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Robert George TIPTON, Jr pour
Vanne-porte.
La présente invention concerne des vannesportes.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4.033. 550 décrit une vanne-porte qui comprend un corps de vanne relativement plat dans lequel est formée une chambre destinée à l'obturateur. L'obturateur de la vanne est un long élément plat présentant des bords
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0 latéraux opposés qui sont guidés contre des côtés é e de opposés de la chambre sans qu'il soit nécessaire e e prévoir des rainures ou d'autres de guidage dans lesquels les bords de l'obturateur s'engagent.
Deux sièges de vanne annulaires sont logés dans des évidements annulaires ménagés dans le corps de vanne de part et d'autre de la chambre et en un endroit leur permettant d'entrer en contact avec les côtés opposés de l'obturateur. Un passage de fluide est ménagé à travers le corps de vanne dans une direction perpendiculaire à la chambre de l'obturateur et deux tubulures à brides sont boulonnées aux côtés opposés du corps de vanne en ligne avec le passage de fluide qui traverse ce corps de vanne. Les sièges de vanne ne sont ni aisément accessibles, ni facilement remplacés.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.834. 097 illustre une vanne-porte qui comporte, dans le corps de vanne, une chambre destinée à l'obturateur. Deux sièges sont disposés de manière amovible à l'intérieur du corps de vanne et sont alignés de part et d'autre de l'obturateur contre lequel ils portent. Les sièges présentent des bandes de guidage qui sont soudées à leurs côtés pour guider l'obturateur lorsqu'il se déplace entre eux. Des raccords de conduites sont soudés à des parties protubérantes du corps de vanne et chacun d'eux comprend une partie étranglée qui est pressée dans une ouverture ménagée dans le côté du corps de vanne, ces raccords de conduites étant disposés de part et d'autre du corps en ligne avec le passage de fluide qui le traverse.
La partie étranglée de chaque raccord de conduite est enfoncée dans une des ouvertures ménagée dans les côtés opposés du corps de vanne et augmente de ce fait la résistance de la vanne aux charges dues au vent et aux impacts en répartissant les forces alignées transmises le long du corps de
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vanne d'une manière plus uniforme et plus complète dans la conduite dans laquelle la vanne est montée.
Un contre-siège qui permet le remplacement sûr du bourrage de la tige et des roulements pendant que la vanne reste complètement sous pression est caractéristique pour une vanne-porte fabriquée par la Société Foster Oil Field Equipment Company de Houston, Texas, Etats-Unis d'Amérique. Dans la vanne-porte de Foster, le corps de la vanne et le chapeau qui y est boulonné sont faits de pièces coulées ou forgées. Le corps est fait d'un seul élément de structure qui comprend les brides et les raccords de conduite faisant partie intégrante du corps.
D'autres vannes-portes intéressantes sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2.674. 436 ; 4.260. 134 ; 2.829. 862 et 2.891. 762.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.869. 574 est également intéressant en ce qu'il décrit une vanne-porte qui est reliée à une tige qui présente un épaulement annulaire conique propre à former un contre-appui contre un siège incliné formé dans le chapeau de la vanne.
Suivant l'invention, il est prévu une vanneporte comprenant un corps de vanne présentant un alésage qui s'enfonce dans celui-ci, un passage de fluide qui s'étend transversalement à l'alésage et qui s'ouvre dans les côtés opposés du corps, un obturateur pouvant coulisser dans un sens et dans l'autre dans l'alésage et présentant une ouverture pour le fluide, des anneaux de siège de vanne montés dans le corps de vanne à raison d'un de chaque côté de l'obturateur,
afin d'entrer en contact étanche avec les côtés de l'obturateur et avec le corps près du passage de fluide et un dispositif pour déplacer l'obturateur d'une position dans laquelle son ouverture est en ligne avec
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les adaptateurs tubulaires du passage de fluide et une position dans laquelle son ouverture est isolée de manière étanche de ces adaptateurs tubulaires qui sont montés de manière amovible en contact étanche avec les côtés opposés du corps de vanne, et des moyens de raccordement à l'extrémité d'une conduite, et les anneaux de siège de vanne étant engagés dans les extrémités internes des adaptateurs, caractérisée en ce que les adaptateurs tubulaires comprennent des embouts qui s'ajustent étroitement dans les passages tubulaires et des contre-alésages dans ces embouts qui se terminent dans des épaulements,
les anneaux de siège de la vanne étant placés dans ces contre-alésages de telle façon qu'une extrémité s'engage dans l'alésage et vienne en contact avec l'obturateur et que l'autre extrémité vienne en contact de manière étanche avec l'épaulement annulaire.
On peut utiliser une telle vanne pour divers intervalles de pression et pour diverses applications en changeant simplement les deux adaptateurs d'anneaux de siège qui sont montés de manière amovible sur le corps de la vanne-porte. Etant donné que les adaptateurs sont engagés dans le corps de vanne, on obtient une meilleure répartition des charges dues au vent et aux impacts sur la vanne, ce qui augmente sa durée de vie effective.
Un bourrage précontraint est de préférence prévu autour de la tige de manoeuvre de la vanne, ce bourrage n'exigeant aucun réglage ni aucune variation de charge et facilitant la réduction de la friction exercée sur la tige de vanne pendant la manoeuvre de celle-ci.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on la décrira ci-après, à titre d'exemple uniquement, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
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la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale passant par le centre d'une forme d'exécution d'une vanne-porte suivant l'invention ; la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1. la Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 1, et la Fig. 5 est une vue de détail illustrant, en coupe, la construction d'une gorge pour anneau d'étanchéité et d'un anneau d'étanchéité utilisés dans la présente invention.
La vanne-porte comprend un corps de vanne 10 que l'on fabrique en usinant des méplats parallèles 14 et 16 sur les côtés opposés d'une barre cylindrique et en usinant un alésage cylindrique 18 dans le corps, cet alésage s'ouvrant d'un côté du corps. Un sous-ensemble de chapeau 20 est boulonné sur le corps 10 par des boulons 22. A l'extrémité interne de l'alésage cylindrique est prévu un passage de lubrifiant 23 qui est à même de recevoir un graisseur 24. A l'extrémité supérieure de l'alésage cylindrique 18, un évidement annulaire est taillé dans le corps de manière à former un siège pour un anneau d'étanchéité de chapeau 30.
Un passage cylindrique 32 pour le fluide s'étend perpendiculairement à l'alésage 18 et s'ouvre dans les côtés opposés du corps, ce passage comportant un siège d'étanchéité chanfreiné 34 prévu tout autour de chacune de ses ouvertures afin de recevoir deux adaptateurs d'anneaux de siège tubulaires 36 et 38 dont l'étanchéité au point de jonction avec le corps de vanne est assurée par un anneau d'étanchéité 37. Les adaptateurs d'anneaux de siège 36 et 38 sont fixés chacun à un des méplats 14 ou 16 de part et d'autre du
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corps de vanne par plusieurs boulons 39 qui traversent des trous de boulon ménagés dans des brides annulaires 40 à boulonner sur chaque adaptateur d'anneau de siège tubulaire.
A son extrémité extérieure, chaque adaptateur 36,38 porte une bride de conduite annulaire relativement grande 41 perçée de plusieurs trous de boulons espacés circonférentiellement 43 destinés à des boulons qui sont utilisés pour raccorder la vanne-porte dans une conduite d'une manière classique.
A son extrémité interne, chaque adaptateur d'anneau de siège 36 et 38 porte un embout tubulaire 42 qui en fait partie intégrante, qui est contre-alésé en 44 pour recevoir un anneau de siège 46,48 qui fait saillie dans l'alésage cylindrique 18 ménagé dans le corps de vanne 10. Chaque anneau de siège 46,48 porte, dans le corps de vanne, une bride annulaire 50 présentant une gorge destinée à recevoir un anneau d'étanchéité en résine synthétique à faible coefficient de friction. A son extrémité externe, chaque anneau de siège présente une gorge annulaire 60 de section trapézoïdale. Un côté axial de la gorge 60 est incliné sous un angle de 5 par rapport à l'axe de l'anneau de siège, comme le montre la Fig. 5.
Chaque gorge 60 reçoit un anneau de siège 61 qui est de préférence en polytétrafluoroéthylène et qui porte contre l'épaulement annulaire 62 formé à l'extrémité du contrealésage 44.
Comme le montre la Fig. 1, les anneaux de siège 46 et 48 sont maintenus précisément en ligne avec une ouverture de passage 56 pour le fluide traversant un obturateur de vanne 58 qui est monté de manière à pouvoir coulisser dans un sens ou dans l'autre dans le corps de vanne et dont les côtés opposés 57,59 sont en contact étanche avec les anneaux de siège. L'obturateur 58 présente des biseaux 62 et 64 (Fig. 2) aux extré-
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mités inférieures de ses côtés opposés qui facilitent le déplacement du lubrifiant dans la partie inférieure de l'alésage cylindrique 18. Les bords latéraux de l'obturateur 58 comportent des surfaces planes 64 disposées entre deux parties concaves 66 et 68 (Fig. 3) qui sont arrondies de manière à épouser la paroi cylindrique de l'alésage cylindrique 18.
On obtient ainsi des canaux dans lesquels le lubrifiant peut se déplacer le long des bords latéraux de l'obturateur.
L'extrémité supérieure de l'obturateur 58 est plus étroite que son extrémité inférieure, de sorte qu'il peut s'engager dans un alésage cylindrique 74 ménagé dans le chapeau 75. Une forure taraudée 76 est ménagée dans l'extrémité supérieure 58 de l'obturateur et s'élargit en un contre-alésage de plus grand diamètre 78 destiné a recevoir l'extrémité inférieure d'une tige de vanne filetée 80 qui présente un collet circonférentiel 82 pourvu d'une surface de siège conique 84 qui vient en contact avec une surface de siège conique coopérante 86 sur le chapeau 75. Audessus de la surface conique 86, le chapeau présente un évidement annulaire 88 destiné à recevoir deux anneaux de bourrage non réglables 90 et 92 qui entourent la tige de vanne 80 en cet endroit et garantissent son étanchéité.
Un écrou de bourrage 94 est vissé dans un évidement 96 prévu dans le chapeau 75 pour maintenir les anneaux de bourrage 90 et 92 par le haut. Un palier de butée 98 est monté dans un contre-alésage relativement grand 102 qui s'ouvre dans l'extrémité supé- rieure du chapeau 75 fermée par une coiffe 104. La coiffe 104 présente un alésage intérieur 106 qui s'élargit en un contre-alésage 108 fileté pour pouvoir se visser sur un pas de vis extérieur prévu sur la partie d'extrémité supérieure et extérieure du chapeau 75. La coiffe 104 présente deux lumières radiales 110
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et 112 de sortie de graisse qui traversent la paroi de la coiffe à partir de l'alésage 106 vers une gorge circonférentielle externe qui reçoit un élément torique d'étanchéité et de mise à l'atmosphère 114.
Une grande ouverture centrale 116 est ménagée dans l'extrémité supérieure de la coiffe pour recevoir la tige 80.
Dans la coiffe 104, une goupille 118 traverse diamétralement le centre de la tige 80 et pénètre, à ses extrémités externes, dans des cavités d'une bague de butée 120 destinée à les recevoir. Un palier de butée 122 est placé autour de la tige 80 entre l'anneau de butée 120 et l'extrémité supérieure de la coiffe 104. Pour faciliter la lubrification de la vanne-porte, un graisseur approprié 124 est vissé dans une lumière radiale 126 qui traverse le côté de la coiffe 104 en face de l'emplacement de l'anneau de butée 120.
L'extrémité supérieure de la tige de vanne 80 est usinée de manière à présenter une section carrée, ce qui confère à la tige une forme tronco-pyramidale comportant quatre surfaces latérales planes convergentes 128. Une forure taraudée 130 dans l'extrémité supérieure de la tige reçoit un boulon 132 qui maintient un volant 134 claveté sur l'extrémité supérieure de la tige 80. Le volant 134 comprend une couronne de volant 136 qui est reliée par plusieurs rayons 138 à un moyeu central 140 qui comporte une cavité 142 de forme complémentaire à celle de la partie d'extrémité supérieure tronco-pyramidale de la tige 80. La cavité 142 est limitée en profondeur afin de fournir une paroi destinée à supporter la tête de la vis 132.
Cette construction élimine la nécessité de prévoir une rondelle de butée entre la tête de la vis 132 et le moyeu 140 du volant 134.
En service, on branche la vanne dans une conduite de fluide en boulonnant les brides annulaires
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41 à des brides de contrepartie formées sur les extrémités de la conduite. On actionne ensuite la vanneporte pour ouvrir ou fermer le passage de fluide dans la conduite en faisant tourner le volant 134 pour faire tourner la tige 80 et ainsi déplacer l'obturateur 58 par vissage vers le haut ou vers le bas par rapport à l'extrémité inférieure filetée de la tige. Lorsque l'obturateur est déplacé vers le bas et obstrue le passage de fluide 32 traversant le corps de vanne, les côtés de cet obturateur sont en contact étanche avec les éléments d'étanchéité 52 prévus sur les anneaux de siège 46 et 48 et l'alésage cylindrique 18 peut être purgé.
Dans la position d'ouverture, dans laquelle l'ouverture 56 de l'obturateur est en ligne avec les anneaux 46 et 48, l'alésage 18 peut aussi être purgé.
Etant donné que les adaptateurs d'anneaux de siège 36 et 38 sont boulonnés aux méplats 14 et 16 du corps de vanne 10, on peut facilement les détacher du corps de vanne, c'est-à-dire qu'on peut très facilement les échanger, pour changer les dimensions des brides annulaires 41 et ainsi les dimensions de la conduite dans laquelle la vanne-porte peut être branchée. De plus, des adaptateurs d'anneaux de siège de types de construction différents et de duretés de métal différentes peuvent être utilisés sur le même corps de vanne pour des services de types différents. En outre, les anneaux de siège 46 et 48 peuvent eux-mêmes être facilement enlevés des extrémités internes des adaptateurs d'anneaux de siège lorsqu'ils sont usés ou abîmés. Il suffit à cet effet d'enlever les adaptateurs d'anneaux de siège ou d'enlever le chapeau 20 et l'obturateur 58.
Comme les longs embouts 42 des adaptateurs d'anneaux de siège s'étendent largement dans le corps de vanne 10 et s'ajustent étroitement dans le passage
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de fluide 32 qui le traverse, on peut obtenir une répartition uniforme des contraintes communiquées par de fortes charges dues au vent ou aux impacts exercées sur le corps de vanne, sur les adaptateurs d'anneaux de siège et sur la conduite dans laquelle la vanne-porte est branchée.
Ceci peut être très important lorsque plusieurs vannes-portes sont juxtaposées et alignées, comme, par exemple, dans un arbre de Noël de la tête d'un puit de pétrole dans lequel un moment de force relativement élevé peut être exercé sur des vannesportes qui sont placées relativement bas dans"l'arbre" et sont soumises à des moments de force élevés produits par la charge due au vent qui s'exerce sur la structure verticale importante dans laquelle elles sont placées.
La construction de la vanne-porte permet d'usiner le corps et les adaptateurs d'anneaux de siège dans une barre d'acier facile à obtenir, au lieu d'utiliser des pièces coulées et des pièces forgées onéreuses. De plus, on peut utiliser un seul corps de vanne pour plusieurs pressions de travail différentes en assemblant simplement les adaptateurs d'anneaux de siège appropriés sur le corps de vanne, ces adaptateurs étant caractérisés par des dimensions de bride et des pressions nominales correctes. En usinant des méplats sur les côtés opposés d'une barre cylindrique en vue de former l'extérieur du corps de vanne, on facilite le boulonnage des adaptateurs d'anneaux de siège au corps de vanne et on évite des procédures de soudage onéreuses et fastidieuses.
Le fait d'utiliser les anneaux de bourrage non réglables précontraints 90 et 92 évite la résistance de friction considérable que l'on rencontre lors de la rotation de la tige de vanne dans des vannes de type connu dans lesquelles les anneaux de bourrage sont fortement sollicités en compression lorsque la vanne
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est assemblée et est en service. L'aisance avec laquelle on peut déplacer l'obturateur dans un sens ou dans l'autre dans le corps de vanne est, en outre, améliorée par l'étrangement radial, lors de la mise en charge, des anneaux d'étanchéité 62 qui sont coincés dans cet étranglement par la section trapézoïdale des gorges 60.
Dans le cas où les brides et la course de la vanne sont détériorés par la corrosion ou l'érosion par suite de l'entraînement de particules abrasives ou de matières analogues dans le fluide qui traverse la vanne, les adaptateurs d'anneaux de siège peuvent être facilement remplacés, en même temps que les anneaux de siège, ramenant ainsi la vanne dans son état initial.
En façonnant les bords de l'obturateur de manière qu'il épouse la forme de la cavité cylindrique 18 du corps et qu'il soit guidé dans celle-ci, on élimine la nécessité de prévoir des guides pour l'obturateur ou des parois rainurées pour le corps.
Finalement, la présence de la nervure ou de l'épaulement 82 sur la tige 80 et de son siège biseauté associé 84 permet de bloquer la vanne contre son siège en ramenant la tige 80 vers le haut à partir de l'obturateur 58 jusqu'à ce que la surface de siège 84 vienne en contact avec la surface de siège coopérante 86 prévue dans le chapeau 20. Ceci permet de remplacer les anneaux de bourrage 90 et 92, ainsi que les paliers de butée 98 et 122 et l'anneau de butée 120, sans interrompre ou faire cesser le service fourni par la valve. Cette particularité de blocage contre un siège constitue également une particularité de sécurité dans le cas d'une rupture soudaine de l'un ou des deux anneaux de siège 46 et 48.