the pressures exerted on either side of this obturator, said metal support ring thus ensuring bidirectional sealing with the obturator at high temperatures which are sufficient to destroy the elastic support ring.

2. Butterfly valve according to claim 1, characterized in that the mounting element (44) produced in the pipe consists of a profiling of the surface of the pipe contiguous to the orifice of the cavity.

3. Butterfly valve according to claim 2> characterized in that the flange folded backwards (42) of the metal ring (36) has notches (45) for admitting fluid so as to improve the sealing in one direction.