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La présente invention concerne les vannes, et plus spécia- lement un robinet-vanne du type à tampon.
Un but principal de la présente invention consiste dans le perfectionnement en général des vannes. Un but plus particulier consiste à procurer une vanne qui a la qualité de fermeture fran- che d'un robinet-vanne alliée à la caractéristique d'étranglement à longue durée d'un robinet d'arrêt sphérique.
L'invention a aussi pour but de garder les avantages habi- tuels d'un' robinet-vanne, comme, par exemple, sa qualité do chute de pression minimum par écoulement direct du fluide, sa capacité
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de traitement des matières visqueuses, tout en donnant des avantages supplémentaires, telle qu'une fermeture franche même dans le cas de matières graveleuses ou de boues abrasives, et l'absence de cavités ou poches qui retiennent les résidus boueux ou' les précipités. Tout au contraire, la vanne est à auto-évacuation.
Elle est, en outre, facile à utiliser et à entretenir.
L'invention a encore pour but de procurer une vanne pou- vant traiter des matières très corrosives. Les parties de la vanne sont d'une construction tellement simple que la vanne en- tière peut. être fabriquée avec des matières plastiques. Ainsi, des liquides qui attaquent les métaux, ou qui sont contaminés par les métaux de façon indésirable, peuvent être traités par la vanne décrite'ici, quand celle-ci est faite en des matières plastiques appropriées. Dans d'autres cas cependant, les condition à remplir peuvent l'être tout en utilisant un alliage métallique approprié, tel que de l'acier inoxydable, pour la construction de la vanne.
La vanne de la présente invention utilise un tampon composé d'une âme dure et d'un revêtement tendre-et, suivant d'autres particularités et buts de l'invention, le revêtement usé peut être remplacé sans devoir retirer la vanne de la tuyauterie et sans devoir utiliser des outils spéciaux. Une partie du revête- ment peut servir à enlever la pression sur le bourrage de la tige de vanne, quand la vanne est ouverte. La partie tendre d'obtura- tion de la vanne peut être constituée par une garniture tapissant le corps de la vanne (au lieu d'utiliser un revêtement recouvrant le tampon).
A ces fins, la présente invention procure donc un robinet- vanne comprenant un corps de vanne, le corps étant percé d'un passage cylindrique pour l'écoulement de fluide, un chapeau ou
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tête, une tige de vanne verticale pénétrant dans le chapeau, et une vanne proprement dite portée par l'extrémité inférieure de la tige, la vanne proprement dite ayant la forma d'un tampon, et les sections horizontales pratiquées dans le tampon étant de forme circulaire, tandis que l'extrémité inférieure du tampon suit la surface d'une sphère ayant le même diamètre que le pas- sage cylindrique d'écoulement.
Afin d'atteindre les buts généraux précités et d'autres buts particuliers qui ressortiront clairement ci-après, la présente invention consiste dans.les différents éléments de la vanne et dans leurs relations entre elles, comme décrit plus en détail ci-après, avec référence au dessin annexé, dans lequel : la figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une vanne comprenant des particularités de la présente invention; la figure 2 est une élévation verticale, partiellement en coupe, prise dans un .plan transversal à celui de la fig. l' la figure 3 es t une coupe partielle semblable à la figure 1, mais avec la tige de vanne et le tampon enlevés;
la figure 4 est une coupe horizontale prise approximati- vement dans le plan de la ligne 4-4 de la figure ].; la figure 5 est une coupe horizontale prise approximative- @ dans le plan de la ligne 5-5 de la figure 1 ; la figure 6 est.une coupe pratiquée en travers de'l'âme du tampon, approximativement dans le plan de la ligne 6-6 de la f ig. 7; la figure 7 est une vue en plan de l'âme du tampon; la figure 8 représente une pièce rapportée ou clavette qui maintient le tampon sur la tige de vanne; la figure 9 est une vue en élévation partiellement en coupe, représentant une variante dans laquelle l'élément d'obturation
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fait partie du corps de la vanne;
la figure 10 est une coupe transversale prise approximative- ment.dans le plan de la ligne 10-10 de la figure 9, et la figure 11 est une coupe horizontale prise approximative- ment dans le plan de la ligne 11-11 de la figure 9.
Ainsi que le montre le dessin, le corps de vanne, portant la référence 12, est percé d'un passage 14 pour l'écoulement du fluide et dont la partie inférieure joue le rôle de siège de van- ne. Dans le cas considéré, le corps a la forme d'un T renversé et est fermé, à la partie supérieure, par un chapeau ou tête 16 portant une tige de vanne 18.Quand le corps de vanne se trouve dans sa position normale représentée, la tige de vanne est verti- cale et se déplace verticalement à l'intérieur du chapeau* Le mouvement est provoqué, de préférence, par un filetage d'avance- ment 20 porté par la tige et s'adaptant dans un taraudage corres- pondant du chapeau, la tige étant actionnée, dans ce cas, par rotation, et un volant ou poignée 22 appropriée peut être agencée à cet effet.
La vanne peut être dénommée "robinet-vanne du type à tampon", du fait que la tige porte, à son extrémité inférieure, une vanne en forme de tampon portant la référence générale 24. Les sections horizontales pratiquées dans le tampon sont circulaires, comme le montrent les figures 4 et 5. L'extrémité inférieure 30 du tara- pon se conforme, de préférence, à la surface d'une sphère ayant le même diamètre que le passage 14 percé dans le corps de vanne, ledit passage étant d'ordinaire et, de préférence, un passage de forme cylindrique.
Le tampon .24 et le corps de vanne 12, parties principales de la vanne, comprennent un élément d'obturation 28 s'adaptant, entre ceux-ci, sur les côtés et sur la face inférieure du tampon, comme les figures 2 et 5 le montrent le mieux, afin d'obturer le
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passage 14 de manière à empêcher tout écoulement quand le tampon est descendu dans sa position inférieure. Le tampon etle corps de vanne sont faits -on une matière dure,,tandis que l'élément d'obturation 28 est établi en une matière tendre. Comme repré- senté sur la première feuille du dessin, l'élément d'obturation 28 consiste en un'revêtement qui entoure la partie principale ou âme 26 du tampon et se déplace avec celle-ci.
En fait,, l'âme 26 et le revêtement 28 forment ensemble'le tampon 24 complet.
Dans le cas représenté ici, le corps de vanne 12 a des extrémités 32 et 34 taraudées intérieurement de manière à pouvoir y introduire des tuyauteries aboutissant à la vanne et en repar- tant. La partie verticale 36 est taraudée intérieurement en 38 de manière à recevoir l'extrémité inférieure filetée de façon correspondante 40 du chapeau 16. Le joint .peut être rendu hermé tique ,par exemple à l'aide d'une bague de forme toroïdale 42.
Il est à remarquer que le diamètre du filet 38 est plus grand que celui du tampon 24 de façon à pouvoir, après dévissage du chapeau, retirer facilement l'ensemble tige de vanne et tampon du corps de vanne, en vue d'une inspection et d'un éventuel remplacement du revêtement 28 du tampon. Ceci se fait sans outils spéciaux, et sans devoir retirer le corps de vanne de la tuyau- terie.
Quand le corps de vanne est en forme de T, comme représenté ici, le passage d'écoulement 14 est un passage direct auquel il est facile de donner une forme cylindrique, ce passage jouant aussi le rôle d'un siège de vanne. La partie supérieure conique du siège de vanne se réalise facilement dans le passage cylindrique vertical 44.
Il est à noter que le diamètre du passage 44 est proche de celui du tampon, et un passage de décompression 46 est agencé de préférence, en vue de faire disparaître la pression au-dessus du tampon lors de l'ouverture de la vanne.
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Le revêtement de tampon 28 s'étend vers l'intérieur au-des- sus de l'âme 26, comme représenté en 48. Ceci sert non seulement à maintenir le revêtement sur le tampon mais aussi à procurer un intercalaire quand la vanne est entièrement ouverte, le dessus 48 du tampon portant à ce moment contre la surface infé- rieure 50 du chapeau. Le scellement intercalaire ainsi obtenu réduit ou élimine même la pression exercée sur le bourrage 52 entourant la tige de vanne 18. Ce bourrage peut être de type courant et peut être serré de la manière habituelle, à l'aide d' une bague de presse-étoupe filetée 54. Quand la vanne est entière- ment fermée ou entièrement ouverte, le bourrage ne subit que peu ou pas de pression, et il n'est soumis à la pleine pression de la tuyauterie que durant l'opération d'ouverture ou de fermeture de la vanne.
Le tampon 24 peut être fixé à l'extrémité inférieure de la tige 18 de toute manière voulue, quoiqu'il soit évidemment sou- haitable que le tanpon tourne librement relativement à la tige.
Dans le cas présent, l'âme 26 est percée d'un trou axial qui reçoit l'extrémité cylindrique inférieure 56 de la tige. Le bas de la partie 56 est, de préférence, un peu arrondi, comme repré- senté en 58, ce qui réduit les frottements quand la vanne est entièrement fermée. Le tampon est entraîné vers le haut avec la tige, à l'aide d'une pièce rapportée ou clavette 60. Celle-ci a une forme générale en U ou en forme de fourche dont le contour est le mieux représenté sur la figure 8 du dessin.
Les figures 6 et 7 montrent comment l'me 26 est horizonta- lement rainurée en 62 pour recevoir la clavette de verrouillage 60. Les figures 1 et 2 montrent comment l'extrémité inférieure 56 de la tige de vanne est pourvue, sur son pourtour, d'une enco- che ou rainure 64 qui réduit son diamètre et sert à recevoir la clavette 60. Pour assembler les différentes parties, il suffit d'introduire l'extrémité inférieure de la tige de vanne dans le
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tampon, de glisser ensuite la clavette 60 horizontalement dans les encoches correspondantes 62 et 64 jusqu'au moment où l'extrémité extérieure 66 (figure 8) de la clavette vient à fleur du pourtour extérieur de l'âme 26.
Le revêtement préformé 28 est ensuite glissé sur l'âtre, le revêtement empêchant lui-même la clavette 60 de sortir vers l' extérieur.
Comme le montre la figure 1 du dessin, la partie inférieure du revêtement de tampon 28 est pourvue, de préférence, d'un talon 70 dirigé vers le haut. L'extrémité inférieure de l'âme 26 comporte un trou ou poche renversée, représentée aussi en 72 à la figure 6, pour recevoir le talon 70. L'extrémité inférieure du revêtement est ainsi bloquée contre tout mouvement latéral relativement à l'âme, ce qui permet à la vanne de résister à une pression élevée qui pourrait autrement tendre à déplacer l'extré- mité inférieure du revêtement par rapport au fond du passage 14 avec, comme résultat, la possibilité de fuites.
Le tampon a une forme généralement conique. L'extrémité supérieure 84 (figure 2) est cylindrique, avec un diamètre nette- ment plus grand que celui du passage horizontal 14 au travers du corps de vanne. Le bas du tampon est, de préférence, conforme à la surface d'une sphère ayant le même diamètre que le passage 14, et il ne faut donc pas de siège de vanne spécial dans le fond. Sur les côtés du passage,.une surface tronconique est agencée de manière à s'adapter au tampon 24. Cette surface est facilement obtenue par moulage et/ou usinage au travers de la partie supérieure 36 du corps de vanne, sur l'axe de la tige de vanne. La surface conique débute à hauteur de son cercle de tangence à la surface sphérique, c'est-à-dire un peu plus bas qu'un .plan horizontal passant par l'axe du passage horizontal 14.
Une coupe faite immédiatement au-dessus du passage 14, par exem- ple dans le plan de la ligne 4-4 de la figure 1, se présente comme à la figure 4. Ceci montre l'effet d'obturation du tampon
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au-dessus du passage. Une coupe horizontale prise appromimati- vement dans le plan de la ligne 5-5 est représentée à la figure 5.
Ceci est le plan de tangence. Dans tout plan situé plus haut, les côtés 80 du passage sont légèrement épanouis en 82, ceci pour recevoir la surface conique ; et des coupes prises encore plus haut montrent un plus grand épanouissement encore sur les parois latérales 80 du passage 14.
Il est donc impossible que le revêtement conique en matière tendre puisse bouger latéralement, puisqu'il est fixé sur ses cotes. Le dessus est fixé comme représenté à la figure 4.
La surface d'obturation résultante ou siège de vanne a une forme se rapprochant de celle représentée en 86 sur la figure 3 du dessin. En théorie, cette surface se rétrécit de façon à se terminer, à la partie inférieure, par un contact linéaire, mais il va de soi qu'en pratique la vanne exerce de la pression en se fermant, ce qui provoque au moins un léger aplatissement du revê- tement du tampon contre la paroi intérieure du corps de vanne, et c'est pour indiquer cet effet que l'extrémité inférieure de la surface 82 a une certaine largeur sur le dessin.
Il est à remarquer que le chapeau 16 est pourvu de plats 88 sur lesquels un serre-tube peut avoir prise. Dans le cas considér les plate constituent un écrou carré qui circonscrit la partie supérieure à faible diamètre 90 du chapeau, comme le montre la figure 1, et qui est inscrit dans la partie inférieure à grand diamètre 92 du chapeau, comme le montre la figure 2. Afin de re- présenter ce rapport g étriqué, le chapeau a été tourné, sur la figure 2, de 45 au lieu de 90 , relativement à la figure 1.
Les parties de la vanne de la présente invention sont d'une simplicité constructive telle qu'elles peuvent être moulées à l'aide des matières plastiques connues habituelles. 11 est donc possible de choisir une ratière plastique dure qui résistera au
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fluide déterminé qui doit traverser la vanne. Le revêtement tendre peut, de même, être fait en une matière tendre appropriée, de préférence une matière plastique tendre. Les élastomères fluoro-carbonés comme les matières vendues sous les marques de fabrique Hypalon ou Kel-F conviennent à cet effet, et il en est de même de la rnatière vendue sous la marque Teflon en minces feuilles.
Il n'est pas nécessaire que les parties structurelles en matière dure soient faites en une matière plastique et il est possible et souhaitable d'utiliser, dans de nombreux cas, un alliage métallique spécial comme de l'acier inoxydable au nickel- chrome. Il est évident que, même dans ce cas, il est préférable que le revêtement du tampon soit réalisé en une matière relati- vement tendre choisie de façon à résister au fluide traité. Le talon 70 n'est pas indispensable et peut être omis dans la plu- part des cas.
Une forme modifiée de l'invention est représentée sur la seconde feuille du dessin. Comme précédemment, les parties prin- cipales, ' le tampon 100 et le corps de vanne 102, comportent un élément d'obturation 104 s'adaptant entre ces parties sur-les côtés et sur la face inférieure du tampon, comme la figure 10 le montre le plus clairement, afin d'obturer le passage 105 de manière à empêcher tout écoulement quand le tampon 100 est des- cendu dans sa position inférieure. Comme dans la forme d'exécu- tion précédente, les parties principales, le tampon 100 et le corps de vanne 102, sont faites en une matière dure, tandis que l'élément d'obturation 104 est'fait en une matière un peu plus tendre.
Cependant, dans le cas présent, l'élément d'obturation se présente sous la forme d'une garniture qui est introduite à l'intérieur du corps 102 et reste fixe avec celui-ci quand le tampon 100 est levé ou abaissé. En fait, la pièce d'obturation 104
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fait partie du corps de vanne, au lieu de faire partie du tampon.
Si on étudie cette forme d'exécution plus en détail, la gar- niture 104 peut avoir la forme générale d'un cylindre avec un axe vertical coïncidant avec l'axe de la tige de vanne 108. L'en- ceinte du corps de vanne 102 qui est tapissée de la garniture 10. peut donc constituer un prolongement direct, vers le bas, de l'in térieur du cylindre vertical 110. La garniture est maintenue en place par un tube cylindrique 112 qui est poussé lui-même ver le bas par la face inférieure 114 du chapeau 116. Comme précédera- ment, le chapeau peut se visser, en 118, dans le corps de vanne et peut être rendu hermétique par un joint 120.
Le chapeau peut être pourvu de plats 122 où d'autres moyens appropriés pour faciliter la rotation de celui-ci,
Comme décrit ci-dessus. la tige de vanne 108 est, de préfé- renoe, filetée en 124 de manière à se visser, en vue d'un mouve- ment vertical, dans un taraudage correspondant du chapeau 116, la tige de vanne étant mise en rotation à l'aide d'une poignée appro" priée 126. La tige peut être rendue hermétique à l'aide d'un bour- rage 117. Le tampon 100 tourne, de préférence, librement sur la tige de vanne de façon qu'il ne frotte pas, par rotation, contre la garniture 104. au cours de la fermeture de la vanne.
Plus précisément, l'extrémité inférieure de la tige de vanne est à plus grand diamètre, comme représenté en 128, Cette partie à plus grand diamètre est prise entre la partie principale 100 du tampon et un arrêt 130 fixé de manière appropriée au tampon.
Dans le cas considéré, les parties.sont filetées comme représenté en 132 et, quand le dispositifd'arrêt est vissé jusque dans sa position inférieure, il reste toujours du jeu à hauteur de la. partie à grand diamètre 128 ' qui peut donc tourner librement par rapport au tampon. L'arrêt peut être bloqué de manière qu'il soit impossible de le dévisser, par exemple par soudure ou par brasage en 134.
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Un moyen d'empêcher la rotation ou le changement d'orienta tion de la garniture 104, n'a pas été représenté. Cette garniture est facilement mise en place au cours du montage de la varme, par exemple en faisant passer une barre ronde dans le passage de vanne 106 avant de serrer le chapeau 116 sur le manchon 112. Des moyens d'orientation sont cependant faciles à réaliser, par exemple par l'utilisation d'une clavette ou d'une saillie non circulaire sur le côté où sur la face inférieure de la garniture. cette saillie venant se loger dans un creux correspondant pratiqué dans la paroi latérale ou le fond du corps de vanne.
Dans le cas présent représenté, le corps de vanne 102 est montré avec des extrémités 136, 138 taraudées intérieurement de manière à pouvoir y attacher des tuyauteries filetées, mais il est évident que, si on le désire, le corps de vanne peut avoir des extrémités à brides pour le raccordement de tuyauteries à brides. 0 En outre, dans le cas d'un corps de vanne taraudé comme représenté, les extrémités 136, 138 peuvent être pourvues, à l'extérieur, de plats sur lesquels un serre-tube ou clé peut avoir prise.
En général, il est jugé plus simple et préférable de réali- ser l'élément d'obturation sous la forme d'un revêtement de tampon;, comme représenté à la figure 1, plutôt que sous la forme d'une garniture tapissant une partie 'du corps de vanne, comme représenté à la figure 9. Cette dernière solution peut cependant être préfé- rable dans certaines circonstances spéciales. Par exemple, dans un cas particulier, il peut être important de réaliser l'élément d'obturation en une matière plastique de la firme DuPont dénommée "Teflon". Le Teflon s'usine facilement, mais est difficile à mouler. Dans un cas de ce genre,. il est préférable d'utiliser une garniture comme à la figure 9, parce que cette garniture est facile à usiner.
La forme intérieure de la garniture s'obtient en réalisant simplement un passage horizontal cylindrique et un
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siège vertical tronconique. Ces opérations sont des opérations d'usinage simples. Dans la forme d'exécution représentée ici, l'extérieur a la forme d'un cylindre vertical. Une telle forme s'usine facilement.
Au contraire, le revêtement représenté à la figure 1 serait plus difficile à usiner, alors que son moulage est facile. La plupart des matières plastiques tendres se moulent facilement et peuvent, en outre, être serrées autour de l'âme .26 du tampon de manière à maintenir les différentes parties réunies.!
Dans les deux formes de vanne, les parties structurelles dures peuvent être en métal ou en une matière plastique dure, com- me précité. Dans les deux cas, la vanne peut être entretenue par enlèvement du chapeau.
Il est admis que la construçtion et la méthode d'assemblage et d'entretien de la vanne perfectionnée de la présente invention, ainsi que ses avantages, ressortiront clairement de la description détaillée précédente. La vanne permet d'obtenir une fermeture et une ouverture franches comparables à celles d'un robinet-vanne ordinaire, alors qu'elle présente une caractéristique d'étrangle- ment de longue durée ressemblant plutôt à la caractéristique d'un robinet sphérique. La simplicité de construction et le nombre minime de parties dont la vanne se compose font de celle-ci un cas d'application idéal de construction entièrement en matière plastique.
.La vanne de la présente invention présente de nombreux avantages, même dans le cas où il y a des parties métalliques, en acier inoxydable par exemple. L'écoulement au travers de la vanne est directe sans cavités ni poches inaccessibles dans le corps de vanne, ce qui empêche la retenue de fluides stagnants ou l'accumulation de précipités ou de boues. Comme l'élément d'obtu- ration est élastique, la vanne peut être utilisée pour le trai- tement de fluides graveleux ou de boues abrasives. On obtient une
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fermeture franche de la vanne même avec des matières graveleuses.
L'usure de la pièce d'obturation de la figure 1 est fortement freinée du fait que son orientation se modifie au hasard à chaque fermeture et ouverture de la vanne), différentes parties du re- vêtement étant ainsi soumises à la pression de fermeture. L'élé- ment d'obturation s'enlève et se remplace facilement sans l'uti- sation d'outils spéciaux et sans devoir retirer le corps de vanne de la tuyauterie.
L'élément d'obturation peut être réalisé dans l'une quelconque d'une grande variété de matières interchangeables et utilisables dans une vanne standardisée aux autres points de vue, ce quipermet de satisfaire une grande gamme d'exigences da.ns l'industrie. On peut utiliser des matières anciennes bien connues carme le caoutchouc, aussi bien que des matières nouvel- lement découvertes comme les élastomères fluoro-carbonés. La pression appliquée sur le bourrage de la tige de vanne est réduite au minimum à la figure 1 quand la vanne est entièrement ouverte aussi bien que quand elle est entièrement fermée. Le corps de vanne est à auto-évacuation.
Il va de soi que, siune forme d'exécution préférée de la vanne perfectionnée de l'invention a été représentée et décrite, des modifications constructives peuvent être apportées à cette forme d'exécution sans sortir du cadre de l'invention défini dans les revendications annexées. Dans ces revendications, le fait de parler d'une tige de vanne verticale doit être considéré dans un sens relatif et à titre de facilité, puisqu'il va do soi que la varme peut être montée dans n'importe quelle position voulue, sans que son fonctionnement en soit affecté.