Brevet FR2343186A1 — publié le 19770930

La présente invention se rapporte à un mécanisme de commande de vanne guipé d'un dispositif de positionnement du piston et elle concerne plus particulièrement un tel dispositif de positionnement qui limite la course de rentrée du piston hydraulique de ce mécanisme, empêche l'huile hydraulique de passer par une fuite du cylindre de ce mécanisme dans un accumulateur qui renferme normalement un gaz sous haute pression agissant en antagonisme par rapport à la pression hydraulique, et empoche également le gaz sous haute pression de s'échapper de l'accumulateur en passant par une fuite le long de la périphérie du piston. On utilise actuellement des mécanismes de commande hydropneumatiques pour actionner des vannes de grandes dimensions dans les réseaux d'eau d'alimentation et de vapeur des centrales nucléai rets. Par ailleurs, on se préoccupe également des conséquences d'une fuite evensuelle de gaz sous haute pression dlun tel accumulateur et, dans une mesure réduites des conséquences d'un défaut de fonctionnement d'un dispositif limitateur de pression hydraulique incorporé dans le circuit hydraulique sur la vanne lorsque cette vanne est à fin de course d'ouverture, Le raccord de mécanisme de commande de vanne comprend un moyen qui limite la course de la tige du piston dans le sens qui l'éloigne de la vanne et protège la portée de fin de course d'ouverture de la vanne des forces excessives qui pourraient être développées par le mécanisme de commande. Toutefois, en arrttant de cette façon, le mouvement de rentrée de la tige de piston, on soumet cette tige à des forces excessives dont il est nécessaire de tenir compte dans ltétude initiale de la vanne. Dans le cas où la différence de pression entre les deux faces du piston s'élève nettement au-dessus de la différence de pression existant pendant le fonctionnement normal, les bagues d'étanchéité du piston constituaient dans la technique antérieure les seuls organes prévus pour empêcher lthuile de fuir le long de la périphérie du piston. De même, les bagues d'étanchéité constituaient Jusqu'à présent les seuls organes qui stopposaient à la fuite du gaz sous haute pression par le passage formé d'une gorge et d'un conduit d'écoulement ménagés dans le piston et que l'on prévoyait normalement jusqutà présent dans les mécanismes de commande décrits plus haut pour éviter que le gaz ne se mélange à l'huile. Le but de l'invention est donc de réaliser un mécanisme de commande de vanne comprenant un vérin hydraulique et un accumulateur pneumatique, et dans lequel un accroissement accidentel de la différence de pression entre les deux faces du piston ne puisse pas endommager la vanne en fin de course d'ouverture ni soumettre la tige du piston à des forces excessives. Un autre but de l'invention est de réaliser un mécanisme de commande de vanne du type décrit qui comprenne un moyen capable d'empêcher positivement lthuile hydraulique contenue dans le cylindre de passer dans l'accumulateur en présence d'une forte différence de pression, et capable de retenir positivement le gaz sous haute pression dans son accumulateur s'il avait autrement tendance à s'échapper par des fuites sur la périphérie du piston. Les buts de l'invention qui ont été énumérés ci-dessus, ainsi que d'autres, sont atteints dans une forme préférée de réalisation de l'invention constitués par un mécanisme de commande de vanne qui peut être monté sur une vanne dans le prolongement de la tige de la vanne, laquelle se déplace en mouvement alternatif pour ouvrir et fermer la vanne. Ce mécanisme comprend un cylindre hydraulique et un piston qui coulisse dans ce cylindre. Une tige de piston est réunie à une première face du piston et fait saillie à l'extérieur du cylindre en direction de la vanne, à travers une ouverture ménagée dans une première extrémité de ce cylindre, pour coulisser à Joint étanche à travers cette ouverture. La tige du piston est munie d'un prolongement destiné à s'accoupler à la tige de la vanne.Un accumulateur pneumatique à haute pression enveloppe la deuxième extrémité du cylindre pour établir la communication entre son volume intérieur et la deuxième face du piston. Un dispositif de positionnement du piston est monté sur le cylindre, dans 1'alignement du piston, pour limiter la course du piston dans le sens qui s'éloigne de la vanne lorsque la pression hydraulique agit sur la première face du piston pour le repousser vers la deuxième extrémité du cylindre.Le mécanisme est équipé d'un moyen interposé entre la deuxième face du piston et le dispositif de positionnement du piston pour empêcher l'huile de passer dans l'accumulateur par une fuite le long de la périphérie du piston et le gaz sous haute pression de stéchapper de l'accumulateur en passant par une fuite le long de la périphérie du piston, lorsque le piston est appliqué contre le dispositif de positionnement. D'autres caractéristiques et avantages de l'ínvention apparat- tront au cours de la description qui va suivre. Le dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, représente une coupe partielle d'une forme préférée du dispositif de positionnement du piston du mécanisme de commande de vanne suivant l'invention. Ainsi que le montre le dessin, le mécanisme 10 comprend un cylindre hydraulique 12 et un piston 14 qui coulisse dans ce cylindre. Une tige de piston 16 est fixée à une première face 18 du piston 14 et se prolonge à l'extérieur du cylindre 12, en direction de la vanne 10, en traversant une ouverture 22 ménagée dans une première extrémité 24 du piston 12, pour coulisser à joint étanche à travers cette ouverture. Un circuit hydraulique comprenant une pompe et un collecteur (non représenté) envoie sélectivement l'huile hydraulique à la première face 18 du piston 14, à travers un passage 25, pour placer sélectivement la vanne dans une première position.Un accumu- lateur pneumatique à haute pression 26 est monté sur le cylindre 12 en bonne position pour enfermer la deuxième extrémité 28 du cylindre 12 dans son volume intérieur 30 et établir la communication entre ce volume intérieur 30 et la deuxième face 32 du piston 14. L'accumu- lateur 26 a été préalablement chargé d'une quantité de gaz prédéterminée à travers une valve 31 et cette quantité de gaz est surveillée par un transducteur de pression 33. Bien que la forme préférée de réalisation de l'invention soit celle qui est représentée sur le dessin et comporte un vérin hydrau lique et un accumulateur pneumatique, et qui est applfqa8e comme indiqué plus haut à un mécanisme de commande de vanne, l'invention pourrait également être appliquée au mécanisme de commande de tanne de la technique antérieure qui a été mentionné plus haut dans le présent mémoire en donnant les mêmes résultats efficaces.Dans chacune des configurations citées ci-dessus, ltestrQalt infrio7lr- 34 de la tige 16 du piston est de préférence couplée saune tige de vanne (non représentée) par un accouplement 36. La principale caractéristique du mécanisme de commande 10 consiste dans la présence d'un dispositif 38 de positionnement du piston suivant l'invention. Dans sa forme préférée de réalisation, le dispositif de positionnement 38 est constitué par une bague 40 qui est montée sur le cylindre 12 par vissage dans la deuxième extré- mité 28 de ce cylindre. La bague 40 s'étend le long de la surface interne 42 du cylindre 12 et comprend une surface inférieure 44 placée en bonne position pour entrer en contact avec la deuxième face 32 du piston 14.La face inférieure 44 est convenablement posi- tionnée par rapport au cylindre 12 dans le sens axial, par un épaulement 46 prévu à l'extrémité supérieure de la bague 40 et qui limite l'enfoncement de cette bague dans l'extrémité supérieure 28 du cylindre 12 en venant s'appliquer sur cette extrémité supericure. La bague 40 est calculée de manière à être capable de rsister à une force très importante qui pourrait lui être appliquée par le piston, même à celle qui résulterait de la forte différence de pression entre les deux faces de ce piston qui a été mentionnée plus haut. Conformément à la description donnée jusqu'à présent, le dispositif 38 de positionnement du piston limite le mouvement d'éléva- tion de la tige de ce piston 16 pendant le mouvement d'ouverture de la vanne. Lorsqu'on utilise l'accouplement 36, on peut donc ajuster la position de la surface supérieure 38 de cet accouplement de telle maniere qu'il subsiste un espace 50 entre l'accouplement 36 et l'extrémité inférieure 24 du cylindre 12 lorsque la vanne est en position d'ouverture. Les caractéristiques d'ajustement de l'accou- plement 36 sont de nature à permettre de former une butée de fin de course d'ouverture appropriée pour protéger la vanne lorsque le dispositif 38 de positionnement du piston fixe la position axiale de la tige 16.Il va de soi que le dispositif 38 pourrait être incorporé dans un mécanisme de commande de vanne équipé de n'importe quelle autre variante d'accouplezent capable d'exercer une fonction analogue de protection de la vanne en fin de course d'ouverture, De ma., le dispositif 38 pourrait être avantageusement utilisé sur un mécanisme de cosnde de vanne en l'abs-nce de l'utilisation d'un accouplement du type décrit puisqu'il pourrait être souhaitable d'éviter que le piston 14 ne s'relève sans limitation, mMme si l'on ne considbre pas comme nécessaire ou souhaitable do prévoir des moyens de limitation de fin de course d'ouverture dans une vanne particulière, possèdant une configuration différente de celle décrite et représentée. Le piston 14 est muni do deux bagues d'étanchéité 52 qui exp$- chent l'huile hydraulique de fuir le long de la périphérie du piston 14 pour pénétrer dans le volume intérieur 30 de l'accumulateur 26 pendant le fonctionnement normal de la vanne. Une gorge circonffiren- tielle 54 est ménagée dans le piston 14 entre les deux bagues 52 et communique avec un canal d'écoulement 56 ménagé dans le piston 14 et dans la tige 16. La gorge circonférentielle 54 et le canal d'écoulement 56 forment ensemble un moyen capable de vérifier l'effi- calcite des bagues d'étanchéité 52.Dans un mcde de fonctionnement de la bonne, le canai d'écoulement 56 ne communique nes avec l'atmosphère mais il est au oon- traire ferme à son extrémité inférieure 58, au-dessous du niveau du cylindre 12. L'adoption de cette configuration suppose la possibilité de vérifier périodiquement les bagues d'étanchéité sans laisser la vanne dans un état qui pourrait se traduire par une fuite incontrôlée de gaz sous haute pression à travers le canal d'--eoulement 56 si la bague d'étanchéité supérieure 52 était défaillante.Toutefois, il existe certaines conditions dans lesquelles le canal dtocoulement 56 devrait Btre laissé ouvert pendant toute la durée de fonctionnement de la vanne. Si les deux bagues d'étanchéité 52 =Hennentà être défectueuses et si le canal d'écoulement 56 n'était pas ouvert, le circuit hydraulique, qui fonctionne normalement à une pression supérieure à celle de 11 accumulateur, continuerait à envoyer automatiquement de l'huile hydraulique dans le cylindre du vérin pour remplacer l'huile qui passerait dans l'accumulateur par la fuite.Cet accroissement de l'introduction d'fluide hydraulique pourrait faire monter la pression intérieure de l'accumulateur à un niveau supérieur à la limite pour laquelle il est calculé, ce qui risquerait de provoquer la rupture de cet accumulateur. Stant donné que ni la fermeture, ni l'ouverture sélective du anal d'ecoulement 6 ne sont capables de satisfaire convenablement toutes les conditions possibles, il semblerait approprié de prévoir un deuxième moyen d'étanchéité en supplément des bagues d'étanchéité 52. Pour cette raison, le dispositif de positionnement du piston 38 est adapté pour constituer un moyen supplémentaire pour empêcher lthuile hydraulique ou le gaz sous haute pression de fuir le long de la périphérie du piston 14.Dans une forme préférée de réalisation du dispositif 38 de positionnement du piston, un élément d'étanchéité 59 est -ixé sur la deuxième face 32 du piston 14 au moyen de vis 60 et d'un organe de retenue 61. ement d'étanchéité 9 est adapté pour siappuyer contre ia face inferieure 44 de la bague 40. Par ailleurs, pour éviter les fuites à travers le filetage réunissant la bague 40 au cylindre 12, les bords périphériques adjacents de ces deux organes sont soudes l'un sur l'autre comme indiqué en 62 au moment du montage initial de la bague 40 sur le cylindre 12. L-lement d'étanchéité 59 empêche donc l'huile hydraulique de passer par des fuites dans l'accumulateur et empêche également le gaz sous haute pression de s'échapper de l'accumulateur par une fuite lorsque le mécanisme de commande 10 est en position correspondant à l'ouverture de la vanne 20.On peut voir qu'une forte différence de pression entre les deux faces du piston, comme celle qui peut se développer lorsque le gaz sous haute pression s'échappe de l'accumu lateur par une autre fuite, engendre sur le piston une force résultante qui aide ltélement dcétanchité 59 à empêcher l'huile hydraulique de fuir. Bien que la forme de réalisation décrite plus haut represente le mecanisme de commande de vanne en combinaison avec une forme préférée de réalisation du dispositif de positionnement du piston, il est évident que l'on peut apporter diverses modifications à cette forme de réalisation sans pour cela sortir du domaine de l'invention0 Par exemple, il pourrait entre avantageux de monter la bague 40 sur le cylindre 12 par des moyens autres que le filetage représenté. Si un dispositif 38 de positionnement du piston était boulonné sur le cylindre 12 ou s'il était venu de matiere avec le cylindre pendant la fabrication initiale du cylindre 12, on pourrait également le considérer comme monté sur ce cylindre conformément à l'invention. Par allleurs, il est évident que l1on pourrait prévoir un élément d'étanchéité 59 d'une forme différente qui serait monté sur la bague 40 de manière à s'appuyer sur la deuxième face 32 du piston pour assurer la mdme fonction d'étanchéité. - REVENDICATIONS 1 - Mécanisme de commande de vanne destiné à étre monté sur une vanne dans le prolongement de la tige de cette vanne, laquelle est destinée à se déplacer pour ouvrir et fermer la vanne, ce mécanisme étant caractérisé en ce qutil comprend un cylindre de vérin hydraulique, un piston qui coulisse dans ce cylindre, une tige de piston fixée à une première face du piston et qui fait saillie à ltextérieur du cylindre en direction de la vanne, A travers une ouverture ménagée dans une première extrémité du cylindre et de manière à coulisser à Joint étanche à travers cette ouverture, cette tige possédant un prolongement destiné à dtre accouplé à la tige de la vanne, un accumulateur pneumatique à haute pression qui enveloppe la deuxième extrémité du cylindre, de manière à établir la communication entre son volume intérieur et la deuxième face du piston et un dispositif de positionnement du piston monté sur le cylindre dans l'alignement du piston pour limiter le mouvement du piston dans le sens qui l'éloigne de la vanne lorsque la pression hydraulique agit sur la première face du piston pour tendre à repousser ce piston vers la deuxième extrémité du cylindre. 2 - Mécanisme de commande de vanne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de positionnement du piston comprend une bague vissée sur la deuxième extrémité du cylindre et qui est engagé à I'intérieur du cylindre et s 'étend le long de la surface interne de celui-cl. 3 - Mécanisme de commande de vanne suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite bague présente une surface inférieure contre laquelle ladite deuxième face du piston est destinée à venir buter et une surface de positionnement destinée à stappuyer à plat sur la deuxième extrémité du cylindre pour fixer la position axiale de ladite surface inférieure par rapport au cylindre. 4 - Mécanisme de commande de vanne suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend en outre des moyens interposés entre la deuxième face du piston et le dispositif de positionnement du piston pour empêcher l'huile de pénétrer dans l'accumulateur par une fuite le long de la périphérie du piston et pour empêcher le gaz sous haute pression de s'échapper de 1'accumulateur par une fuite le long de la périphérie du piston lorsque le piston est placé en butée contre ledit dispositif de positionnement du piston. 5 - Mécanisme de commande de vanne suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif de positionnement du piston monté sur ledit cylindre est capable de résister à une force beaucoup plus importante qui lui est appliquée par ledit piston que -celle développée pendant le fonctionnement normal du mécanisme0 6 - Dispositif de positionnement de piston pour mécanisme de commande de vanne du type destiné à être monté sur une vanne, un cylindre de vérin hydraulique, un piston qui coulisse dans ce cylin dre, une tige de piston fixée à une première face du piston et qui fait saillie à l'extérieur du cylindre de manière que son extrémité prolongée soit accouplée à la tige de la vanne, un accumulateur pneumatique à haute pression qui enveloppe la deuxième extrémité du cylindre pour établir la communication entre son volume intérieur et la deuxième face du piston et des Moyens permettant de transmettre sélectivement la pression du fluide hydraulique à la première face du piston pour ouvrir la vanne en surmontant la force du gaz à haute pression contenu dans l'accumulateur et qui agit sur la deuxième face du piston, ou de relftcher la pression du fluide hydraulique pour laisser le gaz sous haute pression fermer la vanne, ledit dispositif de positionnement du piston étant caractérisé en ce qu'il comprend une bague montée sur le cylindre à ladite deuxième extrémité de ce cylindre et qui est enfoncée à l'intérieur du cylindre, et s'étend le long de la surface interne du cylindre, ce dispositif de positionnement de piston étant aligné avec le piston pour limiter le mouvement de ce dernier dans le sens qui 1'éloigne de la vanne de manière que ce piston soit arrêté dans une position prédéterminée lorsque la pression du fluide hydraulique est nettement supérieure à la pression du gaz sous haute pression et repousse le piston vers la deuxième extrémité du cylindre. 7 - Dispositif de positionnement du piston suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens interposés entre ladite deuxième face du piston et le corps du dispositif de positionnement et servant à empêcher l'huile hydraulique de pénétrer dans l'accumulateur par une fuite le long de la périphérie du piston et à empêcher le gaz sous haute pression de s'échapper de l'accumulateur par une fuite le long de la périphérie du piston lorsque le piston est en butée contre ledit dispositif de positionnement du piston.