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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Vanne d'arrêt.
Les vannes d'arrêt connues, qui comportent un corps obturateur se mouvant par exemple en ligne droite et amené par une vis d'entraînement à proximité de la position d'étanchéité, ont l'inconvénient qu'un grand nombre de tours de la vis est nécessaire pour assurer la fermeture. Il n'est par conséquent presque jamais possible de fermer la conduite rapidement. Ceci est un défaut importante notamment pour l'utilisation de ces vannes dans des conduites de vapeur à haute pression.
On a déjà cherché à construire des vannes d'arrêt basées sur un autre principe, mais sans succès, parce que l'étanchéité assurée par le corps obturateur devient presque
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toujours défectueuse après quelque temps. Il faut ajouter les difficultés considérables que l'on rencontre dans la construction de la botte correspondante, en particulier lorsque cette botte est faite en plusieurs pièces.
L'invention a pour objet une vanne d'arrêt permettant une fermeture extrêmement rapide de la conduite, sans avoir les inconvénients mentionnés.
La vanne d'arrêt conforme à l'invention comporte un secteur oscillant dans le bâti et actionné de l'extérieur d'une façon quelconque. Sur ce secteur sont montés deux plateaux obturateurs. A coté se trouve une perforation de passage.
Les plateaux obturateurs et la perforation de passage peuvent être amenés alternativement, par l'oscillation du secteur, à proximité de la position d'étanchéité, c'est-à-dire entre les deux conduites débouchant dans le bâti.
Pour éviter la division du bâti, ce qui entraîne toujours des fuites, parce que les différentes parties se déplacent les unes par rapport aux autres sous l'action des hautes pressions et des hautes températures, l'invention comporte l'utilisation d'un bâti d'une seule pièce en forme de pot presque complètement fermé. L'ouverture qui est nécessaire pour le montage du secteur et des pièces qu'il porte se trouve avantageusement à un endroit le plus éloigné possible du point d'étanchéité.
Conformément à l'invention on donne au bâti en particulier la forme de base d'une lentille, c'est-à-dire à peu près celle d'un ellipsoïde, mais il n'est évidemment pas nécessaire d'assurer une précision mathématique. Sur les deux grandes surfaces de la lentille se trouvent les tubulures de raccord. Contrairement à toute attente on a constaté que les déformations, qui sont toujours dangereuses, ne se produisent
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pas lorsqu'on utilise cette forme de base.
Pour que le bâti se rapproche le plus possible de la forme idéale, qui est entièrement fermée, l'invention vise en outre un renforcement des parois du bâti sur l'ouverture ménagée pour le couvercle, de sorte qu'aucune déformation permanente ne peut se produire à cet endroit non plus. On dispose par exemple le pivot d'oscillation du secteur de façon qu'il soit à peu près transversal à l'ouverture du couvercle, et on lui donne la forme d'un boulon de serrage.
D'autres détails de l'invention résultent des exemples de réalisation qui vont être décrits.
Le dessin représente deux exemples de réalisation de l'invention.
Fig. 1 est une coupe longitudinale d'une vanne d'arrêt fermée,
Fig. 2 est une coupe de cette vanne ouverte,
Fig. 3 en est une coupe transversale,
Fig. 4 est une coupe par la ligne A-B,
Fig. 5 est une coupe par la ligne C-D, et
Fig. 6 est une coupe transversale d'une variante.
Dans un bâti 1 (Figs. 1 à 5) comportant les deux tubulures 2 et 3 pour le branchement de la tuyauterie sont fixés deux anneaux d'étanchéité 4 et 5 en matière relativement dure. Deux plateaux obturateurs 6 et 7 sont maintenus centrés l'un par rapport à l'autre par deux cylindres de guidage 8 et 9 sur leurs faces qui se regardent, et un ressort 10 les presse contre les anneaux d'étanchéité 4 et 5 dans le bâti 1. Le bâti 1, qui est d'une seule pièce et de forme entièrement symétrique, est fermé en: haut par un couvercle 11. Un arbre 12 parallèle à l'axe du tuyau est monté dans les moyeux 13 et 14 du bâti ,entre le couvercle et l'axe du tuyau.
Autour de l'arbre 12
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oscille un secteur 15, qui porte un moyeu 16 et un cylindre 17 (fig. 3) dont les axes longitudinaux se trouvent à la plus grande distance possible l'un de l'autre, sont parallèles à l'axe du tuyau et à la même distance de l'arbre 12. En faisant tourner le secteur 15 autour de l'arbre 12 on peut amener alternativement dans l'axe du tuyau les grands axes du moyeu 16 et du cylindre 17. Pour des raisons de clarté, les plateaux 6, 7 sont supprimés en Fig. 3, et l'arbre 12 en Fig. 5.
Le moyeu 16 entoure le cylindre de guidage 9 du plateau obturateur 7 avec un faible jeu, de sorte que ce plateau et le deuxième plateau 6, qui est guidé et centré dans le premier, participent au mouvement du secteur 15 qui oscille autour de l'arbre 12. Le diamètre intérieur du cylindre 17 du secteur 15 correspond au diamètre intérieur des anneaux d'étanchéité 4, 5 et sa longueur correspond à la distance entre les anneaux d'étanchéité. Lorsque la vanne est ouverte, comme en fig. 2, le cylindre 17 forme un pont entre les anneaux d'étanchéité 4 et 5 et avec les tubulures 2 et 3 il forme un passage lisse et ininterrompu pour le fluide en circulation.
L'effort nécessaire pour fermer la vanne d'arrêt dépend du diamètre du plateau obturateur, de la pression sous laquelle se trouve le fluide en circulation, et du coefficient de frottement entre les surfaces d'étanchéité en matière dure.
En raison du diamètre des plateaux obturateurs 6 et 7 et lorsque la pression est relativement haute, le fluide sortant librement, l'effort nécessaire pour la fermeture peut devenir tellement grand que les résistances rencontrées ne puissent pas être vaincues directement par la force musculaire de l'homme. Conformément à l'invention l'effort de manoeuvre est réduit par une réduction du diamètre d'étanchéité et, .somme l'indiquent figs. 1 et 2, par l'étranglement du passage
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intérieur au point d'étanchéité. Des deux c8tés du joint étanche les tubulures de branchement 2 et 3 s'élargissent en forme de cône élancé jusqu'au diamètre intérieur du tuyau.
Ceci ne donne naissance à aucune résistance appréciable à l'écoulement, ni à aucune perte de pression appréciable, car lorsque la vanne est ouverte le cylindre 17 forme un pont entre les anneaux d'étanchéité, de sorte que les parois lisses du tuyau ne sont pas interrompues.
Il y a naturellement une limite à la réduction du diamètre des plateaux, C'est pourquoi la vanne comporte un dispositif de manoeuvre indiqué en Figs. 1 et 3 et servant à ouvrir et à fermer la vanne par des efforts moindres, le tra- jet étant proportionnellement plus long.
Le secteur 15 porte, sur la face opposée aux pla- teaux 16 et 17, un secteur denté 18 avec lequel engrène un pignon denté 19 fixé sur un arbre 20. L'arbre 20 est monté dans deux moyeux 21 et 22 d'un chapeau 23 que comporte le couver- cle 11 et il passe à l'extérieur en traversant un presse-étou- pe 24. A son extrémité extérieure 25 il porte un levier, un volant de manoeuvre ou tout autre dispositif de manoeuvre non représenté. En faisant tourner l'arbre 20 et le pignon 19, on fait tourner le secteur 15 autour de son arbre 12 et l'on ouvre ou ferme la vanne d'arrêt, selon le sens de la rotation.
La denture 18 peut aussi se trouver sur le pourtour extérieur du secteur 15, comme l'indique fig. 6. L'arbre 20 qui porte le pignon 19 se prolonge alors jusqu'à l'extérieur en traversant le bâti 1 de la même façon en fig. 1.
La forme particulière du bâti, dont le dessin est un exemple, est essentielle, entre autres, pour l'invention.
Comme l'indique fig. 4, le bâti 1 est construit de façon à /,former de chaque côté des tubulures 2 et 3, c'est-à-dire à
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droite et à gauche de l'axe du tuyau, une poche 26, 27, l'une (27) de ces poches servant de logement au cylindre 17 lorsque la vanne est fermée (fig. 3), tandis que l'autre (26) sert de logement au ressort lorsque la vanne est ouverte.
La forme de base du bâti 1 forme, en élévation (fig. 1) aussi bien qu'en plan (fig. 4) et en profil (fig. 3) une ellipse dans chacun des cas. La forme de l'ellipse est partout telle qu'on obtienne le maximum de solidité et d'é- lasticité. C'est ainsi par exemple que dans la section trans- versale en élévation (fig. 1) le rapport entre les axes de l'ellipse est a :b 1 : 2, et celui de la projection horizontale (fig. 4) est a : = 1 : 2,5. De l'élévation (fig. 1) à la projection horizontale (fig. 4) le rapport entre les axes de l'ellipse suivant la section C-D (fig. 5) varie con- tinuellement et passe de la valeur 1 : 2 à la valeur 1 : 2,5, ce qui produit une transition tout à fait graduelle des for- mes de la section transversale.
Dans la vue de profil fig. 3 la forme de l'ellipse est déterminée par la distance entre les deux cylindres 16 et 17, c'est-à-dire par l'écartement entre les cylindres 16 ou 17 et l'axe du tuyau. Comme l'indi- que fig. 2, l'axe de symétrie de l'ellipse se trouve à une distance "e" au-dessus de l'axe du tuyau.
L'ellipse de l'élévation (fig. 1) et du profil (fig. 3) est fermée en bas et elle n'est interrompue en haut que par l'ouverture du couvercle. L'ouverture du couvercle elle-même est aussi étroite que possible et elle a tout juste la grandeur qui est nécessaire pour faire passer le secteur 15 avec les deux plateaux obturateurs 6 et 7, afin de réduire entre autres la surface d'étanchéité nécessaire et la charge du couvercle. Cependant une partie du bâti, celle qui est di- rigée vers le couvercle, forme un endroit exposé, parce que @
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la section de l'ellipse est interrompue à cet endroit.
On peut démontrer, par des essais effectués sous pression, qu'il se produit, à l'intérieur du bâti, des déformations élastiques de même sens que les déformations permanentes, et, du coté du couvercle, des allongements plus grands que vers le bas, c'est-à-dire du coté fermé de l'ellipse. Une forme idéale ne serait possible pour le bâti que si l'on pouvait donner aux sections elliptiques fermées la forme indiquée en traits interrompus en figs. 3 et 5. Pour supprimer cette dissymétrie dangereuse des déformations, l'arbre 12 comporte, aux deux extrémités, des pas de vis 28 et 29 sur chacun desquels se visse un chapeau taraudé 30, 31, ces chapeaux s'appuyant par leur face inférieure sur les moyeux du bâti et supportant avec l'arbre les efforts qui se produisent à cet endroit.
Au lieu d'écrous on peut utiliser aussi des vis introduites dans des perforations taraudées de l'arbre 12 ; ou bien les deux parois peuvent aussi être entretoisées par d'autres moyens.
La désignation "ellipse" ne doit pas être prise ici au sens rigoureusement mathématique. Il importe, non pas de s'en tenir à la courbe mathématique, mais de rendre la forme de base du bâti semblable à une ellipse.