Vanne pour Fécoulement de fluides La présente invention se rapporte à une vanne pour l'écoulement de fluides comprenant un corps présentant des passages alignés pour l'écoulement d'un fluide, et des surfaces travaillantes planes, parallèles opposées, entourant ces passages, un re gistre monté à l'intérieur de ce corps, ayant des surfaces latérales planes et pouvant se déplacer re lativement aux passages du fluide, entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture, et un joint d'étanchéité amont, entre un côté du registre et la surface travaillante du corps lui faisant face.
Selon l'invention, cette vanne est caractérisée en ce que le registre comporte une première rai nure annulaire, un anneau de support métallique disposé dans cette première rainure et présentant une seconde rainure annulaire faisant face à ladite surface travaillante, un premier joint d'étanchéité élastique annulaire étant disposé dans ladite secon de rainure pour assurer l'étanchéité entre l'anneau de support et la surface travaillante correspondante, un second joint d'étanchéité élastique annulaire étant disposé entre l'anneau de support et une sur face périphérique extérieure de la première rainure, le second joint étant de plus grand diamètre que le premier joint,
des organes de retenue traversant ledit anneau dans des régions situées à l'intérieur des deux joints d'étanchéité pour maintenir l'anneau dans ladite première rainure, des ressorts étant dis posés pour repousser l'anneau de support contre la surface travaillante correspondante, la différence de pression sur les surfaces derrière le premier et le second joint d'étanchéité faisant en sorte que l'anneau de support ferme de façon étanche le pas sage de fluide amont.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes de réalisation de la vanne selon l'invention. Dans le dessin La fig. 1 est une vue en coupe selon la ligne 1-1 de la fig. 2 et représentant une forme de réali sation.
La fig. 2 est une vue en coupe partielle selon la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de détail, en coupe, à plus grande échelle; montrant le joint de registre.
La fig. 4 est une vue analogue à la fig. 3, mais représentant une autre forme de réalisation.
La fig. 5 est une vue de détail, en coupe, à plus grande échelle, montrant une autre forme de réalisation.
La fig. 6 est une vue analogue à la fig. 5, mon trant une autre forme de réalisation.
La fig. 6A est une vue analogue à la fig. 5, montrant une autre forme de réalisation.
La fig. 7 est une vue analogue à la fig. 1, mais montrant une variante de réalisation dans laquelle le corps est muni d'un doublage.
La fig. 8 est une vue de détail, en coupe, à plus grande échelle, représentant les joints toroï- daux des parties du corps, ainsi que les éléments de retenue et de doublage.
La fig. 9 est une vue en élévation analogue à la fig. 2, d'une autre forme de réalisation.
La fig. 10 est une vue en coupe selon la ligne 10-10 de la fig. 9.
La fig. 11 est une vue de détail montrant une autre variante.
La fig. 12 est une vue latérale en élévation, montrant une autre forme de réalisation.
La fig. 13 est une vue de détail, en coupe, se lon la ligne 13-13 de la fig. 12.
Les fig. 14, 15 et 16 sont des vues similaires à la fig. 13, mais représentant d'autres formes de réa lisation des renforcements. La fig. 17 est une vue similaire à la fig. 2, mais représentant une forme de réalisation dans laquelle on a incorporé une garde spéciale dans la cavité du corps.
La fig. 18 est une vue similaire à la fig. 15, mais représentant une autre forme de réalisation. La fig. 19 est une vue de détail, en coupe, à plus grande échelle selon la ligne l9-19 de la fig. 17.
La fig. 20 est une vue de détail, en coupe, montrant une autre forme de réalisation.
La vanne représentée sur les fig. 1 et 2 est constituée par un corps muni de passages d'écou lement 11, assurant le raccordement à la tuyaute rie associée. Un registre 12 se présente sous la for me d'une plaque plane qui peut se déplacer rela tivement au passage 11, entre une position ouverte et une position fermée. Le corps est formé de trois pièces planes 13 et 14, les pièces 13 formant les parois latérales. Chacune de ces pièces peut être faite d'acier laminé ou d'une matière plane rigide analogue, qu'on peut découper selon la forme dé sirée, par exemple, au moyen d'un chalumeau acé tylénique de découpage.
Chaque pièce 13 du corps est découpée selon le contour 17 et on a égale ment découpé une ouverture pour former le pas sage 11. De même, la pièce 14 du corps peut être découpée dans une plaque de métal de plus grande dimension, selon son contour extérieur et selon son contour intérieur 18 (fig. 2) pour former la cavité intérieure 19 du corps.
Pour assurer l'étanchéité entre les pièces du corps, un fil de retenue 21, formé d'un métal re lativement dur et soudé bout à bout, est interposé entre chacune des faces latérales de la pièce inter médiaire du corps 14 et la face latérale adjacente d'une pièce 13. Un joint élastique toroïdal 22 est placé directement contre la périphérie intérieure du fil de retenue 21. Les différentes pièces du corps sont serrées l'une contre l'autre par des boulons 23 et des goujons 24. Grâce à cette disposition, les fils de retenue 21 sont serrés entre les trois pièces du corps en formant de cette façon un épaulement fixe capable de supporter la poussée du fluide agissant sur le joint annulaire 22.
Si l'on suppose que cha que fil de retenue 21 est fait en une matière légè rement plus dure que la matière dont sont faites les trois pièces du corps, l'application des forces de serrage peut avoir pour effet de provoquer dans une certaine mesure la pénétration du fil dans les surfaces adjacentes de ces pièces du corps, ce qui favorise son immobilisation contre tout déplace ment.
Comme on le voit sur la fig. 2, les fils de rete nue 21 sont dimensionnés de telle façon que, lors qu'on les applique au moment de l'assemblage, ils viennent en contact avec les côtés intérieurs des boulons 23 et des goujons 24. Cette disposition a pour but de faciliter l'assemblage en position nant les fils de retenue et en outre, elle peut four- nir un appui au fil de retenue pendant l'utilisation normale de la vanne.
Les faces extérieures des pièces du corps peuvent être usinées pour venir en contact avec des brides de tuyauterie qui y seront fixées par l'intermédiaire de goujons filetés 24 et 26.
Le joint représenté à la fig. 3 pour assurer l'étanchéité à la fois sur la face amont et sur la face aval est constitué par un joint élastique toroï- dal 29. Ces joints peuvent être réalisés en caout chouc synthétique, par exemple de la marque dépo sée Hycar ou Néoprène , ou en une matière élastique, par exemple en nylon ou de la marque déposée Teflon , Kel-F . Les organes de montage de chacun de ces joints toroïdaux 29, comprennent des anneaux plans superposés en mé tal 31 et 32.
Les anneaux 31 et 32 sont disposés avec jeu dans une rainure annulaire 33 creusée dans la face considérée du registre. Elles, sont con- figurées de façon à ménager une rainure 34 dimen- sionnée de façon à loger le joint 29.A cet effet, le bord périphérique extérieur de l'anneau 31 porte un rebord annulaire 36 qui a une surface périphé rique intérieure 37 définissant la périphérie exté rieure de la rainure 34. La surface périphérique extérieure 38 de l'anneau 32 définit la paroi inté rieure de la rainure 34. Par ailleurs, les deux an neaux présentent des lèvres annulaires 39 et 41 qui retiennent le joint 29 en place.
L'écartement radial entre les surfaces 37 et 38 est légèrement su périeur au diamètre normal du joint toroïdal 29.
Des ressorts en fil ondulé 43 et 44, logés dans une rainure annulaire 45 repoussent élastiquement chaque joint 29 et son dispositif de montage contre la surface travaillante 42 correspondante du corps et assurent ainsi l'étanchéité. Il existe un jeu faible entre chaque face du registre et la surface travail- lante adjacente de la vanne.
Si une pression de fluide est appliquée sur une face du registre, ce der nier se déplace et s'applique sous pression contre la surface travaillante 42 du côté aval, ce mouve ment étant absorbé par une compression plus forte des ressorts 43 et 44 du côté aval. L'anneau 31 du côté amont de la vanne se déplace vers l'exté rieur de sa gorge, d'une quantité correspondante, sous la pression exercée par les ressorts 43 et 44 qui lui sont associés en maintenant le joint 29 du côté amont appliqué sous pression en contact avec la face travaillante 42 correspondante, en assurant l'étanchéité.
Des vis de retenue 46 appliquent les anneaux <B>31.</B> et 32 contre le fond des rainures 33 de telle façon que les anneaux 31 et 32 peuvent se déplacer avec une amplitude suffisante pour s'adapter aux différentes conditions de fonctionnement.
Dans la position fermée représentée sur les fig. 1 et 2, les joints 29 sont en contact avec les surfaces travaillantes de la vanne 42 dans des zones annulaires qui entourent le passage percé dans le corps. Des joints d'étanchéité additionnels 48, du type toroïdal élastique, servent à assurer l'étanchéité entre chacun des anneaux 31 et la face périphérique extérieure 49 de la rainure correspon dante 33 creusée dans le registre. Le bord périphé rique extérieur de chaque anneau 31 est creusé d'un embrèvement, pour loger le joint 48.
Ce joint 48 assure l'étanchéité entre le dispositif de mon tage et le registre dans une région qui entoure une surface beaucoup plus grande que la surface en tourée par le joint 29. Il en résulte que la diffé rence entre ces surfaces constitue une surface de pression sur laquelle agit la pression régnant dans le passage correspondant de la vanne. Cette sur face de pression est sensiblement la couronne com prise entre la surface extérieure 49 de la rainure 33, et le diamètre efficace du joint 29. La commu nication de la pression avec le passage correspon dant de la vanne et qui assure la transmission de la pression du fluide à cette surface est assurée par le jeu entre les anneaux 31 et 32 et la rainure 33.
Le fonctionnement de la vanne décrite est le suivant : dans le cas où la pression est appliquée au passage 11 situé à gauche sur la fig. 1, le registre est repoussé vers la droite et s'applique en butée contre la surface travaillante 42 de la vanne située à l'aval. Sur la face amont les ressorts 43 et 44 ap pliquent le joint 29 en contact étanche avec la sur face travaillante 42 amont et, en même temps, la pression du fluide dans le passage amont agit sur l'anneau 31 en raison de la différence entre les: dia mètres du joint 29 et du joint 48, en appliquant de même le joint 29 et ses pièces de montage con tre la surface travaillante 42.
Sur la face aval, l'ap plication de la pression aval sur la surface de pres sion mentionnée n'a pas d'effet appréciable car la poussée de la pression contre le registre a une va leur suffisante pour maintenir ce dernier appliqué contre la surface travaillante aval. Si le passage 11 du côté droit devient le côté amont, le fonctionne ment est identique, excepté le fait que, dans ce cas, le joint d'étanchéité du côté droit réagit à la pres sion amont pour maintenir l'étanchéité entre le registre et le corps de la vanne. Le fluide retenu prisonnier dans le corps de la vanne agit par sa pression sur les pièces de montage du joint 29 pour repousser ce dernier contre le registre et l'écarter de la surface travaillante 42.
Ainsi, s'il existe une différence de pression suffisante en raison de la présence de fluide sous pression dans la cavité du corps, cette pression est automatiquement ramenée à une pression plus basse dans le passage amont.
Le joint d'étanchéité équipant le registre décrit plus haut présente de nombreux avantages parti culiers. Bien que le corps de la vanne puisse subir des flexions ou des torsions, l'étanchéité reste as surée à la fois sur les faces, amont et aval.
La construction décrite assure un passage de fluide contrôlé entre les coins intérieurs inférieurs des rainures 34 et les passages correspondants de la vanne. Comme on le voit sur la fig. 2, ceci est dû au jeu de chaque anneau 32 dans sa rainure 33 et à son contact non étanche avec la face adja cente de l'anneau 31 qui lui est associé. Cet équi librage des pressions des rainures qui logent le joint toroïdal aide à éviter l'expulsion de ce dernier.
Selon la fig. 4 les ressorts 43 et 44 en fil ondulé sont remplacés par plusieurs ressorts hélicoïdaux 53 logés dans des alvéoles 54 répartis sur une cir conférence. D'une façon générale, cette forme de réalisation fonctionne de la même manière que celle de la fig. 3.
Dans la réalisation représentée sur la fig. 5, on a obvié à la nécessité de prévoir des organes élas tiques indépendants en utilisant un anneau 31a for mé d'une matière élastique et auquel on a donné une forme conique analogue à celle d'une ron delle Belleville . Il est visible que la force élas tique assurée par ce ressort assure les mêmes fonc tions que les ressorts indépendants des fig. 3 et 4.
Dans la réalisation de la fig. 6, les anneaux 31 et 32 sont construits comme représenté sur les fig. 3 et 4, mais une rondelle Belleville séparée 56, est interposée entre le fond de chaque rainure et l'anneau 31 correspondant. Ces rondelles Belle ville repoussent les joints 29 et leurs pièces de montage respectives contre les surfaces travaillan- tes 42.
Les dispositifs, d'étanchéité particuliers décrits peuvent utiliser divers types de joints annulaires au tres que les joints toroïdaux. C'est ainsi que, com me représenté sur la fig. 6A, la pièce annulaire 58 peut être formée d'un métal élastique auquel on a donné une forme conique pour qu'il joue le rôle d'une rondelle Belleville.
Cette pièce est logée dans une gorge annulaire 59, creusée dans le registre 61, et elle est munie d'une garniture annulaire 62, for mée d'une matière élastique, propre à entrer en contact et à assurer l'étanchéité avec la surface tra- vaillante 42. La partie périphérique extérieure de la pièce annulaire 58 est rendue étanche par rap port au registre par un joint toroïdal 63 qui corres pond au joint toroïdal 48 de la fig. 3.
Selon la fig. 2, le registre a une forme circulaire et il est relié avec la tige de manoeuvre 67 par une goupille 66. Cette tige traverse le chapeau 68 qui porte des joints toroïdaux 65 et 69 pour assurer l'étanchéité entre le corps de la vanne et la tige de manoeuvre. L'extrémité extérieure de la tige est fixée à des organes de manoeuvre, par exemple à un volant à main ou à des dispositifs moteurs tels qu'un diaphragme ou un piston actionné par un fluide sous pression ou encore à un moteur élec trique.
Selon les figures 7 et 8 la vanne comprend des doublures 70 pour former les surfaces travaillantes de la vanne. Ces doublures peuvent être constituées par des tôles métalliques relativement nonces, par exemple des feuilles d'aciers inoxydables, ou bien d'alliage tel qu'un alliage nickel-cuivre, bronze ou équivalent. Ces feuilles ont des ouvertures corres- pondant au passage 11 et leurs bords extérieurs sont découpés selon une forme correspondant à la forme des pièces 13 du corps. Les bords de ces feuilles sont découpés pour laisser le passage des boulons de serrage 23 et des goujons 24.
Les bords intérieurs 71 qui entourent les passages 11 peuvent être étanchés et fixés sur les parties corres pondantes des pièces 13 du corps par soudage ou brasage. Les bords extérieurs de ces feuilles sont en contact avec les fils de retenue 21 et les joints toroïdaux élastiques 22, de la même façon qu'on l'a décrit en regard des fig. 1 et 2. Dans cette forme de construction, les surfaces travaillantes 42a de la vanne sont formées par les faces inté rieures des feuilles 70 et, si les feuilles de doublage sont faites d'une matière telle que l'un des aciers inoxydables, un alliage nickel-cuivre ou équivalent, les surfaces travaillantes de la vanne sont relati vement inattaquables par corrosion.
Selon la dimension de la vanne et les pressions de fonctionnement, les pièces latérales 13 du corps peuvent se bomber vers l'extérieur lorsqu'on appli que une pression à l'intérieur de la vanne. Les; fig. 9 et 10 représentent une forme d'exécution dans laquelle les faces extérieures des pièces 13a du corps, qui correspondent aux pièces 13 des fig. 1 et 2 sont munies de plaques 72, fixées sur les pièces 13a du corps, par des soudures 73 et 74. Les soudures 73 s'étendent autour du périmètre extérieur des plaques 72 et les soudures 74 s'éten dent autour de leur périphérie intérieure.
Les bords 76 des pièces 72 sont rectilignes et situés dans un plan formant des angles droits avec l'axe de la tige de manoeuvre 67, et placés en une position inter médiaire entre les passages 11 et la plaque 68 du chapeau. Des nervures 77 sont fixées sur les bords 76 par des soudures 78 transversalement aux pièces 13a du corps, en renforçant ainsi ces pièces à l'encontre d'une flexion vers l'extérieur. Comme représenté sur la fig. 11, des nervures supplémen taires 79 sont fixées sur les pièces latérales 13a du corps par des soudures 81, et elles sont réparties dans des zones qui ne sont pas directement ren forcées par les nervures 77.
Le dispositif d'étan chéité de registre représenté sur la fig. 10 est le même que celui représenté sur la fig. 5.
Selon les fig. 12 à 16 chaque pièce 13a du corps est munie de nervures de renforcement 81 parallèles. Comme représenté sur la fig. 13, chaque nervure comprend un appui intermédiaire 82 qui est fixé sur la partie intermédiaire adjacente de la pièce 13a correspondante du corps par une soudure 83. Les parties extrêmes 84 de chaque nervure sont en contact avec les bords correspondants. de la pièce 13a du corps. Des brides 86, montées sur les extré mités des nervures 81 coopèrent avec des boulons de serrage 87, qui traversent entièrement l'ensem ble.
Ainsi, ces boulons ne servent pas uniquement à maintenir les nervures sur le corps mais, en outre, ils font partie du dispositif servant à assembler les parties du corps par serrage. Sur la fig. 13, les extrémités des nervures 81 forment des épaulements 88 servant de face d'appui aux brides 86. Sur la fig. 14, les brides 86 sont directement appliquées sur les bords extérieurs des nervures. Les nervures 81a et les boulons 87a de cette figure correspon dent de façon générale aux nervures 81 et aux boulons 87 de la fig. 13.
Sur la fig. 15, au lieu d'utiliser une nervure for mée d'une barre simple, on utilise une nervure en forme de T ; cette nervure 91 est formée par deux barres 92 et 93, assemblées par une Soudure 94. Les appuis 82 et 84 sont identiques à ceux des fig. 13 et 14. Les boulons 96 serrent les parties extrê mes de ces nervures, sur le corps de la vanne et, en même temps, servent à maintenir les pièces du corps assemblées par serrage comme décrit plus haut.
Sur la fig. 16, la barre 97 a de même une sec tion en T et elle est réalisée en acier laminé.
Il est visible que les organes de renforcement décrits en regard des fig. 12 à 16 permettent d'uti liser la vanne pour les plus fortes pressions de fonctionnement et les plus grandes dimensions de tuyauterie. Pour une vanne de dimensions données, destinée à une gamme donnée de pressions de fonc tionnement, la force et le nombre de nervures de renforcement sont choisis pour maintenir la flexion sous pression dans des limites admissibles.
Avec les vannes décrites, la cavité du corps qui loge le registre est relativement petite. Il en résulte que la vanne peut accumuler des matières étran gères susceptibles de gêner les déplacements du registre entre ses positions limites. Dans la réali sation représentée sur les fig. 17 à 20, on prévoit une garde qui protège la partie inférieure de la cavité du corps et évite qu'il ne s'y dépose des matières étrangères lorsque le registre est en posi tion d'élévation extrême, ou en position d'ouverture totale. La garde est constituée par une bande 98 formant une boucle sans fin et ayant une largeur comparable à celle de la cavité du corps.
Cette bande est formée d'un métal élastique, tel que de l'acier inoxydable, un alliage nickel-cuivre, le bron ze ou l'équivalent. On l'insère dans la cavité du corps au montage de la vanne, de telle façon que pour la position ouverte du registre, elle occupe la position représentée sur la fig. 17. La forme que prend la boucle à l'état détendu peut être telle qu'on doive la déformer élastiquement en resser rant les parties latérales 98a l'une contre l'autre pour la placer dans la cavité du corps.
La partie 98b est alors formée pour la position ouverte du registre, et, lorsque la bande est montée dans la cavité, cette partie 98b prend la forme générale de la circonférence des passages 11, sur un arc légèrement supérieur à 1800. Entre les parties 98a et les parties 98b de cette bande se trouvent les parties courbes 98c.
La friction entre les parties 98a de cette bande et les surfaces qui définissent la cavité du corps est suffisante pour maintenir cette bande en position relevée mais, lorsque le registre est en sa position d'ouverture totale re présentée dans la fig. 17, il maintient de lui-même la bande relevée. Lorsque le registre se déplace pour prendre sa position de fermeture, la bande 98 reste stationnaire pendant la partie initiale de ce déplacement mais, lorsque le registre arrive en con tact avec les parties 98c, la bande se déplace en totalité vers le bas, en même temps que le registre, jusqu'au moment où elle arrive en contact avec l'extrémité inférieure de la cavité du corps.
En poursuivant son mouvement, pour parvenir à sa position de fermeture totale, le registre écarte élas- tiquement la partie 98b en lui faisant prendre un diamètre plus grand, qui correspond à celui du registre.
Dans la forme d'exécution représentée sur la fig. 17, on voit que la partie inférieure de la cavité du corps est protégée contre la pénétration de ma tières étrangères qui se sépareraient de la phase fluide, pendant que la vanne est en position d'ou verture totale, ou pendant les déplacements du re gistre entre ses positions d'ouverture totale et de fermeture.
Pour la position d'ouverture totale du registre, la garde forme une paroi qui s'étend entre les surfaces travaillantes 42 de la vanne et, de cette façon, non seulement, évite la pénétration des matières étrangèresi dans la partie inférieure du corps de la vanne, mais en outre, assure de meil leures caractéristiques d'écoulement en formant une paroi qui délimite la veine de fluide.
Comme représenté sur la fig. 19, une bande mé tallique 101 est munie de bords 102 rabattus vers l'extérieur, destinés à venir en contact avec les sur faces travaillantes adjacentes du corps. La garde représentée sur la fig. 20 est constituée par un élé ment plat 103, formé de caoutchouc synthétique ou d'un élastomère équivalent, renforcé par une bande métallique 104. Les bords de la bande de caout chouc peuvent s'appliquer avec pression contre les surfaces travaillantes 42 de la vanne et faire office de racleurs.
Dans la construction représentée sur la fig. 18, la bande de garde 106 ne comprend pas les parties 98b et 98c de la fig. 17, mais elle est constituée par une simple boucle sans fin. Pour la monter à l'in térieur de la vanne, on la déforme élastiquement pour l'adapter à la forme de la cavité et, dans la position d'ouverture totale du registre, elle prend la position représentée sur la fig. 18. Dans cette posi tion, la partie inférieure 106b de cette bande se trouve légèrement en dessous du bord inférieur des passages 11 de la vanne.
La bande de garde se place dans sa position de garde ou quitte cette position selon le déplacement du registre entre ses positions limites. Lorsqu'on déplace le registre en direction de sa position de fermeture, la première partie de ce déplacement n'entraîne pas de change ment de position de la garde. Au contraire, la partie suivante de ce déplacement de haut en bas met l'extrémité inférieure du registre en contact avec la partie 106b de la bande et la continuation de ce déplacement déplace la bande vers le bas, jus qu'à ce que la vanne soit entièrement fermée.