Brevet FR2505013A1 — publié le 19821105

Mécanisme de commande notamment pour vanne à gaz La présente invention concerne un mécanisme de commande, et plus particulièrement ln tel mécanisme incorporant un accumulateur pneumatique Le mécanisme de commande de l'invention est destiné en particulier, bien que non exclusivement, à actionner une vanne à gaz. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 174 656, on décrit un mécanisme de commande de vanne comprenant un cylindre à l'intérieur duquel est monté un piston Ledit piston est garni d'une paire de bagues d'étanchéité, axialement espacées, qui viennent en contact avec la paroi intérieure dudit cylindre Une portion de la surface extérieure du cylindre, intermédiaire à ses extrémités, est pourvue d'un filetage dans lequel engrène un filetage intérieur réalisé dans l'ouverture d'un accumulateur de gaz, de forme généralement sphérique Le piston présente une tige pour la commande d'une vanne, ladite tige s'étendant à joint étanche et à coulissement à travers une paroi d'extrémité du cylindre pour se raccorder à une tige de vanne qui peut être déplacée pour ouvrir et fermer ladite vanne. A titre de mesure de sécurité, pour fournir un avertissement dans le cas d'une fuite indésirable en arrière du piston, ce dernier est doté d'un canal disposé entre les deux bagues d'étanchéité portées par ledit piston Le canal communique avec un conduit de vidange axial ménagé dans la tige du piston, ledit conduit de vidange se prolongeant jusqu'à un emplacement d'évacuation extérieur au cylindre afin de ménager un accès pour contrôler l'efficacité des bagues d'étanchéité. Une telle construction du mécanisme de commande d'une vanne est relativement coûteuse, car elle exige l'aménagement d'un cylindre ayant une paroi intérieure usinée avec précision et du fait qu'il est nécessaire de prévoir un système complexe d'alésages et de contre-alésages pour contrôler l'efficacité des bagues d'étanchéité. Le but de l'invention est de réaliser un mécanisme de commande dont la fabrication puisse être davantage économique que celle du mécanisme précité. L'objectif précité est atteint selon l'invention essentiellement par un mécanisme de commande comprenant un corps définissant un cylindre et un accumulateur de gaz ou pneumatique communiquant avec l'une des extrémités du cylindre, un piston monté coulissant par rapport audit cylindre et présentant une première extrémité communiquant avec ledit accumulateur pneumatique et une seconde extrémité, opposée, communiquant avec un passage d'alimentation en fluide ménagé dans ledit corps, au moins un élément d'étanchéité monté sur la paroi intérieure dudit cylindre et pouvant venir en contact avec la paroi extérieure dudit piston de façon à constituer un joint d'étanchéité coulissant entre ledit piston et ledit cylindre, et une tige de piston déplaçable avec ledit piston et se prolongeant extérieurement audit cylindre pour être raccordée à la partie destiné à être actionné par ledit mécanisme de commande. Grâce à une telle construction, on évite l'utilisa- tion d'un cylindre comportant une paroi intérieure usinée avec précision, du fait de la prévision de l'élément d'étanchéité sur ledit cylindre On observera qu'avec une telle construction à joint d'étanchéité stationnaire, le piston doit avoir une longueur axiale suffisante pour permettre que s'effectue le mouvement axial nécessaire de la tige du piston pendant que ce dernier est en contact avec ledit élément d'étanchéité au moins prévu Toutefois, la caractéristique d'une surface extérieure usinée avec précision en ce qui concerne le piston, est plus aisée à réaliser que celle d'une paroi intérieure du cylindre usinée avec précision En outre, le volume efficace de l'accumulateur pneumatique peut être augmenté en aménageant un évidement dans ladite première extrémité du piston Ainsi, pour un volume donné de gaz prescrit, on peut équiper le mécanisme d'un accumulateur pneumatique de plus faibles dimensions. Comme il n'y a pas de nécessité de réaliser une paroi intérieure usinée avec précision dans le cylindre, la plus grande partie du cylindre peut être constituée par un simple tube ou manchon. Par suite, il est préférable que le corps du mécanisme de commande comprenne une partie formant un chemisage, définissant l'accumulateur pneumatique et une partie du cylindre dans laquelle au moins un élément d'étanchéité se trouve monté, et une partie formant un manchon qui est engagée à joint étanche à l'une de ses extrémités dans ladite partie formant le chemisage de façon à encercler un orifice prévu dans cette dernière. Avec cette construction, il est préférable que le corps comprenne en outre une partie de bridage à l'extrémité de la partie formant manchon opposée à la partie formant le chemisage, et des moyens, en prise avec la partie de chemisage et avec la partie de bridage, pour pousser la partie de bridage en contact avec la partie de manchon, et la partie de manchon en contact avec la partie de chemisage. Un avantage supplémentaire résultant de la présence du joint d'étanchéité stationnaire et du piston s'étendant axialement est que l'orifice de détection des fuites peut être simplement réalisé par un alésage ménagé dans le corps, si bien qu'il n'y a aucun besoin de prévoir des alésages et des contre-alésages coûteux dans le piston et la tige de piston. Par suite, il est préférable qu'une paire d'éléments d'étanchéité, axialement espacés, soit montée sur la paroi intérieure du cylindre et qu'un passage soit prévu dans le corps de façon à s'ouvrir dans le cylindre entre lesdits éléments d'étanchéité. De préférence, on prévoit un dispositif pour mouvoir le piston dans le cas d'une défaillance de l'accumulateur pneumatique quant au déplacement du piston en cours de fonctionnement. Dans un mode de réalisation convenable, dans lequel le piston est pourvu d'un évidement dans sa dite première extrémité, le dispositif comprend un élément fixe par rapport au corps du mécanisme de commande et présentant une paroi cylindrique qui est reçue dans ledit évidement de façon que le piston soit coulissant par rapport à la paroi cylindrique, des moyens pour étanchéifier la paroi cylindrique par rapport au piston, un passage d'alimentation en fluide dans l'élément communiquant à l'une de ses extrémités avec l'évidement du piston et se prolongeant extérieurement au corps du mécanisme de commande, et des moyens disposés extérieurement au corps du mécanisme de commande pour alimenter en pression de fluide ledit passage pour actionner le piston dans le cas d'une défaillance de l'accumulateur pneumatique présent à l'intérieur du corps dudit mécanisme. L'alimentation en fluide du passage peut être effectuée avec un liquide hydraulique, une graisse ou un gaz qui est envoyé, en cours d'utilisation, sous pression dans le passage de fluide prévu dans l'élément Lorsqu'on utilise un gaz, celui-ci peut être convenablement emmagasiné dans une petite bouteille de gaz à haute pression ou analogue, ou il peut être fourni par des gaz de combustion engendrés à la suite d'une explosion contrôlée Le dispositif peut être conçu pour être actionné automatiquement dans le cas o l'accumulateur pneumatique prévu dans le corps du mécanisme de commande ne parviendrait pas à déplacer le piston, ou encore il peut être actionné manuellement à distance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, de formes de réalisation, données à titre d'exemples indicatifs, mais nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: Les Figures 1 et 2 représentent respectivement des vues en coupe axiale de deux modes de réalisation du mécanisme de commande de l'invention. En se référant à la Figure 1 précitée, le mécanisme de commande qui s'y trouve représenté, est destiné à actionner une vanne à gaz, par exemple pour commander l'écoulement de vapeur d'eau et/ou d'eau d'alimentation d'une centrale nucléaire o des exigences impératives doivent être satisfaites en ce qui concerne la pression opératoire, les temps de fermeture et la capacité de fonctionner dans des conditions de température élevée, de rayonnement élevé et d'activité sismique élevée Le mécanisme de commande comprend un corps composite, indiqué généralement par la flèche 10, formé par une partie de chemisage 11, une partie de manchon 12 et une partie de bridage 13 La partie de manchon 12 est disposée entre la partie de chemisage 11 et la partie de bridage 13, et une série de goujons de serrage 14 (dont un seul est représenté) sont prévus pour serrer la partie de bridage 13 contre une extrémité de la partie de manchon 12 et pour serrer l'extrémité opposée de la partie de manchon 12 contre la partie de chemisage 11 Chaque goujon 14 présente une partie filetée à une extrémité, qui engrène dans un alésage borgne 15 un filetage intérieur, ménagé dans la partie de chemisage 11, et une partie filetée à son extrémité opposée qui engrène avec un écrou 16 engagé dans un évidement 17 de la partie de bridage 13, l'écrou 16 pouvant tourner par rapport à la partie de bridage 13 A ses extrémités, la partie de manchon 12 est dotée de joints toriques 18 qui l'étanchéifient respectivement par rapport à la partie de chemisage 11 et par rapport à la partie de bridage 13 La partie de chemisage 11 et la partie de manchon 12 du corps 10 définissent entre elles un cylindre 19 La partie de chemisage 11 définit également un accumulateur de gaz ou pneumatique 20 partiellement sphérique qui communique avec une extrémité du cylindre 19. Dans une partie du cylindre 19 qui est définie par la partie de chemisage 11, sont pré-jus une paire de joints d'étanchéité toriques 21, axialement espacés, et un palier lisse 22 disposé entre le joint 21 éloigné de l'accumulateur pneumatique et la partie de manchon 12 Un alésage radial simple 23 est ménagé dans la partie de chemisage 11 pour communiquer avec le cylindre 19 entre les joints 21 L'alésage 23 communique avec un tube 24 par l'intermédiaire d'une jonction 25 pour permettre de contrôler l'efficacité des joints 21 A l'intérieur du corps 10 se trouvé disposé, un piston de lon- gueur étendue coulissante axialement dans le cylindre 19 La surface périphérique extérieure d u p i S t o N 2 6 e S t usinée avec précision et vient en contact avec les joints 21 et le palier lisse 22 Une première extrémité 27 du piston 26 est disposée à l'intérieur de la partie de chemisage 11 de façon à être en communication avec l'accumulateur pneumatique Ladite première extrémité 27 du piston 26 présente un évidement 28 profond, s'étendant axialement à l'intérieur de ladite extrémité et ayant pour effet d'augmenter le volume efficace de l'accumulateur pneumatique 20 La seconde extrémité 29 ou extrémité opposée du piston 26 est disposée à l'intérieur de la partie de manchon 12 du corps et porte une tige 30 de piston solidaire de ce dernier, ladite tige s'étendant axialement à travers la partie de manchon 12 et à travers un alésage 31 de la partie de bridage 13 pour faire saillie à l'extérieur du corps 10 L'extrémité de la tige 30 éloignée du piston présente une tête 32 qui lui est solidarisée pour permettre à la tige 30 de piston d'être raccordée à la tige de la vanne d'une manière connue en soi. La tige 30 de piston est coulissante par rapport à la partie de bridage 13, mais rendue par ailleurs étanche vis-à-vis de celle-ci à l'aide d'un segment racleur 33 en caoutchouc dur ou en cuir et d'une bague d'étanchéité 34, cette dernière étant retenue en position dans la partie de bridage 13 par une bride 35 et des boulons 36 La partie de bridage 13 est dotée d'un passage 37 pour un fluide hydraulique, qui s'ouvre dans le cylindre 19 à l'une de ses extrémités opposée à la partie de chemisage 11 La partie de bridage 13 est également dotée d'un petit évidement 38 tronconique et d'un petit alésage 39 s'étendant entre l'évidement 38 et le passage 37 pour permettre d'appliquer la pression sur le piston 26 même lorsque son extrémité 29 obture le passage 37 Pour permettre à l'accumulateur pneumatique 20 d'être initialement chargé en gaz ou pour permettre à la pression de gaz nécessaire d'être maintenue, la partie de chemisage 11 est dotée d'un alésage 40 et d'une valve 41 De préférence, la valve 41 incorpore un dispositif à double joint d'étanchéité comme mesure de sécurité supplémentaire contre une perte de pression de gaz dans l'accumulateur 20 Un palier lisse 42 supporte la tige 30 de piston dans la partie de bridage 13. Lors de l'utilisation, la pression de gaz régnant dans l'accumulateur 20 a pour effet de pousser le piston 26 vers le bas, comme on peut le voir dans la Figure 1, si bien que la tige 30 du piston s'abaisse Dans cette position, la vanne commandée par le mécanisme se trouve dans la position fermée Lorsqu'on désire ouvrir la vanne, on alimente le cylindre 19 en pression hydraulique par l'intermédiaire du passage 37 de façon à soulever le piston 26 en surmontant l'action de l'accumulateur 20 Dans le cas o il survient une défaillance ou panne qui exige la fermeture de la vanne, le passage 37 est relié à une vidange pour abaisser immédiatement la pression dans le cylindre 19 et la pression accumulée dans l'accumulateur 20 déplace rapidement le piston 26 vers le bas, ce qui amène la tige 30 de piston à fermer la vanne. En se référant maintenant à la Figure 2 précitée, le mécanisme de commande qui s'y trouve représenté est une version modifiée du mécanisme de commande de la Figure 1, les parties similaires dans les deux versions étant désignées par les mêmes repères numériques Dans le mécanisme de commande de la Figure 2, dans un évidement 28 ménagé dans le piston 26 et ayant une paroi latérale usinée avec précision, est reçu un élément 50 présentant une partie de paroi 51 cylindrique L'élément 50 comprend une partie de bridage 52 qui est disposée extérieurement au corps 10 et fixée à l'extrémité de la partie de chemisage 11 au moyen de boulons 53 (dont un seul est représenté) L'élément 50 comprend également une partie de manchon 54 qui s'étend, d'une seule pièce à partir de la partie 52 à travers un alésage 55 ménagé dans la partie de chemisage 11 de façon à pénétrer dans l'évidement 28 La partie de manchon 54 est dotée de la partie de paroi 51 cylindrique et est rendue étanche par rapport à l'alésage 55 à l'aide d'une paire de bagues d'étanchéité 56 Un passage 57 s'étend axialement à travers les parties 52 et 54 de l'élément , de façon qu'une extrémité du passage 57 communique avec l'évidement 28 et que l'extrémité opposée du passage 57 s'ouvre extérieurement au corps 10 La surface de paroi cylindrique de l'évidement 28 du piston 26 est rendue étanche par rapport à la partie de paroi 51 à l'aide d'une paire de bagues d'étanchéité 58, axialement espacées, disposées dans des rainures ménagées dans la partie de manchon 54. L'efficacité des joints 58 est contrôlée par l'intermédiaire d'un canal 59 de détection de fuites, ménagé dans l'élément Le passage 57 est relié extérieurement à une bouteille de gaz 60 à haute pression, par l'intermédiaire d'une conduite 61 placée sous la commande d'une vanne 62 actionnée à distance La bouteille 60, la conduite 61 et la vanne 62 commandée à distance sont seulement représentées schématiquement dans la figure Le mécanisme de commande de la Figure 2 est destiné à fonctionner de la manière décrite ci-dessus en rapport avec la Figure 1, dans des conditions normales lorsque l'accumulateur pneumatique fonctionne correctement Toutefois, si pour une raison quelconque, l'accumulateur pneumatique 20 ne fonctionne pas convenablement pour déplacer le piston 26 vers le bas afin de fermer la vanne, on déclenche à distance la vanne 62 de façon que du gaz à haute pression en provenant de la bouteille 60, passe dans la conduite 61 et à travers le passage 57, si bien qu'il se produit une montée en pression dans l'évidement 28. Ceci a pour effet de forcer le piston 26 vers le bas pour fermer la vanne On comprendra que le volume efficace de gaz fourni par la bouteille 60 peut être soigneusement réglé en rapport avec la longueur de déplacement du piston 26 que l'on désire obtenir. REVENDICATIONS 1 Mécanisme de commande, notamment pour vanne à gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend un corps ( 10) définis- sant un cylindre ( 19) et un accumulateur de gaz ou pneumati- que ( 20) communiquant avec l'une des extrémités du cylindre, un piston ( 26) monté coulissant par rapport audit cylindre et présentant une première extrémité ( 27) communiquant avec ledit accumulateur pneumatique et une seconde extrémité ( 29), oppo- sée, communiquant avec un passage d'alimentation en fluide ( 37) ménagé dans ledit corps, au moins un élément d'étanchéi- té ( 22) monté sur la paroi intérieure dudit cylindre et pou- vant venir en contact avec la paroi extérieure dudit piston de façon à constituer un joint d'étanchéité coulissant entre ledit piston et ledit cylindre, et une tige de piston ( 30) déplaçable avec ledit piston et se prolongeant extérieurement audit cylindre pour être raccordée à la partie destinée à être actionnée par ledit mécanisme de commande. 2 Mécanisme de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite première extrémité ( 27) du piston ( 26) présente un Évidement ( 28) à l'intérieur de celle-ci. 3 Mécanisme de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le corps ( 10) du mécanisme de commande comprend une partie de chemisage ( 11) définissant l'accumulateur pneumatique ( 20) et une partie du cylindre ( 19) dans laquelle ledit élément d'étanchéité au moins prévu est monté, ainsi qu'une partie de manchon ( 12) qui est en contact à joint étanche à l'une de ses extrémités avec ladite partie de chemisage de façon à encercler un orifice prévu dans cet- te dernière. 4 Mécanisme de commande selon la revendication 3, ca- ractérisé par le fait que ledit corps comprend en outre une partie de bridage ( 13) à une extrémité de la partie de manchon opposée à la partie de chemisage, et des moyens ( 14) venant en contact avec la partie de chemisage et avec la partie de bridage pour pousser la partie de bridage en contact avec la partie de manchon et la partie de manchon en contact avec la partie de chemisage. Mécanisme de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une paire d'éléments d'étanchéité ( 21), axialement espacés, sont montés sur la paroi intérieure du cylindre et qu'un passage ( 23) est ménagé dans le corps pour s'ouvrir dans ledit cylindre entre lesdits éléments d'étanchéité. 6 Mécanisme de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un dispositif ( 37) est prévu pour déplacer le piston en cas de défaillance de l'accumula- teur pneumatique à déplacer le piston en cours de fonction- nement. 7 Mécanisme de commande selon la revendication 6, ca- ractérisé par le fait que le dispositif comprend ( 1) un élément ( 50) fixe par rapport au corps du mécanisme de com- mande et ayant une paroi cylindrique ( 51) qui est reçue dans un évidement ( 28) ménagé dans ladite première extrémité ( 27) du piston ( 26), de façon que le piston soit coulissant par rapport à la paroi cylindrique ( 2) des moyens ( 58) pour rendre étanche la paroi cylindrique par rapport au piston, ( 3) un passage ( 57) d'alimentation en fluide ménagé dans l'élément, communiquant à l'une de ses extrémités avec l'évidement du piston et s'étendant extérieurement au corps du mécanisme de commande, et ( 4) des moyens ( 60, 62, 61) dispôsés extérieu- rement au corps du mécanisme de commande pour alimenter en pression de fluide ledit passage afin d'actionner le piston dans le cas d'une défaillance de l'accumulateur prévu à l'in- térieur du corps du mécanisme de commande.