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PERFECTIONNEMENTS AUX ROBINETS A CLEF.
L'invention a trait à un appareil à travers lequel s'écoulent des fluides qui comprend une clef et des organes associés tournant avec une assez faible amplitude, jusqu'à 90 par exemple et a pour but d'assurer l'étanchéité' des parties tournantes. L'invention s'applique tout particulièrement aux ro- binets et soupapes à clef et réalise la fermeture étanche pour la noix elle- même aussi bien que pour la clef.
En ce qui concerne la fermeture étanche pour la noix, on emploie une noix dont la surface de travail est sphérique, maintenue entre des bagues de calage séparées qui sont portées dans le corps ou enveloppe de la soupape.
Conformément à la présente invention, les bagues de calage faites de caoutchouc vulcanisé ou d'une autre matière d'élasticité analogue, comprennent chacune une partie ayant une section sensiblement triangulaire et présentant une sur- face conique qui est en contact avec la surface de la noix : à l'angle oppo- sé à cette surface de contact, la section se prolonge par une couronne (ou dia- phragme) étroite qui est assujettie dans l'enveloppe de la soupape. Le côté de la bague le plus voisin de l'intérieur peut être prolongé vers cet intérieur par une partie étroite en forme de rebord au dos de laquelle la pression du fluide peut s'appliquer, appuyant ainsi cette partie contre la noix.
Dans les petits modèles, on peut réaliser un joint satisfaisant sans utiliser la pres- sion du fluide, mais dans les grands modèles de soupapes, le joint est amélio- ré par l'emploi de ce dispositif. Cette arrivée de la pression du fluide paît être obtenue en évidant la bague de calage ou l'enveloppe de la soupape ou les deux pièces. Il est bon que le diamètre intérieur de cette partie en forme de rebord, c'est-à-dire le diamètre du trou dans la bague, soit égal à celui du trou dans la noix. Enfin, l'extérieur de la partie dé la bague dont la sec- tion est triangulaire peut recevoir une forme cylindrique et coaxiale avec le trou dans la noix et peut, quand elle est libre, s'ajuster sans serrage dans l'enveloppe.
La couronne (ou diaphragme) étroite peut être assujettie entre deux surfaces convenables sur l'enveloppe elle-même et sur les éléments bou- lonnés qui portent les moyens de fixation des tuyaux.
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En ce qui concerne l'étanchéité de la clef, comme celle-ci tourne d'un angle relativement faible (90 ) ,cette clef dans certains cas peut être reliée de façon étanche à l'enveloppe de la soupape par un tube élastique de caoutchouc dont une extrémité est solidement fixée à l'enveloppe, par exemple au moyen d'une collerette, et l'autre à la clef; la rotation de la clef impo- se une torsion à ce manchon et pour que cette torsion reste peu élevée, il est nécessaire d'employer un long manchon.
Une réalisation particulière de ce mo- dèle a été exposée dans le brevet britannique N 577.699. Une autre forme bien connue pour une garniture employée dans un appareil hydraulique pour les joints d'une tige ou piston tournant ou ayant un mouvement alternatif est le cuir en U, mais dans ce cas les extrémités n'en sont pas fixées : elles se terminent chacune d'une façon très effilée et la fermeture étanche est obtenue par la pression hydraulique elle-même qui tend à dilater l'U et applique ainsi les branches du cuir contre les éléments qu'il faut joindre de façon hermétique.
Conformément à la présente invention, le joint pour la clef est constitué par un manchon double ayant une section longitudinale sensiblement en forme de U, ou analogue, qui est fixé à son extrémité extérieure à la pa- roi de l'enveloppe (ou analogue) et à son extrémité intérieure à la clef. Un premier avantage est que pour une longueur efficace donnée du manchon, la longueur totale est réduite à peu près de moitié ou, en d'autres termes, que pour une longueur totale donnée., on obtient une réduction de la torsion. De plus, la torsion du manchon a pour effet d'enrouler plus fortement celui-ci autour de la clef et augmente ainsi si l'efficacité du joint.
Les dessins qui sont joints représentent une réalisation de l'in- vention et différentes variantes.
La Fig. 1 est une coupe longitudinale d'une soupape complète, con- forme à l'invention.
La Fig. 2 est une coupe de la Fig. 1.
La Fig.'3 est une vue en plan de la Fig. 1.
La Fig. 4 est une coupe détaillée axiale du manchon employé dans la soupape des Figs. 1 à 3, ce manchon étant présenté avant d'être mis en pla- ce.
La Fig. 5 est une variante détaillée en coupe.
La Fig. 6 est une coupe détaillée d'une autre variante.
Comme le montrent les Figures 1 à 3, la soupape renferme une noix 1 ayant une surface extérieure sphérique 2 et complètement traversée par un trou cylindrique 3. La noix peut être toute entière en métal, elle peut aus- si être creusée de façon à avoir une enveloppe mince métallique qui sera rem- plie de matière plastique. Enfin, le trou peut avoir une enveloppe métallique assemblée à l'enveloppe. Cette forme de noix en deux parties a été décrite et fait l'objet du brevet britannique N 27.542/47.
La noix est logée dans une enveloppe de soupape 4 percée d'un trou principal cylindrique ayant un diamètre légèrement supérieur à celui de la noix. Cette enveloppe de soupape porte des mortaises ou logements 5 aux extrémités qui sont voisines des faces de fixation 6 des raccords de tuyau boulonnés 7. Les bagues de calage 8 occupent l'espace des deux côtés de la noix entre l'enveloppe de la soupape et les raccords 7. Les bagues doivent être faites d'une matière ayant une élasticité analogue à celle du caoutchouc vulcanisé. Cette matière peut être employée pour la plupart des fluides, mais en cas de nécessité, peut être remplacée par une autre matière telle que le caoutchouc synthétique.
Les bagues de calage présentent une section droite approximativement triangulaire (l'angle aigu étant tronqué) avec une couronne en saillie 9, fixée dans les logements annulaires 5 de l'enveloppe de la sou- pape par la pression des surfaces de fixation 6 des raccords de tuyau 7. Les surfaces extérieures 11 des bagues de calage portent librement dans l'inté- rieur cylindrique de l'enveloppe de la soupape. La surface intérieure de cha- que bague de calage adhère à la surface sphérique de la noix 1. Cette surfa- ce intérieure comprend une partie conique 12 qui procure un contact tangentiel
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plus ou moins étroit avec la noix et fait un angle aigu, 30 par exemple, avec la surface cylindrique extérieure 11.
A son extrémité extérieure, la surface conique rejoint une surface partiellement torique 13 qui se prolonge vers le bas jusqu'à atteindre un diamètre égal à celui du trou qui traverse la noix.
Ainsi se trouve constituée une partie intérieure en rebord 14.
Dans la Fig. 1, la face extérieure de la bague est plate et est entièrement recouverte par la surface de fixation plate 6 du raccord 7, de sor- te que la pression du fluide ne peut s'exercer sur la partie postérieure de la bague.
On trouve que pour des soupapes de petite dimension, dans lesquel- les le trou de la noix est inférieur à 1 inch (25 mm 4), l'élasticité propre de la bague et la pression résultant de la tendance du fluide à déplacer la'noix quand la soupape est fermée suffisent à réaliser un joint satisfaisant.
Pour des tailles plus grandes, il est préférable que la pression du fluide puisse s'exercer sur la bague pour augmènter l'étanchéité, cette dis- position pouvant d'ailleurs être aussi utilisée dans les soupapes de petite taille. Comme le montre la Fig. 5, la partie intérieure de la face terminale de la bague est évidée, comme en 15, pour donner un accès à la pression du fluide. Dans la Fig. 6, la face terminale de la plaque est plate,comme dans la Fig. 1, mais c'est l'extrémité du raccord 7 qui est évidée en 16 pour per- mettre à la pression du fluide d'atteindre la partie intérieure de,la face ter- minale de la bague. Il est évident que la bague et la surface de fixation 6 peuvent toutes deux être évidées pour arriver à ce résultat.
On remarquera que la pression du fluide s'exercera surtout dans la partie en forme de couronne de la bague qui est relativement flexible et qui sera par suite amenée à avoir un bon contact avec la noix de la soupape.
Dans le modèle que représentent les Figso 1 à 3, l'enveloppe de la soupape porte un boisseau ou cap ot boulonné, 17, portant la clef 18 qui traverse l'ouverture 19 de l'enveloppe de la soupape pour venir se fixer dans un logement 20 pratiqué dans la noix. L'extrémité de la clef n'est pas cy- lindrique, mais a, par exemple, la forme d'une languette 21 et le logement dans la noix, 20, a une forme correspondante et la profondeur convenable. On pourrait faire traverser à la clef un presse-étoupe avec chapeau, mais il est préférable de la fixer à l'enveloppe au moyen d'un manchon flexible double 22 fait d'une matière analogue au caoutchouc qui sera choisie en fonction du fluide, ainsi que cela a déjà été fait pour les bagues de calage.
On voit dans les figures que l'extrémité extérieure du manchon comprend une couronne 23 perpendiculaire à l'axe du manchon et qui est fixée à l'enveloppe 4. La partie intérieure 25 du manchon qui se réunit à la partie extérieure par une portion recourbée 26 porte, à son extrémité libre, une nervure intérieure 27 qui, normalement, par son élasticité propres serre suffisamment la clef pour assurer un joint étanche, mais un frettage ou une pince peuvent tout aussi bien être employés si on le désire.
Il est bon, comme le montre la Fig. 4, que le manchon soit moulé de façon que, lorsqu'il est libre, la partie intérieure au-dessus de la ner- vure 27 porte un trou concentrique à l'axe du manchon qui permet exactement le passage de la clef ; lorsque le manchon est monté, l'expansion de la partie nervurée donne à la partie intérieure du manchon une forme légèrement conique, sa partie supérieure et proche de la courbure étant tout près de la clef comme le montre la Fige 1. La partie extérieure du manchon, avant montage, peut éga- lement être conique, comme le montre la Fig. 4. L'expansion de la nervure n'affecte pas cette partie 22 et quand le manchon est mis en place, ses deux parties sont sensiblement parallèles comme le montre la Fig. 1.
La branche intérieure du manchon est un peu plus courte que la branche extérieure, la dif- férence étant telle que lorsque la couronne est fixée, l'extrémité de la par- tie intérieure du manchon ne touchera pas la surface du corps de la soupape : ainsi, si cette face est plate comme le montre la Fig. 1, la partie inférieure du manchon sera,un peu plus courte que la partie extérieure.
A titre d'exemple, pour une clef de 7/16" (11 mml12), le double manchon peut avoir une longueur totale de 17/32" (13 mm 493), l'épaisseur peut
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être environ 1/16" (1 mm 587) et la nervure peut avoir 1/8" de largeur (3 mm 175), ainsi qu'un trou de 5/16"' (7 mm 937), un chanfrein réunissant son bord supérieur au manchon.
Il est avantageux que la couronne 23 du manchon soit fixée à l'ai- de d'une couronne 24 que porte le boisseau 17 qui constitue le support de la clef en dehors du manchon. Un logement dans ce boisseau recevra le manchon et a de préférence une forme qui laisse un peu de jeu autour de celui-ci lors- qu'il a été mis en place et sans presser sur lui. La base du logement est de préférence une partie courte 28 qui réunit la partie de la clef se trouvant à l'intérieur du manchon à la partie, de plus grand diamètre, de cette clef qui se trouve au-dessus : on laissera de même un peu de jeu tout autour de la partie courbe 26 du manchon. Quand la pression du fluide vient s'exercer sur le manchon, les différentes parties seront ainsi bien soutenues après avoir d'abord un peu cédé à la pression.
Le robinet ou tout autre dispositif dans lequel on peut employer le manchon est de préférence monté de la façon connue pour que le manchon ne soit pas tordu quand la tige est au milieu de ses deux positions extrêmes, ce qui limite la torsion à son minimum, soit la moitié de l'angle total de rota- tion. La torsion du manchon a une tendance à enrouler celui-ci autour de la clef et constitue ainsi un joint supplémentaire voisin de la partie courbe 28 et, avec le montage qui vient d'être décrit, ce joint additionnel se produit lorsque la soupape est complètement fermée ou complètement ouverte, c'est-à- dire pour ses deux positions les plus habituelles.
Etant donné que la clef ne fait pas corps avec la noix, la séparation des deux pièces est empêchée et la rotation de la clef est limitée dans l'exemple qui est donné par la clavet- te radiale 29 fixée à la clef et qui se déplace dans une rainure d'ouverture angulaire suffisante pratiquée dans la partie supérieure du boisseau 17.
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IMPROVEMENTS TO KEY TAPS.
The invention relates to an apparatus through which fluids flow which comprises a key and associated members rotating with a fairly small amplitude, up to 90 for example and has the object of ensuring the sealing of the parts. rotating. The invention is particularly applicable to valves and key valves and provides the tight seal for the nut itself as well as for the key.
As regards the tight seal for the nut, a nut is employed whose working surface is spherical, held between separate wedging rings which are carried in the body or envelope of the valve.
In accordance with the present invention, the wedging rings made of vulcanized rubber or other material of similar elasticity each include a portion having a substantially triangular section and having a tapered surface which contacts the surface of the ring. nut: at the angle opposite to this contact surface, the section is extended by a narrow crown (or diaphragm) which is secured in the valve casing. The side of the ring closest to the interior can be extended towards this interior by a narrow rim-shaped part on the back of which the pressure of the fluid can be applied, thus pressing this part against the nut.
In small models a satisfactory seal can be made without using fluid pressure, but in large valve models the seal is improved by the use of this device. This arrival of the pressure of the fluid can be obtained by hollowing out the setting ring or the valve casing or both parts. It is good that the inner diameter of this rim-shaped part, that is, the diameter of the hole in the ring, is equal to that of the hole in the nut. Finally, the outside of the part of the ring, the cross section of which is triangular, can receive a cylindrical shape and coaxial with the hole in the nut and can, when it is free, fit loosely in the casing.
The narrow crown (or diaphragm) may be secured between two suitable surfaces on the casing itself and on the bolted elements which carry the means for fixing the pipes.
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With regard to the tightness of the key, as this rotates at a relatively small angle (90), this key in some cases can be tightly connected to the valve casing by an elastic rubber tube. one end of which is firmly attached to the casing, for example by means of a collar, and the other to the key; the rotation of the key imposes a twist on this sleeve and in order for this twist to remain low, it is necessary to use a long sleeve.
A particular embodiment of this model has been disclosed in British Patent No. 577,699. Another well-known form for a gasket used in a hydraulic device for the seals of a rod or piston rotating or having a reciprocating movement is the U-shaped leather, but in this case the ends are not fixed: they end each in a very tapered fashion and the watertight closure is obtained by the hydraulic pressure itself which tends to expand the U and thus applies the branches of the leather against the elements which must be joined hermetically.
According to the present invention, the seal for the key is constituted by a double sleeve having a longitudinal section substantially U-shaped, or the like, which is fixed at its outer end to the wall of the casing (or the like). and at its inner end to the key. A first advantage is that for a given effective length of the sleeve, the total length is reduced to about half or, in other words, that for a given total length, a reduction in twist is obtained. In addition, the twisting of the sleeve has the effect of wrapping it more strongly around the key and thus increases the efficiency of the seal.
The accompanying drawings show an embodiment of the invention and various variations.
Fig. 1 is a longitudinal section of a complete valve, in accordance with the invention.
Fig. 2 is a section of FIG. 1.
Fig.'3 is a plan view of Fig. 1.
Fig. 4 is a detailed axial section of the sleeve employed in the valve of Figs. 1 to 3, this sleeve being presented before being put in place.
Fig. 5 is a variant detailed in section.
Fig. 6 is a detailed sectional view of another variant.
As shown in Figures 1 to 3, the valve contains a nut 1 having a spherical outer surface 2 and completely crossed by a cylindrical hole 3. The nut can be entirely of metal, it can also be hollowed out so as to have a thin metallic envelope which will be filled with plastic. Finally, the hole can have a metal casing assembled to the casing. This two-part nut shape has been described and is the subject of UK Patent No. 27,542 / 47.
The nut is housed in a valve casing 4 pierced with a cylindrical main hole having a diameter slightly greater than that of the nut. This valve casing carries mortises or housings 5 at the ends which are adjacent to the fixing faces 6 of the bolted pipe fittings 7. The setting rings 8 occupy the space on both sides of the nut between the valve casing and fittings 7. The rings shall be made of a material having an elasticity similar to that of vulcanized rubber. This material can be used for most fluids, but if necessary, can be replaced by another material such as synthetic rubber.
The setting rings have an approximately triangular cross section (the acute angle being truncated) with a projecting crown 9, fixed in the annular housings 5 of the valve casing by the pressure of the fixing surfaces 6 of the fittings. pipe 7. The outer surfaces 11 of the timing rings bear freely within the cylindrical interior of the valve shell. The inner surface of each shim ring adheres to the spherical surface of the nut 1. This inner surface includes a tapered portion 12 which provides tangential contact.
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more or less narrow with the nut and makes an acute angle, for example, with the outer cylindrical surface 11.
At its outer end, the conical surface joins a partially toric surface 13 which extends downwards until it reaches a diameter equal to that of the hole which passes through the nut.
Thus there is formed an inner rim portion 14.
In Fig. 1, the outer face of the ring is flat and is entirely covered by the flat fixing surface 6 of the connector 7, so that the pressure of the fluid cannot be exerted on the rear part of the ring.
It is found that for small valves, in which the hole in the nut is less than 1 inch (25 mm 4), the inherent elasticity of the bushing and the pressure resulting from the tendency of the fluid to displace the valve. nuts when the valve is closed are sufficient to achieve a satisfactory seal.
For larger sizes, it is preferable that the pressure of the fluid can be exerted on the ring to increase the seal, this arrangement being able moreover also be used in the valves of small size. As shown in Fig. 5, the inner part of the end face of the ring is recessed, as at 15, to provide access to the pressure of the fluid. In Fig. 6, the end face of the plate is flat, as in FIG. 1, but it is the end of the connector 7 which is recessed at 16 to allow the pressure of the fluid to reach the interior part of the end face of the ring. It is obvious that both the ring and the fixing surface 6 can be recessed to achieve this result.
It will be noted that the pressure of the fluid will be exerted above all in the crown-shaped part of the ring which is relatively flexible and which will consequently be brought to have good contact with the nut of the valve.
In the model shown in Figs 1 to 3, the valve casing carries a plug or bolted cap, 17, carrying the key 18 which passes through the opening 19 of the valve casing to be fixed in a housing 20 made in the nut. The end of the key is not cylindrical, but has, for example, the shape of a tab 21 and the housing in the nut, 20, is of a corresponding shape and the proper depth. The key could be passed through a cable gland with a cap, but it is preferable to fix it to the casing by means of a double flexible sleeve 22 made of a material similar to rubber which will be chosen according to the fluid, as has already been done for the setting rings.
It can be seen in the figures that the outer end of the sleeve comprises a ring 23 perpendicular to the axis of the sleeve and which is fixed to the casing 4. The inner part 25 of the sleeve which meets the outer part by a curved portion 26 carries, at its free end, an internal rib 27 which, normally, by its inherent elasticity tightens the key sufficiently to ensure a tight seal, but a hooping or a clamp can just as well be employed if desired.
It is good, as shown in Fig. 4, that the sleeve is molded so that, when it is free, the inner part above the rib 27 has a hole concentric with the axis of the sleeve which allows exactly the passage of the key; when the sleeve is mounted, the expansion of the ribbed part gives the inner part of the sleeve a slightly conical shape, its upper part and close to the curvature being very close to the key as shown in Fig 1. The outer part of the sleeve, before assembly, can also be conical, as shown in FIG. 4. The expansion of the rib does not affect this part 22 and when the sleeve is put in place its two parts are substantially parallel as shown in FIG. 1.
The inner leg of the sleeve is a bit shorter than the outer leg, the difference being that when the crown is attached, the end of the inner part of the sleeve will not touch the surface of the valve body: thus, if this face is flat as shown in FIG. 1, the lower part of the sleeve will be, a little shorter than the outer part.
For example, for a 7/16 "(11 mml12) wrench, the double sleeve may have a total length of 17/32" (13 mm 493), the thickness may
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be approximately 1/16 "(1mm 587) and the rib may be 1/8" wide (3mm 175), as well as a 5/16 "'(7mm 937) hole, a chamfer joining its edge higher than the sleeve.
It is advantageous that the crown 23 of the sleeve is fixed by means of a crown 24 carried by the plug 17 which constitutes the support for the key outside the sleeve. A housing in this bushel will receive the sleeve and preferably has a shape which leaves some play around it when it has been put in place and without pressing on it. The base of the housing is preferably a short part 28 which joins the part of the key located inside the sleeve to the part, of greater diameter, of this key which is located above: we will also leave a little play all around the curved part 26 of the sleeve. When the pressure of the fluid is exerted on the sleeve, the different parts will thus be well supported after having first given in to the pressure a little.
The valve or any other device in which the sleeve can be used is preferably mounted in the known manner so that the sleeve is not twisted when the rod is in the middle of its two extreme positions, which limits the twist to its minimum, or half of the total angle of rotation. The twisting of the sleeve has a tendency to wrap it around the key and thus constitutes an additional seal adjacent to the curved portion 28 and, with the assembly just described, this additional seal occurs when the valve is fully closed. closed or fully open, that is to say for its two most usual positions.
Since the key is not integral with the nut, the separation of the two parts is prevented and the rotation of the key is limited in the example which is given by the radial key 29 fixed to the key and which moves in a sufficiently angular opening groove made in the upper part of the plug 17.