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La présente invention concerne généralement les soupapes servant à commander l'écoulement des fluides et, plus particulièrement, les soupapes fai- sant usage de dispositifs d'étanchéité du type à anneau de section circulaire.
On a autrefois construit divers types de soupapes dans lesquels il était fait usage de dispositifs d'étanchéité élastique du type à anneau de section circulai- re,Comme décrit dans le brevet délivré aux Etats-Unis d'Amérique sous le N 2.713.989 du 26 Juillet 1955 au nom de BRYANT, il est possible de construire une telle soupape qui soit capable d'être utilisée sous des pressions de travail relativement élevées sans risque que l'anneau se dégage de son logement. Les anneaux d'étanchéité de section circulaire autrefois utilisés dans les soupapes étaient faits de matières élastiques telles que le caoutchouc synthétique et, à l'état détendu, leur forme était circulaire en section.
Dans certains types de spupapes, ces anneaux de section circulaire sont susceptibles de ne pas pos- séder toutes les propriétés désiréeso Par exemple, s'il est fait usage d'un tel anneau d'étanchéité dans une soupape du type "papillon" ayant été construite avec un jeu entre la périphérie du disque de soupape et le corps ou boite à sou- pape, il est possible que l'anneau ne maintienne une étanchéité satisfaisante entre le corps et le disque dans toutes les conditions de travail, en particulier si l'anneau est fait d'une matière élastique relativement dure, telle qu'un caoutchouc synthétique dur, ou de matières du genre du "Nylon" ou du "Teflon".
De plus, l'utilisation d'un anneau de section circulaire tend à exiger des couples relativement élevés pour faire tourner l'élément de soupape entre ses positions d'ouverture et de fermeture.
D'une façon générale, la présente invention vise à établir une con- struction de soupape perfectionnée faisant usage d'un anneau d'étanchéité élas- tique.
D'autres buts sont d'établir une telle construction de soupape per- fectionnée dans laquelle le dispositif d'étanchéité met à profit, d'une manière nouvelle, la pression du fluide qui règne en amont pour maintenir l'étanchéité désirée entre la boite ou bâti et l'élément de soupape ; soupape du type papillon, pourvue de moyens d'étanchéité élastiques perfectionnés, caractérisée par le fait que le couple nécessaire pour faire tourner l'élément de soupape entre ses positions d'ouverture et de fermeture est relativement faible ;
laquelle l'anneau d'étanchéité en matière élastique est d'un type nouveau destiné à des soupapes servant à maintenir un joint étanche lorsque l'élément de soupape occupe sa position de fermetureo
La présente soupape, du type papillon de construction perfectionnée, se prête à son utilisation sous des pressions de travail élevées.
D'autres buts et particularités de l'invention seront mis en évidence au cours de la description donnée ci-après des formes de réalisation préférées de la dite invention, décrites ci-après en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels :
Figo 1 est une vue en bout d'une soupape du type papillon établie conformément à l'invention.
Figo 2,est une coupe transversale par la ligne 2-2 de fige 1.
Figo 3 est une coupe transversale par la ligne 3-3 de figo 1.
Figo 4 est une vue semblable à figure 3 mais représentant l'anneau d'étanchéité dans une position de travail différente.
Figo 5 est une coupe transversale à plus grande échelle par la ligne 5-5 de figo 1.
Figo 6 est une vue de détail en plan représentant le dispositif de commande de la soupape et le dispositif d'encliquetage y associée
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Figo 7 est une coupe en section transversale à plus grande échelle illustrant une autre forme de réalisation de l'invention.
La construction de soupape représentée aux figures 1 à 5 des dessins est composée d'un corps ou boite à soupape formé de deux pièces 10a, 10b. Les passages ou conduits d'écoulement 11 formés par ces pièces sont destinés à être reliés à une tuyauterie associée. Les portions adjacentes des deux pièces du corps ou boite à soupape, sont usinées de manière qu'elles forment les faces complémentaires annulaires 12 et 13, conjointement avec les faces complémentaires annulaires déportées 14,et 16. Une rainure ou creusure annulaire prévue dans la pièce 10a est destinée à recevoir un anneau d'étanchéité élastique 18 dont le rôle est d'établir un joint élastique étanche au fluide entre les deux pièceso
L'élément de soupape 19 est un disque monté pour tourner autour d'un axe 21.
Comme il sera expliqué plus loin, ce disque présente une surface de travail destinée à entrer en contact avec un anneau d'étanchéité élastique porté par le corps et à assurer l'étanchéité avec l'aide dudit anneau. Des portions de bord opposées du disque 19 sont assujetties aux extrémités intérieures de 'deux arbres 22 et 23 mutuellement alignéso Ces arbres sont reçus à l'intérieur de forures 25 et 26 pratiquées dans la pièce 10b du corps et sont supportés de façon rotative par des coussinets 27 et 28 qui les entourent. Une oreille ou saillie plate 31 formée sur l'extrémité intérieure de chacun des arbres 21, 22, est destinée à se loger à l'intérieur d'une cavité annulaire 32 pratiquée au bord du disque.
Des vis 33 fixent les deux saillies au disque, les tolérances étant telles que les pièces peuvent être alignées exactement avant que les vis de fixation aient été serrées à fonde
Des moyens d'étanchéité appropriés sont prévus pour empêcher que des fuites se produisent autour des deux arbres. Ainsi, un anneau élastique de section circulaire 36 est disposé près de l'extrémité intérieure du coussinet 27, cet anneau étant retenu par un collier annulaire 37 formé sur l'extrémité correspon- dante de l'arbre. L'extrémité extérieure du coussinet 27 entre en contact avec un jonc élastique 380 Un autre anneau de section circulaire 39 sert à assurer une protection contre la pénétration de matières étrangères et à retenir le lubrifiant.
L'arbre 23 est similairement pourvu d'un anneau 40 d'étanchéité pour fluides sous pression, lequel est retenu par une bride ou rebord 41. L'extrémité extérieure du coussinet 28 bute contre un jonc élastique 42. L'extrémité exté- rieure de l'alésage 26 peut être fermée par un tampon 43.
L'extrémité extérieure de l'arbre 22 est établie de manière qu'elle s'accouple avec un organe de manoeuvre approprié, tel qu'une poignée de manoeuvre 46. Cette poignée est reçue dans une creusure d'un bras 47 faisant corps avec un manchon 48 qui est dentelé intérieurement pour s'ajuster sur l'extrémité den- telée 49 de l'arbre 22. Une plaque 51 est convenablement fixée, par exemple à l'aide de vis, au corps de la soupape et est pourvue d'une portion 52 en forme de secteur, qui est dentelée. Dans une forure 50 du'.bras 47 est ajusté de façon coulissante un poussoir d'encliquetage 53, qui est sollicité par un ressort 54 vers les dents du secteur 52.
Une vis 55 permet de régler la poussée du ressort 54, et il est prévu une vis 60 qu'on peut faire tourner pour bloquer le poussoir 53 contre le secteur dentelée Grâce à cette disposition, l'arbre 22 peut être soit retenu dans toute disposition de travail à laquelle il peut avoir été amené par rotation, soit bloqué dans toute position désiréeo Une dent 56 portée par lai douille 48 (figure 6) entre en contact avec une vis d'arrêt réglable 57 dans la position de complète ouverture de la soupape, alors qu'un épaulement de butée 58 porté par le bras 47 vient buter contre une vis d'arrêt réglable 59 à la position de complète fermeture.
Un dispositif approprié est prévu qui permet de bloquer rigidement l'une à l'autre les deux pièces du corps ou boite à soupape. C'est ainsi que des
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oreilles circonférentiellement espacées 61 de la pièce 10a dudit corps sont soumises à la poussée de vis 62 qui se vissent dans des oreilles 63 (figure 1) de la partie lOb du corps.
Les figures 1 et 2 représentent la façon dont la soupape peut être installée entre des brides d'accouplement 64 faisant partie d'une canalisation associée. Des boulons de serrage 66 sont vissés dans les oreilles 67 de la pièce 10b du corps et bloquent les deux pièces du corps entre les brides 64.
Le dispositif d'étanchéité prévu entre le disque et le corps a été représenté en détail aux figures 3 à 5. La périphérie du disque est usinée de manière à former une surface de travail 71 pour cet élémento Cette surface pos- sède la forme d'un tronc de cône qui est tangentiel à une sphère dont le centre coïncide avec l'axe 21 et avec l'axe du passage 11 et dont le rayon correspond à la distance comprise entre ce centre et la portion médiane de la surface 71.
Des surfaces biseautées sont formées près des bords de la surface 71 et, vues en coupe (figo 5), ces surfaces biseautées font un angle d'environ 30 avec la surface de travail de la soupapes Dans la portion de la boite à soupape qui entoure le disque de soupape 19, il est prévu une cavité annulaire 74 destinée à recevoir l'anneau d'étanchéité élastique 76. Cet anneau est fait d'un élasto- mère approprié, tel que le "Nylon" ou le "Téflon". Sa dureté (mesurée sur le Duromètre) peut être de l'ordre de 90 ou davantage. Le profil de l'anneau, en section (figo3), est généralement triangulaire. Il est pourvu de faces latérales relativement plates 77 et d'une base concave 78, comme représenté.
La surface 79 qui forme le sommet est, arrondie et destinée à faire pression sur la surface de travail 71 du disque pour établir un joint étanche avec ladite surface.
Les surfaces 81 formant les coins de la base de l'anneau sont elles-mêmes arron. dies et se raccordent aux surfaces latérales 77 et à la surface de bas 78. Les portions de base 82 de l'anneau forment des jambages capables de travailler à la fois à la flexion et à la compression, ce qui accroît effectivement le degré de souplesse offert par une matière élastique d'une dureté donnée. Les extrémités des jambages 82 coïncident avec la surface d'un cône dont l'axe coïncide avec l'axe central du disque lorsque celui-ci occupe sa position de fermeture.
La cavité 74 recevant l'anneau d'étanchéité possède elle-même un profil et une section généralement triangulaires. Les côtés de cette cavité sont délimités par des lèvres 83 et 84 formées respectivement sur les parties respectives 10a et 10b du corps. Les surfaces latérales 86 de la cavité sont formées sur les faces intérieures des lèvres 83 et 84. L'intervalle qui sépare ces lèvres est tel que lesdites lèvres compriment normalement l'anneau à un degré limité dans deux régions opposées, lorsque l'anneau est à l'état détendu (c'est-à-dire lorsqu'il n'est pas soumis à une pression différentielle). Il s'ensuit que. chacune des lèvres est en contact étanche avec l'anneau, lorsque celui-ci est dans cet état détendu, outre que ce contact est tel qu'il assure une force de retenue mécanique importante.
La surface de base 87 de laccavité épouse généralement la surface d'un cône dont l'axe coïncide avec l'axe du disque en position de fermeture, et cette surface 87 est en contact étanchée avec l'une et l'autre des surfaces arrondies 81, à l'état détendu de l'anneau. Les coins de la cavité sont formés par des surfaces arrondies 88, dont le rayon est légè- rement supérieur au rayon des surfaces 81.
Les dimensions adoptées sont telles que des espaces 89 existent entre les surfaces 77 et 86, de même qu'entre les surfaces 78 et 87, à l'état détendu de l'anneau. De préférence, les espaces 89 communiquent avec les passages d'é- coulement correspondants de la soupape d'une manière propre à assurer la trans- mission de la pression. C est ainsi qu'un ou plusieurs conduits de faible section 90 établissent une telle communication pour un des côtés de la cavité et qu'un ou plusieurs autres conduits de faible section 91 établissent une telle communication pour 1 autre côté. Une telle communication n'est pas essentielle,
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mais elle contribue à assurer l'application désirée d'une pression du fluide sur l'anneau d'étanchéité.
Ainsi qu'il sera expliqué plus loin, l'espace 92 qui sépare les surfaces 78 et 87 est en communication de transmission de pression avec le cou- rant d'amont ou côté à haute pression de la soupape, grâce à une disposition de clapets de retenue qui sera décrite plus loin.
Comme représenté à la figure 3, la surface arrondie 79 de l'anneau d'étanchéité 76 fait normalement saillie sur une distance sensible au-delà des lèvres 83 et.84. Les surfaces périphériques 93 et 94 de ces lèvres sont celles d'un cône, et leurs dimensions sont telles qu'un faible jeu existe entre elles et la surface de travail 71 du disque. Dans la position de fermeture du disque, la surface arrondie 79 de l'anneau d'étanchéité 76 exerce une pression sur la surface 71, l'annexa, étant soumis à un certain degré de compression de manière à établir un contaet étanche avec le disque, et, en outre, à presser les jambages 82 de l'anneau dans une direction propre à appliquer les surfaces arrondies 81 sur les surfaces adjacentes de la cavité et assurer ainsi un joint étanche entre ces surfaces.
La figure 5 représente une disposition convenable de clapets de retenue dont le rôle est d'établir une communication entre l'espace 92 situé à la base de l'anneau d'étanchéité et le côté amont de la soupape. Ainsi, deux clapets de retenue 96 et 97 sont prévus dans les deux pièces 10a et 10b du corps, ces clapets pouvant être du type à bille, comme représenté. Le courant d'amont appliqué par l'intermédiaire du conduit 98 ouvre le clapet 96 en surmontant l'action de son ressort de compression 99, ce qui permet à ladite pression d'a- mont d'être appliquée par l'intermédiaire de conduits 101 et 102 à l'espace 92.
De même, lorsque la pression d'amont est appliquée au clapet 97 par l'intermé- diaire du conduit 103, ce clapet s'ouvre, ce qui effectue une mise sous pression de l'espace 92 par l'intermédiaire des conduits 101 et 102. Les clapets de retenue empêchent le fluide de passer directement de l'un à l'autre des côtés du disqueo
L'assemblage des éléments de la soupape décrite s'effectue comme suit : On assemble d'abord les arbres 22 et 23 pourvus des organes d'étanchéité y associés à l'intérieur de la partie 10b du corps ou boite à soupape. Les arbres ayant été amenés à une position faisant un angle de 180 par rapport à celle qu'ils occupent à la figure 2, on insère le disque 19, à partir de sa droite, et on le fixe librement aux arbres à l'aide des vis 33.
On pose alors l'anneau d'étanchéité de seetion approximativement triangulaire 76, on place la partie 10a du corps dans la position représentée avec son joint annulaire de section circulaire 18, et l'on fixe l'une à l'autre les deux pièces du corps, à l'aide des boulons de fixation 62. On fait alors tourner les arbres pour amener le disque à la position représentée à la figure 2. La poussée qu'exerce le joint 76 sur le disque 19 a pour effet de centrer ce disque, et les vis 33 peuvent par conséquent maintenant être serrées de manière à fixer les arbres au disque.
La soupape décrite ci-dessus fonctionne de.la manière suivante : Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, lorsqu'il ne s'exerce aucune pression différentielle, l'anneau d'étanchéité 76 occupe la position détendue de figure 3. Lorsque la face gauche du disque 19 est soumise à une pression, 1 anneau d'étanchéité 76 est sollicité par la pression différentielle du fluide vers la position représentée à la figure 4. On notera que la portion arrondie 81 de l'anneau a été pressée contre la surface arrondie 88 de la cavité et que la surface latérale 77 de l'anneau 76 a été pressée contre la surface latérale 86 de ladite cavité.
L'espace 89 qui existe sur le côté gauche de l'anneau communi- que avec la pression d'amont du fluide par le conduit 91, outre que l'espace 92 séparant les surfaces 78 et 87 communique avec le côté amont du courant de fluide par 1'intermédiaire du clapet de retenue 96.Ainsi, dans de telles
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conditions, l'anneau 76 est pressé par le fluide d'amont dans deux directions, l'une d'elles étant celle d'une poussée latérale résultant de la pression qui s'exerce sur la surface 77 et qui sollicite l'anneau 76 de manière à l'appliquer contre la surface 86 de la cavité, et l'autre étant celle d'une poussée exercée par le fluide sous pression sur la surface 78 de l'anneau et tendant à sollici- ter ledit anneau vers la position de dontact d'étanchéité avec la surface 71 de l'anneau 76.
Lorsque la différence de pression diminue, l'anneau 76 revient à sa position détendue, et le fluide sous pression que contient 1 espace 92 est mis à même de s'échapper vers le côté amont en passant en regard de la por- tion de base 82 de l'anneau 760 Il reste généralement un peu de fluide sous pression emprisonné dans l'espace 92, alors même que la pression aurait été réduite à celle de l'atmosphère dans les passages 11 du corps. La valeur de cette pression peut varier selon divers facteurs, dont l'un est le degré d'écrasement existant entre les surfaces 81 et 87.
Si l'on suppose qu'une pression de fluide relativement élevée a été appliquée sur une des faces du disque ou élément de soupape 19, par exemple le maximum de pression de travail pour lequel la soupape a été calculée, la pression d'amont sera transmise par l'intermédiaire d'un des clapets de la manière décrite plus haut, et une telle pression règnera dans l'espace 92.
La réduction d'une telle pression d'un tel maximum de pression à la pression atmosphérique s'accompagnera d'un échappement d'une partie du fluide sous pression que contient l'espace 92, de la manière précédemment décrite, mais une différence de pression sera maintenue entre la pression régnant dans ledit espace 92 et la pression règnant dans le conduit d'admission, cette différence correspondant généralement à la pression du fluide résiduel emprisonné dont il a été question plus haut.
On supposera maintenant qu'il se produit une inversion de la pres- sion différentielle. L'anneau 76 sera comprimé dans le sens opposé, c'est-à-dire de manière à contraindre les surfaces de gauche 77 et 86 à entrer en contacto Dans ce cas encore, l'espace 89, qui se trouve à droite de l'anneau 76 communi- que avec le côté amont situé à droite, et l'espace 92 est mis en communication avec la pression règnant en amont par l'intermédiaire du clapet de retenue 97, la réduction de cette différence de pression permet de nouveau à l'anneau 76 de revenir à son état détendu, ce qui s'accompagne d'un certain degré d'échappement du fluide sous pression que contenait ledit espace 92.
Une caractéristique de la soupape décrite plus haut est que la pression du fluide contribue à maintenir un contact étanche au fluide entre la boite et les éléments de soupape, bien que la matière dont.est fait l'anneau 76 soit relativement durée Ceci peut en partie être attribué au fait que lorsqu'une pression différentielle est appliquée, la surface 78 et l'une des surfaces latérales 77 de l'anneau 76 sont exposées à la pression d'amonto Ceci peut aussi être en partie attribué au fait que les jambages 82 sont soumis non seulement à un compression, mais aussi à une flexion, ce qui permet un degré sensible de flexion élastique sans qu'on ait entièrement à compter sur une compression directe.
Une autre caractéristique de la présente soupape est que, bien que 1' anneau 76 établisse une obturation effective entre la boite et le disque de soupape dans toutes les conditions de travail,le couple nécessaire pour faire mouvoir le disque vers et à l'écart de sa position de fermeture est relativement faible, en comparaison avec celui qui serait nécessaire s'il était fait usage d'un anneau d'étanchéité de section transversale circulaire ayant une dureté comparable. Même sous des conditions d'une pression différentielle relativement élevée, le couple nécessaire pour actionner la soupape est relativement modéré.
Lorsque le disque de soupape occupe sa position de complète ouver- ture, il fait pression sur l'anneau 76 en deux points espacés de sa circonférence.
Si la soupape reste ainsi ouverte pendant un temps considérable, une telle pres- sion de contact est susceptible d'occasionner la formation d'entailles dans l'anneau d'étanchéité, de sorte que lorsque'la fermeture de la soupape se produit l'anneau 76 ne revient pas immédiatement à'son état initial normale ce qui
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occasionne un certain degré de fuite.
Cette difficulté est surmontée, dans le cas de la présente .construction, en raison du fait que la poussée résultant de la pression différentielle appliquée sollicite l'anneau contre le disque, de sorte qu'il n'est pas absolument nécessaire de compter entièrement sur un retour rapide de la matière élastique à son état normal après qu'elle a été soumise à une compression de longue durées
Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, la présente soupape peut être installée en vue de permettre à la pression de s'exercer indifféremment vers un côté ou vers l'autre. Quelles que soient les différences de pression pour les- quelles la soupape a été calculée, un jeu est maintenu entre la périphérie du disque et les surfaces périphériques adjacentes de la boite ou corps, de telle sorte que ces surfaces ne frottent pas lorsqu'on fait tourner le disque.
A titre d'exemple, dans un cas particulier la soupape avait été construite avec les proportions générales illustrées sur le dessin et avec des conduits d'écoulement de 152 mm de diamètre. Le diamètre du disque ou élément de soupape, au centre de la zone de contact du disque avec l'anneau d'étanchéité, était d'environ 146 mm. Les divers angles indiqués à la figure 3 étaient les suivants : L'angle 1 que font entre elles les surfaces latérales 77 de l'anneau 76 à l'état détendu était d'environ 60 . L'angle 2 que fait chacune des surfaces latérales 86 avec la lase 87 de la cavité était de 43 . L'intervalle annulaire séparant les lèvres 83 et 84 était de 4,38 mm. La surface courbe 79 avait reçu un rayon de 3,57 mm et les surfaces courbes 81 avaient reçu un rayon de 0,8 mm.
La largeur maximum, mesurée en travers de la base de l'anneau, était de 10,73 mm et l'épaisseur, mesurée de la surface 79 à la ligne de base, était de 7,15 mm.
L'anneau était fait d'un caoutchouc synthétique ayant une dureté (mesurée sur le Duromètre) d'environ 98. Le jeu métallique existant entre l'élément de soupape et les surfaces 93 et 94 était de 0,2 mm en position de fermeture. La soupape fonctionnait d'une manière également satisfaisante quel que soit le côté où la pression du fluide était appliquée, sur une échelle de pressions de travail allant de zéro à 42 kg/cm2. Après avoir appliqué le maximum de pression de travail sur une des faces de'Isolément de soupape (en position de fermeture)., puis réduit la pression à celle de l'atmosphère, on a constaté que l'espace 92 retenait du fluide emprisonné sous une pression de 10,5 à 14 kg/cm2.
Les conduits d'échappement 90 et 91 jouent un certain rôle dans le mode de travail décrit plus haut, bien que, en apportant quelque changement au ¯principe du fonctionnement, il soit possible de supprimer ces conduits. Dans de telles conditions, la pression d'admission règnant dans l'espace 92 pousse 1' anneau 76 contre les lèvres 83 et 84, ainsi que contre la surface de travail 72 du disque.
En supposant que la pression d'admission ait été réduite à partir d'une valeur maximum de 42 kg/cm2, du fluide sous cette pression maximum reste empri- sonné dans l'espace 92, à moins qu'il ne se produise un mouvement du disque ayant pour effet d'écarter l'anneau d'étanchéité de sa position de contact avec les lèvres 83 et 84. En. général, il semble qu'il soit désirable de faire usage des conduits d'échappement 90 et 91, en particulier parce que ceci évite de retenir dans l'espace 92 une pression de travail maximum qui, sous certaines conditions, pourrait soumettre l'anneau d'étanchéité à des forces tendant à lui donner une déformation permanente.
Certaines caractéristiques de construction de la soupape du type papillon qui vient d'être décrite sont applicables conjointement avec un anneau d'étanchéité de section circulaire lorsqu'on désire renoncer aux avantages du type spécial d'anneau d'étanchéité précédemment décrit. Ainsi, comme représenté à la figure 7, l'anneau d'étanchéité 111 possède dans ce cas la forme d'un cercle en section et est reçu à l'intérieur d'une cavité 112. Les lèvres 113, 114, correspondant aux lèvres 83 et 84, ont pour rôle de retenir l'anneau de section circulaire dans la cavité destinée à le recevoir. En position de fermeture de la soupape, l'anneau de section circulaire est comprimé à l'effèt d'établir un
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contact étanche avec le corps ou boite à soupape et avec la périphérie du disque.
Les espaces 116 et 117 existant de part et d'autre de l'anneau de section cir- culaire font communiquer le fluide sous pression avec les côtés correspondants du disque par l'intermédiaire d'un ou plusieurs conduits correspondant aux con- duits 91 et 90 de figure 3. Bien que la forme de réalisation de figure 7 puisse se comporter d'une manière satisfaisante sous certaines conditions favorables, elle ne constitue pas la construction préférée pour les raisons déjà expliquées.
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The present invention relates generally to valves for controlling the flow of fluids and more particularly to valves making use of ring type sealing devices of circular cross section.
In the past, various types of valves have been constructed in which use has been made of circular section ring type resilient sealing devices. As described in U.S. Patent No. 2,713,989 to July 26, 1955 On behalf of BRYANT, it is possible to construct such a valve which is capable of being used under relatively high working pressures without the risk of the ring breaking free from its housing. The circular-section sealing rings formerly used in valves were made of elastic materials such as synthetic rubber and, when relaxed, their shape was circular in section.
In certain types of spupapes, these rings of circular section are likely not to have all the desired properties. For example, if such a sealing ring is used in a "butterfly" type valve which has been used. constructed with a clearance between the periphery of the valve disc and the valve body or box, the ring may not maintain a satisfactory seal between the body and the disc under all working conditions, especially if the The ring is made of a relatively hard elastic material, such as hard synthetic rubber, or "Nylon" or "Teflon" type materials.
In addition, the use of a ring of circular section tends to require relatively high torques to rotate the valve member between its open and closed positions.
In general, the present invention aims to provide an improved valve construction making use of an elastic seal ring.
Other objects are to establish such an improved valve construction in which the sealing device takes advantage, in a novel way, of the pressure of the fluid which prevails upstream to maintain the desired sealing between the box. or frame and the valve element; butterfly type valve, provided with improved elastic sealing means, characterized in that the torque required to rotate the valve member between its open and closed positions is relatively low;
wherein the sealing ring of resilient material is of a novel type intended for valves serving to maintain a tight seal when the valve member is in its closed position
The present butterfly type valve of improved construction is suitable for use under high working pressures.
Other objects and particularities of the invention will be demonstrated in the course of the description given below of the preferred embodiments of said invention, described below in detail with the aid of the appended drawings in which:
Figo 1 is an end view of a butterfly type valve made in accordance with the invention.
Figo 2, is a cross section through the line 2-2 of fig 1.
Figo 3 is a cross section through line 3-3 of Figo 1.
Figo 4 is a view similar to Figure 3 but showing the sealing ring in a different working position.
Figo 5 is a cross section on a larger scale taken by line 5-5 of Figo 1.
Figo 6 is a detail plan view showing the valve control device and the associated ratchet device
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Figo 7 is an enlarged cross-sectional section illustrating another embodiment of the invention.
The valve construction shown in Figures 1 to 5 of the drawings consists of a valve body or box formed from two parts 10a, 10b. The flow passages or conduits 11 formed by these parts are intended to be connected to an associated piping. The adjacent portions of the two parts of the body or valve box are machined so that they form the annular complementary faces 12 and 13, together with the offset annular complementary faces 14, and 16. An annular groove or recess provided in the part 10a is intended to receive an elastic sealing ring 18 whose role is to establish an elastic seal fluid tight between the two parts.
The valve element 19 is a disc mounted to rotate about an axis 21.
As will be explained later, this disc has a working surface intended to come into contact with an elastic sealing ring carried by the body and to ensure sealing with the help of said ring. Opposite edge portions of the disc 19 are secured to the inner ends of two mutually aligned shafts 22 and 23. These shafts are received inside bores 25 and 26 made in part 10b of the body and are rotatably supported by brackets. pads 27 and 28 which surround them. A flat lug or protrusion 31 formed on the inner end of each of the shafts 21, 22, is intended to be received inside an annular cavity 32 made at the edge of the disc.
Screws 33 secure the two protrusions to the disc, the tolerances being such that the parts can be aligned exactly before the fixing screws have been fully tightened.
Appropriate sealing means are provided to prevent leaks from occurring around the two shafts. Thus, an elastic ring of circular section 36 is disposed near the inner end of the bearing 27, this ring being retained by an annular collar 37 formed on the corresponding end of the shaft. The outer end of the pad 27 comes into contact with an elastic ring 380 Another ring of circular section 39 serves to protect against the ingress of foreign matter and to retain the lubricant.
The shaft 23 is similarly provided with a sealing ring 40 for pressurized fluids, which is retained by a flange or flange 41. The outer end of the bushing 28 abuts against a snap ring 42. The outer end of the bore 26 can be closed by a buffer 43.
The outer end of the shaft 22 is established so that it mates with a suitable operating member, such as an operating handle 46. This handle is received in a recess of an arm 47 integral with it. a sleeve 48 which is internally serrated to fit over the serrated end 49 of the shaft 22. A plate 51 is suitably secured, for example by means of screws, to the valve body and is provided with a portion 52 in the form of a sector, which is serrated. In a bore 50 of the arm 47 is slidably fitted a latching pusher 53, which is biased by a spring 54 towards the teeth of the sector 52.
A screw 55 makes it possible to adjust the thrust of the spring 54, and there is provided a screw 60 which can be turned to block the pusher 53 against the serrated sector. Thanks to this arrangement, the shaft 22 can either be retained in any arrangement. to which it may have been rotated, or locked in any desired position o A tooth 56 carried by the sleeve 48 (figure 6) comes into contact with an adjustable stop screw 57 in the fully open position of the valve , while a stop shoulder 58 carried by the arm 47 abuts against an adjustable stop screw 59 in the fully closed position.
A suitable device is provided which enables the two parts of the body or valve box to be rigidly blocked to one another. This is how
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circumferentially spaced ears 61 of part 10a of said body are subjected to the thrust of screws 62 which screw into lugs 63 (FIG. 1) of part 10b of the body.
Figures 1 and 2 show how the valve can be installed between mating flanges 64 forming part of an associated pipeline. Tightening bolts 66 are screwed into the ears 67 of the body part 10b and lock the two body parts between the flanges 64.
The sealing device provided between the disc and the body has been shown in detail in Figures 3 to 5. The periphery of the disc is machined so as to form a working surface 71 for this element. This surface has the shape of a a truncated cone which is tangential to a sphere whose center coincides with the axis 21 and with the axis of the passage 11 and whose radius corresponds to the distance between this center and the middle portion of the surface 71.
Beveled surfaces are formed near the edges of surface 71 and, viewed in section (figo 5), these beveled surfaces make an angle of about 30 with the working surface of the valve In the portion of the valve box which surrounds the valve disc 19, there is provided an annular cavity 74 for receiving the elastic sealing ring 76. This ring is made of a suitable elastomer, such as "Nylon" or "Teflon". Its hardness (measured on the Durometer) can be of the order of 90 or more. The profile of the ring, in section (figo3), is generally triangular. It is provided with relatively flat side faces 77 and a concave base 78, as shown.
The surface 79 which forms the top is rounded and intended to put pressure on the working surface 71 of the disc to establish a tight seal with said surface.
The surfaces 81 forming the corners of the base of the ring are themselves round. dies and connect to the side surfaces 77 and to the bottom surface 78. The base portions 82 of the ring form legs capable of working both in flexion and in compression, which effectively increases the degree of flexibility. offered by an elastic material of a given hardness. The ends of the legs 82 coincide with the surface of a cone, the axis of which coincides with the central axis of the disc when the latter occupies its closed position.
The cavity 74 receiving the sealing ring itself has a profile and a generally triangular section. The sides of this cavity are delimited by lips 83 and 84 formed respectively on the respective parts 10a and 10b of the body. The side surfaces 86 of the cavity are formed on the inner faces of the lips 83 and 84. The gap between these lips is such that said lips normally compress the ring to a limited degree in two opposite regions, when the ring is. in the relaxed state (i.e. when not subjected to a differential pressure). It follows that. each of the lips is in sealed contact with the ring, when the latter is in this relaxed state, apart from the fact that this contact is such that it provides a significant mechanical retaining force.
The base surface 87 of the cavity generally follows the surface of a cone whose axis coincides with the axis of the disc in the closed position, and this surface 87 is in sealed contact with one and the other of the rounded surfaces. 81, in the relaxed state of the ring. The corners of the cavity are formed by rounded surfaces 88, the radius of which is slightly greater than the radius of the surfaces 81.
The dimensions adopted are such that spaces 89 exist between the surfaces 77 and 86, as well as between the surfaces 78 and 87, in the relaxed state of the ring. Preferably, the spaces 89 communicate with the corresponding flow passages of the valve in a manner suitable for providing pressure transmission. Thus, one or more small section conduits 90 establish such communication for one side of the cavity and one or more other small section conduits 91 establish such communication for the other side. Such communication is not essential,
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but it helps to ensure the desired application of fluid pressure on the sealing ring.
As will be explained later, the space 92 which separates the surfaces 78 and 87 is in pressure transmission communication with the upstream or high pressure side of the valve by means of a valve arrangement. retainer which will be described later.
As shown in Figure 3, the rounded surface 79 of the sealing ring 76 normally protrudes a substantial distance beyond the lips 83 and 84. The peripheral surfaces 93 and 94 of these lips are those of a cone, and their dimensions are such that a small clearance exists between them and the working surface 71 of the disc. In the closed position of the disc, the rounded surface 79 of the sealing ring 76 exerts pressure on the surface 71, the annexa, being subjected to a certain degree of compression so as to establish a tight contaet with the disc. , and, in addition, in pressing the legs 82 of the ring in a direction suitable for applying the rounded surfaces 81 on the adjacent surfaces of the cavity and thus ensuring a tight seal between these surfaces.
Figure 5 shows a suitable arrangement of check valves the role of which is to establish communication between the space 92 located at the base of the sealing ring and the upstream side of the valve. Thus, two check valves 96 and 97 are provided in the two parts 10a and 10b of the body, these valves possibly being of the ball type, as shown. The upstream current applied through the conduit 98 opens the valve 96 by overcoming the action of its compression spring 99, which allows said upstream pressure to be applied through the conduits. 101 and 102 at space 92.
Likewise, when the upstream pressure is applied to the valve 97 via the conduit 103, this valve opens, which pressurizes the space 92 via the conduits 101 and 102. Check valves prevent fluid from passing directly from either side of the disc to the other.
The assembly of the elements of the valve described is carried out as follows: First the shafts 22 and 23 provided with the sealing members associated therewith are assembled inside the part 10b of the body or valve box. The shafts having been brought to a position forming an angle of 180 with respect to that which they occupy in FIG. 2, the disc 19 is inserted, from its right, and it is freely fixed to the shafts using the screw 33.
The approximately triangular sealing ring 76 is then placed, part 10a of the body is placed in the position shown with its annular seal of circular section 18, and the two parts are fixed to each other. body, using fixing bolts 62. The shafts are then rotated to bring the disc to the position shown in FIG. 2. The thrust exerted by the seal 76 on the disc 19 has the effect of centering this. disc, and the screws 33 can therefore now be tightened to secure the shafts to the disc.
The valve described above operates in the following manner: As mentioned above, when no differential pressure is exerted, the sealing ring 76 occupies the relaxed position of Figure 3. When the left face of the disc 19 is subjected to a pressure, 1 sealing ring 76 is biased by the differential pressure of the fluid towards the position shown in FIG. 4. It will be noted that the rounded portion 81 of the ring has been pressed against the rounded surface 88 of the cavity and that the side surface 77 of the ring 76 has been pressed against the side surface 86 of said cavity.
The space 89 which exists on the left side of the ring communicates with the upstream pressure of the fluid through the conduit 91, in addition to the space 92 separating the surfaces 78 and 87 communicates with the upstream side of the fluid stream. fluid through check valve 96. Thus, in such cases
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conditions, the ring 76 is pressed by the upstream fluid in two directions, one of which is that of a lateral thrust resulting from the pressure exerted on the surface 77 and which urges the ring 76 so as to apply it against the surface 86 of the cavity, and the other being that of a thrust exerted by the pressurized fluid on the surface 78 of the ring and tending to urge said ring towards the position of including sealing act with the surface 71 of the ring 76.
When the pressure difference decreases, the ring 76 returns to its relaxed position, and the pressurized fluid contained in the space 92 is enabled to escape to the upstream side by passing opposite the base portion. 82 of ring 760 There is generally some pressurized fluid trapped in space 92, even though the pressure would have been reduced to that of the atmosphere in passages 11 of the body. The value of this pressure can vary depending on various factors, one of which is the degree of crushing existing between surfaces 81 and 87.
If it is assumed that a relatively high fluid pressure has been applied to one of the faces of the disc or valve member 19, for example the maximum working pressure for which the valve was calculated, the upstream pressure will be transmitted through one of the valves in the manner described above, and such pressure will prevail in space 92.
The reduction of such a pressure from such a maximum pressure to atmospheric pressure will be accompanied by an escape of part of the pressurized fluid contained in the space 92, in the manner previously described, but a difference of pressure will be maintained between the pressure prevailing in said space 92 and the pressure prevailing in the intake duct, this difference generally corresponding to the pressure of the trapped residual fluid which was discussed above.
It will now be assumed that there is a reversal of the differential pressure. The ring 76 will be compressed in the opposite direction, that is to say so as to force the left surfaces 77 and 86 to come into contact. In this case again, the space 89, which is to the right of the The ring 76 communicates with the upstream side on the right, and the space 92 is communicated with the pressure prevailing upstream through the check valve 97, the reduction of this pressure difference again allows the ring 76 to return to its relaxed state, which is accompanied by a certain degree of escape of the pressurized fluid contained in said space 92.
One feature of the valve described above is that the fluid pressure helps maintain fluid-tight contact between the can and the valve elements, although the material of which the ring 76 is made is relatively durable. be attributed to the fact that when a differential pressure is applied the surface 78 and one of the side surfaces 77 of the ring 76 are exposed to the upstream pressure. This can also be partly attributed to the fact that the legs 82 are subjected not only to compression, but also to bending, allowing a substantial degree of elastic bending without having to rely entirely on direct compression.
Another feature of the present valve is that, although the ring 76 provides an effective seal between the valve box and the valve disc under all working conditions, the torque required to move the disc to and away from it. its closed position is relatively small, compared to that which would be necessary if use were made of a sealing ring of circular cross-section of comparable hardness. Even under conditions of a relatively high differential pressure, the torque required to actuate the valve is relatively moderate.
When the valve disc is in its fully open position, it presses the ring 76 at two points spaced around its circumference.
If the valve is thus left open for a considerable time, such contact pressure is liable to cause the formation of notches in the sealing ring, so that when closing of the valve occurs. ring 76 does not immediately return to its normal initial state, which
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causes some degree of leakage.
This difficulty is overcome, in the case of the present construction, because the thrust resulting from the applied differential pressure urges the ring against the disc, so that it is not absolutely necessary to rely entirely on it. rapid return of the elastic material to its normal state after it has been subjected to compression for long periods of time
As emerges from the above, the present valve can be installed with a view to allowing the pressure to be exerted either towards one side or the other. Regardless of the pressure differences for which the valve has been calculated, a clearance is maintained between the periphery of the disc and the adjacent peripheral surfaces of the case or body, so that these surfaces do not rub when making spin the disc.
By way of example, in one particular case the valve had been constructed with the general proportions shown in the drawing and with flow ducts 152 mm in diameter. The diameter of the disc or valve element, in the center of the contact area of the disc with the sealing ring, was about 146 mm. The various angles shown in Figure 3 were as follows: The angle 1 between the side surfaces 77 of the ring 76 in the relaxed state between them was about 60. The angle 2 that each of the side surfaces 86 makes with the lase 87 of the cavity was 43. The annular gap between lips 83 and 84 was 4.38 mm. The curved surface 79 had received a radius of 3.57 mm and the curved surfaces 81 had received a radius of 0.8 mm.
The maximum width, measured across the base of the ring, was 10.73mm and the thickness, measured from surface 79 to the baseline, was 7.15mm.
The ring was made of synthetic rubber having a hardness (measured on the Durometer) of about 98. The metal clearance between the valve element and surfaces 93 and 94 was 0.2 mm in the closed position. . The valve operated equally well regardless of which side the fluid pressure was applied to, on a working pressure scale from zero to 42 kg / cm2. After applying the maximum working pressure to one of the faces of the valve isolation (in the closed position), then reducing the pressure to that of the atmosphere, it was found that the space 92 was retaining the fluid trapped under a pressure of 10.5 to 14 kg / cm2.
The exhaust ducts 90 and 91 play a certain role in the mode of work described above, although by making some change in the principle of operation it is possible to eliminate these ducts. Under such conditions, the inlet pressure prevailing in the space 92 pushes the ring 76 against the lips 83 and 84, as well as against the working surface 72 of the disc.
Assuming that the inlet pressure has been reduced from a maximum value of 42 kg / cm2, fluid under this maximum pressure remains trapped in space 92, unless movement occurs. of the disc having the effect of moving the sealing ring away from its position of contact with the lips 83 and 84. In. In general, it seems desirable to make use of the exhaust ducts 90 and 91, in particular because this avoids retaining in the space 92 a maximum working pressure which, under certain conditions, could subject the ring sealing to forces tending to give it a permanent deformation.
Certain construction features of the butterfly-type valve just described are applicable in conjunction with a seal ring of circular cross section when it is desired to forgo the advantages of the special type of seal ring previously described. Thus, as shown in FIG. 7, the sealing ring 111 has in this case the shape of a circle in section and is received inside a cavity 112. The lips 113, 114, corresponding to the lips 83 and 84, have the role of retaining the ring of circular section in the cavity intended to receive it. In the closed position of the valve, the ring of circular section is compressed in order to establish a
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sealed contact with the body or valve box and with the periphery of the disc.
The spaces 116 and 117 existing on either side of the ring of circular section communicate the pressurized fluid with the corresponding sides of the disc by means of one or more conduits corresponding to the conduits 91 and 90 of Fig. 3. Although the embodiment of Fig. 7 may perform satisfactorily under certain favorable conditions, it is not the preferred construction for the reasons already explained.