Brevet FR2485652A1 — publié le 19811231

La présente invention concerne un dispositif capable de trans former le mouvement rotatif de son organe moteur1 en un mouvement de géométrie linéaire présentant des caractéristiques comparables à celles dfun vérin hydraulique, associant les facteurs puissance ét rigidité a- conique, aux facteurs fidélité, progressivité, voire même asservisse- ment, suivant les caractéristiques de organe de commande. Le mécanisme, objet de la présente invention, permet le choix de son organe moteur et ainsi de répondre aux normes et aux usages cor- respondant au service attendu imposé par le milieu ambiant ou par tout autre facteur. Le libre choix de l'organe moteur ouvre un large champ d'application à ce dispositif ; par exemple d dans les exploitations munie. res, sur les champs pétroliers en atmosphère explosive ; sur des unités de traitement en milieu immergé, sur des équipements pétroliers offshore; en milieu hostile, sur des équipements traitant de problèmes de gaz au de produits tels qu'explosifs. Ce dispositif permet de choisir l'organe moteur le mieux a dopté au besoin et de faire appel a un moteur électrique, pneumatique, hydraulique, thermique, ou à tout autre moyen de transmettre un mouvement rotatif. Ce dispositif permet aussi d'avoir recours à un mode de commande, locale ou déportée, associant à Ses caractéristiques propres, celles attachées à la technicité de la commande choisie, par exemple, en partant d'un moteur électrique agréé pour utilisation dans des mines grisouteuses, à des circuits de commande de sécurité intrinsèque. Ce dispositif offre, en plus de la possibilité du choix de son organe moteur, l'avantage de se prêter à une construction compacte et monobloc de la classe composant prêt à l'utilisation, qui bien que bénéficiant des caractèristiques attachées aux techniques hydrauliques, n'en présente pas certains inconvénients, tels que servitudes de raccordement et interférence avec les autres composants, par exemple. Ce dispositif permet, par exemple, de mécaniser et d'automatiser des systèmes traditionnels tels que portes vannes ou toute autre servitude, ou d'assurer la commande de l'étage de puissonce ou de transformation de distributeurs de pompes et de moteurs hydrauliques ou pneu matiques, de sélecteurs de mouvements ou de tout autre dispositif de commande, dans des conditions de technique et d'ambiance cités aux paragraphes précédents. L'objectif du dispositif, objet de la présente invention, n'est pas de remplacer les équipements traditionnels faisant appel à des vérins hydrauliques classiques, alimentés et commandés par des centrales de génération et de commande classique, utilisés pour traiter des problèmes courants, mais d'apporter une réponse à des problèmes spécifiques, n'ayant pas encore trouvé de solution rationnelle et faisant encore appel à des systèmes hybrides plus ou moins adaptés au besoin. Ce dispositif, par son caractère autonome de construction de la classe composant, associant les avantages offerts par les techniques hydrauliques, les possibilités de commande distonte, la possibilité du choix de son organe moteur et de ses organes de commande, répond ainsi à de nombreux besoins, exprimés ou non, restés sans solution à ce jour ; notamment pour traiter de mécanisation ou de commande locale ou à distance, là où le coroctère d'autonomie et d'indépendance est déterminant, là où le choix de l'organe moteur est imposé par des usoges ou par des normes, ainsi qu'en milieu ambiant agressif, en atmosphère explosive ou en milieu i ergé ; ces exemples d'utilisation, cités pour exemple n'ont pas un caractère limitatif. Ce dispositif est désigné dans le présent descriptif sous le vocable vérin hydraulique intégré à son générateur, de technique à arbre tournant. Pour la bonne compréhension de ce descriptif, trois chapitres complétés des dessins correspondants ont été retenus. Présentation et description de l'une des possibilités de conception d'un vérin hydraulique intégré à son générateur à arbre tournant, faisant appel aux techniques hydrauliques. Présentation d'une variante de ce dispositif faisant appel à un générateur hydraulique à deux étages de pression. Présentation et description des phases de travail principales de ce dispositif. A titre d'exemple, l'une des possibilités de conception du dispositif objet de la présente invention désigné sous le vocable vérin hydraulique intégré à son générateurso arbre tournant, est présenté par la fig 1. Cia techniqe Ce dispositif comporte trois éléments principaux, le carterréservoir 1, le rotor de pompe 2, de technique à vis, et le corps de pompe 3, jouant le rôle de vérin hydraulique. Le moteur à orbre tournant 4, d'entrainement du rotor de pompe 2; en rototion, n'est cité que pour mémoire9 l'une des particulari- tés de Ce la présent invention est de laisser le libre choix de cet orga- ne, en fonction des normes, des usages et des impératifs, régissant l'u @l@isaion envisagée et ce, sans incidence fondamentale sur le dispositif lui-même. Pour la bonne compréhension du fonctionnement de ce dispositif les composants élémentaires constituant cet ensemble sont détaillés sur la fig 1. Le carter-réservoir 1, équipé de son couvercle 5 dans lequel est pratiqué un auvent de mise à l'aira libre 6, pouvant éventuelle ment être équipe d'un reniflard, est destiné an plus de sa vocation de recevoir le fluide hydraulique du système à assurer la localisation au rotor de pompe 2 dons le sens lonitudinal, tout en lui permettant d'être entraîné en rotation par le moteur 4, et à permettre ou corps de pompe 3 de jouer le role de venin hydraulique, et de coulisser dons un oiésage pratiqué dans le carter-réservoi l, sans être entraîné en rotation par le rotor de pompe 2, gräce à un patin de guidoge en antirotation 7. Pour mémoire, le rotor de pamp@e 2 est équipe a son extrémi- té, côté sortie d'arbre moteur 4, de deux butées 9, assurant se localisation dans le sens longitudinal, d'un palier 8 équipé de ses joints 10, assurant l'étanchéité du carter-réservoir 1, garni de fluide hydrauli que ; le corps de pompe 3 est équipé en plus de son patin de guidage anti-rotation 7, d'une butée 11, limitant se course en sortie lors de se fonction vérin hydraulique, un joint 12 garantit l'étanchéité du reser- voir ; de plus le corps de pompte 3 est pourvu d'un canal, pratiqué dans l'épaisseur de sa jupe, destiné à canaliser le tluide de travail en cours de fonctionnement, vers la valve de limitation de pression 14. Ce dispositif est susceptible de diverses variantes portant sur la technicité, la conception ou la réalisation, par exemple, suivant lu @ig 2, le rotor de pompe 2 de technique pompe hydraulique à un étage, peut être remplacé par un rotor dé pompe 15, de technique pompe hydrau- lique à plusieurs étages, la géométrie de la vis faisant appel en ce cas à des filets de caractèristiques adaptes, voire même à filets présentant une géométrie progressive du pas et de la forme, éventuellement combinés à une géométrie ou à une technique adoptée de la cavité interne du corps de pompte 3, correspondant a la netion d'étagement de la pres sion générée par lo pompe ainsi constituée. Le description du fonctionnement de ce dispesitif, complétée des croquis imageant les principales phases de ce fonctionnement, sont présentés par les/Fig. 3,4,5 et 6. Dans le cadre de cette description, le moteur à arbre tournant 4 est de cctégorie servo-moteur électrique, le dispositif dit vérin hydroulique intégré à son générateur à arbre tournant est celui présenté par la fig 1, le travoii à effectuer porte sur la compression des ::es- sorts 17, capables de restitver l'energie emmagasiné lors de ceste compression, le corter-réservair l est capable de reprendre ies e@@@rts générés par le dispositif, il est fixé sur ie bâti 20 de la m@@@ine c@@@ sidérée, ainsi que la butée 18 @eprenant les réactions du res@@rt 17 le poussoir 16 de l'attelage est solidarisé eu corps de lu pompe 3 par un attelage de type chape, par l'intermédiaire de l'axe 19. Lo phase repos-attente est imagée par la fig 3, le moteur à arbre tournant 4, de catégorie servo-moteur électrique, dans le cadre de cette description n'est pas sous tension, le rotor de pompe 2 est au repos, l'ensemble du dispositif est au repes, le ressort 17 a repoussé en fin de la phase active qui a précédé, le poussoir 16 et le corps de pompe 3, solidarisés entre eux par l'axe 19 ; le corps de pompe 3 est ainsi en butée mécanique, par contact en fond de son alésage de l'extré mité du rotor de pompe 2. Le dispositif est en position d'attente, position de référence et de sécurité. L'interphase début d'action de déplacement de géométrie linéaire est imagée par la fig 4, le noteur à arbre tournant 4 a été mis sous tension, il entraîne le rotor de pompe 2 en rotation, le coupla roter de pompe 2, corps de pompe 3, joue son rôie de pompe hydraulique, puise le fluide hydraulique de travail dans le carter-réservoir l, , refoule ce fluide dans la cavité bore du corps de pompe 3 et repousse ainsi le corps de pompe 3, qui se comporte, comme décrit au paragraphe précédent, comme un vérin hydraulique, il se déplace en "sortie" en coulissant dnns l'alésage pratiqué dans le carter-réservoir 1. Le poussoir 16, attelé au corps de pompe 3, par l'intermédioi- re de l'axe 19 de son assemblage à chapes, comprime le ressort 17 con tre la butée 18 solidaire du bâti 20, supportant lui meme le cari r- réservoir 1. Le dispositif est en pnase d namique, le mouvement "sortie" en poussée va se poursuivre jusqu'à la butée mécanique de fin de course. L'effort résistant est la somme des efforts dus aux rendements et de celui nécessaire à la compression du ressort 17, dons le cas dé- à a titre d'exemple, cet effort représentant "le travail"0 La pression maximale possible est fonction des caractéristi- ques du moteur 4 associées à celles de l'organe pompe hydraulique, constitué du rotor de pompe 2 et du corps de pompe 3 dans le cas décrit a titre d'exemple. L'effort disponible ou poussoir 16, généré par le corps de pompe pe 3 travaillant en vérin hydraulique est limité par la valve de limitation de pression 14 à tarage réglable ou de construction, en fonction de l'effort résistant, des caractéristiques du dispositif et des réser- ves de sécurité souhaitées. La phase action de déplacement, fin de course butée mécanique est imogée par la fig 5. Le moteur à arbre tournant 4 est maintenu sous tension, il entraine le rotor de pompe 2, le couple rotor de pompe 2, corps de pompe 3 continue ainsi de jouer son rôle de pompe hydraulique, le corps de pompe 3, continue à se déplacer en "sortie", poussée, jusqu'au moment ou l'équipage arrive en butée mécanique, poussoir 16 en contact avec butée 18, la butée 11 du corps de pompe n'oyant qu'un roule de sécurité. La position butée mécanique correspond à la compression du ressort 17, prisonnier entre le poussoir 16 et la butée 18. L'équipage arrive en butée mécanique, le fluide débité par la pompe hydraulique est retourné au carter-réservoir 1 à la pression de réglage de la valve de limitation de pression 14, à travers le canal 13 percé dans la jupe du corps de pompe 3, tarée à une valeur légèrement supérieure à celle nécessaire à assurer et à maintenir le poussoir 16 en contact avec la butée 18, contre l'effort généré par le ressort 17 en compression maximum de service, matérialisant le travail à effectuer. Dans ces conditions, la maintenue en cette position, demeurera assurée autant que le moteur 4 sera maintenu en rotation. L'interphase rappel en position initiale, repos attente est imagée par la fig 6, le moteur à arbre tournant 4 est mis hors tension, à l'arrêt dans des conditions identiques à celles de la phase repos attente, le rotor de pompe 2, n'est plus entraîné en rotation, il est au repos, à l'arrêt, le ressort 1X, comprime lors des phases action, décri tes aux paragraphes précédents va restituer l'énergie qu'il a emmagasiné, et repousser l'attelage poussoir 16, corps de pompe 3 en prenant appui ontre la butée 18. Le fluide hydraulique, prisonnier dans la cavité comprise en tre l'extrémité du rotor de pompe 2 et le fond de l'alésage borgne du corps de pompe 3, est refoulé au carter-réservoir 1,à travers le chenal constitué par les filets taillés dans le rotor de pompe 2, ou par la mi se en circuit d'un composant adapté. Dans ces conditions, le ressort 17, ramène l'attelage poussoir 16, corps de pompe 3, en position repos attente identique à celle imagée par la fig 3 et décrite au paragraphe correspondant. Cette phase, dite de rappel en position initiale présentée en cours d'évolution par la fig 6 et en position finale par la fig 3 correspond à deux cas d'utilisation ; en travail, lors de la mise hors circuit volontaire du moteur 4, correspondant à une fin de cycle ; en sécurité lors d'une défaillance du dispositif, de ses annexes de commande ou de mise en défaut controlée, dans le cadre de la notion de sécurité automatique en cas de manque d'énergie. La description du dispositif, objet de la présente invention, complétée des figures 1 à 6, permet d'entrevoir de nombreuses possibili tés d'application. Ce dispositif, loissant le libre choix de son organe moteur et de ses annexes de commande en fonction du besoin à satisfaire, permet de répondre à de nombreux cas d'utilisation. Ce choix pourra porter suivant le problème à traiter sur un moteur à arbre tournant de famille, moteur pneumatique, moteur hydroulique, moteur thermique, moteur électrique, ou sur tout autre moyen de transmettre un mouvement rotatif à l'arbre de prise de mouvement du rotor de pompe 2. Le libre choix de l'organe moteur permet de traiter les ap plïcations pour lesquelles cet organe est déterminant. D'autre part ce dispositif permet, en associant à l'organe moteur à arbre tournant une commande locale ou distante adaptée, de traiter des équiFeme"ts faisant appel, depuis les techniques les plus simples réclamant un mouvement, dit par tout ou rien, aux techniques les plus sophistiquées, exigeant des mouvement; asservis à la commande ou à tout autre organe, sans négliger les formes de mouvements intermédiaires, dits proportionnels. De plus ce dispositif assure, par constrvction sa propre sécurité de rappel en position nevtze, telle que décrite dans les textes annexés aux figures 6 et 3, cette sécurité est de technique, dite par manque d'énergie, peut être aménagée, asservie ou annulée suivant les besoins. A titre d'exemple, quelques utilisaions particulières peuvent être notées, en plus d'applications traditionnelles faisant appel à des vérins hydrauliques, notamment : en atmosphère explosive ou en milieu inflammable, dans les mines grisouteuses, sur les champs pétroliers, sur des unités de traitement de matières ou do gaz, dans des poudre- ries ; en milieu immergé. en mer, sur des équipements pétroliers ou d'intervention, dans des bains de produits au de liqueurs ; au an tout autre milieu agressif, corrosif ou présentant des caractéristiques peu ou pas compatibles ovec les organes générateur, récepteur et de commande distante ou locale; faisant appel è des composants de technique tre- ditionnelle. Sur le plan technique, ce dispositif, utilisé ou non en milieu ou en atmosphère ayant un caractère particulier, permet de satisfaire à une gamme très importante de besoins, dans des conditions comparables a celle des systèmes et des composants hydrauliques traditionnels par ex emple, commande locale ou distante de distributeurs hydrauliques do fonction ou de pilotage, de distributeurs pneumatiques, de commande de pompes ou de moteur hydraulique ou pneumatique, commande de positionneurs, de trappes de vannes, de portes, de panneau et de toutes servitudes, étages de commande et de contrôle, en fait toutes commandes en fonctionnement et en puissance faisant ou pouvant faire appel à des vérins hy- drauliques ou à des systèmes assimilables. Ce dispositif permet de traiter ces applications en ayant re- cours, svivant le besoin; aux techniques de commando les plus simples, dites par tout ou rien, aux techniques les plus sophistiquées, dites d'asservissement associés à divers organes de commande et de contrôle, faisant de ce dispositif une servovalve. Ces possibiltés d'utilisation associées au caractère autonome du dispositif et aux multiples possibilités de choix de l'organo motour permettent de traiter en plus de problèmes classiques, des probiè- mes encore sans solution rationnelle à ce jour. REVENDIOATIONS 1. Vérin hydraulique intégré à son générateur à arbre tournant se présentant sous la forme d'un composant monobloc, constitué de son reservoir 1, dans lequel est logé l'étage générateur hydraulique comprenant le corps de pompe 3 se comportant commue un vérin hydraulique, le rotor de pom- pe 2, entrainé en rotation par le moteur 4, caractérisé le fait de transformer directement, sans intermédiaire @ nique, le mouvement de roiation du moteur 4 en un déplacement linéaire du corps de pompe 3 et de permettre ainsi commande ou le positionnement des mécanismes à contrôler, tant en garantissant la sécurité par rappel au neutre, en cas de manque d'énergie. 2. Vérin hydrauligue intégré à son générateur a arbre tournant, caractérisé par le fait que la pompe hydraulique, constituée du retor 2 et du corps de pome 3 est étudiée et réalisée en fonction du moteur 4, considéré comme la souche, dont les caractéristiques sont choisies en fonction des divers paramètres imposés par le système; vitesse de rotation du moteur 4 entraînant le rotor de pompe 2-, vitesse de déplacement et effort du corps de pompe 3 jouant le rôle de vérin hydraulique, milieu ambiant et agrément en fonction des normes de sécurité0 3.Vérin hydraulique intégré à son générateur à arore tournants caractérisé, selon la revendication 1, en ce que le déplacement de forme reciligne du corps de pom- pe 3, jouant le rôle de vérin hydraulique, est synchrons au débit de l'ensemble pompe, lui mme synchrone à la vitesse de rotation du moteur 4 4. Vérin hydraulique intégré à son gnérateur à arbre tournant, caractérisé, selon la revendication 1, ence qu'il passade sa propre sécurité en cas de manque d'énergie, un ressort de rappel I=, repousse le corps de pompe 3 et évacue ainsi son fluide au réservoir, suivant figure 6 représentant cette phase. 5. Vérin hydraulique intégré à son générateur à arbre tournant, caractérisé, selon la revendication i, en ce qu'il se présente comme un composant monobloc ayant un rel caractère autonome, permettant de garnir le réservoir i d'un fluide parfaitement adapté aux impératifs mécaniques hydrauliques et de sécurité, indépendamment du fluide de garnissage ou de travail utilisé par le système auquel il est associé.