WO2003025440A1 - Vanne papillon - Google Patents

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WO2003025440A1
WO2003025440A1 PCT/FR2002/003150 FR0203150W WO03025440A1 WO 2003025440 A1 WO2003025440 A1 WO 2003025440A1 FR 0203150 W FR0203150 W FR 0203150W WO 03025440 A1 WO03025440 A1 WO 03025440A1
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flap
axis
butterfly valve
projection
rotation
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Inventor
Bruno Maraud
Jean Bonnefous
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Defontaine
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/222—Shaping of the valve member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/54—Arrangements for modifying the way in which the rate of flow varies during the actuation of the valve

Definitions

  • the present invention relates to a butterfly valve.
  • the cleanliness of the pipes inside which food liquids (milk, creams, etc.) circulate is of great importance.
  • butterfly valves are valves of simple and inexpensive design. However, they have the disadvantage of being difficult to clean, especially at the junction of the flap to the valve body, near the axis of rotation.
  • the problem posed is to produce a device making it possible to increase the efficiency and the quality of the cleaning of the butterfly valves in place by circulation of fluid, in order, on the one hand, to comply with safety and hygiene standards, and, on the other hand, to decrease the time of these cleaning operations and therefore their cost.
  • the proposed solution is a butterfly valve comprising a flap mounted in rotation about an axis of rotation and comprising at least one protuberance located on at least one of its faces and downstream of the axis of rotation of the flap when the latter is in the open position.
  • a flap even in the open position, is an obstacle to the good flow of the fluid: it therefore creates near it vortices and cavitation phenomena, mainly at the junction of the flap to the body of the valve close to the axis of rotation.
  • the quality of cleaning depends on three main factors: a thermal factor, a chemical factor (chemical reaction of the components of the cleaning fluid with the areas to be cleaned) and a physical factor (friction of the cleaning fluid on the areas to be cleaned).
  • the physical action of the cleaning fluid is considerably reduced in these areas of depression.
  • the walls of the pipe located in these areas eventually become clogged, which promotes the formation of bacteria.
  • the proposed solution consists in incorporating in the shutter a protrusion which increases the pressure loss of the valve.
  • the flow and the trajectory of the fluid, as well as the vortices are modified downstream of the axis of rotation.
  • FIG. 1 is a perspective view of a butterfly valve
  • Figure 2 is a perspective view of a first embodiment of a butterfly valve flap according to the present invention
  • - Figure 3 is a perspective view of a second embodiment of a butterfly valve flap according to the present invention.
  • a butterfly valve 1 has a body 2 inside which a fluid circulates, a substantially flat flap 3, rotatable about an axis of rotation XX, and the rotation of which makes it possible to control the circulation of the fluid, a seal 4 capable of ensuring sealing on either side of the flap 3 when the latter is in the closed position, and an operating member 5 allowing the user to control the opening of the flap 3 in the body 2.
  • the shutter 3 is limited, on the one hand by its two faces ⁇ a, 6b, and, on the other hand, by its periphery 7 which corresponds substantially to the section for passage of the fluid in the body 2.
  • the intersection of the axis of rotation X-X of the shutter 3 with the periphery 7 of the shutter 3 defines two half-shafts 8 by which the shutter 3 is secured to the body 2 with the possibility of rotation.
  • the axis which is perpendicular to the axis of rotation X-X, located in the plane of the flap 3, and halfway between the two half-shafts 8 is hereinafter called the equatorial axis 9.
  • the shutter 3 comprises at least one protuberance 10 on at least one of the two faces 6a, 6b of the shutter 3: in the example illustrated in FIG. 2, the two faces 6a, 6b have a protrusion 10, whereas in that illustrated by FIG. 3, only one face has a protrusion 10.
  • the protrusions 10 are located near the periphery 7 of the flap 3. More specifically, in these examples , the protrusions 10 are located near the equatorial axis 9 and the periphery 7 of the flap 3. The presence of these protrusions 10 makes it possible to modify the rheology of the fluid, in particular near the two half-shafts 8.
  • the positioning of the protuberances 10 near the equatorial axis 9 makes it possible to divert the fluid towards the two half-shafts 8 in a particularly way effective by increasing the speed of circulation of the fluid in the areas of the walls located downstream of the half-shafts 8 and by moving the vortices away from the equatorial axis 9.
  • the quality of the cleaning is thus improved by better physical action of the fluid.
  • the projection 10 can be placed downstream of the axis of rotation X-X of the flap 3 when the latter is in the open position.
  • This embodiment is particularly interesting, especially when the protrusion 10 is located near the equatorial axis 9 and the periphery 7 of the flap 3 because the vortices caused by the flap 3 and the protrusion 10 are located downstream of the protrusion 10, and therefore downstream of any part of the flap 3 and of the valve 1, inside the pipe.
  • the protrusion 10 must have a minimum dimension in the normal direction DN on the faces 6a, 6b of the flap 3.
  • This dimension hereinafter referred to as height, must be sufficient to deflect the flow of the fluid towards the zones walls of the pipe located downstream of the two half-shafts 8. It can be easily determined by a person skilled in the art. For example, for water circulating at a flow rate of 50m 3 / h in a pipe with a diameter of 50mm, the height must be at least 18mm.
  • the protrusion 10 in the general form of a parallelepiped, the base of the protrusion 10 being rectangular in shape, while in that illustrated in FIG. 3, the protrusion 10 has the general shape of a truncated pyramid, the base of the protrusion 10 being of triangular shape whose an angle is oriented towards the center of shutter 3.
  • the lateral surface 11 of the projection 10 forms, with the face 6a, 6b of the flap 3 which supports it, an angle at least equal to 45 °. In this way, the break in slope between the protuberance and the face of the flap generates a significant vortex effect.
  • the lateral surface 11 of the protrusion 10 illustrated in FIG. 2 forms an angle substantially equal to 90 ° with the face 6a, 6b which supports it, and that of the protrusion 10 illustrated in FIG. 3 forms an angle substantially equal to 60 °.
  • the projection 10 is preferably located in an equatorial strip 19 parallel to the equatorial axis 9 centered with respect to this equatorial axis 9 and whose width is substantially equal to one third of the diameter of the flap 3.
  • the protuberance 10 is preferably located in the peripheral zone 17 which corresponds to the zone limited, on the one hand, by the normal 21 to the equatorial axis 9 which is tangent to the periphery 7 of the flap 3 and on the other hand , by the median 20 located between the normal 21 and the axis of rotation XX.
  • the height of the protrusion 10 should preferably be at less equal to a quarter, or even a third, of the diameter of the flap 3 (which corresponds to the diameter of the pipe).
  • Such a shutter is thus particularly well suited to create a large vortex flow downstream of the axis of rotation XX and therefore to clean the pipe, even in alignment with the half-shafts 8 of the shutter 3, downstream of these.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lift Valve (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Check Valves (AREA)

Abstract

La vanne papillon comporte un volet (3) qui comprend au moins une excroissance (10) sur au moins une partie d'au moins une de ses faces (6a, 6b). De façon tout à fait inattendue, l'utilisation d'un tel volet (3) permet d'améliorer considérablement la qualité du nettoyage de la vanne et de réduire le temps des opérations de nettoyage.

Description

VANNE PAPILLON
La présente invention concerne une vanne papillon. Dans l'industrie agro-alimentaire, la propreté des canalisations à l'intérieur desquelles circulent les liquides alimentaires (lait, crèmes...) est d'une grande importance.
Or, petit à petit, des impuretés se déposent le long des canalisations, notamment au niveau des vannes. II est donc nécessaire de nettoyer correctement ces canalisations afin d'empêcher l'apparition de bactéries, ce nettoyage se faisant sans démontage de la canalisation, par la mise en circulation d'un liquide nettoyant qui ne doit pas être trop agressif, comme l'eau de javel, pour ne pas détériorer les joints et les parois en acier inoxydable.
Il est connu que les vannes papillons sont des vannes de conception simple et peu onéreuse. Cependant, elles ont l'inconvénient d'être difficilement nettoyables, surtout au niveau de la jonction du volet au corps de la vanne, à proximité de l'axe de rotation.
A cause de cet inconvénient, afin d'être sûr de l'efficacité des opérations de nettoyage des vannes papillon en place, la durée de circulation du fluide de nettoyage doit être considérablement augmentée, et certains utilisateurs préfèrent même ne pas utiliser de telles vannes et les remplacer par des vannes à clapet.
Le problème posé est de réaliser un dispositif permettant d'augmenter l'efficacité et la qualité du nettoyage des vannes papillons en place par circulation de fluide, afin, d'une part, de respecter les normes de sécurité et d'hygiène, et, d'autre part, de diminuer le temps de ces opérations de nettoyages et donc leur coût . La solution proposée est une vanne papillon comportant un volet monté en rotation autour d'un axe de rotation et comprenant au moins une excroissance située sur au moins une de ses faces et en aval de l'axe de rotation du volet quand celui-ci est en position ouverte.
De façon tout à fait inattendue et surprenante, l'utilisation d'un tel volet permet en effet d'améliorer considérablement la qualité du nettoyage de la vanne et de réduire le temps des opérations de nettoyage, alors que l'homme du métier était détourné d'une telle solution qui augmente la perte de charge du circuit et qui va à l' encontre de ce que recherche toujours un hydraulicien dont l'objectif est de rechercher un circuit avec le moins de perte de charge possible .
En effet, un volet, même en position ouvert, est un obstacle au bon écoulement du fluide : il se créé par conséquent à proximité de celui-ci des tourbillons et des phénomènes de cavitation, principalement au niveau de la jonction du volet au corps de la vanne proche de l'axe de rotation.
La qualité du nettoyage dépend de trois facteurs principaux : un facteur thermique, un facteur chimique (réaction chimique des composants du fluide de nettoyage avec les zones à nettoyer) et un facteur physique (frottement du fluide de nettoyage sur les zones à nettoyer) .
La présence des tourbillons et des phénomènes de cavitation créent des zones locales de dépression, principalement en aval de l'axe de rotation à la jonction du corps et du volet, ce qui ralentit l'écoulement du fluide dans ces zones.
Ainsi, l'action physique du fluide de nettoyage se trouve considérablement réduite dans ces zones de dépression. Il en résulte qu'au fur et à mesure des phases de production et de nettoyage, les parois de la conduite située dans ces zones finissent par s'encrasser, ce qui favorise la formation de bactéries. Contrairement aux principes de rhéologie selon lesquels il est primordial de minimiser les pertes de charge dans une conduite, la solution proposée consiste à incorporer au volet une excroissance ce qui augmente la perte de charge de la vanne . Cependant, du fait de cette excroissance et des modes préférentiels de réalisation de sa position et de sa forme, l'écoulement et la trajectoire du fluide, ainsi que les tourbillons, se trouvent modifiés en aval de l'axe de rotation. Ainsi les zones à la jonction du volet et du corps, qui sont propices à l' encrassage, ne sont plus soumises à des courants trop faibles, mais à des courants plus forts et réguliers grâce auxquels ces zones sont beaucoup plus facilement nettoyées. Il est donc possible de réduire le temps des opérations de nettoyage des vannes .
D'autres particularités de l'invention résulteront de la description qui va suivre.
Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, - la figure 1 est une vue en perspective d'une vanne papillon ; la figure 2 est une vue en perspective d' un premier mode de réalisation d'un volet de vanne papillon selon la présente invention ; et - la figure 3 est une vue en perspective d' un second mode de réalisation d'un volet de vanne papillon selon la présente invention.
Comme on peut le voir à la figure 1, une vanne papillon 1 possède un corps 2 à l'intérieur duquel circule un fluide, un volet 3 sensiblement plat, rotatif autour d'un axe de rotation X-X, et dont la rotation permet de contrôler la circulation du fluide, un joint 4 apte à assurer l'étanchéité de part et d'autre du volet 3 quand celui-ci est en position fermé, et un organe de manoeuvre 5 permettant à l'utilisateur de commander l'ouverture du volet 3 dans le corps 2.
Le volet 3 est limité, d'une part par ses deux faces βa, 6b, et, d'autre part, par sa périphérie 7 qui correspond sensiblement à la section de passage du fluide dans le corps 2.
L'intersection de l'axe de rotation X-X du volet 3 avec la périphérie 7 du volet 3 définit deux demi- arbres 8 par lesquels le volet 3 est solidarisé au corps 2 avec possibilité de rotation. L'axe qui est perpendiculaire à l'axe de rotation X-X, situé dans le plan du volet 3, et à mi-chemin des deux demi-arbres 8 est ci-après dénommé axe équatorial 9.
Selon l'invention, le volet 3, comprend au moins une excroissance 10 sur au moins une des deux faces 6a, 6b du volet 3 : dans l'exemple illustré à la figure 2, les deux faces 6a, 6b comportent une excroissance 10, alors que dans celui illustré par la figure 3, une face seulement comporte une excroissance 10. Dans les exemples illustrés par les figures 2 et 3 , les excroissances 10 sont situées à proximité de la périphérie 7 du volet 3. Plus précisément, dans ces exemples, les excroissances 10 sont situées à proximité de l'axe équatorial 9 et de la périphérie 7 du volet 3. La présence de ces excroissances 10 permet de modifier la rhéologie du fluide, notamment à proximité des deux demi-arbres 8.
Le positionnement des excroissances 10 à proximité de l'axe équatorial 9 permet de dévier le fluide vers les deux demi-arbres 8 d'une façon particulièrement efficace en augmentant la vitesse de circulation du fluide dans les zones des parois situées en aval des demi-arbres 8 et en éloignant les tourbillons l'axe équatorial 9. On améliore ainsi la qualité du nettoyage par une meilleure action physique du fluide.
Selon un mode particulier, on peut placer l'excroissance 10 en aval de l'axe de rotation X-X du volet 3 quand celui-ci est en position ouvert.
Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant, surtout quand l'excroissance 10 est située à proximité de l'axe équatorial 9 et de la périphérie 7 du volet 3 car les tourbillons causés par le volet 3 et l'excroissance 10 se trouvent en aval de l'excroissance 10, et donc en aval de toute partie du volet 3 et de la vanne 1, à l'intérieur de la conduite.
Ainsi, non seulement la zone à proximité des deux demi-arbres 8 mais aussi l'ensemble du volet 3, n'est plus baignée par des tourbillons à faible vitesse d'écoulement, ce qui facilite le nettoyage. Les tourbillons générés par l'excroissance 10 sont situés bien en aval de la vanne 1 où se trouvent les dépôts à enlever.
Pour être particulièrement efficace, l'excroissance 10 doit avoir une dimension minimale dans la direction normale DN aux faces 6a, 6b du volet 3. Cette dimension, ci-après dénommée hauteur, doit être suffisante pour dévier l'écoulement du fluide vers les zones des parois de la conduite situées en aval des deux demi-arbres 8. Elle peut être facilement déterminée par l'homme du métier. Par exemple, pour de l'eau circulant à un débit de 50m3/h dans une conduite d'un diamètre de 50mm, la hauteur doit être de 18mm au moins .
Dans l'exemple illustré à la figure 2, l'excroissance 10 à la forme générale d'un parallélépipède, la base de l'excroissance 10 étant de forme rectangulaire, tandis que dans celui illustré par la figure 3, l'excroissance 10 à la forme générale d'une pyramide tronquée, la base de l'excroissance 10 étant de forme triangulaire dont un angle est orienté vers le centre du volet 3.
La surface latérale 11 de l'excroissance 10 forme, avec la face 6a, 6b du volet 3 qui la supporte, un angle au moins égal à 45°. De cette façon, la rupture de pente entre l'excroissance et la face du volet génère un effet tourbillonnaire important. La surface latérale 11 de l'excroissance 10 illustré à la figure 2 forme un angle sensiblement égal à 90° avec la face 6a, 6b qui la supporte, et celle de l'excroissance 10 illustré à la figure 3 forme un angle sensiblement égal à 60°.
De façon plus précise, l'excroissance 10 est de préférence située dans une bande équatoriale 19 parallèle à l'axe équatorial 9 centrée par rapport à cet axe équatorial 9 et dont la largeur est sensiblement égale au tiers du diamètre du volet 3.
L'excroissance 10 est de préférence située dans la zone périphérique 17 qui correspond à la zone limitée, d'une part, par la normale 21 à l'axe équatorial 9 qui est tangente à la périphérie 7 du volet 3 et d'autre part, par la médiane 20 située entre la normale 21 et l'axe de rotation X-X.
De même, afin d'avoir un bon effet tourbillonnaire en aval de l'axe de rotation X-X, sur les parois de la canalisation situées dans l'alignement des demi- arbres 8, la hauteur de l'excroissance 10 doit être de préférence au moins égale au quart, voire au tiers, du diamètre du volet 3 (qui correspond au diamètre de la canalisation) . Un tel volet est ainsi particulièrement bien adapté à créer un écoulement tourbillonnaire important en aval de l'axe de rotation X-X et donc à nettoyer la canalisation, même dans l'alignement des demi-arbres 8 du volet 3, en aval de ceux-ci
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits ci-dessus.
Il est possible d'utiliser un volet 3 dont la forme des excroissances 10 est différente de celles illustrées par les figures 2 et 3, ou un volet 3 ayant plusieurs excroissances 10 sur chaque face 6a, 6b.

Claims

REVENDICATIONS
1. Vanne papillon (1) comportant un volet (3) monté en rotation autour d'un axe de rotation (X-X) et comprenant au moins une excroissance (10) sur au moins une de ses faces (6a, 6b), caractérisée en ce que l'excroissance (10) est située en aval de l'axe de rotation (X-X) du volet (3) quand celui-ci est en position ouverte.
2. Vanne papillon (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'excroissance (10) est située à proximité de l'axe équatorial (9) du volet (3) qui est perpendiculaire à l'axe de rotation (X-X) et est à mi- chemin des deux demi-arbres (8) par lesquels le volet (3) est solidarisé au corps (2) de la vanne (1)
3. vanne papillon (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'excroissance (10) est située dans une bande équatoriale (19) qui est parallèle à l'axe équatorial (9), centrée par rapport à cet axe et dont la largeur est sensiblement égale au tiers du diamètre du volet (3) .
4. Vanne papillon (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'excroissance (10) est située à proximité de la périphérie (7) du volet (3) .
5. Vanne papillon (1) selon les revendication 2 et 4, caractérisée en ce que l'excroissance (10) est située dans la zone périphérique (17) délimitée, d'une part, par la normale (21) à l'axe équatorial (9) qui est tangente à la périphérie (7) du volet (3) et d'autre part, par la médiane (20) située entre la normale (21) et l'axe de rotation (X-X).
6. Vanne papillon (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la hauteur de l'excroissance (10) est au moins égale au quart du diamètre du volet (3)
7. Vanne papillon (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la base de l'excroissance (10) est de forme rectangulaire.
8. Vanne papillon (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la base de l'excroissance (10) est de forme triangulaire.
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