FR2536821A1 - Siege de vanne et procede de realisation d'une gorge dans ce siege - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SIEGE DE VANNE CONCU POUR PERMETTRE UN REMPLACEMENT AISE ET SANS DEMONTAGE DU JOINT D'ETANCHEITE. LE SIEGE 28 PRESENTE UNE SURFACE EXCENTRIQUE 52 EN FORME DE SELLE DANS LAQUELLE EST USINEE UNE GORGE 50 DE PROFONDEUR ET DE LARGEUR CONSTANTES. UN JOINT TORIQUE FLEXIBLE 54 EST RETENU PAR FROTTEMENT A L'INTERIEUR DE LA GORGE DONT LES PAROIS LATERALES ET LE FOND ONT UN FINI DE SURFACE DETERMINE POUR ASSURER CETTE RETENUE DE LA BAGUE TORIQUE SUIVANT LA FORME NON PLANE DEMANDEE. DOMAINE D'APPLICATION : VANNES A PASSAGE DIRECT.

Description

L'invention concerne les pièces de vannes

présentant une surface élastique d'étanchéité, et en par-

ticulier un siège de vanne présentant une gorge ou un

cran pour le montage d'un joint élastique.

Les vannes classiques à passage direct compren- nent généralement un corps de vanne, un ensemble à siège

logé à l'intérieur du corps, et un ensemble d'actionne-

ment destiné à déplacer l'ensemble à siège pour commander l'écoulement d'un fluide à travers le corps Le siège de vanne est communément un élément creux sensiblement cylindrique présentant, à une première extrémité, une surface destinée à s'ajuster sur une partie du corps de la vanne Etant donné que le siège et le corps de vanne

sont généralement des cylindres orientés perpendiculai-

rement, leur "intersection" n'est pas plane, mais plutôt de forme excentrique ou en selle Une matière élastique est montée classiquement sur la surface en forme de selle du siège de la vanne afin d'assurer l'établissement d'un joint étroit avec le corps de vanne Une technique connue consiste à usiner une gorge ou un cran dans la surface du siège, puis à mouler dans cette gorge ou ce cran du

caoutchouc vulcanisé d'une dureté d'environ 90 au duro-

mètre. L'efficacité et la longévité de la vanne sont habituellement limitées par la précision et la longévité du joint du siège Avec le temps, le caoutchouc se détériore et la vanne doit être réparée Ces réparations exigent classiquement le remplacement de la totalité du siège, car il est impossible de remplacer sur place uniquement le caoutchouc moulé Ainsi qu'il est bien connu,

le moulage convenable du caoutchouc sur le siège métalli-

que exige une préparation soignée de la surface et des conditions précises de température et de temps qu'il est normalement impossible d'obtenir sur les lieux o des vannes à passage direct sont fréquemment utilisées, par

exemple des puits de pétrole et de gaz.

Les limitations des techniques actuellement connues pour fabriquer des sièges de vanne comportant des joints élastiques, et l'impossibilité de réparer rapidement les joints détériorés ont pour résultat des coûts élevés de fabrication et de maintenance des vannes à passage direct destinées à être utilisées sur les champs de pétrole et de gaz Par conséquent, il existe un besoin

important, ressenti depuis longtemps, en sièges perfection-

nés de vannes à passage direct qui réduisent le coût de fabrication et permettent aux utilisateurs de remplacer

rapidement et à bon marché les joints élastiques usés.

L'invention concerne un siège de vanne perfection-

né, d'utilisation particulièrement avantageuse dans des vannes à passage direct du type généralement utilisé dans l'exploration et la mise en production de champs de pétrole L'invention concerne également un procédé

perfectionné de fabrication du siège de vanne.

Conformément à l'invention, le siège de vanne présente une surface excentrique, sensiblement en forme de selle, une gorge de profondeur et de largeur constantes, formée dans la surface excentrique et comportant des

parois latérales perpendiculaires à la surface excentri-

que et une base parallèle à cette surface, et une bague torique flexible et remplaçable retenue par frottement dans la gorge Les parois latéraleset la base de la gorge présentent un fini de surface de l'ordre d'environ 32 à 125, ce qui est suffisamment lisse pour retenir la bague torique dans la forme non plane demandée, tout

en étant suffisamment rugueux pour être dans les possi-

bilités de production de machines-outils à commande numérique conçues pour travailler conformément au procédé

de l'invention.

Conformément au procédé de l'invention, un montage perfectionné de machine-outil et une séquence perfectionnée de mouvements d'outil permettent à un système d'outil de fraisage horizontal à quatre axes d'usiner automatiquement la gorge nécessaire pour la

bague torique perpendiculairement à la surface excen-

trique, avec un fini de gorge de l'ordre d'environ 32-125.

Le procédé est de préférence utilisé dans

un système à commande numérique, et comprend de préfé-

rence une étape qui consiste à agencer une machine à quatre axes de manière que l'axe de rotation B de la table rotative de travail soit vertical, l'axe X de l'outil soit horizontal, l'axe Y de l'outil soit vertical, et l'axe Z de l'outil soit perpendiculaire aux axes X et Y suivant une ligne coupant perpendiculairement l'axe B. La pièce sensiblement cylindrique de siège de vanne, présentant une surface excentrique, est fixée au montage de la table rotative de manière que l'axe du siège coïncide avec l'axe Z de l'outil Un outil de fraisage à deux tailles est placé le long de l'axe X jusqu'à ce qu'il entre en contact avec la surface excentrique du siège L'outil présente une largeur de coupe légèrement supérieure à celle de la bague torique non déformée Le mouvement de l'outil le long de l'axe Z est établi à une profondeur de coupe constante, légèrement inférieure

à la largeur de la bague torique non déformée Une rela-

tion géométrique est établie entre le rayon souhaité RG de la gorge de la bague torique, pour commander le mouvement de l'outil le long de l'axe Y, et le rayon Rp de la surface excentrique du siège, pour déterminer la rotation initiale autour de l'axe B afin d'aligner l'outil perpendiculairement à la surface excentrique et de commander le mouvement pas à pas le long de l'axe Y accompagnant chaque pas de rotation autour de l'axe B. Enfin, la machine reçoit des instructions ou un programme de commande qui représentent le trajet souhaité pour la gorge par une série de coordonnées incrémentielles de positions demandant un mouvement de l'outil uniquement le long de l'axe Y, en coopération avec la rotation du siège autour de l'axe B. L'invention permet donc de produire un siège de vanne présentant une gorge en forme de selle dans laquelle une bague torique flexible peut être posée -manuellement par simple déformation et compression de la bague dans la gorge La compression de la bague contre les parois et la base ou le fond de la gorge retient ou maintient les deux côtés latéraux de la bague sans

nécessiter des adhésifs supplémentaires.

Une bague détériorée peut être aisément retirée du siège sans détérioration de la surface excentrique

ou de la gorge Une bague neuve peut Otre posée immédia-

tement dans la gorge et elle est suffisamment retenue

dans cette dernière pour permettre à l'agent de mainte-

nance de renvoyer le siège vers son ensemble dans la vanne sans craindre que la bague "saute" hors de la gorge lorsque l'ensemble de la vanne est remonté L'invention réduit le coût de fabrication du siège, car il est inutile de mouler et de vulcaniser le caoutchouc, et elle simplifie notablement la maintenance

des vannes sur les lieux d'utilisation.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels:

la figure 1 est une vue schématique en pers-

pective éclatée des pièces principales d'une vanne hydraulique connue à passage direct; la figure 2 est une vue en perspective d'un siège de vanne selon l'invention, conçu pour remplacer le siège cylindrique classique de vanne montré sur

la figure 1, un système de référence horaire étant re-

présenté en superposition; la figure 3 est une élévation avec coupe partielle du siège de vanne de la figure 2, la partie située à la position 12 heures étant représentée en

coupe et la bague élastique torique n'étant pas repré-

sentée, pour plus de clarté, sur la partie comprise entre les positions 6 heures et 9 heures; la figure 4 est une coupe partielle à échelle agrandie d'un détail de la figure 3, montrant la gorge à sa position 12 heures la figure 5 est une coupe partielle suivant la ligne 5-5 de la figure 3, montrant la gorge orientée perpendiculairement à la surface excentrique, à la position 9 heures; la figure 6 est une vue schématique d'une gorge usinée dans la surface excentrique, illustrant de façon exagérée une finition imparfaite de la gorge la figure 7 est une vue en perspective d'une

ébauche de siège de vanne avant la première étape du procédé de l'in-

vention, cette vue montrant la surface excentrique qui a été précédemment usinée sur le siège,

la figure 8 est une vue schématique en pers-

pective du siège de vanne montré sur la figure 7, serré dans un montage placé sur une table rotative d'une machine

de fraisage horizontale à quatre axes à commande numéri-

que, l'axe B de la table et les axes X, Y et Z de l'outil

étant indiqués; -

la figure 9 est un diagramme montrant les positions relatives de cercles définis par le rayon Rp de la surface excentrique de la pièce et le rayon RG de la gorge de la bague torique, permettant de déterminer le mouvement de l'outil sur l'axe Y pour une rotation donnée du montage autour de l'axe B;

la figure 10 est une vue schématique en pers-

pective montrant la première pénétration de l'outil dans la surface excentrique à la position 3 heures

la figure 11 est une vue schématique en pers-

pective montrant la poursuite du fraisage par l'outil dans la surface du siège, à la position 6 heures; et

la figure 12 est une vue schématique en pers-

pective montrant la poursuite du fraisage réalisé par

l'outil dans la surface du siège, à la position 9 heures.

La figure 1 représente sous une forme schéma-

tique les pièces fonctionnelles principales d'une vanne à passage direct de type bien connu, utilisée, par exemple, dans l'exploration et la mise en production de champs de pétrole La vanne comporte un corps 12 qui présente un alésage principal 16, des buses 18 d'entrée et de sortie, et des brides 20 destinées à relier le corps de la vanne à des conduites d'entrée et de sortie (non représentées) Les buses 18 sont placées en état d'alignement ou de blocage, pour permettre ou arrêter l'écoulement, respectivement, par la position d'un ensemble 22 à siège à l'intérieur de l'alésage principal 16 Comme représenté sur la vue en perspective éclatée, au-dessus de l'alésage principal 16, l'ensemble 22 à siège comprend des obturateurs extérieur 24 et intérieur 26, des sièges 28 a de vanne et des supports 30 de siège L'ensemble 22 à siège est positionné par le corps 34 d'un opérateur, une tige 36 de vanne et des moyens automatiques ou manuels

d'actionnement tels qu'un volant 38.

L'invention a trait à des perfectionnements apportés à la conception et à l'usinage du siège 28 a de vanne Bien que dans les sièges classiques 28 a, un joint élastique 40 soit moulé ou autrement fixé à chaque siège, le remplacement ou la réparation d'un tel joint est

particulièrement coûteux et inefficace.

Comme montré sur la figure 2, l'invention concerne un siège 28 de vanne dans une surface excentrique

et ovale 52 duquel es L usinée une gorge fonctionnelle 50.

La surface excentrique est en forme de selle, car elle

doit épouser la courbure cylindrique de l'alésage princi-

pal 16 du corps de la vanne (voir figure 1) Le siège 28 et le corps 16 de la vanne peuvent être représentés essentiellement par l'intersection perpendiculaire de deux cylindres de diamètres différents La fonction de la gorge 50 est d'assurer l'étanchéité du siège 28 au moyen d'une bague de retenue d'étanchéité en élastomère, ou bague torique 54 (représentée en coupe avant sa pose dans la gorge) Les perfectionnements apportés au siège de vanne et décrits dans le présent mémoire peuvent être aisément appliqués aux vannes de conception actuelle et, par exemple, un siège classique 28 a peut être démonté d'une vanne à passage direct existante, du type montré sur la figure 1, et remplacé par le siège perfectionné 28 tel que représenté sur la figure 2 La maintenance ne demande ensuite que le remplacement du joint torique 54 le siège 28 peut être remis en place avec un joint neuf 54. La figure 2 représente le siège perfectionné 28 dans une orientation correspondant à celle du siège de vanne classique 28 a montré sur la figure 1 Pour

faciliter la compréhension de la description qui suit,

les positions des points intéressants de la surface excen- trique 52 sont désignées par des positions sur un cadran d'horloge; par exemple, sur la figure 2, les positions 12 heures et 6 heures sont respectivement les positions du haut et du bas Il convient de noter que, si un vecteur était orienté perpendiculairement à la surface excentrique 52 à la position 12 heures, il serait parallèle à l'axe 56 du siège Si le point d'application du vecteur était déplacé le long de la surface excentrique, le vecteur restant perpendiculaire à cette dernière, ce vecteur s'orienterait de plus en plus vers l'extérieur

à l'écart de l'axe du siège pour atteindre une orienta-

tion extérieure maximale aux positions 3 heures et 9-heures, puis il reviendrait vers une orientation parallèle à

l'axe du siège à la position 6 heures.

Conformément à l'invention, la gorge 50 est

toujours orientée perpendiculairement à la surface excen-

trique 52 Cette orientation de la gorge, associée à

sa finition de surface comme décrit plus en détail ci-

dessous, permet à la bague torique 54 d'être "retenue"

dans la gorge, malgré le gauchissement considérable de-

mandé à cette bague pour épouser le profil de la gorge.

D'autres détails du siège 28 seront à présent décrits en référence aux figures 3, 4 et 5 Le siège est orienté de manière qu'il soit vu suivant une coupe passant par la position 12 heures, o la surface excentrique 52 et la gorge 50 sont parallèles à l'axe 56 du siège, et qu'il soit vu de profil entre les positions 6 heures et 9 heures Le siège comprend typiquement un rebord 58, un collet cylindrique 60 dont les diamètres intérieur et extérieur sont uniformes, et la surface excentrique 52 en forme de selle Cette surface excentrique et sa forme en selle sont définies de façon particulière par l'épaisseur 62 du collet et le rayon Rp de la pièce, qui est égal au rayon nominal de l'alésage principal 16

du corps de la vanne.

Une gorge 50 de forme sensiblement rectangulaire est usinée dans la surface excentrique 52 de façon à délimiter un rebord excentrique 63 et une surface secondaire 64 d'étanchéité dont l'action est en renfort de celle

du joint élastique principal constitué par la bague tori-

que 54 Dans la forme préférée de réalisation de l'inven-

tion, la dimension (diamètre intérieur du siège) de la vanne à passage direct est comprise entre environ 5 et cm Dans une vanne de 10 cm, la gorge 50 présente de préférence une profondeur D de 2,896 mm et une largeur W de 3,962 mm pour loger une bague torique en "Viton" d'une dureté de 90 au duromètre, ayant un diamètre de 3,531 mm à l'état non déformé Par conséquent, la bague torique dépasse de 0,635 mm au-dessus de la surface

excentrique 52 tout en étant retenue ou bloquée d'elle-

même dans la gorge Le rayon RG de la gorge est également indiqué sur la figure 3 On peut tracer, le long de la base ou du fond de la gorge 72, une ligne qui est toujours

à une distance perpendiculaire R G de l'axe 56 du siège.

On choisit la bague torique 54 de dimension appropriée en déterminant le diamètre du joint sur la surface plate du siège, puis en choisissant une bague torique qui correspond au même diamètre approximatif

du joint La bague torique est ensuite étirée pour s'ajus-

ter au diamètre arrière du siège.

Comme indiqué ci-dessus, la retenue automatique de la bague torique 54, dont la dureté est généralement comprise entre environ 80 et 90, dépend fortement du fini d'usinage de la gorge 50 La figure 4 montre les parois latérales intérieure et extérieure 70 et le fond 72 de la gorge En pratique, l'usinage d'une gorge telle que celle indiquée en 50 est une opération complexe et laborieuse qui n'a pu être aisément réalisée à des cadences de production importantes avant la mise en oeuvre

du procédé de l'invention tel que décrit ci-dessous.

Néanmoins, même avec le procédé de l'invention, il est impossible d'obtenir une gorge parfaitement lisse On a cependant découvert que cette perfection n'est pas nécessaire; la bague torique peut être retenue si les surfaces 70, 72 des parois latérales et du fond de la gorge sont usinées de façon à présenter un fini compris entre 32 et 125, une valeur d'environ 63 étant tout à fait satisfaisante Comme illustré sur la figure 6 aux

fins de la description, le fini de la gorge est une mesure

de la linéarité par segments entre des "arêtes" ou angles adjacents 66, 68 résultant de l'action de coupe de l'outil, mesurée le long du trajet suivi par la gorge ou la bague torique Lors de la coupe de la gorge, la machine-outil usine une suite d'arcs ou de cordes; la dimension ou portée de chaque arc dépend du degré auquel le fond ou la paroi latérale de la gorge approche de la

perfection Un fini de 32 signifie que la moyenne arithmé-

tique des hauteurs d'arêtes, à partir de la hauteur

moyenne, est de 32 fois la longueur de 25,4 10 6 mm.

Il convient également de noter que, bien que les parois latérales 70 soient parallèles entre elles et perpendiculaires à la surface excentrique 52, un écart de perpendicularité pouvant atteindre environ

2,50 peut être toléré.

Le siège de vanne perfectionné, comportant un

joint élastique retenu dans une gorge orientée perpen-

diculairement à une surface excentrique, en forme de

selle, peut être fabriqué conformément au procédé per-

fectionné suivant pour usiner une telle gorge.

La figure 7 représente la pièce 100 constituant le siège de vanne, sous la forme d'une ébauche usinée classiquement, prête à un usinage supplémentaire pour former un siège de vanne La surface excentrique 52 a en forme de selle est conçue pour épouser la surface intérieure de l'alésage principal 16 de la vanne (voir

figure 1).

La figure 8 montre la première étape du procédé qui consiste-à agencer un système d'outil de coupe à commande numérique à quatre axes de manière que le montage 102 soit orienté verticalement le long de l'axe de rotation B de la table rotative 104, et que les axes

de mouvements X (horizontal), Y (vertical) et Z (longi-

tudinal) de l'outil 106 soient orientés perpendiculaire-

ment les uns aux autres Il est évident que d'autres symboles ou conventions de signes pourraient être utilisés suivant la machine à commande numérique particulière utilisée. Le montage 102 comprend des moyens destinés à monter fixement la pièce 100 de siège perpendiculairement à l'axe B de rotation, le long de l'axe Z de déplacement de l'outil Un mandrin expansible strié 108 est représenté sur cette figure, mais d'autres moyens pourraient être utilisés Il est important que la distance comprise

perpendiculairement entre tout point de la surface excen-

trique 52 a de la pièce 100 de siège et l'axe B soit égale au rayon RP de la pièce Autrement dit, l'axe B doit

être au centre du rayon de courbure de la surface excen-

trique 52 a.

Ayant établi le système de coordonnées dans lequel l'origine de l'outil est située sur l'axe 56 de

la pièce, la machine à commande numérique doit être com-

mandée ou programmée afin que l'outil parcoure un trajet

tel qu'il réalise, par coupe ou fraisage, la gorge sou-

haitée dans la surface excentrique Ainsi qu'il ressor-

tira de la description qui suit, une fois que l'outil

est positionné le long de l'axe X et que la profondeur de coupe est établie sur l'axe Z, l'outil suit un trajet ne demandant un déplacement que le long de l'axe Y tandis que la pièce tourne par rotation autour de l'axe B. Pour plus de commodité, on souhaite que l'outil pénètre initialement dans la surface excentrique 52 a à la position 3 heures, comme indiqué sur la figure 10,

et on souhaite en outre que l'outil pénètre perpendicu-

lairement dans la surface excentrique La relation entre le point Y O de pénétration initiale et l'angle initial

A de la table rotative, ainsi que la relation incrémen-

tielle, c'est-à-dire le mouvement sur l'axe Y nécessaire il à chaque incrément de rotation autour de l'axe B, doivent

être déterminées.

On peut à présent se référer à la figure 9 qui montre la géométrie du système de laquelle on déduit les fonctions de commande de mouvement de l'outil intro- duites dans la machine à commande numérique La figure 9 représente un cercle 1 (dans le plan X-Y), tracé au rayon RG de la gorge à partir de l'axe central de la pièce devant constituer le siège, et un cercle 2 (dans le plan X-Z) de rayon Rp A partir de la position 3 heures au rayon RG du cercle 1, on élève une ligne LN 1 d'un point PT 11 afin qu'elle coupe une ligne LN 21 du cercle 2 (sur la figure, les lignes et les points situés sur ou dans le cercle 1 sont désignés LN 10, LN 11, LN 12 et PT 10, PT 11; les lignes et les points situés sur ou dans le cercle 2 sont désignés LN 20, LN 21 et PT 20, respectivement; et les lignes reliant les cercles sont désignées LN 1, LN 2) Ainsi tracée, la ligne LN 1 définit des points PT 21 et PT 22 et des lignes LN 21 et LN 22 La longueur de la ligne LN 22 est égale à Rp, et la longueur de la ligne LN 21 est égale à RG Par conséquent, l'angle initial A de la table est déterminé par la relation: cos A, = LN 21/LN 22 ou cos A = R /R G P La position initiale de l'outil étant établie à YO = O (PT 11) et celle de la table à A = arc cos R /Rp, le trajet nécessaire pour produire la totalité de la

gorge doit également être spécifié Comme indiqué précé-

demment, le mouvement de l'outil n'est que vertical,

et la table tourne de façon correspondante, ou vice versa.

Si l'on suppose que, pendant la première étape de coupe, l'angle de travail de la table change de A O (position initiale de pénétration de l'outil) à A 1, comme indiqué sur le cercle 2, le mouvement nécessaire de l'outil sur l'axe Y est alors celui représenté par la différence en valeur d'axe Y, entre les points PT 11 et PT 12 situés

sur le cercle 1 Le point PT 12 est déterminé par abaisse-

ment de la ligne LN 2 à partir du point PT 23.

Comme montré sur le cercle 1, on peut tracer un triangle isocèle en reliant les points PT 10, PT 11 et PT 12, la bissectrice étant indiquée par la ligne poin- tillée LN 11 Le tronçon de la ligne LN 11 indiqué en T est la tolérance de la gorge par rapport à un cercle réel, c'est-à-dire que T indique l'écart maximal du segment de corde dans le plan X-Y, représenté par la ligne LN 12, par rapport à l'arc réel reliant les points PT 11 et PT 12 lorsque l'incrément de rotation de la table de A O à A 1 commande le mouvement incrémentiel de l'outil

sur l'axe Y, des points PT 11 à PT 12 O est le demi-

angle tendu par la corde LN 12 Par simple trigonométrie, il en résulte que: RG-T e =arc cos (R) Equation ( 1) RG Cette relation peut être utilisée pour mettreten relation la tolérance T, en tant que facteur déterminant du fini de la gorge, avec le choix de l'angle des pas de rotation Ao 0, A 1 Ai, et des mouvements Y 0, Y 1, Yi le long de l'axe Y. La relation entre le mouvement de l'outil sur l'axe Y et la rotation de la table autour de l'axe B peut à présent être établie La distance sur l'axe Y entre les points PT 11 et PT 12 est: Y 1 = RG sin ( 2 e) Equation ( 2) Le mouvement angulaire correspondant de la table rotative de A O à A 1 est: cos A 1 = (-X 1/RB), o: X 1 = /PT 13 PT 107 ou /PT 24 -PT 207 X 1 = RG cos ( 2 e), alors: A 1 =ros_ RG cos ( 2 e)l A = arc cos l GR Equation ( 3) 1 Rp Pour programmer la totalité du cycle d'usinage de la gorge, il faut spécifier une série d'étapes ayant chacune une relation particulière entre les axes Y et B Si chaque étape est désignée i= 0,1,2, N, avec i= O représentant les positions initiales de l'outil

et de la table en Y 0, A O o, la paire de coordonnées corres-

pondantes sur les axes Y et B est Y 1 = RG sin (i* 28) et Equation RG cos (i* 2 G) Ai = arc cos i Equation ioR Euton ( 4) ( 5) Equation ( 1) R T e = arc cos (G) G Toutes les paires (Yi, Ai) de positions sont déterminées en séquence; la table est tournée et l'outil est déplacé en continu à une profondeur D de coordonnées en coordonnées jusqu'à ce qu'un total de N mouvements ou de positions cibles physiquement distinctes, ait été atteint N et e sont en relation telle que N = 180/e Une fois que le choix de 9 ou T est effectué, une valeur constante de 8 est utilisée dans les équations ( 4) et ( 5) Par conséquent, la rotation Ai autour de l'axe B est commandée par le mouvement Y le long de l'axe Y, comme spécifié par les i

incréments e dans le plan X-Y.

Dans la forme préférée de réalisation, le mouve-

ment sur l'axe Y est commandé par spécification des

pas Ai de rotation autour de l'axe B La séquence de coor-

données peut être déterminée par ré-écriture des équa-

tions ( 4) et ( 5) de manière que: X. Ai = arc cos ( R) Equation ( 6) i P Y = RG sin 8 ' l G X. e = arc cos ( R) G Equation ( 7) Equation ( 8)

et résolution de l'équation ( 6) pour Xi, pour son utili-

sation dans les équations ( 8) et ( 7).

Une étude considérable a permis de déterminer que des incréments successifs d'environ 5 de rotation autour de l'axe B, c'est-à-dire àA = Ai+ 1 Ai = 5 , o donnent un fini suffisamment lisse, à la gorge de la bague torique, pour permettre à la bague d'être retenue ou bloquée à l'intérieur de la gorge Dans le cas du

siège de-10 cm, le fini de la gorge résultante est d'en-

viron 63 Dans le cas de sièges ayant un diamètre intérieur

compris entre environ 5 et 15 cm, une séquence satisfai-

sante de rotations autour de l'axe B est constituée d'étapes comprises entre 3 et 7 AA est de préférence un entier satisfaisant N = ( 180-2 A 0)/AA De plus grandes valeurs ne produisent pas une gorge suffisamment lisse pour retenir la bague torique, et des valeurs plus faibles

demandent un temps excessif.

Les incréments de 5 de rotation autour de l'axe B sont transformés en incréments appropriés de déplacement le long de l'axe Y par l'ordinateur qui utilise à cet effet les équations ( 6), ( 7) et ( 8) Ces mouvements sont liés entre eux pour produire un mouvement de coupe

simultanée qui donne naissance à la gorge.

Il convient de noter que les machines classiques à commande numérique ne sont pas pilotées par le procédé tel que décrit dans le présent mémoire Les dispositifs classiques de commande interpréteraient la rotation autour de l'axe B en même temps que le mouvement vertical

de l'outil le long de l'axe Y comme une course de colli-

sion et commanderaient généralement un arrêtou empêche-

raient d'une certaine autre manière l'exécution En effet, l'invention établit une nouvelle combinaison de variables

pour la commande de la machine à commande numérique.

La forme préférée du procédé de l'invention décrit ci-dessus, a été mise en oeuvre avec succès sur une aléseuse horizontale à commande numérique, comportant un poste processeur normal de programmation automatiqued'outil, produit par la firme Manufacturing Data and Systems, Inc, (MDSI), utilisant le code source "COMPACT-2 " également disponible auprès de la firme MDSI Etant donné que les machines à commande numérique de ce type n'ont pas été utilisées précédemment de la manière décrite, il est apparu nécessaire d'élargir la capacité de traitement de données du dispositif de commande à ordinateur En particulier, les registres des axes X et Z de la fonction de commande du processeur de liaison de la machine à commande numérique peuvent avoir à être modifiés pour traiter jusqu'à dix chiffres significatifs. Une fois que la machine à commande numérique

a été réglée et chargée du programme, l'opération d'usi-

nage d'une gorge commence de préférence à l'aide d'une

fraise à bout sphérique pour dégrossir la gorge conformé-

ment aux équations ( 6), ( 7) et ( 8) Puis une seconde passe est effectuée avec une fraise à deux tailles à bout plat Comme indiqué précédemment, le diamètre de la fraise à deux tailles, de 3,962 mm, permet l'usinage

d'une gorge de même largeur pour retenir une bague tori-

que d'une section de 3,531 mm de diamètre.

Les figures 10 à 12 représentent schématique-

ment diverses étapes de l'usinage d'une gorge selon l'invention La figure 10 montre l'outil 106 lorsqu'il commence à pénétrer dans la surface excentrique 52 a, à la position 3 heures correspondant à Y 0 et AO' Au fur et à mesure que l'usinage progresse, l'outil se déplace le long de l'axe Y et le montage tourne autour de l'axe B de manière que l'outil 106 atteigne la position 6 heures indiquée sur la figure 11 La figure 12 montre l'outil 106 qui s'est à présent élevé le long de l'axe Y alors que la table rotative a continué de tourner de manière

que l'outil se trouve à la position 9 heures sur la sur-

face excentrique 52 a Cette position correspond à une rotation maximale de la table, égale à ( 180 '-2 A 0) A partir de cette position, la rotation de la table s'inverse et l'outil se déplace vers le haut, puis vers le bas et finit par revenir à la position 3 heures montrée sur la figure 10 Le mouvement de l'outil le long de l'axe -Y couvre une distance totale de 4 R. G'

Claims (17)

REVENDICATIONS

1 Siège de vanne sensiblement cylindrique, conçu pour être accouplé transversalement à la:surface intérieure d'un alésage principal ( 16) d'une vanne ( 10), le siège ( 28) étant caractérisé en ce qu'il comporte un collet cylindrique ( 60) dont les diamètres intérieur et extérieur sont constants, une extrémité d'accouplement sensiblement en forme de selle présentant une surface

excentrique lisse ( 52) située entre les diamètres inté-

rieur et extérieur et configurée pour épouser la surface intérieure de l'alésage principal de la vanne, une gorge sensiblement rectangulaire ( 50) suivant le contour de la surface excentrique et présentant une largeur et une profondeur constantes, cette gorge comportant en outre

des parois latérales parallèles et opposées ( 70), sensi-

blement perpendiculaires à la surface excentrique, et un fond ( 72) parallèle à cette surface excentrique, un joint ( 54), constitué d'une bague torique flexible,

étant retenu dans la gorge par frottement, la bague dé-

passant au-dessus de la surface excentrique tout en étant comprimée à l'intérieur de la gorge de manière à porter contre les parois latérales opposées et le fond de la gorge. 2 Siège de vanne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fini de la surface des parois latérales et du fond de la gorge est compris entre 32

et 125.

3 Siège de vanne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond de la gorge est situé à une distance perpendiculaire constante de l'axe ( 56)

du siège cylindrique.

4 Siège de vanne selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écart de perpendicularité entre les parois latérales parallèles et la surface excentrique

est inférieur à environ 2,50.

Siège de vanne selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague torique est réalisée en une matière ayant une dureté comprise entre environ 80 et 90,

au duromètre.

6 Siège de vanne selon la revendication 1,

caractérisé en ce que la largeur de la gorge est supé-

rieure au diamètre de la bague et en ce que la profon-

deur de la gorge est inférieure au diamètre de la bague. 7 Siège de vanne selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fini des parois latérales et

du fond de la gorge est compris entre environ 32 et 125.

8 Siège de vanne selon la revendication 7,

caractérisé en ce que le fini de la gorge est d'environ 63.

9 Siège de vanne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du siège

est compris entre 5 et 15 cm.

Siège de vanne selon la revendication 9, caractérisé-en ce que le fini de la gorge est compris

entre environ 32 et 125.

11 Siège de vanne selon la revendication 10, caractérisé en ce que la bague torique présente une

dureté comprise entre environ 80 et 90, au duromètre.

12 Siège de vanne selon la revendication 10,

caractérisé en ce que la profondeur de la gorge est infé-

rieure d'environ 0,636 mm au diamètre denla section non déformée de la bague torique, et en ce que la largeur de la gorge est supérieure d'environ 0,342 mm au diamètre

de la section non déformée de la bague torique.

13 Siège de vanne selon la revendication 12,

caractérisé en ce qu'il porte une bague en "Viton" pré-

sentant un diamètre, à l'état non déformé, de 3,531 mm, conçue pour être utilisée dans une vanne à passage direct

de 10 cm.

14. Elément de siège de vanne sensiblement cylin-

drique pour porter une bague flexible ( 54) d'étanchéité destinée à s'accoupler transversalement avec la surface intérieure de l'alésage principal ( 16) d'une vanne ( 10) sensiblement cylindrique, l'élément de siège étant caractérisé en ce qu'il comporte un collet cylindrique

( 60) dont les diamètres intérieur et extérieur sont cons-

tants, une extrémité d'accouplement sensiblement en forme de selle présentant une surface excentrique lisse ( 52)

entre les diamètres intérieur et extérieur, cette sur-

face excentrique étant configurée pour épouser la surface intérieure de l'alésage principal de la vanne, une gorge sensiblement rectangulaire ( 52) qui suit le contour de la surface excentrique, qui présente une largeur et une profondeur constantes et qui comporte en outre des parois latérales parallèles et opposées ( 70), sensiblement perpendiculaires à la surface excentrique, et un fond ( 72) parallèle à cette surface excentrique, les parois latérales et le fond présentant des finis de surface de l'ordre de 32 à 125, de manière qu'une bague torique

flexible ( 54) puisse être comprimée manuellement à l'in-

térieur de la gorge et reste retenue dans cette dernière

par frottement.

Elément de siège de vanne selon la reven-

dication 14, caractérisé en ce que la largeur de la

gorge est supérieure à sa profondeur.

16 Elément de siège de vanne selon la reven-

dication 14, caractérisé en ce que l'écart de perpendi-

cularité entre les parois latérales de la gorge et le

fond de la gorge est inférieur à environ 2,50.

17 Procédé de réalisation d'une gorge dans une pièce devant constituer un siège de vanne, ladite

pièce ( 100) ayant une configuration sensiblement cylin-

drique et creuse autour d'un axe ( 56) de siège, et pré-

sentant, à une extrémité, une surface excentrique ( 52), sensiblement en forme de selle, conçue pour épouser le contour de la surface intérieure de l'alésage principal ( 16) d'une vanne cylindrique ( 10) lorsque le siège est orienté transversalement à l'axe de-l'alésage de la vanne, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à monter la pièce devant former le siège dans une machine de fraisage horizontale à quatre axes de manière que la pièce soit fixée à une table ( 104) conçue pour tourner autour d'un axe vertical B, ladite pièce étant orientée dans le montage ( 102) de la table de manière que l'axe cylindrique de la pièce soit perpendiculaire à l'axe B

qu'il coupe, et que la distance mesurée perpendiculai-

rement entre l'axe B et chaque point de la surface excen-

trique de la pièce soit égale aurayon Rp de la pièce, à monter une fraise ( 106) à deux tailles sur la machine de manière que le mouvement de l'outil puisse être spécifié par un système de coordonnées ayant un axe horizontal X, un axe vertical Y et un axe longitudinal Z, l'axe Z coïncidant avec l'axe de la pièce, l'axe Y étant parallèle à l'axe B, et les axes X, Y et Z étant perpendiculaires entre eux, à positionner l'outil le long

de l'axe X jusqu'à ce qu'il entre en contact avec la sur-

face excentrique du siègee au rayon souhaité RG de la gorge, à faire tourner la pièce autour de l'axe B jusqu'à ce que l'outil soit orienté perpendiculairement à la surface excentrique, à établir le mouvement de l'outil

le long de l'axe Z pour une profondeur constante de frai-

sage, à établir une relation géométrique entre le rayon souhaité R G de la gorge et le rayon Rp de courbure de la surface en forme de selle, de façon à commander le mouvement de l'outil le long de l'axe Y et la rotation de la pièce autour de l'axe B alors que l'outil reste dans une position fixe sur l'axe X et à une profondeur constante de fraisage de la gorge sur l'axe Z, et à faire fonctionner la machine de manière qu'une gorge sensiblement rectangulaire, de largeur et de profondeur constantes, soit réalisée par fraisage dans la surface excentrique de la pièce, les parois latérales ( 70) de

la gorge étant sensiblement perpendiculaires à la sur-

face excentrique et le fond ( 72) de la gorge étant

parallèle à cette surface.

18 Procédé selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que la machine est commandée par spécifica-

tion d'une série de coordonnées de cibles d'angle de rotation Ai autour de l'axe B et de positions Yi sur l'axe Y, de manière que le mouvement de l'outil, d'un groupe de coordonnées à un autre, provoque l'usinage

d'une gorge dont les parois latérales et le fond présen-

tent un fini de surface compris entre environi 32 et 125.

19 Procédé selon la revendication 18, caracté-

risé en ce que la pénétration initiale de l'outil dans la surface excentrique s'effectue aux coordonnées Ao 0, Y 0, et en ce que le cycle d'usinage de la gorge comprend une distance totale de déplacement vertical de l'outil égale à 4 RG, et un angle maximal de rotation de la table

égal à 180 -2 A 0, avant de revenir aux coordonnées Ao 0, Y O o.

Procédé selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que la machine exécute un premier cycle

d'usinage d'une gorge au moyen d'une fraise à bout sphé-

rique pour dégrossir la gorge, ce cycle étant suivi d'un second cycle effectué au moyen d'une fraise à deux tailles à bout plat destinée à produire la gorge sensiblement rectangulaire.

21 Procédé selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que la machine est commandée numériquement

par un ordinateur numérique.

22 Procédé selon la revendication 21, caracté-

risé en ce que les paires de coordonnées Yi, Ai sont déterminées par les relations Yi = RG sin (i* 2 e) Ai = arc cos / R cos (i* 2 e)/Rp_ 7 i G

o i passe progressivement de O à N, et N est égal à 180/e.

23 Procédé selon la revendication 21, caracté-

risé en ce que les paires de coordonnées Y, Ai sont déterminées par les relations: Xú Ai = arc cos () Yi = R sin e' i G X. e' = arc cos () G o i passe séquentiellement de O à N.

24 Procédé selon la revendication 23, caracté-

risé en ce que les pas successifs d'angles de rotation

AA = Ai+i-Ai sont compris entre environ 3 et 7 .

Procédé selon la revendication 24, caracté-

risé en ce que les pas successifs d'angle de rotation

AA sont égaux à environ 5 .