FR2770274A1 - Joint seal for butterfly valve - Google Patents

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Abstract

A rigid dynamic joint seal (16) for a butterfly valve has a laminar structure made up of adjacent strips of metal adhering one to the other having different physical properties so that the seal can withstand high temperatures and pressures. One acts as the core to withstand the high forces experienced when the valve inner blade (4) is closed and the other has low frictional properties. The materials forming the laminates have different thermal expansion properties, which is utilized to form chicanes on the sealing face to improve the sealing.

Description

JOINT LAMELLAIRE MULTIMETALLIQUE,
NOTAMMENT POUR VANNE PAPILLON
L'invention concerne un joint du type dit "joint métallique" utilisé dans les vannes, en particulier dans les vannes papillons.MULTIMETALLIC LAMELLAR JOINT,
ESPECIALLY FOR BUTTERFLY VALVE
The invention relates to a seal of the so-called "metallic seal" type used in valves, in particular in butterfly valves.

Les vannes de ce type, notamment lorsqu'elles doivent être utilisées dans des conditions sévères telles que températures extrêmes et/ou pressions élevées, doivent présenter à la fois une étanchéité statique sur le pourtour de leur corps et une étanchéité dynamique entre l'obturateur et une bague d'appui périphérique. Valves of this type, especially when they are to be used under severe conditions such as extreme temperatures and / or high pressures, must present both a static seal around the periphery of their body and a dynamic seal between the shutter and a peripheral support ring.

On connaît des moyens satisfaisants pour assurer l'étanchéité statique. En revanche, l'étanchéité dynamique, pour les hautes pressions, est souvent défaillante si l'on a recours à des moyens classiques. En effet, le joint torique dynamique, destiné à subir la pression de l'obturateur, a tendance à se déformer de façon trop importante pour assurer une bonne étanchéité en haute pression. Satisfactory means are known for ensuring static sealing. On the other hand, dynamic sealing, for high pressures, is often faulty if recourse is made to conventional means. Indeed, the dynamic O-ring, intended to undergo the pressure of the shutter, tends to deform too much to ensure a good seal at high pressure.

Ainsi, le brevet FR 2 686 136 (92 00353) au nom de
ALSTHOM VELAN décrit une vanne papillon comprenant un joint torique d'étanchéité dynamique représenté notamment à la figure 2 de ce brevet (figure 1 des dessins présentement annexés).Thus, patent FR 2 686 136 (92 00 353) in the name of
ALSTHOM VELAN describes a butterfly valve comprising a dynamic O-ring seal shown in particular in Figure 2 of this patent (Figure 1 of the drawings presently attached).

Ce joint torique d'étanchéité dynamique 16 fait partie d'une lame métallique 17 dont l'autre extrémité forme le joint torique d'étanchéité statique 7. Le joint dynamique 16 est serré par le bord de l'opercule 9 sur une zone de contact variable en fonction du degré de fermeture de la vanne et vient en appui du côté opposé à cette zone de contact sur une coupelle formant sommier 18, de convexité tournée vers ce joint et dont les bords 19 et 20 sont en appui sur la bague d'appui 6. Dans l'exemple représenté, le joint d'étanchéité dynamique 16 comporte un élément torique de soutien interne 16A, élastiquement déformable. Dans la position de fermeture, le joint dynamique 16 est en contact avec la partie oblique de la bague d'appui 6. L'effort de serrage du joint dynamique 16 est obtenu par sa déformation lors de sa mise en contact avec l'obturateur en position de fermeture. This dynamic O-ring 16 is part of a metal blade 17, the other end of which forms the static O-ring 7. The dynamic seal 16 is tightened by the edge of the cover 9 on a contact area variable as a function of the degree of closure of the valve and comes to bear on the side opposite this contact zone on a cup forming a bed base 18, of convexity turned towards this seal and whose edges 19 and 20 are supported on the ring support 6. In the example shown, the dynamic seal 16 comprises an internal support O-ring element 16A, which is elastically deformable. In the closed position, the dynamic seal 16 is in contact with the oblique part of the support ring 6. The clamping force of the dynamic seal 16 is obtained by its deformation when it comes into contact with the shutter in closed position.

Pour les valeurs usuelles de la pression appliquée par les fluides, un tel système fonctionne bien. En revanche, lorsque cette pression augmente fortement, le joint subit une déformation trop importante pour qu'il puisse jouer pleinement son rôle. For the usual values of the pressure applied by the fluids, such a system works well. On the other hand, when this pressure increases sharply, the seal undergoes too great a deformation for it to be able to fully play its role.

Pour remédier à cet inconvénient, on a eu l'idée de remplacer le joint d'étanchéité dynamique flexible du type décrit ci-dessus par un joint d'étanchéité dynamique rigide. To overcome this drawback, we had the idea of replacing the flexible dynamic seal of the type described above with a rigid dynamic seal.

Il est possible de réaliser un joint d'étanchéité dynamique rigide à partir d'un seul matériau métallique. It is possible to make a rigid dynamic seal from a single metallic material.

Toutefois, avec un tel joint, la pression spécifique de contact est souvent trop faible pour assurer une étanchéité satisfaisante. De plus, on est confronté à des problèmes de frottement entre le joint et l'opercule.However, with such a seal, the specific contact pressure is often too low to ensure satisfactory sealing. In addition, there are friction problems between the seal and the cover.

I1 existe actuellement des joints d'étanchéité dynamique rigides, lamellaires de type métallo-plastique qui ne présentent pas ces inconvénients et sont par ailleurs satisfaisants dans les conditions de température et de pression les plus couramment rencontrées. I1 currently exists rigid dynamic, lamellar seals of the metallo-plastic type which do not have these drawbacks and are moreover satisfactory under the most commonly encountered temperature and pressure conditions.

Un joint de ce type est constitué d'une alternance de lamelles métalliques et de lamelles d'un matériau plastique. A joint of this type consists of alternating metal strips and strips of plastic material.

Les lamelles adjacentes adhèrent l'une à l'autre.The adjacent lamellae adhere to each other.

A titre d'exemples d'un tel joint, on peut citer le joint lamellaire inox/graphite et le joint lamellaire inox/polytétrafluoroéthylène (PTFE) chargé avec du graphite ou du nickel, ou non chargé. L'inox peut être remplacé par un autre matériau métallique, tandis que le graphite et le PTFE peuvent être remplacés par un autre matériau présentant des propriétés plastiques. As examples of such a seal, mention may be made of the stainless steel / graphite lamellar seal and the stainless steel / polytetrafluoroethylene (PTFE) lamellar seal loaded with graphite or nickel, or not loaded. Stainless steel can be replaced by another metallic material, while graphite and PTFE can be replaced by another material with plastic properties.

Bien que leurs performances soient satisfaisantes dans de nombreuses utilisations, les joints lamellaires métalloplastiques présentent des inconvénients dus à leur constituant plastique.  Although their performance is satisfactory in many uses, the metalloplastic lamellar seals have drawbacks due to their plastic component.

En effet, le graphite a tendance à "se défaire" en libérant des particules qui souillent la vanne et les polymères tels que le PTFE ne résistent pas aux températures élevées, ce qui interdit l'utilisation de tels polymères dans des vannes fonctionnant à haute température. Indeed, graphite tends to "break down" by releasing particles which soil the valve and polymers such as PTFE do not resist high temperatures, which prohibits the use of such polymers in valves operating at high temperature. .

Le but de l'invention est donc de mettre au point un joint d'étanchéité dynamique rigide, lamellaire ne comprenant pas de matériau susceptible de libérer des particules indésirables en cours d'utilisation et présentant une bonne tenue au feu et aux conditions extrêmes de température et de pression. The object of the invention is therefore to develop a rigid dynamic, lamellar seal comprising no material capable of releasing unwanted particles during use and having good resistance to fire and to extreme temperature conditions. and pressure.

Ce but est atteint selon l'invention qui a pour objet un joint d'étanchéité dynamique rigide, notamment pour vanne papillon, ayant une structure lamellaire dans laquelle deux lamelles adjacentes adhèrent l'une à l'autre et sont constituées de matériaux ayant des propriétés physiques différentes, caractérisé en ce que toutes les lamelles le composant sont constituées d'un matériau métallique apte à tenir aux températures et pressions extrêmes. This object is achieved according to the invention which relates to a rigid dynamic seal, in particular for butterfly valve, having a lamellar structure in which two adjacent lamellae adhere to one another and are made of materials having properties different physical properties, characterized in that all of its component slats are made of a metallic material capable of withstanding extreme temperatures and pressures.

Le joint selon l'invention peut être constitué de lamelles fabriquées à partir de deux matériaux métalliques différents. Toutefois, il est également possible de faire alterner dans le joint des lamelles constituées de plus de deux types de matériaux métalliques différents. Par conséquent, dans le présent mémoire, l'expression "joint lamellaire multimétallique" vise aussi bien un joint essentiellement constitué de deux matériaux métalliques différents que de trois ou plus. The seal according to the invention can be made up of strips made from two different metallic materials. However, it is also possible to alternate lamellae made up of more than two different types of metallic material in the joint. Consequently, in the present specification, the expression "multimetallic lamellar joint" refers as well to a joint essentially made up of two different metallic materials as to three or more.

Selon un aspect tout particulièrement préféré de l'invention, la structure et la composition du joint sont telles qu'il se crée, au moment de la fermeture de la vanne dans laquelle il est utilisé, un phénomène de chicanes qui renforcent l'étanchéité. According to a very particularly preferred aspect of the invention, the structure and the composition of the seal are such that it is created, at the time of closing of the valve in which it is used, a phenomenon of baffles which reinforce the tightness.

En général, il suffit que le joint lamellaire multimétallique selon l'invention soit constitué de lamelles fabriquées à partir de deux matériaux métalliques différents.  In general, it suffices that the multi-metallic lamellar joint according to the invention consists of lamellae made from two different metallic materials.

L'un de ces matériaux, qui confère au joint sa résistance aux pressions extrêmes, constitue l'rame du joint. Il peut être par exemple, mais non limitativement, un acier inoxydable, le cuivre ou un alliage de cuivre. L'autre matériau peut être choisi parmi les matériaux métalliques ayant des propriétés physiques complémentaires de celles du premier, notamment un très bon coefficient de frottement et présentant un coefficient de dilatation différent. Cet autre matériau peut être par exemple, mais non limitativement, le cuivre, l'argent ou le nickel.One of these materials, which gives the joint its resistance to extreme pressures, constitutes the ream of the joint. It can be, for example, but not limited to, stainless steel, copper or a copper alloy. The other material can be chosen from metallic materials having physical properties complementary to those of the first, in particular a very good coefficient of friction and having a different coefficient of expansion. This other material can be, for example, but not limited to, copper, silver or nickel.

Selon un mode particulier de réalisation, le joint lamellaire d'étanchéité dynamique selon l'invention comprend donc des lamelles d'un premier matériau métallique constituant l'rame du joint et des lamelles d'au moins un autre matériau choisi parmi les matériaux métalliques ayant des propriétés physiques complémentaires de celles du premier, notamment un très bon coefficient de frottement et présentant un coefficient de dilatation différent. According to a particular embodiment, the dynamic lamellar seal according to the invention therefore comprises lamellae of a first metallic material constituting the ream of the joint and lamellae of at least one other material chosen from metallic materials having physical properties complementary to those of the first, in particular a very good coefficient of friction and having a different coefficient of expansion.

Le fait que les coefficients de dilatation des deux matériaux métalliques utilisés soient différents permet, notamment quand la température varie, d'avoir une pression spécifique différentielle sur l'opercule suivant les lamelles, créant ainsi un phénomène de chicanes qui renforcent l'étanchéité. The fact that the expansion coefficients of the two metallic materials used are different makes it possible, in particular when the temperature varies, to have a differential specific pressure on the cover according to the lamellae, thus creating a phenomenon of baffles which reinforce the seal.

Pour améliorer la formation de chicanes et/ou pour optimiser le contact joint/opercule, il est possible que certaines lamelles soient munies d'un dépôt, notamment électrolytique, du même matériau. To improve the formation of baffles and / or to optimize the seal / seal contact, it is possible that certain strips are provided with a deposit, in particular electrolytic, of the same material.

Quelle que soit sa composition particulière, le joint d'étanchéité dynamique rigide, lamellaire, multimétallique selon l'invention peut, par exemple, être constitué de 2 à 10 lamelles du matériau formant l'âme et de 1 à 9 lamelles de matériau métallique différent. Whatever its particular composition, the rigid, lamellar, multi-metallic dynamic seal according to the invention can, for example, consist of 2 to 10 lamellae of the material forming the core and from 1 to 9 lamellae of different metallic material .

Le joint d'étanchéité dynamique rigide selon l'invention peut être fabriqué selon tout procédé connu pour la fabrication de joints d'étanchéité lamellaires, avec assemblage des différentes lamelles métalliques par des techniques connues permettant d'effectuer entre les métaux utilisés une adhésion qui résiste aux températures et pressions extrêmes. Pour obtenir cette adhésion, on a avantageusement recours à une technique de diffusion, mais on peut aussi recourir à d'autres techniques de "collage' des matériaux métalliques entre eux. The rigid dynamic seal according to the invention can be manufactured according to any known process for the manufacture of lamellar seals, with assembly of the various metal lamellae by known techniques making it possible to carry out between the metals used an adhesion which resists at extreme temperatures and pressures. To obtain this adhesion, it is advantageous to use a diffusion technique, but it is also possible to use other techniques for "bonding" the metallic materials together.

Le dépôt électrolytique de matériau métallique sur certaines lamelles du joint selon l'invention se fait sur ce joint une fois assemblé. Comme 1' "accrochage" du matériau métallique n'a lieu, au cours de l'électrolyse, que sur le même matériau, la "surépaisseur" ne se forme que sur ce même matériau. En service, le phénomène de chicanes est ainsi accentué et le coefficient de frottement est amélioré. The electrolytic deposition of metallic material on certain lamellae of the seal according to the invention is done on this seal once assembled. As the "hooking" of the metallic material takes place, during the electrolysis, only on the same material, the "excess thickness" only forms on this same material. In service, the baffle phenomenon is thus accentuated and the coefficient of friction is improved.

La figure 1 des dessins annexés représente une vue en coupe d'un joint d'étanchéité dynamique, torique dans une vanne papillon. Les éléments principaux de cette figure sont décrits plus haut, en relation avec la description de l'art antérieur. Figure 1 of the accompanying drawings shows a sectional view of a dynamic seal, O-ring in a butterfly valve. The main elements of this figure are described above, in relation to the description of the prior art.

La figure 2 des dessins annexés représente une vue en coupe d'un joint d'étanchéité dynamique lamellaire, multimétallique selon la présente invention dans une vanne papillon. Figure 2 of the accompanying drawings shows a sectional view of a dynamic lamellar, multi-metallic seal according to the present invention in a butterfly valve.

Plus précisément, cette figure montre une vanne papillon en position fermée. Un joint lamellaire multimétallique 6 sur lequel est accolé un joint statique 7 est serré par une bride de serrage 10 dans un corps de vanne 1 dont l'axe est montré en 2. Dans cette position fermée, le joint lamellaire multimétallique 16 est en contact intime avec l'opercule ou papillon 4. More specifically, this figure shows a butterfly valve in the closed position. A multi-metallic laminar seal 6 on which a static seal 7 is attached is clamped by a clamping flange 10 in a valve body 1 whose axis is shown in 2. In this closed position, the multi-metallic laminar seal 16 is in intimate contact with the lid or butterfly 4.

La figure 3 des dessins annexés représente, dans un autre agencement, une vue en coupe d'un joint d'étanchéité dynamique lamellaire, multimétallique selon la présente invention dans une vanne papillon en position fermée. Sur cette figure, les nombres de référence désignent les mêmes pièces que sur la figure 2.  Figure 3 of the accompanying drawings shows, in another arrangement, a sectional view of a dynamic lamellar, multi-metallic seal according to the present invention in a butterfly valve in the closed position. In this figure, the reference numbers designate the same parts as in Figure 2.

Dans ce cas, le joint lamellaire multimétallique 6 est logé sur l'opercule ou papillon 4. In this case, the multi-metallic lamellar seal 6 is housed on the cover or butterfly 4.

Un joint d'étanchéité statique, par exemple de structure classique, peut avantageusement être intégré à la surface du joint dynamique selon l'invention, par exemple comme montré sur les figures 2 et 3, ou encore être intégré au corps de celui-ci.  A static seal, for example of conventional structure, can advantageously be integrated into the surface of the dynamic seal according to the invention, for example as shown in FIGS. 2 and 3, or even be integrated into the body of the latter.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1 Joint d'étanchéité dynamique rigide (6), notamment pour vanne papillon, ayant une structure lamellaire dans laquelle deux lamelles adjacentes adhèrent l'une à l'autre et sont constituées de matériaux ayant des propriétés physiques différentes, caractérisé en ce que toutes les lamelles le composant sont constituées d'un matériau métallique apte à tenir aux températures et pressions extrêmes. 1 rigid dynamic seal (6), in particular for butterfly valve, having a lamellar structure in which two adjacent lamellae adhere to one another and are made of materials having different physical properties, characterized in that all of the the component slats are made of a metallic material capable of withstanding extreme temperatures and pressures. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa structure et sa composition sont telles qu'il se crée, au moment de la fermeture de la vanne dans laquelle il est utilisé, un phénomène de chicanes qui renforcent l'étanchéité. 2. Joint according to claim 1, characterized in that its structure and composition are such that it is created, at the time of closure of the valve in which it is used, a phenomenon of baffles which strengthen the seal. 3. Joint selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des lamelles d'un premier matériau métallique constituant l'rame du joint et des lamelles d'au moins un autre matériau choisi parmi les matériaux métalliques ayant des propriétés physiques complémentaires de celles du premier, notamment un très bon coefficient de frottement, et présentant un coefficient de dilatation différent. 3. Joint according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises lamellae of a first metallic material constituting the oar of the joint and lamellae of at least one other material chosen from metallic materials having physical properties complementary to those of the first, in particular a very good coefficient of friction, and having a different coefficient of expansion. 4. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que certaines lamelles sont munies d'un dépôt, notamment électrolytique, du même matériau. 4. Joint according to any one of claims 1 to 3, characterized in that certain lamellae are provided with a deposit, in particular electrolytic, of the same material. 5. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est constitué de 2 à 10 lamelles du matériau formant lâme et de 1 à 9 lamelles de matériau métallique différent. 5. Joint according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it consists of 2 to 10 strips of the material forming the core and from 1 to 9 strips of different metallic material. 6. Procédé pour la fabrication du joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs étapes de diffusion pour faire adhérer les lamelles l'une à l'autre. 6. A method for manufacturing the seal according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises one or more diffusion steps for adhering the lamellae to one another. 7. Vanne, notamment vanne papillon, caractérisée en ce qu'elle comprend un joint d'étanchéité dynamique rigide (6) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.  7. A valve, in particular a butterfly valve, characterized in that it comprises a rigid dynamic seal (6) according to any one of claims 1 to 5. 8. Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un joint d'étanchéité statique (7) est intégré à la surface du joint d'étanchéité dynamique rigide (6) ou au corps de celui-ci. 8. Valve according to claim 7, characterized in that a static seal (7) is integrated into the surface of the rigid dynamic seal (6) or into the body thereof. 9. Vanne selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité dynamique rigide (6) est logé dans le corps de la vanne (1). 9. Valve according to claim 7 or 8, characterized in that the rigid dynamic seal (6) is housed in the valve body (1). 10. Vanne selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité dynamique rigide (6) est logé à la surface de l'opercule ou papillon (4). 10. Valve according to claim 7 or 8, characterized in that the rigid dynamic seal (6) is housed on the surface of the cover or butterfly (4). 11. Utilisation du joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour obtenir une étanchéité dynamique.  11. Use of the seal according to any one of claims 1 to 5 to obtain a dynamic seal.
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