FR2533655A1

FR2533655A1 - Sealing device for a butterfly valve.

Info

Publication number: FR2533655A1
Application number: FR8216366A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-03-30
Also published as: FR2533655B1

Abstract

The valve comprises a body 2 traversed by a duct 3, and a disc 4 pivoting about an axis ZZ. A ring 17 is clamped between a shoulder 8 and a sleeve 11. The ring 17 comprises an anchoring fin 26 and a blocking fin 27 separated by a groove 24 in which a stainless steel shaving 29 rolled into a helix of circular axis is lodged. Used for reducing the manoeuvring torque and ensuring sealing in both directions of flow.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour vanne papillon. The present invention relates to a sealing device for a butterfly valve.

On sait d'après le brevet français 2.038.438 réaliser un dispositif d'étanchéité pour vanne comprenant un épaulementdans le conduit du corps de vanne, une bague emboîtée dans le conduit face à l'épaulement, et un anneau à base de polytétrafluoréthylène enserré de façon étanche entre l'épaulement et la bague. La bague fait une saillie de 1 à 2 mm dans le conduit de vanne et présente une surface d'obturatin sensiblement conique dans laquelle s'emboîte la zone sphérique délimitant le pourtour de l'obturateur lorsque celui-ci est en position de fermeture. It is known from French patent 2,038,438 to make a valve sealing device comprising a shoulder in the conduit of the valve body, a ring fitted in the conduit facing the shoulder, and a ring based on polytetrafluoroethylene enclosed by tightly between the shoulder and the ring. The ring projects from 1 to 2 mm in the valve duct and has a substantially conical obturating surface in which the spherical zone which delimits the periphery of the shutter when the latter is in the closed position fits.

Ce dispositif d'étanchéité donne de bons résultats en ce sens qu'il assure l'étanchéité à l'egard de pressions assez élevées, même dans des conditions de température difficiles, et pour des fluides chimiquement agressifs. This sealing device gives good results in that it seals against fairly high pressures, even under difficult temperature conditions, and for chemically aggressive fluids.

Cependant, on désire améliorer le dispositif connu, et notamment réduire le couple nécessaire pour faire pivoter l'obturateur. En-outre, on souhaite remédier au fait que le dispositif connu n'est vraiment efficace que lorsque la pression d'écoulement est appliquée sur la face de l'obturateur opposée à l'-axe de pivotement de l'obturateur. However, it is desired to improve the known device, and in particular to reduce the torque necessary to rotate the shutter. In addition, it is desired to remedy the fact that the known device is only really effective when the flow pressure is applied to the face of the shutter opposite the pivot axis of the shutter.

Le but de l'invention est ainsi de proposer un dispositif d'étanchéité pour vanne papillon qui soit efficace dans les deux sens d'écoulement et n'oppose qu'une faible résistance à ia rotation de l'obturateur. The object of the invention is thus to propose a sealing device for a butterfly valve which is effective in both directions of flow and which offers only a low resistance to the rotation of the shutter.

L'invention vise ainsi un dispositif d'étanchéité pour une vanne-papillon qui comprend, outre ce dispositif d'étanchéité, un corps traversé par un conduit, et un disque obturateur pivotant déporté latéralement par rapport à son axe de rotation transversal au conduit. Le dispositif d'étanchéité comprend un épaulement aménagé dans le conduit et dirigé à l'opposé de l'axe de l'obturateur, une bague d'appui emboîtée dans le conduit face à l'épaulement, et un anneau d'étanchéité à base de polytétrafluoréthylène monté de façon étanche entre la bague et l'épaulement, faisant une certaine saillie dans le conduit, et présentant dans le conduit une surface d'obturation propre à recevoir de façon étanche le pourtour de l'obturateur lorsque celui-ci est en position de fermeture. The invention thus relates to a sealing device for a butterfly valve which comprises, in addition to this sealing device, a body through which a conduit passes, and a pivoting obturator disc offset laterally with respect to its axis of rotation transverse to the conduit. The sealing device comprises a shoulder arranged in the duct and directed opposite the axis of the shutter, a support ring fitted in the duct facing the shoulder, and a sealing ring based of polytetrafluoroethylene mounted in leaktight manner between the ring and the shoulder, making a certain projection in the duct, and having in the duct a shutter surface suitable for sealingly receiving the periphery of the shutter when the latter is in closed position.

Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que l'anneau d'étanchéité comporte une aile d'ancrage située radialement à l'extérieur, et une aile d'obturation portant la surface d'obturation, en ce que l'aile d'ancrage et- l'aile d'obturation sont séparées par une gorge ménagée dans une face de l'anneau transversale à l'axe du conduit, et en ce qu'un organe annulaire doué d'élasticité est inséré dans la gorge. According to the invention, this device is characterized in that the sealing ring includes an anchoring wing located radially on the outside, and a sealing wing carrying the sealing surface, in that the wing anchoring and the obturation wing are separated by a groove formed in one face of the ring transverse to the axis of the duct, and in that an annular member endowed with elasticity is inserted in the groove.

L'anneau d'étanchéité a ainsi une souplesse de sorte que pour la même pression maximale à l'égard de laquelle l'étanchéité est assurée, il oppose une résistance nettement moins grande à la rotation de l'obturateur. En outre, de façon surprenante, le dispositif conforme à l'invention assure l'étanchéité dans les deux sens de l'écoulement et pour des pressions trèsvanée. The sealing ring thus has a flexibility so that, for the same maximum pressure with respect to which sealing is ensured, it offers significantly less resistance to the rotation of the shutter. In addition, surprisingly, the device according to the invention seals in both directions of the flow and for very volatile pressures.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après. Other features and advantages of the invention will emerge from the description below.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs:
la figure 1 est une vue en coupe d'une vanne.In the appended drawings, given by way of nonlimiting examples:
Figure 1 is a sectional view of a valve.

papillon munie du dispositif d'étanchéité conforme à l'invention;
la figure 2 est une vue partielle en perspective éclatée de l'organe doué d'élasticité et de l'anneau en PTFE;
la figure 3 est une vue partielle de l'organe doué d'élasticité, -en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe du conduit; et
la figure 4 est une vue à échelle agrandie de la section de l'anneau en PTFE.butterfly fitted with the sealing device according to the invention;
Figure 2 is a partial exploded perspective view of the elastic member and the PTFE ring;
Figure 3 is a partial view of the member endowed with elasticity, -in section along a plane perpendicular to the axis of the conduit; and
Figure 4 is an enlarged view of the section of the PTFE ring.

Dans l'exemple représenté aux figures, la vanne-papillon 1 comprend un corps 2 traversé par un conduit 3 présentant la symétrie de révolution autour de son axe XX. Un disque obturateur 4 porte deux oreilles 6 par lesquelles il est monté à pivotement autour d'un axe ZZ coupant perpendiculairement l'axe XX. In the example shown in the figures, the butterfly valve 1 comprises a body 2 crossed by a conduit 3 having the symmetry of revolution about its axis XX. A shutter disc 4 carries two ears 6 by which it is pivotally mounted around an axis ZZ perpendicularly cutting the axis XX.

Grtce aux oreilles 6, le plan de l'obturateur 4 est déporté latéralement d'une distance moyenne H relativement à son axe de rotation ZZ. L'obturateur présente sur son pourtour une surface d'obturation 7 constituée par une zone sphérique centrée à l'intersection des axes XX et ZZ. La distance H est choisie relativement au rayon R du conduit 3 de façon que la zone sphérique 7 ait relativement à l'axe XX une inclinaison moyenne de l'ordre de 6 à 100. Thanks to the ears 6, the plane of the shutter 4 is offset laterally by an average distance H relative to its axis of rotation ZZ. The shutter has on its periphery a shutter surface 7 constituted by a spherical zone centered at the intersection of the axes XX and ZZ. The distance H is chosen relative to the radius R of the conduit 3 so that the spherical area 7 has an average inclination of the order of 6 to 100 relative to the axis XX.

La vanne comporte en outre un dispositif d'étanchéité destiné à coopérer avec la zone sphérique 7 de l'obturateur 4. Le dispositif comprend un épaulement 8 ménagé dans la paroi du conduit 3 et dirigé à l'opposé de l'axe ZZ. La surface de l'épaulement 8 est perpendiculaire à l'axe XX. L'épaulement 8 est raccordé par son grand diamètre avec une surface cylindrique 9 dans laquelle est emboitéeune bague d'appui 11 ayant une surface cylindrique mâle correspondante 10. A la surface 9 fàit suite du côté opposé à l'axe ZZ une surface cylindrique 12 d'encore plus grand diamètre. The valve further comprises a sealing device intended to cooperate with the spherical zone 7 of the shutter 4. The device comprises a shoulder 8 formed in the wall of the conduit 3 and directed opposite the axis ZZ. The surface of the shoulder 8 is perpendicular to the axis XX. The shoulder 8 is connected by its large diameter with a cylindrical surface 9 in which is fitted a support ring 11 having a corresponding male cylindrical surface 10. At the surface 9 is a cylindrical surface 12 following the side opposite the axis ZZ even larger diameter.

Une collerette 14 de la bague 11 est logée dans le décolletage constitué par la paroi 12 et un épaulement 13 qui la relie à la paroi 9. La collerette 14 est traversée par des vis axiales à tête fraisée 16, réparties angulairement, vissées dans le corps 2 de façon à appliquer la collerette 14 contre l'épaulement 13.A flange 14 of the ring 11 is housed in the turning formed by the wall 12 and a shoulder 13 which connects it to the wall 9. The flange 14 is crossed by axial screws with countersunk head 16, angularly distributed, screwed into the body 2 so as to apply the flange 14 against the shoulder 13.

Un anneau d'étanchéité à base de polytétrafluoréthylène 17 est inséré entre l'épaulement 8 et une face frontale 18 de la bague 11. A sealing ring based on polytetrafluoroethylene 17 is inserted between the shoulder 8 and a front face 18 of the ring 11.

L'anneau 17 a une section droite de forme générale tétragonale. I1 comporte une face 19 perpendiculaire à l'axe XX et s'appliquant contre l'épaulement 8, ainsi qu'une face cylindrique externe 21 ayant même diamètre que la paroi cylindrique 9. L'anneau 17 comporte encore une face d'obturation 22 destinée à prendre appui de façon étanche sur la zone sphérique 7 de 11 obturateur 4 lorsque celui-ci est en position de fermeture. La face d'obturation 22 peut être une zone sphérique centrée à l'intersection des axes XX et ZZ comme représenté en haut de la figure 1. La face 22 peut alternativement être un tronc de cône tangent à la zone sphérique 7, comme représenté en bas de la figure 1. The ring 17 has a cross section of generally tetragonal shape. I1 has a face 19 perpendicular to the axis XX and pressing against the shoulder 8, as well as an external cylindrical face 21 having the same diameter as the cylindrical wall 9. The ring 17 also has a sealing face 22 intended to rest tightly on the spherical zone 7 of the shutter 4 when the latter is in the closed position. The sealing face 22 can be a spherical zone centered at the intersection of the axes XX and ZZ as shown at the top of FIG. 1. The face 22 can alternatively be a truncated cone tangent to the spherical zone 7, as shown in bottom of figure 1.

L'anneau 17 présente enfin une face 23 transversale à l'axe XX et appuyée contre la face 18 de la bague 11.The ring 17 finally has a face 23 transverse to the axis XX and pressed against the face 18 of the ring 11.

Dans l'exemple représenté, les faces 18 et 23 ont des conicités correspondantes de sorte qu'elles forment avec un plan perpendiculaire à l'axe XX un angle A de l'ordre de 40. L'anneau 17 est ainsi axialement plus épais au voisinage de sa face externe 21 qu'au voisinage de sa face d'obturation 22.In the example shown, the faces 18 and 23 have corresponding conicities so that they form with a plane perpendicular to the axis XX an angle A of the order of 40. The ring 17 is thus axially thicker at in the vicinity of its external face 21 than in the vicinity of its closure face 22.

Dans la face 23 de l'anneau 17 est pratiquée une gorge annulaire 24 qui définit dans l'anneau 17 une aile d'ancrage 26 située radialement à l'extérieur et portant la face 21 ainsi que la partie de la face 23 située entre la face 21 et l'ouverture de la gorge 22, et une aile d'obturation 27 qui porte le reste de la face 23 et la surface d'obturation 22. Une zone de liaison 30 correspondant au fond de la gorge 24 raccorde les ailes 26 et 27. La bague Il porte sur sa face 18 une nervure annulaire 28 de section triangulaire, centrée sur l'axe XX et dont le diamètre est suffisant pour qu'elle coopère avec l'aile d'ancrage 26 en s'enfonçant dans la face 23, ce qui renforce l'étanchéité statique entre l'anneau 17 et l'ensemble corps 2-bague 11, ainsi que le positionnement radial de l'anneau 17 relativement au corps 2. In the face 23 of the ring 17 is formed an annular groove 24 which defines in the ring 17 an anchoring wing 26 located radially outside and carrying the face 21 as well as the part of the face 23 located between the face 21 and the opening of the groove 22, and a shutter wing 27 which carries the rest of the face 23 and the shutter surface 22. A connection zone 30 corresponding to the bottom of the groove 24 connects the wings 26 and 27. The ring It carries on its face 18 an annular rib 28 of triangular section, centered on the axis XX and whose diameter is sufficient for it to cooperate with the anchoring wing 26 by sinking into the face 23, which reinforces the static seal between the ring 17 and the body 2-ring 11 assembly, as well as the radial positioning of the ring 17 relative to the body 2.

Un organe doué d'élasticité, constitué d'un copeau 29 en acier inoxydable roulé en hélice d'axe circulaire, est inséré dans la gorge 24. Comme le montrent les figures 2 et 3, le copeau 29 est une bande de largeur constante dont les faces sont parallèles à l'axe circulaire 31 autour duquel il est enroulé. Au repos, W.ime une fois monté, le copeau 29 a des spires non jointives. Comme le montre la figure 2 en 32, les deux extrémités du copeau 29 sont mises bout à bout, mais elles ne sont pas soudées ni attachées d'une autre manière.Les dimensions copeau 29 peuvent être les suivantes:
épaisseur: 0,1 à 0, mm
largeur de la bande: 1 à 2 mm
distance entre spire: 0,3 à 0,7 mm
diamètre d'enroulement: 3 à 6 mm
De telles dimensions conviennent notamment pour une vanne de 150 mm de diamètre. I1 n'y a pas de nécessité cruciale à adapter ces dimensions au diamètre de la vanne. On pourra -cependant les adapter compte tenu de l'encombrement disponible dans chaque cas.A member endowed with elasticity, consisting of a stainless steel chip 29 rolled in a helix with a circular axis, is inserted in the groove 24. As shown in FIGS. 2 and 3, the chip 29 is a strip of constant width, the faces are parallel to the circular axis 31 around which it is wound. At rest, W.ime once mounted, the chip 29 has non-contiguous turns. As shown in FIG. 2 at 32, the two ends of the chip 29 are placed end to end, but they are not welded or otherwise attached. The dimensions of the chip 29 can be as follows:
thickness: 0.1 to 0, mm
band width: 1 to 2 mm
distance between turns: 0.3 to 0.7 mm
winding diameter: 3 to 6 mm
Such dimensions are particularly suitable for a valve 150 mm in diameter. There is no crucial need to adapt these dimensions to the diameter of the valve. We can however adapt them taking into account the space available in each case.

D'ailleurs, le copeau en acier inoxydable est très commode d'emploi et on peut diminuer le diamètre de sa section en l'enroulant au-delà de son état d'enroulement stable, ce qui peut être fait à la main pendant le montage. De même, il n'est pas indispensable de disposer d'un copeau dont la longueur après enroulement correspond exactement au périmètre du joint à équiper: en effet, il suffit d'étirer ou de contracter un peu le copeau à la main pendant le serrage.Moreover, the stainless steel chip is very convenient to use and the diameter of its section can be reduced by winding it beyond its stable winding state, which can be done by hand during assembly. . Likewise, it is not essential to have a chip whose length after winding corresponds exactly to the perimeter of the joint to be fitted: indeed, it suffices to stretch or contract the chip a little by hand during tightening .

Le profil de la gorge 24 comprend une partie torique 33 dont le diamètre correspond au diamètre d'enroulement du copeau 29 de façon à assurer un serrage de ce copeau. La partie torique débouche dans la face 23 de l'anneau 17 par une ouverture 34 délimitée par deux parois cylindriques 36 et 37 d'axe XX et de diamètres différents. L'ouverture 34 est recouverte entièrement par la face 18 de la bague 11, tandis que quel que soit le diamètre de vanne, l'aile 27 fait dans le conduit 3 une saillie de l'ordre de 1 à 2 mm. La largeur L (mesurée radialement par rapport à l'axe XX) de l'ouverture 34 est inférieure au diamètre d'enroulement du copeau 29.Par contre, la profondeur E (mesurée perpendiculairement à la face 23 de l'anneau 17) de la gorge 24 est plus grande que le diamètre d'enroulement du copeau 29 de sorte que celui-ci est en retrait de la face 23 du copeau 29. The profile of the groove 24 comprises a toric portion 33 whose diameter corresponds to the winding diameter of the chip 29 so as to ensure a tightening of this chip. The toric part opens into the face 23 of the ring 17 through an opening 34 delimited by two cylindrical walls 36 and 37 of axis XX and of different diameters. The opening 34 is completely covered by the face 18 of the ring 11, while whatever the valve diameter, the wing 27 projects into the duct 3 on the order of 1 to 2 mm. The width L (measured radially with respect to the axis XX) of the opening 34 is less than the winding diameter of the chip 29; on the other hand, the depth E (measured perpendicular to the face 23 of the ring 17) of the groove 24 is larger than the winding diameter of the chip 29 so that the latter is set back from the face 23 of the chip 29.

L'anneau d'étanchéité 17 est de préférence en polytétrafluoréthylène (PTFE) pur qui, de façon surprenante, donne de meilleurs résultats dans le cadre de -l'invention que les mélanges 5habituellement considérés comme plus performants) de PTFE avec des éléments de renforcement. The sealing ring 17 is preferably made of pure polytetrafluoroethylene (PTFE) which, surprisingly, gives better results in the context of the invention than the mixtures 5 usually considered to be more efficient) of PTFE with reinforcing elements .

Le dispositif d'étanchéité pour vanne qui vient d'être décrit présente en service une série d'avantages liés à la combinaison d'un siège d'étan cheité souple (faible couple de manoeuvre) dans lequel l'élément actif demeure le PTFE. Le copeau inoxydable a une raideur qui s'avère bien adaptée à la fonction qui lui est dévolue selon l'invention. En outre, ses spires plates n'ont pas tendance à détériorer la masse de PTFE. Et comme il est en métal inoxydable, il ne limite pas les possibilités d'emploi offertes par le
PTFE. Du fait de la conicité que présentent la face 18 de la bague 11 et la face 23 de l'anneau 17, l'aile d'obturation 27 peut être appuyée contre la bague 11 sans que sa souplesse soit compromise.The valve sealing device which has just been described has in service a series of advantages linked to the combination of a flexible sealing seat (low operating torque) in which the active element remains PTFE. The stainless steel chip has a stiffness which turns out to be well suited to the function assigned to it according to the invention. In addition, its flat turns do not tend to deteriorate the mass of PTFE. And since it is made of stainless metal, it does not limit the employment possibilities offered by the
PTFE. Due to the taper exhibited by the face 18 of the ring 11 and the face 23 of the ring 17, the shutter wing 27 can be pressed against the ring 11 without its flexibility being compromised.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the examples described and shown, and numerous modifications can be made to these examples without departing from the scope of the invention.

C'est ainsi que l'on pourrait par exemple faire en sorte que l'aile d'obturation ne soit pas en contact avec la bague d'appui. This is how one could for example ensure that the shutter wing is not in contact with the support ring.

On pourrait également former des nervures telles que 28 sur l'épaulement 8, de préférence à proximité de la surface cylindrique 9. One could also form ribs such as 28 on the shoulder 8, preferably near the cylindrical surface 9.

L'ouverture telle que 34 de la gorge telle que 24 pourrait être pratiquée dans la face 19 appuyée contre l'épaulement 8. The opening such as 34 of the groove such as 24 could be made in the face 19 pressed against the shoulder 8.

Le copeau roulé peut être réalisé en acier inoxydable ou en autres métaux ou alliages résistant à la corrosion tels que le monel (environ 30 % Cu, 67 % Ni, et petites quantités Fe, Mu et C) ou l'hastelloy (environ 58 % Ni, 17 à 20 % Mo, 6 à 20 % acier, et petites quantités éventuelles de Mn,Cr, W). The rolled chip can be made of stainless steel or other corrosion-resistant metals or alloys such as monel (about 30% Cu, 67% Ni, and small amounts Fe, Mu and C) or hastelloy (about 58% Ni, 17 to 20% Mo, 6 to 20% steel, and possible small amounts of Mn, Cr, W).

Les spires du copeau, au lieu d'être espacées peuvent être jointives ou même se chevaucher. The turns of the chip, instead of being spaced, can be contiguous or even overlap.

L'anneau d'étanchéité peut être en PTFE chargé de substances de renforcement. The sealing ring can be made of PTFE loaded with reinforcing substances.

Claims

1. Sealing device for butterfly valve, this valve comprising a body (2) through which a conduit (3) passes, and a pivoting obturator disc (4) offset laterally relative to its axis of rotation (ZZ) transverse to the conduit ( 3), the sealing device comprising a shoulder (8) arranged in the duct (3) and directed opposite the axis (ZZ) of rotation of the shutter (4), a support ring ( 11) fitted into the duct (3) facing the shoulder (8), and a sealing ring based on polytetrafluoroethylene (17) mounted in leaktight manner between the ring (11) and the shoulder (8), making a certain projection in the duct (3), and having in the duct a shutter surface (22) suitable for receiving the periphery (7) of the shutter (4) when the latter is in the closed position, characterized in that the sealing ring (17) comprises an anchoring wing (26) located radially outside, and a sealing wing (27) carrying the sealing surface (22), in that q ue the anchor wing (26) and the shutter wing (27) are separated by a groove (24) formed in one face (23) of the ring (17) transverse to the axis (XX) of the duct (3), and in that an annular member endowed with elasticity (29) is inserted in the groove (24).

2. Device according to claim 1, characterized in that the annular member endowed with elasticity is a chip (29) rolled in a helix with a circular axis (31).

3. Device according to claim 2, characterized in that the chip (29) is made of stainless steel or other corrosion-resistant metal.

4. Device according to claim 3, characterized in that the chip (29) has a thickness between 0.1 and 0.4mm.

5-. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the groove (24) has a depth (p) greater than the winding diameter of the chip (29).

6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that in the vicinity of its opening (34), the groove (24) has a width (1) less than the winding diameter of the chip (29) .

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the groove (24) is formed in the face (23) of the ring tel7) opposite the pivot axis (ZZ) of the shutter (4).

8. Device according to claim 7, characterized in that the face (23) of the ring (17) opposite the pivot axis (ZZ) and the face (18) of the ring (11) which s y-supports have a certain taper (A) so that the ring (17) is thicker axially in the vicinity of the wall of the duct (9) than in the vicinity of the shutter (4).

9. Device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the ring (11) carries on its face directed towards the shoulder (8) a rib (28) positioned radially so as to be in contact with the anchoring part (26) and deforming the surface thereof.

10. Device according to the united of claims 1 to 6, characterized in that the opening of the groove is made in the face of the ring pressed against the shoulder of the duct.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the opening (34) of the groove is entirely covered by one (18) of the walls (18, 8) of the ring (11) and the shoulder (8) between which the ring (17) is clamped.