Brevet FR2523660A1 — publié le 19830923

DISPOSITIF DE COMMUTATION PNEUMATIQUE NOTAMMENT POUR PROTEGER CONTRE DES SURPRESSIONS. La présente invention se rapporte à un dispositif de commutation pneumatique comportant un corps et une tige d'actionnement reliée à une valve qui, en position ouverte, relie une chambre ménagée à l'intérieur du corps,à l'atmosphère. Dans les environnements explosifs, par exemple sur les plates- formes de forage pétroliers, les contacts électriques peuvent par suite de l'apparition d'une étincelle, constituer un danger d'explosion ou d'incendie Il serait souhaitable de pouvoir utiliser, notamment comme système de protection contre les surpressions un dispositif de commuta- tion pneumatique qui ne soit pas sensible à ces risques. Il est connu d'utiliser des dispositifs de commutation pneumatiques dont la tige d'actionnement agit à l'encontre de l'effort de réaction d'un ressort sur une valve de distribution à deux ou trois voies, mais de tels dispositifs présentent une course d'actionnement relativement longue ( 2 à 3 mm) et des dimensions relativement importantes. Des capteurs de pression dotés d'un piston à membrane sont souvent utilisés comme détecteurs de pression et de tels pistons à membrane sont très sensibles, si bien qu'ils peuvent se contenter d'une course de seulement 0,02 à 0,03 mm Cependant, tels qu'ils sont réalisés, ils ne conviennent pas pour la commande des dispositifs de commutation connus. De plus, de tels dispositifs de commutation pneumatiques connus présen- tent le désavantage de pouvoir se maintenir dans une position "instable" lorsqu'ils sont actionnés très lentement, c'est-à-dire qu'ils prennent une position intermédiaire entre les positions fermées et ouvertes de telle façon que l'action de commutation désirée ne se produit pas. La présente invention a pour but de supprimer les désavantages qui viennent d'être explicités et de réaliser un dispositif de commuta- tion pneumatique qui présente des dimensions réduites et qui est capable de réaliser un cycle d'actionnement franc. A cet effet, le dispositif de commutation pneumatique comportant un corps et une tige d'actionnement reliée à une valve qui, en position ouverte, met en communication une chambre ménagée dans le corps, avec l'atmosphère, est caractérisé en ce que le piston est monté dans un alésage du corps, ledit piston présentant une partie resserrée entre deux surfaces d'extrémité et deux joints étant disposés dans cette partie resserrée et susceptibles de coopérer avec des sièaes faisant saillie à partir de la paroi de l'alésage du corps vers l'axe du piston, et en ce qu'un ressort de compression repousse une face d'extrémité du piston tandis que l'autre face du piston délimite une chambre de pression dans le corps, la valve à air étant reliée à ladite chambre, tandis qu'une ouverture d'air pilote comportant un étranglement s'ouvre dans la- dite chambre,qu'une ouverture d'échappement s'ouvre entre les deux sièges du corps et qu'une ouverture de signal de pression s'ouvre dans l'alésage au delà de chaque siège. De préférence, un levier relié de façon oscillante au corps, vient en contact par son extrémité libre avec l'extrémité de la tige d'action- nement de la valve à air et une seconde tige d'actionnement en contact avec le levier entre ses extrémités, est reliée mécaniquement à l'organe à contrôler Il est ainsi possible de compenser la différence qui, en dépit de la faible course du dispositif de commutation selon l'invention, existe encore par rapport à la course d'un piston à membrane, au moyen du rapport de levier De plus, le mouvement de la tige de la valve à air est ainsi accéléré par rapport à celui de la tige du capteur de pression, de telle façon qu'en cas d'un mouvement lent de cette tige aucune position intermédiaire ne puisse se produire, dans laquelle la valve à air reste à demi-ouverte. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 est une coupe longitudinale du dispositif de commutation. La Figure 2 est une vue en élévation représentant en coupe la valve pneumatique. La Figure 3 est une coupe longitudinale à travers la conduite pilote présentant un étranglement. Le dispositif de commutation pneumatique représenté comporte un corps 1 dans lequel un piston 5 est mobile dans une direction longitudinale. Un joint 2 vient en contact avec la circonférence de ce piston et ce joint est logé dans une rainure annulaire ménagée dans l'alésage du corps. Ce joint est de préférence réaliséselon un type connu présentant une section transversale en forme de Z, ce qui permet une étanchéité correcte avec la friction minimale possible par rapport au piston. Le joint 2 divise l'alésage du corps en une chambre de commutation 3 et une chambre de pression 4. Le piston 5 est constitué de deux parties 5 a et 5 b, qui peuvent être ass Bemblées l'une à l'autre par vissage et il présente une partie resserrée 5 c sensiblement au milieu de sa longueur, les parois délimitant cette partie resserrée en direction transversale étant chacune munie à leur périphérie d'un joint 6 et respectivement 7 Le corpsl présente une partie qui fait saillie vers l'intérieur par rapport au reste de l'alésage, ce qui permet de former deux sièges opposés 8 et 9 qui viennent en saillie dans la partie de la chambre 3 entourant la-partie resserée 5 c. Les joints annulaires 6 et 7 peuvent coopérer respectivement avec les sièges 8 et 9. Un ressort de compression 10 est logé dans la partie 5 b du piston- et vient en contact avec une plaque de fond 21 du corps 1, tandis qu'un joint d'étanchéité 22 assure l'étanchéité entre la plaque de fond et le corps La surface supérieure 18 de la partie de piston Sa comme représenté sur le dessin, délimite avec le couvercle 23 yla chambre de pression 4, un anneau d'étanchéité 24 assurant l'étanchéité entre le corps et le couvercle Trois ouvertures ou alésages de liaison 11, 12, 13 sont prévues dans le corps, l'alésage 11 étant situé entre les joints 2 et 6, l'alésage 12 entre les sièges 8 et 9 et l'alésage 13 entre les joints 7 et 22 Comme il apparaîtra par la suite, l'alésage 12 sert d'ouverture d'échappement et les alésages 11 et 12 servent à assurer la liaison avec une pression de signalisation. Un alésage 25 est prévu dans le couvercle 23 et relie la chambre de pression 4 par une conduite 26 ménagée dans le couvercle avec l'at- mosphère, une valve pneumatique 14 étant prévue dans ce conduit et com- portant une tige d'actionnement 14 a faisant saillie au delà du couvercle 23 De plus, le couvercle 23 présente un alésage de liaison 15 qui est relié à la chambre de pression 4 par un étranglement 16, comme il appa- ralt à la Figure 3. Le dispositif de commutation qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante Si une pression pilote est amenée à l'alésage de pression pilote 15, cette pression pilote étant constante, par exemple 1,5 bar et si la valve pneumatique 14 est fermée, une pression pneumatique croissante apparalt dans la chambre de pression 4 Cette pression agit sur la face 18 du piston, ce qui provoque l'apparition d'une force dirigée-vers le bas et appliquée au piston 5 Lorsque cette force dé- passe la force de réaction du ressort opposé 10, le piston 5 se déplace à l'encontre de la réaction du ressort et le joint 6 vient en contact avec le siège 8. Si une pression pneumatique de signalisation est amenée à l'alésage 11, cette pression est limitée à l'espace compris entre le piston 5, la paroi de l'alésage du corps et les deux joints( 2 et 6). Si le dispositif de commutation est utilisé comme moyen de protec- tion contre les surpressions, un organe qui est placé sous l'influence de cette surpression à contrôler, est relié à la tige d'actionnement de valve 14 a de la valve pneumatique 14 De préférence, comme on l'expliquera plus loin, cet organe est relié à une deuxième tige d'actionnement 19 venant en contact avec un levier 17 qui est monté à pivotement sur le corps 1 à l'une de ses extrémités en 20 L'extrémité libre du levier 17 vient en contact avec l'extrémité de la tige 14 a de la valve pneumatique 14. Si la pression à contrôler augmente au delà de la valeur admissible, la valve 14 est alors ouverte, ce qui provoque une fuite dans la chambre de pression 4 L'étranglement 16 dans la liaison de pression pilote 15 garantit que la fuite par la valve pneumatique est supérieure à l'ali- mentation par l'alésage 15, de telle façon que la pression dans la chambre 4 diminue A un instant déterminé, le tarage du ressort 10 dépasse la force de pression exercée sur le piston du côté opposé; il s'ensuit que le piston se déplace dans la direction de l'effort de réaction du ressort et que le joint 6 se décolle de son siège, tandis que le joint 7 vient en contact avec le siège 9 Le signal pneumatique de l'alésage 11 peut alors atteindre la chambre de commutation 3 et de là, via l'alésage extérieur fournir un signal de sortie Cet alésage peut être relié avec des organes de commande, par exemple une valve d'échappement qui provoque l'échappement de la pression à contrôler et, en conséquence, la diminution de sa valeur Lorsque la pression atteint à nouveaula valeur autorisée, la valve 14 se ferme et le piston 5 se déplace à nouveau vers le bas, ce qui ramène à la condition de départ. La surpression restant dans la chambre de commutation 3 peut alors être déchargée par l'alésage 13 Il est également possible de relier le signal pneumatique à l'alésage 13 Si la valve 14 est dans une position inactive, le signal pneumatique peut passer par l'alésage 13 et la chambre 3 vers l'alésage 12, ce qui permet d'obtenir un signal continu dans la situation en position inactive Lorsque la valve 14 est actionnée, le signal pneumati- que disparaitet la pression pneumatique existant dans la chambre peut s'échapper via l'ouverture 11 Ainsi, le dispositif de commutation est utilisé pour une position normalement ouverte, au contraire de la position normalement fermée décrite précédemment. Si une pression doit être contrôlée par un organe relié à la tige d'actionnement 19 et qui se déplace sur une très courte course d'action- nement, par exemple de 0,02 à 0,05 mm, la possibilité existe que si cette tige agit directement sur la valve pneumatique 14 et que l'actionnement se produise très lentement, la fuite par la valve 14 soit temporairement égale à l'alimentation via l'étranglement 16 Il pourrait en résulter une situation dans laquelle le piston est incapable de prendre une position stable Afin de prévenir, dés l'origine, une telle situation, le levier 17 est prévu, ce qui permet de transmettre le déplacement de la tige 19 à la tige 14 a avec un rapport d'amplification Ainsi, avec un faible déplace- ment de la tige 19, la valve 14 s'ouvre toujours avec une section trans- versale qui est supérieure à la section de l'étranglement 16 Ceci assure un actionnement rapide du dispositif de commutation, même avec une faible course de la tige 19 Si cette tige 19 elle-même est prévue avec une course d'actionnement relativement longue, le levier 17 n'est pas néces- saire. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les appli- cations envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 6 2523660 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation pneumatique comportant un corps et une tige d'actionnement reliée à une valve qui, en position ouverte, met en communication une chambre ménagée dans le corps, avec l'atmosphère, caractérisé en ce qu'un piston ( 5) est monté dans un alésage du corps ( 1), ledit piston présentant une partie resserrée ( 5 c) entre deux surfaces d'extrémité et deux joints ( 6, 7) étant disposés dans cette partie res- serrée et susceptibles de coopérer avec des sièges ( 8, 9) faisant saillie à partir de la paroi de l'alésage du corps vers l'axe du piston, et en ce qu'un ressort de compression ( 10) repousse une face d'extrémité dupiston tandis que l'autre face ( 18) du piston délimite une chambre de pression ( 4) dans le corps, la valve pneumatique ( 14) étant reliée à ladite chambre, tandis qu'une ouverture d'air pilote ( 15) comportant un étran- glement ( 16) s'ouvre dans ladite chambre ( 4), qu'une ouverture d'échappement ( 12) s'ouvre entre les deux sièges ( 8, 9) du corps, et qu'une ouverture de signal de pression ( 11, 13) s'ouvre dans l'alésage au delà de chaque siège. 2. Dispositif de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un levier ( 17) relié de façon oscillante au corps ( 1), vient en contact par son extrémité libre avec l'extrémité de la tige d'actionne- ment ( 14 a) de la valve pneumatique ( 14), et en ce qu'une seconde tige d'actionnement ( 19) en contact avec le levier ( 17) entre ses extrémités, est reliée mécaniquement à l'organe à contrôler.