Brevet FR2318369A1 — publié le 19770211

La présente invention concerne des dispositifs pour ouvrir et fermer des vannes. Plus particulièrement, elle concerne des mécanismes de commande pour des vannes comportant un élément de fermeture que iton fait tourner pour fermer et ouvrir la vanne. JusqutalorsJdans les mécanismes de commande pour des vannes comportant des éléments de fermeture tournants, tels que des vannes sphériques, à boisseau, et des vannes papillon, il était courant d'employer un diaphragme ou un piston qui, sous l'influence de la pression pneumatique, déplace une tige d'un mécanisme de commande reliée à un levier sur l'axe de la vanne. Dans le cas de certains mécanismes de commande à diaphragme, la tige du mécanisme de commande peut osciller par rapport à l'axe de celui-ci et elle est reliée directement au levier sur l'axe de la vanne pour déplacer le levier suivant un arc du fait de cette oscillation alors que ltex- trémité de la tige de commande reliée au diaphragme se déplace approximativement linéairement.Dans le cas des mécanismes de commande à piston connus, le piston et la tige du mécanisme de commande sont limités à se déplacer selon un mouvement alternatif suivant l'axe du mécanisme de commande et, la tige du mécanisme de commande, est reliée au levier de l'axe de la vanne par l'intermédiaire d'une bielle qui peut osciller permettant la conversion du mouvement linéaire du piston et de la tige en un mouvement rotatif du levier de l'axe. Dans le cas des mécanismes de commande à diaphragme, deux faiblesses sont apparues. La pression pneumatique qui peut être employée pour commander une vanne équipée d'un tel mécanisme de commande doit être limitée à des valeurs inférieures à celles qui provoqueraient l'éclatement ou la rupture du diaphragme et, en conséquence, la surface du diaphragme doit souvent être relativement grande pour assurer la force requise au mécanisme de commande. En outre, le diaphragme peut être soumis à des forces latérales importantes et à une flexion à l'intérieur du corps du mécanisme de commande résultant du mouvement d'oscillation de de la tige du mécanisme de commande, du fait que le levier de l'axe de la vanne se déplace suivant un trajet courbe, résultant en un fonctionnement inefficace du mécanisme de commande et en une détérioration possible du diaphragme. Dans le cas de mécanismes de commande à piston ou à diaphragme dans lesquels la tige du mécanisme de commande se déplace suivant l'axe du mécanisme de commande plutst que d'osciller, il est nécessaire d'employer un premier axe de bielle pour relier une bielle à l'extrémité de la tige du mécanisme de commande et un second axe pour relier 1 'autre extrémité de la bielle au levier de l'axe de la vanne. Ces deux axes et leur articulation-associée sont sujets à usure d'où il résulte que la précision du positionnement de la vanne est affectée.En outre, la tige du mécanisme de commande est soumise à des forces de flexion imposées par la bielle quand celle-ci n1 est pas directement en ligne avec la tige et ces forces provoquent une usure excessive sur la bague de guidage de la tige de l'élément de commande et une détérioration prématurée de celle-ci. C'est un objet de la présente invention de prévoir un mécanisme de commande à piston pour des vannes rotatives dans lequel une pression de commande élevée peut être employée et qui est plus compact qu'un mécanisme de commande à diaphragme ou à piston comparable utilisant une tige de commande avec une bielle. C'est un autre objet de prévoir un mécanisme de commande à piston dans lequel les effets de l'usure sur la bague de guidage de la tige du mécanisme de commande et sur l'axe et, en conséquence, la perte de la précision de positionnement de la vanne sont réduits au minimum. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un mécanisme de commande à piston dans lequel la force d'ouverture ou de fermeture de la vanne est transmise en: ligne droite par l'axe de la tige du mécanisme de commande, du piston au levier de l'axe de la vanne sans qu'une liaison par bielle classique soit nécessaire. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un mécanisme de commande dans lequel la tige du mécanisme de commande peut osciller d'un csté et de l'autre de l'axe du mécanisme de commande mais dans lequel des forces latérales sur les pièces mobiles sont réduites. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un bottier d'un mécanisme de commande comportant une paroi intérieure cylindrique et un piston ayant une surface périphérique qui a un diamètre légèrement plus petit que la paroi cylindrique du boîtier du mécanisme de commande. Supporté à la périphérie du piston, se trouve un moyen servant de joint coulissant entre le piston et la paroi du cylindre. Une tige de piston est fixée ri gidement au piston et s'étend hors du bottier du mécanisme de commande à une extrémité du cylindre pour être fixée de façon à pouvoir pivoter à l'extrémité d'un levier monté sur un axe tournant d'une vanne. Le bottier du mécanisme de commande est monté rigidement sur le corps de la vanne. La pression de fluide introduite dans le cylindre du mécanisme de commande sur un côté du piston force le piston à coulisser axialement dans le cylindre. Du fait que 1 'extrémité du levier de l'axe de la vanne auquel la tige de piston du mécanisme de commande est reliée doit se déplacer suivant un arc lorsque l'axe tourne, l'extrémité extérieure de la tige ne se déplace pas linéairement le long de l'axe du cylindre de commande lorsque le piston coulisse dans le cylindre mais elle peut osciller d1 un conté à l'autre amenant le piston à basculer dans le cylindre lorsqu'il coulisse. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins cijolnts dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de la présente invention représentant le piston déplacé à 1 'extré- mité inférieure de sa course dans le cylindre du mécanisme de commande et représentant en traits interrompus les positions des éléments respectifs lorsque le piston se trouve dans une position intermédiaire dans le cylindre du mécanisme de commande ; et Le figure 2 est une vue en coupe du mécanisme de commande représentant les éléments dans la position intermédiaire de la figure 1. Dans la figure I on a représenté un ensemble d' un mécanisme de commande portant généralement la référence 10 qui est fixé au moyen de vis 12 au corps d'une vanne sphérique 14. L'ensemble du mécanisme de commande comprend un bottier 16 ayant une surface intérieure cylindrique 18, une bride cylindrique 20 et une bague de montage 22 et ces pièces sont retenues ensemble au moyen de vis 24 et 26. Un joint d'étanchéité pour le cylindre représenté ici sous la forme dtun Joint torique à section circulaire 27 est retenu dans un évidement dans la bride du cylindre 20 pour assurer l'étanchéité à la pression entre le cylindre 18 et la bride 20. Dans le cylindre 18 est logé un piston 28 auquel une tige 30 est fixée par l'inter médiaire d'une vis 32. Le mécanisme de commande représenté ici est un mécanisme de commande à double effet, c'est-à-dire que la pression de fluide, qui peut être soit pneumatique soit hydraulique, est appliquée sur un côté ou l'autre du piston 28 pour déplacer le piston dans le cylindre 18. Pour admettre cette pression de fluide à l'intérieur du corps du mécanisme de commande 16 un premier passage 34 est prévu dans la partie supérieure du bottier du mécanisme de commande 16 et un second passage 36 est prévu dans la bride 20 du cylindre. Une bague d'étanchéité du piston 38, qui dans ce mode de réalisation est un Joint torique à section circulaire en caoutchouc élastique, est logée dans un évidement annulaire dans la surface périphérique 40 du piston 28 pour assurer une étanchéité à la pression au coulissement entre le piston 28 et le cylindre 18. Pour assurer une étanchéité entre la bride 20 du cylindre et la tige de commande 30, une bague d'étanchéité 42 est logée dans un évidement dans la bride 20 et est retenue dans celui-ci par la plaque de montage 22. Un joint torique 44 assurant l'étanchéité au coulissement est employé pour assurer ltétanchéité entre la plaque d'étanchéité 42 et la bride 20 du cylindre et un joint torique 46 assure 1 'étanchéité entre la tige 30 et la plaque d'étanchéité 42. L'extrémité de la tige 30 du mécanisme de commande qui s'étend hors du mécanisme de commande 10 comporte des filets pour recevoir une chape 48 et un contre-écrou 50. La chape 48 est reliée par l'intermédiaire d'un axe 46 à un levier 52 retenu sur l'axe 54 de la vanne 14. On comprendra que, par suite de la rotation du levier 52 et de l'axe de la vanne 54 suivant un angle de 900, la vanne sphérique peut être ouverte ou fermée.Comme on peut le voir par comparaison des positions respectives du levier 52 et de la tige de commande 30 représentée en traits pleins et en traits interrompus dans la figure 1, la rotation du levier de l'axe 52 pour ouvrir ou fermer la vanne force la tige du mécanisme de commande à osciller d'un coté à l'autre et cette oscillation, à son tour, force le piston 28 à basculer dans le cylindre du mécanisme de commande lorsqu'il se déplace suivant un mouvement alternatif. En outre, la plaque d'étanchéité 42 doit coulisser d'un coté à l'autre pour tenir compte de cette oscillation de la tige 30. Comme conséquence de cette oscillation de la tige 30 du mécanisme de commande et de l'oscillation du piston 28, il est désirable de chan freiner ou d'arrondir la périphérie extérieure 40 du piston 28 et de la face intérieure de la plaque d'étanchéité 42 pour permettre le déplacement des diverses pièces et éviter un coincement. Il apparaetra aisément à l'homme de l'art que, lorsque le piston 28 bascule dans le cylindre 18, la ligne de contact du joint torique du piston 38 avec le cylindre 18 devient une ellipse plutôt qu'un cercle. Pour cette raison, il est nécessaire d'employer un joint torique compressible élastique, qui peut être comprimé quand le piston 28 est installé dans le cylindre 18 et qui se dilate pour maintenir un contact et une étanchéité avec le cylindre lorsque le piston oscille en cours de fonctionnement. On peut voir que des pressions de fluide élevées peuvent être employées pour ouvrir ou fermer des vannes rotatives grâce à l'emploi d'un piston auto-centreur dans un mécanisme de commande selon la présente invention plutôt qu'un diaphragme et que la force du mécanisme de commande est transmise suivant une ligne droite passant par 1' axe de la tige de commande 30 allant vers le levier de l'axe de la vanne 52 alors que les forces de flexion latérales sur la tige 30 du mécanisme de commande sont largement éliminées du fait de l'oscillation de la tige du mécanisme de commande lorsque le piston 28 se déplace dans le cylindre 18.En outre, par 1 'em- ploi d'une tige oscillante 30 du mécanisme de commande et d'une plaque d'étanchéité coulissante 42, la bague de guidage de la tige du mécanisme de commande et la bielle des mécanismes de commande à piston de l'art antérieur sont éliminées et les effets de 1'usure sur la précision du positionnement du mécanisme de commande sont réduits. Naturellement, de nombreuses modifications et variantes apparattront à lthomme de l'art compte tenu de la description qui précède d'un mode particulier de réalisation de la présente invention. Par exemple, alors qu'un mécanisme de commande à double effet a été décrit, un mécanisme de commande à simple effet dans lequel la pression de fluide est appliquée sur un c8té du piston pour actionner une vanne depuis une position ouverte jusqu'à une position fermée ou vice-versa et dans lequel un ressort de rappel est employé sur l'autre côté du piston pourrait-etre utilisé. En outre, puisque la tige d'un mécanisme de commande selon la présente invention n: a pas besoin d'osciller dans un plan, ce mécanisme de commande peut être employé sur des vannes dans lesquelles l'axe de la vanne se déplace axialement lorsque la vanne est ouverte ou fer- mée. On comprendra donc que la présente invention peut être mise en oeuvre autrement que cela est décrit spécifiquement ici. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes fi; de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. EEVNDICATl0NS 1 - Mécanisme de commande pour une vanne rotative, caractérisé en ce qu'il comprend : - un bottier comportant un alésage intérieur cylindrique ; - un moyen pour fixer rigidement le bottier du mécanisme de commande sur le corps de la vanne ; - un piston logé dans l'alésage cylindrique ; - une tige unitaire ayant une première extrémité fixée rigidement au piston et une seconde extrémité s'étendant hors de l'alésage et fixée de manière à pouvoir pivoter à un levier sur l'axe de la vanne --un moyen de joint supporté par le piston pour assurer une étanchéité à la pression du coulissement entre le piston et l'alésage ; et - un moyen pour introduire du fluide sous pression dans l'alésage sur un coté du piston pour pousser le piston à coulisser dans l'alésage ; d'où il résulte que le piston est libre de basculer lorsqu'il coulisse dans l'alésage et que la tige de commande est libre d'osciller dans l'alésage lorsque le piston et la tige coopèrent pour faire tourner le levier de l'axe de la vanne. 2 - Mécanisme de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend, en outre, un moyen d' étanchéité coulissant pour assurer une étanchéité à la pression entre le bottier du mécanisme de commande et la tige du mécanisme de commande lorsque cette tige oscille dans l'alésage. 3 - Mécanisme de commande selon la revendication l, carac péris8 en ce que le moyen d'étanchéité supporté par le piston est un joint torique à section circulaire compressible, élastique, logé dans un évidement annulaire à la périphérie du piston.