Vanne-Papillon La présente invention a pour objet une vanne-papil- lon destinée à être utilisée dans une tuyauterie de trans port d'un fluide sous haute pression.
Dans une vanne-papillon connue, utilisée dans des tuyauteries de transport de fluide sous haute pression et du type dans lequel un papillon est monté de façon rota tive à l'intérieur d'un corps cylindrique transversalement à celui-ci et perpendiculairement à l'axe de ce corps, il est nécessaire, pour établir une étanchéité entre le contour externe du papillon et la périphérie interne du corps, de prévoir un siège annulaire de soupape monté dans le corps et disposé le long et autour de la périphé rie interne de celui-ci, pour recevoir le bord périphérique externe d'un joint en matière élastomère disposé autour du bord extérieur périphérique du papillon et sur ce bord.
Ce siège annulaire de soupape est destiné à coopé rer avec le bord périphérique externe du papillon, quand celui-ci est dans sa position de fermeture complète, de façon à maintenir l'étanchéité aux faces en contact entre la périphérie externe du papillon et la périphérie interne du corps. Dans ce but, il faut monter avec précision le siège annulaire de soupape le long et autour de la péri phérie interne du corps. Cependant, il est, en fait, très difficile de monter avec précision le siège de soupape le long et autour de la périphérie interne du corps, de la manière mentionnée ci-dessus car un tel montage précis de ce siège annulaire de soupape exige une main-d'oeuvre très expérimentée.
De plus, dans la vanne-papillon connue mentionnée ci-dessus, le papillon, qui est constitué par une paire de disques fixés l'un à l'autre, avec un espace libre ménagé entre ces disques et avec une garniture en matière élas tomère montée entre ces disques et saillant radialement à l'extérieur du bord périphérique externe de ceux-ci, doit être monté de façon rotative à l'intérieur du corps de vanne, en insérant un arbre supérieur de manoeuvre, par un passage de l'extrémité supérieure de ce corps, à l'intérieur de la moitié supérieure dudit espace libre, un arbre inférieur mené étant inséré par un trou du fond du corps, dans la moitié inférieure dudit espace libre,
un couvercle fermé étant appliqué contre l'extrémité inférieure du trou du fond du corps et recouvrant ce trou et la surface entourant celui-ci, et finalement le couvercle fermé étant fixé au fond du corps au moyen de boulons ou vis de montage. Toutefois, un tel montage du papillon dans ie corps de la vanne-papillon anté rieure n'assure pas, dans la plupart des cas, l'étanchéité entre la périphérie extérieure du papillon et la périphé rie intérieure du corps, et rend possibles des fuites de fluide le long des faces de contact.
L'invention a pour but l'élimination des difficultés inhérentes à la vanne-papillon connue.
La vanne-papillon selon l'invention, qui comprend un corps creux cylindrique pourvu à sa partie supérieure d'un col dirigé vers le haut et présentant un alésage com muniquant avec l'intérieur creux de ce corps sur le fond duquel est ménagée intérieurement une cavité en aligne ment avec l'alésage du col, un arbre inférieur mené tournant dans cette cavité et faisant partiellement saillie vers le haut, un arbre supérieur menant tournant dans l'alésage du col et faisant partiellement saillie à l'inté rieur du corps, et un papillon rotatif monté dans ledit corps transversalement à celui-ci, perpendiculairement à l'axe de ce corps et constitué d'une paire de disques semblables fixés l'un à l'autre face à face et enserrant une garniture annulaire en matière élastomère,
débor dant radialement le bord périphérique extérieur de ces disques pour assurer, avec la surface intérieure périphé rique du corps, un contact étanche au fluide, un des dis ques étant équipé sur un de ses côtés et en deux posi tions diamétralement opposées voisines de son bord périphérique extérieur, d'une paire d'organes destinés chacun à loger un bout d'arbre, est caractérisé en ce 'que chacun de ces organes a une dimension et une forme telles qu'il délimite avec ledit côté du disque un espace rectangulaire dont la section transversale est supérieure à celle de la partie saillante de l'arbre corres pondant, le papillon étant ainsi mobile par rapport aux arbres sous l'effet de la pression du fluide pendant la rotation commune du papillon et des arbres,
ceci en assurant l'étanchéité entre la périphérie extérieure du papillon et la périphérie intérieure du corps.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la vanne-papillon et une vanne-papillon de type connu.
La fig. 1 est une vue frontale d'une forme d'exécu tion préférée de la vanne-papillon.
La fig. 2 est une vue verticale, en coupe suivant II-II de la fig. 1 et la direction de la flèche, montrant comment un papillon est monté dans le corps creux cylindrique de la vanne-papillon.
La fig. 3 est une vue transversale, en coupe suivant III-III de la fig. 2, montrant le papillon à ses positions entièrement ouverte et partiellement ouverte, respecti vement.
La fig. 4 est une vue analogue à la fig. 3, mais mon trant le papillon en position fermée.
La fig. 5 est une vue analogue à la fig. 3, mais mon trant une vanne-papillon de type connu.
Les fig. 6 et 7 sont des vues schématiques expliquant le fonctionnement du papillon dans les positions du bloc représentées aux fig. 3 et 4, respectivement.
La fig. 8 est une vue schématique expliquant le fonc tionnement du papillon dans la position du papillon. La fig. 9 est une vue verticale fragmentaire agran die, en coupe partielle, montrant la façon dont un organe destiné à recevoir un arbre et équipant le papillon est placé sur un arbre inférieur mené, et la fig. 10 est une vue de détail en perspective, mon trant un arbre supérieur menant et l'arbre inférieur mené.
La forme d'exécution comprend un corps cylindrique creux ou corps principal 1 qui comporte une chambre cylindrique ouverte ou passage l'. Le corps 1 possède, à ses extrémités opposées, des brides annulaires 2 venues d'une pièce, ayant chacune une série de trous espacés 2', pour permettre le raccordement de ces brides à celles (non représentées) de tubes opposés et adjacents (non représentés), disposés en alignement l'un par rapport à l'autre et avec la vanne-papillon, dans une tuyauterie destinée au transport d'un fluide hydraulique sous haute pression.
Le corps cylindrique 1 est, en outre, pourvu d'un col creux 3 faisant saillie vers le haut depuis la périphérie extérieure, ceci esnsiblement à égale distance des deux brides 2 ; le col possède une bride 3' à son extrémité supérieure et un alésage central fileté 3" s'étendant sur la longueur ou hauteur du col 3. L'alé sage central 3" du col 3 communique à son extrémité inférieure avec la chambre l' du corps 1 au moyen d'un trou lisse 4, pratiqué dans le corps juste au-dessous de l'extrémité inférieure de l'alésage central 3" du col 3, coaxialement à cet alésage 3", et de diamètre inférieur à celui-ci.
Le corps cylindrique 1 comporte, en outre, au fond, un renflement 5, faisant saillie depuis la périphérie exté rieure et aligné avec le col 3. Une cavité cylindrique 6 est ménagée dans la surface intérieure périphérique du corps 1, en face du trou supérieur 4 et en même temps que ce dernier, cette cavité ayant un diamètre égal à celui du trou 4. La cavité 6 est destinée à recevoir libre ment un arbre inférieur mené 7 formé par une barre de section sensiblement circulaire ayant une portion cylin drique 7', destinée à être logée, dans la cavité 6, et une portion terminale 7" parallélipipédique rectangle et étroite, dont un bord d'extrémité est biseauté comme indiqué en 7"'.
Lorsque la vanne-papillon est assemblée, l'arbre inférieur mené 7 est monté de façon rotative dans la cavité cylindrique 6, la portion 7' étant logée dans celle-ci et la portion terminale aplatie 7" saillant vers le haut hors de la cavité, dans la direction de l'axe de la chambre l'.
Un papillon rotatif 8 qui comprend une paire de dis ques simliaires 9, dont le diamètre commun est légère ment inférieur à celui de la chambre l', est monté de façon rotative intérieurement et transversalement à celle- ci, ceci perpendiculairement à l'axe de cette chambre, et comme il sera décrit ci-après. Chaque disque 9 a une section en forme générale de U, avec une cavité cen trale circulaire (non représentée). En assemblant le papillon 8, les deux disques 9 sont fixés face à face, les fonds de leurs cavités centrales étant mis l'un contre l'autre de manière à former une gorge annulaire (non représentée) entre les faces opposées des disques adja cents et aux bords extérieurs périphériques de ceux-ci.
L'un des disques est équipé de deux organes similaires 10 destinés à recevoir chacun une extrémité d'arbre; chaque organe a une section en U, et est fixé sur un côté du disque correspondant par soudure ou tout autre moyen approprié. Les deux organes 10 sont disposés sur un côté du disque 9 en des positions diamétralement opposées et espacées, au voisinage du bord périphérique extérieur de ce disque.
Chaque organe 10 est fixé sur une face du disque 9, par les extrémités de ses branches opposées et parallèles 10', la branche transversale 10" de chaque organe étant à l'écart de la même face adja cente du disque 9, de façon à délimiter un espace rec tangulaire 11 entre la face adjacente de ce disque parti culier, et la face interne de cette branche transversale; le rôle de cet espace 11 est important comme le mon trera la description ci-après.
Les organes 10 ont une forme et une structure telles que quand ils sont fixés sur la face adjacente du disque 9 correspondant, cette face et la face interne de la branche transversale 10" peuvent être à l'écart l'une de l'autre d'une distance correspon dant à l'épaisseur ou à la largeur de la portion terminale aplatie 7", parallélipipédique rectangle, de l'arbre infé rieur mené 7, ou bien l'espace 11 de section rectangu laire, ainsi formé, peut avoir une largeur correspondant à la largeur ou l'épaisseur de la portion terminale apla tie 7" de l'arbre inférieur, et cet espace 11 peut avoir une longueur un peu supérieure à celle de chacun des plus longs côtés de la portion terminale aplatie de l'arbre inférieur 7.
Lors de l'exécution du papillon rotatif, les deux disques 9 sont assemblés face à face, les organes 10 en forme de U, destinés à recevoir une extrémité d'arbre et fixés sur l'un des disques, sont disposés vers l'exté rieur et une garniture annulaire 12, en matière élasto mère, est logée dans la gorge annulaire précitée, située entre les côtés adjacents des disques 9 ; ensuite un cer tain nombre de vis 13 de montage sont vissées dans les disques et la garniture afin de fixer ces éléments les uns aux autres et les rendre solidaires.
Le diamètre extérieur de la garniture annulaire en matière élastomère est légè rement supérieur à celui des disques 9 de sorte que quand la garniture est montée dans l'ouverture annu- faire précitée, le bord périphérique extérieur de la gar niture déborde radialement sur les bords périphériques extérieurs des disques, pour la raison qui sera exposée ci-dessous.
L'alésage central taraudé 3" du col 3 reçoit par vis sage une pièce tubulaire 14 supportant l'arbre supérieur. La pièce 14 possède une bride annulaire 14' à son extré mité supérieure, et un filetage 14" sur la périphérie exté rieure, dans le but qui sera indiqué plus loin. Un empi lage de joints annulaires 16 est disposé autour de l'arbre supérieur 15 entre l'extrémité inférieure de l'élément tubulaire 14 et l'extrémité supérieure du corps 1.
En montant le bloc 8 de disques, ainsi constitué, dans la chambre l' du corps 1, l'arbre inférieur mené 7 est d'abord inséré dans la cavité 6, le bord biseauté 7"' de sa portion terminale aplatie 7" faisant saillie hors de la cavité 6 vers l'axe de la chambre. Puis, le bloc 8 de dis ques est introduit à force dans la chambre l' en faisant coulisser un des organes 10 sur la portion terminale aplatie 7" de l'arbre inférieur 7 jusqu'à ce que le fond de l'organe 10 correspondant vienne en butée contre l'épaulement formé à la jonction entre la portion cylin drique 7' et la portion terminale aplatie 7".
Ce coulisse ment de l'organe 10, le long de la portion terminale aplatie 7" est facilité par l'existence du biseau 7"' de cette portion 7" et parce que la longueur D de l'espace 11, rectangulaire en section, est plus grande que la lon gueur d de la portion terminale aplatie 7" (voir la fig. 9). Lorsque la base de l'organe 10 correspondant porte contre l'épaulement précité de l'arbre inférieur mené 7, l'autre organe 10 du même disque 9, est simultanément mis en alignement avec le trou lisse 4 du corps cylindri que 1.
Ensuite, un arbre supérieur menant 15, en forme de barre, présentant une partie cylindrique 15' prolon gée, à une extrémité, par une partie terminale aplatie 15" et, à l'autre extrémité, par une portion 15"', de sec tion hexagonale, est introduit par l'ouverture centrale 14" et le trou supérieur 4 dans le corps 1 (le diamètre de l'ouverture 14" et du trou 4 est supérieur à celui de la partie cylindrique 15' de l'arbre supérieur). Puis la portion terminale aplatie 15" est poussée vers le bas jusqu'à ce que l'épaulement, formé à la jonction entre la partie cylindrique 15' et la partie terminale aplatie 15", porte sur la garniture 12 ; ainsi la partie terminale aplatie 15" peut être logée dans l'autre organe 10.
La partie terminale aplatie 15" de l'arbre supérieur menant 15a mêmes dimensions et même forme parallélipipé- dique rectangle que la partie terminale aplatie 7" de l'arbre inférieur mené 7, mais cette partie 15" ne pré sente pas de biseau. Quand l'arbre supérieur menant 15 est introduit de la manière décrite ci-dessus, le papillon 8 peut être maintenu à sa position de fonctionnement dans le corps 1, perpendiculairement à l'axe de la chambre l' et ce papillon peut tourner dans le sens désiré perpendi culairement à l'axe de la chambre l', la garniture annu laire 12 assurant l'étanchéité sur la surface périphérique intérieure du corps.
Comme indiqué ci-dessus puisque les deux organes 10, diamétralement opposés et destinés à recevoir des extrémités d'arbre ont les mêmes dimensions et la même forme, les positions de ces organes peuvent facilement être échangées, sans affecter le fonctionnement du papil lon 8. Bien que le diamètre de la garniture annulaire 12 soit plus grand que celui des disques 9 le montage du papillon 8 dans la chambre l' peut être effectué sans difficulté, car la garniture est formée d'une matière élas tomère qui se déforme élastiquement lorsque l'ensem- ble est inséré dans le corps 1, et du fait de la compres sion élastique de cette garniture, le papillon est capable d'assurer à tout instant l'étanchéité en coopération avec la surface périphérique intérieure du corps 1,
quelle que soit la position de fonctionnement du papillon dans la chambre l'.
Ce qui précède montre que le papillon 8 étant monté dans la chambre l' du corps 1 de la manière décrite ci- dessus, l'axe vertical de ce papillon est disposé excentri quement par rapport à l'axe des arbres inférieur et supé rieur 7 et 15, à une distance indiquée par la lettre de référence S à la fig. 7.
A la fig. 3, la lettre de référence A représente le diamètre de la chambre l', et à la fig. 6, la lettre de référence n indique la différence de longueur entre la section rectangulaire de la portion terminale aplatie 7" ou 15" (ou la distance de laquelle le papillon peut se déplacer par rapport aux arbres inférieur et supérieur), et la section rectangulaire de chaque espace 11, alors que la lettre de référence Q à la fig. 7 indique la différence entre le diamètre de chaque disque 9 et le diamètre A de la chambre l'.
En fonctionnement, l'opérateur saisit une poignée (non représentée) à la partie libre de celle-ci, qui est opposée à une extrémité présentant une ouverture hexa gonale (non représentée) qui est engagée sur la partie 15", hexagonale, correspondante de l'arbre supérieur menant 15 ; ensuite, il tourne cette poignée dans le sens désiré de façon à faire tourner l'arbre supérieur menant 15 qui, à son tour, fait tourner le papillon 8 dans le même sens. La rotation du papillon 8 est transmise à l'arbre inférieur mené 7 et le fait tourner dans le même sens ; ainsi, les arbres et le papillon peuvent tourner ensemble. A la fig. 3, la position entièrement ouverte du papillon 8 est représentée en trait plein et la position partiellement ouverte de ce papillon est représentée par les lignes en trait mixte.
A cette position partiellement ouverte, le fluide sous pression, qui circule à l'intérieur de la vanne-papillon dans le sens des flèches représen tées à la fig. 3, peut sortir de cette vanne dans le sens indiqué par la flèche P à la même figure. La fig. 4 mon tre ce papillon à sa position entièrement fermée ou étan che au fluide, pour laquelle aucun fluide ne peut traver ser la vanne-papillon.
Lorsque les arbres 7 et 15 et le papillon 8 tournent ensemble de la manière décrite ci-dessus, ce papillon 8 peut se déplacer par rapport aux arbres sous l'effet de la pression du fluide qui lui sera appliquée, par suite de l'existence des espaces 11 autour des arbres 7 et 15.
La fig. 5 représente en coupe une vanne-papillon connue et qui est sensiblement analogue à la vanne représentée aux fig. 1 à 4, 6 et 7, 9 et 10, sauf en ce qui concerne les dimensions des espaces délimités entre une face du disque particulier équipé des deux organes en forme de U, et la face adjacente de la branche trans versale, de chacun de ces organes.
Dans cette vanne- papillon connue, chaque organe 110 recevant une extré mité d'arbre, est fixé sur une face ou sur le côté exté rieur d'un disque 109 et ses dimensions sont telles que le côté intérieur de la branche transversale 110" reliant les branches opposées et parallèles 110' définit avec le côté adjacent du disque particulier 109 un espace 111, de section rectangulaire, qui a sensiblement la même forme et les mêmes dimensions que celles de la partie terminale aplatie de l'arbre supérieur ou inférieur (à la fig. 5, est représentée la portion terminale aplatie 107" de l'arbre inférieur 107) ;
il n'y a donc aucun jeu n, entre l'espace 111 et l'arbre comme dans la vanne-papillon conforme à l'invention (voir la fig. 8). Il en résulte que le papillon 108 ne peut pas se déplacer par rapport aux arbres pendant la rotation commune du papillon et de ces arbres.
L'axe vertical du papillon étant monté excen triquement par rapport aux axes des arbres, si les dis ques du papillon avaient un diamètre suffisamment grand pour permettre à la garniture interposée de venir en contact direct avec la surface périphérique intérieure du corps, celle-ci ne présentant aucun siège annulaire de soupape pour coopérer avec le bord périphérique extérieur de la garniture, le papillon porterait fermement contre cette surface périphérique intérieure du corps, pendant la rotation du papillon et la rotation de ce pa pillon serait arrêtée par le corps (voir la fig. 8).
Afin d'éliminer cette difficulté dans la vane-papillon connue, les disques du papillon doivent avoir, comme représenté à la fi-. 6, un diamètre assez petit afin que la garniture ne puisse venir au contact direct avec la surface périphé rique intérieure du corps et il faut prévoir un siège annu laire de soupape le long et autour de la surface péri phérique intérieure du corps, pour compenser la réduc tion du diamètre des disques et permettre d'assurer l'étanchéité entre la périphérie extérieure du papillon et la périphérie intérieure du corps tout en permettant une rotation aisée du papillon.
Dans la forme d'exécution décrite, toutefois les dis ques 9 du papillon 8 sont d'un diamètre suffisant pour que la garniture puisse venir au contact direct avec la surface périphérique intérieure du corps et le papillon 8 est mobile par rapport aux arbres 7 et 15 sur une dis tance n correspondant à la différence entre la longueur de la section rectangulaire de l'espace 11 et celle de la section rectangulaire des parties terminales aplaties 7" et 15" des arbres 7 et 15. Ainsi, le papillon peut tourner aisément au contact direct de la surface périphérique intérieure du corps 1, tout en assurant le maintien de l'étanchéité avec le corps, ceci sans qu'il soit nécessaire de prévoir un siège annulaire le long et autour de la périphérie intérieure de ce corps.
Ceci permet de facili ter grandement le fonctionnement de la vanne-papillon et de simplifier la construction de cette vanne en rédui sant par conséquent les frais de fabrication.