FR2745353A1

FR2745353A1 - Seal for spherical rotary valve for control of high pressure fluids

Info

Publication number: FR2745353A1
Application number: FR9602772A
Authority: FR
Inventors: Gabriel Seguenot
Original assignee: ADES TECHNOLOGIES
Current assignee: ADES TECHNOLOGIES
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-08-29

Abstract

The seal comprises an annular gasket (7) mounted between two concentric sleeves has, at the opposite end, a sealing lip acting against the wall of a rotating section. The action of an annular plunger (10), due to fluid pressure passing through transverse drillings in an internal sleeve (9), pushes the gasket. The gasket is in a plastomer and has a longitudinal section with an angled profile. An outer metallic sleeve (8) has a similar but inverted profile, towards the rotating part of the valve. The outer sleeves together with the packing piece and in conjunction with the inner metallic sleeve form a slide which is acted upon by the fluid pressure passing through the radial drillings (9a) in the inner ring.

Description

La présente invention a trait aux vannes à tournant sphérique utilisées pour la commande de canalisations parcourues par des fluides sous haute pression, et elle concerne plus particulièrement les dispositifs destinés à assurer l'étanchéité entre la paroi du tournant et les deux parties du corps qui sont percées pour le passage du fluide. The present invention relates to ball valves used for the control of pipes traversed by fluids under high pressure, and it relates more particularly to the devices intended to ensure sealing between the wall of the turn and the two parts of the body which are holes for the passage of fluid.

On connaît déjà, notamment par le document FR-A-2 528 144 (AUXIM), des dispositifs composites de ce genre comprennant un poussoir déformable qui est soumis à la pression du fluide véhiculé afin d'assurer l'application étanche, contre la paroi du tournant, d'une garniture annulaire maintenue entre deux bagues métalliques concentriques. Toutefois, dans les constructions connues, les différentes pièces qui composent le joint composite nécessitent pour leur montage en place dans le corps de la vanne le recours à une presse propre à exercer sur lesdites pièces un effort préalable de pression, ce qui constitue une gêne très sensible lors de la fabrication initiale de la vanne et lors du remplacement des dispositifs d'étancheité de celle-ci au cours de son utilisation prolongée. Already known, in particular from document FR-A-2 528 144 (AUXIM), composite devices of this kind comprising a deformable pusher which is subjected to the pressure of the fluid conveyed in order to ensure the tight application against the wall of the turn, of an annular packing held between two concentric metal rings. However, in known constructions, the different parts that make up the composite seal require for their mounting in place in the valve body the use of a press capable of exerting on said parts a prior pressure force, which constitutes a very discomfort. sensitive during the initial manufacturing of the valve and during the replacement of the sealing devices of the latter during its prolonged use.

C'est à cet inconvénient que la présente invention entend remédier, et ce à l'aide d'un dispositif ou joint composite de conception originale qui assure une étanchéité continue totale dans toute la plage mini-maxi de la pression de service du fluide, liquide ou gaz dans la canalisation, sans néanmoins augmenter la valeur de l'effort manuel à exercer sur le tournant en vue de sa manoeuvre en rotation, cette étanchéité étant maintenue même en cas d'élévation accidentelle de la température due à un incendie. It is this drawback that the present invention intends to remedy, and this using a device or composite seal of original design which ensures total continuous sealing throughout the minimum-maximum range of the working pressure of the fluid, liquid or gas in the pipeline, without however increasing the value of the manual force to be exerted on the turn in order to operate it in rotation, this sealing being maintained even in the event of accidental rise in temperature due to a fire.

Le dispositif d'étanchéité suivant l'invention est essentiellement remarquable en ce que la garniture annulaire, réalisée en un plastomère, présente en section longitudinale un profil en équerre tandis que la bague extérieure comporte ellemême le même profil longitudinal en équerre, mais inversé par rapport à celui de la garniture, afin de constituer avec cette dernière et conjointement avec une bague intérieure généralement cylindrique, une sorte de tiroir repoussé en direction du tournant par le poussoir, réalisé en un élastomère au autre matière plastiquement ou élastiquement déformable. The sealing device according to the invention is essentially remarkable in that the annular lining, made of a plastomer, has in longitudinal section an angle profile while the outer ring itself has the same longitudinal profile in angle, but reversed with respect to to that of the lining, in order to constitute with the latter and together with a generally cylindrical inner ring, a sort of drawer pushed back in the direction of the turning by the pusher, made of an elastomer of other plastically or elastically deformable material.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
- Figure 1 est une coupe axiale schématique d'une vanne à tournant sphérique équipée de deux dispositifs d'étanchéité réalisés conformément à l'invention.The appended drawing, given by way of example, will allow a better understanding of the invention, the characteristics which it presents and the advantages which it is capable of providing.
- Figure 1 is a schematic axial section of a ball valve equipped with two sealing devices produced in accordance with the invention.

- Figure 2, 3, 4 et 5 sont des coupes partielles à plus grande échelle illustrant quatre variantes de réalisation. - Figure 2, 3, 4 and 5 are partial sections on a larger scale illustrating four alternative embodiments.

Le corps de la vanne représentée en figure 1 est constitué par l'assemblage d'une pièce massive 1 creusée d'une cavité centrale, d'un chapeau 2 fermant cette cavité, et de deux brides latérales 3 dont chacune est pourvue d'une tubulure 3a pour le branchement de la vanne sur la canalisation à commander. Dans la cavité précitée vient se loger le tournant 4 solidaire de deux bouts d'arbre opposés 5 et 6 qui assurent le montage rotatif dudit tournant dans le corps, celui référencé 6 étant agencé pour permettre la manoeuvre en rotation. Suivant l'axe commun aux tubulures 3a et à l'ouverture diamétrale 4a du tournant 4, la pièce 1 est percée de deux ouvertures latérales opposées la à section circulaire, destinées à former logements pour les dispositifs d'étanchéité associés audit tournant. The valve body shown in Figure 1 is formed by assembling a solid part 1 hollowed out of a central cavity, a cap 2 closing this cavity, and two side flanges 3 each of which is provided with a tubing 3a for connecting the valve to the pipe to be controlled. In the aforementioned cavity is housed the turning 4 secured to two opposite ends of the shaft 5 and 6 which ensure the rotary mounting of said turning in the body, that referenced 6 being arranged to allow the maneuver in rotation. Along the axis common to the pipes 3a and at the diametrical opening 4a of the turn 4, the part 1 is pierced with two opposite lateral openings the of circular section, intended to form housings for the sealing devices associated with said turn.

Une telle construction est bien connue en pratique et ne nécessite donc pas une description plus détaillée. Such a construction is well known in practice and therefore does not require a more detailed description.

Conformément à invention, chaque dispositif d'étanchéité comprend une garniture annulaire 7 qui est réalisée en un plastomère tel qu'un polyamide, dont les caractéristiques sont évidemment compatibles avec la nature du fluide véhiculé. Cette garniture 7 présente en section longitudinale un profil en équerre et elle est maintenue entre deux bagues métalliques 8 et 9. According to the invention, each sealing device comprises an annular lining 7 which is made of a plastomer such as a polyamide, the characteristics of which are obviously compatible with the nature of the fluid conveyed. This lining 7 has a square profile in longitudinal section and it is held between two metal rings 8 and 9.

La bague extérieure 8 comporte elle-même en section longitudinale un profil en équerre, mais l'épaulement annulaire terminal est ici tourné en direction du tournant 4 pour venir s'appliquer contre la face terminale de la partie cylindrique de la garniture 7. The outer ring 8 itself has a square profile in longitudinal section, but the terminal annular shoulder is here turned in the direction of the turn 4 to come to bear against the end face of the cylindrical part of the lining 7.

La bague intérieure 9 est formée par une douille cylindrique lisse, sa face terminale intérieure étant prévue oblique tandis que sa face extérieure opposée est droite pour venir contre la bride latérale 3 correspondante. The inner ring 9 is formed by a smooth cylindrical sleeve, its inner end face being provided oblique while its opposite outer face is straight to come against the corresponding side flange 3.

Chaque dispositif suivant l'invention comprend enfin un poussoir annulaire 10 réalisé en un élastomère tel par exemple que le perbunan, susceptible de se déformer élastiquement. En section longitudinale, ce poussoir 10 présente un profil trapézoïdal dont la face oblique est tournée en direction de la bague ou douille intérieure 9, afin de définir avec la paroi extérieure de celle-ci une chambre annulaire qui communique avec l'ouverture de ladite bague à travers des lumières ou perçages radiaux 9a. Each device according to the invention finally comprises an annular pusher 10 made of an elastomer such as for example perbunan, capable of deforming elastically. In longitudinal section, this pusher 10 has a trapezoidal profile whose oblique face is turned towards the ring or inner sleeve 9, in order to define with the outer wall thereof an annular chamber which communicates with the opening of said ring through lights or radial holes 9a.

Il convient d'observer que le poussoir 10, l'épaulement transversal de la garniture 7 et la bague extérieure 8 sont établis au même diamètre extérieur, lequel est substantiellement égal au diamètre intérieur de chaque ouverture la du corps 1. Les éléments 7, 8 et 9 assemblés conjointement constituent en conséquence une sorte de tiroir que le poussoir 10 en élastomère déborde quelque peu axialement, en configurant ainsi le dispositif d'étanchéité suivant l'invention qui vient s'insérer librement au montage initial dans le diamètre intérieur du corps de vanne. It should be observed that the pusher 10, the transverse shoulder of the lining 7 and the outer ring 8 are set to the same outside diameter, which is substantially equal to the inside diameter of each opening 1a of the body 1. The elements 7, 8 and 9 assembled together therefore constitute a sort of drawer which the elastomeric pusher 10 projects somewhat axially, thus configuring the sealing device according to the invention which is freely inserted during the initial assembly in the internal diameter of the body. valve.

On notera que le montage initial susmentionné n'implique en aucune manière le recours à une presse, pas plus d'ailleurs que le montage effectué en vue du remplacement de l'ensemble du dispositif d'étanchéité en cas d'usure. Dans un cas comme dans l'autre, le poussoir 10, repoussé par la bride 4 lors de la fixation de cete dernière, réalise par déformation dans la chambre annulaire, un pré-serrage élastique qui tend à déplacer le tiroir précité, axialement en direction du tournant 4. Note that the above-mentioned initial assembly does not in any way involve the use of a press, any more than the assembly carried out with a view to replacing the entire sealing device in the event of wear. In one case as in the other, the pusher 10, pushed back by the flange 4 during the fixing of the latter, achieves by deformation in the annular chamber, an elastic pre-tightening which tends to move the above-mentioned drawer, axially in the direction of the turn 4.

On conçoit que l'arête terminale intérieure de la garniture 7, qui dépasse au-delà des faces terminales des bagues 8 et 9, est ainsi appliquée contre la paroi du tournant 4, en constituant de la sorte une lèvre d'étanchéité. Par suite de la déformation du poussoir 10 sous l'effet de la pression du fluide véhiculé qui s'exerce à travers les perçages radiaux 9a, l'effort d'application de cette lèvre va en croissant au fur et à mesure de l'augmentation de la pression du fluide, si bien qu'on obtient une étanchéité parfaite jusqu'aux plus hautes pressions. Les bagues métalliques 8 et 9 constituent en outre avec le tournant 47 une barrière métal/métal efficace en cas d'élévation anormale de la température à la suite d'un incendie. It is understood that the inner end edge of the lining 7, which projects beyond the end faces of the rings 8 and 9, is thus applied against the wall of the turn 4, thereby constituting a sealing lip. As a result of the deformation of the pusher 10 under the effect of the pressure of the conveyed fluid which is exerted through the radial holes 9a, the effort of application of this lip increases as the increase of the fluid pressure, so that a perfect seal is obtained up to the highest pressures. The metal rings 8 and 9 also constitute, with the turn 47, an effective metal / metal barrier in the event of an abnormal rise in temperature following a fire.

Figure 2 illustre une première variante de réalisation destinée à des vannes qui, par suite de la nature même du fluide véhiculé, nécessitent un contact d'étanchéité métalmétal au niveau du tournant 4. En pareil cas, la garniture est constituée en deux pièces, à savoir un élément cylindrique 17 en métal interposé entre les bagues 8 et 9, et un anneau extérieur 17a, par exemple à section carrée, réalisé en un plastomère et engagé sur ledit anneau pour être pincé entre la face terminale de la bague 8 et la face opposée du poussoir 10. FIG. 2 illustrates a first alternative embodiment intended for valves which, owing to the very nature of the fluid conveyed, require a metal-metal sealing contact at the level of the turn 4. In such a case, the packing is made up of two parts, namely a cylindrical element 17 of metal interposed between the rings 8 and 9, and an outer ring 17a, for example of square section, made of a plastomer and engaged on said ring to be pinched between the end face of the ring 8 and the face opposite of pusher 10.

Dans la forme de réalisation suivant figure 3, l'agencement général est identique à celui suivant figure 1, mais le bord terminal de la garniture en plastomère, ici référencée 27, est profilé pour définir le contour angulaire effilé montré en 27b qui, par sa déformabilité dirigée, diminue sensiblement le couple à exercer sur le tournant en vue de sa manoeuvre en rotation. In the embodiment according to FIG. 3, the general arrangement is identical to that according to FIG. 1, but the end edge of the plastomer lining, here referenced 27, is profiled to define the tapered angular contour shown in 27b which, by its directed deformability, significantly reduces the torque to be exerted on the turn in order to operate it in rotation.

Figures 2 et 3 font bien apparaître que la face terminale des bagues métalliques 8 et 9 est profilée pour que la lèvre d'étanchéité de la garniture en élastomère puisse s'appliquer contre la paroi du tournant 4. FIGS. 2 and 3 clearly show that the end face of the metal rings 8 and 9 is profiled so that the sealing lip of the elastomer packing can be applied against the wall of the turn 4.

Dans la variante de figure 4, le poussoir en élastomère ci-dessus décrit est remplacé par un ou plusieurs boudins toriques 40 réalisés en un élastomère et disposés autour d'un épaulement annulaire de la bague ou douille intérieure 39, laquelle est établie à un profil longitudinal en équerre. Dans cette forme de réalisation, la pression du fluide qui traverse la vanne est communiquée aux boudins 40 par des empreintes radiales 39a ménagées dans la face terminale de la bague 39 qui est tournée en direction de la bride 3. In the variant of FIG. 4, the elastomer pusher described above is replaced by one or more toric tubes 40 made of an elastomer and arranged around an annular shoulder of the ring or inner sleeve 39, which is established in a profile longitudinal square. In this embodiment, the pressure of the fluid passing through the valve is communicated to the tubes 40 by radial indentations 39a formed in the end face of the ring 39 which is turned in the direction of the flange 3.

Enfin, dans la variante illustrée en figure 5, le poussoir en élastomère, ici référencé 50, présente en section longitudinale une section rectangulaire ou carrée tandis que la bague intérieure 59 en métal présente un profil "en harpon" tourné vers la bride latérale 3. L'extrémité libre de cette bague 59 est distante de la bride 3 en permettant ainsi à la pression du fluide véhiculé de s'exercer sur le poussoir 50 déjà précomprimé dans la chambre annulaire ainsi créée entre ledit poussoir et la bague 59. En fait la pré-compression réalisée au montage déforme le poussoir 50 dans la chambre annulaire précitée suivant le tracé 50'
Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. Finally, in the variant illustrated in FIG. 5, the elastomer pusher, here referenced 50, has in longitudinal section a rectangular or square section while the inner ring 59 of metal has a "harpoon" profile facing the lateral flange 3. The free end of this ring 59 is distant from the flange 3, thus allowing the pressure of the transported fluid to be exerted on the pusher 50 already precompressed in the annular chamber thus created between said pusher and the ring 59. In fact the pre-compression carried out during assembly deforms the pusher 50 in the abovementioned annular chamber along the line 50 '
It should moreover be understood that the foregoing description has been given only by way of example and that it in no way limits the field of the invention from which one would not depart by replacing the execution details described by all other equivalents.

Claims

1. Sealing device for a ball valve, of the type comprising an annular seal which is mounted between two concentric rings and which receives, opposite a sealing lip applied against the wall of the turn, of an annular plunger subjected, through radial bores formed through the inner ring, to the pressure of the conveyed fluid, characterized in that the lining (7, 17-17a, 27) made of a plastomer, present in longitudinal section a square profile, while the outer metal ring (8) itself has the same longitudinal square profile, but inverted with respect to that of the lining, in order to form with the latter, together with the inner metal ring (9 , 39, 59), a kind of drawer pushed back towards the turning (4) by the pusher (10, 40, 50), made of an elastically or plastically deformable material.

2. Device according to claim 1, characterized in that the face of the lining (27) which is turned in the direction of the turn is profiled to define a tapered lip (27b).

3. Device according to claim 1, characterized in that the lining comprises a cylindrical element (17) of metal and an annular element (17a) which, made of a plastomer, surrounds the part of said cylindrical element which is turned opposite of the turn (4).

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pusher (10) has in longitudinal section a trapezoidal profile whose oblique wall is formed by the inner wall of its opening, in order to define with the ring metallic interior (9) an annular chamber subjected to the pressure of the conveyed fluid.

5. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pusher consists of at least one strand (40) of elastomer.

6. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pusher (50) has in longitudinal section a square or rectangular profile while the inner ring (59) has a rear shoulder in the form of a harpoon which allows to the pressure of the fluid to be exerted on said pusher (50) already pre-compressed during assembly.