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BREVET D'INVENTION "CONSTRUCTION SOUDEE POUR LA FIXATION DE GARNITURES
D'ETANCHEITE DANS LES CORPS DE ROBINETTERIE"
Société dite: SULZER FRERES. SOCIETE ANONYME
EMI1.1
Oonv. Int. : rri ori té : Suisse - 5 mai 1944
La présente invention a trait à une construction soudée pour la fixation de garnitures d'étanchéité dans les corps de robinetterie, en particulier dans les vannes droites, lesclapets de retenue, et analogues, avec application d'un anneau de butée muni d'un anneau de siège soudé, ou d'une surface de siège fondue par soudure sur l'anneau de butée.
Elle consiste en ce que la longueur axiale moyennede la garniture d'étanchéité est plus grande que le tiers de-son ouverture et plus petite que son ouverture entière.
Etant donné que le soudage de la garniture dans l'alésage cylindrique provoque des tensions de retrait, qui peuvent provoquer lors du refroidissement un arrachement de la garniture ou de la soudure, il est indiqué de rendre flexible la garniture dans le sens radial afin d'absorber élastiquement ces tensions, ce que l'on peut réaliser en faisant l'épaisseur de paroi de l'anneau de butée plus petite que la largeur du siège d'étanchéité. Dans une autre forme de réalisation préférée de la garniture, l'anneau de siège est fait d'acier nitruré afin d'obtenir les propriétés nécessaires de résistance à la chaleur et au frottement, tandis que l'anneau de butée soudé dans le corps de robinetterie est fait d'un bon acier soudable, allié ou non, ayant une teneur en carbone inférieure à 0,12 %.
Etant donné que, comme on le sait, l'usi-
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nage d'alésages axiaux est plus simple que celui d'alésages obliques, il est rationnel, même pour les surfaces de sièges d'étanchéité disposées obliquement par rapport à l'axe de la tige, de monter la garniture dans un alésage disposé perpendi- 'culairement à l'axe de la tige.
Afin de pouvoir effectuer sans difficultés le monta- ge des garnitures d'étanchéité dans les corps dans le cas où les ouvertures de passage ont une petite section par rapport au diamètre du siège, la longueur axiale de la garniture d'é- tanchéité et la distance entre elles des deux plaques de vanne sont choisies de telle manière que ces garnitures peuvent être introduites dans l'alésage cylindrique par la bride de couver- cle et soudées sur la paroi interne du corps.
Dans une autre forme de réalisation, les garnitures pourraient être montées par les ouvertures de passage, à partir du côté bride, dans l'alésage cylindrique, et soudées sur la paroi interne du corpE
Dans le cas des sièges d'étanchéité montés de t'açon amovible dans les corps de robinetterie de vannes de vapeur, de clapets de retenue, de soupapes d'angle, etc.. ou montés à force ou mandrinés dans ces corps, à demeure, il existe un danger que l'étanchéité entre corps et siège disparaisse pro- gressivement, en particulier en cas de température de fonc- tionnement et de pressions élevées.
Ce phénomène est attribua- ble, dans la majorité des cas, à l'ébranlement des anneaux de sièges dans le corps, qui est provoqué par les changements de température brusques, inévitables en fonctionnement, et qui s'exercent irrégulièrement sur les pièces de la robinetterie.
On peut remédier à cet inconvénient par une liaison soudée entre le corps et l'anneau d'étanchéité. Toutefois, ces liai- sons provoquent, en particulier dans la petite robinetterie dans laquelle l'accès aux points à souder à l'intérieur des corps est malaisé, des difficultés d'atelier. En outre, il n'est pas possible de souder dans des corps de robinetterie, des anneaux d'étanchéité ayant les formes de construction connues jusqu'ici, sans procéder à un usinage après coup des surfaces d'étanchéité qui se gauchissent plus ou moins par suite de l'action du soudage.
Dans le cas des anneaux d'étan- chéité résistant à l'usure, en matière durcie superficielle- ment, tels que ceux qui sont avantageusement employés dans le cas de température de fonctionnement et de pressions élevées, et faits, par exemple, en acier nitruré, on ne peut absolument pas procéder à un travail après coup, car de ce fait la cou- che nitrurée mince et dure serait enlevée et la coucne non dur- cie serait mise à nu.
La fabrication de sièges d'étanchéité en rapportant directement sur le corps, par soudure, une matière résistant à la cnaleur et à l'usure, telle que la "Stellite", la "Tizite; la "Thermanite" et analogues, peut dans bien des cas offrir des difficultés techniques de soudure. Abstraction faite de ceci, l'usinage de la surface de siège établie de cette manière doit se faire dans le corps lui-même, ce qui cause des complications dans la préparation et la réalisation de l'usinage. En outre, dans le cas des sièges d'étanchéité rapportés par soudure sur le corps, on rencontre de grandes difficultés de fonctionne- ment aux hautes températures de vapeur, car la matière du siège ne présente plus une dureté suffisante à ces températu- res, ce qui amène une usure augmentée et des défauts d'étanchéité.
Grace à la présente invention, on obtient cet avanta-
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ge que les travaux difficiles au point de vue de la technique de l'atelier et du soudage peuvent être effectués sur les garnitures d'étanchéité en dehors des corps de robinetterie qui sont la plupart du temps difficilement accessibles, de sorte que seule la liaison par soudure offrant moins de diffi- cultés, entre l'annea de butée et l'alésage du corps, a be- soin d'être effectuée à l'intérieur du corps, ce qui cependant, grâce à la nouvelle constitution de ces garnitures, ne néces- site plus aucun travail ultérieur après la mise en place. plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'in- vention, données à titre d'exemple, sont représentées sur le dessin ci-joint.
Fig. 1 représente par sa moitié de gauche, un pre- mier exemple de réalisation, et par sa moitié de droite un deuxième exemple de réalisation, tous deux en coupe.
Fig. 2 représente, en coupe, un troisième exemple de réalisation.
Selon la fig. 1, la vanne droite consiste en un corps de vanne 1, muni d'une bride à couvercle 2 et des brides 3 pour le raccordement des conduites. Le carter de vanne 1 présente des ouvertures de passage 4 et 4', dans lesquelles sont pratiqués les alésages cylindriques 5, 5' respectivement, pour la réception des garnitures d'étancheite. L'axe longitu- dinal des ouvertures de passage 4, 4' est perpendiculaire à l'axe de la tige 10.
Dans l'exemple de réalisation selon la moitié de gauche de la figure 1, le diamètre de l'alésage 2 est un peu plus grand que le diamètre intérieur de l'ouverture de passage 4, de sorte que la garniture d'étanchéité consti- tuée par l'anneau de butée. 6 et l'anneau de siège 7. peut être introduite par la bride de couvercle 2 et être enfoncée à force dans l'alésage par le côté de-la chambre 14 de la vanne.
L'anneau de butée 6 est en une matière facilement soudable, par exemple en un acier allié ou non ayant une te- neur en carbone inférieure à 0,12 %. L'épaisseur de paroi de l'anneau de butée 6 est plus faible que la largeur du siège d'étanchéité, au droit de l'anneau de siège 7. L'anneau de siège 7 est fait en acier nitrurable ou céméntable. L'anneau de butee 6 et l'anneau de siège 7 sont reliés ensemble par le cordon-de soudure 12. Ce travail de soudure est effectué avant le montage de la garniture d'étanchéité 6, 7, dans le corps 1. L'exécution de ce travail difficile de soudure est grandement facilitée par la bonne accessibilité aux anneaux à découvert 6, 7, laquelle permet, entre autres choses, leur réchauffage, T'examen permanent de la qualité du cordon, etc..
L'anneau de siège 2 fait de métal nitrurable ou cémentable et relié à l'anneau de butée 6, est usiné à la cote finale après la soudure, et sa surface de siège 7' disposée obliquement à l'axe de la tige 10 est restifiée, de sorte que tout gau- chissement de l'anneau de siège 7 produit le cas échéant, par le procédé de soudage, est éliminé. La garniture d'étan- chéité 6, 7 est alors nitrurée sur sa surface d'étanchéité 7', puis la surface nitrurée est meulée pour en enlever envi- ron 5/100 mm, de sorte que la zone de couche la plus dure est mise à découvert, dont la surface peut par suite coopérer avec la vanne 8.
Les deux moitiés de la vanne 8 peuvent être disposées de manière connue autour d'une bille de compensation et être reliées, pour le fonctionnement, par la tige de van- ne 10.
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butée La garniture ainsi terminée et comprenant l'anneau de butée 6 et l'anneau de siège 7 est introduite à force par la chambre de vanne 14 dans l'alesage 5, l'extrémité de l'an- neau de butée 6 étant reliée par le cordon de soudure 11 avec le corps 1.
Etant donné que la longueur axiale moyenne de la garniture d'étanchéité 6, 7 est plus grande que le tiers de son ouverture, mais plus petite que son ouverture entière, et que l'épaisseur de paroi de l'anneau de butée 6 est plus petite que la largeur du siège d'étanchéité, le flux calori- fique allant du point de soudure 11 vers la surface du siège d'étanchéité n'exerce aucun échauffement nuisible, de sor- te qu'il n'y a pas à craindre qu'elle soit portée au rouge ou gauchie.
Du fait que la longueur axiale de la garniture d'étanchéité 6, 7 n'est pas supérieure à sa section de passage, on évite qu'une pression augmentant ou diminuant de façon inadmissible entre la vanne 8 et la surface d'étanchéité 7' se produise par suite de réchauffement irrégulier du corps 1 et de la garniture d'étanchéité 6, 7, lorsque l'appareil s'échauffe ou se refroidit.
Selon la moitié,de droite de la fig. 1, la garniture d'étanchéité terminée à l'avance et consistant en un anneau de butée 6 et un anneau de siège 7, peut être introduite par le côté bride dans l'alésage cylindrique 5, et dans ce but, l'ouverture de passage 4' se rétrécit coniquement en allant vers la vanne 8, d'un diamètre supérieur jusqu'au diamètre de l'alésage cylindrique 5. La longueur axiale moyenne de la garniture cylindrique 5'. est plus grande que le tiers de sa section de passage mais plus petite que sa section de passage totale. ''près'montage de la garniture d'étanchéité 6,7 dans l'alésage 5', l'anneau de butée 6 est relié par un cordon de soudure Il au corps 1.
Comme dans l'exemple précé- dent, le dégagement de chaleur produit par le soudage reste sans influence nuisible sur la surface du siège d'étanchéité, de sorte que tout usinage après coup de la surface du siège, après la mise en place, est superflu.
Pour pouvoir absorber les tensions de retrait qui se produisent, lors de la soudure ainsi que lors de l'échauffe- ment de l'appareil, par suite d'allongements radiaux non uni- formes de la garniture 6, 7 et du corps 1, la garniture est flexible en direction radiale. Cette flexibilité radiale est obtenue en faisant l'épaisseur de paroi de la garniture plus petite que la largeur du siège d'étanchéité 7', de sorte qu'il subsiste un jeu 13 entre elle et- les alésages 5, 5'.
Le clapet de retenue représenté par la fig. 2 con- siste en un corps 25 qui est muni d'une bride de couvercle 15 et de brides 16 pour le raccordement dans une conduite. L'ou- verture de passage 17 allant en se rétrécissant coniquement de la bride 16 age 17 allant en du corps, présente un alésage cylindrique 18' de diamètre un peu plus grand que le diamètre minimum du cône. Dans l'alésage 18 est introduit l'anneau de butée 19 qui est fait en un métal bien soudable, par exemple en un acier allié ou non, dont la teneur en carbone est infé- rieure à 0,12 5. Avant le montage dans le corps de robinette- rie, on rapporte sur la surface frontale de l'anneau de butée 19/St, par soudage, une couche 20 formant siège, par exemple en tellite", "Tizite", "Thermanite" ou en autre matière d'allia- ge.
La couche 20 formant siège pourrait aussi n'être rapportée que sur le clapet de retenue 21 proprement dit, ou sur les deux pièces 19 et 21. La matière rapportée pourrait, en vue de compenser les tensions thermiques, ou d'augmenter la dureté superficielle, être soumise à un traitement thermique. De ce fait, la surface de siège de la couche 20 peut sans difficulté
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être usinée à la cote et rectifiée. Le montage de la garniture terminée 19, 20 dans l'alésage 18 s'effectue par la chambre 26.
L'anneau députée 19 est fixé-par le cordon de soudure 24 sur le corps 25, la longueur axiale et l'épaisseur de paroi de l'anneau de butée 19 arrêtant le flux thermique provoqué par le soudage et empêchant une modification de la texture ou le gauchissement du siège d'étanchéité 20 lors du soudage, de sorte que tout usinage après coup de la couche formant siège est superflu. Le clapet de retenue 21 venant s'appliquer sur la surface de siège de la couche 20 est relié par le levier oscillant 22 au support 23 disposé sur le corps 25. Sur une grande partie de la longueur axiale, l'épaisseur de paroi de l'anneau de butée 19 est plus faible que la largeur du siège d'étanchéité.
La construction soudée selon la présente invention est applicable aux corps de robinetterie pour liquides chauds, tels que l'eau chaude, ou pour les gaz chauds, par exemple la vapeur surchauffée à haute température, auquel cas, en particulier, les surfaces de sièges faites en acier nitruré supportent, après nitruration, des températures allant jusqu'à 530 sans inconvénient pour leur texture et leur résistance au frottement.
REVENDICATIONS
1. Construction soudée pour la fixation de garnitures d'étanchéité dans les corps de robinetterie, en particulier dans les vannes droites, les clapets de retenue, et analogues, avec application d'un anneau de butée muni d'un anneau de siège soudé, ou d'une surface de siège fondue par soudure sur l'anneau de butée, construction caractérisée par le fait que la longueur axiale moyenne de la garniture d'étanchéité est plus grande que le tiers de son ouverture et plus petite que son ouverture entière.