FR2471533A1 - Butterfly valve gate seal - has inflatable annular oval seal manufactured from stainless steel and pressurised by fluid - Google Patents

Abstract

The butterfly valve consists of a housing (1) and a disc (6) whose perimeter (7) is conical and which rotates in a spindle (4). An annular oval shaped tubular seal (8) is housed in a rebate (5) in the body and retained by a cover plate (11). When the disc is in the closed position, a fluid under pressure is injected into the seal tube and forms a water tight joint between the tube and disc. The seal tube is manufactured from a length of stainless steel tube which is formed into an annulus and welded. The tube is pressed into an oval shape whilst subjected to high internal fluid pressure.

Description

La présente invention est relative aux vannes à papillon, dont le papillon obturateur comporte une surface de portée périphérique qui, pour la position de fermeture de la vanne, vient en contact avec une membrane annulaire en métal, à l'intérieur de laquelle est formée une chambre annulaire qui peut être reliée à une source de fluide sous pression, pour gonfler la membrane et assurer ainsi un contact étanche avec le papillon. The present invention relates to butterfly valves, the shutter butterfly of which has a peripheral bearing surface which, for the closed position of the valve, comes into contact with an annular metal diaphragm, inside which is formed a annular chamber which can be connected to a source of pressurized fluid, to inflate the membrane and thus ensure tight contact with the butterfly.

Dans la vanne à papillon de ce type, qui est décrite dans le brevet FR 74 07144, la membrane est constituée par une virole de forme générale cylindrique, emman chiée à force dans l'alésage du corps de vanne, qui est obtenue-par soudage des bords adjacents de deux parois conformées de manière à créer l'étanchéité, lors de la fermeture, en se bombant localement sous l'effet de la pression du fluide. In the butterfly valve of this type, which is described in patent FR 74 07144, the diaphragm is constituted by a ferrule of generally cylindrical shape, fitted by force in the bore of the valve body, which is obtained by welding. adjacent edges of two walls shaped so as to create a seal, during closing, by bulging locally under the effect of the pressure of the fluid.

Cette disposition connue exige des usinages multiples et rend difficile le remplacement d'une membrane usée ou détériorée. This known arrangement requires multiple machining operations and makes it difficult to replace a worn or deteriorated membrane.

Le but de l'invention est de proposer une vanne à papillon dont la membrane d'étanchéité soit de fabrication simple, de haute efficacité et de remplacement facile. La vanne à papillon suivant l'invention est caractérisée en ce que la membrane est constituée par un tube fermé dont la section est approximativement ovale, et qui est engagé dans une cavité annulaire du corps, suivant une disposition telle que le petit axe de la section ovale est perpendiculaire à l'axe de l'alésage du corps. The object of the invention is to provide a butterfly valve whose sealing membrane is simple to manufacture, high efficiency and easy to replace. The butterfly valve according to the invention is characterized in that the membrane is constituted by a closed tube whose section is approximately oval, and which is engaged in an annular cavity of the body, according to an arrangement such that the minor axis of the section oval is perpendicular to the axis of the bore of the body.

Par l'effet de cet agencement le papillon atteint la position de fermeture en venant au contact tangentiel d'une surface annulaire de la membrane relativement grande du fait que la section de cette surface présente un grand rayon de courbure. Moyennant une conformation appropriée de la membrane cette surface de contact peut avoir un profil tronconique complémentaire de la forme tronconique de la surface périphérique de porte du papillon.Lorsque le fluide sous pression est admis dans la chambre in- terne de la membrane, le profil ovale de la section se déforme et tend à évoluer vers un profil circulaire, ce qui se traduit essentiellement par une expansion de la membrane suivant le petit axe de sa section. I1 en résulte une pression de contact élevée entre1 d'une part la membrane, et d'autre part la surface de portée du papillon et la paroi correspondante de la cavité du corps, ce qui est éminemment favorable à-la qualité de l'étanchéité. By the effect of this arrangement the butterfly reaches the closed position by coming into tangential contact with an annular surface of the relatively large membrane because the section of this surface has a large radius of curvature. With an appropriate conformation of the membrane, this contact surface can have a frustoconical profile complementary to the frustoconical shape of the peripheral surface of the throttle door. When the pressurized fluid is admitted into the internal chamber of the membrane, the oval profile of the section deforms and tends to evolve towards a circular profile, which essentially results in an expansion of the membrane along the minor axis of its section. I1 results in a high contact pressure between 1 on the one hand the membrane, and on the other hand the bearing surface of the butterfly and the corresponding wall of the body cavity, which is eminently favorable to the quality of the seal. .

La cavité annulaire qui sert de logement à la membrane est avantageusement délimitée par une feuillure du corps et par un couvercle terminal boulonné dans le corps. The annular cavity which serves as a housing for the membrane is advantageously delimited by a rebate of the body and by an end cover bolted into the body.

Le démontage de ce couvercle permet donc d'exécuter facilement, par glissement axial, la mise en place de la membrane, ou le retrait d'une membrane qui doit être remplacée.The dismantling of this cover therefore makes it possible to easily execute, by axial sliding, the positioning of the membrane, or the removal of a membrane which must be replaced.

La membrane de section ovale peut, suivant l'invention, être produite dans des conditions relativement simples en mettant en oeuvre un procédé suivant lequel on donne par cintrage une forme circulaire à un tube rectiligne de longueur voulue, on soude l'une à l'autre les extrémités jointives du tube cintre, et on façonne par déformation l'anneau torique creux ainsi obtenu, de manière à donner une forme sensiblement ovale à la section, initialement circulaire, de cet anneau. The membrane of oval section can, according to the invention, be produced under relatively simple conditions by implementing a method according to which a straight tube of desired length is bent circularly, one is welded to the other the contiguous ends of the hanger tube, and the hollow O-ring thus obtained is shaped by deformation, so as to give a substantially oval shape to the section, initially circular, of this ring.

Les opérations qui définissent les stades de ce procédé ne comprennent aucun usinage et relèvent de techniques usuelles de formage et d'assemblage. C'est ainsi que le façonnage par déformation de l'anneau torique creux peut être exécuté, soit à la presse en utilisant les élé- ments d'une matrice de forme convenable et en appliquant à l'intérieur de l'anneau la forte pression d'un fluide auxiliaire, soit par profilage aux galets. Danses deux cas le métal de l'anneau torique, qui est par exemple un acier inoxydable de nuance 304 L ou 316 L, subit un écrouissage qui lui confère des caractéristiques méca- niques très supérieures à celles du métal d'origine.C'est ainsi que la limite élastique d'un acier, qui initialement 2 serait d'environ 80 kg/mm2, bénéficie d'une élévation im- portante et particulièrement favorable, car elle supprime le risque que la membrane une fois montée dans le corps de vanne subisse une déformation permanente lors de son gonflement par l'injection du fluide sous pression, toute déformation permanente étant préjudiciable aux manoeuvres d'ouverture et de fermeture du papillon effectuées sans pression de fluide dans la membrane. The operations which define the stages of this process do not include any machining and fall under standard forming and assembly techniques. Thus, the shaping by deformation of the hollow O-ring can be carried out, either by pressing using the elements of a matrix of suitable shape and applying high pressure inside the ring. an auxiliary fluid, either by profiling with rollers. In two cases, the metal of the O-ring, which is for example a stainless steel of grade 304 L or 316 L, undergoes work hardening which gives it mechanical characteristics much superior to those of the original metal. as well as the elastic limit of a steel, which initially 2 would be around 80 kg / mm2, benefits from a significant and particularly favorable elevation, because it eliminates the risk that the membrane once mounted in the valve body undergoes a permanent deformation during its swelling by the injection of the pressurized fluid, any permanent deformation being detrimental to the opening and closing operations of the butterfly performed without fluid pressure in the membrane.

La membrane d'étanchéité tubulaire en métal que propose l'invention peut être incorporée dans des vannes à papillon utilisées pour commander la circulation de fluides dont la température peut atteindre 6000C. The tubular metal waterproofing membrane proposed by the invention can be incorporated into butterfly valves used to control the circulation of fluids whose temperature can reach 6000C.

L'invention sera explicitée de façon purement indicative au cours de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé, dans lequel
- la fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une vanne à papillon suivant l'invention;
- les fig. 2 à 4 illustrent schématiquement les principaux stades du procédé de fabrication de la membrane d'étanchéité tubulaire de la vanne de la figure 1;
- la fig. 5 représente, en coupe,une variante de membrane tubulaire.The invention will be explained in a purely indicative manner during the description which follows, with reference to the appended drawing, in which
- fig. 1 is an axial sectional view of a butterfly valve according to the invention;
- figs. 2 to 4 schematically illustrate the main stages of the process for manufacturing the tubular waterproofing membrane of the valve in FIG. 1;
- fig. 5 shows, in section, a variant of tubular membrane.

Le corps 1 de la vanne à papillon de la figure 1 a la forme générale d'un anneau dont l'alésage 2, d'axe XX, constitue un passage pour un fluide dont la circulation est commandée par le papillon obturateur 3 monté rotatif dans le corps de vanne au moyen de tourillons 4 dont l'axe yy, perpendiculaire à l'axe XX, est décalé par rap port au disque ou plateau 6 du papillon. La surface de portée périphérique 7, de forme tronconique, de ce plateau est appliquée de façon étanche au contact d'une membrane tubulaire annulaire 8 en acier, engagée dans une cavité annulaire 9 du corps de vanne, pour la position de fermeture représentée.Cette cavité 9 servant de logement à la membrane 8 est délimitée par une feuillure 5 formée dans le corps 1 et par un couvercle terminal plat 11, qui est fixé au moyen de boulons 12 dans le corps et n'exerce pas d'effort notable sur le contour de la membrane. The body 1 of the butterfly valve of FIG. 1 has the general shape of a ring whose bore 2, of axis XX, constitutes a passage for a fluid whose circulation is controlled by the shutter butterfly 3 rotatably mounted in the valve body by means of pins 4 whose axis yy, perpendicular to the axis XX, is offset relative to the disc or plate 6 of the butterfly. The peripheral bearing surface 7, of frustoconical shape, of this plate is applied in leaktight manner in contact with an annular tubular membrane 8 of steel, engaged in an annular cavity 9 of the valve body, for the closed position shown. cavity 9 serving as a housing for the membrane 8 is delimited by a rebate 5 formed in the body 1 and by a flat end cover 11, which is fixed by means of bolts 12 in the body and exerts no significant effort on the contour of the membrane.

La membrane 8 a une section de forme générale ovale, dont le petit axe 13 est perpendiculaire à l'axe XX, et sa chambre intérieure 14 comporte un orifice 16 à travers lequel débouche une tubulure 17 reliée à un conduit 18 traversant le corps de vanne qui peut être alimenté en fluide sous pression à partir du raccord 19 pour gonfler la membrane 8, en provoquant principalement son expansion suivant le petit axe 13, en créant une pression de contact et d'étanchéité avec la surface périphérique 7 du plateau de papillon 6 et avec le fond 10 du logement 9. The membrane 8 has a generally oval cross section, the minor axis 13 of which is perpendicular to the axis XX, and its internal chamber 14 has an orifice 16 through which opens a tube 17 connected to a conduit 18 passing through the valve body which can be supplied with pressurized fluid from the connector 19 to inflate the membrane 8, mainly causing its expansion along the minor axis 13, creating a contact and sealing pressure with the peripheral surface 7 of the butterfly plate 6 and with the bottom 10 of the housing 9.

Pour l'exécution de la membrane 8 à section ovale, on part d'un tronçon de tube en acier 21 (fig. 2), de section circulaire, dont la longueur correspond à la dimension circonférentielle de la membrane à obtenir, et dont les sections terminales 22 présentent une obliquité telle qu'un cintrage circulaire du tube 21 permet de rendre jointives les sections 22 et de réunir ensuite, par une soudure 23, les extrémités du tube cintré, ce qui donne naissance à l'anneau torique creux 24 de la figure 3. For the execution of the membrane 8 with oval section, one starts from a section of steel tube 21 (fig. 2), of circular section, the length of which corresponds to the circumferential dimension of the membrane to be obtained, and the end sections 22 have an obliquity such that a circular bending of the tube 21 makes it possible to join the sections 22 and then to join, by a weld 23, the ends of the bent tube, which gives rise to the hollow O-ring 24 of Figure 3.

D'après le schéma de la figure 4 cet anneau torique 24 est alors soumis à une déformation à froid dans une presse comportant des éléments de matrice, tels que l'élé- ment 26, qui ont une surface de formage 27 dont le profil correspond à celui de la forme ovale de la membrane 8.  According to the diagram in FIG. 4, this O-ring 24 is then subjected to cold deformation in a press comprising matrix elements, such as element 26, which have a forming surface 27 whose profile corresponds to that of the oval shape of the membrane 8.

L'élément de matrice 26 est traversé par un canal 28 prévu pour être relié à une source de fluide à très haute pression et pour remplir avec ce fluide, à travers un orifice 29 du tube 24, l'intérieur de ce tube en plaquant sa paroi au contact des surfaces telles que 27. La compression du métal entre les surfaces 27 et le volume intérieur de fluide à très haute pression provoque un écrouissage dont l'effet est d'élever la limite élastique du métal et de garantir ainsi que la déformation que subit la membrane 8 montée dans le logement 9 du corps de vanne sous l'action du fluide admis dans la chambre 14, pour la position de fermeture du papillon 3, reste dans le domaine elastique.The matrix element 26 is traversed by a channel 28 intended to be connected to a source of very high pressure fluid and to fill with this fluid, through an orifice 29 of the tube 24, the interior of this tube by pressing its wall in contact with surfaces such as 27. The compression of the metal between the surfaces 27 and the internal volume of fluid at very high pressure causes a hardening whose effect is to raise the elastic limit of the metal and thus to guarantee that the deformation that undergoes the membrane 8 mounted in the housing 9 of the valve body under the action of the fluid admitted into the chamber 14, for the closed position of the butterfly 3, remains in the elastic range.

Sur la figure 4 la référence 27a désigne une partie de la surface 27 de l'élément de matrice 26 qui peut avoir un profil tronconique pour conférer à la surface correspondante 8a de la membrane une conicité coïncidant, pour la position de fermeture de la vanne, avec celle de la surface 7 de la périphérie du plateau obturateur 6 (fig. 1). In FIG. 4, the reference 27a designates a part of the surface 27 of the matrix element 26 which may have a frustoconical profile to give the corresponding surface 8a of the membrane a coincident taper, for the valve closed position, with that of the surface 7 of the periphery of the shutter plate 6 (fig. 1).

Conformément à la figure 5, la membrane 8 peut être complétée tout au moins dans les cas où une étanchéité parfaite est requise, par un gainage mince 31 en métal relativement mou, nickel ou autre, entourant la membrane annulaire, et interposé entre celle-ci et les portées de contact du logement 9 du corps et de la périphérie 7 du papillon. Ce gainage est formé à la presse, autour de la membrane, après mise en forme de cette dernière. Elle absorbe les petits défauts de surface existant éventuel- lement sur les parties en contact, respectivement membrane-papillon et membrane-corps de vanne et assure la perfection de l'étanchéité de ces parties en contact. In accordance with FIG. 5, the membrane 8 can be supplemented at least in cases where perfect sealing is required, by a thin sheathing 31 of relatively soft metal, nickel or the like, surrounding the annular membrane, and interposed therebetween and the contact surfaces of the housing 9 of the body and of the periphery 7 of the butterfly. This sheathing is formed in the press, around the membrane, after the latter has been shaped. It absorbs small surface defects that may exist on the parts in contact, membrane-butterfly and membrane-valve body respectively, and ensures perfect sealing of these parts in contact.

Le façonnage de l'anneau torique 24 lui conférant en section la forme finale ovale peut être réalisé par d'autres moyens qu'une presse à matrice de formage. C'est ainsi qu'on peut utiliser un train de galets profileurs.  The shaping of the O-ring 24 giving it in section the final oval shape can be achieved by other means than a forming die press. This is how you can use a train of profiling rollers.

Claims (11)

- REVENDICATIONS- CLAIMS 1 - Vanne à papillon dans le corps de laquelle est montée une membrane annulaire d'étanchéité en métal, comportant une chambre intérieure annulaire qui peut être mise en communication avec une source de fluide sous pression, cette membrane coopérant,pour la position de fermeture, avec la surface de portée périphérique du papillon, caractérisée en ce que la membrane est constituée par un tube fermé dont la section est approximativement ovale, et qui est engagé dans une cavité annulaire du corps, suivant une disposition telle que le petit axe de la section ovale est perpendiculaire à l'axe de l'alésage du corps. 1 - Butterfly valve in the body of which is mounted an annular metal sealing membrane, comprising an annular interior chamber which can be placed in communication with a source of pressurized fluid, this cooperating membrane, for the closed position, with the peripheral bearing surface of the butterfly, characterized in that the membrane is constituted by a closed tube whose section is approximately oval, and which is engaged in an annular cavity of the body, according to an arrangement such that the minor axis of the section oval is perpendicular to the axis of the body bore. 2 - Vanne à papillon suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité annulaire est délimitée par une feuillure du corps et par un couvercle terminal boulonné. 2 - Butterfly valve according to claim 1, characterized in that the annular cavity is delimited by a rebate of the body and by a bolted end cover. 3 - Vanne à papillon suivant l'une des revendications let 2, caractérisée en ce qu'un gainage en un métal relativement mou, par exemple en nickel, est rapporté sur la face externe de la membrane, ce gainage recouvrant au moins les zones en contact avec les parois de la cavité annulaire du corps ainsi que la surface, de préférence tronconique, avec laquelle le papillon vient en contact pour la position de fermeture. 3 - Butterfly valve according to one of claims let 2, characterized in that a sheathing of a relatively soft metal, for example nickel, is attached to the external face of the membrane, this sheathing covering at least the zones in contact with the walls of the annular body cavity and the surface, preferably frustoconical, with which the butterfly comes into contact for the closed position. 4 - Vanne à papillon suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'axe de rotation du papillon est décalé par rapport à la surface de portée périphérique, comme connu en soi. 4 - Butterfly valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axis of rotation of the butterfly is offset from the peripheral bearing surface, as known per se. 5 - Vanne à papillon suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la membrane tubulaire est en acier, éventuellement en acier inoxydable. 5 - Butterfly valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tubular membrane is made of steel, optionally of stainless steel. 6 - Procédé pour exécuter une membrane annulaire en métal, destinée à assurer l'étanchéité entre l'alésage interne d'un corps de vanne à papillon et la périphérie du papillon obturateur de cette vanne, par gonflage d'une chambre intérieure de la membrane, caractérisé en ce qu'on donne par cintrage une forme circulaire à un tube rectiligne de longueur voulue, on soude l'une à l'autre les ex trémités jointives du tube cintre, et on façonne par déformation l'anneau torique creux ainsi obtenu, de manière à donner une forme sensiblement ovale à la section, initialement circulaire, de cet anneau. 6 - Method for executing an annular metal membrane, intended to seal between the internal bore of a butterfly valve body and the periphery of the shutter butterfly of this valve, by inflation of an interior chamber of the membrane , characterized in that by bending a rectilinear tube of desired length by circular bending, the joint ends of the bend tube are welded to each other, and the hollow O-ring thus obtained is shaped by deformation , so as to give a substantially oval shape to the initially circular section of this ring. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'une au moins des sections terminales planes du tube initial est oblique par rapport à l'axe du tube. 7 - Method according to claim 6, characterized in that at least one of the plane end sections of the initial tube is oblique to the axis of the tube. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que, pour réaliser par déformation le façonnage de l'anneau torique creux, on comprime cet anneau entre les éléments d'une matrice de forme appropriée tout en soumettant la chambre intérieure de l'anneau à l'action d'un fluide à pression élevée, pour plaquer la paroi de l'anneau contre les éléments de matrice. 8 - Method according to one of claims 6 and 7, characterized in that, to achieve by deformation the shaping of the hollow O-ring, this ring is compressed between the elements of a matrix of appropriate shape while subjecting the chamber interior of the ring to the action of a fluid at high pressure, to press the wall of the ring against the matrix elements. 9 - Procédé suivant l'une des revendications- 6 et 7, caractérisé en ce que le façonnage de l'anneau torique creux est réalisé par profilage au moyen de galets. 9 - Method according to one of claims- 6 and 7, characterized in that the shaping of the hollow O-ring is achieved by profiling by means of rollers. 10 - Procédé suivant l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le façonnage de l'anneau torique creux comprend le formage d'une surface tronconique dans la zone qui, dans la vanne équipée de la membrane drétan chiite correspond au contact avec la surface périphérique de portée, de forme tronconique, du papillon. 10 - Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the shaping of the hollow O-ring comprises the formation of a frustoconical surface in the area which, in the valve equipped with the Shiite dretan membrane corresponds to the contact with the peripheral bearing surface, frusto-conical, of the butterfly. 11 - Procédé suivant l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que, après la mise en forme ovale de la membrane, un gainage en métal relativement mou, par exemple en nickel, est formé à la presse, autour de la membrane.  11 - Method according to one of claims 6 to 10, characterized in that, after the oval shaping of the membrane, a coating of relatively soft metal, for example nickel, is formed with the press, around the membrane .